高压SOI LDMOS器件结构设计与模拟研究

摘要

SOI LDMOS器件是基于LDMOS器件的一种新型功率半导体器件。SOI结构具有高速,低功耗,高集成度,抗辐照,易于隔离等优点,并且可以克服体硅材料的缺点,被广泛的应用在高压集成电路和功率集成电路中。高压集成电路在武器装备,电力电子,工业自动化、航空航天和其它高新技术产业有着广泛的应用前景。目前国内外的众多研究人员提出了多种器件结构对SOI LDMOS器件进行改进,主要集中在器件的击穿电压和导通电阻两个方面,从而提高器件的性能。
　　 本文主要的研究内容是主要是关于SOI LDMOS的击穿电压和比导通电阻两个方面。主要包括两种器件结构:具有浮栅结构的SOI LDMOS(FG SOI LDMOS)和沟槽结构的SOI LDMOS(T SOI LDMOS)。具体的研究内容如下:
　　 (1)研究了具有浮栅结构的SOI LDMOS器件,该器件的结构特点是在器件的场氧化层上分布多个多晶硅栅极,多次利用类场板的结终端技术,调节器件的横向电场分布,提高器件的击穿电压,降低比导通电阻。通过仿真软件Silvaco TCAD的仿真结果表明,在相同的器件尺寸的条件下,通过对浮栅的个数和尺寸优化,得到当浮栅的个数为5,长度为0.5μm时,浮栅结构的SOI LDMOS器件的击穿电压提高了38.9％,比导通电阻降低了20.5％。最后对该器件的自热效应进行了分析。
　　 (2)研究了具有沟槽结构的SOI LDMOS器件,该器件的结构特点是在栅极边缘的下方,器件的漂移区表面刻蚀出沟槽结构,沟槽的材料为二氧化硅,由于该材料的临界击穿电场比硅的临界击穿电场要高,它可以承受更高的电场强度。沟槽结构的存在,可以在不提高器件的导通电阻的情况下提高器件的击穿电压,从而使器件的性能得到提高。通过仿真软件Silvaco TCAD,得到该器件结构的仿真结果表明,与普通结构的SOILDMOS器件相比,在相同的器件结构尺寸条件下,通过对沟槽的尺寸进行优化,得到当沟槽的长度为6μm,沟槽的厚度为1.5μm时,沟槽结构的SOI LDMOS器件的击穿电压提高了26.7％,比导通电阻降低了14.3％。最后对该器件的自热效应进行了分析,该器件在一定程度上可以缓解自热效应。