具有P反型层的FD LDMOS建模及数值分析

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随着功率集成电路飞速发展,功率半导体器件的研究与开发显得愈发重要。LDMOS(Lateral Double-Diffused MOSFET)是DMOS器件的一种横向高压器件。其电极均位于器件表面,具有耐压高,增益大,失真低等优点,并且更易于CMOS工艺兼容,因此在射频集成电路中得到了广泛的应用。目前LDMOS设计的重点是如何合理缓和击穿电压与导通电阻之间的矛盾,并且保证其有较高的稳定性。场板技术是功率LDMOS器件中使用最为频繁的一种终端技术。合理的场板设计可以使漂移区的平均电场增加,减小电场峰值,从而达到抑制热载流子效应,提高击穿电压等目的。基于此,本文通过二维器件模拟软件MEDICI对高压LDMOS的主要参数如场极板、漂移区等进行了细致的模拟与分析,同时对LDMOS的安全工作区,击穿特性以及主要的高温特性进行了分析与建模,这些分析将有助于设计者对LDMOS进行优化设计。本文第一章首先阐述了集成电路和功率器件的发展历史,指出了功率器件研究的目的及意义。然后对一般LDMOS的模型进行了介绍,指出了其与普通LDMOS的结构、性能以及工艺上的差异,为之后的各章节做了简单的铺垫。LDMOS的场极板设计是LDMOS设计中不可或缺的一部分。本文通过Medici模拟软件对单阶梯场板结构的LDMOS性能进行了全面的模拟分析。模拟得出,对多晶硅场极板的长度、位置、所加偏压以及漂移区掺杂浓度、栅氧厚度等对击穿电压均有一定的影响。并综合考虑了不同场板结构的温度效应和电容效应等因素,在此基础上,我们通过分析得出了不同场板结构的LDMOS的使用领域以及部分参数的优化值。随后,本文对于LDMOS的漂移区的电场和电势进行了理论计算,对于采用RESURF技术的LDMOS,通过调节场极板位置、长度、偏压等参数,可以在提高击穿电压和降低导通电阻之间达到一合理的平衡。LDMOS可靠性也是设计中所必须考虑的问题。它不仅和器件本身的结构有关,还和制造工艺,应用条件等因素相关。随着器件尺寸的缩小,LDMOS的稳定性面对着更大的挑战。本文具体介绍了Kirk效应,寄生三极管效应,自加热效应,热载流子效应等发生的原因以及相应的改善方法。
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