1 200 V沟槽栅场截止型IGBT终端设计

利用二维半导体工艺及器件模拟工具,从结掺杂浓度、P阱与P环间距、P环尺寸控制3个方面分析了半绝缘多晶硅终端结构的击穿电压,提出了应用于1 200 V沟槽栅场截止型IGBT的终端解决方案。从结的深度和终端长度两方面,将SIPOS终端技术与标准的场环场板终端技术进行了对比。结果表明,采用SIPOS终端结构并结合降低表面场技术,使得终端尺寸有效减小了58%,并且,采用SIPOS技术的终端区域击穿电压受结深的影响较小,有利于实际制造工艺的控制和IGBT器件稳定性的提升。     

高压IGBT线性变窄场限环终端设计

为使3300 V及以上电压等级绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作结温达到150℃以上,设计了一种具有高结终端效率、结构简单且工艺可实现的线性变窄场限环(LNFLR)终端结构。采用TCAD软件对这种终端结构的击穿电压、电场分布和击穿电流等进行了仿真,调整环宽、环间距及线性变窄的公差值等结构参数以获得最优的电场分布,重点对比了高环掺杂浓度和低环掺杂浓度两种情况下LNFLR终端的阻断特性。仿真结果表明,低环掺杂浓度的LNFLR终端具有更高的击穿电压。进一步通过折中击穿电压和终端宽度,采用LNFLR终端的3300 V IGBT器件可以实现4500 V以上的终端耐压,而终端宽度只有700μm,相对于标准的场限环场板(FLRFP)终端缩小了50%。     

一种带埋层的新型结终端技术

在高压功率器件领域,常规的场限环技术由于环的个数较多,占用芯片面积较大,导致终端的效率很低。为了改善这一缺点,提出了一种带P–埋层的新型高压终端技术,有效降低了主结边缘处的电场集中,提高了击穿电压。仿真结果表明,该结构的击穿电压达到3 439 V,终端的长度为1 000μm,较常规的场限环结构1 500μm(英飞凌公司3 300 V产品)节省了近30%的终端面积。     

高压功率MOSFET结终端保护技术及其组合优化设计

场板与场限环是用来提高功率MOSFET抗电压击穿能力的常用结终端保护技术,文章将分别介绍场板与场限环结终端保护技术各自的特点和耐压敏感参数,通过场板和场限环的互补组合来优化设计一款高耐压的VDMOS器件结构,最后采用ATHENA(工艺模拟)和ATLAS(器件模拟)工具来仿真验证优化设计的结果。     

高压功率FRED结终端保护技术及其组合优化设计

场板与场限环是用来提高功率FRED抗电压击穿能力的常用终端保护技术,本文分别介绍场板与场限环结终端结构原理和耐压敏感参数,然后采取场板和场限环的互补组合,通过Synopsis公司MEDICI4.0仿真工具优化设一款耐压1200V的FERD器件终端结构,最后通过实际流片验证此终端结构具有良好的电压重复性及一致性。     

一款700 V VDMOSFET结终端结构设计

为了提高功率器件结终端击穿电压,节约芯片面积,设计了一款700 V VDMOSFET结终端结构。在不增加额外工艺步骤和掩膜的前提下,该结构采用场限环-场板联合结终端技术,通过调整结终端场限环和场板的结构参数,在151μm的有效终端长度上达到了772 V的击穿电压,表面电场分布相对均匀且最大表面场强为2.27×105V/cm,小于工业界判断器件击穿场强标准(2.5×105 V/cm)。在保证相同的击穿电压下,比其他文献中同类结终端结构节约面积26%,实现了耐压和可靠性的要求,提高了结终端面积的利用效率。     

高压Trench IGBT的研制

介绍了当前绝缘栅双极晶体管(IGBT)的几种结构及沟槽型IGBT的发展现况,分析了高电压沟槽型非穿通(NPT)IGBT的结构及工艺特点。通过理论分析计算出初步器件的相关参数,再利用ISE仿真软件模拟器件的结构及击穿和导通特性,结合现有沟槽型DMOS工艺流程,确定了器件采用多分压环加多晶场板的复合终端、条状元胞、6μm深度左右沟槽、低浓度背面掺杂分布与小于180μm厚度的器件结构,可以很好地平衡击穿特性与导通特性对器件结构的要求。成功研制出1 200 V沟槽型NPT系列产品,并通过可靠性考核,经过电磁炉应用电路实验,结果表明IGBT器件可稳定工作,满足应用要求。该设计可适合国内半导体生产线商业化生产。     

沟槽负斜角终端结构的耐压机理与击穿特性分析

对常用的场限环(FLR)和正、负斜角终端结构的耐压机理进行了简要分析,讨论了其结构参数的优化方法.基于GTR台面终端结构,在功率MOSFET中引入了一种类似的沟槽负斜角终端结构.利用1SE软件对其耐压机理和击穿特性进行了模拟与分析.结果表明,采用沟槽负斜角终端结构会使功率MOSFET的耐压达到其平行平面结击穿电压的92...     

高压金属场限环的研究

平面功率器件由于终端pp结的曲率效应,其高压阻断能力受到限制,为了提高高压阻断能力,本文研究了金属场限环的工作机理,进行了金属场限环结构参数的设计,阐述了其制造工艺和实验结果;并和扩散场限环进行了比较,证实了金属场限环是一种工艺简单、对工艺要求低的高压终端技术。     

一种沟槽型场限环VDMOSFET终端结构

场限环结构以其简单的工艺和较高的效率,在垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管终端结构中得到广泛应用,但其性能的提高也有限制。沟槽型终端结构对刻蚀工艺要求较高,并未在实际生产中得到大量应用。将场限环终端结构与沟槽终端结构相结合,设计了一种沟槽型场限环终端,在149.7 μm的有效终端长度上实现了708 V的仿真击穿电压。此结构可以得到较大的结深,硅体内部高电场区距离表面较远,硅表面电场仅为1.83E5 V/cm,具有较高的可靠性。同时,工艺中只增加了沟槽刻蚀和斜离子里注入,没有增加额外的掩膜。     

采用深阱结构的耐压技术

讨论了基于深阱结构的提高器件击穿电压的技术。采用深阱结构的结终端技术，消除了平面工艺所产生的曲面结，从而使器件的击穿电压接近理想平行平面结的击穿电压。同时，该结终端技术还具有占用器件面积极小的优点；通过向阱中填充低介电常数的物质，深阱结构还能抑制工艺上的横向扩散，并能承受比硅材料更大的峰值电场。     

A new junction termination method employing shallow trenches filled with oxide

A new junction termination method employing shallow trenches filled with oxide, which successfully decreased the junction termination area, is proposed and fabricated without any complicated process such as Si-deep etching. Shallow trenches between the floating field limiting rings successfully redistributed the single electric field peak into two peaks so that the breakdown voltage could be increased with the same junction termination area. The experimental results show that the proposed method decreased the junction termination area by more than 25% compared to a conventional field limiting ring structure when breakdown voltages are equal.     

一种低功耗4H-SiC IGBT的仿真研究

针对传统沟槽栅4H-SiC IGBT关断时间长且关断能量损耗高的问题,文中利用Silvaco TCAD设计并仿真了一种新型沟槽栅4H-SiC IGBT结构。通过在传统沟槽栅4H-SiC IGBT结构基础上进行改进,在N ⁺缓冲层中引入两组高掺杂浓度P区和N区,提高了N ⁺缓冲层施主浓度,折中了器件正向压降与关断能量损耗。在器件关断过程中,N ⁺缓冲层中处于反向偏置状态的PN结对N ^-漂移区中电场分布起到优化作用,加速了N ^-漂移区中电子抽取,在缩短器件关断时间和降低关断能量损耗的同时提升了击穿电压。Silvaco TCAD仿真结果显示,新型沟槽栅4H-SiC IGBT击穿电压为16 kV,在15 kV的耐压设计指标下,关断能量损耗低至4.63 mJ,相比传统结构降低了40.41%。     

硅材料功率半导体器件结终端技术的新发展

综述了硅材料功率半导体器件常用结终端技术的新发展.介绍了场板、场限环、结终端延伸、横向变掺杂、深槽、超结器件的终端等一系列终端技术发展中出现的新结构、新原理和新数据,并对其优缺点与适用范围进行了说明.     

双极RF功率管的深阱结终端

给出了双极 RF功率管新的深阱结终端结构 .模拟分析表明 ,具有优化宽度、优化深度且填充绝缘介质的深阱结终端结构能使雪崩击穿电压提高到理想值的 95 %以上 .实验结果表明 ,深阱结终端结构器件 DCT2 6 0的BVCBO为理想值的 94 % ,比传统终端结构器件高 14 % ;与传统结构相比 ,在不减小散热面积的情况下 ,该结构还减小集电结面积和漏电流 ,器件的截止频率提高 33% ,功率增益提高 1d B     

Optimization and surface charge sensitivity of high-voltageblocking structures with shallow junctions

The most commonly used high-voltage blocking and termination structures-floating field limiting rings (FLR), lateral charge control HVIC devices, and junction termination extension (JTE) structures-are very sensitive to positive silicon and silicon dioxide interface charges. These high-voltage termination structures specifically designed for 1000-V blocking capability lose 25 to 50% of their voltage-blocking capability under 5×10¹¹ cm^-2 net interface state density. In contrast, optimized multiple-zone JTE (MZ-JTE), and offset multiple field plated and field-limiting ring (OFP-FLR) structures will lose only 5% of their respective voltage blocking capabilities under the same surface-charge condition. These improved high-voltage blocking structures do not require additional passivation and process complexities