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场限环(FLR)&JTE&VLD浅谈

 leafcho 2023-12-18 发布于浙江

场限环(Field Limit Ring,FLR)

场限环是一种常用的终端技术,原理类似多重RESURF技术,本质是在主结旁引入额外的反向的PN结来降低主结的电场。

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在零偏时,主结和场限环的耗尽区都由内建电场提供,随着反偏电压逐渐增加,主结的耗尽区慢慢沿着N-区扩展,当主结的耗尽区扩展到场限环时,就只能继续沿着场限环外侧的N-区继续扩展,场限环靠近主结一侧的电场和主结相反,削弱了主结的电场强度,改善了原本的曲率效应,提高了击穿电压。但同时在场限环原理主结的一侧,电场方向与主结一致,会引入新的电场峰值。通过增加场限环的数量,可以继续优化电场分布,提高击穿电压,但场限环数量越多,提升的效果会越来越小,所以需要折衷考虑。

在实际功率半导体器件中,半导体表面覆盖的SIO2内一般存在正电荷,而功率器件一般用P型环,N-型漂移区,和场板电极加正偏压类似,这种情况会降低击穿电压。我们可以把场板结构和场限环相结合,这样不仅可以屏蔽表面电荷的影响,还可以进一步优化电场分布。

结终端扩展(Junction Termination Extension,JTE)

FLR的P区并未完全耗尽,存在中性区,有点浪费面积,那就搞个低掺杂,让它全部耗尽如何?在主结旁的N-区一层注入一层轻掺杂的P型区域,反向耐压时,N区电离施主发出的电力线分别终止于P+区和JTE区的电离受主,缓解了主结的曲率效应,同时JTE区全部耗尽,不存在中性区域,更节约面积,但缺点是工艺控制需要更加精确。通过引入不同的电荷浓度分布,形成多区JTE,可以进一步优化电场分布,但工艺会更加复杂。

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横向变掺杂(Variation of Lateral Doping,VLD)

多区JTE是在耗尽区不同区域内引入不同数量的附加电荷,不同区域之间浓度突变,引起新的电场尖峰。如果分区数较多,便实现JTE区域的横向变掺杂VLD,进一步优化耗尽区的电场分布而提高耐压。

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VLD可以通过一道渐变的掩模窗口来进行离子注入,通过高温推结形成掺杂浓度渐变的P型区域,这样不需要增加额外的工艺步骤,但缺点是需要对注入的离子分布精确控制。

参考资料

功率半导体器件电场优化技术[M]. 张波,罗小蓉,李肇基.电子科技大学出版社.2015

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