[发明专利]一种功率VDMOS器件二极管并联式ESD防护机构

权利要求书

1.一种功率VDMOS器件二极管并联式ESD防护机构，其特征在于：它包括由若干个VDMOS单元一起构成的功率VDMOS器件，和由若干个齐纳二极管单元构成的ESD保护结构；所述ESD保护结构的等效输出端并接在所述功率VDMOS器件的栅极和源极两端；所述齐纳二极管单元的反向击穿电压大于所述一种功率VDMOS器件二极管并联式ESD防护机构的最大栅源工作电压，且小于栅氧化层的最小击穿电压；

所有VDMOS单元的结构完全相同，相互间等间距分布；

每一VDMOS单元的结构包括从下至上依次层叠的金属互连层、n+衬底层、n-外延层，在n-外延层的顶端向下延伸设有p+区，在p+区外围设有p-Body区，在p-Body区的顶端向下延伸设有n+区，n+区的顶端从下至上依次层叠有栅化氧层、n+多晶硅层，所述n+多晶硅层顶端设有二氧化硅层和金属互连层，其中：

n+衬底层的掺杂浓度为10¹⁸数量级以上，n-外延层的掺杂浓度为10¹⁴数量级，厚度为100um；

n+区作为VDMOS单元的源极，设置在p-Body区上且分布在p+区四周；

n+多晶硅层与金属互连层连接在一起后分别引出VDMOS单元的栅极和源极；

所有VDMOS单元的栅极通过n+多晶硅层连接一起构成功率VDMOS器件的栅极，所有VDMOS单元的源极通过金属互连层连接一起构成功率VDMOS器件的源极；

所述齐纳二极管单元的结构为以下情形之一：

I、第一种结构

包括等效的两个结构相同的、构成背对背二极管的齐纳二极管，所述的齐纳二极管包括自下而上依次层叠的金属互连层、n+衬底层、n-外延层，所述n-外延层的顶端自上而下延伸设有p-Body区，在每个p+区外围设有p-区，在每个p+区的顶端自上而下延伸分别设有一个n+区，所述齐纳二极管的两个n+区相连作为构成的背对背齐纳二极管的阴极；所述n+区与p+区的掺杂浓度为10¹⁹数量级；

II、第二种结构

包括一个齐纳二极管，所述的齐纳二极管包括自下而上依次层叠的金属互连层、n+衬底层、n-外延层，所述n-外延层的顶端自上而下延伸设有p-Body区，所述p-Body上设有p+区和n+区，所述p+区的四周设有p-区，而该p+区的顶端自上而下延伸设有一个n+区，且该p+区位于n+区的垂直下方，所述n+区的外还环绕有另一个p+区，该p+区的四周同样设有p-区，所述n+区作为齐纳二极管的阴极，n+区外环绕的p+区作为齐纳二极管的阳极；

所有的VDMOS单元与齐纳二极管单元共用同一金属互连层、n+衬底层、n-外延层，每个VDMOS单元、齐纳二极管单元处于独立的p-Body区上，彼此之间通过二氧化硅进行隔离，所述n+衬底层作为功率VDMOS器件的漏极D；所述n+区与p+区的掺杂浓度为10¹⁹数量级。

2.根据权利要求1所述的一种功率VDMOS器件二极管并联式ESD防护机构，其特征在于：所述齐纳二极管单元等距离随机分布在VDMOS单元分布的几何图形中，且ESD保护结构的结构有两种：

①所述齐纳二极管单元中一个齐纳二极管阴极与另一个齐纳二极管的阴极相连，其阳极则与第三个齐纳二极管的阳极相连，如此依次相串联后，并接在功率VDMOS器件的栅极与源极之间；

②所有的齐纳二极管单元分为数量相同的两组齐纳二极管单元组，每组中的齐纳二极管单元分别串联，串联后的一组齐纳二极管单元组的终端阳极与另一组齐纳二极管单元组的终端阳极相连，两组二极管单元组的终端阴极分别连接功率VDMOS器件的栅极与源极。

3.根据权利要求2所述的一种功率VDMOS器件二极管并联式ESD防护机构，其特征在于：齐纳二极管单元与左右相邻的两个单元间的分布排列关系为以下情形之一：

①VDMOS单元、齐纳二极管单元、VDMOS单元；

②VDMOS单元、齐纳二极管单元、齐纳二极管单元；

③齐纳二极管单元、齐纳二极管单元、齐纳二极管单元；

相邻的VDMOS单元和齐纳二极管单元之间用厚膜二氧化硅隔离，两个相邻的齐纳二极管单元之间用厚膜的二氧化硅隔离，相互独立。

4.根据权利要求3所述的一种功率VDMOS器件二极管并联式ESD防护机构，其特征在于：所述第一种结构的背对背二极管的齐纳二极管单元和第二种结构的齐纳二极管单元的面积为VDMOS单元面积的整数倍，每一种结构的齐纳二极管单元共用同一n+衬底层与n-外延层，相邻齐纳二极管单元之间通过二氧化硅层进行隔离。