新型高耐压LDMOS新结构设计以及性能研究

摘要

横向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管由于其与 CMOS工艺兼容的特点广泛功率集成电路中，但是器件击穿电压与导通电阻存在的相互矛盾的关系。为了改善击穿电压与导通电阻存在的相互矛盾的关系，横向功率器件主要研究方向分别为降低比导通电阻以及提高击穿耐压两个方向，本文在这两个方向上都做了相关研究。　　针对降低横向功率器件比导通电阻，本文通过将超结技术应用于LDMOS的基础上提出三维耗尽原理，提出两种新结构器件：　　非均匀交叉分布P柱区超结LDMOS器件，此结构的特点是在N型漂移区中嵌入非均匀交叉分布P柱区形成超结结构。通过调节各个P柱区的大小以及位置补偿衬底辅助耗尽效应的电荷，使得漂移区完全耗尽得到令人满意的耐压，另外三维耗尽应用于漂移区降低了器件的比导通电阻。仿真优化器件结构参数得到漂移区长度为15μm NCDP SJ LDMOS器件的耐压为330V，比导通电阻为20.97 mΩ·cm2。　　具有低导通电阻的多超结LDMOS器件，该结构在横向以及纵向P/N交叉分布形成多超结。通过多超结引入三维耗尽原理提高器件漂移区掺杂浓度，从而降低导通电阻，另外电场屏蔽效应的引入保证了器件获得高压。仿真优化器件结构参数分析得到元胞大小为12μm MSJ LDMOS器件的耐压为185V，比导通电阻为4.04 mΩ·cm2。　　针对提高横向功率器件击穿电压，本文通过在SOI技术上引入电场调制效应，并且提出两种新结构器件：　　基于等电势调制的SOI LDMOS器件，该结构在源侧二氧化硅上表面引入一截浮空埋层。该浮空埋层中的离子通过库伦力的作用吸引大量载流子在氧化层表面，增强氧化层内部电场强度，另外在氧化层表面形成一层等势层引入等电势调制效应调制器件内部电场分布。仿真优化器件结构参数得到漂移区长度为29μm器件的耐压为550V，比导通电阻为6.97Ω·mm2。　　具有折叠漂移区的SOI LDMOS器件，此结构的特点是在横向器件的漂移区中引入氧化槽增加了器件电离积分长度，因此可以在较小的漂移区长度下获得较高的耐压。仿真优化器件参数得到漂移区长度为23μm的ENDIF IDT LDMOS器件耐压为860V,漂移区中横向电场的平均值大约为37.5V/cm。

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第一章 绪论

§1.1半导体功率器件概况

§1.2 LDMOS器件的结构和特点

§1.3 LDMOS器件的研究现状

§1.4 本文的主要工作

第二章 非均匀交叉P柱区超结LDMOS器件

§2.1非均匀交叉P柱超结LDMOS器件结构分析

§2.2非均匀交叉P柱超结LDMOS器件的结构参数分析

§2.3器件仿真结果分析

§2.4非均匀交叉P柱超结LDMOS器件与其他器件对比

§2.5本章小结

第三章 具有低导通电阻的多超结LDMOS器件

§3.1具有低导通电阻的多超结LDMOS器件结构分析

§3.2双超结LDMOS器件仿真结果分析与讨论

§3.3双超结LDMOS器件与相关器件参数对比

§3.4本章小结

第四章 基于等电势调制的SOI LDMOS器件

§4.1 SOI LDMOS器件耐压分析

§4.2 基于等电势调制的SOI LDMOS器件结构与原理

§4.3器件结构结构参数对器件性能的影响

§4.4器件仿真结果分析

§4.5器件的工艺制备方案

§4.6本章小结

第五章 具有折叠漂移区的SOI LDMOS器件

§5.1 常规氧化槽SOI LDMOS器件

§5.2 IDT LDMOS器件

§5.3 ENDIF IDT LDMOS器件

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士期间主要研究成果