二維類超結(jié)LDMOS新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（Lateral Double-diffused MOSFET, LDMOS）器件因其電極均位于器件表面，制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)在功率集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。擊穿電壓和導(dǎo)通電阻是LDMOS設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵參數(shù)，如何提升兩者之間的折衷成為研究的熱點(diǎn)。超結(jié)思想兼具低導(dǎo)通電阻和高耐壓的特點(diǎn)。但是，將超結(jié)思想應(yīng)用到橫向功率器件的過程中，存在襯底輔助耗盡效應(yīng)問題，這大大惡化了器件的性能。且傳統(tǒng)三維超結(jié)器件制造工藝復(fù)

2、雜，成本較高。
　　基于電荷平衡的思想，本文提出兩類二維類超結(jié)LDMOS新結(jié)構(gòu)，通過二維器件模擬軟件MEDICI對(duì)新結(jié)構(gòu)的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻與常規(guī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析研究，同時(shí)對(duì)新結(jié)構(gòu)中影響其性能的主要參數(shù)進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明新結(jié)構(gòu)較常規(guī)結(jié)構(gòu)的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的折衷得到明顯的提升。具體研究結(jié)果如下：
　　（1）二維類SJ/RESURF LDMOS器件
　　由于襯底輔助耗盡效應(yīng)在漏端最為嚴(yán)重，新結(jié)構(gòu)在漂移區(qū)靠

3、近漏端位置內(nèi)引入了RESURF區(qū)，從漏端對(duì)P柱區(qū)進(jìn)行耗盡，提高了器件的擊穿電壓。仿真結(jié)果表明：在相同的超結(jié)區(qū)摻雜濃度，同樣的漂移區(qū)長度（25μm）下，新結(jié)構(gòu)的擊穿電壓為407V，而常規(guī)的二維橫向超結(jié)LDMOS的擊穿電壓為202V。
　　（2）具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件
　　在器件反向耐壓時(shí)，縱向電場引起的襯底輔助耗盡使得P柱中會(huì)出現(xiàn)多余電荷，且多余電荷的濃度由源到漏逐漸增加。基于此，新結(jié)構(gòu)將

4、超結(jié)柱區(qū)中的P柱區(qū)進(jìn)行了階梯摻雜，摻雜濃度從源側(cè)到漏測逐漸降低。一方面，P柱區(qū)將電荷摻雜濃度設(shè)計(jì)成階梯分布可以利用緩變結(jié)產(chǎn)生的新峰值電場來調(diào)節(jié)器件的表面電場，使漂移區(qū)電場均勻分布；另一方面，與以往的N柱區(qū)階梯摻雜相比，新結(jié)構(gòu)采用的P柱區(qū)階梯摻雜可以提高N柱區(qū)的摻雜濃度，降低導(dǎo)通狀態(tài)下的漂移區(qū)電阻。仿真結(jié)果表明：在相同的摻雜條件和漂移區(qū)長度（45μm）下，具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件的擊穿電壓達(dá)到了743V