高壓功率MOSFET元胞結構的研究與優(yōu)化.pdf

1、本論文主要研究的是高壓功率MOSFET元胞結構，目標是通過元胞結構參數(shù)的仿真分析，設計出一款耐壓高、特征導通電阻和特征柵漏電容小的半超結元胞結構。
　　論文首先介紹了超結結構，借以引出半超結元胞結構的原理。超結結構突破了“硅極限”理論，導通電阻和擊穿電壓不再是傳統(tǒng)的2.5次冪關系，同樣耐壓下，超結和半超結器件導通電阻要遠遠低于一般VDMOS器件。并且半超結結構減弱了工藝難度，繼承了超結結構的優(yōu)點，增強了超結結構反向恢復特性。

2、>　　與一般VDMOS結構不同，半超結元胞結構耐壓由超結結構部分與N型底部輔助層部分一起承擔。眾所周知，功率器件開關性能的好壞是由柵漏電容決定的，半超結元胞結構優(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)柵漏電容的減小會導致導通電阻的增大。
　　本文還通過大量仿真，對元胞結構外延層厚度、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行優(yōu)化選取。此外，半超結MOSFET器件是電荷補償型器件，

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，所以本文對超結制造工藝做了詳細研究。多步外延技術、多步離子注入技術、溝槽刻蝕和外延填充技術都是常用的超結制造工藝，但前兩種技術形成的P柱邊緣呈波浪狀，不整齊，影響了電荷平衡效果，并且工藝復雜，成本較高，相比較之下溝槽刻蝕和外延填充技術則簡單許多，容易控制變量進行仿真研究，P柱邊緣整齊，P柱和N柱電荷平衡較容易達到。
　　選定溝槽刻蝕和外延填充技術后，對P柱摻雜濃度

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