具有部分超结的SOI横向高压器件研究

发布时间：2020-04-05 06:44

【摘要】：随着电子产品在人类社会中所占有市场的不断增长,电能的可使用性也变得越发的重要。然而,现有技术获得的电能中,75%以上的部分需由功率半导体器件转换后方可应用于用电设备上。功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)器件拥有着独特的高输入阻抗、良好的频率特性以及优良的开关特性等优势,从而使其应用领域极其广泛。但随着器件应用环境需求的不断增大,研究者们发现,传统功率MOSFET器件的击穿电压V_B与比导通电阻R_(on,sp)之间存在一个矛盾关系,在高压应用中将产生很大的导通损耗。进入航空航天领域的应用后,器件的抗辐照能力随之成为了一个不得不考虑的因素,SOI材料因其所具有的抗辐照特性而在20世纪得到了大力的发展。利用SOI材料制备的SOI横向器件也深受学者们的青睐。但其由于较低的纵向V_B,难以获得高V_B的器件,而通过特殊设计所得到的高V_B器件,又因过大的R_(on,sp)而使其应用受到了限制。基于上述讨论中所存在的问题,本文通过对相关理论以及本领域相关实验技术的学习与研究,开展了相关探讨工作,并取得了实质性的进展与实验结果。其主要工作、创新点以及取得的相关成果如下所述:其一,通过对相关文献与现有技术的学习与探究,获得了适用于本文所提出结构需求的详细的理论设计指导,并可推广于其他SOI横向器件结构中使用,囊括了超结薄层SOI横向器件的耐压设计以及R_(on,sp)优化设计方法。其二,提出了一种新型的超结SOI横向器件——T-SJ SOI LDMOS结构,其巧妙地结合了超结结构低R_(on,sp)的优势与薄硅层SOI横向器件高V_B的优势。基于理论指导,本文对所提出的器件进行理论设计,并利用Sentaurus、Medici以及Tsuprem4等TCAD工具对器件进行仿真优化,取得了耐压V_B为988V,R_(on,sp)为185mΩ·cm~2的三维仿真结果。其三,针对仿真优化所获得的T-SJ SOI器件关键参数,进行所提出器件的版图绘制,并流片验证。最终的流片结果中,其薄硅层区域实际获得的t_S为0.174μm,得到了大于900V的超结SOI横向器件,且其拥有较低的R_(on,sp)。其中,T-SJ SOI LDMOS器件中心管实现了高达977V的击穿电压,与此同时获得了145mΩ·cm~2的比导通电阻,相较于传统受到硅极限约束的MOSFET器件,在相同耐压的情况下,其比导通电阻降低了约18.1%,取得了V_B与R_(on,sp)之间的良好折中。
【图文】：

耐压,掺杂浓度,介质,器件

第二章超结 SOI 横向高压器件解析优化由高斯定理得，界面处I S S I SE E / 3E，结合公式(1-1)以及优化SURF 条件S S,C SNt E /q，则有：B S I S,CS S,CI S,C(0.5 3 )32V t t EEt EqN 公式(2-5)与公式(2-6)可知，增加 S 层掺杂浓度 N 可提高其临界电场高斯定理可获得介质场的增强效果。因此，通过减薄顶层硅厚度至加其漂移区的掺杂浓度，都可有效地增强介质电场，从而提高 SOI向耐压以改善其整体耐压水平，其耐压 VB及介质场 EI与 S 层掺杂如图 2-4 所示。

常规,工艺,浓度分布,杂质

其温度以及主温度所需的时间都将对超结的形貌以及浓度分布产生不良的影响。其对应的超结形貌如图 3-8 所示，超结边缘处的浓度分布如图 3-9 所示。图3-8 常规场氧工艺下的超结形貌15 18 21 24-1012NJS（ 0161mc3-）Distance（ m）N型杂质P型杂质图3-9 常规场氧工艺下超结边缘处的浓度分布
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386

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