SOI RESURF原理研究及SOI LDMOS研制.pdf

1、隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，功率器件的研究也受到廣泛關(guān)注，新型功率器件不斷涌現(xiàn)，特別是由于MOS柵功率器件的出現(xiàn)，引發(fā)了功率集成電路(PICs：PowerIntegratedCircuits)的概念，即將功率器件和邏輯控制電路集成在單一芯片上。這對(duì)于提高電子系統(tǒng)的可靠性和縮小系統(tǒng)體積是有益的。 高電壓的功率器件和低電壓的集成電路器件之間的隔離問(wèn)題是PICs研究的重點(diǎn)之一。SOI(Silicon-on-Insulator)技術(shù)以其

2、理想的介質(zhì)隔離性能，相對(duì)簡(jiǎn)單的隔離工藝，可以在PICs中以較簡(jiǎn)單的工藝實(shí)現(xiàn)功率器件和邏輯電路之間的完全電隔離。SOIPICs不僅較一般介質(zhì)隔離PICs在工藝上更為優(yōu)越，而且與結(jié)隔離PICs和自隔離PICs相比具有更好的隔離性能。而且，SOICMOS技術(shù)也以更小的結(jié)面積、更好的亞閾值特性等優(yōu)點(diǎn)，有望成為高速、低功耗和高可靠集成電路的主流技術(shù)。因此，隨著SOI材料制備技術(shù)的日益成熟，SOIPICs將成為重要的PICs。 SOI功率器

3、件SOIPICs的重要組成部分，其性能和工藝兼容性等直接影響著SOIPICs的性能。國(guó)外許多科研機(jī)構(gòu)與公司都在致力于此，許多SOI功率器件已經(jīng)開(kāi)始走向?qū)嵱没?。但是目前?guó)內(nèi)在SOI器件方面的研究主要集中在抗輻射方面，而在SOI功率器件方面尚未進(jìn)行深入的探索。鑒于此，本文開(kāi)展了SOI功率器件的研究工作。主要包括： 首先，基于二維泊松方程的求解，給出了SOIRESURF(ReducedSurfaceField)結(jié)構(gòu)的解析物理模型。計(jì)算

4、了漂移區(qū)頂層硅中表面電勢(shì)和電場(chǎng)分布與器件參數(shù)的關(guān)系，合理解釋了表面橫向電場(chǎng)呈U形分布的原因。根據(jù)解析模型，研究了各個(gè)參數(shù)對(duì)于器件擊穿電壓的影響，解釋了擊穿電壓隨漂移區(qū)長(zhǎng)度飽和的現(xiàn)象。解析結(jié)果與MEDICI數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。 其次，利用共享電荷原理，更直觀地解釋了SOIRESURF的內(nèi)在物理機(jī)制，將其歸結(jié)為水平pn結(jié)與垂直類MOS電容結(jié)構(gòu)的電荷耦合，引入?yún)?shù)λ表征RESURF原理。該方法的結(jié)果與MEDICI數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5、也很相符。 另外，針對(duì)SOI功率器件嚴(yán)重的自熱效應(yīng)，提出了新的圖形化SOI結(jié)構(gòu)。與常規(guī)CMOS的淺溝槽隔離技術(shù)相結(jié)合，在LDMOS的源端附近開(kāi)出導(dǎo)熱通道。通過(guò)模擬可以發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)不僅能克服自熱效應(yīng)，而且能有效地抑制浮體效應(yīng)，可以省卻體接觸步驟。圖形化SOI結(jié)構(gòu)保留了SOI結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有較小的結(jié)面積和較小的泄漏電流，同樣適用與高溫環(huán)境。 根據(jù)上述研究結(jié)果，結(jié)合碳納米管場(chǎng)發(fā)射應(yīng)用的要求，采用SIMOX材料進(jìn)行了版圖和工藝流