VLD-JTE复合终端结构的特性及工艺研究

发布时间：2020-06-30 00:53

【摘要】：目前,硅基高压大功率半导体器件依旧朝着高电压、大电流、低损耗的趋势发展。而功率器件所选用的终端结构会直接影响到器件的耐压效率及其稳定性,是必须解决的重要问题。为了有效地提高器件的击穿电压,必须对其所用的终端结构进行深入研究。平面结终端可以与有源区工艺相兼容,且制作简单、耐压效率高而得到广泛应用。本文以4.5 kV GCT结构为例,在横向变掺杂(VLD)基础上,针对深结器件提出了一种横向变掺杂-结终端延伸(VLD-JTE)复合终端结构,利用仿真软件对其耐压机理、击穿特性及其制作工艺进行了研究,并对铝选择性掺杂进行实验。主要内容如下:第一,从理论上研究了铝掺杂窗口与掺杂剂量之间的关系,推导出了铝扩散结深与掺杂剂量、掺杂窗口、温度及扩散时间之间的关系,优化了 VLD结构的横向参数。研究表明,铝掺杂形成的VLD终端表面掺杂浓度低且末端结深较深,导致表面产生较高的峰值电场,使击穿电压下降;且钝化层正电荷容易导致VLD末端处表面出现反型,使终端的可靠性降低。第二,为缓解VLD末端表面电场并改善其可靠性,在VLD末端增加一 JTE区,同时在有源区主结外侧设置一电阻区,形成了一种VLD-JTE复合终端新结构。研究了该复合终端的耐压机理及击穿特性,优化了 JTE区掺杂浓度、结深及长度等关键参数,并对该复合终端在常温、高温下击穿特性进行了对比分析。第三,研究了 VLD-JTE复合终端的制作工艺,并对形成VLD区铝选择性掺杂工艺进行了重点分析。设计了复合掩蔽膜和铝选择性刻蚀后高温推进来形成VLD区的两种方案,对比分析了两种方案的优、缺点。通过工艺仿真提取了工艺条件,对掩蔽膜扩散形成VLD终端的铝掺杂工艺进行了试验。结果表明,该终端制作工艺与GCT有源区工艺兼容,但VLD区和JTE区均需采用离子注入实现,不会显著增加芯片工艺难度和制作成本。本文研究成果对开发深结大功率电力半导体器件具有实际参考价值。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386
【图文】：

通用型IGCT组件及A-GCT芯片结构

作为半导体开关适用于高压大电流功率电路。(a)通用型 IGCT 组件 (b)A-GCT 芯片结图 1-1 通用型 IGCT 组件及 A-GCT 芯片结构Fig.1-1 Commonly IGCT and A-GCT chip structureBB公司提出了直径91 mm的4.5 kV HPT+IGCT结构[4]，极大地反偏安全工作区(RBSOA)，如图1-2(a)所示。HPT+技术的波状、门极及阴极指条下方结深、注入窗口及掩膜窗口大小来优化形状，在140℃呈现出极好的高温特性[5]。随后，具有HPT结构制作出来，为三电平转换器提供了可靠的技术支持[6-8]。

【参考文献】

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本文编号：2734613