沟槽型mosfet的esd结构及工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是指一种沟槽型MOSFET的ESD结构， 本发明还涉及所述沟槽型MOSFET的ESD结构的工艺方法。
【背景技术】
[0002] ESD (Electro-Static Discharge)的意思是"静电放电"。ESD是20世纪中期以来 形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此，国际上习惯将用于静电防护的 器材统称为ESD，中文名称为静电阻抗器。静电是一种客观存在的自然现象，产生的方式多 种，如接触、摩擦、电器间感应等。静电的特点是长时间积聚、高电压、低电量、小电流和作用 时间短的特点。
[0003] 人体自身的动作或与其他物体的接触、分离、摩擦或感应等因素，可以产生几千伏 甚至上万伏的静电。
[0004] 静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害， 常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。ESD对电子产品造成的破坏和损伤有突发性 损伤和潜在性损伤两种。所谓突发性损伤，指的是器件被严重损坏，功能丧失。这种损伤通 常能够在生产过程中的质量检测中能够发现，因此给工厂带来的主要是返工维修的成本。 而潜在性损伤指的是器件部分被损，功能尚未丧失，且在生产过程的检测中不能发现，但在 使用当中会使产品变得不稳定，时好时坏，因而对产品质量构成更大的危害。
[0005] 针对集成ESD保护的沟槽型M0SFET，其源端引出PAD与栅极引出PAD版图如图1 所示，通常ESD保护采用一圈一圈的N、P间隔排列形成如图3环形的PN结，形成二极管，原 理图如图2所示，在沟槽型MOSFET的栅极与源极之间串接ESD二极管，ESD多晶硅位于如 图1所示的栅极PAD的下方（图1右边为局部放大图），一般根据器件耐压的需求换算成 PN结的个数，然后制成如图3所示的ESD保护结构，目前的主流设计使用沟槽来做管芯周边 的保护环，以替代体注入形成的PN结保护环，保护环的沟槽需环绕管芯区一周（图中仅使 用局部区域进行描述，其他区域图示沟槽无异）。ESD多晶硅通常位于栅极PAD的下方，制 约了栅极PAD的面积。
[0006] 该ESD保护结构的工艺方法为：先完成MOSFET的沟槽以及栅极等工艺，如图4所 示；然后再淀积一层厚约3000A的氧化层，淀积ESD多晶硅，经过刻蚀及离子注入形成ESD 保护结构，如图5所示，图中7、8即分别为ESD二极管的两个引出电极，最后通过金属互联， 一端连接栅极，一端连接源极，从而形成ESD保护电路。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽型MOSFET的ESD结构，利用保护环沟 槽形成沿沟槽方向的N、P交替的串接的PN结。
[0008] 本发明还要解决的技术问题在于提供所述沟槽型MOSFET的ESD结构的工艺方法。
[0009] 为解决上述问题，本发明所述的沟槽型MOSFET的ESD结构，包含：在沟槽型 MOSFET的周围具有保护环沟槽，所述的ESD结构集成在保护环的沟槽中，所述保护环沟槽 穿过体区底部位于外延层中，沟槽内填充多晶硅；
[0010] 所述多晶硅分段进行N-P或者P-N，或者N-P-......-N-P或者P-N-......_P_N的间 隔掺杂，以形成一个或多个等效串接的二极管，串接的二极管首尾两端电极分别连接沟槽 型MOSFET的栅极及源极。
[0011] 进一步地，根据沟槽型MOSFET的ESD耐压需求，换算成等效的PN结的个数，决定 对保护环的沟槽内多晶硅进行N、P间隔注入的分段数，即形成的等效的二极管的个数。
[0012] 本发明所述的沟槽型MOSFET的ESD结构的工艺方法，包含如下的步骤：
[0013] 第1步，使用硬掩膜在外延上定义出保护环图形，刻蚀形成保护环的沟槽；
[0014] 第2步，移除硬掩膜，在整个外延表面形成一层氧化层作为栅氧化层；
[0015] 第3步，保护环的沟槽内淀积多晶硅并回刻至外延表面；
[0016] 第4步，整个外延表面生长一层氧化层，然后进行体区注入；
[0017] 第5步，使用源区注入的掩膜板，或者保护环掩膜板进行保护环沟槽的杂质注入， 并按照版图将部分沟槽注入反型，形成N、P交替排列的串接的PN结；
[0018] 第6步，层间介质淀积，刻蚀形成接触孔，将沟槽中多晶硅引出；
[0019] 第7步，形成阻挡层金属，进行钨淀积，制作金属引线，将沟槽内多晶硅引出形成 ESD电路，并将该ESD电路的两端分别与MOSFET的栅极及源极连接。
[0020] 所述第1步中，刻蚀的保护环的沟槽深度为1~2 μm。
[0021] 所述第2步中，淀积的氧化层的厚度为150~ΙΟΟΟΑ。
[0022] 所述第3步中，对于NM0S，保护环的沟槽内淀积的多晶硅为N型；对于PM0S，沟槽 内淀积的多晶硅为P型；多晶硅掺杂浓度为IO is~10 19atomS/cm3。
[0023] 所述第4步中，体区注入能量为120~300keV,剂量为IO13~10 15atoms/cm2。
[0024] 所述第7步中，阻挡层金属为钛和/或氮化钛。
[0025] 本发明沟槽型MOSFET的ESD结构，利用保护环的沟槽，在沟槽内形成N、P交替间 隔排列的多晶硅，构成一个或多个串接的PN结，等效成ESD二极管，并通过金属引线将该PN 结形成的等效ESD二极管两极分别与MOSFET的源极、栅极连接，形成MOSFET的ESD保护结 构。本发明所述的沟槽型MOSFET的ESD结构的工艺方法，使用保护环的方式，减少了 ESD 多晶硅淀积及刻蚀步骤，简化了工艺步骤，降低了成本。
【附图说明】
[0026] 图1是沟槽型MOSFET集成ESD的版图；
[0027] 图2是MOSFET集成ESD的等效电路图；
[0028] 图3是现有沟槽型MOSFET的ESD保护环的示意图；
[0029] 图4~5是现有沟槽型MOSFET集成ESD的工艺示意图；
[0030] 图6是本发明沟槽型MOSFET的ESD结构的版图示意图；
[0031] 图7是本发明沟槽型MOSFET的ESD结构的ESD保护环沟槽剖面示意图；
[0032] 图8~14是本发明沟槽型MOSFET的ESD结构的工艺步骤图；
[0033] 图15是本发明沟槽型MOSFET的ESD结构的工艺步骤流程图。
[0034] 附图标记说明
[0035] 1是外延，2是概氧化层，3是多晶娃，4是厚氧化娃层，5是概极