[发明专利]半导体器件及制造方法

说明书

本发明涉及一种半导体器件及制造方法。所述半导体器件包括功率MOSFET，功率MOSFET包括在体区与沟槽栅极结构下表面之间设置的寿命控制区，所述寿命控制区可以通过氢离子和/或氦离子注入形成，在功率MOSFET由正向导通转换为反向截止时，进入所述寿命控制区的空穴的寿命缩短，从而有助于缩短反向恢复时间和减小反向恢复电流，进而可以改善振铃现象，提高应用所述半导体器件的电路的可靠性，有助于提升功率MOSFET的开关频率。所述制造方法可用于制作上述半导体器件。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件及制造方法。

背景技术

功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）由于驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，工作频率高等优点，是中低压同步整流电源的重要元器件。

以n沟道的功率MOSFET为例，通常在衬底上设置具有n型掺杂的外延层作为漂移区，在外延层上注入扩散形成具有p型掺杂的体区，在外延层中刻蚀形成深度超过体区的沟槽，在沟槽壁上热氧化形成栅氧化层，并用多晶硅填充沟槽并作为栅极，在体区表面形成具有n型重掺杂的源区，衬底背面形成具有n型重掺杂的漏区。该功率MOSFET中，在n型外延层与p型体区的界面，形成了一个PN结，该PN结称为功率MOSFET的体结。在无偏置的情况下，PN结两侧载流子的扩散运动和漂移运动达到平衡，PN结形成一势垒区。在栅极加上一定正电压后，沟槽壁侧的P型体区反型，形成反型沟道，功率MOSFET处于正向导通状态，上述体结处于正向偏置状态，扩散和偏移的动态平衡被破坏，p型体区的多子空穴流向漂移区作为漂移区的非平衡少子，该非平衡少子空穴在漂移区扩散而与漂移区的多子相遇而复合，距离体结边界越远，复合就越多，相应的，n型漂移区的多子电子流向p型体区并扩散，最终体结两侧存储的载流子形成了如图1所示的浓度分布，其中，体区（P）存储的载流子以电子为主，漂移区（N）存储的载流子以空穴为主，并且以体区和漂移区的交界处为中心，载流子浓度逐渐向两端减少。当反向截止时，反型沟道消失，在p型体区存储的电子和在漂移区存储的空穴逐渐消失，外延层中没有了非平衡少子，形成耐压区，达到抗压的作用。

图2是功率MOSFET的整流波形示意图。参见图2，I_F为正向导通时的漏极电流，V_t为施加在栅极上的电压（大于阈值），V_D为器件关断时施加在漏极上的反向电压。在正向导通转换至反向截止的过程中（如图2中的虚线圈处），在反向电场的作用下，n型外延层中存储的空穴被拉回p型体区，形成反向恢复电流，过程中同时与n型外延层中的多数载流子电子复合，n型外延层中的非平衡少子空穴逐渐减少，反向恢复电流逐渐减小并消失，从施加反向电压至反向恢复电流消失的时间称为反向恢复时间。

在正向导通转换为反向截止的过程中，n型外延层中存储的空穴数量越多，反向恢复电流消失所需要的时间越长，反向恢复时间也越长，而且由于反向恢复而形成的反向恢复电流的峰值也越高。由于在转换过程中反向恢复电流与反向截止电压同时存在，不仅不利于提高功率MOSFET的开关频率，而且反向恢复电流会引起体结处寄生二极管上的反向电压升高（超调），在电路中形成RLC自由振荡，进而引起振铃现象，反向电压越高，振铃现象越严重，振铃现象会引起电路电压不稳定，并形成强电磁干扰，危害极大。

发明内容

为了减小反向恢复电流，缩短反向恢复时间，改善由于反向恢复时间和反向恢复电流导致的振铃现象，提升功率MOSFET的开关频率，本发明提供一种半导体器件。另外提供一种半导体器件的制造方法。

一方面，本发明提供一种半导体器件，所述半导体器件包括功率MOSFET，所述功率MOSFET包括：

沟槽栅极结构，设置于一半导体基底中，所述半导体基底包括相对的正面和背面；

具有第一导电类型的源区和漏区，所述源区设置于所述半导体基底的正面，所述漏区设置于所述半导体基底的背面；