SOI LDMOS晶体管耐压结构的研究

SOI技术已经成功的应用到功率集成电路中,而击穿电压是功率器件一个重要的参数.本文对SOI LDMOS的击穿电压进行了分析,介绍了目前国内外几种典型的提高击穿电压的结构,较为详细的分析了RESURF原理的应用.     

薄膜SOI RESURF结构击穿电压分析

提出了基于二维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程的薄膜ＳＯＩ降低表面电场（ＲＥＳＵＲＦ结构解析物理模型．并在该模型基础上,给出了一种分析薄膜ＳＯＩＲＥＳＵＲＦ结构击穿电压的方法．利用这一方法计算了漂移区长度较长的薄膜ＳＯＩＲＥＳＵＲＦ结构击穿电压与漂移区掺杂浓度的关系,并定量分析了场ＳｉＯ２界面电荷密度对击穿电压和漂移区临界掺杂浓度的影响．首次提出了临界场ＳｉＯ２界面电荷密度的概念,并研究了其与漂移区掺杂浓度的关系．而且计算结果与ＭＥＤＩＣＩ模拟结果符合得很好．这些为漂移区长度较长的薄膜ＳＯＩＲＥＳＵＲＦ结构击穿电压的优     

薄膜SOI RESURF结构击穿电压分析

提出了基于二维Poisson方程的薄膜SOI降低表面电场(RESURF结构解析物理模型.并在该模型基础上,给出了一种分析薄膜SOI RESURF结构击穿电压的方法.利用这一方法计算了漂移区长度较长的薄膜SOI RESURF结构击穿电压与漂移区掺杂浓度的关系,并定量分析了场SiO2界面电荷密度对击穿电压和漂移区临界掺杂浓度的影响.首次提出了临界场SiO2界面电荷密度的概念,并研究了其与漂移区掺杂浓度的关系.而且计算结果与MEDICI模拟结果符合得很好.这些为漂移区长度较长的薄膜SOI RESURF结构击穿电压的优化设计提供了理论依据.     

全耗尽型浮空埋层LDMOS的耐压特性

提出了一种新的全耗尽型浮空埋层LDMOS(FB-LDMOS)结构.全耗尽n型埋层在器件的体内产生新的电场,该电场调制了漂移区电场,使得在降低漂移区漏端电场的同时提高了源侧和中部电场REBULF效应.分析了埋层的浓度、厚度、长度等对器件击穿电压的影响.借助二维仿真软件MEDICI,该新结构的击穿电压由传统LDMOS的585.8V提高到886.9V,提高了51.4%.     

全耗尽型浮空埋层LDMOS的耐压特性

提出了一种新的全耗尽型浮空埋层LDMOS(FB-LDMOS)结构.全耗尽n型埋层在器件的体内产生新的电场,该电场调制了漂移区电场,使得在降低漂移区漏端电场的同时提高了源侧和中部电场REBULF效应.分析了埋层的浓度、厚度、长度等对器件击穿电压的影响.借助二维仿真软件MEDICI,该新结构的击穿电压由传统LDMOS的585.8V提高到886.9V,提高了51.4%.     

高压RESURF LDMOS开态击穿模型

建立了高压RESURF LDMOS的开态击穿模型.该模型考虑了载流子的速度饱和现象和寄生双极性晶体管的影响,获得了开态下LDMOS漂移区中的电场分布.基于该模型可以计算出高压 RESURF LDMOS的电学SOA.数值模拟和实验结果部分验证了模型的正确性.该模型有助于深入理解LDMOS开态击穿的物理过程,可用于指导高压LDMOS的设计.     

埋层深度对Triple-RESURF LDMOS纵向电场和击穿电压的影响

研究了P埋层深度对体硅 Triple-RESURF LDMOS纵向电场和击穿电压的影响。分析表明,当P型埋层靠近器件表面时,纵向电场平均值较小,击穿电压较低;当P型埋层靠近衬底时,优化漂移区浓度较低,器件比导通电阻较大;当P型埋层位于漂移区中部时,器件的BV2/Rs,on设计优值最大。指出了P型埋层在漂移区不同区域时击穿点的位置,以及对应的漂移区浓度取值范围,为横向高压Triple-RESURF LDMOS的设计提供了参考。     

全耗尽SOI MOSFET的阈电压的解析模型

本文在近似求解全耗尽ＳＯＩＭＯＳＦＥＴ所满足的二维泊松方程的基础上，建立了阈电压的解析模型。     

一种新型的低导通电阻折叠硅SOI LDMOS

提出了一种具有折叠硅表面SOI-LDMOS(FSOI-LDMOS)新结构.它是将硅表面从沟道到漏端的导电层刻蚀成相互排列的折叠状,且将栅电极在较薄的场氧化层上一直扩展到漏端.由于扩展栅电极的电场调制作用使FSOI-LDMOS在比一般SOI-LDMOS浓度高的漂移区表面,包括折叠硅槽侧面形成多数载流子积累,积累的多数载流子大大降低了漂移区的导通电阻.并且沟道反型层浓度基于折叠的硅表面而双倍增加,沟道导通电阻降低.通过三维仿真软件ISE分析,这种结构可以在低于40V左右的击穿电压下,获得超低的比导通电阻.     

SOI硅膜厚度对RESURF LDMOS参数的影响

对SOI LDMOS进行了建模,得到了器件各主要参数的最优值与SOI硅膜厚度的关系式.以此为基础用专业软件Medici和Tsuprem-4对器件进行了模拟,得到了最优漂移区浓度、最优击穿电压等参数随SOI硅膜厚度的变化曲线,这些结果对实际器件的设计以及工艺生产具有参考意义.     

全耗尽SOI LDMOS阈值电压的解析模型

通过准二维的方法,求出了全耗尽SOILDMOS晶体管沟道耗尽区电势分布的表达式,并建立了相应的阈值电压模型。将计算结果与二维半导体器件模拟软件MEDICI的模拟结果相比较,两者误差较小,证明了本模型的正确性。从模型中可以容易地分析阈值电压与沟道浓度、长度、SOI硅膜层厚度以及栅氧化层厚度的关系,并且发现ΔVth与背栅压的大小无关。     

高压槽型SOI LDMOS槽区设计的普适方法

论文介绍了高压SOI槽型LDMOS不同槽介质,槽宽和槽深设计的普适方法。该方法考虑了击穿电压和导通电阻的折中关系。浅而宽的槽适合用高介电常数材料填充,深而窄的槽适合用低介电常数材料填充。论文还讨论了真空槽的情况。仿真结果表明由于器件总宽度的降低,采用低介电常数材料填充槽区可以获得更高的设计优值。     

An Analytical Threshold Voltage Model for Fully Depleted SOI MOSFETs

提出了一种新的全耗尽SOI MOSFETs阈值电压二维解析模型.通过求解二维泊松方程得到器件有源层的二维电势分布函数,氧化层-硅界面处的电势最小值用于监测SOI MOSFETs的阈值电压.通过对不同栅长、栅氧厚度、硅膜厚度和沟道掺杂浓度的SOI MOSFETs的MEDICI模拟结果的比较,验证了该模型,并取得了很好的一致性.     

全耗尽SOI MOSFETs阈值电压解析模型

提出了一种新的全耗尽SOI MOSFETs阈值电压二维解析模型.通过求解二维泊松方程得到器件有源层的二维电势分布函数,氧化层-硅界面处的电势最小值用于监测SOI MOSFETs的阈值电压.通过对不同栅长、栅氧厚度、硅膜厚度和沟道掺杂浓度的SOI MOSFETs的MEDICI模拟结果的比较,验证了该模型,并取得了很好的一致性.     

高压SOI LDMOS设计新技术——电场调制及电荷对局域场的屏蔽效应在高压SOI LDMOS设计中的应用

针对SOI基LDMOS结构的特殊性，结合高压器件中击穿电压和比导通电阻的矛盾关系，以作者设计的几种新型横向高压器件为例，说明了利用电场调制和电荷对局域场的屏蔽效应来优化设计新型SOI LDMOS的新技术；同时，指出了这种新技术较传统设计方法的优缺点。     

两级非平衡超结SOI LDMOS高压器件

针对SOI功率集成电路,提出一种具有两级非平衡超结的SOI LDMOS高压器件。新结构通过调节超结的掺杂浓度,在漂移区形成两级超结结构。在器件反向耐压时,源端的超结n区被快速耗尽,过剩的p型电荷可以降低源端的峰值电场,同时提高漂移区中部的电场;而漏端的超结p区被快速耗尽,过剩的n区与n型外延层共同提供补偿电荷,这种阶梯分布的电荷补偿进一步优化了横向电场分布。这种两级非平衡超结结构缓解了横向超结器件中的衬底辅助耗尽效应,可提高器件的耐压。三维器件仿真结果表明,在漂移区长度为15 μm时,该器件的耐压达到300 V,较常规的超结器件和具有缓冲层的超结器件分别提高122%和23%。     

SOI硅膜厚度对RESURF LDMOS参数的影响

对SOI LDMOS进行了建模,得到了器件各主要参数的最优值与SOI硅膜厚度的关系式．以此为基础用专业软件Medici和Tsuprem4对器件进行了模拟,得到了最优漂移区浓度、最优击穿电压等参数随SOI硅膜厚度的变化曲线,这些结果对实际器件的设计以及工艺生产具有参考意义．     

SOI LDMOS栅漏电容特性的研究

借助软件,模拟并研究了SOI LDMOS栅漏电容Cgd与栅源电压Vgs和漏源电压Vds的关系;研究了栅氧化层厚度,漂移区注入剂量,P阱注入剂量,SOI厚度,场板长度等五个结构工艺参数对Cgd的影响;提出了减小SOI LDMOS栅漏电容Cgd的各参数调节方法.