[实用新型]一种中压大电流N通道增强型功率MOS管

说明书

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i_D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i_D。

对于增强型MOS管来说，由漏极到源极的电流即漏-源电流i_Ds随着gate端上所加电压Vg的增加而增加。当gate端不加电压时，i_Ds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。