80同样通过半导体器件制作过程中的金属层工艺，利用金属层181和金属导电柱182与第五阱区150进行电性连接，并最终电性连接到衬底100上，使得该场板180始终保持在零电位上。需要注意的是其中该场板180位于第一阱区110上方的部分应该小于所述沟道区的长度。
[0042]下面对该场板180的作用做简单描述:由于场板180始终维持的零电位，在该场板180下方的N型区域中的电子，被向下排斥，从而使得该区域靠近表面的地方形成一个反转层，即该区域变成一个带正电荷的区域，这样一来，该N型沟道区中，位于场板下方的区域和其相邻的区域又形成了一个虚拟的PN结，使原本单一的内电场分散成两个峰值更小的内电场，当整个管子被反接时，原本PN结区的内电场峰值承受能力加强，需要被反向击穿时的电压也增大。另一方面，当该PN结正接导通时，即在沟道区表面形成沟道后，电子的运动不必像现有技术中那样绕着场氧化层传输，因此其导通电阻Rdson反而减小。由此形成了导通电阻Rdson减小、击穿电压增大的物理效果，使得该ESD保护器件在保证击穿电压的同时，提高了对反向电流的耐受能力。进一步地，可以在另一个PN结上方设置另一块场板，该场板上接入的电压与整个ESD结构的接入电压相同，当管子正向导通时，其工作原理与场板180—样，降低导通电阻。而当管子反接时，该场板所处的方向相当于低电位的方向，其作用与接地的场板180相同，增加了该PN结中的反向击穿电压。
[0043]请再参见图5,图5所示为完整的ESD保护结构的示意图，即图3或图4相对该图5来说，仅仅表示了 ESD的一半结构。
[0044]在图5中，ESD保护结构的一个PN结与外部的半导体器件之间通过金属层互联。金属层的层数视具体的器件工艺而定，如图示中的4层金属层，当然也可以是其它数量的金属层。每层金属层之间通过至少一个导电的金属孔柱工艺连接。
[0045]请再结合图5参见图6，图6是一种M0S管的平面俯视图。如图所述，该M0S管器件包括栅极、源极和漏极，其中栅极所引出的栅极焊盘101和漏极所引出的漏极焊盘102用来输入和/或输出电信号，整个器件的有源区则位于栅极焊盘101和漏极焊盘102之间。在具体的制作工艺中，可以在多层金属工艺的最外层金属194上，利用刻蚀工艺制作出这些栅极焊盘101和漏极焊盘102。通常由于栅极焊盘101相对器件本身具有较大的尺寸，因此可以将上文中的ESD保护机构设计在该栅极焊盘101下方，如图中虚线框所示的位置。对应到图5中，该栅极焊盘所在的金属层即相当于最外层金属194，这样既可以实现与半导体器件的栅极连接作用，又能充分利用半导体器件本身的空间，使得ESD保护结构几乎不占用器件之外的区域，从而使得器件的尺寸不受影响。具体地，在ESD保护结构中的第四阱区140通过金属孔柱工艺与半导体器件制作工艺中的多层金属互联，直至连接到最外层的栅极焊盘所在的金属层为止。而连接场板180和第五阱区150的金属层181则相当于最内层的第一金属层，并且在场板180与该第一金属层181之间，以及第五讲区150与该第一金属层181之间设有金属孔柱，从而实现互连。
[0046]综上所述，本发明的ESD保护结构，在其中一个PN结上方设置一块始终接地的场板来代替现有技术中的场氧化层，不仅可以增加击穿电压的大小，同时由于导通电阻Rdson减小，使得耐受电流的值也增加，完美的解决了现有技术中的问题。
[0047]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种半导体器件中的静电放电保护结构，其特征在于:包括第一导电型的衬底、设置在该衬底上的外延层，该外延层上具有第二导电型的第一阱区，对该第一阱区的部分表面进行第一导电型轻掺形成的第二阱区和第三阱区，分别在第二阱区和第三阱区中进行第一导电型重掺形成的第四阱区、第五阱区，所述第二阱区和第三阱区之间设有一段由第一阱区形成的且露出在外延层表面的沟道区，该第二阱区、第三阱区和第一阱区的交界处形成两个背靠背的PN结，其中至少一个PN结的上方设有一块始终接地的场板。2.如权利要求1所述的静电放电保护结构，其特征在于:所述第三阱区的部分落在第一阱区外，在该第三阱区中形成的第五阱区穿过外延层与所述衬底电性连接，并且所述场板与所述第五阱区电性相连。3.如权利要求2所述的静电放电保护结构，其特征在于:所述第五阱区通过在外延层中重掺第一导电型的沉降区实现与所述衬底电性连接。4.如权利要求2所述的静电放电保护结构，其特征在于:所述第五阱区通过在外延层中开设金属孔柱实现与所述衬底电性连接，其中该金属孔柱贯穿至所述衬底的表面或内部。5.如权利要求2所述的静电放电保护结构，其特征在于:所述场板位于由第三阱区和第一阱区形成的PN结上方，其中该场板位于第一阱区上方的部分小于所述沟道区的长度。6.如权利要求1所述的静电放电保护结构，其特征在于:所述第二阱区的面积全部落入第一阱区的范围内，形成在该第二阱区中的第四阱区电性连接至一外部器件上。7.如权利要求1-6任意一项所述的静电放电保护结构，其特征在于:所述沟道区的长度为 3_15um。8.如权利要求1-6任意一项所述的静电放电保护结构，其特征在于:所述第一导电型为P型，所述第二导电型为N型。9.一种半导体器件，包括栅极、源极和漏极，其特征在于:所述半导体器件还包括如权利要求1-8任意一项所述的静电放电保护结构，其中所述栅极与所述静电放电保护结构电性连接。10.如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于:所述半导体器件中设有多层金属层，其中位于最外层的金属层构成了该半导体器件的栅极焊盘、源极焊盘和漏极焊盘，所述静电放电保护结构位于该栅极焊盘的下方，并且该静电放电保护结构的第四阱区通过金属孔柱工艺与该多层金属电性连接。11.如权利要求10所述的半导体器件，其特征在于:所述静电放电保护结构中的场板通过位于最内层的第一金属层电性连接至所述第五阱区。12.如权利要求12所述的半导体器件，其特征在于:所述场板与所述第一金属层之间，以及所述第五阱区与所述第一金属层之间设有金属孔柱。
【专利摘要】一种半导体器件的静电放电保护结构及半导体器件，该静电放电保护结构具有一对背靠背的二极管，在其中一个二极管结区的上方设有始终接地的场板，利用场板与N型沟道区之间的内电场，使得结区的耗尽层增大，以达到增加击穿电压的大小，同时由于没有场氧化层的存在，所以导通电阻Rdson减小，使得耐受电流的值也增加，有效的解决击穿电压和耐受电流之间的矛盾问题。
【IPC分类】H01L23/60, H01L27/02
【公开号】CN105448893
【申请号】CN201410307952
【发明人】马强
【申请人】苏州远创达科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年6月30日