基于RESURF技术的pLDMOS设计和研究
发布时间：2021-11-25 05:40
横向MOS（Metal Oxide Semiconductor）器件是集成电路中的主要功率器件。横向MOS 器件按照沟道掺杂类型又可分为 nLDMOS（n-channel Lateral Double-diffused MOS）和pLDMOS（p-channelLDMOS）。常规pLDMOS器件由于衬底和漂移区掺杂类型相同而不存在 RESURF（REduced SURface Field）效应,器件耐压 BV（Breakdown Voltage）很低。由于作为pLDMOS器件多数载流子的空穴的迁移率较低,导致比导通阻Ron,sp（specific on-Resistance）很高。因此,常规pLDMOS器件存在着很严重的BV和Ron,sp之间的矛盾关系。本文主要是基于表面场降低（RESURF）和介质场增强ENDIF（ENhanced DIelectric Field）技术设计了有介质槽和无介质槽两种新型的pLDMOS器件,并研究其结构特性和机理。既解决了常规pLDMOS结构没有RESURF效应的问题,又缓解了器件BV和Ron,sp之间的矛盾关系。（1）提出 NBL PSOI pLDMO...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１两种不同的高边驱动方案［３］?ａ）?ＳＯＩ－ｎＬＩＧＢＴ作高边驱动，ｂ）?ＳＯＩ－ｐＬＤＭＯＳ作高边驱动??
由于衬底与漂移区掺杂不同，衬底可以辅助耗尽漂移区。这样漂移区既有了横向耗??尽又有了纵向耗尽，导致常规ｎＬＤＭＯＳ结构自身就存在降低表面场（ＲＥＳＵＲＦ）效应。??图１．２ａ）给出的是当漏源电压Ｆｄｓ＝１〇Ｖ时，ｎ－ｄｒｉｆｔ区的耗尽情况。可以看出ｎ型漂移区??既由ｐ－ｗｅｌｌ耗尽，又由ｐ－ｓｕｂ耗尽，所以存在ＲＥＳＵＲＦ效应。??而ｐＬＤＭＯＳ结构是ｐ型漂移区，漂移区和衬底掺杂类型相同。对于体硅器件来讲，??电流会直接从衬底流出，形成衬底漏电流。因此，本文研究的是ＳＯＩ基ｐＬＤＭＯＳ，让??ＳＯＩ层作为ｐＬＤＭＯＳ结构衬底与漂移区之间的隔离以防止衬底漏电流。同时，埋氧层??（ＢＯＸ层）所能承受的电场要比硅层的高，ＢＯＸ层的引入可以获得更高的纵向耐压。??ＳＯＩ?ｐＬＤＭＯＳ结构的ｐ型衬底和ｐ型漂移区（ｐ－ｄｒｉｆｔ区）掺杂类型相同。而且在实际研??究中，ｐＬＤＭＯＳ源栅电极接髙电位，漏电极和衬底电极接相同的低电位。由于ｐ－ｄｒｉｆｔ??区电位高于衬底电位
??２００９年，宋慧滨等人［１３】设计了一种２００Ｖ高耐压的ＳＯＩＰＬＤＭＯＳ结构，如图１．４??所示。着重分析了?ＳＯＩ?ＰＬＤＭＯＳ的５７、导通电阻随Ｐｄｒｉｆｔ区的注入剂量，漏下端Ｐｂｕｆｆｅｒ??层的注入剂量等结构参数的变化。最终在〇．８＾ｍ厚的ＢＯＸ层和１０ｐｍ厚的ＳＯＩ层基础??上得到了关态耐压－２４８Ｖ、开态导通电阻２．１ｘｌ〇５Ｑ＿＾ｍ的ＳＯＩＰＬＤＭＯＳ。该结构特点有??两个，其一是在ｎ型ＳＯＩ层中注入Ｐｄｒｉｆｔ区。其二是Ｐ型缓冲层的引入可以使得漂移区??内的电场因为浓度的变化而产生变化，相当于横向变掺杂技术［１４］，可以降低表面电场峰??值。??：?：?：?：?？?：?？?：?－?＾?？?！?？?：?？?ｗｗｆａａ??撕－、ｄ?卜▲？二山二＊二…：…二；：…＾?－?？?＇?１???Ｎｈｒｔｄｙｌ?ｙ??Ｐｄｎｆｉ?Ｐｂｕ（ｒｃｒ??ＳＯＩ?Ｌａｙｅｒ??？?？？廖＊？＊？＊？＊？＊．＊？＊．＊??Ｐｓｕｂ??图１．４高压ＳＯＩ?ＰＬＤＭＯＳ结构图【１３］??２０１１年，吴丽娟等人［ｌ５］设计了带有ｎ＋岛（ＮＣＩ）的ＳＯＩｐＬＤＭＯＳ新结构，如图１．５??所示。此结构的特点是在ＢＯＸ层（Ｓｉ０２）的上界面设置了等间距的高掺杂浓度ｎ＋区域。??高掺杂浓度的ｎ＋区可以辅助耗尽ｐ－ｄｒｉｆｔ区域。同时可以增加ｐ－ｄｒｉｆｔ区的浓度，开态时??的及。＾得到降低。而关态时，漏电极和衬底电极接负电压（Ｖｄ）且源电极和栅电极接??地。等间距ｎ＋岛的空隙内积累大量空穴，且１１＋岛内耗尽区域存在大量不能移动的电离??施主离子
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种具有部分高k介质埋层的SOI场pLDMOS器件[J]. 梁涛,杨文,何逸涛,陈钢,乔明,张波. 微电子学. 2017(01)
[2]A novel P-channel SOI LDMOS structure with non-depletion potential-clamped layer[J]. 李威,郑直,汪志刚,李平,付晓君,何峥嵘,刘凡,杨丰,向凡,刘伦才. Chinese Physics B. 2017(01)
[3]一款600V VDMOS终端结构的设计[J]. 胡玉松,冯全源,陈晓培. 微电子学与计算机. 2014(06)
[4]A high voltage SOI pLDMOS with a partial interface equipotential floating buried layer[J]. 吴丽娟,章文通,张波,李肇基. Journal of Semiconductors. 2013(07)
[5]200V高压SOI PLDMOS研究[J]. 宋慧滨,李维聪,钱钦松. 电子器件. 2009(05)
[6]高压SOI器件介质场增强[J]. 李肇基,张波,罗小蓉,胡盛东. 电力电子技术. 2008(12)
[7]高压PLDMOS器件的优化设计[J]. 肖金玉. 电子与封装. 2007(01)
[8]阶梯分布埋氧层固定电荷SOI高压器件新结构和耐压模型[J]. 郭宇锋,李肇基,张波,方健. 半导体学报. 2004(12)
博士论文
[1]薄层SOI高压LDMOS器件模型与特性研究[D]. 王卓.电子科技大学 2015
[2]高压SOI-pLDMOS器件可靠性机理及模型研究[D]. 刘斯扬.东南大学 2015
[3]高压SOI器件耐压模型与槽型新结构[D]. 胡夏融.电子科技大学 2013
[4]SOI功率器件的新结构研究[D]. 郑直.电子科技大学 2013
[5]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
[6]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
[7]横向高压器件电场调制效应及新器件研究[D]. 段宝兴.电子科技大学 2007
[8]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]超低比导的新型场板LDMOS研究与实现[D]. 谭桥.电子科技大学 2016
[2]薄层SOI pLDMOS器件击穿机理研究[D]. 黄健文.电子科技大学 2014
[3]采用SJ技术实现的OPTVLD-LDMOS的一些特性[D]. 徐英雪.电子科技大学 2013
本文编号：3517516
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１两种不同的高边驱动方案［３］?ａ）?ＳＯＩ－ｎＬＩＧＢＴ作高边驱动，ｂ）?ＳＯＩ－ｐＬＤＭＯＳ作高边驱动??
由于衬底与漂移区掺杂不同，衬底可以辅助耗尽漂移区。这样漂移区既有了横向耗??尽又有了纵向耗尽，导致常规ｎＬＤＭＯＳ结构自身就存在降低表面场（ＲＥＳＵＲＦ）效应。??图１．２ａ）给出的是当漏源电压Ｆｄｓ＝１〇Ｖ时，ｎ－ｄｒｉｆｔ区的耗尽情况。可以看出ｎ型漂移区??既由ｐ－ｗｅｌｌ耗尽，又由ｐ－ｓｕｂ耗尽，所以存在ＲＥＳＵＲＦ效应。??而ｐＬＤＭＯＳ结构是ｐ型漂移区，漂移区和衬底掺杂类型相同。对于体硅器件来讲，??电流会直接从衬底流出，形成衬底漏电流。因此，本文研究的是ＳＯＩ基ｐＬＤＭＯＳ，让??ＳＯＩ层作为ｐＬＤＭＯＳ结构衬底与漂移区之间的隔离以防止衬底漏电流。同时，埋氧层??（ＢＯＸ层）所能承受的电场要比硅层的高，ＢＯＸ层的引入可以获得更高的纵向耐压。??ＳＯＩ?ｐＬＤＭＯＳ结构的ｐ型衬底和ｐ型漂移区（ｐ－ｄｒｉｆｔ区）掺杂类型相同。而且在实际研??究中，ｐＬＤＭＯＳ源栅电极接髙电位，漏电极和衬底电极接相同的低电位。由于ｐ－ｄｒｉｆｔ??区电位高于衬底电位
??２００９年，宋慧滨等人［１３】设计了一种２００Ｖ高耐压的ＳＯＩＰＬＤＭＯＳ结构，如图１．４??所示。着重分析了?ＳＯＩ?ＰＬＤＭＯＳ的５７、导通电阻随Ｐｄｒｉｆｔ区的注入剂量，漏下端Ｐｂｕｆｆｅｒ??层的注入剂量等结构参数的变化。最终在〇．８＾ｍ厚的ＢＯＸ层和１０ｐｍ厚的ＳＯＩ层基础??上得到了关态耐压－２４８Ｖ、开态导通电阻２．１ｘｌ〇５Ｑ＿＾ｍ的ＳＯＩＰＬＤＭＯＳ。该结构特点有??两个，其一是在ｎ型ＳＯＩ层中注入Ｐｄｒｉｆｔ区。其二是Ｐ型缓冲层的引入可以使得漂移区??内的电场因为浓度的变化而产生变化，相当于横向变掺杂技术［１４］，可以降低表面电场峰??值。??：?：?：?：?？?：?？?：?－?＾?？?！?？?：?？?ｗｗｆａａ??撕－、ｄ?卜▲？二山二＊二…：…二；：…＾?－?？?＇?１???Ｎｈｒｔｄｙｌ?ｙ??Ｐｄｎｆｉ?Ｐｂｕ（ｒｃｒ??ＳＯＩ?Ｌａｙｅｒ??？?？？廖＊？＊？＊？＊？＊．＊？＊．＊??Ｐｓｕｂ??图１．４高压ＳＯＩ?ＰＬＤＭＯＳ结构图【１３］??２０１１年，吴丽娟等人［ｌ５］设计了带有ｎ＋岛（ＮＣＩ）的ＳＯＩｐＬＤＭＯＳ新结构，如图１．５??所示。此结构的特点是在ＢＯＸ层（Ｓｉ０２）的上界面设置了等间距的高掺杂浓度ｎ＋区域。??高掺杂浓度的ｎ＋区可以辅助耗尽ｐ－ｄｒｉｆｔ区域。同时可以增加ｐ－ｄｒｉｆｔ区的浓度，开态时??的及。＾得到降低。而关态时，漏电极和衬底电极接负电压（Ｖｄ）且源电极和栅电极接??地。等间距ｎ＋岛的空隙内积累大量空穴，且１１＋岛内耗尽区域存在大量不能移动的电离??施主离子
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种具有部分高k介质埋层的SOI场pLDMOS器件[J]. 梁涛,杨文,何逸涛,陈钢,乔明,张波. 微电子学. 2017(01)
[2]A novel P-channel SOI LDMOS structure with non-depletion potential-clamped layer[J]. 李威,郑直,汪志刚,李平,付晓君,何峥嵘,刘凡,杨丰,向凡,刘伦才. Chinese Physics B. 2017(01)
[3]一款600V VDMOS终端结构的设计[J]. 胡玉松,冯全源,陈晓培. 微电子学与计算机. 2014(06)
[4]A high voltage SOI pLDMOS with a partial interface equipotential floating buried layer[J]. 吴丽娟,章文通,张波,李肇基. Journal of Semiconductors. 2013(07)
[5]200V高压SOI PLDMOS研究[J]. 宋慧滨,李维聪,钱钦松. 电子器件. 2009(05)
[6]高压SOI器件介质场增强[J]. 李肇基,张波,罗小蓉,胡盛东. 电力电子技术. 2008(12)
[7]高压PLDMOS器件的优化设计[J]. 肖金玉. 电子与封装. 2007(01)
[8]阶梯分布埋氧层固定电荷SOI高压器件新结构和耐压模型[J]. 郭宇锋,李肇基,张波,方健. 半导体学报. 2004(12)
博士论文
[1]薄层SOI高压LDMOS器件模型与特性研究[D]. 王卓.电子科技大学 2015
[2]高压SOI-pLDMOS器件可靠性机理及模型研究[D]. 刘斯扬.东南大学 2015
[3]高压SOI器件耐压模型与槽型新结构[D]. 胡夏融.电子科技大学 2013
[4]SOI功率器件的新结构研究[D]. 郑直.电子科技大学 2013
[5]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
[6]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
[7]横向高压器件电场调制效应及新器件研究[D]. 段宝兴.电子科技大学 2007
[8]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]超低比导的新型场板LDMOS研究与实现[D]. 谭桥.电子科技大学 2016
[2]薄层SOI pLDMOS器件击穿机理研究[D]. 黄健文.电子科技大学 2014
[3]采用SJ技术实现的OPTVLD-LDMOS的一些特性[D]. 徐英雪.电子科技大学 2013
本文编号：3517516
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