【摘要】：垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Vertical Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor,VDMOS)器件是一種重要的功率半導(dǎo)體器件,因其開關(guān)功耗小,頻率特性好等特點(diǎn)在消費(fèi)電子和工業(yè)控制等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。改善器件的擊穿電壓以及比導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系,一直是國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)注的方向。超結(jié)器件的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)硅極限的限制,在提升器件的擊穿電壓的同時(shí)極大的降低了器件的比導(dǎo)通電阻。但是在其應(yīng)用過程中,器件的漂移區(qū)中N柱和P柱中的摻雜濃度需要高度一致,否則受電荷非平衡的影響會(huì)極大的降低器件的耐壓性能。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合高K材料的新型器件,HK(High k)VDMOS器件的提出,解決了超結(jié)器件中存在的電荷非平衡的問題。本文在此基礎(chǔ)上,結(jié)合功率器件優(yōu)化過程和電場(chǎng)調(diào)制技術(shù)等,對(duì)HK VDMOS器件進(jìn)一步的作出了優(yōu)化。本文的具體所作的工作包括:(1)在HK VDMOS器件的基礎(chǔ)上,分析其內(nèi)部電場(chǎng)分布及縱向電場(chǎng)優(yōu)化思想,并結(jié)合電場(chǎng)調(diào)制思想,提出了一種具有階梯HK介質(zhì)層的新型VDMOS器件。該結(jié)構(gòu)主要是在傳統(tǒng)的HK VDMOS器件基礎(chǔ)上,通過對(duì)漂移區(qū)兩側(cè)的HK介質(zhì)層刻蝕,淀積低介電參數(shù)的介質(zhì),進(jìn)行圖形化處理,形成寬度沿著垂直方向變化的新的HK介質(zhì)層。相較于傳統(tǒng)HK VDMOS器件,提高了漂移區(qū)底部的電場(chǎng)分布,使得擊穿電壓得到了一定提升。通過ISE仿真軟件進(jìn)行分析,在漂移區(qū)長(zhǎng)度均為42μm,漂移區(qū)HK介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)均為300的情況下,階梯HK VDMOS器件相較于傳統(tǒng)HK VDMOS器件擊穿電壓由631提高到了736V提高了20%左右,而比導(dǎo)通電阻基本沒有變化。同時(shí)在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)擊穿電壓600V的要求時(shí),HK VDMOS器件所需的HK介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)需要達(dá)到230以上,而對(duì)于階梯HK VDMOS器件,其HK介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)則只需要120以上就可滿足要求,對(duì)材料的介電常數(shù)的要求降低了90%。(2)建立了階梯HK VDMOS器件的的電場(chǎng)和電勢(shì)分布的數(shù)學(xué)模型,該模型確立了階梯HK VDMOS器件中不同結(jié)構(gòu)參數(shù)與漂移區(qū)中電場(chǎng)分布的關(guān)系,得到了器件的電場(chǎng)分布同漂移區(qū)寬度,HK介質(zhì)層寬度,階梯高度,摻雜濃度等參數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式,并解釋了階梯HK介質(zhì)層對(duì)器件漂移區(qū)中電場(chǎng)調(diào)制的原理。結(jié)合解析模型和仿真軟件對(duì)階梯HK VDMOS器件進(jìn)行分析研究,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性,由于器件的漂移區(qū)兩側(cè)的HK介質(zhì)層沿著漂移區(qū)方向厚度是變化的,使得漂移區(qū)的階梯處電場(chǎng)發(fā)生變化,形成了新的電場(chǎng)峰,從而通過電場(chǎng)調(diào)制效應(yīng)使得漂移區(qū)中電場(chǎng)分布更加均勻,提高了器件的耐壓性能。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN386

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