20V UMOS器件的参数优化与流片测试

摘要

尽管功率器件随时代不断发展，功率MOSFET器件因其成熟的工艺和衍生的新结构依然活跃于如今的市场上，其中沟槽型场效应管(UMOSFET)主要应用于低压大电流环境。虽然国内对UMOSFET理论研究越发成熟，但实际市场上成本低廉且性能优良的UMOSFET还是比较缺乏。　　本论文提出了一款具有低导通电阻、低制造成本、良好的雪崩能量的20VUMOSFET器件，应用于低电压电源管理，例如智能手机和笔记本电脑及其它电池供电电路，也可以满足工业上低静态功耗需求。籍此可以在市场上获得良好的竞争力，推动低压功率UMOSFET器件的发展。　　本文首先介绍了功率器件研究意义和研究现状，接着结合MOS二极管基本理论，详细介绍了UMOSFET的重要参数。然后根据合作商提出的设计要求，主要设计器件的元胞区。首先，采用击穿电压的理论公式，推导出外延的厚度和外延的电阻率，然后通过SentaurusTCAD仿真平台对器件不同外延条件进行仿真，选择合适的外延片。随后详细说明了该器件的工艺流程和工艺步骤。然后基于SentaurusTCAD仿真平台研究了不同离子注入和扩散模型对器件阈值电压的影响，确定了MonteCarlo离子注入和Pair扩散的模型组合；通过仿真平台，对器件的Pbody区掺杂浓度、栅电极沟槽深度和栅氧化层厚度等重要参数进行拉偏实验，确定了满足设计要求的最优参数。然后针对提高雪崩能量对器件的工艺参数和结构参数进行再优化，经过工艺参数优化后，雪崩能量提升10%。　　最后基于L-edit软件完成了20VUMOSFET的掩膜设计，并成功流片。在拿到流片样品后，使用B1505功率器件分析仪对流片样品测试。从测试结果可以得知，封装产品的导通电阻比设计要求低7％～11％，比相关文献提出的导通电阻的优化方案结果更优10％，测试结果满足设计要求。且该器件制造只需4张掩膜，减少了一张掩膜的使用，成功降低了成本。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 功率器件的发展概况

1.3 功率MOSFET的发展概况

1.4 本文的主要工作

第二章 功率MOSFET 的工作原理和重要参数

2.1 MOS 二极管的工作原理

2.2 MOSFET的重要参数

2.2.1 阈值电压Vth

2.2.2 导通电阻 Ron

2.2.3 击穿电压

2.3 雪崩能量

2.4 本章小结

第三章 20V UMOS 器件仿真模拟

3.1 设计指标

3.2 元胞设计

3.3 外延片的选定

3.4 工艺流程

3.5 仿真环境的介绍

3.6 阈值电压模型组合的仿真分析

3.7 关键参数的仿真分析

3.7.1 Pbody 区掺杂浓度

3.7.2栅极沟槽深度

3.7.3栅氧化层厚度

3.8 提升雪崩耐量的设计

3.9 本章小结

第四章 20V UMOS 版图设计与测试

4.1 版图设计

4.2 流片测试及数据分析

4.2.1 裸片测试数据分析

4.2.2 封装测试数据分析

4.3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

硕士期间发表论文