Esd保护结构、包括该结构的栅控功率器件及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种ESD保护结构、包括该结构的栅控功率器件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]栅控功率器件是功率半导体器件的重要分支，包括金属氧化物半导体场效应晶体管(简称MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)、横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(简称LDMOS)等。由于这类器件具有输入阻抗高，驱动简单等特点，受到了广泛的应用。但是，随着器件设计理论的发展以及半导体制造工艺水平的提高，单个器件的尺寸越来越小，由于静电放电导致的器件失效越来越显著。通常失效是由于静电作用，在栅极产生了一个高电场，使栅氧化层在高电场下发生击穿。因此，为了提高器件抗静电放电(简称ESD)能力，需要在栅极上增加一个ESD保护结构。当有静电电荷存在时，这种结构能够提供一个电流泄放通路，以降低栅氧化层上产生的电场，避免栅氧化层击穿。在整个半导体领域内，应用较多的ESD防护结构包括，栅接地N型金属氧化物半导体场效应晶体管(简称GGNMOS)，可控硅整流器(简称SCR)等。
[0003]然而，由于功率器件的特殊性，一般要求其ESD保护结构具有双向阻断能力，即无论栅极施加正电压还是负电压，栅电流都应较低。因此，只具有单向阻断能力的GGNMOS，SCR等结构并不适用。为了实现与相应栅控功率器件工艺兼容，目前市场应用较多的栅控功率器件的ESD保护结构为串联多晶硅齐纳二极管。即，在栅极和源极之间接入串联多晶硅齐纳二极管。这种结构通过在多晶淀积之后分别进行N型和P型注入形成。但是，由于这种结构的PN结在多晶硅中形成，栅极漏电流为反偏多晶二极管的漏电流，因此该结构比常规结构的栅极漏电流大两个数量级以上。
[0004]因此，需要一种能够克服上述问题的适用于栅控功率器件的ESD保护结构。
【发明内容】
[0005]本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的目的是提供一种ESD保护结构，该结构具有双向ESD防护能力，同时与大部分栅控功率器件制造工艺兼容，并具有较小的漏电流。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种ESD保护结构，所述ESD保护结构包括:
[0007]第一导电类型外延层；
[0008]位于所述第一导电类型外延层内第一具有第二导电类型的阱区和第二具有第二导电类型的阱区；
[0009]位于所述外延层内，在所述第一具有第二导电类型的阱区和所述第二具有第二导电类型的阱区之间的第一导电类型阱区；
[0010]位于所述第一导电类型阱区内的第一导电类型调阈值注入区；
[0011]位于所述第一具有第二导电类型的阱区内的第一导电类型漏极注入区；
[0012]位于第二具有第二导电类型的阱区中的第一导电类型源极注入区；以及
[0013]位于所述第一导电类型外延层顶部的栅氧化层。
[0014]其中，所述第一导电类型漏极注入区的注入剂量和所述第一导电类型源极注入区的注入剂量为I X 114?5 X 10 16/cm2。
[0015]其中，所述第一导电类型调阈值注入区的注入剂量为5X 111?lX1013/cm2。
[0016]其中，所述第二具有第二导电类型的阱区还包括第一导电类型源极，所述第一导电类型漏极注入区与所述第一具有第二导电类型的阱区的边界的距离LI以及所述第一导电类型源极注入区与其相邻的第二具有第二导电类型的阱区的边界的距离L2均大于所述第一导电类型源极与其相邻的第二具有第二导电类型的阱区的边界的距离L3。
[0017]其中，所述第一导电类型漏极注入区与所述第一具有第二导电类型的阱区的边界的距离LI和所述第一导电类型源极注入区与其相邻的第二具有第二导电类型的阱区的边界的距离L2相等。
[0018]根据本发明的另一个方面，提供了一种栅控功率器件，所述栅控功率器件包括上述ESD保护结构。
[0019]根据本发明的又一个方面，提供了一种具有ESD保护结构的栅控功率器件的制造方法，所述制造方法包括以下步骤:
[0020](I)在第一导电类型外延层中生成第一导电类型阱区与第一导电类型JFET区；
[0021](2)在所述第一导电类型外延层中生成具有第二导电类型的阱区，所述具有第二导电类型的阱区至少包括相邻的第一具有第二导电类型的阱区和第二具有第二导电类型的阱区；
[0022](3)在所述第一具有第二导电类型的阱区中生成第一导电类型漏极注入区，在所述第二具有第二导电类型的阱区中生成第一导电类型源极注入区、第一导电类型源极；
[0023](4)在所述第一导电类型阱区中生成第一导电类型调阈值注入区；
[0024](5)在所述第一导电类型外延层顶部生成栅氧化层，并在所述栅氧化层顶部生成多晶栅极；
[0025](6)在所述多晶栅极顶部生成隔离介质层。
[0026]其中，在所述步骤(3)中，所述第一导电类型漏极注入区的注入剂量和所述第一导电类型源极注入区的注入剂量为IX114?5X10 16/cm2。
[0027]其中，在所述步骤(4)中，所述第一导电类型调阈值注入区的注入剂量为5 X 111 ?1X10 13/cm2。
[0028]其中，在所述步骤(3)中，生成所述第一导电类型漏极注入区、所述第一导电类型源极注入区、所述第一导电类型源极时，使得所述第一导电类型漏极注入区与所述第一具有第二导电类型的阱区的边界的距离LI以及所述第一导电类型源极注入区与其相邻的第二具有第二导电类型的阱区的边界的距离L2均大于所述第一导电类型源极与其相邻的第二具有第二导电类型的阱区的边界的距离L3。
[0029]本发明的ESD保护结构包括串联在源极和漏极之间的3个背靠背的金属氧化物半导体结构(简称M0S)M1、M2、M3。该结构具有双向的ESD保护能力，且具有较小的漏电性能。并且，本发明的ESD保护结构的制造工艺与栅控功率器件的元胞区制造工艺兼容。
[0030]参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征和优点将变得清晰。
【附图说明】
[0031]并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1示例性地示出了根据本发明的ESD保护结构的原理图；
[0033]图2示例性地示出了根据本发明的栅控功率器件的结构图；
[0034]图3A-3F示例性地示出了根据本发明的栅控功率器件制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0036]在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0037]本发明提出的ESD保护结构包括第一导电类型外延层100 ;位于第一导电类型外延层100内第一具有第二导电类型的阱区101-1和第二具有第二导电类型的阱区101-2 ;位于外延层100内，在第一具有第二导电类型的阱区101-1和第二具有第二导电类型的阱区101-2之间的第一导电类型阱区102 ;位于第一导电类型阱区102内的第一导电类型调阈值注入区104 ;位于第一具有第二导电类型的阱区101-1内的第一导电类型漏极注入区105 ;位于第二具有第二导电类型的阱区101-2中的第一导电类型源极注入区1