[實用新型]耗盡型功率半導體器件

有效

• 申請號: 201220355522.X
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN202736927U
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 葉俊;張邵華;李敏
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

技術領域

本實用新型涉及一種耗盡型功率半導體器件。

背景技術

MOSFET晶體管、IGBT晶體管等功率半導體器件因其具有高耐壓、大電流、低導通電阻等優點被廣泛應用于中、高功率領域。耗盡型功率半導體器件（例如MOSFET、IGBT等)為常開器件，使用時其柵極G、源極S(或發射極E)端接零電位器件導通，導通后源極S(或發射極E)端電位升高（VS(E)>0），使得柵極和源極（或發射極）之間的電壓VGS(E)<0。當VGS(E)（對MOSFET而言是S，對IGBT而言是E）<VTH時，器件自動關斷，因而簡化了柵驅動，可有效減小系統功耗，被廣泛應用于固態繼電器、線性放大器、逆變器、恒流源、電源電路中。

現有技術中，傳統耗盡型功率半導體器件要么閾值電壓可控性差、設計靈活度小；要么工藝制程復雜；要么制備需要額外增加掩膜版，增加芯片成本；要么器件可靠性降低，閾值電壓漂移嚴重。

專利號為5,021,356的美國專利文獻中公開了一種耗盡型器件的形成方法，其對多晶硅柵進行P型離子輕摻雜（p-），研制出閾值電壓在+0.25V左右的耗盡型P溝道MOSFET晶體管。但是，該方法主要通過對多晶硅的選擇性摻雜達到閾值電壓調節的目的，因此閾值電壓設計靈活度小。

專利號為4,786,611的美國專利文獻通過難溶金屬硅化物對多晶硅柵的擴散摻雜來達到閾值電壓調節的目的，但該方法的工藝制程比較復雜，閾值電壓的可控性差。

專利號為3,667,115的美國專利文獻通過在溝道區生長氧化層，利用氧化層的吸“硼”排“磷”特性使溝道反型，制造出耗盡型MOSFET晶體管，但反型程度有限且難以控制，閾值電壓可控性差，設計靈活度小。

專利號為5,907,777的美國專利文獻通過對柵介質進行可動離子摻雜制造出耗盡型MOSFET，但器件可靠性低、閾值電壓漂移大。

現有技術中還有一種方法是通過對溝道區進行反型離子注入研制出耗盡型晶體管，由于其僅對溝道區進行選擇性反型離子注入，因此需要額外增加掩膜版，增加了成本。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種耗盡型功率半導體器件，工藝制程簡單、成本低、閾值電壓可控性好。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種耗盡型功率半導體器件，包括：

半導體襯底；

位于所述半導體襯底上的第一摻雜類型的外延層；

形成于所述外延層內的第二摻雜類型的阱區，所述第二摻雜類型與所述第一摻雜類型相反，所述阱區的表面具有第一摻雜類型的反型層；

依次位于所述外延層上的柵介質層和柵電極，所述阱區橫向延伸至所述柵電極下方的距離為0.75×Xj+b，其中Xj為所述阱區的結深，-2μm≤b≤5μm。

可選地，所述b的取值范圍為：0μm≤b≤1μm。

可選地，所述阱區橫向延伸至所述柵電極下方的距離為1.5μm~5.5μm。

可選地，所述阱區橫向延伸至所述柵電極下方的距離為2.25μm~4.75μm。

可選地，所述耗盡型功率半導體器件的閾值電壓VTH的取值范圍為：-10V≤VTH≤10V。

可選地，所述耗盡型功率半導體器件為n溝道器件，其閾值電壓VTH的取值范圍為：-5V≤VTH≤0V。

可選地，所述耗盡型功率半導體器件為p溝道器件，其閾值電壓VTH的取值范圍為：0V≤VTH≤5V。

可選地，所述耗盡型功率半導體器件為VDMOS器件，所述半導體襯底為第一摻雜類型的，所述柵介質層和柵電極覆蓋相鄰阱區之間的外延層，所述柵電極兩側的阱區中還形成有第一摻雜類型的源區。

可選地，所述半導體襯底包括核心區域和位于所述核心區域周邊的終端區域，所述終端區域的外延層中形成有第二摻雜類型的耐壓環；所述終端區域的外延層表面上形成有場氧化層；所述耐壓環上方、相鄰場氧化層之間填充有氧化層；所述場氧化層、氧化層上覆蓋有介質層，所述介質層中形成有通孔，金屬場板通過該通孔與所述耐壓環相連。

可選地，所述介質層中形成有一個或多個串聯的保護齊納二極管，其陰極與所述柵電極電性連接，其陽極與所述源區電性連接。

可選地，所述耗盡型功率半導體器件為IGBT器件，所述半導體襯底為第一摻雜類型的，所述半導體襯底面還形成有第二摻雜類型的集電區，所述柵介質層和柵電極覆蓋相鄰阱區之間的外延層，所述柵電極兩側的阱區中還形成有第一摻雜類型的發射區。