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超结理论的提出,打破了功率MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)中的“硅极限”,建立了功率器件的里程碑,但电荷平衡问题一直是超结器件设计和制造中的关键和难点。本文研究了Super Junction SOI LDMOS,并且进一步地结合Super Junction理论和高k介质材料,提出了三种新型的SOI HK LDMOS,旨在改善LDMOS的耐压和比导通电阻的折衷关系。(1)典型的SOI Super Junction LDMOS,该结构通过漂移区中相邻的P/N柱区相互耗尽,在保持耐压的同时提高了漂移区的掺杂浓度。仿真得到了击穿电压BV=179V,比导通电阻Ron,sp=5.3m?·cm2。然后介绍了超结结构的关键工艺步骤。(2)具有高k介质槽的SOI LDMOS(SOI HK LDMOS),该结构在N型漂移区两侧引入高k介质槽。体区-高k介质-漂移区形成了等效MIS电容结构,等效电容自适应地辅助耗尽漂移区并调制漂移区内的电场,不仅提高了漂移区优化浓度,而且缓解了衬底辅助耗尽效应带来的电荷非平衡,在提高耐压的同时降低了比导通电阻。仿真得到了耐压BV=212V,比导通电阻Ron.sp=4.6m?·cm2。与SOI Super Junction LDMOS相比,根据高k介质的k值不同,该结构的比导通电阻Ron.sp可降低13%~20%,耐压BV可提高16%~18%,优值FOM(BV 2/Ron.sp)可提高62%~68%。本文给出了该结构的一种可行工艺方案,与超结结构的工艺相比,该结构的工艺相对简单。(3)具有半高k介质结构的LDMOS(Semi-HK LDMOS),该结构在靠近源端部分利用高k介质对漂移区的辅助耗尽和电场调制作用,优化耐压和比导通电阻的折衷,在靠近漏端部分采用常规的均匀低掺杂,缓解漏端强烈的衬底辅助耗尽效应,削弱器件对电荷非平衡的敏感性。仿真得到了耐压BV=169V,比导通电阻Ron.sp=4.8m?·cm2的Semi-HK LDMOS。该结构与常规超结LDMOS相比,耐压下降5%,比导通电阻下降9%,但极大地改善了器件对电荷非平衡敏感的问题。最后给出了该结构的可行工艺方案。(4)具有表面低阻通道的HK LDMOS(SLOP HK LDMOS),该结构在漂移区表面具有一层高掺杂的低电阻电流通路,正向导通时可以降低器件的导通电阻;在反向耐压时,通过低掺杂的漂移区部分承受耐压。仿真得到了耐压BV=213V,比导通电阻Ron.sp=4.3m?·cm2的SLOP HK LDMOS,在通常结构的基础上进一步降低了导通电阻。这种结构在工艺上只需要增加一张掩膜版和一次离子注入。