COOLMOS(super junction)原理、结构、制造方法.doc

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1、COOLMOS(superjunction)原理、结构、制造方法?马万里发表于：2010-7-0309:42来源：半导体技术天地COOLMOS(superjunction)原理、结构、制造方法？看到不少网友对COOLMOS感兴趣，把自己收集整理的资料、个人理解发出来，与大家共享。个人理解不一定完全正确，仅供参考。COOLMOS(superjunction)原理，与普通VDMOS的差异如下：对于常规VDMOS器件结构，大家都知道Rdson与BV这一对矛盾关系，要想提高BV,都是从减小EPI参杂浓度着手，但是外延层乂是正向电流流通的通道

2、，EPI参杂浓度减小了，电阻必然变大，Rdson就大了。所以对于普通VDMOS,两者矛盾不可调和。但是对于COOLMOS,这个矛盾就不那么明显了。通过设置一个深入EPI的的P区，大大提高了BV,同吋对Rdson上不产生影响。为什么有了这个深入衬底的P区，就能大大提高耐压呢？大家知道，对于常规VDMOS,反向耐压，主要靠的是N型EPI与body区界面的PN结，对于一个PN结，耐压时主要靠的是耗尽区承受,耗尽区内的电场大小、耗尽区扩展的宽度的面积，也就是下图中的浅绿色部分，就是承受电压的大小。常规VDSMO,Pbody浓度要大于NEPI

3、,大家也应该清楚，PN结耗尽区主要向低参杂一侧扩散，所以此结构下，Pbody区域一侧，耗尽区扩展很小，基本对承压没有多大贡献，承压主要是Pbody——NEPI在N型的一侧区域，这个区域的电场强度是逐渐变化的，越是靠近PN结面（a图的A结），电场强度E越大。所以形成的浅绿色面积有呈现梯形。但是对于COOLMOS结构，由于设置了相对Pbody浓度低一些的Pregion区域，所以P区一侧的耗尽区会大大扩展，并且这个区域深入EPI中，造成了PN结（b图的A结）两侧都能承受大的电压，换句话说，就是把峰值电场Ec由靠近器件表面，向器件内部深入的

4、区域移动了。形成的耐压（图中浅绿色的面积）就大了。当COOLMOS正向导通吋，正向电流流通的路径，并没有因为设置了Pregion而受到影响。WhatisaSuperjunction?3)standardtechnologyb)DrainDrainMDmeshiMSubstrateSubstrateDiscrateintarfaceALogicOpttMtoctronics「JPGRdson,BV的优势说明:SuperjunctionBVvsRDS(on)100200300400500600Breakdownullage(V)O5o

5、s-O5O505050565544332211■AnatoflDixrwteInterfso•&LogicOptoelectronics2.JPG英飞凌采用的多次注入法，形成的结构，之所以采用多次注入，个人理解是，由于P区需要深入到EPI中，且要均匀分布，一次注入，即使能注入到这么深，那么在这个深度中的分布也不会均匀。当然，也有其他办法，也能保证在EPI中注入这么深，并且保证不同位置的浓度差异不大，那就是再下面提到的STM技术(SupertrenchMOSFET)Superjunction丁InfineonCoolMOS™Analo

6、gDiscreteinterface&LogicOptoeiectronics2.JPG采用倾斜角度注入，实现Superjunction的结构。(STM)SuperTrenchMOSFETMitsubishiproposedanewsuperjunctionstructurecalledSTM(SuperTrenchMOSFE1usingdeeptrenchtechnologyin2000ISPSDconference.F&IScbcmancviewofSuperTrenchpouuMOSFETisimirEsloym・•bMWMB

7、IWKhMtoKlM■ekK«tc>VerticalP/Nstripestructurewithinmesaregion

8、v4IjpiKOivvtnu^olSIMI*Nmpcscformedsictrwcf)“dc+aibTvmjrpftlMmnewtheturfucot»inJIr>***»u*xv.•nJttw心krc£trmM/cwbhouithe®■>20/«trenchdepthwith1.5/•widthF械?lorimpfariMliMmoddofST^

9、uUaerafte4-degreeangleimplantationAnalogOiecrvieintartaceftLo^icOptoetactronicB2.JPGSTM结构的3D示意图:Superj