JP2014175377A - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】炭化珪素半導体装置において、形成面積を抑制しつつ効率的に電界集中の発生を防止できる終端構造を、熱拡散を必要としないイオン注入プロセスで形成する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置は、n型半導体基板1と、n型半導体基板1上に形成されたn型半導体層2と、n型半導体層2に形成されたショットキーダイオードを備える。ショットキーダイオードとして能動的に機能する活性領域5の外周には、内周側から外周側へ向けて不純物濃度が連続的に減少し、且つ、60μm以上、200μm以下の幅を有するp型領域4を備える終端領域6が設けられる。
【選択図】図1
【解決手段】炭化珪素半導体装置は、n型半導体基板1と、n型半導体基板1上に形成されたn型半導体層2と、n型半導体層2に形成されたショットキーダイオードを備える。ショットキーダイオードとして能動的に機能する活性領域5の外周には、内周側から外周側へ向けて不純物濃度が連続的に減少し、且つ、60μm以上、200μm以下の幅を有するp型領域4を備える終端領域6が設けられる。
【選択図】図1
Description
本発明は、炭化珪素を用いて形成される半導体装置(炭化珪素半導体装置)に関し、特に、半導体素子の外周に設けられる終端構造の構成および形成方法に関する。
炭化珪素などのワイドギャップ半導体は、シリコンと比較して絶縁破壊耐量が高いため、ワイドギャップ半導体の基板は、シリコン基板よりも不純物濃度を高めて低抵抗化することができる。この低抵抗化により、電力制御に用いられるダイオードやトランジスタ等の半導体素子のスイッチング動作における損失を低減できる。また、炭化珪素は、熱伝導度が高く、機械的強度にも優れており、小型で低損失、高効率なパワー半導体体装置(パワーデバイス)の実現が期待されている。
パワーデバイスとしての半導体装置に逆方向電圧が印加されると、半導体素子として能動的に機能する活性領域に空乏層が形成されて電圧が保持されるが、その空乏層の特定の箇所に電界が集中すると、半導体装置の耐圧が低下する。この電界集中は、半導体層における活性領域の端部(外周部)で生じやすい。そのため、半導体装置には、耐圧保持構造として、活性領域の外周に半導体層とは逆の導電型の不純物注入領域を有する終端構造が設けられる。終端構造の領域(終端領域)では、半導体層と不純物注入領域との間のpn接合により空乏層の広がりが促進されるので、電界集中が緩和されて半導体装置の耐圧を高めることができる。
終端構造には様々な種類があるが、ガードリング構造やJTE(Junction Termination Extension)構造などが一般的である。
例えば、ガードリング構造は、不純物濃度が比較的高い不純物注入領域のリングが、半導体素子の周りを囲む構成を有している。複数のリングは、径が小さいものから順に半導体装置の内側から外側へ向けて並べて配置されており、半導体装置に逆方向電圧が印加されたときは、各リングが電圧を分担して保持することで、電界集中の発生が抑制される。しかし、半導体装置に要求される耐圧が大きくなると、リングの本数を増やす必要が生じ、リングの幅や間隔の最適化が困難になって所望の耐圧を得ることが難しくなるという問題や、終端領域の面積が大きくなるという問題が生じる。
一方、JTE構造は、不純物注入領域が不純物濃度の異なる複数の領域を含み、半導体装置の内側から外側へ向けて不純物濃度が段階的に低くなる構成を有している(例えば、下記の特許文献1)。この構成により高い耐圧が得られるが、その最外周部は不純物濃度が低いため、その部分では空乏層が十分に広がりにくい。そのため、終端領域の外端部で電界集中を十分に緩和できないという問題がある。
また、内周側から外周側へ向けて不純物濃度が低くなると共に、半導体層の表面からの深さが浅くなる構成の不純物注入領域を有する終端構造も提案されている(例えば特許文献2〜4)。この終端構造では、不純物注入領域の外端部で横方向に空乏層が伸びやすくなり、その部分での電界集中を緩和することができる。
特に、特許文献2の終端構造は、内周側から外周側へ向けて不純物濃度が連続的に変化する不純物注入領域を有するVLD(Variation of Lateral Doping)構造として知られている。VLD構造は、終端領域の外側ほど開口の密度が小さくなるマスクを用いて不純物を離散的にイオン注入し、その後の熱処理によって各開口の下注入された不純物を拡散させ、不純物濃度が連続的に変化する一体的な不純物注入領域を形成している。
特許文献で2のVLD構造は、熱処理により不純物を半導体層内に拡散させて形成されるが、熱処理での温度分布制御が難しいため、各箇所の不純物濃度を精度よく規定することが困難である。また、炭化珪素半導体は不純物の拡散係数が非常に小さいため、VLD構造は、炭化珪素半導体装置には適さない。
特許文献3では、イオン注入によって半導体装置の深さ方向にも不純物濃度の分布を与えることで、VLD構造に似た終端構造を実現しているが、終端構造を形成するイオン注入プロセスが複雑になる。また、横方向に関する終端構造の設計指針が示されておらず、終端領域幅の設計が未知であった。特許文献4においても、VLD構造に似た終端構造が開示されているが、終端領域幅の縮小に向けた設計指針が未知であった。
本発明は、本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、炭化珪素半導体装置において、形成面積を小さく抑えつつ、効率的に電界集中を抑制できる終端構造を、熱拡散を必要としないイオン注入プロセスで形成することを目的とする。
本発明に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素よりなる半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された、炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層と、前記半導体層に形成された半導体素子と、前記半導体素子の外周における前記半導体層の表層部に形成された第2導電型領域を含む終端構造とを備え、前記第2導電型領域は、内周側から外周側へ向けて不純物濃度が連続的に減少し、且つ、60μm以上、200μm以下の幅を有しているものである。
本発明に係る炭化珪素半導体装置では、第2導電型領域の幅が、効率的に電界集中を緩和できる範囲に設定されているため、高い体圧を維持しつつ、終端領域の幅を狭くできる。また、当該第2導電型領域の形成は、連続的に厚さが変化する注入マスクを用いることにより、イオン注入プロセスのみで可能なため、不純物の拡散係数が非常に小さい炭化珪素半導体装置にも適している。
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーダイオードの構成を示す断面図である。図1には、ショットキーダイオードが形成された活性領域5の外端部と、その外周に設けられる終端構造の形成領域6(以下「終端領域」)を含む断面が示されている。本実施の形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明するが、本発明は、第1導電型をp型、第2導電型をn型とした場合にも適用可能である。
図1は、実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーダイオードの構成を示す断面図である。図1には、ショットキーダイオードが形成された活性領域5の外端部と、その外周に設けられる終端構造の形成領域6(以下「終端領域」)を含む断面が示されている。本実施の形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明するが、本発明は、第1導電型をp型、第2導電型をn型とした場合にも適用可能である。
ショットキーダイオードは、炭化珪素のn型半導体基板1とその上にエピタキシャル成長させた炭化珪素のn型半導体層2とからなるエピタキシャル基板を用いて形成されている。活性領域5におけるn型半導体層2上には、当該n型半導体層2とショットキー接触するショットキー電極(アノード電極)3が形成されている。また、図示は省略するが、n型半導体基板1の裏面にはショットキーダイオードのカソード電極となる裏面電極が形成されている。
終端領域6においては、n型半導体層2の表層部にp型領域4が形成されている。p型領域4は、ショットキー電極3の端部下を含む領域に形成される。本実施の形態では、p型領域4が、Al(アルミニウム)のイオン注入によって形成されるものとして説明するが、p型領域4はB(ホウ素)など他のp型不純物を用いて形成してもよい。また、図示は省略するが、終端領域6におけるn型半導体層2上には絶縁性の表面保護膜が形成される。
p型領域4の不純物濃度は、その内周側(活性領域5側)から外周側(チップ端側)へ向かう方向に連続的に変化する。なお、本明細書でいうp型領域4の「不純物濃度」とは、単位面積当たりに注入された不純物の個数(ドーズ量)(cm−2)を指すものとする。
具体的には、p型領域4の不純物濃度は、最内周部で1.5×1013cm−2以上、4.0×1013cm−2以下であり、最外周部では最内周部の1/5〜1/3の不純物濃度となっている。また、p型領域4の幅(終端領域6の幅)は、60μm以上、200μm以下とする。
図1に示すように、p型領域4の深さは、内周側から外周側へ向かう方向に連続的に減少している。そのため、例えばp型領域4内の単位体積当たりのドーズ量(cm−3)が均一であれば、p型領域4の不純物濃度(cm−2)は、内周側から外周側へ向けて連続的に減少することになる。n型半導体層2の表面(ショットキー電極3とn型半導体層2との界面)を基準にして、p型領域4の最内周部の深さは例えば800nm程度、p型領域4の最外周部の深さは例えば200nm程度である。
実施の形態1に係るショットキーダイオードは、以下の手順で形成される。まず、n型半導体基板1上にn型半導体層2をエピタキシャル成長させる。次に、終端領域6におけるn型半導体層2の表層部に、イオン注入プロセスによりp型領域4を形成し、その後、活性領域5におけるn型半導体層2上にショットキー電極3を形成する。最後に、n型半導体基板1の裏面にカソード電極を形成し、終端領域6のn型半導体層2上に表面保護膜を形成することにより、図1に示したショットキーダイオードの構成が完成する。
ここで、終端領域6のp型領域4の形成方法について、図2および図3を用いて詳細に説明する。まず、図2に示すように、n型半導体2の表面上にフォトレジスト10を形成し、当該フォトレジスト10をフォトマスク11を用いて露光して現像する。
本実施の形態で用いるフォトマスク11には、終端領域6に対応する部分に、終端領域6の内周側から外周側へ向けて透過率が連続的に変化するハーフトーンマスク11aが設けられている。ハーフトーンマスク11aの各部分の透過率は、当該フォトマスク11を用いてフォトレジスト10を露光して現像することにより、図3の如く、終端領域6に対応する部分に、内周側から外周側へ向けて徐々に厚くなる構造(傾斜部)を有するレジストパターン13が形成されるように調整される。
そして、このようにして形成されたレジストパターン13をマスクにして、n型半導体層2の表層部にp型不純物をイオン注入することで、p型領域4を形成する。本実施の形態では、p型不純物の注入濃度(cm−3)がボックスプロファイル(n型半導体層2の深さ方向に均一なプロファイル)となるようにする。例えば図4は、注入エネルギーを90keVから700keVの範囲で変更しながらAlを9回イオン注入し、そのトータルでの注入濃度がボックスプロファイルとなるようにした例を示している。
レジストパターン13の終端領域6に対応する部分(傾斜部)は、内周側から外周側へ向けて連続的に厚さが大きくなっているため、図3に示すように、p型領域4は、内周側から外周側へ向けて連続的に深さが小さくなる形状になる。また、p型不純物の注入濃度はボックスプロファイルなので、p型領域4の各部分おける不純物濃度は、その部分におけるp型領域4の深さに比例する。従って、p型領域4における不純物濃度は、内周側から外周側へ向けて連続的に小さくなる。
このp型領域4の構成により、終端領域6の外周部においても空乏層の伸びが促進され、電界集中の発生を抑制できる。この効果はVLD構造で得られる効果と同様であるが、本発明に係る終端構造は、熱拡散を用いずに所定の不純物濃度分布を得ている点でVLD構造とは全く異なり、単にVLD構造の幅や不純物濃度を最適化したものではない。
本実施の形態では、p型領域4の幅が60μm以上、200μm以下となるように、レジストパターン13の終端領域6に対応する部分が、60μm以上、200μm以下の幅で薄くなるようにした。つまり、フォトマスク11におけるハーフトーンマスク11a部分の幅を、60μm以上、200μm以下とした。
さらに、p型領域4の不純物濃度が、最内周部で1.5×1013cm−2以上、4.0×1013cm−2以下となり、且つ、最外周部では最内周部の1/5〜1/3となるように、Alの注入濃度のプロファイルやレジストパターン13の傾斜(ハーフトーンマスク11aの透過率分布)などを調整している。
図5は、p型領域4における最内周部の不純物濃度と耐圧との関係のシミュレーション結果を示す図である。p型領域4の最内周部の不純物濃度が1.5×1013cm−2以下の範囲と、4.0×1013cm−2以上の範囲では、耐圧が3300V以下に低下することが分かる。また、p型領域4の不純物濃度を4.0×1013cm−2以上にすると、n型半導体層2の内部に電界が集中するという問題も生じる。本実施の形態では、p型領域4の最内周部の濃度を1.5×1013cm−2以上、4.0×1013cm−2以下にしているため、十分な耐圧を確保できる。
また、図6は、終端構造の幅(p型領域4の幅)と耐圧との関係のシミュレーション結果を示す図である。p型領域4の最内周部の不純物濃度が1.5×1013cm−2以上の場合、p型領域4の幅を60μmよりも狭くすると耐圧が大きく低下する。つまりp型領域4の幅を60μm以上にすることで、効率的に電界集中を緩和でき、体圧を向上させることができる。なお、p型領域4の幅を大きくすれば体圧は向上するが、その分、終端領域6の幅が広くなり活性領域5の面積が犠牲になるため、効率的とは言えない。この効率性の観点から、p型領域4の幅は200μm以下とする。
図7は、実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の耐圧特性を実測した結果を示す図である。p型領域4の幅は190μmとしている。図5のシミュレーション結果と同様に、p型領域4の最内周部の不純物濃度が1.5×1013cm−2以上、2.5×1013cm−2以下の範囲で、3300V以上の高い耐圧が得られることが確認できた。
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置によれば、p型領域4の幅が60μm以上、200μであることにより、終端領域6の面積を抑えつつ、電界集中を効率的に緩和でき、炭化珪素半導体装置の高耐圧化に寄与できる。さらに、最内周部の不純物濃度を1.5×1013cm−2以上、2.5×1013cm−2以下とすることで、より高い体圧が得られる。特に、耐圧が3300V以上に規定される炭化珪素半導体装置に効果的である。
また、本発明は、特許文献で2のVLD構造のように不純物を熱拡散させて形成するものではなく、イオン注入プロセスのみで形成可能であるので、濃度分布の制御を容易に行えるという利点もある。特に、炭化珪素半導体は不純物の拡散係数が小さいため、本発明の適用は非常に有効である。
<実施の形態2>
実施の形態1では、本発明に係る終端構造を、ショットキーダイオードに適用した例を示したが、本発明は、その他の半導体素子に対しても適用可能である。
実施の形態1では、本発明に係る終端構造を、ショットキーダイオードに適用した例を示したが、本発明は、その他の半導体素子に対しても適用可能である。
実施の形態2では、本発明の終端構造を、ジャンクションバリアショットキー(JBS)ダイオードに適用した例を示す。図8は、当該JBSダイオードの構成を示す図である。図8においては、図1に示したものと同様の機能を有する要素には同一符号を付してあるので、それらの説明は省略する。
JBSダイオードでは、n型半導体層2におけるショットキー電極3との接触面に、選択的にp型の不純物領域(以下「p型JBS領域」)20が形成される。終端領域6は、JBSダイオードとして機能する活性領域5の外周に設けられ、p型領域4はショットキー電極3の端部下を含む領域に形成される。
本発明をJBSダイオードに適用することで、終端領域6での電界集中を抑制しつつ、活性領域5内の電界集中も抑制できる。よって、n型半導体層2の表面における電界強度を均一化でき、高耐圧な炭化珪素半導体装置が得られる。
<実施の形態3>
実施の形態3では、本発明の終端構造を、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor)に適用した例を示す。図9は、当該MOSFETの構成を示す図である。図9においても、図1に示したものと同様の機能を有する要素には同一符号を付してあるので、それらの説明は省略する。
実施の形態3では、本発明の終端構造を、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor)に適用した例を示す。図9は、当該MOSFETの構成を示す図である。図9においても、図1に示したものと同様の機能を有する要素には同一符号を付してあるので、それらの説明は省略する。
MOSFETは、n型半導体層2に形成されたp型ウェル領域30と、p型ウェル領域30内に選択的に形成されたn型ソース領域31と、n型半導体層2上にゲート絶縁膜32を介して配設されたゲート電極33とを備えた構造を有している。終端領域6は、MOSFETとして機能する活性領域5の外周に設けられ、p型領域4はp型ウェル領域30の外端部に隣接して設けられる。本実施の形態でも、実施の形態1と同様の効果が得られる。
また、MOSFETの製造過程において、p型領域4はp型ウェル領域30と同時に形成してもよい。すなわち、図10に示すように、p型ウェル領域30を形成するイオン注入工程で用いるレジストパターン14において、p型ウェル領域30に対応する開口部の外側に隣接させて、内周側から外周側へ向けて連続的に厚くなる傾斜部を設ければ、p型領域4はp型ウェル領域30と同時に形成できる。それにより、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、図10のように、終端領域6の最内周部でレジストパターン14の厚さが0になるようにすれば、p型ウェル領域30とp型領域4との境界で不純物濃度が連続的になり、その部分での電界集中の発生を抑制できるという効果も得られる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 n型半導体基板、2 n型半導体層、3 ショットキー電極、4 p型領域、5 活性領域、6 終端領域、10 フォトレジスト、11 フォトマスク、11a ハーフトーンマスク、13,14 レジストパターン、20 p型JBS領域、30 p型ウェル領域、31 n型ソース領域、32 ゲート絶縁膜、33 ゲート電極。
Claims (9)
- 炭化珪素よりなる半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された、炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層と、
前記半導体層に形成された半導体素子と、
前記半導体素子の外周における前記半導体層の表層部に形成された第2導電型領域を含む終端構造とを備え、
前記第2導電型領域は、内周側から外周側へ向けて不純物濃度が連続的に減少し、且つ、60μm以上、200μm以下の幅を有している
ことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記第2導電型領域は、内周側から外周側へ向けて深さが連続的に減少している
請求項1記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2導電型領域は、最内周部の不純物濃度が1.5×1013cm−2以上、4.0×1013cm−2以下である
請求項1または請求項2記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記半導体素子は、前記半導体層上にショットキー接触する電極を含むショットキーダイオードまたはジャンクションバリアショットキーダイオードであり、
前記第2導電型領域は、前記電極の端部下を含む領域に形成されている
請求項1から請求項3のいずれか一項記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記半導体素子は、第2導電型のウェル領域を含むMOSトランジスタであり、
前記第2導電型領域は、前記ウェル領域の外端部に隣接して形成されている
請求項1から請求項3のいずれか一項記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ウェル領域と前記第2導電型領域との境界で不純物濃度が連続的に変化している
請求項5記載の炭化珪素半導体装置。 - 3300V以上の耐圧を有する
請求項1から請求項6のいずれか一項記載の炭化珪素半導体装置。 - (a)炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層に半導体素子を形成する工程と、
(b)前記半導体素子の外周の終端領域において、前記半導体層の表層部に第2導電型領域を形成する工程とを備え、
前記工程(b)は、
(b−1)前記半導体層上にフォトレジストを形成する工程と、
(b−2)前記フォトレジストを、フォトマスクを用いて露光して現像することで、レジストパターンを形成する工程と、
(b−3)前記レジストパターンをマスクに用いるイオン注入により、前記第2導電型領域を形成する工程とを含み、
前記工程(b−2)において、
前記フォトマスクは、前記終端領域に対応する部分に内周側から外周側へ向けて透過率が連続的に変化する幅60μm以上、200μm以下のハーフトーンマスクを有しており、
前記レジストパターンにおける前記終端領域に対応する部分は外周側ほど厚く形成される
ことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記半導体素子は、第2導電型のウェル領域を含むMOSトランジスタであり、
前記ウェル領域は、前記工程(b−3)の前記イオン注入により、前記第2導電型領域と同時に形成される
請求項8記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9577046B1 (en) | 2015-09-11 | 2017-02-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
CN107112353A (zh) * | 2014-12-23 | 2017-08-29 | Abb瑞士股份有限公司 | 反向传导半导体装置 |
WO2018168069A1 (ja) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
US10347713B2 (en) | 2017-09-15 | 2019-07-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a triple region resurf structure |
CN111755504A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-09 | 电子科技大学 | 一种横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法 |
CN112382653A (zh) * | 2020-07-13 | 2021-02-19 | 电子科技大学 | 横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法 |
CN112447820A (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-05 | 飞锃半导体(上海)有限公司 | 具有渐变结深的芯片终端结构及其制造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008252143A (ja) * | 2008-07-17 | 2008-10-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2010147252A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Sharp Corp | イオン注入方法、および半導体装置の製造方法 |
JP2010267783A (ja) * | 2009-05-14 | 2010-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
-
2013
- 2013-03-07 JP JP2013044889A patent/JP2014175377A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008252143A (ja) * | 2008-07-17 | 2008-10-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2010147252A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Sharp Corp | イオン注入方法、および半導体装置の製造方法 |
JP2010267783A (ja) * | 2009-05-14 | 2010-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107112353A (zh) * | 2014-12-23 | 2017-08-29 | Abb瑞士股份有限公司 | 反向传导半导体装置 |
JP2018504778A (ja) * | 2014-12-23 | 2018-02-15 | アーベーベー・シュバイツ・アーゲー | 逆導通半導体装置 |
JP7030515B2 (ja) | 2014-12-23 | 2022-03-07 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 逆導通半導体装置 |
US9577046B1 (en) | 2015-09-11 | 2017-02-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
WO2018168069A1 (ja) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
JP2018156987A (ja) * | 2017-03-15 | 2018-10-04 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
US10903374B2 (en) | 2017-03-15 | 2021-01-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Schottky semiconductor device with junction termination extensions |
US10347713B2 (en) | 2017-09-15 | 2019-07-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a triple region resurf structure |
CN112447820A (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-05 | 飞锃半导体(上海)有限公司 | 具有渐变结深的芯片终端结构及其制造方法 |
CN112382653A (zh) * | 2020-07-13 | 2021-02-19 | 电子科技大学 | 横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法 |
CN111755504A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-10-09 | 电子科技大学 | 一种横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法 |
CN111755504B (zh) * | 2020-07-13 | 2024-02-23 | 电子科技大学 | 一种横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法 |
CN112382653B (zh) * | 2020-07-13 | 2024-02-23 | 电子科技大学 | 横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法 |
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