硅基横向功率器件耐压新技术—漂移区形状调制技术

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横向高压DMOS(lateral double-diffused metal-oxide-semiconductor field-effect transistors,LDMOS)是功率集成电路(Power Integrated Circuits, PIC)中的核心器件。击穿电压和导通电阻的矛盾是功率半导体器件的核心矛盾之一。国内外对提高功率器件的横向耐压或优化横向电场进行了大量的研究,针对高压功率器件中的横向表面电场优化问题,本文提出了硅基横向功率器件耐压新技术—漂移区形状调制技术,即漂移区横向形状和侧向形状调制技术。将漂移区形状调制技术应用到LDMOS中,提出了两种优化表面电场的体硅LDMOS新器件结构,并且借助TCAD工具从基本特性和工艺制备这两方面对器件结构展开了深入的研究。首先,本文提出了一种阶梯变厚度漂移区体硅LDMOS(ST LDMOS)新器件结构。相比于常规RESURF LDMOS结构,新结构的漂移区分成了从源端到漏端厚度阶梯增加的几个区域。由于阶梯厚度漂移区的调制效应,在漂移区中引入了新的电场峰值,降低了漂移区表面电场,提高器件的击穿电压。利用二维半导体器件仿真工具MEDICI研究器件结构参数对击穿电压和导通电阻的影响。研究表明,与常规RESURF LDMOS结构相比,一阶ST LDMOS击穿电压提高了18.4%,FOM优值提高了42.5%。接着,本文设计了基于反应离子刻蚀技术的工艺方案制备ST LDMOS,这种工艺与CMOS工艺完全兼容。借助Silvaco Athena软件对工艺条件和工艺参数进行了优化设计。其次,本文又提出了一种漂移区部分氧化柱体硅LDMOS(POP LDMOS)新器件结构。相比于常规RESURF LDMOS结构,在漂移区中引入矩形氧化柱,使得新结构的漂移区宽度从源端到漏端阶梯增加。通过氧化柱对漂移区电场的调制作用改善电场分布,从而提高器件击穿电压。利用三维半导体器件仿真软件DAVINCI研究器件结构参数对击穿电压和导通电阻的影响。研究表明,与常规RESURF LDMOS结构相比,POP LDMOS的击穿电压提高了16.7%, FOM优值提高了25.3%。接着,本文设计了基于浅槽隔离技术的工艺方案制备POPLDMOS,这种工艺与CMOS工艺完全兼容且不要增加额外的掩膜版。借助Sentaurus Sprocess软件对工艺条件和工艺参数进行了优化设计。
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