基于横向可变降低表面电场技术的新型SOI高压器件研究

发布时间：2017-09-21 01:39

  本文关键词：基于横向可变降低表面电场技术的新型SOI高压器件研究

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【摘要】：横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(Lateral Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,简称LDMOS)作为一种横向功率器件,由于其具有耐压高、增益大、失真低等优点被广泛应用于功率集成电路。功率集成电路高电压、大电流的特点常常要求LDMOS器件具有高击穿电压(Breakdown Voltage,简称BV)、低比导通电阻(specific on-resistance,简称Ron,sp)。但是BV和Ron,sp是一组矛盾值,BV的提高往往伴随着Ron,sp的增大。自LDMOS提出到现在,相关专业人士已提出多种理论及技术来解决此问题,比如结终端技术、超结技术、介质层电场增强理论和降低表面电场技术等。本文主要基于横向可变降低表面电场(REduced SURface Field,简称RESURF)技术,研究了两种绝缘体上硅(Silicon On Insulator,简称SOI)LDMOS器件结构:部分复合埋氧层SOI LDMOS器件结构,即将常规的SOI LDMOS器件靠近源端的埋氧层结构替换成“顶部氧化物—中间多晶硅—底部氧化物”的结构,漏端的埋氧层结构同常规结构一样。由于源端到漏端靠近顶层硅的埋氧层厚度不同,器件击穿时顶层硅和埋氧层界面电荷浓度在横向上将满足不同的RESURF条件,靠近源端一侧的界面净电荷浓度高于漏端一侧的界面净电荷浓度。此浓度差使得在顶层硅和埋氧层界面出现了一个新的电场峰值,从而调制了整个漂移区的横向电场,提高了横向击穿电压。由于源端顶部的埋氧层较常规的更薄,所以依据RESURF条件整个顶层硅的掺杂浓度也有所提高,从而开态时的比导通电阻得到降低、关态时的纵向击穿电压得到提高。多晶硅的热导率比SiO2的热导率高,自热效应有所降低。运用器件仿真软件MEDICI仿真了器件参数对器件特性的影响。在顶层硅厚度4μm、漂移区长度40μm、埋氧层厚度4μm的条件下,与常规结构相比,最优化时的部分复合埋氧层SOI LDMOS器件的击穿电压提高了33.4%,比导通电阻降低了37.4%,功耗为1mW/μm时的最大温度降低了13.3K。界面变掺杂SOI LDMOS器件结构,即在常规的SOI LDMOS器件的埋氧层和顶层硅的界面插入一层掺杂浓度从源端到漏端线性增大的同种杂质层。整个漂移区的掺杂在纵向上分为均匀掺杂层和界面变掺杂层。当器件处于关断状态时,整个漂移区电离后的施主电荷分布不再同常规结构一样均匀分布,而是纵向上均匀掺杂和界面变掺杂的结合。界面变掺杂层的存在使得器件在横向上满足变RESURF条件。界面处由源端到漏端线性增大的电离电荷浓度优化了漂移区的横向电场,并提高了埋氧层的纵向电场,从而击穿电压得到增强。运用器件仿真软件MEDICI进行了器件参数的优化。在顶层硅厚度2μm、漂移区长度10μm、埋氧层厚度1μm的条件下,与漂移区完全均匀掺杂结构和完全变掺杂结构相比,界面变掺杂SOI LDMOS器件的击穿电压分别提高了34.3%和23.3%,同时衡量击穿电压和比导通电阻矛盾的FOM(Figure Of Merit)优值分别提高了43.6%和36.4%。
【关键词】：SOI LDMOS RESURF 界面变掺杂 部分复合埋氧层 击穿电压
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 LDMOS器件的发展和研究现状9-10
• 1.2 RESURF技术10-16
• 1.2.1 Single RESURF10-13
• 1.2.2 Double RESURF13-14
• 1.2.3 Triple RESURF14-16
• 1.2.4 RESURF技术的发展现状16
• 1.3 本文的研究内容16-18
• 2 部分复合埋氧层SOI高压器件18-34
• 2.1 P-CBL SOI LDMOS结构18-19
• 2.2 耐压机理19-20
• 2.3 P-CBL SOI LDMOS器件电特性研究20-32
• 2.3.1 击穿特性研究21-26
• 2.3.2 比导通电阻和自热效应特性研究26-28
• 2.3.3 结构参数对器件电特性的影响28-32
• 2.4 工艺流程设计32
• 2.5 本章小结32-34
• 3 界面变掺杂SOI高压器件34-48
• 3.1 LVID SOI LDMOS结构34-36
• 3.2 耐压机理36-37
• 3.3 LVID SOI LDMOS器件电特性研究37-46
• 3.3.1 击穿特性研究38-42
• 3.3.2 比导通电阻特性研究42-43
• 3.3.3 结构参数对器件电特性的影响43-46
• 3.4 工艺流程设计46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 总结与展望48-50
• 4.1 总结48-49
• 4.2 展望49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-55
• 附录55
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文55
• B. 作者在攻读学位期间申报的发明专利55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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本文编号：891665