高压功率LDMOS的场极板击穿电压分析

提高 LDMOS的一个关键步骤是加场极板以降低其表面击穿电压。文中分析了加场极板后的 LDMOS击穿电压模式 ,指出了场极板的分压作用和场极板边界的影响 ,得到了其击穿电压的计算公式并用实验验证了公式的正确性     

漂移区覆盖高k薄膜的高压LDMOS器件优化设计

为了获得高耐压、低导通电阻的横向双扩散MOSFET(LDMOS)器件,综合利用高介电常数(高k)薄膜技术和场板技术,设计出一种漂移区表面采用"高k薄膜+氧化层+场板"结构的功率器件,有效降低了PN结弯角高电场和场板边缘峰值电场。使用器件仿真工具MEDICI进行验证,并分析高k薄膜厚度、氧化层厚度、高k薄膜相对介电常数以及栅场板长度对器件性能的影响,最终实现了耐压达到820V、比导通电阻降至13.24Ω.mm2且性能稳定的LDMOS器件。     

PSJ高压器件的优化设计

基于Semi-SJ(super junction)结构,提出了SJ的比例可以从0～1渐变的PSJ(partial super junction)高压器件的概念.通过对PSJ比导通电阻的分析,得到了PSJ高压器件比导通电阻优化设计的理论公式.计算了不同击穿电压的比导通电阻,并与二维器件模拟结果和实验结果相比较.讨论了BAL(bottom assist layer)部分穿通因素η、p型区深度归一化参数r、p型区深宽比A以及PSJ漂移区掺杂浓度是否统一对PSJ高压器件比导通电阻的影响.其理论结果和器件模拟结果相吻合,为设计与优化PSJ高压器件提供了理论依据.PSJ结构特别适于制造工艺水平不高、很难实现大的p型区深宽比的情况,为现有工艺实现高压低导通电阻器件提供了一种新的思路.     

高压LDMOS场极板的分析与设计

场板是高压LDMOS中普遍使用的一种结终端技术,对单阶梯LDMOS场板的长度、其下方氧化层厚度以及场氧侵蚀厚度等参数进行了模拟和分析,在此基础上设计了一种新型体硅双阶梯场板LDMOS,并对其具体参数进行了细致的模拟和分析.模拟结果表明,双阶梯场板LDMOS的击穿电压比单阶梯场板LDMOS提高了15.3%,导通电阻降低了17.1%,电流驱动能力也提高了8.5%.     

具有分段P型埋层的Triple-RESURF LDMOS

提出了一种具有分段P型埋层的Triple-RESURF LDMOS(SETR LDMOS)。该结构将传统Triple-RESURF LDMOS(TR LDMOS)中均匀掺杂的P埋层漏端一侧做分段处理,使漂移区中P型杂质从源端到漏端呈现出近似阶梯掺杂的分布。这种优化能够平衡漏端底部剧烈的衬底辅助耗尽效应,提升器件的耐压性能;同时,器件正向导通状态下,对电流的传输路径也没有形成阻碍,能够维持较低的比导通电阻。流片结果表明,在漂移区长度均为65μm的情况下,SETR LDMOS的击穿电压能达到813 V,比传统TR LDMOS的击穿电压高51 V,且比导通电阻维持在7.3Ω·mm²。     

多场极板LEDMOS表面电场和导通电阻研究

研究了常规LEDM O S,带有两块多晶硅场极板LEDM O S以及带有两块多晶硅场极板和一块铝场极板的LEDM O S表面电场分布情况,重点研究了多块场极板在不同的外加电压下,三种LEDM O S的表面峰值电场和导通电阻的变化情况。模拟结果和流水实验结果都表明:多块场极板是提高LEDM O S击穿电压的一种有效方法,而且场极板对导通电阻的影响很小。研究结果还表明:由于金属铝引线下面的氧化层很厚,所以铝引线几乎不会影响到LEDM O S的击穿特性。     

700V三层RESURF nLDMOS优化设计

提出了一种利用高能离子注入形成的700 V三层RESURF结构nLDMOS.与双RESURF结构漂移区表面注入形成P-top层不同,三层RESURF结构在漂移区内部形成P型埋层,漂移区表面保留一条N型导电通路,导通电阻有所降低.利用Sentaurus TCAD仿真软件,分析各参数对器件击穿电压和导通电阻的影响.与普通单RESURF和双RESURF结构相比,三层RESURF LDMOS器件的优值(FOM)得到提高,三种结构的优值之比为1∶1.75∶2.03.     

具有纵向源极场板的绝缘体上硅器件新结构

采用软件仿真一系列横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Laterally double-diffused metal oxide semiconductor,LDMOS)结构,为缓解绝缘体上硅(Silicon on insulator,SOI)器件的击穿电压VB和漂移区的比导通电阻Ron.sp之间的矛盾关系,提出了一种具有纵向源极场板的双槽SOI新结构。该结构首先采用槽栅结构,以降低比导通电阻Ron.sp;其次,在漂移区内引入SiO_2介质槽,以提高击穿电压VB;最后,在SiO_2介质槽中引入纵向源极场板,进行了电场重塑。通过仿真实验,获得器件表面电场、纵向电场曲线及器件击穿时的电势线和导通时的电流线等。结果表明,新结构的VB较传统LDMOS器件提高了121%,Ron.sp降低了9%,器件优值FOM值达到15.2 MW·cm~(-2)。     

U型高K介质膜槽栅垂直场板LDMOS

近年来,随着汽车电子和电源驱动的发展,集成度较高的LDMOS作为热门功率器件受到了关注,如何提高其击穿电压与降低其比导通电阻成为提高器件性能的关键。基于SOI LDMOS技术,文章提出了在被4 μm的高K介质膜包围的SiO₂沟槽中引入垂直场板的新型结构。与传统沟槽LDMOS相比,垂直场板和高K介质膜充分地将电势线引导至沟槽中,提高了击穿电压。此外垂直场板与高K介质和漂移区形成的MIS金属-绝缘层-半导体电容结构能增加漂移区表面的电荷量,降低比导通电阻。通过二维仿真软件,在7.5 μm深的沟槽中引入宽0.3 μm、深6.8 μm的垂直场板,实现了具有300 V的击穿电压和4.26 mΩ·cm²的比导通电阻,以及21.14 MW·cm-2的Baliga品质因数的LDMOS器件。     

采用双层栅极场板结构的LDMOS器件优化设计

研究了一种N型50 V RFLDMOS器件的结构。该类型器件对击穿电压BV和导通电阻R_(DSon)等直流参数具有较高要求,一般采用具有两层场板的RESURF结构。通过Taurus TCAD仿真软件对器件最关键的两个部分即场板和N型轻掺杂漂移区进行优化设计,在提高器件击穿电压BV的同时,降低了其导通电阻R_(DSon)。最终仿真得到的击穿电压BV为118 V,导通电阻R_(DSon)为23?·mm。     

双n型深阱隔离式高压n型沟道LDMOS器件设计

为了进一步优化高压LDMOS器件的耐压和比导通电阻的关系,提出了一种新颖的隔离式双n型深阱高压n型沟道LDMOS器件结构。采用独特的双n型深阱结构工艺替代传统结构工艺中的单n型深阱,解决了垂直方向上的pnp(p型阱-DNW-p型衬底)穿通问题和横向漏端扩展区的耐压与比导通电阻的优化问题的矛盾。器件仿真和硅晶圆测试数据显示,在0.35μm的工艺平台上,采用新结构的器件在满足100 V的耐压下,比导通电阻达到122 mΩ·mm2。同时,非埋层工艺使成本大幅下降。     

具有单层浮空场板的高压LDMOS器件研究

通过器件仿真软件Silvaco对带单层浮空场板的高压LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)器件进行了设计与优化。仿真结果表明:对于击穿电压为600 V的RESURF(reduced surface field)LDMOS器件,场板能够有效地优化器件表面电势分布,降低电场峰值,提高器件的击穿电压。其中场板的数量、长度等参数对高压RESURF-LDMOS器件的耐压有较大影响。并且场板结构增加了double RESURF器件P-top剂量的容差范围,影响了器件的导通电阻。     

具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性

对600V以上级具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性进行了实验研究,并对器件进行了二维、三维仿真分析.利用多区P-top降场层的结终端扩展作用以及圆形结构曲率效应的影响,增强具有高压互连线的横向高压器件漂移区耗尽,从而降低高压互连线对器件耐压的影响.实验与仿真结果表明,器件的击穿电压随着互连线宽度的减小而增加,并与P-top降场层浓度存在强的依赖关系,三维仿真结果与实验结果较吻合,而二维仿真并不能较好反映具有高压互连线的高压器件击穿特性.在不增加掩模版数、采用额外工艺步骤的条件下,具有30μm高压互连线宽度的多区双RESURF LDMOS击穿电压实验值为640V.所设计的高压互连器件结构可用于电平位移、高压结隔离终端,满足高压领域的电路设计需要.     

具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性

对600V以上级具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性进行了实验研究,并对器件进行了二维、三维仿真分析.利用多区P-top降场层的结终端扩展作用以及圆形结构曲率效应的影响,增强具有高压互连线的横向高压器件漂移区耗尽,从而降低高压互连线对器件耐压的影响.实验与仿真结果表明,器件的击穿电压随着互连线宽度的减小而增加,并与P-top降场层浓度存在强的依赖关系,三维仿真结果与实验结果较吻合,而二维仿真并不能较好反映具有高压互连线的高压器件击穿特性.在不增加掩模版数、采用额外工艺步骤的条件下,具有30μm高压互连线宽度的多区双RESURF LDMOS击穿电压实验值为640V.所设计的高压互连器件结构可用于电平位移、高压结隔离终端,满足高压领域的电路设计需要.     

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。     

一种适用于高低压电路单片集成的LDMOS器件

利用RESURF与场板结构结合的技术,设计了一种可以兼容低压BiCMOS工艺的LD-MOS器件。该器件的漂移区长度l≤60μm,就可实现600 V以上的耐压,适用于高低压单片集成电路芯片开发。基于一款荧光灯交流电子镇流器驱动芯片的高低压集成电路功能及其器件耐压要求,介绍了该LDMOS器件的结构和设计方法。采用ATHENA(工艺模拟)和ATLAS(器件模拟)工具,分析优化影响LDMOS器件耐压的关键参数;最后,对实际芯片的PCM器件参数进行了测试和分析。     

Physics-Based Low-Cost Test Technique for High Voltage LDMOS

This paper presents a low-cost test technique for testing high-voltage laterally diffused metal oxide semiconductor field effect transistor (HV-LDMOS) to identify structural defects such as gate-FOX breakdown, post breakdown thermal stress and drain leakage due to high voltages. A novel highly accurate hybrid MOS-p model for HV-LDMOS was developed and validated across various device geometries including both long and small gate-channels. Structural defects in HV-LDMOS were modeled and their physical effect was induced in the hybrid MOS-p model to develop fault models. These fault models were used for parametric testing and diagnosis of HV-LDMOS. A novel test technique using a noise-reduction scheme to test HV-LDMOS is presented in this paper. Test simulations were performed on a MOSFET driver IC with a 700 V LDMOS and experimental validation was performed by building a prototype test setup and making hardware measurements for breakdown and leakage tests. This test technique overcomes the test challenges pertaining to power supply and tester system noise, and provides a superior signal-to-noise ratio (SNR) when compared to conventional test methods. The noise-reduction scheme is inexpensive and highly accurate. The fault-model based test approach reduces the test suite for HV-LDMOS to a couple of test measurements which reduces the overall test cost and time.     

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.