高K介質(zhì)槽型功率MOS研究.pdf

1、超結(jié)理論的提出,打破了功率MOSFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)中的“硅極限”,建立了功率器件的里程碑,但電荷平衡問(wèn)題一直是超結(jié)器件設(shè)計(jì)和制造中的關(guān)鍵和難點(diǎn)。本文研究了Super Junction SOI LDMOS,并且進(jìn)一步地結(jié)合Super Junction理論和高k介質(zhì)材料,提出了三種新型的SOI HK LDMOS,旨在改善LDMOS的耐壓和比導(dǎo)通電阻的折衷關(guān)系。
　　(1)典型的SOI Super Junctio

2、n LDMOS,該結(jié)構(gòu)通過(guò)漂移區(qū)中相鄰的P/N柱區(qū)相互耗盡,在保持耐壓的同時(shí)提高了漂移區(qū)的摻雜濃度。仿真得到了擊穿電壓BV=179V,比導(dǎo)通電阻Ron,sp=5.3mΩ·cm2。然后介紹了超結(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝步驟。
　　(2)具有高k介質(zhì)槽的SOI LDMOS(SOI HK LDMOS),該結(jié)構(gòu)在N型漂移區(qū)兩側(cè)引入高k介質(zhì)槽。體區(qū)-高k介質(zhì)-漂移區(qū)形成了等效MIS電容結(jié)構(gòu),等效電容自適應(yīng)地輔助耗盡漂移區(qū)并調(diào)制漂移區(qū)內(nèi)的電場(chǎng),不僅提高

3、了漂移區(qū)優(yōu)化濃度,而且緩解了襯底輔助耗盡效應(yīng)帶來(lái)的電荷非平衡,在提高耐壓的同時(shí)降低了比導(dǎo)通電阻。仿真得到了耐壓BV=212V,比導(dǎo)通電阻Ron.sp=4.6mΩ·cm2。與SOI Super Junction LDMOS相比,根據(jù)高k介質(zhì)的k值不同,該結(jié)構(gòu)的比導(dǎo)通電阻Ron.sp可降低13％~20％,耐壓 BV可提高16％~18％,優(yōu)值 FOM(BV2/Ron.sp)可提高62％~68％。本文給出了該結(jié)構(gòu)的一種可行工藝方案,與超結(jié)結(jié)構(gòu)的

4、工藝相比,該結(jié)構(gòu)的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。
　　(3)具有半高k介質(zhì)結(jié)構(gòu)的LDMOS(Semi-HK LDMOS),該結(jié)構(gòu)在靠近源端部分利用高k介質(zhì)對(duì)漂移區(qū)的輔助耗盡和電場(chǎng)調(diào)制作用,優(yōu)化耐壓和比導(dǎo)通電阻的折衷,在靠近漏端部分采用常規(guī)的均勻低摻雜,緩解漏端強(qiáng)烈的襯底輔助耗盡效應(yīng),削弱器件對(duì)電荷非平衡的敏感性。仿真得到了耐壓BV=169V,比導(dǎo)通電阻Ron.sp=4.8mΩ·cm2的Semi-HK LDMOS。該結(jié)構(gòu)與常規(guī)超結(jié)LDMOS相比,耐

5、壓下降5％,比導(dǎo)通電阻下降9％,但極大地改善了器件對(duì)電荷非平衡敏感的問(wèn)題。最后給出了該結(jié)構(gòu)的可行工藝方案。
　　(4)具有表面低阻通道的HK LDMOS(SLOP HK LDMOS),該結(jié)構(gòu)在漂移區(qū)表面具有一層高摻雜的低電阻電流通路,正向?qū)〞r(shí)可以降低器件的導(dǎo)通電阻;在反向耐壓時(shí),通過(guò)低摻雜的漂移區(qū)部分承受耐壓。仿真得到了耐壓BV=213V,比導(dǎo)通電阻Ron.sp=4.3mΩ·cm2的SLOP HK LDMOS,在通常結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上