本文關鍵詞：高壓功率MOSFET元胞結(jié)構(gòu)的研究與優(yōu)化

  更多相關文章： 半超結(jié) 擊穿電壓 特征導通電阻 特征柵漏電容

【摘要】：本論文主要研究的是高壓功率MOSFET元胞結(jié)構(gòu),目標是通過元胞結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真分析,設計出一款耐壓高、特征導通電阻和特征柵漏電容小的半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)。論文首先介紹了超結(jié)結(jié)構(gòu),借以引出半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)的原理。超結(jié)結(jié)構(gòu)突破了“硅極限”理論,導通電阻和擊穿電壓不再是傳統(tǒng)的2.5次冪關系,同樣耐壓下,超結(jié)和半超結(jié)器件導通電阻要遠遠低于一般VDMOS器件。并且半超結(jié)結(jié)構(gòu)減弱了工藝難度,繼承了超結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,增強了超結(jié)結(jié)構(gòu)反向恢復特性。與一般VDMOS結(jié)構(gòu)不同,半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)耐壓由超結(jié)結(jié)構(gòu)部分與N型底部輔助層部分一起承擔。眾所周知,功率器件開關性能的好壞是由柵漏電容決定的,半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)優(yōu)化柵漏電容的方法除了優(yōu)化柵氧化層厚度還有改善P柱和N柱的摻雜濃度。研究發(fā)現(xiàn)柵漏電容的減小會導致導通電阻的增大。本文還通過大量仿真,對元胞結(jié)構(gòu)外延層厚度、外延層摻雜濃度、柵長、柵氧化層厚度、硼離子注入掩膜窗口進行優(yōu)化選取。此外,半超結(jié)MOSFET器件是電荷補償型器件,P柱和N柱的電荷平衡十分重要,電荷平衡稍微變差,擊穿電壓就迅速下降,所以本文對超結(jié)制造工藝做了詳細研究。多步外延技術、多步離子注入技術、溝槽刻蝕和外延填充技術都是常用的超結(jié)制造工藝,但前兩種技術形成的P柱邊緣呈波浪狀,不整齊,影響了電荷平衡效果,并且工藝復雜,成本較高,相比較之下溝槽刻蝕和外延填充技術則簡單許多,容易控制變量進行仿真研究,P柱邊緣整齊,P柱和N柱電荷平衡較容易達到。選定溝槽刻蝕和外延填充技術后,對P柱摻雜濃度、P柱深度和寬度進行優(yōu)化選取,保證P柱和N柱寬度相同,直接設定P柱N柱摻雜濃度相同就可以達到電荷平衡。之后,對柵漏電容進行優(yōu)化,通過特征柵漏電容和特征導通電阻乘積的比較選取合適的P柱和N柱摻雜濃度。最終設計了一款擊穿電壓1023V,特征導通電阻43.31 mΩ·cm2,特征柵漏電容0.29pF/cm2的半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)。在同樣外延層條件下,與一般VDMOS結(jié)構(gòu)相比,擊穿電壓提升了107.1%,特征導通電阻下降了19.0%,特征柵漏電容減小了99.5%,凸顯本文設計的半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性,對實際制造生產(chǎn)提供理論指導。
【關鍵詞】：半超結(jié) 擊穿電壓 特征導通電阻 特征柵漏電容
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 功率MOSFET發(fā)展概況12-16
• 1.3 材料的研究16-17
• 1.4 本文主要工作17-19
• 第2章 超結(jié)結(jié)構(gòu)和半超結(jié)結(jié)構(gòu)的原理和制造工藝19-28
• 2.1 超結(jié)結(jié)構(gòu)原理19-20
• 2.2 半超結(jié)結(jié)構(gòu)原理20-25
• 2.2.1 擊穿電壓21-22
• 2.2.2 導通電阻22-23
• 2.2.3 電容23-25
• 2.3 超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造工藝25-27
• 2.3.1 多步外延技術25-26
• 2.3.2 溝槽刻蝕和回填技術26-27
• 2.3.3 多步離子注入技術27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 高壓功率MOSFET半超結(jié)結(jié)構(gòu)仿真設計28-48
• 3.1 參數(shù)選取28-37
• 3.1.1 N型外延層的選取28-32
• 3.1.2 柵長的選取32-35
• 3.1.3 柵氧化層厚度的選取35-37
• 3.2 制造工藝選取37-47
• 3.2.1 多步外延技術37-45
• 3.2.2 多步離子注入技術45-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第4章 高壓功率MOSFET半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)的優(yōu)化48-61
• 4.1 半超結(jié)結(jié)構(gòu)P柱的選取49-58
• 4.1.1 P型外延摻雜濃度的選取49-51
• 4.1.2 P柱深度的選取51-53
• 4.1.3 P柱寬度的選取53-55
• 4.1.4 N柱摻雜濃度的選取55-58
• 4.2 半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)與一般VDMOS結(jié)構(gòu)對比分析58-60
• 4.3 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論與未來工作61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文67

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本文編號：1014810