一种低比导通电阻LDMOS器件及其终端结构研究
发布时间：2022-01-27 04:59
在现代,几乎每家每户的电子设备都使用直流电,但我们通过输电线路从发电厂获得的是交流电,因为交流电相比于直流电是一种更加便捷和节省能源的传输方式。因此,每一个工作在直流状态的电器都需要一个转换电路将交流电变为直流电。LDMOS（Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor field effect transistor）器件经常以低侧开关的高压集成电源器件的角色出现交流直流转换电路中。作为功率开关管,LDMOS器件需要满足关态时可以承受得了高的电压,开态时要有较小的开关损耗和功率损耗。这就意味着LDMOS不能一味地通过增加器件耐压区长度的方式来提高器件的击穿电压,这样会使得管子面积增加的同时增大电路系统的损耗,与高压集成电路所要求的小型化产生矛盾。所以提高LDMOS器件的BV的同时降低器件的Ron,sp始终是相关领域内学者们的主要努力方向。本文提出了一种具有低Ron,sp的N-P-N LDMOS在这方面做出改善,在常规的Triple RESURF LDMOS的基础上,两层N型掺杂层被注入到漂...
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简化后的AC/DCSMPS电路图
第一章绪论3图1-1简化后的AC/DCSMPS电路图J.A.Appels，H.M.J.Vaes在1979年提出了RESURF技术，也被称为SingleRESURF技术[21]。图1-2是基本SingleRESURFLDMOS的器件简化示意图，SingleRESURFLDMOS源漏间的N-well称为漂移区，N-well下方是掺杂浓度较低的P型衬底。对于给定的击穿电压，LDMOS的Ron,sp的阻值大小主要是由导电路径上的载流子浓度决定的，换句话说也就是具备高掺杂浓度的N-well可以有效减小Ron,sp。此外，较高的漂移区掺杂浓度可以改善LDMOS的SOA(SafeOperationArea)。然而，漂移区有效电荷剂量在满足RESURF原理的条件下具有上限，因此有必要采用新结构提高漂移区有效电荷与掺杂浓度比。图1-2SingleRESURFLDMOS器件基本结构为了进一步减小RESURF器件的功率损耗，基于最原始的RESURF技术，于1981年T.Yamaguchi和S.Morimoto[22]提出对漂移区分区掺杂的方法，减小source区域附近的杂质浓度，以减小源漏穿通电流，增大drain区域附近的杂质浓度，以期望减小Ron,sp。基于Bi-CMOS工艺，最终完成BV=1000V，Ron,sp=300
RF技术被J.A.Appels和H.M.J.Vaes提出[23]，在2002年，由ZiaHossain和MohamedImam将其应用在体硅和SOILDMOS器件中并取得了较好的结果[24]。图1-3为基本DoubleRESURFLDMOS的器件结构图。DoubleRESURF的原理是在SingleRESURF的N-well区表面注入P型杂质，纵向上又增加了一个PN结，用来辅助漂移区的耗尽使漂移区的杂质剂量有了继续增加的空间。同时因为顶层的导电类型与漂移区相反，所以N-well的掺杂浓度比SingleRESURF又有所提高，降低了Ron,sp。DoubleRESURF漂移区可以杂质注入后扩散形成，也可以使用外延工艺实现。图1-3DoubleRESURFLDMOS器件基本结构1982年，A.W.Ludikhuize[25]基于Double-actingRESURF（D-RESURF）技术，设计了漏端左右两边进行P型掺杂的间断表面型电荷层结构，同时也设计了栅和漏端左侧采用阶场板结构，漏端右侧进行P型掺杂的结构，实现了在模拟IC中用作高压源跟随器的300VLDMOS。2001年，D.R.Disney等人提出在漂移区体内的增加P型埋层的结构[26]。图1-4为基本Triple-RESURFLDMOS器件结构图。TripleRESURFLDMOS是基于DoubleRESURF技术，在N-well内部形成P-buried层，纵向上相比DoubleRESURFLDMOS又多了一个PN结辅助N-well的耗尽，因而N-well的杂质浓度可以进一步升高，同时在漂移区表面和漂移区体内形成两条平行的导电路径，器件开态时的RON相比DoubleRESURF技术会有更进一步的减校实验结果表明，与之前的DoubleRESURFLDMOS结构相比，Ron,sp降低了33%。同时利用该技术设计实现的达800V耐压的LDMOS不采用外延层，而是使用相对简单的离子注入来严格控制每一层的电荷，以N-well作为漂移区，工艺实现简单。根据上面一系列针对RESURF技术的优化，自然有了这样的设想，如果在漂
【参考文献】：
期刊论文
[1]功率半导体器件行业竞争格局日趋激烈[J]. 李菡. 集成电路应用. 2015(08)
[2]功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望[J]. 孙伟锋,张波,肖胜安,苏巍,成建兵. 中国科学:信息科学. 2012(12)
[3]适用于智能功率IC的700v Double-Resurf Ldmos研究[J]. 王书凯,程东方,徐志平,沈文星. 微计算机信息. 2007(23)
[4]中国功率器件市场发展现状[J]. 杨斌. 中国集成电路. 2007(06)
[5]基于耦合式电平位移结构的高压集成电路[J]. 乔明,方健,李肇基,张波. 半导体学报. 2006(11)
[6]具有n+浮空层的体电场降低LDMOS结构耐压分析[J]. 张波,段宝兴,李肇基. 半导体学报. 2006(04)
本文编号：3611810
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简化后的AC/DCSMPS电路图
第一章绪论3图1-1简化后的AC/DCSMPS电路图J.A.Appels，H.M.J.Vaes在1979年提出了RESURF技术，也被称为SingleRESURF技术[21]。图1-2是基本SingleRESURFLDMOS的器件简化示意图，SingleRESURFLDMOS源漏间的N-well称为漂移区，N-well下方是掺杂浓度较低的P型衬底。对于给定的击穿电压，LDMOS的Ron,sp的阻值大小主要是由导电路径上的载流子浓度决定的，换句话说也就是具备高掺杂浓度的N-well可以有效减小Ron,sp。此外，较高的漂移区掺杂浓度可以改善LDMOS的SOA(SafeOperationArea)。然而，漂移区有效电荷剂量在满足RESURF原理的条件下具有上限，因此有必要采用新结构提高漂移区有效电荷与掺杂浓度比。图1-2SingleRESURFLDMOS器件基本结构为了进一步减小RESURF器件的功率损耗，基于最原始的RESURF技术，于1981年T.Yamaguchi和S.Morimoto[22]提出对漂移区分区掺杂的方法，减小source区域附近的杂质浓度，以减小源漏穿通电流，增大drain区域附近的杂质浓度，以期望减小Ron,sp。基于Bi-CMOS工艺，最终完成BV=1000V，Ron,sp=300
RF技术被J.A.Appels和H.M.J.Vaes提出[23]，在2002年，由ZiaHossain和MohamedImam将其应用在体硅和SOILDMOS器件中并取得了较好的结果[24]。图1-3为基本DoubleRESURFLDMOS的器件结构图。DoubleRESURF的原理是在SingleRESURF的N-well区表面注入P型杂质，纵向上又增加了一个PN结，用来辅助漂移区的耗尽使漂移区的杂质剂量有了继续增加的空间。同时因为顶层的导电类型与漂移区相反，所以N-well的掺杂浓度比SingleRESURF又有所提高，降低了Ron,sp。DoubleRESURF漂移区可以杂质注入后扩散形成，也可以使用外延工艺实现。图1-3DoubleRESURFLDMOS器件基本结构1982年，A.W.Ludikhuize[25]基于Double-actingRESURF（D-RESURF）技术，设计了漏端左右两边进行P型掺杂的间断表面型电荷层结构，同时也设计了栅和漏端左侧采用阶场板结构，漏端右侧进行P型掺杂的结构，实现了在模拟IC中用作高压源跟随器的300VLDMOS。2001年，D.R.Disney等人提出在漂移区体内的增加P型埋层的结构[26]。图1-4为基本Triple-RESURFLDMOS器件结构图。TripleRESURFLDMOS是基于DoubleRESURF技术，在N-well内部形成P-buried层，纵向上相比DoubleRESURFLDMOS又多了一个PN结辅助N-well的耗尽，因而N-well的杂质浓度可以进一步升高，同时在漂移区表面和漂移区体内形成两条平行的导电路径，器件开态时的RON相比DoubleRESURF技术会有更进一步的减校实验结果表明，与之前的DoubleRESURFLDMOS结构相比，Ron,sp降低了33%。同时利用该技术设计实现的达800V耐压的LDMOS不采用外延层，而是使用相对简单的离子注入来严格控制每一层的电荷，以N-well作为漂移区，工艺实现简单。根据上面一系列针对RESURF技术的优化，自然有了这样的设想，如果在漂
【参考文献】：
期刊论文
[1]功率半导体器件行业竞争格局日趋激烈[J]. 李菡. 集成电路应用. 2015(08)
[2]功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望[J]. 孙伟锋,张波,肖胜安,苏巍,成建兵. 中国科学:信息科学. 2012(12)
[3]适用于智能功率IC的700v Double-Resurf Ldmos研究[J]. 王书凯,程东方,徐志平,沈文星. 微计算机信息. 2007(23)
[4]中国功率器件市场发展现状[J]. 杨斌. 中国集成电路. 2007(06)
[5]基于耦合式电平位移结构的高压集成电路[J]. 乔明,方健,李肇基,张波. 半导体学报. 2006(11)
[6]具有n+浮空层的体电场降低LDMOS结构耐压分析[J]. 张波,段宝兴,李肇基. 半导体学报. 2006(04)
本文编号：3611810
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