100V浅槽隔离SOI-LDMOS器件设计

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100V横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)被广泛应用于汽车电子及智能医疗等领域。上述应用场景要求LDMOS器件同时具备高性能和高可靠性。传统硅基LDMOS由于存在“硅极限”问题,很难同时满足低导通电阻、高耐压及高可靠性的要求,而采用绝缘体上硅(Silicon On Insulator,SOI)技术的LDMOS器件可以突破“硅极限”,缓和导通电阻与耐压特性之间的矛盾关系,提高器件可靠性,因此研究100V SOI-LDMOS器件具有重要意义。本文提出了一种具有P型埋层的新型100V浅槽隔离SOI-LDMOS器件。首先进行器件结构的设计,该器件通过在SOI层中加入二氧化硅材质的浅槽来改善器件横向的表面电荷效应,从而提升器件的横向耐压,在SOI层与埋氧层之间加入P型埋层来增强衬底RESURF效应,从而提高器件的纵向耐压。P型埋层还可以对漂移区进行辅助耗尽作用从而提高漂移区的掺杂浓度,实现极低的导通电阻。与同规格的SOI-LDMOS器件相比,带P型埋层的浅槽隔离SOI-LDMOS器件的击穿电压从125V提高到152V,提高了22%,特征导通电阻从140mΩ·mm~2降低到125.8mΩ·mm~2,降低了11%。此外,本文还研究了SOI-LDMOS器件的可靠性,研究发现:当工作电压较高时,严重的Kirk效应会导致器件的开态击穿电压较低,在漏极设置N型Buffer可有效拓展器件的安全工作区并改善器件的静电放电保护能力。浅槽槽底拐角处的热载流子注入所产生的界面态会使器件产生严重的导通电阻退化,改善槽底的弯折角度并适当减小浅槽长度可降低此处的碰撞电离强度,从而提升器件的热载流子可靠性。仿真结果显示:本文所设计器件的阈值电压为1.42V,关态击穿电压为152V,特征导通电阻为125.8 mΩ·mm~2,关态泄漏电流为1.3′10-14 A/μm,开态击穿电压达到112V,最坏应力状态下的碰撞电离峰值为2.97′1028cm-3/s,传输线脉冲线测试条件下的折回点电压为202V,二次击穿电流为6′10-3A/μm,均达到设计指标要求,满足了汽车电子及智能医疗等领域对LDMOS器件的应用需求。
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