一种基于超薄外延工艺的新型LDMOS设计

摘要

依托于国家科技重大项目“汽车电子&新型节能芯片工艺研发及产品公共服务平台建设”，本文设计了一种基于超薄外延技术的双扩散新型D-RESURF LDMOS，器件实现是基于一条应用于700V功率器件的高压BCD工艺平台，该平台是与华润上华工艺厂合作开发完成。本文所设计的LDMOS被集成在一款AC-DC单片式电源管理芯片上，要求在700V高耐压状态下实现AC-DC转换，保证电压维持5V左右的恒压输出。本文研究内容主要包括：
　　一、在全新的高压BCD工艺平台上，利用MEDICI、Tsuprem4等仿真软件模拟工艺平台的工艺流程。设计了新型LDMOS器件的初级模型，确定了器件模型的漂移区和降场层的长度以及注入剂量范围，仿真验证体区浓度与阈值电压的关系。
　　二、根据已得模型的仿真数据结果，在D-RESURF LDMOS的降场层上应用VLD技术改善了表面电场的分布。在漂移区的设计上采用双阱注入技术，改变了体内与表面的N型杂质浓度分布，实现了反向击穿电压达到700V的同时，器件比导通电阻降为33Ωmm2。在对双扩散新型D-RESURF LDMOS的结构进行最优化设计之后，对高压采样管 sensorFET和中低压器件进行了联合仿真，得到芯片其他器件的仿真结构和注入剂量。
　　三、根据AC/DC开关电源芯片的设计要求，建立了一条兼容700v高压DMOS/40v中压MOS/5v低压CMOS器件的BCD工艺平台。该工艺可实现掩膜版层次少，器件兼容性高，工艺容差大等优化设计目标。新的工艺线可以满足在厚度为4.5μm的超薄外延层上开发耐压为700V以上功率器件的开关电源芯片。同时在CADENCE环境下根据工艺厂提供的版图设计规则，完成了高压LDMOS与sensorFET器件的器件版图设计；器件整体采用源端外包漏端结构，为改善器件的结终端耐压特性，在版图结构的弯曲处采用了漏端外包源端结构。

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第一章 绪论

1.1 电源管理芯片的发展现状

1.2 BCD工艺的应用背景

1.3 功率器件的历史沿革

1.4 本文的工作

第二章 Double RESURF LDMOS初级模型的仿真设计

2.1 结终端技术

2.2 器件电学特性的分析

2.3 器件二维数值分析

2.4 本章小结

第三章 基于漂移区双阱注入的Double RESURF LDMOS

3.1 RESURF LDMOS新的器件类型

3.2 新型LDMOS的仿真设计

3.3 SENSORFET的仿真

3.4 中低压器件的仿真实验

3.5 本章小结

第四章 电源管理芯片的BCD工艺设计

4.1 工艺实现

4.2 版图绘制

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果