高壓功率MOSFET元胞結(jié)構(gòu)的研究與優(yōu)化.pdf

1、本論文主要研究的是高壓功率MOSFET元胞結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是通過元胞結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真分析，設(shè)計(jì)出一款耐壓高、特征導(dǎo)通電阻和特征柵漏電容小的半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)。
　　論文首先介紹了超結(jié)結(jié)構(gòu)，借以引出半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)的原理。超結(jié)結(jié)構(gòu)突破了“硅極限”理論，導(dǎo)通電阻和擊穿電壓不再是傳統(tǒng)的2.5次冪關(guān)系，同樣耐壓下，超結(jié)和半超結(jié)器件導(dǎo)通電阻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般VDMOS器件。并且半超結(jié)結(jié)構(gòu)減弱了工藝難度，繼承了超結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了超結(jié)結(jié)構(gòu)反向恢復(fù)特性。

2、>　　與一般VDMOS結(jié)構(gòu)不同，半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)耐壓由超結(jié)結(jié)構(gòu)部分與N型底部輔助層部分一起承擔(dān)。眾所周知，功率器件開關(guān)性能的好壞是由柵漏電容決定的，半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)優(yōu)化柵漏電容的方法除了優(yōu)化柵氧化層厚度還有改善P柱和N柱的摻雜濃度。研究發(fā)現(xiàn)柵漏電容的減小會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻的增大。
　　本文還通過大量仿真，對元胞結(jié)構(gòu)外延層厚度、外延層摻雜濃度、柵長、柵氧化層厚度、硼離子注入掩膜窗口進(jìn)行優(yōu)化選取。此外，半超結(jié)MOSFET器件是電荷補(bǔ)償型器件，

3、P柱和N柱的電荷平衡十分重要，電荷平衡稍微變差，擊穿電壓就迅速下降，所以本文對超結(jié)制造工藝做了詳細(xì)研究。多步外延技術(shù)、多步離子注入技術(shù)、溝槽刻蝕和外延填充技術(shù)都是常用的超結(jié)制造工藝，但前兩種技術(shù)形成的P柱邊緣呈波浪狀，不整齊，影響了電荷平衡效果，并且工藝復(fù)雜，成本較高，相比較之下溝槽刻蝕和外延填充技術(shù)則簡單許多，容易控制變量進(jìn)行仿真研究，P柱邊緣整齊，P柱和N柱電荷平衡較容易達(dá)到。
　　選定溝槽刻蝕和外延填充技術(shù)后，對P柱摻雜濃度

4、、P柱深度和寬度進(jìn)行優(yōu)化選取，保證P柱和N柱寬度相同，直接設(shè)定P柱N柱摻雜濃度相同就可以達(dá)到電荷平衡。之后，對柵漏電容進(jìn)行優(yōu)化，通過特征柵漏電容和特征導(dǎo)通電阻乘積的比較選取合適的P柱和N柱摻雜濃度。
　　最終設(shè)計(jì)了一款擊穿電壓1023V，特征導(dǎo)通電阻43.31mΩ·cm2,特征柵漏電容0.29pF/cm2的半超結(jié)元胞結(jié)構(gòu)。在同樣外延層條件下，與一般VDMOS結(jié)構(gòu)相比，擊穿電壓提升了107.1％，特征導(dǎo)通電阻下降了19.0％，特征柵