[发明专利]具有用于栅极的贯通本体通路的纵型MOSFET

说明书

背景技术

MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)是特定类型的场效应晶体管(FET)，其通过电子地改变沟道的宽度来工作，电荷载体沿着该沟道流动。沟道越宽，该装置的传导性越好。电荷载体在源极进入沟道并且通过漏极离开。沟道的导电性通过在栅极上的电压来控制，该栅极在物理上位于源极和漏极之间并且通过金属氧化物的薄层而与沟道隔离。

现在，在首字母缩略词MOSFET中的“金属”通常是误称，因为先前的金属栅极材料现在通常是多晶硅(多晶体的硅)的层。也就是说，直到1980s(此时，多晶硅由于其形成自对准栅极的能力而变得流行)以前，铝通常用作栅极材料。IGFET涉及更为普遍的术语含义绝缘栅场效应晶体管，且几乎与MOSFET同义，虽然其可指代具有不是氧化物的栅极绝缘体的FET。当指代具有多晶硅栅极的装置时，有人偏好于使用“IGFET”，但是多数人仍指代其为MOSFET，本文采用该习惯。

MOSFET可按照两者方式来工作。第一方式已知为耗尽模式，其中当在栅极上没有电压时，沟槽展现其最大导电性。当栅极上的电压增加(正向或负向，取决于沟道由P型或N型半导体材料制成)时，沟道的导电性降低。MOSFET可操作的第二方式称为增强模式，其中当在栅极上没有电压时，在效果上没有沟道且装置不导电。通过向栅极施加电压来产生沟道。栅极电压越大，装置的导电性越好。

MOSFET具有优于常规面结型FET或JFET的一些优势。由于栅极与沟道电绝缘，在栅极与沟道之间没有电流流动，与栅极电压无关(只要其不变得足够大，以致金属氧化物层物理上断开)。因此，MOSFET实践上具有无限大的阻抗。这使得MOSFET可用于大功率应用。该装置还十分适合于高速开关应用。

大功率MOSFET是设计成处理大功率的特定类型的MOSFET。与其它功率半导体装置相比(例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)和晶闸管等)其主要优势在于高变换速度、在低压时的良好效率以及使得容易驱动的隔离栅。大功率MOSFET与其低功率对应部件(横向MOSFET)共享其操作原理。大功率MOSFET最广泛地用于低压(即，小于200V)开关。在大多数功率源中可发现DC-DC转换器和低压马达控制器。

图1是示出了基本单元的现有技术的垂直扩散金属氧化物半导体(VDMOS)的截面图。单元通常十分小(从几个微米至数十个微米宽)，功率MOSFET通常包括数千个这种单元。截面图描述了其中源极位于漏极上面的装置的“纵型配置”，从而导致当晶体管处于接通状态时电流主要在竖直方向上。如本文所使用的，“纵型MOSFET”和“功率MOSFET”可互换地使用。VDMOS中的“扩散”是指这样的制造工艺：P井通过P和N+区域的双扩散工艺获得。

应当注意的是，存在许多类型的功率MOSFET和功率MOSFET设计，并且图1的示例性MOSFET是该许多个中的简单MOSFET。图2以示意性的方式描述了一般化的功率MOSFET 9。通常为硅的半导体本体B在一侧具有源极S并且在另一侧具有漏极D。栅极G设置在源极S侧上。当然，栅极G与本体B绝缘，并且连接到通常数千个MOSFET单元的栅极。类似地，源极S连接到MOSFET单元的源极，漏极D连接到MOSFET单元的漏极。

降压调节器是DC-DC开关转换器拓扑，其采用未调节输入电压并且产生较低调节输出电压。通过将输入电压分流到串联连接开关(晶体管)来实现较低输出电压，该开关向平均电感器和电容器施用脉冲。在MOSFET降压调节器中，使用两个MOSFET，其中用于“下侧”MOSFET的漏极和“上侧”MOSFET的源极彼此连接到一起。

图3是用于降压调节器的现有技术MOSFET电路10的示意图。电路10包括串联连接的第一MOSFET 12和第二MOSFET 14。也就是说，第一MOSFET 12的源极S耦合到第二MOSFET 14的漏极D，以形成已知为“相引脚(phase)”的节点。

图4描述了根据现有技术的MOSFET 12和14的可能物理连接。由于纵型MOSFET 12和14在硅背侧上具有漏极，因此这些MOSFET均不能接触相同的导电表面或“板”，因为这会使得其漏极短路。这需要将漏极分别附连到两个分离的板P1和P2上，该两个板彼此相互电隔离。多焊接丝线20将MOSFET 12的源极S耦合至MOSFET 14的漏极D。因此，在该示例中板P2用作相引脚。