基于RESURF理论的SOI LDMOS 耐压模型研究

对SOI LDMOS器件的击穿电压进行了研究,建立了适用于该器件的RESURF耐压模型,获得了表面电势和电场分布解析表达式,给出了SOI LDMOS器件漂移区的最优浓度,在此基础上将该模型嵌入半导体工艺模拟以及器件模拟软件(Sentaurus TCAD)中,并对SOI LDMOS器件的表面电场分布、击穿特性和I-V特性...     

阶梯变掺杂漂移区高压SOI RESURF结构耐压机理研究

研究了阶梯变掺杂漂移区高压SOI RESURF(Reduce SURface Field)结构的器件几何形状和物理参数对器件耐压的影响;发现并解释了该结构纵向击穿时,耐压与浓度关系中特有的“多RESURF平台”现象。研究表明,阶梯变掺杂漂移区结构能明显改善表面电场分布,提高耐压,降低导通电阻,增大工艺容差;利用少数分区,能得到接近线性变掺杂的耐压,降低了工艺难度。     

可变低k介质层SOI LDMOS高压器件的耐压特性

提出了一种可变低k(相对介电常数)介质层(variable low k dielectric layer,VLkD)SOI高压器件新结构,该结构的埋层由可变k的不同介质组成.基于电位移连续性原理,利用低k提高埋层纵向电场和器件纵向耐压,并在此基础上提出SOI的介质场增强原理.基于不同k的埋层对表面电场的调制作用,使器件横向耐压提高,并给出VLkD SOI的RESURF判据.借助2D器件仿真研究了击穿特性与VLkD SOI器件结构参数之间的关系.结果表明,对kIL=2,kIH=3.9,漂移区厚2μm,埋层厚1μm的VLkD器件,埋层电场和器件耐压分别达248V/μm和295V,比相同厚度的常规SOI器件的埋层电场和耐压分别提高了93%和64%.     

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.     

RESURF原理应用于SOI LDMOS晶体管

本文首次采用解析方法及二维计算机模拟讨论了ＲＥＳＵＲＦ原理应用于ＳＯＩＬＤＭＯＳ晶体管．研究表明：击穿电压随埋层ＳｉＯ２厚度增加而增加；击穿电压随Ｓｉ层厚度变化呈现Ｕ型曲线；当埋层ＳｉＯ２和Ｓｉ层厚度一定时，Ｓｉ层的杂质浓度存在一个临界值，在此浓度之下，可获得高的击穿电压．这个结论也适用于介质隔离的各种横向器件的击穿特性分析．     

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.     

有n缓冲层SOI RESURF结构的电场分布解析模型

提出了有n缓冲层SOI RESURF结构的电场分布解析模型,采用MEDICI数值仿真,验证了上述模型的正确性。基于所建立的解析模型,获得了缓冲层的最优杂质浓度分布,提出了提高SOI RESURF结构耐压的缓冲层分段变掺杂新结构。     

可变低k介质层SOI LDMOS高压器件的耐压特性

提出了一种可变低k(相对介电常数)介质层(variable low k dielectric layer,VLkD)SOI高压器件新结构,该结构的埋层由可变k的不同介质组成.基于电位移连续性原理,利用低k提高埋层纵向电场和器件纵向耐压,并在此基础上提出SOI的介质场增强原理.基于不同k的埋层对表面电场的调制作用,使器件横向耐压提高,并给出VLkD SOI的RESURF判据.借助2D器件仿真研究了击穿特性与VLkD SOI器件结构参数之间的关系.结果表明,对kIL=2,kIH=3.9,漂移区厚2μm,埋层厚1μm的VLkD器件,埋层电场和器件耐压分别达248V/μm和295V,比相同厚度的常规SOI器件的埋层电场和耐压分别提高了93%和64%.     

漂移区为线性掺杂的高压薄膜SOI器件的研制

给出了漂移区为线性掺杂的高压薄膜SOI器件的设计原理和方法.在Si膜厚度为0.15μm、隐埋氧化层厚度为2μm的SOI硅片上进行了LDMOS晶体管的制作.首次对薄膜SOI功率器件的击穿电压与线性掺杂漂移区的杂质浓度梯度的关系进行了实验研究.通过对漂移区掺杂剂量的优化,所制成的漂移区长度为50μm的LDMOS晶体管呈现了高达612V的击穿电压.     

可变低k介质层SOI LDMOS高压器件的耐压特性

提出了一种可变低κ（相对介电常数）介质层（variable low κ dielectric layer，VLkD）SOI高压器件新结构，该结构的埋层由可变κ的不同介质组成。基于电位移连续性原理，利用低κ提高埋层纵向电场和器件纵向耐压，并在此基础上提出SOI的介质场增强原理，基于不同κ的埋层对表面电场的调制作用，使器件横向耐压提高，并给出VLkD SOI的RESURF判据，借助2D器件仿真研究了击穿特性与VLkD SOI器件结构参数之间的关系，结果表明，对κμ=2，κIH=3．9，漂移区厚2μm，埋层厚1μm的VLkD器件，埋层电场和器件耐压分别达248V／μm和295V，比相同厚度的常规SOI器件的埋层电场和耐压分别提高了93％和64％。     

On-State Breakdown Model for High Voltage RESURF LDMOS

An analytical breakdown model under on-state condition for high voltage RESURF LDMOS is proposed.The model considers the drift velocity saturation of carriers and influence of parasitic bipolar transistor.As a result,electric field profile of n-drift in LDMOS at on-state is obtained.Based on this model,the electric SOA of LDMOS can be determined.The analytical results partially fit to our numerical (by MEDICI) and experiment results.This model is an aid to understand the device physics during on-state accurately and it also directs high voltage LDMOS design.     

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.     

全耗尽SOI LDMOS击穿电压的分析

SOI技术已经成功地应用到功率集成电路中,击穿电压是功率器件一个重要的参数。文章分析了SOI LDMOS的击穿电压与漂移区掺杂浓度的关系,并计算了击穿电压。文中首先定义出漂移区临界掺杂浓度,然后分别给出了实际掺杂浓度高于和低于临界掺杂浓度的击穿电压计算公式。计算结果与文献中给出的数值相吻合,证明了模型的正确性。     

埋层低掺杂漏SOI高压器件的击穿电压

提出一种具有埋层低掺杂漏(BLD)SOI高压器件新结构。其机理是埋层附加电场调制耐压层电场,使漂移区电荷共享效应增强,降低沟道边缘电场,在漂移区中部产生新的电场峰。埋层电中性作用增加漂移区优化掺杂浓度,导通电阻降低;低掺杂漏区在漏极附近形成缓冲层,改善漏极击穿特性。借助二维半导体仿真器MEDICI,研究漂移区浓度和厚度对击穿电压的影响,获得改善击穿电压和导通电阻折中关系的途径。在器件参数优化理论的指导下,成功研制了700V的SOI高压器件。结果表明:BLD SOI结构击穿电压由均匀漂移区器件的204V提高到275V,比导通电阻下降25%。     

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。     

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%。     

Double-RESURF结构高压LDMOS模型

建立了Double-RESURF结构高压LDMOS器件的MOS VCR(Voltage Control Re-sistance)电路模型。通过分析Double-RESURF LDMOS器件的结构与输入输出特性,得到漂移区电阻的解析式;借助泰勒展式,得到VCR的高阶压控模型,从而建立LDMOS器件的SPICE模型。该模型的解析解和数值解符合良好,而且体现出高压LDMOS的准饱和特性。模型的建立可以很好地指导LDMOS器件的工程应用。