CN102779812A - 一种高压及功率器件场限环的新型保护环 - Google Patents

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Abstract

本专利公开的一种高压及功率器件场限环的新型保护环，是为了克服微电子领域功率器件设计、生产中常用的场限环技术存在的潜在可靠性隐患而专门设计和制作的。所述高压及功率器件场限环的新型保护环，就是在常规场限环的不同位置，规则的(等距的)或随机的(不等距)设置割断点，使原来连续的保护环成为一段一段的非连续环。规则的或随机的割断点尺寸要控制得比较小，其基本的要求就是要保证割断下面的衬底是耗尽的，这样才能保持原来环的保护功能。为了获得更高的保护电压，非连续的新型保护环可以做成二环，三环甚至多环的结构。在多环结构的情况下，无论保护环割断的设计是规则的或是随机的，两个环之间的割断点必须是错开的，不能够出现并行排列的情况。

Description

一种高压及功率器件场限环的新型保护环
技术领域
本发明公开一种高压及功率器件场限环的新型保护环，属于微电子器件设计和工艺加工的技术领域。
背景技术
现代功率器件的基本要求是能够耐高压且大电流工作。其中，硅基金属氧化物半导体功率场效应器件(MOSFET)通常是通过并联大量的MOS单元形成宽长比大的MOS功率器件，以保证实现大电流工作。但是，对于高压工作的MOSFET来说，位于器件中间的各并联MOS单元间的表面电压大致相同，而位于边界(即终端)的MOS单元与衬底表面的电压却相差很大，往往引起表面电场过于集中而造成器件的边缘击穿。因此，为了提高器件的耐压特性，保证硅基功率MOSFET能够在高压下正常工作，除了外延材料的优化设计外，最有效的办法就是对表面终止的pn结进行处理，从而改善边界的电场分布、缓和表面电场集中，提高MOS功率器件PN结击穿电压。
目前结终端保护技术主要有场板技术、场限环技术、结终端扩展技术和横向变掺杂技术等。其中，场板技术和场限环技术组合使用是一种改善表面击穿特性常用的有效方法。场板技术可以有效地抑制表面电荷引起的击穿，场限环技术则可以减缓平面结曲率效应造成的PN结击穿，并且它们结构简单、工艺兼容性好，场板技术和场限环技术的结合使用可以显著提高功率MOSFET的整体耐压特性。
结终端保护从来都是高压功率MOSFET设计的一个重要环节。对于场板技术和场限环技术，业内工作者已经进行了大量的研究，并建立了各种优化设计方法且取得了明显的实际效果。其中，场限环技术的基本结构可以用图1来表示。但是，这个环无论如何设计，都存在一个潜在的可靠性隐患：那就是环本身是导电的，一旦环的某处出现高压，则整个环都会处于高电压。因此，通过环的传导，某个局部环节的问题可能会成为全局性的，这个高压保护环就失去了高压保护的作用。
发明内容
本发明公开的一种高压及功率器件场限环的新型保护环，就是为了克服场限环的潜在可靠性隐患而专门设计和制作的。高压及功率器件场限环的新型保护环与常规场限环的主要区别在于：常规场限环是连续的，新型保护环则是非连续的。
所述高压及功率器件场限环的新型保护环，就是在常规场限环的不同位置，规则的(等距的)或随机的(不等距)设置割断点，使原来连续的保护环成为一段一段的非连续环，新型保护环的基本结构如图2所示。
所述高压及功率器件场限环的新型保护环，规则的或随机的割断点尺寸要控制得比较小，其基本的要求就是要保证割断下面的衬底是耗尽的，这样才能保持原来环的保护功能。而且由于电位阻断的原因，某处偶然原因造成的瞬间高压，不能够传导至远方的另一处薄弱环节造成连锁反应，从而使可靠性得到大幅度提高。
所述高压及功率器件场限环的新型保护环，为了获得更高的保护电压，非连续的新型保护环可以做成二环，三环甚至多环的结构如图3所示。
所述高压及功率器件场限环的新型保护环，在多环结构的情况下，无论保护环割断的设计是规则的或是随机的，两个环之间的割断点必须是错开的，不能够出现并行排列的情况。
附图说明
图1是常规场限环技术的结构示意图。
图2是新型场限环技术的基本结构示意图。
图3是具有较高保护电压的新型场限环技术的多环结构示意图。
图中，数字1是功率器件并联的MOS单元，数字2是器件的边界(终端)，数字3是常规场限环，数字4是新型场限环，数字5是新型场限环的多环结构，数字6示意两个环之间的割断是错开的。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本专利的具体实施方式。
场限环技术是微电子领域功率电子器件设计的常用技术，过去多年的生产实践，无论是在平面设计还是在工艺加工中都日趋成熟，当提到场限环技术时凡业内人士都非常清楚该技术的基本内涵。本专利一种高压及功率器件场限环的新型保护环的产生，只是对常规场限环技术的改进和提高，最终获得扬长避短的效果。
所以，新型场限环技术保护环的设计必须以常规场限环技术保护环为基础，而在工艺加工方面可以不做任何改变。
以场限环技术一个保护环的设计为例。新型保护环在常规保护环的基础上，把原来连续的环分割成数段非连续的环。这里，割断点之间的距离可以是等距的(规则的)，也可以是不等距的(随机的)，如图2所示。
比较图1图3可以清楚地看出，常规场限环技术与新型场限环技术的最大不同点就在于保护环的结构。常规场限环技术的保护环是连续的，新型场限环技术的保护环是非连续的，另外一个关键点就是这些非连续的保护环的割断点相互之间是错开的。

Claims (5)

1.一种高压及功率器件场限环的新型保护环，其特征在于这种新型场限环的保护环结构是非连续性的，是一段一段分隔开的。
2.根据权利要求1所述的一种高压及功率器件场限环的新型保护环，其特征在于这种非连续保护环设置的分割点可以是规则的(等距的)，也可以是随机的(不等距的)。
3.根据权利要求1所述的一种高压及功率器件场限环的新型保护环，其特征在于规则的或随机的割断点尺寸要控制得比较小，其基本的要求就是要保证割断下面的衬底是耗尽的。
4.根据权利要求1所述的一种高压及功率器件场限环的新型保护环，其特征在于为了获得更高的保护电压，非连续的新型保护环可以做成二环，三环甚至多环的结构。
5.根据权利要求1所述的一种高压及功率器件场限环的新型保护环，其特征在于在多环结构的情况下，无论保护环割断的设计是规则的或是随机的，两个环之间的割断点必须是错开的，不能够出现并行排列的情况。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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