[发明专利]耗尽型功率半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耗尽型功率半导体器件及其制造方法。

背景技术

MOSFET晶体管、IGBT晶体管等功率半导体器件因其具有高耐压、大电流、低导通电阻等优点被广泛应用于中、高功率领域。耗尽型功率半导体器件（例如MOSFET、IGBT等)为常开器件，使用时其栅极G、源极S(或发射极E)端接零电位器件导通，导通后源极S(或发射极E)端电位升高（VS(E)>0），使得栅极和源极（或发射极）之间的电压VGS(E)<0。当VGS(E)（对MOSFET而言是S，对IGBT而言是E）<V_TH时，器件自动关断，因而简化了栅驱动，可有效减小系统功耗，被广泛应用于固态继电器、线性放大器、逆变器、恒流源、电源电路中。

现有技术中，传统耗尽型功率半导体器件要么阈值电压可控性差、设计灵活度小；要么工艺制程复杂；要么制备需要额外增加掩膜版，增加芯片成本；要么器件可靠性降低，阈值电压漂移严重。

专利号为5,021,356的美国专利文献中公开了一种耗尽型器件的形成方法，其对多晶硅栅进行P型离子轻掺杂（p-），研制出阈值电压在+0.25V左右的耗尽型P沟道MOSFET晶体管。但是，该方法主要通过对多晶硅的选择性掺杂达到阈值电压调节的目的，因此阈值电压设计灵活度小。

专利号为4,786,611的美国专利文献通过难溶金属硅化物对多晶硅栅的扩散掺杂来达到阈值电压调节的目的，但该方法的工艺制程比较复杂，阈值电压的可控性差。

专利号为3,667,115的美国专利文献通过在沟道区生长氧化层，利用氧化层的吸“硼”排“磷”特性使沟道反型，制造出耗尽型MOSFET晶体管，但反型程度有限且难以控制，阈值电压可控性差，设计灵活度小。

专利号为5,907,777的美国专利文献通过对栅介质进行可动离子掺杂制造出耗尽型MOSFET，但器件可靠性低、阈值电压漂移大。

现有技术中还有一种方法是通过对沟道区进行反型离子注入研制出耗尽型晶体管，由于其仅对沟道区进行选择性反型离子注入，因此需要额外增加掩膜版，增加了成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种耗尽型功率半导体器件及其制造方法，工艺制程简单、成本低、阈值电压可控性好。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种耗尽型功率半导体器件，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的第一掺杂类型的外延层；

形成于所述外延层内的第二掺杂类型的阱区，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型相反，所述阱区的表面具有第一掺杂类型的反型层；

依次位于所述外延层上的栅介质层和栅电极，所述阱区横向延伸至所述栅电极下方的距离为0.75×Xj+b，其中Xj为所述阱区的结深，-2μm≤b≤5μm。

可选地，所述b的取值范围为：0μm≤b≤1μm。

可选地，所述阱区横向延伸至所述栅电极下方的距离为1.5μm~5.5μm。

可选地，所述阱区横向延伸至所述栅电极下方的距离为2.25μm~4.75μm。

可选地，所述耗尽型功率半导体器件的阈值电压V_TH的取值范围为：-10V≤V_TH≤10V。

可选地，所述耗尽型功率半导体器件为n沟道器件，其阈值电压V_TH的取值范围为：-5V≤V_TH≤0V。

可选地，所述耗尽型功率半导体器件为p沟道器件，其阈值电压V_TH的取值范围为：0V≤V_TH≤5V。

可选地，所述耗尽型功率半导体器件为VDMOS器件，所述半导体衬底为第一掺杂类型的，所述栅介质层和栅电极覆盖相邻阱区之间的外延层，所述栅电极两侧的阱区中还形成有第一掺杂类型的源区。

可选地，所述半导体衬底包括核心区域和位于所述核心区域周边的终端区域，所述终端区域的外延层中形成有第二掺杂类型的耐压环；所述终端区域的外延层表面上形成有场氧化层；所述耐压环上方、相邻场氧化层之间填充有氧化层；所述场氧化层、氧化层上覆盖有介质层，所述介质层中形成有通孔，金属场板通过该通孔与所述耐压环相连。

可选地，所述介质层中形成有一个或多个串联的保护齐纳二极管，其阴极与所述栅电极电性连接，其阳极与所述源区电性连接。