横向功率器件纵向电场调制机理及新型器件设计

摘要

作为功率集成电路中至关重要的元器件，横向功率器件一直是相关从业人员的研究重点与热点。而器件的耐压以及导通性能对于应用于高压集成电路中是最关键的因素，国内外对于横向功率器件的性能优化从未停止。并且在器件优化的过程中，横向功率器件纵向耐压受限问题越来越凸显。REBULF理论以及电场调制技术等，为功率器件的性能优化做出了指导性的思路。本文在此基础上，并结合功率器件优化过程，提出横向功率器件纵向电场调制理论技术，对于横向功率器件纵向电场进行针对性的优化。并且在此基础上提出两种新型器件结构，分别为ADSL LDMOS以及ADSL SJ-LDMOS。对于横向功率器件纵向耐压受限问题提出了解决思路。 本文具体所做的创新工作包括： （1）通过分析横向功率器件体内场及纵向电场优化思想，并结合REBULF理论以及电场调制技术等，针对优化横向功率器件纵向电场分布以及解决纵向耐压问题，在前述纵向耐压优化理论及结构优化的基础上，提出横向功率器件纵向电场调制理论。该理论通过优化横向功率器件纵向电场，充分发掘器件衬底耐压能力，缓解了横向功率器件击穿电压饱和现象，在优化器件纵向电场分布的同时，对表面电场也有充分的优化作用。为横向功率器件纵向耐压问题提出一种新的理论思想。 （2）结合纵向耐压优化理论及结构优化，并在本文提出的横向功率器件纵向电场调制理论基础上，针对典型横向功率器件LDMOS，提出了具有纵向辅助耗尽衬底层的新型LDMOS结构。研究表明：当常规LDMOS与ADSL LDMOS的漂移区长度都是70μm时，击穿电压由462V增大到了897V，提高了94%左右，并且优值FOM也从0.55MW/cm2提升到1.24MW/cm2，提升125%。因此，新结构ADSL LDMOS的器件性能较常规LDMOS有了极大的提升。并且进一步对ADSL层进行分区掺杂优化，在新结构的基础上，击穿电压在双分区时上升到938V，三分区时为947V。并在此章内容最后给出了新结构器件的工艺制备技术的详细流程。 （3）在具有纵向辅助耗尽衬底层的新型LDMOS结构基础上，将纵向电场调制技术应用于横向超结功率器件中，提出具有纵向辅助耗尽衬底层的新型SJ LDMOS结构，即ADSL SJ-LDMOS。研究表明：新提出的ADSL SJ-LDMOS在漂移区长度与常规SJ-LDMOS均为30μm时，击穿电压由273V增大到了445V，提高了63%左右，并且优值FOM也从3.764MW/cm2提升到了6.828MW/cm2，提升81.4%。

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