高压功率器件结终端技术分析与新结构研究

摘要

高压功率器件是电力电子技术的基础与核心，其具有高耐压、导通电流密度大的特点，提高功率器件的耐压能力是器件设计中最重要的任务之一。而结终端的设计对高压功率器件的性能影响很大，因此，本文主要对结终端进行研究并得出了一些相关结论，主要研究内容和结论包括以下几个方面：
　　1、本文介绍了结终端技术是什么，国内外研究的现状，影响器件击穿电压的三个因素，四种（包括场限环技术、场板技术、结终端扩展技术、磨角终端技术）典型的结终端技术理论，最后还分析了终端结构对器件影响。
　　2、进行了结终端的结构比较研究和芯片的逆向模拟。首先研究了延伸型终端和截断型终端，对比研究发现前者占用终端面积大但工艺相对简单，后者占用终端面积更小但工艺相对复杂。其次结合项目需求，根据富士某芯片的SEM测试结果图采用Sentaurus TCAD软件逆向模拟并分析其终端结构。SEM结果显示该终端采用了常见的场限环加场板形式，但模拟结果表明，仅需场限环结构就可以达到所需的耐压。最后对公司自己研发失败的某芯片进行逆向模拟，根据公司实验结果提供的数据利用软件进行模拟仿真，分析逆向模拟结果得出流片失败的原因主要是推结太深，环间距设计不足。通过优化环间距后，模拟结果达到了预期的理想值。
　　3、研究了一种新型的沟槽终端结构，该沟槽终端带有P-埋层且沟槽由不同的K材料填充，模拟结果表明高K材料适合填充浅宽沟槽而低K材料适合填充深窄沟槽，在浅宽沟槽或深窄沟槽中引入P-埋层都会使耐压有所提升。
　　4、首先完成了对芯片的腐蚀，为芯片的版图观察和后期SEM测试做好准备，然后协助总结了一套失效分析的流程，最后总结本文的主要工作情况并对后续工作提出建议。
　　以上工作基本覆盖了芯片结终端设计的全部流程。主要工作是对芯片进行逆向模拟并提出了新型沟槽终端结构，在下一步研究中将把逆向模拟优化的结构用于FS-IGBT中，与元胞实现良好兼容。该结终端具有普适性，不仅适合于IGBT，同样适合于其他的半导体功率器件。希望本文的研究对后续的设计和制造提供依据，为以后结终端的设计提供一定帮助。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景和意义

1.2 结终端技术

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要工作

第二章 结终端理论简介

2.1 影响击穿电压的因素

2.2 典型结终端技术理论简介

2.3 终端结构对器件的影响

2.4 本章小结

第三章 结终端的比较研究和芯片的逆向模拟

3.1 结终端的比较研究

3.2 软件的介绍

3.3 芯片的逆向模拟

3.4 本章小结

第四章 新型结终端结构的研究

4.1 新型沟槽终端结构

4.2 其他工作

4.3 本章小结

第五章 结束语

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果