变漂移区厚度SOI横向高压器件的优化设计

提出了一种耐压技术——横向变厚度VLT技术,以及基于此技术的一种高压器件结构——变厚度漂移区SOI横向高压器件,借助二维器件仿真器MEDICI,深入研究了该结构的耐压机理。结果表明,变厚度漂移区结构不但可以使横向击穿电压提高20%,纵向击穿电压提高10%,而且可以使漂移区掺杂浓度提高150%～200%,从而降低漂移区电阻,使器件优值提高40%以上。进一步研究表明,对于所研究的结构,采用一阶或二阶阶梯作为线性漂移区的近似,可以降低制造成本,并且不会导致器件性能的下降。     

改进击穿电压和导通电阻折中性能的线性变化掺杂漂移区RESURFLDMOS晶体管

本文提出了改进击穿电压和导通电阻折中性能的线性变化掺杂漂移区RESURF LDMOS晶体管新结构.用二维器件软件MEDICI对具有线性变化掺杂漂移区的RESURF LDMOS晶体管的性能进行了数值分析并由实验对其结果进行了验证.结果表明:在相同的漂移区长度下,该新结构较之于优化的常规RESURF LDMOS晶体管,它的击穿电压可由178V提高到234V,增加了1.5倍,而比导通电阻却从7.7mΩ·cm²下降到5mΩ·cm²,减小了30%,显示了很好的击穿电压和导通电阻折中性能.实验结果也证实了数值分析的预言.     

用于横向RESURF器件击穿电压优化的电荷分配模型

A new quite simple analytical model based on the charge allocating approach has been proposed to describe the breakdown property of the RESURF （reduced surface field） structure. It agrees well with the results of numerical simulation on predicting the breakdown voltage. Compared with the latest published analytical model, this model has a better accuracy according to the numerical simulation with simpler form. The optimal doping concentration （per unit area） of the epi-layer of the RESURF structures with different structure parameters has been calculated based on this model and the results show no significant discrepancy to the data gained by others. Additionally the physical mechanism of how the surface field is reduced is clearly illustrated by this model.     

具有p型埋层PSOI结构的耐压分析

提出了一种具有p型埋层的PSOI器件耐压新结构,称为埋层PSOI(BPSOI).其耐压机理是,通过p型埋层电荷产生的附加电场调制作用,导致表面电场分布中产生新的峰而使击穿电压提高;p型埋层的电中性作用增加了漂移区优化的浓度而使比导通电阻降低.借助二维MEDICI数值分析软件,获得此结构较一般PSOI的击穿电压提高52%～58%、比导通电阻降低45%～48%.     

LDMOS漂移区结构优化的模拟

RESURF LDM O S很难兼顾击穿电压和导通电阻对结构的要求。文中采用了D oub le RESURF(双重降低表面电场)新结构,使漂移区更易耗尽。从理论和模拟上验证了D oub le RESURF在漂移区浓度不变时对击穿电压的提高作用以及在保持击穿电压不变的情况下减小导通电阻的效果。同时,在LDM O S结构中加入D oub leRESURF结构也降低了工艺上对精度的要求。为新结构和新工艺的开发研制作前期设计和评估。     

带有P型埋层的新型双栅SOI MOSFET

本文提出一种超低比导通电阻(Ron,sp)可集成的SOI 双栅triple RESURF (reduced surface field)的n型MOSFET (DG T-RESURF)。这种MOSFET具有两个特点：平面栅和拓展槽栅构成的集成双栅结构(DG),以及位于n型漂移区中的P型埋层。首先, DG形成双导电通道并且缩短正向导电路径,降低了比导通电阻。DG结构在反向耐压时起到了纵向场板作用,提高了器件的击穿电压特性。其次, P型埋层形成triple RESURF结构 (T-RESURF),这不仅增加了漂移区的浓度,而且调节了器件的电场。这在降低了比导通电阻的同时提高了击穿电压。最后,与p-body区连接在一起的P埋层和拓展槽栅结构,可以显著降低击穿电压对P型埋层位置的敏感性。通过仿真,DG T-RESURF的击穿电压为325V,比导通电阻为8.6 mΩ?cm2,与平面栅single RESURF MOSFET(PG S-RESURF)相比,DG T-RESURF的比导通电阻下降了63.4%,击穿电压上升9.8%。     

一种新型VDMOS器件结构的设计与实现

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)器件是一种以多子为载流子的器件,具有开关速度快、开关损耗小、输入阻抗高、工作频率高以及热稳定性好等特点。提出一款60 V平面栅VDMOS器件的设计与制造方法,开发出一种新结构方案,通过减少一层终端层版图的光刻,将终端结构与有源区结构结合在一张光刻版上,并在终端工艺中设计了一种改善终端耐压的钝化结构,通过使用聚酰亚胺光刻胶(PI)钝化工艺代替传统的氮化硅钝化层。测试结果表明产品满足设计要求,以期为其他规格的芯片设计提供一种新的设计思路。     

有n埋层结构的1200V横向变掺杂双RESURF LDMOS研制

提出有n埋层的横向变掺杂双RESURF 新结构高压LDMOS器件.该结构器件与常规LDMOS相比,采用了相对较薄的外延层,使之与标准CMOS工艺的兼容性得到了改善.基于二维器件仿真软件MEDICI分析了n埋层的浓度、长度和p－降场层的杂质浓度分布对器件耐压的影响,并进行了器件和工艺的优化设计.在国内工艺生产线成功地研制出1200V高压LDMOS,并已用于1200V功率集成电路中.     

SBFL结构SiGe HBT器件的击穿特性研究

对高频SiGe HBT器件的击穿特性进行了研究。借助TCAD仿真工具,对超结结构引入器件集电区后的击穿特性进行了分析,提出了一种采用分裂浮空埋层结构(SBFL)的SiGe异质结器件。这种结构改善了器件的内部电场分布,电场分布由原来的单三角形分布变成双三角形分布。仿真结果表明,该器件结构的击穿电压由原有的3.6 V提高到5.4 V,提高了50%。     

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.     

埋空隙PSOI结构的耐压分析

提出了一种埋空隙PSOI (APSOI) RESURF器件结构,此结构利用空隙相对低的介电系数,在器件纵向突破了传统SiO2埋层的耐压关系,提高了击穿电压;硅窗口的存在缓解了有源区的自热效应;不同衬底的场调制作用进一步优化了表面电场分布. 在相同击穿电压条件下,此结构较一般PSOI结构只需1/4厚度的埋层,当漂移区厚度和埋层厚度均为2μm时可获得600V以上的击穿电压.     

Performance optimization of InGaAs power LDMOSFET

In this paper, a power laterally diffused metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (LDMOSFET) on InGaAs is proposed to achieve substantial improvement in breakdown voltage, on-resistance and Baliga׳s figure-of-merit with reduced cell pitch. The proposed LDMOSFET contains two vertical gates which are placed in two separate trenches built in the drift region. The source and drain contacts are taken from the top. The modified device has a planer structure implemented on InGaAs which is suitable for medium voltage power integrated circuits. The performance of proposed device is evaluated using two-dimensional numerical simulations and results are compared with that of the conventional LDMOSFET. The proposed structure considerably reduces the electric field inside the drift region due to reduced-surface field (RESURF) effect even at increased doping concentration leading to improved design trade-off. The proposed device provides 144% higher breakdown voltage, 25% lower specific on-resistance, 8 times improvement in figure-of-merit, and 25% reduction in cell pitch as compared to the conventional device.     

高压RESURF LDMOSFET的实现

利用ＲＥＳＵＲＦ技术，使用常规低压集成电路工艺，实现了适用于ＨＶＩＣ、耐压达１０００Ｖ的ＬＤＭＯＳＦＥＴ。本文介绍了该高压ＬＥＭＯＳＦＥＴ的设计方法、器件结构、制造工艺测试结果，此外，本文还从实验和分析的角度探讨了覆盖在漂移区上面的金属栅－金属栅场板长度ＬＦ对ＲＥＳＵＲＦ器件耐压的影响。     

具有P型埋层PSOI结构的耐压分析

提出了一种具有p型埋层的PSOI器件耐压新结构,称为埋层PSOI(BPSOI).其耐压机理是,通过p型埋层电荷产生的附加电场调制作用,导致表面电场分布中产生新的峰而使击穿电压提高;p型埋层的电中性作用增加了漂移区优化的浓度而使比导通电阻降低.借助二维MEDICI数值分析软件,获得此结构较一般PSOI的击穿电压提高52%～58%、比导通电阻降低45%～48%.     

RESURF LDMOSFET with a trench for SOI power integrated circuits

A new structure of RESURF LDMOSFET is proposed, based on silicon-on-insulator, to improve the characteristics of the breakdown voltage and the specific on-resistance, where a trench is applied under the gate in the drift region. A trench is used to reduce the electric field under the gate when the concentration of the drift region is high, thereby increasing the breakdown voltage and reducing the specific on-resistance. Detailed numerical simulations demonstrate the characteristics of this device and indicate an enhancement on the performance of the breakdown voltage and the specific on-resistance in comparison with an optimal conventional device with LOCOS under the gate.     

薄硅层阶梯埋氧PSOI高压器件新结构

基于介质电场增强ENDIF理论,提出了一种薄硅层阶梯埋氧型部分SOI(SBPSOI)高压器件结构。埋氧层阶梯处所引入的电荷不仅增强了埋层介质电场,而且对有源层中的电场进行调制,使电场优化分布,两者均提高器件的击穿电压。详细分析器件耐压与相关结构参数的关系,在埋氧层为2μm,耐压层为0.5μm时,其埋氧层电场提高到常规结构的1.5倍,击穿电压提高53.5%。同时,由于源极下硅窗口缓解SOI器件自热效应,使得在栅电压15V,漏电压30V时器件表面最高温度较常规SOI降低了34.76K。     

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%.     

一种新的基于E-SIMOX衬底的PSOI高压器件

首次提出了一种新的采用E-SIMOX技术的界面电荷岛结构的PSOI高压器件(NI PSOI)。该结构在SOI器件介质层上界面注入形成一系列等距的高浓度N+区。器件外加高压时,纵向电场所形成的反型电荷将被未耗尽N+区内高浓度的电离施主束缚在介质层上界面,同时在下界面积累感应电子。详细研究NI PSOI工作机理及相关结构参数对BV的影响,在0.375μm介质层、2μm顶层硅上仿真获得188 V高耐压,较常规结构提高54.1%,其中附加场EI和ES分别达到190 V/μm和13.7 V/μm。