[發明專利]一種具有雙向ESD保護能力的SGT MOSFET器件

在審

• 申請號: 202011197260.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112164721A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 李澤宏;趙一尚;胡汶金;林泳浩;李偉聰
• 申請（專利權）人: 深圳市威兆半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L27/02
• 代理公司: 深圳市中科創為專利代理有限公司 44384
• 代理人: 彭西洋;袁曼曼

本發明公開一種具有雙向ESD保護能力的SGT MOSFET器件，包括元胞結構，所述元胞結構包括從下至上依次層疊的漏極金屬、N+襯底、N型漂移區、源極金屬；所述N型漂移區上表面一側形成溝槽柵極結構，溝槽柵極結構包括從上至下依次設置的N+Poly柵極、P型輕摻雜一區、N型輕摻雜區、P型輕摻雜二區、N型源極接觸區。本發明在傳統的SGT MOSFET結構以及多晶硅多摻雜的縱向MOSFET結構的基礎上，實現對功率MOS器件的開關性能和ESD保護性能兩種性能的同時改進。

技術領域

本發明涉及功率半導體器件技術領域，尤其涉及一種具有雙向ESD保護能力的SGTMOSFET器件。

背景技術

在功率器件的發展過程中，功率MOSFET一直扮演著非常重要的地位。功率MOSFET經歷了從橫向到縱向、從平面柵到溝槽柵的發展，其中縱向MOSFET的耐壓水平、可靠性以及制作工藝等方面都優于橫向MOSFET，溝槽柵將溝道從水平變成垂直徹底消除了平面結構寄生JFET電阻的影響，在降低導通電阻的同時使元胞尺寸大大縮小，極大地消除了平面柵MOSFET的弊端，從而使得溝槽縱向MOSFET已經成為功率MOSFET的主要發展方向。

低壓的溝槽縱向MOSFET器件通常被當做電機驅動、同步整流等方面的電壓驅動高頻開關使用，其工作方式不同于一般電路的工作情況，器件既要防止靜電造成柵氧化層的擊穿，同時還要防止應用系統產生的過電壓施加到功率MOSFET的柵極上，帶來功率器件的損壞。因此，功率MOSFET的器件設計，除了要考慮器件的抗雪崩能力之外，還需努力提高功率MOSFET的ESD(Electro-Static Discharge)保護能力；同時由于功率MOSFET在高頻電路上的應用，需要較好的開關特性，故其在設計過程中也要進一步關注器件的柵電容，盡可能地減小器件的柵電容以提高器件的開關速度。

在優化功率MOSFET開關特性的發展中，屏蔽柵溝槽MOSFET(Split-Gate TrenchMOSFET，SGT MOSFET)利用屏蔽柵減小了柵極漏極之間的交疊面積從而極大地降低了器件的柵漏電容；同時屏蔽柵可作為埋于體內的體內場板，對漂移區的載流子進行輔助耗盡，有效地提高了器件漂移區的耗盡能力，優化漂移區的電場分布，從而保證在相同擊穿電壓的前提下SGT MOSFET具有更高的漂移區摻雜濃度，更薄的漂移區厚度，實現更低的比導通電阻。因此SGT MOSFET已經成為了優化功率MOS開關特性中的主要發展方向，其器件結構如圖1所示。而對于功率MOSFET的ESD保護則有以下兩個方面：一方面是改善外部因素，即改善器件和電路的生產、工作、存儲環境和規范；另一方面則是針對器件內部設計，即提高片面ESD保護電路的性能，這方面也是目前提高IC抗ESD性能的主要手段。利用多指條NMOSFET進行抗ESD設計是提高當前CMOS集成電路抗ESD能力的一個重要方法，但由于該方法主要針對橫向MOS器件且采用該方法設計的器件占用面積較大，工藝可操作性以及可控性均不強。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有雙向ESD保護能力的SGT MOSFET器件，在傳統的SGTMOSFET結構以及多晶硅多摻雜的縱向MOSFET結構的基礎上，實現對功率MOS器件的開關性能和ESD保護性能兩種性能的同時改進。

為實現上述目的，采用以下技術方案：

一種具有雙向ESD保護能力的SGT MOSFET器件，包括元胞結構，所述元胞結構包括從下至上依次層疊的漏極金屬、N+襯底、N型漂移區、源極金屬；所述N型漂移區上表面一側形成溝槽柵極結構，溝槽柵極結構包括從上至下依次設置的N+Poly柵極、P型輕摻雜一區、N型輕摻雜區、P型輕摻雜二區、N型源極接觸區；所述N型漂移區上表面另一側設有緊鄰溝槽柵極結構的P型基區；所述P型基區的上表面設有相互接觸的N型重摻雜區和P型重摻雜區，且N型重摻雜區緊鄰溝槽柵極結構設置；所述溝槽柵極結構的下表面、側面以及上表面均設有氧化層，用于隔離N型漂移區、P型基區、N型重摻雜區以及源極金屬。