超薄层SOI高压LVD LDMOS耐压模型及特性研究

针对超薄层高压SOI线性变掺杂(Linear Varied Doping,LVD)LDMOS器件,进行了耐压模型和特性的研究。通过解泊松方程,得到超薄高压SOI LVD LDMOS的RESURF判据,有助于器件耐压和比导通电阻的设计与优化。通过对漂移区长度、厚度和剂量,以及n型缓冲层仿真优化,使器件耐压与比导通电阻的矛盾关系得到良好的改善。实验表明,超薄层高压SOI LVD LDMOS的耐压达到644 V,比导通电阻为24.1 Ω·mm²,击穿时埋氧层电场超过200 V/cm。     

一种新型高压Triple RESURF SOI LDMOS

提出了一种新型Triple RESURF SOI LDMOS结构,该结构有一个Ｐ型埋层。首先,耗尽层能够在Ｐ型埋层的上下同时扩展与Triple RESURF机理相同,使得漂移区浓度提高,导通电阻降低。其次,当漂移区浓度较高时,Ｐ型埋层起到了降低体内电场的作用,并能够提高漏端纵向电场使得其电场分布更加均匀从而耐压增加。Triple RESURF结构在SOI LDMOS中首次提出。在６微米厚的SOI层以及２微米厚的埋氧层中获得了耐压300V的Triple RESURF SOI LDMOS,其导通电阻从Double RESURF SOI LDMOS的17.2mΩ.cm2降低到13.8mΩ.cm2。当外延层厚度增加时, Triple RESURF结构的效果更加明显,在相同耐压下,相对于Double RESURF,该结构能够在400V和550V的SOI LDMOS中分别降低29%和38%的导通电阻。     

一种新型D-RESURF埋栅SOI LDMOS

提出了一种新型D-RESURF埋栅SOI LDMOS (EGDR-SOI LDMOS)结构,其栅电极位于P-body区的下面,可以在扩展的埋栅电极处形成多数载流子的积累层;同时,采用Double- RESURF技术,在漂移区中引入两区的P降场层,有效降低了器件的比导通电阻,并提高了器件的击穿电压.采用二维数值仿真软件MEDICI,对器件的扩展栅电极、降场层进行了优化设计.结果表明,相对于普通SOI LDMOS,该结构的比导通电阻下降了78%,击穿电压上升了22%.     

阶梯埋氧型SOI结构的耐压分析

提出了一种阶梯埋氧型SOI(SBOSOI)RESURF器件结构,并解释了该结构的场调制耐压机理,通过2DMEDICI仿真验证了调制机理的正确性.优化了阶梯埋氧阶梯数与耐压的关系,得出阶梯数为3时耐压达到饱和.模拟仿真了比导通电阻和击穿电压,结果表明该结构在埋层厚度为0.2～0.8μm时可使比导通电阻降低40%～50%,耐压提高30%～50%;漂移区厚度小于1μm时比导通电阻降低10%～50%,耐压提高10%～50%.     

阶梯埋氧型SOI结构的耐压分析

提出了一种阶梯埋氧型SOI（SBOSOI）RESURF器件结构,并解释了该结构的场调制耐压机理,通过2D MEDICI仿真验证了调制机理的正确性．优化了阶梯埋氧阶梯数与耐压的关系,得出阶梯数为3时耐压达到饱和．模拟仿真了比导通电阻和击穿电压,结果表明该结构在埋层厚度为0.2～0.8μｍ时可使比导通电阻降低40%～50%,耐压提高30%～50％;漂移区厚度小于1μｍ时比导通电阻降低10%～50%,耐压提高10%～50%．     

具有超高耐压(>1200V)的薄埋氧层BPL SOI LDMOS(英文)

为了在薄埋氧层SOI衬底上实现超高耐压LDMOS铺平道路,提出了一种具有P埋层(BPL)的薄埋氧层SOI LDMOS 结构,耐压1200V以上.该BPL SOI LDMOS在传统SOI LDMOS的埋氧层和N型漂移区之间引入了一个P型埋层.当器件正向截止时,N型漂移区与P埋层之间的反偏PN结将承担器件的绝大部分纵向压降.采用2维数值仿真工具Silvaco TCAD对BPL SOI LDMOS进行虚拟制造和器件仿真,结果表明该结构采用适当的参数既能实现1 280 V的耐压,将BOL减薄到几百纳米以下又可以改善其热特性.     

Super-High Breakdown Voltage (>1200V) SOI LDMOS with A Buried P-type Layer and A Thin BOX

为探索在薄埋氧层SOI衬底上实现超高耐压LDMOS的途径,提出了一种具有P埋层（BPL）的薄埋氧层SOI LDMOS结构,耐压1200V以上。该BPL SOI LDMOS在传统SOI LDMOS的埋氧层和N型漂移区之间引入了一个P型埋层。当器件正向截止时,N型漂移区与P埋层之间的反偏PN结将承担器件的绝大部分纵向压降。采用2维数值仿真工具Silvaco TCAD对BPL SOI LDMOS进行虚拟制造和器件仿真,结果表明该结构采用适当的参数既能实现1280V的耐压,将BOX层减薄到几百纳米以下又可以改善其热特性。     

基于STI工艺的高压LDMOS器件设计与优化

在LDMOS功率器件设计中可以引入STI工艺替代LOCOS工艺来进一步抑制表面电荷效应,以提高LDOMS功率器件的耐压强度及降低比导通电阻。本文将介绍STI工艺的优势和LDMOS器件设计原理,并在TSMC 0.6μm BCD工艺为基础上增加STI工艺流程来设计一款适用于汽车电子应用的40V LDMOS器件。通过ATHENA（工艺模拟）和ATLAS（器件仿真）仿真实验与器件参数提取,表明采用STI工艺的LDMOS器件比采用LOCOS工艺的LDMOS器件在耐压漂移区长度比方面提高了23.40%,且比导通电阻降低了66.12%。     

n埋层PSOI结构射频功率LDMOS的输出特性

提出了具有n埋层PSOI(部分SOI)结构的射频功率LDMOS器件.射频功率LDMOS的寄生电容直接影响器件的输出特性.具有n埋层结构的PSOI射频LDMOS,其Ⅰ层下的耗尽层宽度增大,输出电容减小,漏至衬底的结电容比常规LDMOS和PSOI LDMOS分别降低39.1%和26.5%.1dB压缩点处的输出功率以及功率增益比PSOI LDMOS分别提高62%和11.6%,附加功率效率从34.1%增加到37.3%.该结构器件的耐压比体硅LDMOS提高了14%.     

n埋层PSOI结构射频功率LDMOS的输出特性

提出了具有n埋层PSOI(部分SOI)结构的射频功率LDMOS器件.射频功率LDMOS的寄生电容直接影响器件的输出特性.具有n埋层结构的PSOI射频LDMOS,其Ⅰ层下的耗尽层宽度增大,输出电容减小,漏至衬底的结电容比常规LDMOS和PSOI LDMOS分别降低39.1%和26.5%.1dB压缩点处的输出功率以及功率增益比PSOI LDMOS分别提高62%和11.6%,附加功率效率从34.1%增加到37.3%.该结构器件的耐压比体硅LDMOS提高了14%.     

高k介质阶梯变宽度SOI LDMOS

本文提出了一种具有高k介质阶梯变宽度结构的新型的SOI LDMOS器件,该器件通过在漂移区内引入介质区域使得漂移区的宽度呈阶梯变化.借助三维器件仿真软件DAVINCI对其势场分布及耐压特性进行了深入分析.首先,阶梯变宽度结构能够在漂移区内引入新的电场峰值来优化势场分布,提高击穿电压.其次,采用高k材料作为侧壁介质区域可以进一步优化漂移区内势场分布,并提高漂移区浓度来降低导通电阻.结果表明,与常规结构相比,新器件的击穿电压可提高42%,导通电阻可降低37.5%,其FOM优值是常规器件的3.2倍.     

具有L型栅极场板的双槽双栅绝缘体上硅器件新结构

为了降低绝缘体上硅（SOI）功率器件的比导通电阻,同时提高击穿电压,利用场板（FP）技术,提出了一种具有L型栅极场板的双槽双栅SOI器件新结构.在双槽结构的基础上,在氧化槽中形成第二栅极,并延伸形成L型栅极场板.漂移区引入的氧化槽折叠了漂移区长度,提高了击穿电压;对称的双栅结构形成双导电沟道,加宽了电流纵向传输面积,使比导通电阻显著降低;L型场板对漂移区电场进行重塑,使漂移区浓度大幅度增加,比导通电阻进一步降低.仿真结果表明：在保证最高优值条件下,相比传统SOI结构,器件尺寸相同时,新结构的击穿电压提高了123%,比导通电阻降低了32%;击穿电压相同时,新结构的比导通电阻降低了87.5%;相比双槽SOI结构,器件尺寸相同时,新结构不仅保持了双槽结构的高压特性,而且比导通电阻降低了46%.     

非均匀厚度漂移区SOI高压器件及其优化设计

提出非均匀厚度漂移区SOI高压器件新结构及其优化设计方法. 非均匀厚度漂移区调制SOI层的电场并增强埋层电场,从而提高器件击穿电压. 考虑到这种调制效应,提出解析模型用以优化设计该新器件的结构参数. 借助解析模型,研究了电场分布和器件击穿电压与结构参数的关系. 数值仿真证实了解析模型的正确性. 具有3阶梯的非均匀厚度漂移区SOI器件耐压为常规结构SOI器件的2倍,且保持较低的导通电阻.     

薄膜SOI上大于600 V LDMOS器件的研制

针对600 V以上SOI高压器件的研制需要,分析了SOI高压器件在纵向和横向上的耐压原理。通过比较提出薄膜SOI上实现高击穿电压方案,并通过仿真预言其可行性。在埋氧层为3μm,顶层硅为1.5μm的注氧键合(Simbond)SOI衬底上开发了与CMOS工艺兼容的制备流程。为实现均一的横向电场,设计了具有线性渐变掺杂60μm漂移区的LDMOS结构。为提高纵向耐压,利用场氧技术对硅膜进行了进一步减薄。流片实验的测试结果表明,器件关态击穿电压可达600 V以上(实测832 V),开态特性正常,阈值电压提取为1.9 V,计算开态电阻为50Ω.mm2。     

非均匀厚度漂移区SOI高压器件及其优化设计

提出非均匀厚度漂移区SOl高压器件新结构及其优化设计方法.非均匀厚度漂移区调制SOI层的电场并增强埋层电场,从而 提高器件击穿电压.考虑到这种调制效应.提出解析模型用以优化设计该新器件的结构参数.借助解析模型,研究了电场分布和器件击穿电压与结构参数的关系.数值仿真'证实了解析模型的正确性.具有3阶梯的非均匀厚度漂移区SOl器件耐压为常规结构SOl器件的2倍,且保持较低的导通电阻.     

衬底偏压对硅基高压器件新结构击穿电压特性的影响

提出基于衬底偏压技术的double RESURF结构,称为Sb double RESURF LDMOS。在n型衬底和n型漂移区之间嵌入p型外延层,阻挡器件阻断状态下的纵向电流通路,改变体内电场分布。衬底偏压加强漂移区电荷共享效应,降低漏极下方纵向电场峰,该技术对提高薄漂移区横向功率器件的纵向击穿电压尤其重要。结果表明,在保持较小导通电阻下,该结构较常规LDMOS击穿电压提高97%。     

基于RIE技术的倾斜表面SOI功率器件制备技术

对一种具有倾斜表面漂移区SOI LDMOS的制造方法进行了研究,提出了多窗口反应离子刻蚀法来形成倾斜表面漂移区的新技术,建立了倾斜表面轮廓函数的数学模型,TCAD工具的2D工艺仿真证实了该技术的可行性,最终优化设计出了倾斜表面漂移区长度为15μm的SOI LDMOS.数值仿真结果表明,其最优结构的击穿电压可达350 V...     

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。     

Breakdown voltage and on-resistance of multi-RESURF LDMOS

The breakdown voltage and on-resistance of a multi-RESURF LDMOS are studied numerically and analytically. The results are compared with those from the conventional LDMOS. Reduction of on-resistance by 23% is obtained for the multi-layer structure without degradation in the breakdown voltage. An analytical expression for the surface potential distribution of the multi-layer structure is derived which provides a useful mean to determine the breakdown voltage analytically in terms of the device parameters.