【摘要】：目前,硅基高壓大功率半導(dǎo)體器件依舊朝著高電壓、大電流、低損耗的趨勢發(fā)展。而功率器件所選用的終端結(jié)構(gòu)會直接影響到器件的耐壓效率及其穩(wěn)定性,是必須解決的重要問題。為了有效地提高器件的擊穿電壓,必須對其所用的終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。平面結(jié)終端可以與有源區(qū)工藝相兼容,且制作簡單、耐壓效率高而得到廣泛應(yīng)用。本文以4.5 kV GCT結(jié)構(gòu)為例,在橫向變摻雜(VLD)基礎(chǔ)上,針對深結(jié)器件提出了一種橫向變摻雜-結(jié)終端延伸(VLD-JTE)復(fù)合終端結(jié)構(gòu),利用仿真軟件對其耐壓機(jī)理、擊穿特性及其制作工藝進(jìn)行了研究,并對鋁選擇性摻雜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。主要內(nèi)容如下:第一,從理論上研究了鋁摻雜窗口與摻雜劑量之間的關(guān)系,推導(dǎo)出了鋁擴(kuò)散結(jié)深與摻雜劑量、摻雜窗口、溫度及擴(kuò)散時(shí)間之間的關(guān)系,優(yōu)化了 VLD結(jié)構(gòu)的橫向參數(shù)。研究表明,鋁摻雜形成的VLD終端表面摻雜濃度低且末端結(jié)深較深,導(dǎo)致表面產(chǎn)生較高的峰值電場,使擊穿電壓下降;且鈍化層正電荷容易導(dǎo)致VLD末端處表面出現(xiàn)反型,使終端的可靠性降低。第二,為緩解VLD末端表面電場并改善其可靠性,在VLD末端增加一 JTE區(qū),同時(shí)在有源區(qū)主結(jié)外側(cè)設(shè)置一電阻區(qū),形成了一種VLD-JTE復(fù)合終端新結(jié)構(gòu)。研究了該復(fù)合終端的耐壓機(jī)理及擊穿特性,優(yōu)化了 JTE區(qū)摻雜濃度、結(jié)深及長度等關(guān)鍵參數(shù),并對該復(fù)合終端在常溫、高溫下?lián)舸┨匦赃M(jìn)行了對比分析。第三,研究了 VLD-JTE復(fù)合終端的制作工藝,并對形成VLD區(qū)鋁選擇性摻雜工藝進(jìn)行了重點(diǎn)分析。設(shè)計(jì)了復(fù)合掩蔽膜和鋁選擇性刻蝕后高溫推進(jìn)來形成VLD區(qū)的兩種方案,對比分析了兩種方案的優(yōu)、缺點(diǎn)。通過工藝仿真提取了工藝條件,對掩蔽膜擴(kuò)散形成VLD終端的鋁摻雜工藝進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明,該終端制作工藝與GCT有源區(qū)工藝兼容,但VLD區(qū)和JTE區(qū)均需采用離子注入實(shí)現(xiàn),不會顯著增加芯片工藝難度和制作成本。本文研究成果對開發(fā)深結(jié)大功率電力半導(dǎo)體器件具有實(shí)際參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN386
【圖文】：

通用型IGCT組件及A-GCT芯片結(jié)構(gòu)

作為半導(dǎo)體開關(guān)適用于高壓大電流功率電路。(a)通用型 IGCT 組件 (b)A-GCT 芯片結(jié)圖 1-1 通用型 IGCT 組件及 A-GCT 芯片結(jié)構(gòu)Fig.1-1 Commonly IGCT and A-GCT chip structureBB公司提出了直徑91 mm的4.5 kV HPT+IGCT結(jié)構(gòu)[4]，極大地反偏安全工作區(qū)(RBSOA)，如圖1-2(a)所示。HPT+技術(shù)的波狀、門極及陰極指條下方結(jié)深、注入窗口及掩膜窗口大小來優(yōu)化形狀，在140℃呈現(xiàn)出極好的高溫特性[5]。隨后，具有HPT結(jié)構(gòu)制作出來，為三電平轉(zhuǎn)換器提供了可靠的技術(shù)支持[6-8]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2734613