CN207719217U - 平面高压mosfet功率晶体管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种平面高压MOSFET功率晶体管，包括N+型衬底，在N+型衬底上形成有N‑型外延层；N‑型外延层上部形成有多个元胞的P型阱区；P型阱区的掺杂浓度由中央向两侧由浓到淡；在N‑型外延层的正面最外围形成有N+型电场截止环；在P型阱区内两侧各形成N+型源区；在P型阱区和N+型源区上方的表面形成有栅氧化层，栅氧化层上形成有多晶硅层；在多晶硅层上方设有磷硅玻璃层；在N+型源区顶部磷硅玻璃层未覆盖区域设有源区金属；源区金属层覆盖在N‑型外延层正面，并连接源区金属；在栅氧化层下，N+型源区与N‑型外延层之间的P型阱区顶部形成沟道；在N+型衬底背面设有背面金属层。该MOSFET耐压高，可靠性高。

Description

平面高压MOSFET功率晶体管

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，尤其涉及一种应用于金属焊接机、逆变器的平面高压MOSFET功率晶体管。

背景技术

大功率晶体管VDMOS以其开关速度快，输入电阻高，驱动功耗小，频率特性好，驱动能力强，跨导线性好，具有负温系数，无双极型功率管的二次击穿问题等优点，成为最受欢迎的半导体器件。长期以来，高电压大电流的MOS器件市场一直被安森美、仙童、富士等国际大公司占据，国内厂家应用主要依赖于进口。由于进口原装管，价格昂贵，进货渠道很不稳定。因此，使用厂家非常期待国内的功率半导体厂家能研发出高压MOSFET功率器件来。

国内多家焊机及逆变器等生产厂家均有高压MOSFET功率晶体管的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种平面高压MOSFET功率晶体管，克服了以往技术的不足，将MOSFET的参数不断改进，采用了新型的横向变掺杂技术，使产品最终具有高温漏电小，耐压高，可靠性高，电老化后电压变化小,导通电阻小等优点,满足了顾客在应用上的需求。本实用新型采用的技术方案是：

一种平面高压MOSFET功率晶体管，包括多个元胞，其主要改进之处在于：

包括N+型衬底，在N+型衬底上形成有N-型外延层；

N-型外延层上部形成有多个元胞的P型阱区；P型阱区的掺杂浓度由中央向两侧由浓到淡；

在N-型外延层的正面最外围形成有N+型电场截止环；

在P型阱区内两侧各形成N+型源区；在P型阱区和N+型源区上方的表面形成有栅氧化层，栅氧化层上形成有多晶硅层；

在多晶硅层上方设有磷硅玻璃层；

在N+型源区顶部磷硅玻璃层未覆盖区域设有源区金属；源区金属层覆盖在N-型外延层正面，并连接源区金属；

在栅氧化层下，N+型源区与N-型外延层之间的P型阱区顶部形成沟道；

在N+型衬底背面设有背面金属层。

进一步地，P型阱区10的结深中间比两侧深。

进一步地，沟道的长度L为1.5～1.6μm。

进一步地，多晶硅层宽度为4～6μm。

进一步地，背面金属层为三层结构，与N+型衬底相接的是钛层，中间为镍层，底层为银层。

更进一步地，背面金属层的钛层、镍层、银层厚度分别为

本实用新型的优点在于：

1)雪崩耐量大，抗烧毁能力强。

2)优化的栅极宽度。

3)P型阱区采用横向变掺杂技术，使产品最终具有高温漏电小，耐压高优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提出一种平面高压MOSFET功率晶体管，实施例为电压要求达到600V,采用了新型的横向变掺杂技术，使产品最终具有高温漏电小，耐压高，可靠高，电老化后电压变化小等优点。

该平面高压MOSFET功率晶体管，包括多个元胞，其结构如下：

包括N+型衬底8，在N+型衬底8上形成有N-型外延层6；

N-型外延层6上部形成有多个元胞的P型阱区10；P型阱区10的掺杂浓度由中央向两侧由浓到淡；可以通过进行离子注入及退火，横向双扩散形成不同结深和浓度的P型阱区10，P型阱区10的结深中间比两侧深；

在N-型外延层6的正面最外围形成有N+型电场截止环7；

在P型阱区10内两侧各形成N+型源区5，采用高浓度离子注入形成N+源区5，使源区的电阻很小；在P型阱区10和N+型源区5上方的表面形成有栅氧化层4，栅氧化层4上形成有多晶硅层3；多晶硅层3是栅极一部分，纵向延伸后与栅极金属连接(图1中未画出栅极金属)；

在多晶硅层3上方均设有磷硅玻璃层12；

在N+型源区5顶部磷硅玻璃层12未覆盖区域设有源区金属2；源区金属层13覆盖在N-型外延层6正面，并连接源区金属2；源区金属层13作为MOS管的源极；

在栅氧化层4下，N+型源区5与N-型外延层6之间的P型阱区10顶部形成沟道1；

各元胞的多晶硅层3、源区金属2均对应互连；

在N+型衬底8背面设有背面金属层11，背面金属层11作为MOS管的漏极；

利用横向变掺杂，采用平面工艺，利用双扩散和较短的沟道技术控制沟道1的长度L为1.5～1.6μm，考虑到，沟道1的长度与导通电阻间的关系，沟道长度太短容易使P型阱区完全耗尽穿通降低电压，太长则会增大沟道电阻，所以本实施例控制沟道长度1.5～1.6μm为最佳；

控制多晶硅层3宽度为4～6μm，有效的解决了栅极下的PN结受曲率影响，导致电势受到挤压，影响器件的电压问题。

背面金属层1为三层结构，与N+型衬底8相接的是钛层，中间为镍层，底层为银层；背面金属层11的钛层、镍层、银层厚度分别为背面金属钛、镍、银三层结构，解决了芯片在粘片时的浸润性，大大改善了器件的功率耐量、热疲劳性能。

N+型电场截止环7为单独的，与其他部分不相连，可以较好阻挡进入P型阱区的雪崩电流，从而大大提高功率器件的雪崩耐量，保证了MOS器件的应用可靠性。

本实施例高压MOSFET功率晶体管VDSS＝630V，V_GS＝3.5V，ROS_(ON)<70mΩ(V_G＝10V)，结温+150℃，操作和储存温度范围为-55℃～+150℃。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种平面高压MOSFET功率晶体管，包括多个元胞，其特征在于：

包括N+型衬底(8)，在N+型衬底(8)上形成有N-型外延层(6)；

N-型外延层(6)上部形成有多个元胞的P型阱区(10)；P型阱区(10)的掺杂浓度由中央向两侧由浓到淡；

在N-型外延层(6)的正面最外围形成有N+型电场截止环(7)；

在P型阱区(10)内两侧各形成N+型源区(5)；在P型阱区(10)和N+型源区(5)上方的表面形成有栅氧化层(4)，栅氧化层(4)上形成有多晶硅层(3)；

在多晶硅层(3)上方设有磷硅玻璃层(12)；

在N+型源区(5)顶部磷硅玻璃层(12)未覆盖区域设有源区金属(2)；源区金属层(13)覆盖在N-型外延层(6)正面，并连接源区金属(2)；

在栅氧化层(4)下，N+型源区(5)与N-型外延层(6)之间的P型阱区(10)顶部形成沟道(1)；

在N+型衬底(8)背面设有背面金属层(11)。

2.如权利要求1所述的平面高压MOSFET功率晶体管，其特征在于，

P型阱区(10)的结深中间比两侧深。

3.如权利要求1所述的平面高压MOSFET功率晶体管，其特征在于，

沟道(1)的长度L为1.5～1.6μm。

4.如权利要求1所述的平面高压MOSFET功率晶体管，其特征在于，

多晶硅层(3)宽度为4～6μm。

5.如权利要求1所述的平面高压MOSFET功率晶体管，其特征在于，

背面金属层(11)为三层结构，与N+型衬底(8)相接的是钛层，中间为镍层，底层为银层。

6.如权利要求5所述的平面高压MOSFET功率晶体管，其特征在于，

背面金属层(11)的钛层、镍层、银层厚度分别为1500埃、5000埃、6000埃。