600V Trench超结VDMOS器件雪崩耐久性的研究

摘要

功率半导体器件是功率集成电路系统的基础与核心，由于特殊拓扑结构下的系统应用以及高频化的发展趋势，器件的雪崩耐久性直接影响着具体应用时的可靠性。而且功率器件由VDMOS发展到超结VDMOS之后，虽然芯片面积减小但器件承受的功率密度更大，因此对超结VDMOS的雪崩耐久性提出了更为严格的要求。
　　本文采用理论分析和TCAD软件辅助的方法研究Trench超结VDMOS器件的雪崩耐久性。首先基于以往评估方法的局限性给出利用雪崩安全工作区评估的具体方法；其次研究器件雪崩下的热失效并分析热点位置和结构参数对其的影响；最后重点研究了导致器件局部发热的两大因素，分别为不均匀击穿和寄生三极管开启，并分别提出优化设计方法。本文根据超结VDMOS器件雪崩失效现象研究了器件雪崩击穿时在芯片圆角拐角处的薄弱点，指出为保证器件在有源区均匀击穿，掺杂分布需要满足Qn　　本文基于深槽刻蚀工艺设计的超结VDMOS器件，流片成功后分别采用Agilent B1505A功率器件分析仪和自主开发的测试系统，对各参数进行了测试并且绘制出雪崩安全工作区以供电路设计者参考。结果表明器件击穿电压达到685V，特征导通电阻为29.5mΩ·cm2，可承受的雪崩峰值电流为10.28A，高于器件的漏源额定电流值，且器件在电感负载为1mH时的雪崩耐量EAS等于57mJ，在不影响其他性能的基础上，实现了高的雪崩耐久性。