单晶扩散型ldmos特性分析

《单晶扩散型ldmos特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、单晶扩散型LDMOS特性分析

2、第1lunadeofsinglecrystalispresented.IthasthecharacteristicofvariationlateraldopingandulatedbyMEDICI,tensionsimulatingdevicessoftizingthedopingconcentration,thesizeandthelocationofN-typediffusedregionandvariabledopingregion,abettertrade-offbetouseg

3、(this)">Fig.1LDMOS结构2器件结构器件结构如Fig.1所示，该结构采用了双RESURF技术，即在普通RESURF结构的N－降场层（N阱）上加入P－降场层，通过引入附加电荷有效地降低了LDMOS栅、漏两端的尖峰电场，使器件表面电场趋于均匀，既采用VLD技术可明显提高器件耐压。这里讨论的P－降场层分成P1和P2两个区，且P1的浓度低于P2的浓度,从而使P2区栅端的电场升高,P1区末端的尖峰电场降低。该结构的击穿主要发生在栅或漏端的器件表面，因此在栅、漏两端还采用了场板技术，从而进一步降低栅和漏端的电场，使

4、器件表面电场趋于均匀。当耐压为730V，器件击穿时表面及体内电场分布如Fig.2所示。500)this.style.ouseg(this)">3器件耐压分析及模拟结果3.1P衬底浓度和N阱浓度的确定P衬底和N阱浓度的选取对击穿电压的高低起着决定性的作用。各层掺杂浓度要严格遵循RESURF原理，以获得最大击穿电压。通过求解二维Poisson方程可以得到近似解[7]，500)this.style.ouseg(this)">（1）二维方程简化成一维方程得500)this.style.ouseg(this)">（2）如Fig

5、.1所示，为满足RESURF和电荷中性原理，P-降场层，N阱和P衬底掺杂剂量分别为1E1012cm-2，2E1012cm-2和1E1012cm-2。当P衬底浓度过高时，N阱在结深不变的情况下其浓度要增大，此时器件击穿电压相应降低；而当P衬底浓度过低时，N阱浓度降低，器件击穿电压增大，但导通电阻也同时增大。因此，在选取器件参数时P衬底浓度有一优值。双降场层LDMOS的N阱浓度和结深是影响器件击穿电压的关键参数。当N阱浓度偏低时，LDMOS的漂移区容易耗尽，电场在漏侧集中，导致器件首先在漏区/N阱处击穿；当N阱浓度偏高时

6、，LDMOS的漂移区不容易耗尽，电场在P－降场层靠源区一侧集中，器件同样会过早击穿。所以通过调节N阱浓度使器件表面电场较为均匀，从而达到最大耐压，如Fig.2所示。3.2P-降场层浓度和长度的确定首先考虑P-降场层为均匀掺杂时其浓度与击穿电压的关系，模拟结果如Fig.3所示。当LDMOS漏端加高压时，器件表面P-层承受大部分电压，对于均匀掺杂的P-降场层结构，其P-层中电场分布不均匀，其靠栅端和漏端处的电场均比较高。若其浓度过低则很容易耗尽，器件过早在P-降场层靠栅端一侧击穿；反之若其浓度过高则不容易耗尽，器件过早在

7、其靠漏端一侧击穿。采用横向变掺杂技术（VLD）则有效地提高了器件击穿电压。该技术要求P-降场层的浓度从栅到漏逐渐降低，通过在器件表面引入负电荷，使表面电场在靠近栅端一侧提高，而靠近漏端一侧降低，从而使整个器件表面电场趋于均匀。在相同击穿电压下，变掺杂分布可有效地缩短LDMOS的漂移区长度，降低导通电阻。下列表中数据表明LDMOS击穿电压随降场层的P1、P2区浓度比例不同而变化。NA(P1)cm-38E10159E10158E10157E1015NA(P2)cm-38E10151E10162E10163E1016VBR

8、V620590730720500)this.style.ouseg(this)">P-降场层的长度和在漂移区中的位置对器件击穿电压也有很大影响。当P-降场层较短，降场层很快耗尽，器件过早在降场层靠源端一侧击穿；当该层较长时不容易耗尽，器件过早在降场层靠漏端一侧击穿，此时可将P-降场层/N阱/N+漏区视为一反偏的穿通型P-N-N+（PIN）二极管，如Fig.1所示，当L较小，即I区较短时，也使得器件容易在P-降场层靠漏端一侧过早击穿。模拟得P-降场层长度对器件击穿电压的影响如Fig.4所示。500)this.style

9、.ouseg(this)">Fig.4击穿电压与P-降场层长度的关系由于栅电极和金属场板的作用，在栅氧和场氧的连接处有尖峰电场，可使器件在该处过早击穿。为解决此问题，这里将P-降场层靠栅端延伸到此连接处，从而降低该处电场，提高器件的击穿电压。通过优化设计和借助MEDICI模拟软件的仿真，当P-降场层的长度为34mm，P1区和P2区的浓度分别为8