三明治结构终端的IGBT设计

三明治结构终端的IGBT 设计

IGBT是我国在高铁、汽车动力系统、家电等领域实现自主可控的核心功率半导体器件,通过近10年来的不懈努力,进行工艺技术和设计技术的不断公关, 我国的

IGBT有了长足的进步。但和国际IGBT先进厂家对比,我国IGBT的设计制造能力仍有较大差距，包括IGBT结构（元胞、终端）薄片加工技术等。

在IGBT的终端技术方面，目前国内以场板加场限环的终端结构为主，占用面

积较大，因而亟待进行面积利用率更高的新型IGBT终端研究。本文以此为契机，基于国内现有工艺平台设计一款电压等级为650 V 的具有三明治结构终端的IGBT。

本文首先阐述终端耐压原理, 简要分析介绍几种基本的终端结构。其次, 结

合RESUR技术和前人设计经验,提出三明治结构终端,利用数值仿真软件MEDICI分

析研究终端结构参数, 包括埋层长度、深度、宽度、掺杂浓度、界面电荷等对终端电学特性的影响。

基于国内IGBT工艺制造平台，综合考虑器件结构、终端与元胞工艺兼容性问题,设计一套耐压等级为650 V的三明治结构终端IGBT的工艺流程，利用工艺仿真软件TSUPREM验证工艺的可行性，探究工艺参数对IGBT元胞和三明治终端结构的

影响。然后，利用MEDICI对工艺仿真生成的二维器件进行电学参数仿真，分析验证元胞的电学参数与P型体区参数、外延参数、槽栅参数、背面参数的关系，优化工艺参数, 分析电学参数与终端工艺注入剂量的关系, 探究终端注入剂量的工艺容差, 同时优化三明治结构终端的界面电荷对耐压造成的影响。

最后使用L-edit软件实现版图绘制。优化后的IGBT元胞的击穿电压BV为732

V,阈值V_{T H}为4.4 V,导通压降V_CE

1.54 V

三明治结构终端的最优耐压为789 V,比常规场限环终端耐压高13 V,其长度为160卩m,比常规场限环终端缩短了100卩m;当界面电荷面密度为5X

10^{11v/sup>cm-2v/sup >时，三明治结构终端的耐压为初始耐压的}

96.7%,而常规场限环终端的耐压只有初始的89.9%。因此, 三明治结构终端对氧

化层中的界面电荷较常规场限环终端具有更高的耐受性。