【摘 要】
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绝缘栅控型的功率器件在功率半导体器件市场中占据了相当大的比重,其中最典型的器件为功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物-半导体场效应晶体管）器件。横向功率LDMOS（Lateral Double Diffused MOSFET）器件由于高耐压、低导通损耗、高开关速度、高输入阻抗和易于集成等优点,在功率集成电
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绝缘栅控型的功率器件在功率半导体器件市场中占据了相当大的比重,其中最典型的器件为功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物-半导体场效应晶体管）器件。横向功率LDMOS（Lateral Double Diffused MOSFET）器件由于高耐压、低导通损耗、高开关速度、高输入阻抗和易于集成等优点,在功率集成电路（Power Integrated Circuits,PIC）中广受欢迎。功率LDMOS器件设计的核心目标是实现更高的击穿电压（Breakdown Voltage,BV）以及更高的功率密度,即更低的比导通电阻(Specific On-resistance,RON,SP)。然而上述的两个指标受到了“硅极限”的矛盾关系制约,针对该问题,基于积累型LDMOS结构,本文提出并研制了两种新型的低功耗LDMOS器件。1.提出并研制一种具有双端凸出场板（Convex-shape Field Plate,CFP）的积累型LDMOS器件。该结构的特征在于,器件漂移区上方具有两端为凸出状的积累型场板,场板由两个背对背放置的二极管D1和D2构成。场板的凸出部分将对器件的耐压或积累作用没有贡献的部分移出漂移区上方区域,使漂移区长度得以有效利用,在保证器件高击穿电压的同时缩短了漂移区长度,还在漂移区表面形成全域连续的积累效果,使得导通特性得到显著改善,获得了更低的比导通电阻RON,SP值。实验研制出的新积累型LDMOS器件在漂移区长度为33μm时,获得了BV和RON,SP分别为489V和22.2mΩ·cm~2,比常规积累型LDMOS器件的RON,SP实验值降低了48.4%。2.提出并研制一种集成分离二极管（Separated Integrated Diodes,SID）的积累型LDMOS器件。该器件将场板上原本集成在一起的D1和D2两个二极管分成两个部分,将两个二极管分别放置在漏极N+外侧的漂移区上方和漏极N+内侧的上方。一方面在不影响耐压的情况下缩短了漂移区长度,另一方面可以抑制寄生PNP晶体管的泄漏电流。另外,在此基础上对结构进行改进,改进结构将源端场板做成了凸出状,进一步缩短了漂移区长度,并获得了连续的电子积累层,使比导通电阻进一步地降低。测试结果表明,具有分离二极管的器件的耐压为483V,比导通电阻为29.3mΩ.cm~2;改进结构的BV值为518V,RON,SP值为23.5mΩ.cm~2。与相同击穿电压下的Triple RESURF技术的LDMOS器件相比,改进结构的RON,SP值降低了53.8%。
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