超结(Super Junction)简介

硅极限

即使漂移层以外的电阻无限接近于0,由于残留在漂移层的电阻值的影响,也会存在“ON电阻无法进一步下降”的临界值,这就是所谓的“硅极限(理论临界)”。

据说ON电阻与耐压的2.5次方成比例。
耐压2倍     ⇒ ON电阻5.6
耐压10倍   ⇒ ON电阻316

低耐压MOSFET似乎还未达到理论临界,而高耐压MOSFET从很早就基本上达到了临界,正在寻求新的突破。
⇒超结结构就是一种使用Si且超过该理论临界的新技术。

超结结构的Ron降低效果

*SJ-MOS超过了硅极限。

传统结构的MOSFET

耗尽层根据所施加的电压扩散,这产生了耐压。
耗尽层的扩散范围=耗尽层的厚度 因此,高耐压MOSFET无法提高漂移层的杂质浓度。所以,耐压越高,漂移层的电阻越大,ON电阻也变得越大。

スーパージャンクション構造のMOSFET

在漂移层中,N层和P层的排列呈纵向槽结构,施加电压之后,耗尽层呈横向扩散,最终一体化形成“相当于槽深度”的耗尽层。
只要耗尽层扩散到槽间隔的一半,即可获得厚度相当于槽深度的耗尽层。耗尽层的扩散可以很小,漂移层的杂质浓度可以提高到5倍左右,因此可以将ON电阻控制在很小。
根据这个原理可知,如果将槽、槽间隔做得尽可能细、尽可能深,则效果会更好。由于采用了与传统MOSFET不同的机制来形成耐压,因此可以实现超出所谓硅极限的性能。

制造方式上的差异

传统结构的MOSFET

  • ①在N-晶圆上涂布氧化膜。
  • ②在表面涂布硼等杂质。
  • ③通过热处理扩散。逐渐扩散。
  • ④涂布抗蚀剂。
  • ⑤在表面涂布磷等杂质。
  • ⑥通过热处理扩散。
  • ⑦除去抗蚀剂。

一般采用这种制造方式,因此很难使P层只在纵向上深度扩散。

超结结构的MOSFET

近年来开发出了一种方法:在N-层挖一个深槽,使P层的结晶在槽中磊晶成长,从而形成很深的超结结构。

TRENCH回填磊晶制法

  • ①在N-基板上涂布氧化膜。
  • ②通过干法刻蚀在N-层挖一个深槽。
  • ③再次在挖出的槽中使P-层进行磊晶成长。
  • ④将溢出的部分削平。

Back to Top