本文關(guān)鍵詞：基于橫向可變降低表面電場(chǎng)技術(shù)的新型SOI高壓器件研究

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【摘要】：橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Lateral Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,簡(jiǎn)稱LDMOS)作為一種橫向功率器件,由于其具有耐壓高、增益大、失真低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于功率集成電路。功率集成電路高電壓、大電流的特點(diǎn)常常要求LDMOS器件具有高擊穿電壓(Breakdown Voltage,簡(jiǎn)稱BV)、低比導(dǎo)通電阻(specific on-resistance,簡(jiǎn)稱Ron,sp)。但是BV和Ron,sp是一組矛盾值,BV的提高往往伴隨著Ron,sp的增大。自LDMOS提出到現(xiàn)在,相關(guān)專業(yè)人士已提出多種理論及技術(shù)來解決此問題,比如結(jié)終端技術(shù)、超結(jié)技術(shù)、介質(zhì)層電場(chǎng)增強(qiáng)理論和降低表面電場(chǎng)技術(shù)等。本文主要基于橫向可變降低表面電場(chǎng)(REduced SURface Field,簡(jiǎn)稱RESURF)技術(shù),研究了兩種絕緣體上硅(Silicon On Insulator,簡(jiǎn)稱SOI)LDMOS器件結(jié)構(gòu):部分復(fù)合埋氧層SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu),即將常規(guī)的SOI LDMOS器件靠近源端的埋氧層結(jié)構(gòu)替換成“頂部氧化物—中間多晶硅—底部氧化物”的結(jié)構(gòu),漏端的埋氧層結(jié)構(gòu)同常規(guī)結(jié)構(gòu)一樣。由于源端到漏端靠近頂層硅的埋氧層厚度不同,器件擊穿時(shí)頂層硅和埋氧層界面電荷濃度在橫向上將滿足不同的RESURF條件,靠近源端一側(cè)的界面凈電荷濃度高于漏端一側(cè)的界面凈電荷濃度。此濃度差使得在頂層硅和埋氧層界面出現(xiàn)了一個(gè)新的電場(chǎng)峰值,從而調(diào)制了整個(gè)漂移區(qū)的橫向電場(chǎng),提高了橫向擊穿電壓。由于源端頂部的埋氧層較常規(guī)的更薄,所以依據(jù)RESURF條件整個(gè)頂層硅的摻雜濃度也有所提高,從而開態(tài)時(shí)的比導(dǎo)通電阻得到降低、關(guān)態(tài)時(shí)的縱向擊穿電壓得到提高。多晶硅的熱導(dǎo)率比SiO2的熱導(dǎo)率高,自熱效應(yīng)有所降低。運(yùn)用器件仿真軟件MEDICI仿真了器件參數(shù)對(duì)器件特性的影響。在頂層硅厚度4μm、漂移區(qū)長度40μm、埋氧層厚度4μm的條件下,與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比,最優(yōu)化時(shí)的部分復(fù)合埋氧層SOI LDMOS器件的擊穿電壓提高了33.4%,比導(dǎo)通電阻降低了37.4%,功耗為1mW/μm時(shí)的最大溫度降低了13.3K。界面變摻雜SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu),即在常規(guī)的SOI LDMOS器件的埋氧層和頂層硅的界面插入一層摻雜濃度從源端到漏端線性增大的同種雜質(zhì)層。整個(gè)漂移區(qū)的摻雜在縱向上分為均勻摻雜層和界面變摻雜層。當(dāng)器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),整個(gè)漂移區(qū)電離后的施主電荷分布不再同常規(guī)結(jié)構(gòu)一樣均勻分布,而是縱向上均勻摻雜和界面變摻雜的結(jié)合。界面變摻雜層的存在使得器件在橫向上滿足變RESURF條件。界面處由源端到漏端線性增大的電離電荷濃度優(yōu)化了漂移區(qū)的橫向電場(chǎng),并提高了埋氧層的縱向電場(chǎng),從而擊穿電壓得到增強(qiáng)。運(yùn)用器件仿真軟件MEDICI進(jìn)行了器件參數(shù)的優(yōu)化。在頂層硅厚度2μm、漂移區(qū)長度10μm、埋氧層厚度1μm的條件下,與漂移區(qū)完全均勻摻雜結(jié)構(gòu)和完全變摻雜結(jié)構(gòu)相比,界面變摻雜SOI LDMOS器件的擊穿電壓分別提高了34.3%和23.3%,同時(shí)衡量擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻矛盾的FOM(Figure Of Merit)優(yōu)值分別提高了43.6%和36.4%。
【關(guān)鍵詞】：SOI LDMOS RESURF 界面變摻雜 部分復(fù)合埋氧層 擊穿電壓
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN386
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 LDMOS器件的發(fā)展和研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2 RESURF技術(shù)10-16
• 1.2.1 Single RESURF10-13
• 1.2.2 Double RESURF13-14
• 1.2.3 Triple RESURF14-16
• 1.2.4 RESURF技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀16
• 1.3 本文的研究內(nèi)容16-18
• 2 部分復(fù)合埋氧層SOI高壓器件18-34
• 2.1 P-CBL SOI LDMOS結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2 耐壓機(jī)理19-20
• 2.3 P-CBL SOI LDMOS器件電特性研究20-32
• 2.3.1 擊穿特性研究21-26
• 2.3.2 比導(dǎo)通電阻和自熱效應(yīng)特性研究26-28
• 2.3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)器件電特性的影響28-32
• 2.4 工藝流程設(shè)計(jì)32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 3 界面變摻雜SOI高壓器件34-48
• 3.1 LVID SOI LDMOS結(jié)構(gòu)34-36
• 3.2 耐壓機(jī)理36-37
• 3.3 LVID SOI LDMOS器件電特性研究37-46
• 3.3.1 擊穿特性研究38-42
• 3.3.2 比導(dǎo)通電阻特性研究42-43
• 3.3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)器件電特性的影響43-46
• 3.4 工藝流程設(shè)計(jì)46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 4 總結(jié)與展望48-50
• 4.1 總結(jié)48-49
• 4.2 展望49-50
• 致謝50-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 附錄55
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文55
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間申報(bào)的發(fā)明專利55

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：891665