集成過(guò)流保護(hù)的mosfet及制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET，內(nèi)置了NPN型晶體管和源極電阻，該器件在流過(guò)源端的電流超過(guò)額定值時(shí)，NPN型晶體管會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)MOSFET柵端電壓，從而使器件的源端電流回到正常水平，具有過(guò)流的自我保護(hù)功能。本發(fā)明還公開(kāi)了所述集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別是指一種集成過(guò)流保護(hù)的M0SFET，本發(fā)明還涉及所述集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MOSFET作為一種功率器件，在如今的電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，其經(jīng)常工作在大電壓、強(qiáng)電流的狀態(tài)下，由于較高的工作負(fù)荷，很容易發(fā)生燒毀。
[0003]傳統(tǒng)的MOSFET如圖1所示，在硅襯底的N型外延11上有P型區(qū)12，P型區(qū)12上覆蓋一層重?fù)诫sN型區(qū)13，以作為源區(qū)，兩溝槽14水平排布，且從上至下貫穿重?fù)诫sN型區(qū)13、P型區(qū)12，進(jìn)入N型外延11中，兩溝槽14內(nèi)壁覆蓋一層氧化層15，然后溝槽內(nèi)填充滿(mǎn)柵極導(dǎo)電多晶硅16，在兩個(gè)溝槽之間的P型區(qū)12及重?fù)诫sN型區(qū)13中，還具有接觸孔17及重?fù)诫sP型區(qū)18，重?fù)诫sP型區(qū)18位于P型區(qū)12中，且其上表面與重?fù)诫sN型區(qū)13接觸，接觸孔17貫穿重?fù)诫sN型區(qū)13，其底部進(jìn)入重?fù)诫sP型區(qū)18中，將重?fù)诫sP型區(qū)18引出到器件表面。
[0004]由圖可看出，普通的MOSFET僅提供最基本的功率開(kāi)關(guān)管功能，其本身并不具有防止大電流造成損傷的自我保護(hù)能力，一旦電流過(guò)大，器件極有可能燒毀，造成損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種集成過(guò)流保護(hù)的M0SFET，其具有自我調(diào)節(jié)柵壓使器件電流回到正常水平的能力。
[0006]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供所述的集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供的集成過(guò)流保護(hù)的M0SFET，其結(jié)構(gòu)包含:
[0008]在N型外延層中具有兩個(gè)P阱水平排布，一側(cè)P阱用于溝槽型MOSFET單元，另一側(cè)P阱是用于過(guò)流保護(hù)的NPN型晶體管單元。
[0009]所述的溝槽型MOSFET單元，包含兩個(gè)溝槽，溝槽內(nèi)壁淀積一層氧化層后填充柵極導(dǎo)電多晶硅，兩溝槽之間P型阱區(qū)中上部靠溝槽分別具有重?fù)诫s的N型區(qū)；一側(cè)溝槽的外側(cè)P阱區(qū)中上部也具有一重?fù)诫sN型區(qū)。
[0010]在NPN型晶體管單元所在的P阱中，包含有兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)，分別構(gòu)成NPN管的發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，所述P阱作為NPN管的基區(qū)，在基區(qū)上具有一段二氧化硅，二氧化硅上淀積多晶硅，構(gòu)成源極電阻。
[0011]在包含MOSFET單元部分和NPN管單元部分的整個(gè)器件表面具有層間介質(zhì)層。
[0012]MOSFET單元部分，兩溝槽之間的兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔連接到頂層金屬引出源極，靠近NPN管單元的溝槽通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔連接到頂層金屬引出柵極，另一個(gè)溝槽柵為水平引出。
[0013]NPN管單元部分，所述兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔引出連接到頂層金屬分別形成NPN管的發(fā)射極及集電極，其集電極是與MOSFET的柵極連接，發(fā)射區(qū)通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔連接到頂層金屬，并與源極電阻的一端相連，NPN管的基區(qū)通過(guò)接觸孔連接到頂層金屬并再與源極電阻的另一端相連。
[0014]本發(fā)明所述的集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法，包含如下工藝步驟:
[0015]第I步，在N型外延中采用離子注入并進(jìn)行熱推進(jìn)工藝形成兩個(gè)P阱，分別用于制作MOSFET單元及NPN管，在用于制作MOSFET單元的P阱中刻蝕兩個(gè)溝槽，兩個(gè)溝槽內(nèi)均淀積一層氧化層，然后淀積柵極導(dǎo)電多晶硅填充滿(mǎn)所述的兩個(gè)溝槽。
[0016]第2步，在用于制作NPN管的P阱表面淀積二氧化硅，并在所述二氧化硅上淀積多晶硅作為源極電阻。
[0017]第3步，采用離子注入形成MOSFET以及NPN管的重?fù)诫sN型區(qū)。
[0018]第4步，淀積氧化物作為層間介質(zhì)，然后在層間介質(zhì)上蝕刻出接觸孔，作MOSFET及NPN管的接觸，接著做頂層金屬連接等工藝。
[0019]進(jìn)一步地，所述第I步中兩個(gè)P阱的注入劑量為6xl012?2xl013Cm_2，注入的結(jié)深為0.8 μ m，刻蝕的溝槽深度為0.8?2.0 μ m，淀積氧化層厚度為100?IOOOA,柵極導(dǎo)電多晶硅的厚度為5000?20000A。
[0020]進(jìn)一步地，所述第2步中淀積的二氧化硅厚度為2000?8000A,淀積的多晶硅厚度為4000?8000A。
[0021]進(jìn)一步地，所述第3步中離子注入的劑量范圍為4xl015?SxlO15CmA
[0022]進(jìn)一步地，所述第4步中淀積的層間介質(zhì)厚度為4000?ΙΟΟΟΟΑ。
[0023]本發(fā)明所述的集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET，通過(guò)在MOSFET中內(nèi)置NPN管，通過(guò)NPN管監(jiān)測(cè)MOSFET源端的電流，當(dāng)源端電流超過(guò)額定值時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)MOSFET的柵極電壓使MOSFET具有過(guò)流自我保護(hù)功能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是傳統(tǒng)MOSFET器件結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是本發(fā)明MOSFET的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3是本發(fā)明MOSFET的等效電路圖；
[0027]圖4是本發(fā)明工藝第I步完成圖；
[0028]圖5是本發(fā)明工藝第2步完成圖；
[0029]圖6是本發(fā)明工藝第3步完成圖。
[0030]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0031]201是N型外延，202是P阱，203是溝槽，204是氧化層，205是柵極導(dǎo)電多晶硅，206是重?fù)诫sN型區(qū)，207是層間介質(zhì)，208是頂層金屬，209是接觸孔，210是多晶硅源極電阻，211是二氧化硅，11是N型外延，12是P型區(qū)，13是重?fù)诫sN型區(qū)，14是溝槽，15是氧化層，16是柵極導(dǎo)電多晶硅，17是接觸孔，18是重?fù)诫sP型區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明所述的集成過(guò)流保護(hù)的M0SFET，其結(jié)構(gòu)現(xiàn)參照附圖2說(shuō)明如下:
[0033]在N型外延層201中具有兩個(gè)P型阱區(qū)202水平排布，一側(cè)P型阱區(qū)202用于溝槽型MOSFET單元，另一側(cè)P型阱區(qū)202是用于過(guò)流保護(hù)的NPN型晶體管單元。
[0034]所述的溝槽型MOSFET單元，包含兩個(gè)溝槽203，溝槽203內(nèi)壁淀積一層的氧化層204后填充柵極導(dǎo)電多晶硅205，兩溝槽203之間P型阱區(qū)202中上部靠溝槽203分別具有N型區(qū)206 ;遠(yuǎn)離NPN管單元的溝槽203的外側(cè)P型阱區(qū)202中上部也具有一個(gè)重?fù)诫sN型區(qū) 206。
[0035]在NPN型晶體管單元所在的P型阱202中，包含有兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)206，分別構(gòu)成NPN管的發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，所述P型阱202作為NPN管的基區(qū)，在基區(qū)上具有一段二氧化硅211，二氧化硅211上淀積多晶硅210，構(gòu)成源極電阻。
[0036]在整個(gè)器件表面具有層間介質(zhì)層207。MOSFET單元部分，兩溝槽203之間的兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)206通過(guò)穿通層間介質(zhì)207的接觸孔209連接到頂層金屬208引出源極，一側(cè)溝槽203通過(guò)穿通層間介質(zhì)207的接觸孔209連接到頂層金屬208引出柵極，遠(yuǎn)離NPN管單元的溝槽柵203為水平引出(是為公知技藝圖中未示出)。
[0037]NPN管單元部分，所述兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)206通過(guò)穿通層間介質(zhì)207的接觸孔209引出連接到頂層金屬208分別形成NPN管的發(fā)射極及集電極，其集電極是與MOSFET的柵極連接，發(fā)射區(qū)通過(guò)穿通層間介質(zhì)207的接觸孔209連接到頂層金屬208，并與源極電阻210的一端相連，NPN管的基區(qū)即P阱202通過(guò)接觸孔209連接到頂層金屬208并再與源極電阻210的另一端相連。
[0038]本發(fā)明所述的集成過(guò)流保護(hù)的M0SFET，其等效電路如圖3所示，源極電阻Rs串接在MOSFET的源極，NPN管的發(fā)射極和基極分別連接在Rs的兩端，集電極連接到MOSFET的柵極。當(dāng)流過(guò)MOSFET源極的電流達(dá)到一定程度時(shí)，源極電阻Rs上的壓降達(dá)到了 NPN管的發(fā)射極開(kāi)啟電壓，使NPN管導(dǎo)通，將MOSFET的柵極電壓拉低，從而實(shí)現(xiàn)了源極電流的降低，保護(hù)了 MOSFET不會(huì)由于電流過(guò)大而燒毀。
[0039]本發(fā)明所述的集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法，包含如下工藝步驟:
[0040]第I步，在N型外延中201采用注入劑量為6xl012?2xl013cnT2的離子注入并進(jìn)行熱推進(jìn)工藝形成兩個(gè)結(jié)深為0.8 μ m左右的P阱202，分別用于制作MOSFET單元及NPN管。如圖4所示，在用于制作MOSFET單元的P阱202中刻蝕兩個(gè)深度為0.8?2.0 μ m溝槽203，兩溝槽203內(nèi)均淀積一層厚度為100?IOOOA的氧化層204并再淀積厚度為5000?20000A的柵極導(dǎo)電多晶硅205填充滿(mǎn)所述的兩個(gè)溝槽203。
[0041]第2步,如圖5所示,在用于制作NPN管的P阱202表面制作厚度為2000'?8000A的二氧化硅211及源極電阻210，源極電阻210是由一段淀積在所述二氧化硅211上的厚度為4000?8000A的多晶硅構(gòu)成。
[0042]第3步，如圖6所示,采用注入劑量為4xl015?8xl015cnT2的離子注入形成MOSFET以及NPN管的重?fù)诫sN型區(qū)206，其中MOSFET的重?fù)诫sN型區(qū)206用于形成MOSFET的源極，NPN管的重?fù)诫sN型區(qū)206用于形成集電區(qū)及發(fā)射區(qū)。
[0043]第4步，淀積厚度為4000 ΙΟΟΟΟΑ的氧化物作為層間介質(zhì)207，然后在層間介質(zhì)上蝕刻出接觸孔，作為MOSFET及NPN管的接觸孔209，接著做頂層金屬208等連接工藝，器件最終完成如圖2所示。
[0044]以上所述即為本發(fā)明的一具體實(shí)施例，但并不以此構(gòu)成本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍能進(jìn)行一定的更改或變化，凡在本發(fā)明的技術(shù)思想之內(nèi)進(jìn)行的改進(jìn)或者變化，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET，其特征在于: 在N型外延層中具有兩個(gè)P阱水平排布，一側(cè)P阱用于溝槽型MOSFET單元，另一側(cè)P阱是用于過(guò)流保護(hù)的NPN型晶體管單元； 所述的溝槽型MOSFET單元，包含兩個(gè)溝槽，兩溝槽內(nèi)壁附有一層氧化層后填充滿(mǎn)柵極導(dǎo)電多晶硅，兩溝槽之間P型阱區(qū)中上部靠溝槽分別具有重?fù)诫s的N型區(qū)；一側(cè)溝槽的外側(cè)P阱區(qū)中上部也具有一重?fù)诫sN型區(qū)； 在NPN型晶體管單元所在的P阱中，包含有兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)，分別構(gòu)成NPN管的發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，所述P阱作為NPN管的基區(qū)，在基區(qū)上具有一段二氧化硅，二氧化硅上淀積多晶硅，構(gòu)成源極電阻； 在包含MOSFET單元部分和NPN管單元部分的整個(gè)器件表面具有層間介質(zhì)層； MOSFET單元部分，兩溝槽之間的兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔連接到頂層金屬引出源極，靠近NPN管單元的溝槽通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔連接到頂層金屬引出柵極，遠(yuǎn)離NPN管單元的溝槽柵為水平引出； NPN管單元部分，所述兩個(gè)重?fù)诫sN型區(qū)通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔引出連接到頂層金屬分別形成NPN管的發(fā)射極及集電極，其集電極是與MOSFET的柵極連接，發(fā)射區(qū)通過(guò)穿通層間介質(zhì)的接觸孔連接到頂層金屬，并與源極電阻的一端相連，NPN管的基區(qū)通過(guò)接觸孔連接到頂層金屬并再與源極電阻的另一端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法，其特征在于:包含如下工藝步驟: 第I步，在N型外延中采用離子注入并進(jìn)行熱推進(jìn)工藝形成兩個(gè)P阱，分別用于制作MOSFET單元及NPN管，在用于制作MOSFET單元的P阱中刻蝕兩個(gè)溝槽，兩個(gè)溝槽內(nèi)均淀積一層氧化層，然后淀積柵極導(dǎo)電多晶硅填充滿(mǎn)所述的兩個(gè)溝槽； 第2步，在用于制作NPN管的P阱表面淀積二氧化硅，并在所述二氧化硅上淀積多晶硅作為源極電阻； 第3步，采用離子注入形成MOSFET以及NPN管的重?fù)诫sN型區(qū)； 第4步，淀積氧化物作為層間介質(zhì)，然后層間介質(zhì)上蝕刻出接觸孔，作MOSFET及NPN管的接觸，接著做頂層金屬連接等工藝。
3.如權(quán)利要求2所述的一種集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法，其特征在于:所述第I步中兩個(gè)P阱的注入劑量為6xl012?2xl013cm_2，注入的結(jié)深為0.8 μ m，刻蝕的溝槽深度為0.8?2.Ομπι,淀積氧化層厚度為100?IOOOA,柵極導(dǎo)電多晶娃的厚度為5000?20000A。
4.如權(quán)利要求2所述的一種集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法，其特征在于:所述第2步中淀積的二氧化娃厚度為2000?8000A,淀積的多晶娃厚度為4000?8000A。
5.如權(quán)利要求2所述的一種集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法，其特征在于:所述第3步中離子注入的劑量范圍為4xl015?8xl015cnT2。
6.如權(quán)利要求2所述的一種集成過(guò)流保護(hù)的MOSFET的制造方法，其特征在于:所述第4步中淀積的層間介質(zhì)厚度為4000?ιοοοοΑ...
【文檔編號(hào)】H01L27/06GK103579229SQ201210248220
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】羅清威, 房寶青, 左燕麗 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司