圖形化SOI射頻功率器件研究.pdf

1、迅速發(fā)展的無線通訊技術推動射頻集成電路向著高速、低功耗和更高集成度的方向發(fā)展，這時，傳統(tǒng)的GaAs和體硅襯底平臺將面臨散熱和功率耗散等棘手的問題。在這種情況下關于新的襯底材料的研究應運而生。另一方面，由于SOI(Silicon-on-Insulator)技術具有更好的隔離性能、理想的亞閾值特性和較低的功率消耗等特點，日益成為半導體行業(yè)發(fā)展的主流技術。但是，SOI技術面臨浮體效應和自加熱效應。 而采用埋氧層是間斷的圖形化SOI襯底

2、是解決浮體效應和自加熱效應的最簡單的方法。鑒于此，本文對圖形化SOI襯底上的射頻功率器件LDMOSFET進行了系統(tǒng)研究。 本文提出了溝道下方開硅窗口的圖形化SOILDMOSFET結構，并且進行了工藝和電學性能仿真。采用工藝模擬軟件TSUPREM4與器件模擬軟件MEDICI對工藝過程和器件結構進行了優(yōu)化，而且對器件的電學性能進行了仿真。新結構呈現(xiàn)良好的性能：器件溫度降低，沒有負的微分電導現(xiàn)象出現(xiàn)，輸出特性曲線平滑；2GHz時，小信

3、號增益為11dB；截止頻率和最大振蕩頻率分別達到10GHz和40GHz。 利用軟件L-edit進行了版圖設計，與常規(guī)SOICMOS工藝相比，主要增加了二塊模板：其一是為了制備圖形化SOI襯底，其二是定義漂移區(qū)。同時，結合TSUPREM4仿真結果，設計了與常規(guī)1μmSOICMOS工藝兼容的工藝流程。 采用低劑量掩膜注氧隔離技術準備了低缺陷的圖形化SOI襯底，在此襯底上同時制備了圖形化SOI、體連接SOI和體硅LDMOSFE

4、T。采用open-short技術去除了pads對器件S參數(shù)的影響。建立了拓撲結構，進行參數(shù)提取，建立了小信號等效電路模型。測試分析結果表明，溝道下方埋氧層斷開的圖形化SOILDMOSFET的開態(tài)輸出特性曲線平渭、無曲翹現(xiàn)象，開態(tài)和關態(tài)擊穿電壓可分別達到8V利13V。同時，泄漏電流比體硅結構低一個數(shù)量級。射頻測試表明，工作頻率1GHz時，小信號增益為6dB，截止頻率可達到8GHz。這種圖形化結構消除了部分耗盡SOI器件中的浮體效應，同時保

5、留了SOI低功耗的優(yōu)勢，適合無線通訊領域中射頻功率放大器應用方面的開發(fā)。 另外，我們對功率器件中常用的體連接技術進行了改進，并且制備出了這種體連接結構的SOILDMOSFET。器件的源端是有選擇得進行n+注入的，保留一些p+條形區(qū)域作為體連接通道。電學性能分析表明，當柵指長度為10μm或20μm時，器件的輸出特性曲線平滑，沒有曲翹效應。但是柵指長度為50μm時，這種體連接結構對浮體效應的抑制作用不理想。 最后，對SIMO