【摘要】：在高壓功率集成電路中,有時(shí)需要將電路的高壓區(qū)域和低壓區(qū)域集成在同一芯片上,為了實(shí)現(xiàn)高壓區(qū)域和低壓區(qū)域的信號(hào)傳輸功能,需要一種高耐壓的器件。高壓LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)具有高電壓、大電流、大功率等特點(diǎn),可以作為高壓功率集成電路中的開關(guān)使用,用來(lái)傳輸控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)高壓區(qū)域與低壓區(qū)域的信號(hào)傳輸功能。在高壓功率LDMOS器件的終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了減小冶金結(jié)曲率半徑對(duì)耐壓的影響,高壓LDMOS的版圖結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)成圓形和跑道型,并且漏極在器件版圖結(jié)構(gòu)的中心,這就使得連接漏極的高壓互連線HVI(High Voltage Interconnection)跨過(guò)器件漂移區(qū)的表面,HVI會(huì)影響器件漂移區(qū)以及硅表面的電勢(shì)分布,使得等勢(shì)線在器件部分區(qū)域過(guò)于集中而出現(xiàn)電場(chǎng)峰值,大的電場(chǎng)峰值會(huì)使得器件發(fā)生提前擊穿,導(dǎo)致器件的耐壓值遠(yuǎn)低于預(yù)期的耐壓值。為了避免擊穿電壓的降低,目前在器件設(shè)計(jì)過(guò)程中采用較多的方法有:厚絕緣層技術(shù)、降場(chǎng)層技術(shù)、場(chǎng)板技術(shù)和自屏蔽技術(shù),這幾種技術(shù)能有效的避免由HVI所導(dǎo)致的器件耐壓值降低的問題。其中場(chǎng)板技術(shù)能夠有效的優(yōu)化器件表面電勢(shì)分布,降低電場(chǎng)峰值,提高器件的擊穿電壓,場(chǎng)板的數(shù)量、長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)高壓LDMOS器件的耐壓有較大影響。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)高壓LDMOS器件的研究設(shè)計(jì)以及RESURF機(jī)理研究本文所研究的器件是耐壓為600V的RESURF-LDMOS器件。通過(guò)仿真軟件Silvaco分別從器件和工藝角度研究了外延層濃度和P-top劑量對(duì)器件耐壓的影響,使得外延層濃度和P-top劑量之間的關(guān)系滿足RESURF條件,表面冶金結(jié)擊穿轉(zhuǎn)移到內(nèi)部外延層和襯底的擊穿,由于襯底和外延層的濃度相對(duì)較低,因此具有較高的擊穿電壓,從而提高器件的耐壓。(2)高壓互連以及器件終端結(jié)構(gòu)的研究通過(guò)對(duì)器件終端結(jié)構(gòu)的研究來(lái)改善高壓互連線對(duì)器件性能參數(shù)的影響,并對(duì)高壓互連線進(jìn)行建模分析,并與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合對(duì)比。最后基于對(duì)高壓互連線的深入分析與研究,得到了以下四種技術(shù)來(lái)降低高壓互連線對(duì)器件的影響:厚絕緣層技術(shù)、降場(chǎng)層技術(shù)、場(chǎng)板技術(shù)和自屏蔽技術(shù)。其中厚絕緣層技術(shù)主要通過(guò)增加HVI與器件表面的距離來(lái)降低HVI對(duì)器件的影響;降場(chǎng)層技術(shù)主要通過(guò)在漂移區(qū)引入額外的摻雜層來(lái)輔助HVI下的漂移區(qū)耗盡以降低HVI對(duì)器件擊穿電壓的影響;場(chǎng)板技術(shù)主要通過(guò)優(yōu)化器件表面電勢(shì)與電場(chǎng)分布來(lái)降低HVI對(duì)器件的影響;自屏蔽技術(shù)避免了HVI跨過(guò)器件的表面,因而不需要額外的結(jié)構(gòu)來(lái)降低HVI對(duì)器件的影響。(3)帶浮空?qǐng)霭宓母邏汗β蔐DMOS器件的研究設(shè)計(jì)場(chǎng)板技術(shù)的工藝實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,不需要額外的工藝步驟,單層浮空?qǐng)霭蹇梢允褂枚嗑Ч柚谱?與柵極在同一次工藝中完成。本文主要通過(guò)仿真研究了外延層濃度、P-top層劑量與場(chǎng)板之間的關(guān)系,其中對(duì)場(chǎng)板的研究主要包括場(chǎng)板個(gè)數(shù),間距,長(zhǎng)度以及雙層場(chǎng)板的層間距對(duì)器件耐壓的影響。最后給出了器件各個(gè)參數(shù)與耐壓之間的關(guān)系、工藝步驟以及版圖設(shè)計(jì)。
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【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN386

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本文編號(hào)：2344158