半导体中Planar工艺和Trench工艺对比

南京开关电源课程2024-03-29 19:35:13  66

从半导体功率器件的发展历史看,大致可以将其分为平面型(planar)和沟槽型(trench)两种结构。

图1所示为平面型MOSFET的典型结构,栅极处于晶圆表面。该结构是在20世纪70年代末被提出,并一直使用到现在。工艺上,先进行P-body的注入和退火,然后进行N+的注入和退火,通过控制横向扩散的长度来形成沟道。该结构因为漏极在下面,并且采用双扩散形式形成沟道,所以也叫VDMOS(Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)。当栅源电压Vgs突破阈值电压后,MOSFET形成沟道从而电子可以按照图中虚线箭头的路线行进从而形成电流。目前的主流产品是平面型结构。

该工艺好比我们小时候的土屋,几乎不需要挖地基纯平面架构。

图1-平面型MOSFET的典型结构

在20世纪80年代末期,随着沟槽刻蚀技术的发展,沟槽型MOSFET被提出来,该结构很大程度上降低了导通电阻。图2所示为沟槽型MOSFET,将栅极埋入晶圆内。栅极通过沟槽刻蚀,沉积多晶硅来实现。沟道由横向变成了竖向。由于栅极是插入到硅片里面,不会存在P-N-P的JFET结构,并且在栅极下面与N型漂移层接触的地方所产生的积累层电阻非常小。

该工艺就好比我们农村的楼房,需要挖地基到一定深度,同样的使用面积所需要的地皮少,相比平面工艺,成本略低, 同电压平台,内阻略小,电流大,输出能力强,反之抗冲击能力也更弱,速度与力量的结合。

图2-沟槽型MOSFET的典型结构

SiC MOS是电动汽车制造商未来必须考虑的核心零组件,目前也是分为两种结构,即Planar和Trench,主要供应商和特点见解对比如表1所示:

表1-Planar和Trench特点见解对比

图3和图4分别是Planar和Trench推荐的驱动电压,稍微有不同,在兼容设计时需要重点关注。

图3-Planar推荐的驱动电压

图4-Trench推荐的驱动电压

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