具有n+浮空层的体电场降低LDMOS结构耐压分析

针对薄外延横向功率集成技术的发展,提出一种降低体内电场REBULF(REduced BULk Field)的新耐压技术,并设计了一例具有n 浮空层的REBULF LDMOS新结构.新耐压机理是通过嵌入在高阻衬底中的n 浮空层的等电位调制作用,提高源端体内低电场而降低漏端体内高电场使纵向电场重新分配,同时使衬底耐压提高.借助二维数值分析,验证了满足REBULF的条件为n 层的位置与衬底浓度的乘积不大于1×1012cm-2;在保证低的比导通电阻条件下,新结构较传统LDMOS结构击穿电压可提高75%以上.     

REBULF LDMOS实验结果及具有部分n+浮空层结构的分析

分析了REBULF LDMOS的实验结果,由击穿电压的测试结果验证了模拟仿真中发现的漏电流增加源于n+浮空层的作用,但暴露于表面的n+p结的漏电流使击穿电压降低.为了解决这个问题,文中分析了具有部分n+浮空层的REBULF LDMOS结构,此结构不但具有降低体内电场的REBULF效应,而且终止于源端体内的n+p结解决了文献[10]中的大漏电流问题.分析结果表明,击穿电压较一般RESURF LDMOS结构提高60%以上.     

浮空层结构的分析

分析了REBULF LDMOS的实验结果，由击穿电压的测试结果验证了模拟仿真中发现的漏电流增加源于n+浮空层的作用，但暴露于表面的n+p结的漏电流使击穿电压降低. 为了解决这个问题，文中分析了具有部分n+浮空层的REBULF LDMOS结构，此结构不但具有降低体内电场的REBULF效应，而且终止于源端体内的n+p结解决了文献［10］中的大漏电流问题. 分析结果表明，击穿电压较一般RESURF LDMOS结构提高60%以上.     

REBULF LDMOS实验结果及具有部分n+浮空层结构的分析

分析了REBULF LDMOS的实验结果,由击穿电压的测试结果验证了模拟仿真中发现的漏电流增加源于n 浮空层的作用,但暴露于表面的n p结的漏电流使击穿电压降低.为了解决这个问题,文中分析了具有部分n 浮空层的REBULF LDMOS结构,此结构不但具有降低体内电场的REBULF效应,而且终止于源端体内的n p结解决了文献[10]中的大漏电流问题.分析结果表明,击穿电压较一般RESURF LDMOS结构提高60%以上.     

高阻衬底上具有n+浮空层的横向Super Junction MOSFETs

提出了一种具有n+浮空层的横向super junction结构,此结构通过磷或砷离子注入在高阻衬底上形成n+浮空层来消除传统横向super junction结构中的衬底辅助耗尽效应.这种效应来源于p型的衬底辅助耗尽了super junction区的n型层,使p与n之间的电荷不能平衡.n+层的REBULF效应通过使漏端电场减小,体电场重新分布而使新结构中的衬底承担了更多的电压.结果表明这种结构具有高的击穿电压、低的导通电阻和漂移区中电荷平衡的特点.     

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%.     

高阻衬底上具有n＋浮空层的横向Super Junction MOSFETs

提出了一种具有n^＋浮空层的横向superjunction结构，此结构通过磷或砷离子注入在高阻衬底上形成n^＋浮空层来消除传统横向superjunction结构中的衬底辅助耗尽效应．这种效应来源于P型的衬底辅助耗尽了superjunction区的n型层，使P与n之间的电荷不能平衡，n^＋层的REBULF效应通过使漏端电场减小，体电场重新分布而使新结构中的衬底承担了更多的电压，结果表明这种结构具有高的击穿电压、低的导通电阻和漂移区中电荷平衡的特点。     

带N型浮空岛的新型LDMOS

为了解决薄外延横向功率器件的纵向耐压问题,提出了一种带有N型浮空岛的新型LDMOS。与传统LDMOS不同,该结构在漏端下方的衬底耗尽层内加入多个纵向排列的N型浮空岛,扩展了衬底的耗尽层,降低了漏端下方的高电场,在纵向引入新的峰值电场,优化了器件的横向和纵向电场分布,大幅提高了器件的击穿电压。利用Sentaurus TCAD软件对新结构进行了仿真。结果表明,漂移区长度均为80 μm时,新结构的击穿电压为964 V,比相同漂移区长度下的传统LDMOS提高了113.7%,优值为1.01 MW·cm-2,比传统LDMOS提高了211%。     

一种带埋层的超低比导通电阻槽型LDMOS

提出了一种带n型浮空埋层的超低比导通电阻的变k槽型LDMOS(TLDMOS)。新结构在漂移区内引入变介电常数(VK)的深槽结构和自驱动的U型p区,不仅可提高漂移区的掺杂浓度,还可优化体内电场分布。衬底中引入的n埋层在器件阻断时进一步调制漂移区的电场分布。同时,额外p衬底/n埋层结的引入提高了LDMOS的纵向耐压。导通时,由于集成低压电源施加于U型p区,在其周围产生的电子积累层使器件在不增加栅电荷的情况下显著降低了比导通电阻(Ron,sp)。仿真结果表明,与传统TLDMOS相比,在相同元胞尺寸下,新结构的击穿电压提高了59.3%,Ron,sp降低了86.3%。