專利名稱：一種中壓大電流n通道增強型功率mos管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種N通道增強型MOS管，尤其是涉及一種中壓大電流N通道增 強型功率MOS管。
背景技術(shù)：
MOSi7ET(英文 Metal-Oxidelemiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET 的縮寫，簡稱金氧半場效晶體管)分耗盡型和增強型兩種類型。其中，耗盡型MOS管是即使 gate (即柵極)與source (即源極)間的電壓為0，只要在drain (即漏極)與source (即 源極)間加上電壓，就會有漏極電流iD形成；而增強型MOS管由于沒有原始導電溝道，必須 通過在gate與source間加電壓才能形成漏極電流iD。對于增強型MOS管來說，由漏極到源極的電流即漏-源電流iDs隨著gate端上所 加電壓Vg的增加而增加。當gate端不加電壓時，iDs為O?，F(xiàn)有的電壓值為40V到200V的 中壓MOS管多為增強型MOS管，其功率比耗盡型MOS管大，主要有VMOS、DMOS、VDMOS等工藝 結(jié)構(gòu)。其中，VM0SFET(即VMOS管)的導通內(nèi)阻較小，沒有JFET效應，且柵極與漏極之間的 電容值Cgd最小，有最快的開關(guān)響應速度，但其缺點是V型底部尖端容易造成高電場的過度 聚集而導致?lián)舸覝喜畚g刻過程不穩(wěn)定會造成臨界電壓不穩(wěn)。DM0SFET (即DMOS管)的制 程穩(wěn)定簡單，p-body和源極區(qū)可利用相同的窗口擴散來獲得，成本小，但其缺點是導通內(nèi)阻 大，有JFET效應。由于p-n界面轉(zhuǎn)角處的電力線集中，易發(fā)生雪崩擊穿。現(xiàn)有的耐壓電壓 為70V且導通電流為80A的N型Power MOSFET (即N通道增強型功率MOS管)的導通內(nèi)阻 大，因而造成導通損耗較大，雪崩電流值受到限制，可靠性不高，并且在充電器、電源管理系 統(tǒng)等領(lǐng)域轉(zhuǎn)換效率一般。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種中壓 大電流N通道增強型功率MOS管，其設(shè)計合理、導通電流大、耐壓能力強且、導通內(nèi)阻小、抗 雪崩擊穿能力強、可靠性高，能有效解決現(xiàn)有中壓大電流功率MOS管存在的導通內(nèi)阻大，損 耗嚴重，可靠性低等多種不足。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種中壓大電流N通道增 強型功率MOS管，其特征在于包括由漏極金屬底層、N型襯底層和N型外延層組成的漏區(qū)、 在所述漏區(qū)上擴散形成的P型基區(qū)、通過刻蝕方法開在P型基區(qū)中部且其深度大于P型基 區(qū)深度的柵極溝槽、由填充在所述柵極溝槽內(nèi)的多晶硅層組成的柵極、覆蓋在多晶硅層上 的絕緣層以及由布設(shè)在P型基區(qū)上方且位于所述柵極上部外側(cè)的N+源區(qū)和布設(shè)在P型基 區(qū)與絕緣層上方的源極金屬頂層組成的源區(qū)，所述漏區(qū)布設(shè)在底部且所述源區(qū)布設(shè)在頂 部，且所述柵區(qū)和P型基區(qū)布設(shè)在所述漏區(qū)和源區(qū)之間；所述漏極金屬底層布設(shè)在N型襯底 層底部，所述N型外延層布設(shè)在N型襯底層上；所述P型基區(qū)布設(shè)在N型外延層上方，所述 柵區(qū)與N+源區(qū)、絕緣層、P型基區(qū)和N型外延層之間均通過柵氧層進行分隔，所述源極金屬頂層與所述柵極之間通過絕緣層進行隔離，所述柵區(qū)的下部為U字形。上述一種中壓大電流N通道增強型功率MOS管，其特征是所述漏極金屬底層的垂 直向厚度為1.4μπι士0. 1μπι，Ν型襯底層的垂直向厚度為152μπι 203μπι，所述N型外延 層的垂直向厚度為4 μ m 50 μ m，源極金屬頂層的垂直向厚度為4 μ m士0. 5 μ m。上述一種中壓大電流N通道增強型功率MOS管，其特征是所述柵氧層布設(shè)在所述 柵極溝槽的側(cè)壁上。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、占有面積小，降低了功率MOS管的單元尺寸。2、加工制作簡便且使用效果好，采用在管芯上開溝槽腐蝕挖槽的Trench MOSFET 技術(shù)，溝槽結(jié)構(gòu)的溝道是縱向的，在其側(cè)壁可制作MOS的柵極，所占用面積比橫向溝道小， 從而能進一步提高元胞密度，在器件性能上增強了 MOSFET的抗雪崩擊穿能力，有效減少導 通內(nèi)阻，減低驅(qū)動電壓，其導通內(nèi)阻僅為5. 6πιΩ。另外，本實用新型的導通電流為80Α，耐壓 最小70V。3、沒有JFET效應，正常應用時由于其低驅(qū)動電壓需求提高了工作效率，極低的導 通內(nèi)阻有效減低了 MOSFET導通損耗，提高了器件可靠性。4、柵槽底部采用雙層柵介質(zhì)，從而改善擊穿電壓，耐壓程度更高，提高了期間的可靠性。5、使用操作簡便，垂直溝道形成時，電流由漏極經(jīng)過垂直溝道向源極流去，可通過 80安培大電流，圖中箭頭方向為電流流向；而當柵極電壓為零時，垂直溝道消失，電流通路 截止。綜上所述，本實用新型設(shè)計合理、導通電流大、耐壓能力強且、導通內(nèi)阻小、抗雪崩 擊穿能力強、可靠性高，能有效解決現(xiàn)有70V/80A等級中壓大電流Power M0SFETT存在的導 通內(nèi)阻大，損耗嚴重，可靠性低等多種不足。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

[0016]圖1為本實用新型垂直溝道消失后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型垂直溝道形成時的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記說明1-漏極金屬底層； 2-N型襯底層； 3-N型外延層；4-P型基區(qū)；5-多晶硅層； 7-柵氧層；8-N+源區(qū)；9-源極金屬頂層；10-絕緣層。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型包括由漏極金屬底層1、N型襯底層2和N型外延層 3組成的漏區(qū)、在所述漏區(qū)上擴散形成的P型基區(qū)4、通過刻蝕方法開在P型基區(qū)4中部且 其深度大于P型基區(qū)4深度的柵極溝槽、由填充在所述柵極溝槽內(nèi)的多晶硅層5組成的柵 極、覆蓋在多晶硅層5上的絕緣層10以及由布設(shè)在P型基區(qū)4上方且位于所述柵極上部外 側(cè)的N+源區(qū)8和布設(shè)在P型基區(qū)4與絕緣層10上方的源極金屬頂層9組成的源區(qū)，所述漏區(qū)布設(shè)在底部且所述源區(qū)布設(shè)在頂部，且所述柵區(qū)和P型基區(qū)4布設(shè)在所述漏區(qū)和源區(qū) 之間。所述漏極金屬底層1布設(shè)在N型襯底層2底部，所述N型外延層3布設(shè)在N型襯底 層2上。所述P型基區(qū)4布設(shè)在N型外延層3上方，所述柵區(qū)與N+源區(qū)8、絕緣層10、P型 基區(qū)4和N型外延層3之間均通過柵氧層7進行分隔，所述源極金屬頂層9與所述柵極之 間通過絕緣層10進行隔離，所述柵區(qū)的下部為U字形。本實施例中，所述漏極金屬底層1的垂直向厚度為1.4 4!11士0.14111力型襯底層2 的垂直向厚度為152 μ m 203 μ m，所述N型外延層3的垂直向厚度為4 μ m 50 μ m，源極 金屬頂層9的垂直向厚度為4 μ m士0. 5 μ m。所述柵氧層7布設(shè)在所述柵極溝槽的側(cè)壁上。 同時，本實用新型還包括覆蓋在N+源區(qū)8和所述柵區(qū)正上方的絕緣層10，所述源極金屬頂 層9整體覆蓋在絕緣層10和P型基區(qū)4上。實際加工制作過程中，首先在N型外延層3上擴散形成P型基區(qū)4，然后通過刻蝕 技術(shù)形成深度超過P型基區(qū)4的柵極溝槽，在柵極溝槽的槽壁上熱氧化生成柵氧化層即柵 氧層7，再用多晶硅填充溝槽并相應形成柵區(qū)；隨后，利用自對準工藝形成N+源區(qū)8，N+源 區(qū)8背面的N+區(qū)仍為漏區(qū)。實際使用過程中，在在柵極加上一定正電壓后，柵極溝槽壁側(cè) 的P型基區(qū)4反型，形成垂直溝道。使用時，本實用新型占有面積小，降低了單元尺寸，能有 效提高元胞密度，因而大大降低了導通電阻，達到5. 6毫歐。另外，所述柵極溝槽即柵槽底 部采用雙層柵介質(zhì)，從而改善擊穿電壓，耐壓程度更高，提高了期間的可靠性。結(jié)合圖2，垂 直溝道形成時，電流由漏極經(jīng)過垂直溝道向源極流去，可通過80安培大電流，圖中箭頭方 向為電流流向；而當柵極電壓為零時，垂直溝道消失，電流通路截止，具體見圖1。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種中壓大電流N通道增強型功率MOS管，其特征在于包括由漏極金屬底層(1)、N 型襯底層( 和N型外延層C3)組成的漏區(qū)、在所述漏區(qū)上擴散形成的P型基區(qū)、通過 刻蝕方法開在P型基區(qū)(4)中部且其深度大于P型基區(qū)(4)深度的柵極溝槽、由填充在所 述柵極溝槽內(nèi)的多晶硅層( 組成的柵極、覆蓋在多晶硅層( 上的絕緣層(10)以及由布 設(shè)在P型基區(qū)(4)上方且位于所述柵極上部外側(cè)的N+源區(qū)(8)和布設(shè)在P型基區(qū)(4)與 絕緣層(10)上方的源極金屬頂層(9)組成的源區(qū)，所述漏區(qū)布設(shè)在底部且所述源區(qū)布設(shè)在 頂部，且所述柵區(qū)和P型基區(qū)(4)布設(shè)在所述漏區(qū)和源區(qū)之間；所述漏極金屬底層(1)布設(shè) 在N型襯底層⑵底部，所述N型外延層(3)布設(shè)在N型襯底層⑵上；所述P型基區(qū)⑷ 布設(shè)在N型外延層(3)上方，所述柵區(qū)與N+源區(qū)(8)、絕緣層(10)、P型基區(qū)(4)和N型外 延層( 之間均通過柵氧層(7)進行分隔，所述源極金屬頂層(9)與所述柵極之間通過絕 緣層(10)進行隔離，所述柵區(qū)的下部為U字形。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種中壓大電流N通道增強型功率MOS管，其特征在于所 述漏極金屬底層(1)的垂直向厚度為1.4μπι 士 0. Ιμπι，N型襯底層O)的垂直向厚度為 152μπι 203μπι，所述N型外延層(3)的垂直向厚度為4 μ m 50 μ m，源極金屬頂層(9) 的垂直向厚度為4 μ m士0. 5 μ m。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種中壓大電流N通道增強型功率MOS管，其特征在于 所述柵氧層(7)布設(shè)在所述柵極溝槽的側(cè)壁上。
專利摘要本實用新型公開了一種中壓大電流N通道增強型功率MOS管，包括由漏極金屬底層、N型襯底層和N型外延層組成的漏區(qū)、在漏區(qū)上擴散形成的P型基區(qū)、開在P型基區(qū)中部的柵極溝槽、由填充在柵極溝槽內(nèi)的多晶硅層組成的柵極以及由N+源區(qū)和源極金屬頂層組成的源區(qū)，漏區(qū)布設(shè)在底部且源區(qū)布設(shè)在頂部且柵區(qū)和P型基區(qū)布設(shè)在漏區(qū)和源區(qū)之間；柵區(qū)與N+源區(qū)、源極金屬頂層、P型基區(qū)和N型外延層之間均通過柵氧層進行分隔，源極金屬頂層與柵極之間通過絕緣層進行隔離，柵區(qū)的下部為U字形。本實用新型設(shè)計合理、導通電流大、耐壓能力強且導通內(nèi)阻小、抗雪崩擊穿能力強、可靠性高，能解決現(xiàn)有中壓大電流功率MOS管存在的多種不足。
文檔編號H01L29/06GK201904342SQ20112000168
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者王安順, 董超, 辛燁 申請人:西安后羿半導體科技有限公司