[實用新型]集成ESD保護的溝槽MOSFET

有效

• 申請號: 201921656756.6
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN210167361U
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 潘光燃
• 申請（專利權）人: 深圳市芯電元科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L27/02;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京久維律師事務所 11582
• 代理人: 陳強

本實用新型公開一種更優越的集成ESD保護的溝槽MOSFET，其集成ESD保護的溝槽MOSFET，在MOSFET的柵極和源極之間，包含有正、反向PN結串聯組成的穩壓二極管，所述穩壓二極管的一端連接MOSFET的柵極，另一端連接MOSFET的源極；在MOSFET的柵極和漏極之間，包含有正、反向PN結串聯組成的穩壓二極管，所述穩壓二極管的一端連接MOSFET的柵極，另一端連接MOSFET的漏極。

技術領域

本實用新型涉及半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種集成ESD保護的溝槽MOSFET。

背景技術

MOSFET芯片按照結構分類，包括平面MOSFET和溝槽MOSFET兩個大類，其中溝槽MOSFET由于其電流密度更高，在中低壓MOSFET中占主導地位；MOSFET 芯片按照導電方式分類，包括N型MOSFET和P型MOSFET，其中N型MOSFET由于其電流密度更高，因此更廣泛使用。MOSFET芯片都包含源極、柵極和漏極共3 個端口，通常的，源極和柵極在芯片的正面，漏極在芯片的背面。

MOSFET芯片的柵極和源、漏極之間存在一層薄薄的柵氧化層，其在受到外來的意外高電壓沖擊時，會被擊穿損壞并不可恢復。因此在一些實際應用中，對 MOSFET芯片的柵極提供靜電放電(ESD)的保護是必要的。通常的做法是，在 MOSFET芯片的柵極和源極之間并聯一組穩壓二極管，此穩壓二極管的反向擊穿電壓低于柵氧化層的可承受電壓，當靜電放電(ESD)產生的電壓高于所述穩壓二極管的反向擊穿電壓時，所述穩壓二極管發生擊穿，電壓被穩壓二極管鉗制，靜電能量從穩壓二極管泄放，避免了柵氧化層受到破壞，從而實現了對柵氧化層的保護作用。實踐應用案例中，為了降低電路板的尺寸及物料成本，通常將提供 ESD保護功能的穩壓二極管集成于MOSFET芯片中，稱之為集成ESD保護的MOSFET 芯片。

案號為US8004009B2的美國專利《Trench MOSFETS with Zener Diode》，公開了一種在芯片內部集成了提供ESD保護功能的穩壓二極管的溝槽MOSFET及其制造方法，包括元胞區(Cell)、柵極(Gate)引出區、以及集成于它們之間的穩壓二極管，此穩壓二極管置于一層厚的氧化層上表面，由多個置于多晶硅中的PN結串聯在一起形成(即多晶硅二極管)，源極金屬(Source Metal)將元胞和穩壓二極管的一端連接在一起，柵極金屬(Gate Metal)將柵極和穩壓二極管的另一端連接在一起。現有技術中的其它方案，也都和以上公開號的方案類似或相近，都是采取在厚氧化層的上表面布置多晶硅二極管從而實現提供ESD保護功能的穩壓二極管。

具體的，關于現有技術中的集成ESD保護的溝槽MOSFET，其對應的等效電路圖參見圖1所示，漏極和源極之間的二極管為MOSFET芯片必有的體內寄生二極管，柵極和源極之間為集成的、提供ESD保護功能的穩壓二極管，所述穩壓二極管由正、反向PN結串聯組成，當柵極接收到外來的正向ESD靜電，則反向的 PN結發生擊穿、正向的PN結被導通，能量通過正、反向PN結串聯組成的穩壓二極管泄放；當柵極接收到外來的反向ESD靜電，則正向的PN結發生擊穿、反向的PN結被導通，能量仍然通過正、反向PN結串聯組成的穩壓二極管泄放，也就是說，所述正、反向PN結串聯組成的穩壓二極管始終可擔當起泄放能量、鉗制電壓的作用，從而保護MOSFET的柵氧化層不被靜電破壞。

關于現有技術，存在以下不足：

1、為制作厚氧化層和多晶硅二極管，工藝流程比較復雜，工藝成本較高。

2、由于存在厚氧化層和多晶硅二極管，導致芯片表面的臺階落差較大，增大了工藝難度，工藝穩定性較差。

3、穩壓二極管采用的是多晶硅二極管，而多晶硅是由一定尺寸的硅晶粒組成的，其穩定性、一致性比單晶硅較差，所以用多晶硅制作的穩壓二極管，其 ESD保護能力的穩定性也較差。