厚膜SOI-LDMOS安全工作区的研究与设计

摘要

智能功率芯片由于具备低功耗、高可靠性、低成本等多重优势，目前被广泛应用在电源管理、智能开关、电机驱动、线性稳压器等方面。绝缘体上硅横向扩散金属氧化物半导体器件(Silicon on insulator-lateraldiffused metal oxide semiconductor, SOI-LDMOS)是智能功率芯片中高压电平转换电路的重要元器件，要求其不仅具有高耐压和低导通电阻，同时必须具备宽安全工作区，以应对在不同环境下出现的可靠性问题。在散热性能较差的SOI衬底材料上，扩展安全工作区成为目前研究难题。
　　本文分析了SOI-LDMOS器件的电安全工作区和热安全工作区的触发机理，并通过对传统LDMOS结构仿真发现引起器件失效原因。漏端场板下方硅表面发生雪崩二次击穿是制约电安全工作区范围的关键因素，寄生三极管开启是影响热安全工作区范围的关键因素。根据这两点关键因素，本文提出了一种P埋层和阶梯埋氧层相结合的SOI-LDMOS新结构(Step Partial SOI with P-type buried layer, PSP-LDMOS)，该结构采用薄氧化层上淀积P埋层的方法，增大器件散热和扩展电流路径，实现宽安全工作区。最后，对新结构的工艺流程和版图分别进行设计。
　　流片测试结果表明:本论文所设计的PSP-LDMOS器件电安全工作区折回点电压为563V，热安全工作区开态击穿电压为475V，热安全工作区范围为4.06W/μm，同时导通电阻等其他电学参数也得到了优化提高，满足550V功率驱动芯片要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 课题意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文的主要工作与设计指标

1．4 论文组织结构

第二章 厚膜SOI-LDMOS安全工作区原理分析

2．1．1 电安全工作区简单介绍

2．1．2 电安全工作区触发机理

2．1．3 电安全工作区评估方法

2．2 厚膜SOI-LDMOS器件热安全工作区原理分析

2．2．1 热安全工作区的热产生原理

2．2．2 热安全工作区触发机理

2．2．3 热安全工作区评估方法

2．3 本章小结

第三章 厚膜SOI-LDMOS安全工作区结构分析

3．1．2 静态安全工作区参数分析

3．1．3 动态安全工作区参数分析

3．2 扩展厚膜SOI-LDMOS安全工作区的常用技术

3．2．1 源端PN间隔技术

3．2．2 P-sink热流桥技术

3．2．3 单排多沟槽P-SOI技术

3．3 厚膜SOI-LDMOS优化设计方法

3．4 本章小结

第四章 厚膜PSP-LDMOS安全工作区优化设计

4．2．1 反向耐压设计

4．2．2 导通电阻设计

4．2．3 反向漏电流设计

4．3．1 电安全工作区设计

4．3．2 热安全工作区设计

4．4 本章小结

第五章 厚膜PSP-LDMOS器件的流片及测试

5．1 550V厚膜PSP-LDMOS器件的工艺流程设计

5．2 厚膜PSP-LDMOS器件的版图设计

5．3 厚膜PSP-LDMOS器件的流片测试结果

5．3．1 反向耐压测试

5．3．2 导通电阻测试

5．3．3 反向漏电流测试

5．3．4 电安全工作区测试

5．3．5 热安全工作区测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的成果和发表的论文