圖形化SOI射頻功率器件研究.pdf

1、迅速發(fā)展的無線通訊技術(shù)推動(dòng)射頻集成電路向著高速、低功耗和更高集成度的方向發(fā)展，這時(shí)，傳統(tǒng)的GaAs和體硅襯底平臺(tái)將面臨散熱和功率耗散等棘手的問題。在這種情況下關(guān)于新的襯底材料的研究應(yīng)運(yùn)而生。另一方面，由于SOI(Silicon-on-Insulator)技術(shù)具有更好的隔離性能、理想的亞閾值特性和較低的功率消耗等特點(diǎn)，日益成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的主流技術(shù)。但是，SOI技術(shù)面臨浮體效應(yīng)和自加熱效應(yīng)。 而采用埋氧層是間斷的圖形化SOI襯底

2、是解決浮體效應(yīng)和自加熱效應(yīng)的最簡單的方法。鑒于此，本文對(duì)圖形化SOI襯底上的射頻功率器件LDMOSFET進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 本文提出了溝道下方開硅窗口的圖形化SOILDMOSFET結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)行了工藝和電學(xué)性能仿真。采用工藝模擬軟件TSUPREM4與器件模擬軟件MEDICI對(duì)工藝過程和器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，而且對(duì)器件的電學(xué)性能進(jìn)行了仿真。新結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)良好的性能：器件溫度降低，沒有負(fù)的微分電導(dǎo)現(xiàn)象出現(xiàn)，輸出特性曲線平滑；2GHz時(shí)，小信

3、號(hào)增益為11dB；截止頻率和最大振蕩頻率分別達(dá)到10GHz和40GHz。 利用軟件L-edit進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)，與常規(guī)SOICMOS工藝相比，主要增加了二塊模板：其一是為了制備圖形化SOI襯底，其二是定義漂移區(qū)。同時(shí)，結(jié)合TSUPREM4仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)了與常規(guī)1μmSOICMOS工藝兼容的工藝流程。 采用低劑量掩膜注氧隔離技術(shù)準(zhǔn)備了低缺陷的圖形化SOI襯底，在此襯底上同時(shí)制備了圖形化SOI、體連接SOI和體硅LDMOSFE

4、T。采用open-short技術(shù)去除了pads對(duì)器件S參數(shù)的影響。建立了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行參數(shù)提取，建立了小信號(hào)等效電路模型。測(cè)試分析結(jié)果表明，溝道下方埋氧層斷開的圖形化SOILDMOSFET的開態(tài)輸出特性曲線平渭、無曲翹現(xiàn)象，開態(tài)和關(guān)態(tài)擊穿電壓可分別達(dá)到8V利13V。同時(shí)，泄漏電流比體硅結(jié)構(gòu)低一個(gè)數(shù)量級(jí)。射頻測(cè)試表明，工作頻率1GHz時(shí)，小信號(hào)增益為6dB，截止頻率可達(dá)到8GHz。這種圖形化結(jié)構(gòu)消除了部分耗盡SOI器件中的浮體效應(yīng)，同時(shí)保

5、留了SOI低功耗的優(yōu)勢(shì)，適合無線通訊領(lǐng)域中射頻功率放大器應(yīng)用方面的開發(fā)。 另外，我們對(duì)功率器件中常用的體連接技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，并且制備出了這種體連接結(jié)構(gòu)的SOILDMOSFET。器件的源端是有選擇得進(jìn)行n+注入的，保留一些p+條形區(qū)域作為體連接通道。電學(xué)性能分析表明，當(dāng)柵指長度為10μm或20μm時(shí)，器件的輸出特性曲線平滑，沒有曲翹效應(yīng)。但是柵指長度為50μm時(shí)，這種體連接結(jié)構(gòu)對(duì)浮體效應(yīng)的抑制作用不理想。 最后，對(duì)SIMO