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。     

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。     

CCD多晶硅层间绝缘介质对器件可靠性的影响

采用扫描电子显微镜和电学分析技术研究了电荷耦合器件(CCD)多晶硅层间绝缘介质对器件可靠性的影响.研究结果表明,常规热氧化工艺制作的多晶硅介质层,在台阶侧壁存在薄弱区,多晶硅层间击穿电压仅20 V,器件在可靠性试验后容易因多晶硅层间击穿而失效.采用LPCVD淀积二氧化硅技术消除了多晶硅台阶侧壁氧化层薄弱区,其层间击穿电压大于129 V,明显改善了器件可靠性.     

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%。     

压接式IGBT芯片的研制

基于现有工艺平台开发了一款具有自主知识产权的3 300V/50A非穿通型(NPT)压接式IGBT芯片。该芯片元胞采用平面型结构,元胞注入采用自对准工艺,背发射极采用透明集电极技术。为适用于压接封装,避免压力对MOS沟道的影响,在有源区淀积第二层厚金属铝,并在JFET区上方用场氧垫高。终端采用场环+多级场板复合结构,结合横向的场终止技术,实现高效率的终端结构设计。将此设计进行流片验证,测试结果显示击穿电压4 200V以上,饱和压降3.75V,阈值电压7.1V,实测值和仿真值相差不大。将压接式芯片封装成3 300V/600A压接式模块,饱和压降较芯片级偏小0.05V。     

具有改进的场氧结构和双场板的680V薄膜SOI LDMOS

本文通过仿真和实验研究了一种具有改进的场氧结构和双场板的680V薄膜SOI LDMOS器件。新场氧结构通过“氧化-刻蚀-再氧化”过程形成,该结构所需的总氧化时间较短,且场氧表面与顶层硅几乎平齐。通过在场氧上扩展多晶硅,以及在介质层上形成长的金属场板来达到改善开态电阻的目的。通过设计最优化的漂移区注入掩膜板来实现漂移区线性掺杂分布从而获得均一的横向电场。采用与CMOS工艺兼容的工艺,在具有1.5微米的顶层硅和3微米的埋氧层的注氧键合SOI上成功制备LDMOS器件。测试结果显示,该器件反向击穿电压达680V,开态电阻为8.2ohm.mm2.     

一款800V VDMOS终端结构的设计

设计了一款800 V VDMOS终端结构,采用场限环(FLR)与场板(FP)相结合的方式,在场限环上添加多晶硅场板与金属场板,有效地降低了表面电场峰值。通过调整终端结构,在135μm的有效终端长度上实现了848 V的击穿电压,最大表面电场为2.34×105 V/cm,小于工业界判断器件击穿场强标准(2.5×105 V/cm),且电场分布比较均匀,终端结构的稳定性和可靠性高。     

700V VDMOS终端结构优化设计

基于垂直双扩散金属氧化物(VDMOS)场效应晶体管终端场限环(FLR)与场板(FP)理论,在场限环上依次添加金属场板与多晶硅场板,并通过软件仿真对其进行参数优化,最终实现了一款700 V VDMOS终端结构的优化设计。对比场限环终端结构,金属场板与多晶硅复合场板的终端结构,能够更加有效地降低表面电场峰值,增强环间耐压能力,从而减少场限环个数并增大终端击穿电压。终端有效长度仅为145μm,击穿电压能够达到855.0 V,表面电场最大值为2.0×105V/cm,且分布比较均匀,终端稳定性和可靠性高。此外,没有增加额外掩膜和其他工艺步骤,工艺兼容性好,易于实现。     

单区JTE加场板终端结构的优化设计

为了提高芯片面积利用率,采用单区结终端扩展(JTE)与复合场板技术设计了一款700 V VDMOS的终端结构。借助Sentaurus TCAD仿真软件,研究单区JTE注入剂量、JTE窗口长度和金属场板长度与击穿电压的关系,优化结构参数,改善表面和体内电场分布,提高器件的耐压。最终在120.4mm的有效终端长度上实现了838 V的击穿电压,表面最大电场为2.03×10~5 V/cm,小于工业界判断器件击穿的表面最大电场值(2.5×10~5 V/cm),受界面态电荷的影响小,具有较高的可靠性,且与高压深阱VDMOS工艺兼容,没有增加额外的掩膜和工艺步骤。     

650 V IGBT横向变掺杂终端的设计与优化

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件的最重要参数之一是击穿电压(Breakdown Voltage, BV),影响IGBT器件BV的因素包括：平面工艺PN结扩散终端、界面电荷、杂质在Si、SiO₂中具有不同分凝系数等。其中影响IGBT器件耐压能力的重要因素是芯片终端结构的设计,终端区耗尽层边界的曲率半径制约了BV的提升,为了能够减少曲率效应和增大BV,可以采取边缘终端技术。通过Sentaurus TCAD计算机仿真软件,采取横向变掺杂(Variable Lateral Doping, VLD)技术,设计了一款650 V IGBT功率器件终端,在VLD区域利用掩膜技术刻蚀掉一定的硅,形成浅凹陷结构。仿真结果表明,这一结构实现了897 V的耐压,终端长度为256μm,与同等耐压水平的场限环终端结构相比,终端长度减小了19.42%,且最大表面电场强度为1.73×10⁵ V/cm,小于硅的临界击穿电场强度(2.5×10⁵ V/cm);能在极大降低芯片面积的同...     

薄硅层阶梯埋氧PSOI高压器件新结构

基于介质电场增强ENDIF理论,提出了一种薄硅层阶梯埋氧型部分SOI(SBPSOI)高压器件结构。埋氧层阶梯处所引入的电荷不仅增强了埋层介质电场,而且对有源层中的电场进行调制,使电场优化分布,两者均提高器件的击穿电压。详细分析器件耐压与相关结构参数的关系,在埋氧层为2μm,耐压层为0.5μm时,其埋氧层电场提高到常规结构的1.5倍,击穿电压提高53.5%。同时,由于源极下硅窗口缓解SOI器件自热效应,使得在栅电压15V,漏电压30V时器件表面最高温度较常规SOI降低了34.76K。     

一种高压功率器件场板技术的改进与设计

为了解决功率器件高击穿电压与减小表面最大电场需求之间的矛盾,提出了一种高压功率器件终端场板改进方法。通过调节金属场板和多晶硅场板的长度,使金属场板覆盖住多晶硅场板,最终使得两者的场强相互削弱,从而减小表面最大电场。采用TCAD(ISE)软件对该结构进行仿真验证,结果表明该结构能够在保证高耐压的前提下减小表面最大电场。基于所提方法,设计出了一种七个场限环的VDMOSFET终端结构,其耐压达到了893.4 V,表面最大电场强度只有2.16×10⁵ V/cm,提高了终端的可靠性。     

用于200V电平位移电路的薄层SOI高压LDMOS

文章基于1.5μm厚顶层硅SOI材料,设计了用于200 V电平位移电路的高压LDMOS,包括薄栅氧nLDMOS和厚栅氧pLDMOS。薄栅氧nLDMOS和厚栅氧pLDMOS都采用多阶场板以提高器件耐压,厚栅氧pLDMOS采用场注技术形成源端补充注入,避免了器件发生背栅穿通。文中分析了漂移区长度、注入剂量和场板对器件耐压的影响。实验表明,薄栅氧nLDMOS和厚栅氧pLDMOS耐压分别达到344 V和340 V。采用文中设计的高压器件,成功研制出200 V高压电平位移电路。     

薄外延阶梯掺杂漂移区RESURF耐压模型

提出薄外延阶梯掺杂漂移区RESURF结构的耐压解析模型。借助求解二维Po isson方程,获得薄外延阶梯掺杂漂移区的二维表面电场和击穿电压的解析表达式。基于此耐压模型研究了不同阶梯漂移区数(n=1、2、3、5)的击穿特性,计算了击穿电压与结构参数的关系,其解析结果与数值结果吻合较好。在相同长度下,阶梯掺杂漂移区结构(n=3)击穿电压由均匀漂移区(n=1)的200 V提高到250 V,增加25%。该模型可用于薄外延阶梯掺杂和线性掺杂漂移区RESURF器件的设计优化。     

一种阳极连接P型埋层的AlGaN/GaN肖特基二极管

在传统AlGaN/GaN肖特基二极管中,阳极漏电始终是制约器件耐压提高的一个重要因素。因此文中研究了在缓冲层中生长P型埋层并与阳极相连的AlGaN/GaN肖特基二极管结构 AC-PBL FPs SBD来抑制阳极的泄漏电流。同时,在二极管的两级均加上场板来调制该器件的表面电场分布。经过仿真验证可知,该结构的阳极关断泄漏电流得到了有效抑制,同时辅助耗尽沟道内的2DEG,扩大空间电荷区,进而提高了器件的耐压特性。该结构的击穿电压为733 V,与传统GET SBD器件相比,击穿电压提高了近3.4倍,Baliga优值提升了近11.6倍,说明该器件可以应用在电力电子线路中。     

A novel complementary N+-charge island SOI high voltage device

A new complementary interface charge island structure of SOI high voltage device (CNI SOI) and its model are presented. CNI SOI is characterized by equidistant high concentration n+-regions on the top and bottom interfaces of dielectric buried layers. When a high voltage is applied to the device, complementary hole and electron islands are formed on the two n+-regions on the top and bottom interfaces. The introduced interface charges effectively increase the electric field of the dielectric buried layer (E1) and reduce the electric field of the silicon layer (Es), which result in a high breakdown voltage (BV). The influence of structure parameters and its physical mechanism on breakdown voltage are investigated for CNI SOI. EI = 731 V/μm and BV = 750 V are obtained by 2D simulation on a l-μm-thick dielectric layer and 5-μm-thick top silicon layer. Moreover, enhanced field E1 and reduced field Es by the accumulated interface charges reach 641.3 V/μm and 23.73 V/μm, respectively.     

具有无机有机双绝缘层和修饰电极的薄膜晶体管

研究了有机薄膜晶体管器件.器件是以热生长的SiO2作为有机薄膜晶体管的栅绝缘层,酞菁铜作为有源层的.实验表明采用一种硅烷耦合剂-十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰SiO2可以有效地降低栅绝缘层的表面能从而明显提高了器件的性能.器件的场效应迁移率提高了2.5倍、阈值电压降低了3 V、开关电流比从103增加到104.同时我们采用MoO3修饰铝作为器件的源漏电极,形成MoO3/Al双层电极结构.实验表明在同样的栅极电压下,具有MoO3/Al 电极的器件和金电极的器件有着相似的源漏输出电流Ids.结果显示具有OTS/SiO2双绝缘层的及MoO3/Al 电极结构的器件能有效改进有机薄膜晶体管的性能.     

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。