高壓SOI LDMOS器件新結構設計及仿真研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、SOI(Silicon OnInsulator)器件具有低泄漏電流、低寄生電容、速度快、隔離性好等優(yōu)點,因而被廣泛的應用于智能功率集成電路(Smart Power Integrated Circuit,SPIC)和高壓功率集成電路(High Voltage Integrated Circuit,HVIC)之中。高壓SOI LDMOS(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)器件

2、的擊穿電壓由橫向耐壓和縱向耐壓的較小值來決定,增大漂移區(qū)的長度可以有效的提高器件的橫向耐壓,但同時器件的比導通電阻會大幅度提升,使用較厚的埋氧層可以提高器件的縱向耐壓,但會給器件帶來嚴重的自加熱效應。為了改善器件擊穿電壓與比導通電阻的關系,橫向場板、降低表面電場、超結和溝槽等技術被相繼提出。
  本文從改善SOI LDMOS器件擊穿電壓與比導通電阻的關系出發(fā),利用TCAD工具SILVACO對所提出的三種新型SOI LDMOS器件進

3、行仿真研究,具體研究內容如下:
 ?。?)對分裂柵溝槽SOI LDMOS(Split Gate SOI Trench LDMOS,SGT-LDMOS)器件進行了研究,并且引入了低阻通道去進一步降低器件的比導通電阻( Specific On-resistance,Ron,sp)。由于更高的漂移區(qū)摻雜濃度以及低阻通道的引入,使得具有低阻通道的分裂柵溝槽SOI LDMOS(Split Gate SOI Trench LDMOS With

4、 Low-Resistance Channel,SGTL-LDMOS)與傳統(tǒng)的溝槽SOI LDMOS(Conventional SOI Trench LDMOS, CT-LDMOS)和SGT-LDMOS相比,具有更低的比導通電阻。另外,分裂柵結構的引入可以有效的降低器件的柵電荷并提高器件的擊穿電壓。仿真結果表明,SGTL-LDMOS相比于CT-LDMOS,擊穿電壓從183V提升到227V,比導通電阻從43.4mΩ·cm2下降到9.3mΩ

5、·cm2,柵電荷從47pC下降到30pC。
  (2)對集成肖特基的多溝槽SOI LDMOS(Multiple TrenchSOILDMOS With Schottky Rectifier,MTS-LDMOS)器件進行了研究,該器件的結構特點是在漂移區(qū)中有兩個氧化槽,并且在兩個氧化槽中間集成了與源極連接的肖特基整流器。每一個氧化槽中都有一個垂直場板去增強漂移區(qū)的體耗盡并調制器件的內部電場。經過仿真分析, MTS-LDMOS相比于傳

6、統(tǒng)的SOI LDMOS(Conventional SOI LDMOS,C-LDMOS)器件,擊穿電壓從293V提高到了345V,比導通電阻從261.2mΩ·cm2下降到了120.1mΩ·cm2,柵漏電荷(Gate-drain Charge,Qgd)從18pC下降到了6pC。另外,由于肖特基整流器的引入使得 MTS-LDMOS器件的反向恢復特性有了大幅提升,與 C-LDMOS相比,反向恢復時間下降了60.6%。
 ?。?)對埋氧場板

7、SOI LDMOS(SOI LDMOSWithBuried Field Plate,BFP-LDMOS)器件進行了研究,該結構的特點是在埋氧層中引入了兩個分別與源、漏電極相連的埋氧場板。漏端的埋氧場板的引入避免了器件過早的在Silicon/BOX層交界面擊穿并且增強了漏端下部埋氧層的電場。源端埋氧場板引入了一個新的電場峰值并且調制了器件的橫向電場分布,使得器件的橫向電場分布更加均勻。除此之外,由于埋氧場板取代了一部分埋氧層介質,所以可以

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