專利名稱：單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種突波保護(hù)器件，尤其涉及一種單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件及其制作方法。
背景技術(shù)：
在電子設(shè)備和系統(tǒng)中，總會存在一些電壓突變甚至是外界的干擾，如靜電等，我們把這些瞬態(tài)過電壓通稱為“突波”，這些突波的存在會影響電子器件和系統(tǒng)的可靠性，為了消除這些意外出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓，現(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)了很多TVS(瞬變電壓抑制二極管) 器件?，F(xiàn)有技術(shù)中的TVS元件一般是n+p+齊納二極管或是陶瓷壓變電阻器，該元件一般是采用分流的原理，在被保護(hù)器件或系統(tǒng)被擊穿之前，該保護(hù)器件先被擊穿，從而將電流引導(dǎo)出去，達(dá)到保護(hù)后級的目的。目前的幾種TVS器件有二極管式TVS器件、氣體放電管、晶閘管式TVS器件、濾波器等?，F(xiàn)有技術(shù)中的突波保護(hù)器件至少存在以下缺點結(jié)構(gòu)單一并且是分立器件的形式，這樣的器件能夠保護(hù)的突波形式單一，在實際應(yīng)用時，為了保護(hù)系統(tǒng)的安全，往往采用多種突波保護(hù)器件串聯(lián)的形式，這樣才能符合系統(tǒng)的需求；而且現(xiàn)有技術(shù)中的突波器件不能集成在系統(tǒng)芯片內(nèi)部。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種防突波效果提高，同時可以集成到芯片上的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件及其制作方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，包括LDMOS器件，還包括二極管組， 所述二極管組包括多個以下列方式背靠背串聯(lián)的二極管-N-P-----N-P-N-P-N-----P-N-；所述二極管組的一端連接到所述LDMOS器件的漏極，另一端連接到所述LDMOS器件的柵極。本發(fā)明的上述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件的制作方法，在制作完成 LDMOS器件后，在所述LDMOS器件的柵極區(qū)域制作二極管組，具體包括步驟首先，在所述LDMOS器件的柵氧化層上采用化學(xué)氣相淀積的方法淀積一層多晶硅，厚度為0. 5微米到3微米之間，淀積的時候，同步摻雜硼，形成P型多晶硅；然后，采用光刻方法，在多晶硅上定義出η區(qū)，然后采用離子注入的方法注入磷離子，使該部分形成η區(qū)；之后，在上面淀積一層鈍化層；最后，在金屬化的時候，直接將二極管的兩端和LDMOS的柵極、漏極短接在一起。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的一種單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件及其制作方法。由于突波保護(hù)器件包括LDMOS器件和背靠背串聯(lián)的二極管，二極管的一端連接到LDMOS器件的漏極，另一端連接到LDMOS器件的柵極。在工作原理和結(jié)構(gòu)上等效于二極管和LDMOS的組合，優(yōu)點是防突波效果提高，同時可以集成到芯片上，減少突波器件的成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件的等效電路圖；圖2為本發(fā)明中的二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為LDMOS器件的基本剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件隨著漏極電壓上升的電流變化曲線示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，其較佳的具體實施方式
是，包括LDMOS器件，還包括二極管組，所述二極管組包括多個以下列方式背靠背串聯(lián)的二極管-N-P-----N-P-N-P-N-----P-N-；所述二極管組的一端連接到所述LDMOS器件的漏極，另一端連接到所述LDMOS器件的柵極。所述二極管組在多晶硅薄膜上通過離子注入的方法制作形成。具體二極管組可以制作在所述LDMOS器件的漏極和柵極之間的柵氧化層上。所述LDMOS器件的溝道的寬長比大于或等于10。比如，LDMOS器件的溝道長為5 微米，寬為50微米。本發(fā)明的保護(hù)器件可以有多個相互并聯(lián)。本發(fā)明的上述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件的制作方法，其較佳的具體實施方式
是，在制作完成LDMOS器件后，在所述LDMOS器件的柵極區(qū)域制作二極管組，具體包括步驟首先，在所述LDMOS器件的柵氧化層上采用化學(xué)氣相淀積的方法淀積一層多晶硅，厚度為0. 5微米到3微米之間，淀積的時候，同步摻雜硼，形成P型多晶硅；然后，采用光刻方法，在多晶硅上定義出η區(qū)，然后采用離子注入的方法注入磷離子，使該部分形成η區(qū)；
之后，在上面淀積一層鈍化層；最后，在金屬化的時候，直接將二極管的兩端和LDMOS的柵極、漏極短接在一起。具體實施例中，所述硼的摻雜濃度為1018/cm3 ；所述磷離子的摻雜濃度為1019/
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cm ο本發(fā)明的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，在工作原理和結(jié)構(gòu)上等效于二極管和LDMOS的組合，優(yōu)點是防突波效果提高，同時可以集成到芯片上，減少突波器件的成本。 該器件在突波防護(hù)的時候，具有兩種保護(hù)機制，在保護(hù)效果上優(yōu)于單一機制的突波防護(hù)器件，另外，本器件能夠在集成電路中集成，這樣就節(jié)省了外部元件成本。
具體實施例本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)等效電路如圖1所示，其中包括一個LDMOS器件和一個等效的二極管組并聯(lián)，是在多晶硅薄膜上通過離子注入的方法形成的多個背靠背串聯(lián)的二極管， 其一端連接到LDMOS器件的漏極，另一端連接到LDMOS器件的柵極。如圖2所示，是本發(fā)明中的二極管結(jié)構(gòu)，該二極管是采用多晶硅薄膜制作的，一端連接到LDMOS的漏極，另一端連接到LDMOS的柵極上本發(fā)明中的主體器件是LDMOS器件，其剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示，LDMOS是從DMOS發(fā)展出來的器件，顧名思義，是一種橫向的M0SFET，包括源極、柵極、漏極和襯底等，基本原理是用柵極電壓來控制流經(jīng)源極和漏極之間的電流。本發(fā)明器件的主要制程如下如圖3所示，基于與CMOS相同的工藝制作LDMOS器件，考慮具體制程的要求，也可以考慮Resurf (降低表面電場)結(jié)構(gòu)或限場環(huán)結(jié)構(gòu)；在制作完成LDMOS器件后，在柵極區(qū)域制作圖2所示的二極管，具體采用的工藝是首先在柵氧化層上采用化學(xué)氣相淀積的方法淀積一層多晶硅，厚度為0. 5微米到 3微米之間，淀積的時候，同步摻雜，摻雜硼，使形成P型多晶硅，濃度在1018/cm3左右；采用光刻方法，在多晶硅上定義出η區(qū)，然后采用離子注入的方法注入磷離子，使該部分形成η區(qū)，濃度在1019/cm3左右；在上面淀積一層鈍化層；在金屬化的時候，直接將二極管的兩端和LDMOS的柵極、漏極短接在一起，最終形成的結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4所示，是本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)，其中二極管部分是由多個背靠背連接的二極管串聯(lián)連接而成，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中陰影部分代表ρ型區(qū)域。圖4中具體二極管串接的個數(shù)由要保護(hù)的電壓范圍所決定。具體實施例中，假設(shè)防突破電壓40V，所設(shè)計的LDMOS擊穿電壓40V，對應(yīng)的閾值電壓2. 73V，而二極管的擊穿電壓設(shè)計成15. 7V，擊穿最大電流為90mA，對于LDMOS器件，寬長比定在10以上，用來保證Ids越大越好，以在短時間內(nèi)將突波電流移走，一般在設(shè)計時溝道長為5微米，寬為50微米。具體實施例的動作原理是假設(shè)有一個突波，電壓突波為50V，反應(yīng)時間為20微秒，則電壓首先超過二極管的擊穿電壓15. 7V，二極管發(fā)生擊穿，并有電流流過；與此同時，電壓還在上升，二極管電流會流過圖1所示的寄生電阻Rg，當(dāng)電流在此電阻上產(chǎn)生的電壓降大于LDMOS的閾值電壓的時候，LDMOS發(fā)生導(dǎo)通，使得電流從漏端導(dǎo)通至源端，達(dá)到了保護(hù)的功能。本發(fā)明也使用于當(dāng)需要大電流保護(hù)的情況下，可以將圖4所示的結(jié)構(gòu)并聯(lián)，多個并聯(lián)可以對大電流情況下進(jìn)行保護(hù)。比如，10個同樣結(jié)構(gòu)單元并聯(lián)時候，所對應(yīng)器件能夠承受180mA以上的電流。如圖5所示，為器件的漏極電壓上升時的電流變化曲線，可以看出，該曲線與所設(shè)計的結(jié)果相符，在電壓達(dá)到15. 7V的時候，電流突然上升，對應(yīng)的是二極管的擊穿，在泄放一部分突波電流后，對應(yīng)柵極電壓達(dá)到閾值電壓，此時對應(yīng)著LDMOS器件的擊穿導(dǎo)通，伴隨著電流的釋放，此時的擊穿電壓為40V，達(dá)到了要保護(hù)電路的具體要求。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，包括LDMOS器件，其特征在于，還包括二極管組，所述二極管組包括多個以下列方式背靠背串聯(lián)的二極管-N-P-----N-P-N-P-N-----P-N-；所述二極管組的一端連接到所述LDMOS器件的漏極，另一端連接到所述LDMOS器件的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，其特征在于，所述二極管組在多晶硅薄膜上通過離子注入的方法制作形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，其特征在于，所述二極管組制作在所述LDMOS器件的漏極和柵極之間的柵氧化層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，其特征在于，所述LDMOS 器件的溝道的寬長比大于或等于10。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，其特征在于，所述LDMOS 器件的溝道長為5微米，寬為50微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件，其特征在于， 該保護(hù)器件有多個相互并聯(lián)。
7.—種權(quán)利要求1至5任一項所述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件的制作方法， 其特征在于，在制作完成LDMOS器件后，在所述LDMOS器件的柵極區(qū)域制作二極管組，具體包括步驟首先，在所述LDMOS器件的柵氧化層上采用化學(xué)氣相淀積的方法淀積一層多晶硅，厚度為0. 5微米到3微米之間，淀積的時候，同步摻雜硼，形成P型多晶硅；然后，采用光刻方法，在多晶硅上定義出η區(qū)，然后采用離子注入的方法注入磷離子， 使該部分形成η區(qū)；之后，在上面淀積一層鈍化層；最后，在金屬化的時候，直接將二極管的兩端和LDMOS的柵極、漏極短接在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件的制作方法，其特征在于，所述硼的摻雜濃度為1018/cm3 ；所述磷離子的摻雜濃度為1019/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單片集成的新型雙重突波保護(hù)器件及其制作方法。雙重突波保護(hù)器件包括LDMOS器件和二極管組，二極管組包括多個背靠背串聯(lián)的二極管，二極管組的一端連接到LDMOS器件的漏極，另一端連接到LDMOS器件的柵極?？梢栽谥谱魍瓿蒐DMOS器件后，直接在LDMOS器件的柵極區(qū)域制作二極管組。在工作原理和結(jié)構(gòu)上等效于二極管和LDMOS的組合，優(yōu)點是防突波效果提高，同時可以集成到芯片上，減少突波器件的成本。
文檔編號H01L27/02GK102157518SQ20111000304
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者姜巖峰 申請人:北方工業(yè)大學(xué)