CN107910254B - 一种碳化硅场限环终端结构设计方法 - Google Patents

一种碳化硅场限环终端结构设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅场限环终端结构设计方法，包括如下步骤：1初始化主结与单场限环之间的间距、环宽度；查看主结与单场限环之间的电场强度是否满足要求，如满足，流程结束；2将单场限环二等分为两个场限环；3查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否满足要求，如满足，流程结束；4查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否相等，如相等，增大分割后场限环间的间距，减小场限环宽度；如不相等，将每个场限环二等分为两个子场限环；5分割后各场限环宽度是否符合工艺要求，如符合，转步骤3；如不符合，维持主结与单场限环之间的间距、增大环宽度，转步骤1。该方法可以获取到最短的场限环总长度，减小终端占用面积。

Description

一种碳化硅场限环终端结构设计方法
技术领域
本发明属于半导体和功率半导体领域，具体涉及一种功率半导体终端结构的设计方法。
背景技术
碳化硅材料相比于硅等其他半导体材料，具有极高的临界击穿电场强度和极大的禁带宽度，因此在高压、高温等环境领域具有极大的发展前景。但是由于在主结处存在电场集中效应，导致器件过早击穿。为了解决上述难题，引入了包括场板、场限环和结终端扩展在内的终端结构。其中场限环终端由于其设计的灵活性和工艺步骤的简化，所以国内外许多研究机构针对场限环进行了优化设计。
但是对于碳化硅高压功率器件的场限环终端结构，随着击穿电压的升高，所需要的环的个数会急剧增加。因此高压场限环终端结构的设计优化，包括场限环的宽度和场限环的间距等，将会极其复杂且规律极其难寻。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的问题，本发明公开了一种碳化硅场限环终端结构的设计方法，该方法可以获取到最短的场限环总长度，减小终端占用面积，增加有源区面积，从而提升芯片的电流密度。
技术方案：本发明采用如下技术方案：
一种碳化硅场限环终端结构设计方法，包括如下步骤：
(1)初始化主结与单场限环之间的间距d、场限环的宽度W；查看主结与单场限环之间的电场强度是否小于所期望的电场强度，如小于，流程结束，得到场限环终端设计结构；
(2)将单场限环二等分为两个场限环，主结与内侧场限环之间的距离保持为d，分割后的两个场限环宽度与间距之和等于单场限环宽度；
(3)查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否均小于所期望的电场强度，如小于，流程结束，得到场限环终端设计结构；
(4)查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否相等，如相等，增大分割后场限环间的间距，减小场限环的宽度；如不相等，将每个场限环二等分为两个子场限环，主结与内侧场限环之间的距离为d；
(5)分割后各场限环宽度是否符合工艺要求，如符合，转步骤(3)；如不符合，维持主结与单场限环之间的间距d、增大单场限环的宽度W，转步骤(1)重新设计。
步骤(1)中场限环宽度W的初始值设定为大于零的较小值，可以设定为光刻精度的2倍。
对场限环进行二等分后，分割后的两个子场限环的宽度与间距之和等于父场限环的宽度。
所述工艺要求为：场限环宽度大于等于光刻精度。
有益效果：与现有技术相比，本发明公开的碳化硅场限环终端结构设计方法具有以下优点：1、可以获取到最短的场限环总长度，减小终端占用面积，增加有源区面积，从而提升芯片的电流密度；2、设计过程中考虑工艺要求，可以得到实际工艺能力可实现的终端结构；3、针对超高压器件，环的数量超过一定的数值，调整环间距使电场分布符合要求将极其困难，通过二分法对场限环终端进行设计，可以使设计具备一定的规律性。
附图说明
图1为本发明公开的场限环终端结构设计方法的流程图；
图2为实施例设计过程中场限环终端结构的变化示意图；
图3为实施例中最终器件的电场强度分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
本实施例以3.3kV的击穿电压要求，所期望的最大电场强度小于2.1MV/cm，运用本发明公开的方法对对场限环终端进行设计，流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)初始化主结与单场限环FLR1之间的间距d＝1μm、场限环的宽度W；W可以根据经验取一个较小的值，本实施例中取2μm，如图2-(1)所示，其中1为主结；查看主结与单场限环之间的电场强度是否小于所期望的电场强度2.1MV/cm，如小于，流程结束，得到场限环终端设计结构；本实施例中提取的主结与单场限环之间的电场强度不满足上述电气要求，故执行步骤(2)；
(2)将单场限环二等分为两个场限环FLR2和FLR3，主结与内侧场限环FLR2之间的距离保持为d，分割后的两个场限环宽度与间距之和等于单场限环宽度，即W2＝W3且W2+W3+d2＝W，如图2-(2)所示；
(3)查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否均小于所期望的电场强度2.1MV/cm，如小于，流程结束，得到场限环终端设计结构；本实施例中不满足上述电气要求，继续执行；
(4)查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否相等，如相等，增大分割后场限环间的间距d2，减小场限环的宽度W2和W3，在此过程中仍要满足条件：W2＝W3且W2+W3+d2＝W。
如不相等，将每个场限环二等分为两个子场限环，主结与内侧场限环之间的距离为d，分割后的两个子场限环的宽度与间距之和等于父场限环的宽度；
(5)分割后各场限环宽度是否符合工艺要求，如符合，转步骤(3)；如不符合，维持主结与单场限环之间的间距d、增大单场限环的宽度W，转步骤(1)重新设计；
本实施例中，光刻工艺的精度为0.5μm，即分割后各场限环宽度需要大于等于0.5μm，通过上述迭代过程，最终所设计得到的场限环终端为120μm，整个器件的电场强度分布如图3所示。

Claims (4)

1.一种碳化硅场限环终端结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初始化主结与单场限环之间的间距d、场限环的宽度W；查看主结与单场限环之间的电场强度是否小于所期望的电场强度，如小于，流程结束，得到场限环终端设计结构；
(2)将单场限环二等分为两个场限环，主结与内侧场限环之间的距离保持为d，分割后的两个场限环宽度与间距之和等于单场限环宽度；
(3)查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否均小于所期望的电场强度，如小于，流程结束，得到场限环终端设计结构；
(4)查看主结与分割后的各场限环之间的电场强度是否相等，如相等，增大分割后场限环间的间距，减小场限环的宽度；如不相等，将每个场限环二等分为两个子场限环，主结与内侧场限环之间的距离为d；
(5)分割后各场限环宽度是否符合工艺要求，如符合，转步骤(3)；如不符合，维持主结与单场限环之间的间距d、增大单场限环的宽度W，转步骤(1)重新设计。
2.根据权利要求1所述的碳化硅场限环终端结构设计方法，其特征在于，对场限环进行二等分后，分割后的两个子场限环的宽度与间距之和等于父场限环的宽度。
3.根据权利要求1所述的碳化硅场限环终端结构设计方法，其特征在于，所述工艺要求为：场限环宽度大于等于光刻精度。
4.根据权利要求1所述的碳化硅场限环终端结构设计方法，其特征在于，步骤(1)中单场限环宽度W的初始值设定为光刻精度的2倍。
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