磊晶層參數估計

經過結構與參數的規劃之後，接著將進行模擬元件電性。但是由於結構參 數不少，所以必須固定某些參數。而磊晶層為高壓元件最重要的區域，因此，磊 晶層的參數便是首要關鍵。先前提及的空乏區電荷共享（Space-charge sharing）

的定量分析有助於我們在模擬之前，找出磊晶層參數的落點範圍，使得模擬時有 清楚的著手點。

由之前的定性分析與定量分析可以知道，RESURF 結構可以看成是橫向與 縱向兩個二極體所組成，而由於縱向二極體的綜合作用下，提升了橫向耐壓。因 此，我們先估算橫向二極體的耐壓範圍，再估算縱向二極體的耐壓範圍，最後利 用（3.18）式來整理出整體結構的耐壓範圍。而藉著歸納出耐壓範圍時，便可以 得知結構參數適合的落點範圍。

在估算橫向二極體耐壓之前，必須先求取η 值，可以利用（3.5）式與（3.8）

式來求出，其中P-sub 的摻雜濃度 Nsub為1.78×10¹⁴cm ，由於基底摻雜濃度一般⁻³ 為此值，因此在這視為固定參數。ε_s為半導體之介電常數（Dielectric constant），

其值為11.7⋅8.85×10⁻¹⁴F/cm²，其餘相關參數之數值範圍可以參考表 3.2。求出 η 值範圍之後，便可以找出橫向二極體之耐壓範圍。利用（3.4）式與（3.17）式，

便可以推算出橫向二極體的耐壓範圍，如圖3.7 所示。

表3.2 估算耐壓相關參數表

相關參數 說明 數值

Nsub 基底濃度 1.78×10¹⁴cm ⁻³

Tepi 磊晶層厚度 15 mµ

q 電荷 1.9×10⁻¹⁹C εs 半導體之介電常數 11.7⋅8.85×10⁻¹⁴F/cm² Eclat 橫向臨界電場 3×10⁵V /cm Ecver 縱向臨界電場 3×10⁵V /cm

0

Breakdown Voltage (V)

Epilayer Concentration ×10¹⁴ (cm^-3)

為他們均假設為單純 1-D 的二極體來看，但是 BVverj均高於 BVlatj，這是因為接 面兩邊摻雜濃度較輕的緣故，即P-sub/N-epi 接面兩邊均為輕摻雜所導致。

至此，RESURF 結構的兩個組成部分，即橫向二極體與縱向二極體，其崩 潰電壓範圍均以求出，接下來便可利用（3.18）式來判斷出 RESURF 結構的崩潰 電壓範圍，即求取BVlateff與BVverj兩者之間較小值者，如圖3.8 所示為元件之崩

BVresurf (Tepi=15um)

圖3.8 RESURF 結構的崩潰電壓曲線圖

0 BVresurf (Tepi=5um) BVresurf (Tepi=10um) BVresurf (Tepi=15um)

圖3.9 不同磊晶層厚度的 RESURF 電壓曲線圖

最高，當厚度逐漸加厚時並不能維持高崩潰電壓，反而往下遞減。這是因為當磊 晶層厚度越厚，越不容易被完全空乏，RESURF 現象不再持續，造成崩潰電壓降 低。而磊晶層太薄則提早被完全空乏，因為N-buffer/N-epi 接面曲率較大的關係，

使得崩潰電壓也會降低。此處也須注意，磊晶層厚度與導通電阻有相關性，因此，

在符合規格下，磊晶層厚度的選擇應當盡量避免造成導通電阻的增加。

綜合以上對於磊晶層參數的估算，便可以利用參數落點範圍對元件進行模 擬。整理後可得到磊晶層參數落點範圍，加上其他固定的結構參數，可得表格 3.3，其對應的元件結構規劃圖可參考圖 3.6。

表3.3 結構參數規劃表

元件結構參數 數值

Tepi 5~15µm調整 Nsub 1.78×10¹⁴cm ⁻³ Npiso 10¹⁸cm ⁻³

Nepi 7×10¹⁴ ~9×10¹⁵cm 調整 ⁻³ Nn+ 10²⁰cm ⁻³

Np+ 10²⁰cm ⁻³

綜合以上的分析整理，在傳統LIGBT 元件結構的設計方面，已經利用定量 分析的方法估算出重要參數的落點範圍，提供之後的模擬來找出最佳化的設計。

接著，我們便開始針對傳統 LIGBT 元件在關閉速度上的缺點，進行結構改善的 設計。