編者按：性能差異化功率器件制造面臨多重挑戰(zhàn)，這些新的需求又對功率半導體器件的生產工藝提出了種種新的挑戰(zhàn)。 不同應用對功率半導體器件提出了新的需求，包括低功耗、高可靠性、高速度、小尺寸等，這些新的需求又對功率半導體器件的生產工藝提出了種種新的挑戰(zhàn)。 不同應用對功率半導體器件提出了新的需求，包括低功耗、高可靠性、高速度、小尺寸等，這些新的需求又對功率半導體器件的生產工藝提出了種種新的挑戰(zhàn)。 天津中環(huán)半導體股份有限公司技術部部長饒祖剛表示，性能不同的功率半導體器件滿足了差異化應用的需求，而這些不同功率半導體器件對制造工藝提出了多重挑戰(zhàn)。 功率器件要滿足差異化應用需求 功率半導體器件工作在大功率條件下，除了要具備低功耗的特點外，不同的應用還提出了一些新需求。例如，在電動車、混合動力汽車這樣的應用中，功率半導體器件需要具備高可靠性，能夠在惡劣條件下（高溫、劇烈機械振動）工作。而在一些應用中，為了滿足系統(tǒng)整體的運行速度指標，它們對功率半導體器件的工作速度也提出了要求。此外，由于便攜式應用具有小尺寸的特點，可供布局的空間很有限，因此它們要求功率器件所占用的面積要盡可能小。 除了上述這些需求外，在應用中還要考慮到功率半導體器件一些指標的取舍。像耐壓（BVDS）、導通電阻（RDSON）及柵電荷（Qg）等是功率半導體器件的重要性能指標，也是一些相互矛盾的指標。不同應用需要選用耐壓不同的器件；為了降低功耗，需要器件具有更小的RDSON和Qg；為了得到更快的開關速度，需要盡可能地降低器件的Qg。 功率MOSFET（金屬氧化物場效應晶體管）是一種典型的功率半導體器件，是由多子導電的電壓控制型器件，不存在少子儲存效應，因此與傳統(tǒng)的由少子導電的電流控制型雙極晶體管相比，功率MOSFET具有工作速度更快的特點。 通常的VDMOSFET（垂直導電雙擴散的MOSFET）具有橫向的導通溝道，為了保證器件的耐壓，需要使用適當厚度的低摻雜外延層。耐壓越高，需要的外延層電阻越高。耐壓為30V的VDMOSFET，其外延層電阻約占總導通電阻的29%，而耐壓為600V的VDMOSFET，其外延層電阻約占總導通電阻的96.5%。通過采用新技術，像增加并聯(lián)元胞的數(shù)量，或者降低元胞的RDSON等措施，可以降低器件的RDSON。 在低耐壓（數(shù)十伏）的器件中，TrenchMOSFET（溝槽MOSFET）技術已被普遍采用。它將導電溝道由橫向變化為縱向，消除了寄生JFET（結型場效應晶體管）電阻，并且元胞的尺寸也大大縮小，并聯(lián)元胞的數(shù)量急劇增加，從而使器件獲得了更低的RDSON，也得到了更低的Qg和更小的尺寸。 而對于較高耐壓（數(shù)百伏）的器件，影響元胞RDSON的重要因素為柵電極下低摻雜、高電阻率的外延層區(qū)域。如果減少外延層的厚度或者降低其電阻率，RDSON將相應的降低，但這樣會直接導致BVDS的下降。利用CoolMOS技術，可以實現(xiàn)當門柵開啟時，因柵電極下?lián)诫s較高的外延層導通使元胞導通電阻更低，關斷時，由于內建橫向電場的作用，使柵電極下的外延區(qū)域耗盡而保持其高耐壓。高耐壓CoolMOS與通常的高耐壓VDMOSFET相比，還有很低的Qg，因此有更好的開關特性。 天津中環(huán)半導體股份有限公司技術部部長饒祖剛表示，性能不同的功率半導體器件滿足了差異化應用的需求，而這些不同功率半導體器件對制造工藝提出了多重挑戰(zhàn)。 功率器件要滿足差異化應用需求 功率半導體器件工作在大功率條件下，除了要具備低功耗的特點外，不同的應用還提出了一些新需求。例如，在電動車、混合動力汽車這樣的應用中，功率半導體器件需要具備高可靠性，能夠在惡劣條件下（高溫、劇烈機械振動）工作。而在一些應用中，為了滿足系統(tǒng)整體的運行速度指標，它們對功率半導體器件的工作速度也提出了要求。此外，由于便攜式應用具有小尺寸的特點，可供布局的空間很有限，因此它們要求功率器件所占用的面積要盡可能小。 除了上述這些需求外，在應用中還要考慮到功率半導體器件一些指標的取舍。像耐壓（BVDS）、導通電阻（RDSON）及柵電荷（Qg）等是功率半導體器件的重要性能指標，也是一些相互矛盾的指標。不同應用需要選用耐壓不同的器件；為了降低功耗，需要器件具有更小的RDSON和Qg；為了得到更快的開關速度，需要盡可能地降低器件的Qg。 功率MOSFET（金屬氧化物場效應晶體管）是一種典型的功率半導體器件，是由多子導電的電壓控制型器件，不存在少子儲存效應，因此與傳統(tǒng)的由少子導電的電流控制型雙極晶體管相比，功率MOSFET具有工作速度更快的特點。 通常的VDMOSFET（垂直導電雙擴散的MOSFET）具有橫向的導通溝道，為了保證器件的耐壓，需要使用適當厚度的低摻雜外延層。耐壓越高，需要的外延層電阻越高。耐壓為30V的VDMOSFET，其外延層電阻約占總導通電阻的29%，而耐壓為600V的VDMOSFET，其外延層電阻約占總導通電阻的96.5%。通過采用新技術，像增加并聯(lián)元胞的數(shù)量，或者降低元胞的RDSON等措施，可以降低器件的RDSON。 在低耐壓（數(shù)十伏）的器件中，TrenchMOSFET（溝槽MOSFET）技術已被普遍采用。它將導電溝道由橫向變化為縱向，消除了寄生JFET（結型場效應晶體管）電阻，并且元胞的尺寸也大大縮小，并聯(lián)元胞的數(shù)量急劇增加，從而使器件獲得了更低的RDSON，也得到了更低的Qg和更小的尺寸。 而對于較高耐壓（數(shù)百伏）的器件，影響元胞RDSON的重要因素為柵電極下低摻雜、高電阻率的外延層區(qū)域。如果減少外延層的厚度或者降低其電阻率，RDSON將相應的降低，但這樣會直接導致BVDS的下降。利用CoolMOS技術，可以實現(xiàn)當門柵開啟時，因柵電極下?lián)诫s較高的外延層導通使元胞導通電阻更低，關斷時，由于內建橫向電場的作用，使柵電極下的外延區(qū)域耗盡而保持其高耐壓。高耐壓CoolMOS與通常的高耐壓VDMOSFET相比，還有很低的Qg，因此有更好的開關特性。