抗ESD SOI LIGBT器件的研究.pdf

1、SOI(Silicon On Insulator)技術(shù)被譽(yù)為二十一世紀(jì)高速、低功耗的硅集成電路主流技術(shù)，是功率集成電路(Power Inegrated Circuit，PIC)的主要發(fā)展方向。SOI橫向高壓器件是SOI功率集成電路的核心和關(guān)鍵，受到了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注?；赟OI材料的LIGBT(橫向絕緣柵雙極型晶體管)具備如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)絕緣性能好、較小的寄生電容、較低的泄漏電流、以及抗輻射能力強(qiáng)等，可以工作在各種惡劣的環(huán)境中。(

2、2)導(dǎo)通電阻小、工作電流大、較高的跨導(dǎo)、陡峭的亞閾值斜率、功率增益系數(shù)高等，適于作為大功率器件。(3)其工藝與SOI-CMOS工藝相兼容，比較容易實(shí)現(xiàn)。因此它將成為智能功率集成電路的核心部件之一，被廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品、環(huán)保型汽車以及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，也被一致認(rèn)為是未來市場(chǎng)極具潛力的功率器件。
　　 本文概述了SOI LIGBT的發(fā)展?fàn)顩r，較詳細(xì)的分析了器件的工作原理，在前人理論和成果基礎(chǔ)上，從器件結(jié)構(gòu)出發(fā)，根據(jù)SOI RESURF

3、(Reduced Surface Field)原理，推導(dǎo)出SOI器件獲得均勻表面電場(chǎng)分布所滿足的條件。通過考慮埋氧層的影響求解全耗盡SOI LIGBT的泊松方程，得出SOI結(jié)構(gòu)所滿足的RESURF條件。據(jù)此推導(dǎo)出SOI器件獲得均勻表面電場(chǎng)時(shí)，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)柵氧化層厚度、阱摻雜濃度、漂移區(qū)摻雜濃度、漂移區(qū)長(zhǎng)度、頂層硅膜厚度、埋氧層厚度以及N緩沖層等需要滿足的條件。提出將抗ESD二極管集成到SOI LIGBT器件單元中，以達(dá)到從器件單元內(nèi)部

4、直接保護(hù)柵電極的作用。進(jìn)而設(shè)計(jì)比較合理的器件結(jié)構(gòu)，采用Silvaco公司的二維工藝和器件仿真軟件TCAD對(duì)其進(jìn)行仿真及優(yōu)化，分別仿真了器件的工藝制作過程、轉(zhuǎn)移特性、導(dǎo)通態(tài)的伏安特性、阻斷態(tài)的擊穿特性、閂鎖特性、關(guān)斷特性以及抗ESD特性等，并分析其工作機(jī)理。還針對(duì)傳統(tǒng)SOI LIGBT元件結(jié)構(gòu)關(guān)閉延遲長(zhǎng)的缺點(diǎn)，參考采用了陽極短路結(jié)構(gòu)，以達(dá)到在器件的擊穿電壓不變情況下，縮短器件的關(guān)斷時(shí)間，使其有利于在高頻領(lǐng)域的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上開展了抗ESD