横向超结MOS器件结构设计与研究
发布时间：2021-08-04 09:31
电能以其便于传输、转化、无污染等特性在人类社会的发展中占有举足轻重的地位。而电能并不能被直接使用而是需要通过半导体功率器件进行电能的转换。其中功率MOS器件因具备输入阻抗较高、易于驱动、高开关频率、可集成度高等优点而得以广泛应用。然而,功率MOS器件的击穿电压（Brokendown Voltage,BV）与比导通电阻（SpecificOn-Resistance,Ron,sp）均受制于漂移区长度与浓度,因此两者之间存在不可避免的矛盾关系“硅极限”（RRon,sp∝BV2.5）。为解决这一矛盾,超结结构被提了出来。其打破了硅极限,更是将比导通电阻与耐压之间的关系降低到了 1.32次方,称之为“功率MOS器件里程碑”。超结结构应用在横向MOS器件中时受到衬底辅助耗尽效应（Substrate assisted depletion effect,SAD）的影响从而使器件的耐压急剧降低。为消除SAD效应,本文基于等效衬底模型理论,从优化电荷补偿层（Charge Compensation Layer,CCL）的的角度出发,分别针对体硅和SOI衬底提出了两种新型的器件结构。利用仿真软件对两种器件结构进...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２刻蚀、淀积工艺生成超结??
?第一章绪论???浓度分布与形状的方法以实现超结层的电荷平衡［２３＿２５］。３、通过在超结层和衬底之间加??入ＣＣＬ层，并对ＣＣＬ层内的补偿电荷分布进行优化以达到实现消除ＳＡＤ效应的目的。??［２６－３９］??（１）如图１．３?（ａ）所示为具有蓝宝石衬底的横向超结结构。该结构将横向超结结??构放置在蓝宝石衬底上，由于衬底为蓝宝石结构所以不会额外引入负电荷，从而抑制??ＳＡＤ效应，但是蓝宝石的成本比较高并且不利于给衬底添加电极并加压。同时，蓝宝石??与硅的界面特性较差，因此该结构的应用受到很大的限制［２１】。另一种方法是在ＳＯＩ基衬??底材料的基础上，在表面做超结层，并将埋氧层下方的衬底材料刻蚀掉，如图１．３?（ｂ）??所示。从而消除ＳＡＤ效应的影响，并能减小衬底电位对漂移区多子的影响，提高器件??开关速度。然而该结构要在工艺上实现还需要特殊的衬底刻蚀工艺，增加了工艺的难度??与成本??
随着工艺技术的发展，先在衬底进行外延得到超结层的Ｎ条，在通过刻蚀工艺将超??结中的Ｐ条刻蚀出来，接着进行外延工艺生成Ｐ条，再进行抛光工艺实现表面的平坦化。??工艺步骤如图１．２所示。该方法和多次外延工艺制造超结相比成本更低，同时也可以获??得较低的超结层宽度［１５－１７］。但是该方法也对工艺设备有较高的要求。在现在的横向??ＳＪ?ＭＯＳ器件中超结层的制作多采用这样的方法。??￣＂１??＇：?ｐ条??Ｑ回??图１．２刻蚀、淀积工艺生成超结??１．２．３横向超结ＭＯＳ结构国内外发展现状??高压ＬＤＭＯＳ?（Ｌａｔｅｒａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ－ｄｉｆｆｉｉｓｅｄＭＯＳＦＥＴ）器件由于高集成度等特性成为??功率集成电路（Ｐｏｗｅｒ?Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ?Ｃｉｒｃｕｉｔ，?ＰＩＣ）的核心。ＳＪ结构在纵向ＭＯＳ器件中的??成功应用，自然也被众多科研人员用于这种横向ＭＯＳ器件之中，致力于提高器件的击??穿电压的以及降低其比导通电阻Ｍｌ。但是，ＳＪ结构应用在横向ＭＯＳ功率器件中时遭遇??了很大的麻烦。致使其击穿电压和比导通电阻之间的关系并不理想。其中最主要的原因??就是，ＳＪ结构在横向ＭＯＳ器件中位于器件的表面，其下为Ｐ型掺杂的衬底，超结层中??的Ｎ条会受到Ｐ型衬底的耗尽作用，从而打破超结层ＰＮ条之间的电荷平衡，使得器件??的耐压急剧降低％。??ＳＡＤ效应的实质是横向Ｎ条和ｐ型衬底之间形成了一个纵向的ＰＮ结，随着漏极电??压的增加，该ＰＮ结所形成的耗尽层也会随之展宽，Ｎ条内的多子一部分被Ｐ型衬底耗??尽
【参考文献】：
期刊论文
[1]功率超结器件的理论与优化[J]. 张波,章文通,乔明,李肇基. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(10)
[2]新型缓冲层分区电场调制横向双扩散超结功率器件[J]. 段宝兴,曹震,袁嵩,袁小宁,杨银堂. 物理学报. 2014(24)
[3]超结器件[J]. 陈星弼. 电力电子技术. 2008(12)
[4]超结理论的产生与发展[J]. 田波,程序,亢宝位. 微电子学. 2006(01)
博士论文
[1]超结功率器件等效衬底模型与非全耗尽工作模式研究[D]. 章文通.电子科技大学 2016
[2]横向超结器件模型与新结构研究[D]. 伍伟.电子科技大学 2014
[3]电荷型高压SOI器件模型与新结构[D]. 吴丽娟.电子科技大学 2011
[4]SOI横向高压器件纵向耐压理论与新结构[D]. 胡盛东.电子科技大学 2010
[5]基于介质电场增强理论的SOI横向高压器件与耐压模型[D]. 罗小蓉.电子科技大学 2007
[6]SOI横向高压器件耐压模型和新器件结构研究[D]. 郭宇锋.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]基于电荷平衡的超结LDMOS仿真和工艺设计[D]. 袁小宁.西安电子科技大学 2015
[2]SOI横向超结器件耐压理论研究[D]. 魏雪观.南京邮电大学 2012
本文编号：3321456
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２刻蚀、淀积工艺生成超结??
?第一章绪论???浓度分布与形状的方法以实现超结层的电荷平衡［２３＿２５］。３、通过在超结层和衬底之间加??入ＣＣＬ层，并对ＣＣＬ层内的补偿电荷分布进行优化以达到实现消除ＳＡＤ效应的目的。??［２６－３９］??（１）如图１．３?（ａ）所示为具有蓝宝石衬底的横向超结结构。该结构将横向超结结??构放置在蓝宝石衬底上，由于衬底为蓝宝石结构所以不会额外引入负电荷，从而抑制??ＳＡＤ效应，但是蓝宝石的成本比较高并且不利于给衬底添加电极并加压。同时，蓝宝石??与硅的界面特性较差，因此该结构的应用受到很大的限制［２１】。另一种方法是在ＳＯＩ基衬??底材料的基础上，在表面做超结层，并将埋氧层下方的衬底材料刻蚀掉，如图１．３?（ｂ）??所示。从而消除ＳＡＤ效应的影响，并能减小衬底电位对漂移区多子的影响，提高器件??开关速度。然而该结构要在工艺上实现还需要特殊的衬底刻蚀工艺，增加了工艺的难度??与成本??
随着工艺技术的发展，先在衬底进行外延得到超结层的Ｎ条，在通过刻蚀工艺将超??结中的Ｐ条刻蚀出来，接着进行外延工艺生成Ｐ条，再进行抛光工艺实现表面的平坦化。??工艺步骤如图１．２所示。该方法和多次外延工艺制造超结相比成本更低，同时也可以获??得较低的超结层宽度［１５－１７］。但是该方法也对工艺设备有较高的要求。在现在的横向??ＳＪ?ＭＯＳ器件中超结层的制作多采用这样的方法。??￣＂１??＇：?ｐ条??Ｑ回??图１．２刻蚀、淀积工艺生成超结??１．２．３横向超结ＭＯＳ结构国内外发展现状??高压ＬＤＭＯＳ?（Ｌａｔｅｒａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ－ｄｉｆｆｉｉｓｅｄＭＯＳＦＥＴ）器件由于高集成度等特性成为??功率集成电路（Ｐｏｗｅｒ?Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ?Ｃｉｒｃｕｉｔ，?ＰＩＣ）的核心。ＳＪ结构在纵向ＭＯＳ器件中的??成功应用，自然也被众多科研人员用于这种横向ＭＯＳ器件之中，致力于提高器件的击??穿电压的以及降低其比导通电阻Ｍｌ。但是，ＳＪ结构应用在横向ＭＯＳ功率器件中时遭遇??了很大的麻烦。致使其击穿电压和比导通电阻之间的关系并不理想。其中最主要的原因??就是，ＳＪ结构在横向ＭＯＳ器件中位于器件的表面，其下为Ｐ型掺杂的衬底，超结层中??的Ｎ条会受到Ｐ型衬底的耗尽作用，从而打破超结层ＰＮ条之间的电荷平衡，使得器件??的耐压急剧降低％。??ＳＡＤ效应的实质是横向Ｎ条和ｐ型衬底之间形成了一个纵向的ＰＮ结，随着漏极电??压的增加，该ＰＮ结所形成的耗尽层也会随之展宽，Ｎ条内的多子一部分被Ｐ型衬底耗??尽
【参考文献】：
期刊论文
[1]功率超结器件的理论与优化[J]. 张波,章文通,乔明,李肇基. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(10)
[2]新型缓冲层分区电场调制横向双扩散超结功率器件[J]. 段宝兴,曹震,袁嵩,袁小宁,杨银堂. 物理学报. 2014(24)
[3]超结器件[J]. 陈星弼. 电力电子技术. 2008(12)
[4]超结理论的产生与发展[J]. 田波,程序,亢宝位. 微电子学. 2006(01)
博士论文
[1]超结功率器件等效衬底模型与非全耗尽工作模式研究[D]. 章文通.电子科技大学 2016
[2]横向超结器件模型与新结构研究[D]. 伍伟.电子科技大学 2014
[3]电荷型高压SOI器件模型与新结构[D]. 吴丽娟.电子科技大学 2011
[4]SOI横向高压器件纵向耐压理论与新结构[D]. 胡盛东.电子科技大学 2010
[5]基于介质电场增强理论的SOI横向高压器件与耐压模型[D]. 罗小蓉.电子科技大学 2007
[6]SOI横向高压器件耐压模型和新器件结构研究[D]. 郭宇锋.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]基于电荷平衡的超结LDMOS仿真和工艺设计[D]. 袁小宁.西安电子科技大学 2015
[2]SOI横向超结器件耐压理论研究[D]. 魏雪观.南京邮电大学 2012
本文编号：3321456
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3321456.html
