600V功率MOSFET器件的元胞結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、功率MOSFET具有輸入阻抗高、驅(qū)動功率低、開關(guān)速度快、頻率特性好以及熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。市場的廣泛應(yīng)用，對MOSFET產(chǎn)品提出更高的要求。功率MOSFET的發(fā)展方向仍然是繼續(xù)提高器件的性能參數(shù)指標(biāo)（高耐壓、低導(dǎo)通電阻、低電容）。節(jié)能減排的需求需要降低器件的功率損耗。功率損耗包括開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。柵漏電容Cgd越低的器件，開關(guān)損耗低，還能在高頻中應(yīng)用。器件導(dǎo)通電阻Rds，on越小，導(dǎo)通時的損耗越小。由于導(dǎo)通電阻與擊

2、穿電壓的矛盾，使得高壓領(lǐng)域的應(yīng)用中，保持耐壓的情況下，降低導(dǎo)通電阻，成為MOSFET技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
　　 本文主要是對高壓器件的元胞進(jìn)行研究。首先對傳統(tǒng)的高壓600V功率VDMOS器件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。然后對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化柵漏電容;最后研究半超結(jié)結(jié)構(gòu)器件。通過工藝的調(diào)節(jié)，模擬出導(dǎo)通電阻低，耐壓高的半超結(jié)結(jié)構(gòu)器件模型。具體的研究內(nèi)容如下:
　　 (1)根據(jù)單邊突變結(jié)擊穿理論，計(jì)算出重要的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過仿真選取出了

3、最合適的外延厚度65μm，優(yōu)化柵極寬度WG，選取出了滿足耐壓要求時，特征電阻最小的柵極寬度WG=5μm。
　　 (2)為了滿足高頻化的需求以及降低開關(guān)損耗，對VDMOS結(jié)構(gòu)運(yùn)用兩種方法優(yōu)化柵漏電容Cgd。在柵極下面增加SiO2層的厚度，增大多晶硅柵與漏區(qū)重疊的距離，可以減小Cgd。通過這種方法Cgd可以減小39.15％，擊穿電壓保持不變會略微增大7.4％的特征電阻;在柵極下面淀積厚多晶硅層，通過優(yōu)化可以減小98.03％的柵漏電容

4、，柵漏電容相當(dāng)于是傳統(tǒng)VDMOS結(jié)構(gòu)的五十分之一，并且保持特征電阻基本不變還能提升6.18％的耐壓值，一定程度上緩和了電阻與耐壓的矛盾。
　　 (3)超結(jié)器件能夠打破特征電阻與擊穿電壓的矛盾，為了減小工藝復(fù)雜度，本文通過對多次外延進(jìn)行Boron離子注入擴(kuò)散的方法建立半超結(jié)器件模型，對Boron離子注入掩膜寬度、Boron離子注入濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)并增大外延濃度，最終優(yōu)化出性能良好的半超結(jié)器件，與VDMOS結(jié)構(gòu)相比，柵漏電容Cgd減小了