利用TCAD软件优化兼容于BCD工艺的LDMOS结构

摘要

随着半导体技术的发展和计算机技术的发展,通过电脑辅助设计来帮助完成半导体的生产,设计和研究,越来越成为一个重要的手段。本文通过Silvaco的TCAD(Technology Computer Aided Design)工具,利用TCAD内建的半导体器件制造工艺仿真模块和器件性能仿真模块,以及图形化的分析工具,对一个应用于的BCD(Biplor-CMOS-DMOS)工艺下的参考LDMOS(Lateral Double-Diffused MOS,横向双重扩散场效应管)器件的源漏击穿电压的各结构及其尺寸,位置等制造参数在工艺仿真模块内进行调试和优化,在器件性能仿真模块内进行性能测试,并通过图形化器件参数分析软件分析其体内电场,以观察各种工艺变化对击穿电压的变化。本文完成过程中,作者通过TCAD软件的帮助,并在研究了各种最新的应用于LDMOS提高源漏击穿电压的结构参数和设计理论后,实现了在标准P型衬底和漂移区长度75微米之下,以不改变该器件原有可兼容于BCD工艺的最终参数和结构,将原器件的700V+的源漏击穿电压提高到了1200V以上的源漏击穿电压。着重探讨的部分为在不改变器件的工艺兼容性如衬底浓度,源漏掺杂浓度和扩散时间等情况下,运用Resurf理论(Reduced Surface Field,降低表面场)和Double Resurf理论,对源漏击穿电压主要的决定因素如外延层厚度,浓度,P-top(场限环)和场极板的结构等对击穿电压的影响进行的分析和探讨。本文同时展示了在TCAD内工艺仿真和器件仿真一个LDMOS的全过程。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪言

1.1 BCD 工艺简介

1.2 DMOS 简介

1.3 本论文的工作内容

1.4 各章节的内容简介

第二章 BCD 技术和 LDMOS 的 Resurf 技术简介

2.1 BCD 技术分类

2.1.1 BCD1(第一代BCD 工艺)

2.1.2 高压BCD

2.1.3 SOIBCD

2.1.4 高功率BCD

2.1.5 高密度BCD

2.1.6 RF-BCD

2.2 LDMOS 中的Resurf 技术

2.2.1 薄N 外延层

2.2.2 场限环（Field Limiting Ring）

2.2.3 阶梯场极板和斜场极板

2.3 本章小结

第三章 Silvaco TCAD 软件介绍

3.1 Deckbuild

3.2 Optimizer

3.3 Athena

3.4 Devedit

3.5 Atlas

3.6 VWF

3.7 本章小结

第四章 LDMOS 结构及其 TCAD 内的制造过程

4.1 TCAD 模拟流程

4.2 本文所研究的 LDMOS 的结构

4.3 TCAD 内制作LDMOS 的工艺流程

4.4 本章小结

第五章 通过TCAD 仿真观察各个参数对击穿电压的影响

5.1 外延层厚度及外延层掺杂浓度的影响

5.2 场限环对器件击穿电压的影响

5.3 斜场板和带有阶梯的场板

5.4 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

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