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半導體中Planar工藝和Trench工藝對比

作者:南京開關電源WG

從半導體功率器件的發展曆史看,大緻可以将其分為平面型(planar)和溝槽型(trench)兩種結構。

下圖所示為平面型MOSFET的典型結構,栅極處于晶圓表面。該結構是在20世紀70年代末被提出,并一直使用到現在。工藝上,先進行P-body的注入和退火,然後進行N+的注入和退火,通過控制橫向擴散的長度來形成溝道。該結構因為漏極在下面,并且采用雙擴散形式形成溝道,是以也叫VDMOS(Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)。當栅源電壓Vgs突破門檻值電壓後,MOSFET形成溝道進而電子可以按照圖中虛線箭頭的路線行進進而形成電流。目前的主流産品是平面型結構。

該工藝好比我們小時候的土屋,幾乎不需要挖地基純 平面架構。

半導體中Planar工藝和Trench工藝對比

在20世紀80年代末期,随着溝槽刻蝕技術的發展,溝槽型MOSFET被提出來,該結構很大程度上降低了導通電阻。下圖所示為溝槽型MOSFET,将栅極埋入晶圓内。栅極通過溝槽刻蝕,沉積多晶矽來實作。溝道由橫向變成了豎向。由于栅極是插入到矽片裡面,不會存在P-N-P的JFET結構,并且在栅極下面與N型漂移層接觸的地方所産生的積累層電阻非常小。

該工藝就好比我們農村的樓房,需要挖地基到一定深度,同樣的使用面積所需要的地皮少,相比平面工藝,成本略低, 同電壓平台,内阻略小,電流大,輸出能力強,反之抗沖擊能力也更弱,速度與力量的結合。

半導體中Planar工藝和Trench工藝對比

SiC MOS是電動汽車制造商未來必須考慮的核心零元件,目前也是分為兩種結構,即Planar和Trench,主要供應商和特點如下:

工藝 Planar of SiC MOS Trench of SiC MOS
公司 onsemi、ST、Cree、Wolfspeed等 Infineon、Rohm、BOSCH
特點

1.成熟工藝,還有提升的空間;

2.die size大,可靠性好,熱阻好;

3.開通門限相對低,約1~2V,負壓驅動可防止誤導通;

4.-5V驅動長期老化沒問題;

5.Vgs能高,Rdson能有效降低;

1.die size小,寄生參數小;

2.Vgs_th相對高,要0V驅動;

3.門極易受幹擾,門極有負壓的話,驅動可能會漂移。

半導體中Planar工藝和Trench工藝對比

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