一种200V/100A VDMOS 器件开发

分析了功率MOSFET 最大额定电流与导通电阻的关系，讨论了平面型中压大电流VDMOS器件设计中导通电阻、面积和开关损耗的折衷考虑，提出了圆弧形沟道布局以增大沟道宽度，以及栅氧下部分非沟道区域采用局域氧化技术以减小栅电容的方法，并据此设计了一种元胞结构。详细论述了器件制造过程中的关键工艺环节，包括栅氧化、光刻套准、多晶硅刻蚀、P 阱推进等。流水所得VDMOS 实测结果表明，该器件反向击穿特性良好，栅氧耐压达到本征击穿，阈值电压2.8V，导通电阻仅25m Ω，器件综合性能良好。 【功率MOSFET概述】 功率金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是电力电子领域的核心元件，与绝缘栅双极晶体管（IGBT）和智能功率模块（IPM）并列，广泛应用于各种高功率转换系统。在200V/100A的中高压大电流应用中，平面型VDMOS由于其工艺简单、成品率高，成为主流选择，尤其是在大功率DC-DC转换器、同步整流、电源管理和电池充电等方面。 【VDMOS器件设计】 在VDMOS的设计中，最大额定电流与导通电阻之间的关系是关键考虑因素。导通电阻(RDS(on))影响了功率耗散(Pd)，进而限制了器件的最大电流能力。为了减小导通电阻，可以通过增加元胞数量来扩大沟道有效宽度，但这也同时增加了栅电容，可能导致开关损耗增大。因此，设计过程中需平衡导通电阻与开关损耗，优化外延层厚度、掺杂浓度、元胞结构和栅氧厚度等参数。 【创新设计】 本文提出了一种创新的元胞结构，采用圆弧形沟道布局来增大沟道宽度，同时在栅氧下部分非沟道区域使用局域氧化技术来减少栅电容。这种设计旨在降低导通电阻，提高器件效率，同时保持良好的开关性能。 【工艺流程】 器件制造涉及多个关键步骤，包括栅氧化、光刻套准、多晶硅刻蚀和P阱推进等。栅氧化层的厚度和质量直接影响器件的击穿特性，一般采用热氧化工艺，确保氧化层厚度约为10nm。光刻套准对于确保元胞内各部分的精确位置至关重要，以满足电学特性的对称性和一致性要求。 【测试结果】 实验结果显示，所设计的VDMOS器件反向击穿特性良好，栅氧耐压达到本征击穿，阈值电压为2.8V，导通电阻仅为25mΩ，这表明器件具有优异的综合性能，适合于大电流应用。 总结，本文详细介绍了200V/100A VDMOS器件的设计理念和制造工艺，通过优化沟道结构和栅电容，实现了低导通电阻和良好开关性能的平衡，为我国中高压大电流功率MOSFET的自主研发提供了有价值的参考。这一成果对于提升国内功率器件的技术水平，填补市场空白具有重要意义。