[实用新型]一种降低栅极存储电荷的MOSFET场效应管元胞结构

说明书

本实用新型公开了一种降低栅极存储电荷的MOSFET场效应管元胞结构，包括衬底，衬底背面设有背面金属层，正面生长有外延层，外延层的主表面部分设有场氧化层，外延层的主表面还扩散有阱区，且阱区内设有两个源区，阱区和源区为所述外延层主表面的一部分，且阱区环绕场氧化层，两个源区之间的阱区主表面设有栅氧化层，且栅氧化层的厚度小于场氧化层的厚度，场氧化层和栅氧化层表面设有多晶硅栅，多晶硅栅表面以及源区表面积淀有钝化层，钝化层以及源区外侧的阱区的主表面设有正面金属层。本实用新型能够有效降低栅极和漏极间电容，从而有效降低开关切换损耗，同时也大幅提高了开关速度。

技术领域

本实用新型涉及半导体功率开关技术领域，具体涉及一种降低栅极存储电荷的MOSFET场效应管元胞结构。

背景技术

MOSFET器件作为多子器件，开关时间为100～10ns量级，高频特性好，具有开关速度快损耗小、输入阻抗高、驱动功率小、跨导高度线性化，尤其是它具有负的温度系数，没有双极功率管的二次击穿问题，广泛应用于各种领域，包括电机调速、逆变器、不间断电源、开关电源、电子开关、高保真音响、汽车电器和电子镇流器等。

随着电路应用的高频化，开关元件的切换性能的改善是重要事项之一。进一步来说，就高频操作的观点，如何提高切换速度，同时减少切换损失，即为开关元件设计的目标。而从半导体物理来看，降低MOSFET场效应管的栅极至漏极的电容(Cgd)有助于改善切换速度，降低切换损失。

现有技术的MOSFET场效应管元胞结构中栅极的平板电容结构包括多晶硅-栅氧化层-N-型硅，该电容结构由于栅氧化层整体结构较薄，导致整体的栅极和漏极间电容较高，进一步导致MOSFET场效应管的开关损耗较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种降低栅极存储电荷的MOSFET场效应管元胞结构，该场效应管元胞结构能够有效降低栅极和漏极间电容，从而有效降低开关切换损耗，同时也大幅提高了开关速度。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种降低栅极存储电荷的MOSFET场效应管元胞结构，包括衬底，所述衬底背面设有背面金属层，正面生长有外延层，所述外延层的主表面部分设有场氧化层，所述外延层的主表面还扩散有阱区，且阱区内设有两个源区，所述阱区和源区为所述外延层主表面的一部分，且阱区环绕所述场氧化层，所述两个源区之间的阱区主表面设有栅氧化层，且栅氧化层的厚度小于所述场氧化层的厚度，所述场氧化层和栅氧化层表面设有多晶硅栅，所述多晶硅栅表面以及所述源区表面积淀有钝化层，所述钝化层以及所述源区外侧的所述阱区的主表面设有正面金属层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在外延层的主表面设有场氧化层，在两个源区的阱区表面设置栅氧化层，并且阱区环绕场氧化层设置，在场氧化层和栅氧化层表面积淀多晶硅栅形成栅极，由此形成多晶硅栅-场氧化层-外延层的平面电容结构，由于场氧化层的厚度远大于栅氧化层，因此本实用新型的结构相比于传统的多晶硅栅-栅氧化层-外延层的平面电容结构具有更小的栅极-漏极电容。

在MOSFET器件结构中，栅漏电容值在影响栅极存储电荷的因素中起主导作用，因而能够获得极低栅极存储电荷参数的MOSFET芯片，MOSFET器件的开关速度也得以大幅提高，大大有利于降低工作中的开关能量损失，节省能耗。

进一步，所述两个源区相互对称。

通过采用上述方案，源区相互对称，保证了元件的几何对称性，同时也使漏极和源极能够双向运用。

进一步的，所述场氧化层的厚度为0.2-1.5um。

进一步的，所述栅氧化层的厚度为50-100nm。