新型低阻可集成SOI橫向功率器件研究.pdf

1、SOI橫向功率器件作為SOI功率集成電路設(shè)計(jì)核心器件,其發(fā)展方向是不斷提高擊穿電壓(BV:Breakdown Voltage)與降低比導(dǎo)通電阻(Ron,sp:specific on-resistance)。提高橫向器件的擊穿電壓需要較長的橫向尺寸以及較低的漂移區(qū)濃度,這不可避免的增加橫向功率器件比導(dǎo)通電阻,這種折衷關(guān)系也被稱為“硅極限”。本文提出了三種新型SOI橫向器件結(jié)構(gòu),極大降低了器件的比導(dǎo)通電阻,緩解了與擊穿電壓的矛盾關(guān)系。三種新

2、型SOI橫向器件包括:
　　(1)可集成的低比導(dǎo)通電阻DT SOI LDMOS。嵌入漂移區(qū)中的介質(zhì)槽實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的 RESURF效應(yīng),提高了漂移區(qū)的濃度,且在縱向折疊了漂移區(qū),在相同耐壓下減小器件的元胞尺寸和比導(dǎo)通電阻;延伸的槽柵形成的積累層也有利于降低導(dǎo)通電阻。此外,延伸至埋氧層的槽柵也有隔離的作用。仿真結(jié)果表明,元胞尺寸為6.5?m的DT SOI LDMOS擊穿電壓為233V,與同尺寸普通SOI LDMOS相比,擊穿電壓提高15

3、0％,比導(dǎo)通電阻從4.8 mΩ·cm2減小為3.3 mΩ·cm2,降低了31％。對器件的工藝方案和版圖進(jìn)行了設(shè)計(jì),成功制備的實(shí)驗(yàn)樣品擊穿電壓為180-190V,達(dá)到擊穿電壓大于150V且輸出0.5A電流的設(shè)計(jì)要求。
　　(2)具有雙面電荷槽的DCT SOI LDMOS。阻斷態(tài)時(shí),二氧化硅表面的雙面槽界面處堆積的大量電荷提高了介質(zhì)中電場,漂移區(qū)中介質(zhì)的有效調(diào)節(jié)了體內(nèi)電場的分布,提高頂層硅體內(nèi)的平均電場以及埋氧層內(nèi)的電場強(qiáng)度,從而提高

4、了器件的擊穿電壓。電荷槽內(nèi)重?fù)诫s的P型多晶硅,既有利于電荷槽內(nèi)堆積電荷,同時(shí)靠近體區(qū)一側(cè)的多晶硅也作為器件的體區(qū)接觸。元胞尺寸3.5?m的DCT SOI LDMOS,擊穿電壓BV為158V,比導(dǎo)通電阻為1.08 mΩ·cm2,與相同元胞尺寸的TG SOI LDMOS相比,BV提高105V;與相同耐壓的TG SOI LDMOS相比,器件橫向尺寸減小約70％,比導(dǎo)通電阻減小約76％。
　　(3)具有低導(dǎo)通電阻的槽型SOI LDMOS。