CN201904342U - 一种中压大电流n通道增强型功率mos管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，包括由漏极金属底层、N型衬底层和N型外延层组成的漏区、在漏区上扩散形成的P型基区、开在P型基区中部的栅极沟槽、由填充在栅极沟槽内的多晶硅层组成的栅极以及由N+源区和源极金属顶层组成的源区，漏区布设在底部且源区布设在顶部且栅区和P型基区布设在漏区和源区之间；栅区与N+源区、源极金属顶层、P型基区和N型外延层之间均通过栅氧层进行分隔，源极金属顶层与栅极之间通过绝缘层进行隔离，栅区的下部为U字形。本实用新型设计合理、导通电流大、耐压能力强且导通内阻小、抗雪崩击穿能力强、可靠性高，能解决现有中压大电流功率MOS管存在的多种不足。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种N通道增强型MOS管，尤其是涉及一种中压大电流N通道增强型功率MOS管。
背景技术
MOSFET(英文Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET的缩写，简称金氧半场效晶体管)分耗尽型和增强型两种类型。其中，耗尽型MOS管是即使gate(即栅极)与source(即源极)间的电压为0，只要在drain(即漏极)与source(即源极)间加上电压，就会有漏极电流iD形成；而增强型MOS管由于没有原始导电沟道，必须通过在gate与source间加电压才能形成漏极电流iD。
对于增强型MOS管来说，由漏极到源极的电流即漏-源电流iDs随着gate端上所加电压Vg的增加而增加。当gate端不加电压时，iDs为0。现有的电压值为40V到200V的中压MOS管多为增强型MOS管，其功率比耗尽型MOS管大，主要有VMOS、DMOS、VDMOS等工艺结构。其中，VMOSFET(即VMOS管)的导通内阻较小，没有JFET效应，且栅极与漏极之间的电容值Cgd最小，有最快的开关响应速度，但其缺点是V型底部尖端容易造成高电场的过度聚集而导致击穿，且沟槽蚀刻过程不稳定会造成临界电压不稳。DMOSFET(即DMOS管)的制程稳定简单，p-body和源极区可利用相同的窗口扩散来获得，成本小，但其缺点是导通内阻大，有JFET效应。由于p-n界面转角处的电力线集中，易发生雪崩击穿。现有的耐压电压为70V且导通电流为80A的N型Power MOSFET(即N通道增强型功率MOS管)的导通内阻大，因而造成导通损耗较大，雪崩电流值受到限制，可靠性不高，并且在充电器、电源管理系统等领域转换效率一般。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，其设计合理、导通电流大、耐压能力强且、导通内阻小、抗雪崩击穿能力强、可靠性高，能有效解决现有中压大电流功率MOS管存在的导通内阻大，损耗严重，可靠性低等多种不足。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，其特征在于：包括由漏极金属底层、N型衬底层和N型外延层组成的漏区、在所述漏区上扩散形成的P型基区、通过刻蚀方法开在P型基区中部且其深度大于P型基区深度的栅极沟槽、由填充在所述栅极沟槽内的多晶硅层组成的栅极、覆盖在多晶硅层上的绝缘层以及由布设在P型基区上方且位于所述栅极上部外侧的N+源区和布设在P型基区与绝缘层上方的源极金属顶层组成的源区，所述漏区布设在底部且所述源区布设在顶部，且所述栅区和P型基区布设在所述漏区和源区之间；所述漏极金属底层布设在N型衬底层底部，所述N型外延层布设在N型衬底层上；所述P型基区布设在N型外延层上方，所述栅区与N+源区、绝缘层、P型基区和N型外延层之间均通过栅氧层进行分隔，所述源极金属顶层与所述栅极之间通过绝缘层进行隔离，所述栅区的下部为U字形。
上述一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，其特征是：所述漏极金属底层的垂直向厚度为1.4μm±0.1μm，N型衬底层的垂直向厚度为152μm～203μm，所述N型外延层的垂直向厚度为4μm～50μm，源极金属顶层的垂直向厚度为4μm±0.5μm。
上述一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，其特征是：所述栅氧层布设在所述栅极沟槽的侧壁上。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构设计合理、占有面积小，降低了功率MOS管的单元尺寸。
2、加工制作简便且使用效果好，采用在管芯上开沟槽腐蚀挖槽的Trench MOSFET技术，沟槽结构的沟道是纵向的，在其侧壁可制作MOS的栅极，所占用面积比横向沟道小，从而能进一步提高元胞密度，在器件性能上增强了MOSFET的抗雪崩击穿能力，有效减少导通内阻，减低驱动电压，其导通内阻仅为5.6mΩ。另外，本实用新型的导通电流为80A，耐压最小70V。
3、没有JFET效应，正常应用时由于其低驱动电压需求提高了工作效率，极低的导通内阻有效减低了MOSFET导通损耗，提高了器件可靠性。
4、栅槽底部采用双层栅介质，从而改善击穿电压，耐压程度更高，提高了期间的可靠性。
5、使用操作简便，垂直沟道形成时，电流由漏极经过垂直沟道向源极流去，可通过80安培大电流，图中箭头方向为电流流向；而当栅极电压为零时，垂直沟道消失，电流通路截止。
综上所述，本实用新型设计合理、导通电流大、耐压能力强且、导通内阻小、抗雪崩击穿能力强、可靠性高，能有效解决现有70V/80A等级中压大电流Power MOSFETT存在的导通内阻大，损耗严重，可靠性低等多种不足。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型垂直沟道消失后的结构示意图。
图2为本实用新型垂直沟道形成时的结构示意图。
附图标记说明：
1-漏极金属底层； 2-N型衬底层； 3-N型外延层；
4-P型基区； 5-多晶硅层； 7-栅氧层；
8-N+源区； 9-源极金属顶层； 10-绝缘层。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型包括由漏极金属底层1、N型衬底层2和N型外延层3组成的漏区、在所述漏区上扩散形成的P型基区4、通过刻蚀方法开在P型基区4中部且其深度大于P型基区4深度的栅极沟槽、由填充在所述栅极沟槽内的多晶硅层5组成的栅极、覆盖在多晶硅层5上的绝缘层10以及由布设在P型基区4上方且位于所述栅极上部外侧的N+源区8和布设在P型基区4与绝缘层10上方的源极金属顶层9组成的源区，所述漏区布设在底部且所述源区布设在顶部，且所述栅区和P型基区4布设在所述漏区和源区之间。所述漏极金属底层1布设在N型衬底层2底部，所述N型外延层3布设在N型衬底层2上。所述P型基区4布设在N型外延层3上方，所述栅区与N+源区8、绝缘层10、P型基区4和N型外延层3之间均通过栅氧层7进行分隔，所述源极金属顶层9与所述栅极之间通过绝缘层10进行隔离，所述栅区的下部为U字形。
本实施例中，所述漏极金属底层1的垂直向厚度为1.4μm±0.1μm，N型衬底层2的垂直向厚度为152μm～203μm，所述N型外延层3的垂直向厚度为4μm～50μm，源极金属顶层9的垂直向厚度为4μm±0.5μm。所述栅氧层7布设在所述栅极沟槽的侧壁上。同时，本实用新型还包括覆盖在N+源区8和所述栅区正上方的绝缘层10，所述源极金属顶层9整体覆盖在绝缘层10和P型基区4上。
实际加工制作过程中，首先在N型外延层3上扩散形成P型基区4，然后通过刻蚀技术形成深度超过P型基区4的栅极沟槽，在栅极沟槽的槽壁上热氧化生成栅氧化层即栅氧层7，再用多晶硅填充沟槽并相应形成栅区；随后，利用自对准工艺形成N+源区8，N+源区8背面的N+区仍为漏区。实际使用过程中，在在栅极加上一定正电压后，栅极沟槽壁侧的P型基区4反型，形成垂直沟道。使用时，本实用新型占有面积小，降低了单元尺寸，能有效提高元胞密度，因而大大降低了导通电阻，达到5.6毫欧。另外，所述栅极沟槽即栅槽底部采用双层栅介质，从而改善击穿电压，耐压程度更高，提高了期间的可靠性。结合图2，垂直沟道形成时，电流由漏极经过垂直沟道向源极流去，可通过80安培大电流，图中箭头方向为电流流向；而当栅极电压为零时，垂直沟道消失，电流通路截止，具体见图1。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，其特征在于：包括由漏极金属底层(1)、N型衬底层(2)和N型外延层(3)组成的漏区、在所述漏区上扩散形成的P型基区(4)、通过刻蚀方法开在P型基区(4)中部且其深度大于P型基区(4)深度的栅极沟槽、由填充在所述栅极沟槽内的多晶硅层(5)组成的栅极、覆盖在多晶硅层(5)上的绝缘层(10)以及由布设在P型基区(4)上方且位于所述栅极上部外侧的N+源区(8)和布设在P型基区(4)与绝缘层(10)上方的源极金属顶层(9)组成的源区，所述漏区布设在底部且所述源区布设在顶部，且所述栅区和P型基区(4)布设在所述漏区和源区之间；所述漏极金属底层(1)布设在N型衬底层(2)底部，所述N型外延层(3)布设在N型衬底层(2)上；所述P型基区(4)布设在N型外延层(3)上方，所述栅区与N+源区(8)、绝缘层(10)、P型基区(4)和N型外延层(3)之间均通过栅氧层(7)进行分隔，所述源极金属顶层(9)与所述栅极之间通过绝缘层(10)进行隔离，所述栅区的下部为U字形。
2.按照权利要求1所述的一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，其特征在于：所述漏极金属底层(1)的垂直向厚度为1.4μm±0.1μm，N型衬底层(2)的垂直向厚度为152μm～203μm，所述N型外延层(3)的垂直向厚度为4μm～50μm，源极金属顶层(9)的垂直向厚度为4μm±0.5μm。
3.按照权利要求1或2所述的一种中压大电流N通道增强型功率MOS管，其特征在于：所述栅氧层(7)布设在所述栅极沟槽的侧壁上。
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|---|---|---|---|---|
| CN102412249A (zh) * | 2011-10-13 | 2012-04-11 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 降低闩锁效应的功率器件结构及其制造方法 |
| CN116913970A (zh) * | 2023-06-28 | 2023-10-20 | 上海格州微电子技术有限公司 | 一种提供过内阻检测的mosfet及mosfet的制造方法 |
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