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文檔簡介
1、橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,LDMOS)由于源極、柵極、漏極這三個(gè)電極都分布在器件的同一表面,相較于縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transis
2、tor,VDMOS)而言,更容易與低壓電路信號(hào)通過內(nèi)部連接而實(shí)現(xiàn)集成,因此是實(shí)現(xiàn)功率集成電路(Power Integrated Circuit,PIC)的關(guān)鍵。功率集成電路(PIC)主要追求的指標(biāo)是低功耗,所以要求橫向雙擴(kuò)散 MOS功率器件(LDMOS)的指標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓和低比導(dǎo)通電阻。當(dāng)前,國內(nèi)外對(duì)于橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件主要的研究方向是:如何從新的結(jié)構(gòu),新的工藝,新的材料等方面對(duì)擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻進(jìn)行優(yōu)化。本篇論文主要是從新
3、結(jié)構(gòu)方面,對(duì)階梯狀場氧化層折疊硅新型橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件和具有P型覆蓋層超級(jí)結(jié)橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件這兩種新型橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行分析與優(yōu)化,并且對(duì)工藝流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
首先,本論文提出了階梯狀場氧化層折疊硅新型橫向雙擴(kuò)散 MOS功率器件(SOFLDMOS),這種結(jié)構(gòu)具有如下幾種特點(diǎn):第一,這種結(jié)構(gòu)是將硅刻蝕成周期性折疊形狀,使得柵極的導(dǎo)電區(qū)域增加,降低新型SOFLDMOS器件比導(dǎo)通電阻,這點(diǎn)原理類似
4、于 FinFET;第二,由于柵電極延伸到階梯狀場氧化層的表面,從而在正向?qū)〞r(shí)漂移區(qū)中產(chǎn)生多數(shù)載流子(電子)的積累層使得其比導(dǎo)通電阻降低。另外,由于新型SOFLDMOS器件是折疊形狀,因此在漂移區(qū)I區(qū)的兩個(gè)側(cè)壁也會(huì)形成電子的積累,使得漂移區(qū)積累層中電子的數(shù)量劇增,從而降低新型SOFLDMOS器件的比導(dǎo)通電阻;第三,由于新型SOFLDMOS器件是折疊結(jié)構(gòu),在關(guān)態(tài)時(shí)通過X和Y方向引入的電場調(diào)制作用(原理類似于超級(jí)結(jié))可以提高漂移區(qū)濃度,從而
5、降低其比導(dǎo)通電阻;最后,將階梯狀場氧化層覆蓋在漂移區(qū)的表面,通過階梯狀場氧化層的電場調(diào)制作用使得SOFLDMOS的表面電場在其階梯處產(chǎn)生一個(gè)新的電場峰而使得表面電場分布趨于更加均勻。利用仿真軟件ISE-TCAD具體分析了各種參數(shù)對(duì)SOFLDMOS性能的影響,結(jié)果表明:通過優(yōu)化SOFLDMOS的主要參數(shù),實(shí)現(xiàn)了當(dāng)擊穿電壓在62V的條件下,獲得較低的比導(dǎo)通電阻為0.74mΩ.cm2。在相同擊穿電壓情況下,其比導(dǎo)通電阻相較于傳統(tǒng)橫向雙擴(kuò)散MO
6、S功率器件結(jié)構(gòu)的2mΩ.cm2降低了63%左右。
其次,本論文提出了具有P型覆蓋層超級(jí)結(jié)橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件(P covered SJ-LDMOS),這種結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)的N型緩沖層超級(jí)結(jié)橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,其超級(jí)結(jié)區(qū)的N型柱表面部分?jǐn)U散(或離子注入)一層P型覆蓋層,利用P型覆蓋層與N型緩沖層的相互作用消除傳統(tǒng)超級(jí)結(jié)橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件結(jié)構(gòu)存在的襯底輔助耗盡效應(yīng),同時(shí),由于N型緩沖層相當(dāng)于一條導(dǎo)通路徑,利用
7、P型覆蓋層的電中性作用,提高N型緩沖層的摻雜濃度從而降低了P covered SJ-LDMOS器件的比導(dǎo)通電阻。利用仿真軟件ISE-TCAD具體分析了各種參數(shù)對(duì)P covered SJ-LDMOS性能的影響,結(jié)果表明:通過優(yōu)化P covered SJ-LDMOS的主要參數(shù),實(shí)現(xiàn)了當(dāng)擊穿電壓在203V的條件下,獲得4.26mΩ.cm2的比導(dǎo)通電阻。在漂移區(qū)長度都為10μm的情況下,具有P型覆蓋層超級(jí)結(jié)橫向雙擴(kuò)散MOS功率器件結(jié)構(gòu)的比導(dǎo)通電
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