高k介质槽型功率mos研究

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1、摘要摘要超结理论的提出，打破了功率MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）中的“硅极限”，建立了功率器件的里程碑，但电荷平衡问题一直是超结器件设计和制造中的关键和难点。本文研究了SuperJunctionSOILDMOS，并且进一步地结合SuperJunction理论和高k介质材料，提出了三种新型的SOIHKLDMOS，旨在改善LDMOS的耐压和比导通电阻的折衷关系。（1）典型的SOISuperJunctionLDMOS，该结构通过漂移区中相邻的P/N柱区相互耗尽，在保持耐压的同时提高了漂移区的掺杂浓度。仿真得到了击穿电压2

2、BV=179V，比导通电阻Ron,sp=5.3mΩ·cm。然后介绍了超结结构的关键工艺步骤。（2）具有高k介质槽的SOILDMOS（SOIHKLDMOS），该结构在N型漂移区两侧引入高k介质槽。体区-高k介质-漂移区形成了等效MIS电容结构，等效电容自适应地辅助耗尽漂移区并调制漂移区内的电场，不仅提高了漂移区优化浓度，而且缓解了衬底辅助耗尽效应带来的电荷非平衡，在提高耐压的同时降低2了比导通电阻。仿真得到了耐压BV=212V，比导通电阻Ron.sp=4.6mΩ·cm。与SOISuperJunctionLDMOS相比，根据高k介质的k

3、值不同，该结构的比导通电阻Ron.sp2可降低13%~20%，耐压BV可提高16%~18%，优值FOM（BV/Ron.sp）可提高62%~68%。本文给出了该结构的一种可行工艺方案，与超结结构的工艺相比，该结构的工艺相对简单。（3）具有半高k介质结构的LDMOS（Semi-HKLDMOS），该结构在靠近源端部分利用高k介质对漂移区的辅助耗尽和电场调制作用，优化耐压和比导通电阻的折衷，在靠近漏端部分采用常规的均匀低掺杂，缓解漏端强烈的衬底辅助耗尽效应，削弱器件对电荷非平衡的敏感性。仿真得到了耐压BV=169V，比导通电2阻Ron.sp

4、=4.8mΩ·cm的Semi-HKLDMOS。该结构与常规超结LDMOS相比，耐压下降5%，比导通电阻下降9%，但极大地改善了器件对电荷非平衡敏感的问题。最后给出了该结构的可行工艺方案。（4）具有表面低阻通道的HKLDMOS（SLOPHKLDMOS），该结构在漂移区表面具有一层高掺杂的低电阻电流通路，正向导通时可以降低器件的导通电阻；在反向耐压时，通过低掺杂的漂移区部分承受耐压。仿真得到了耐压BV=213V2，比导通电阻Ron.sp=4.3mΩ·cm的SLOPHKLDMOS，在通常结构的基础上进一步降低了导通电阻。这种结构在工艺上只

5、需要增加一张掩膜版和一次离子注入。关键词：超结，高k，LDMOS，耐压，比导通电阻IABSTRACTABSTRACTTheproposingofsuperjunctiontheorybreaksthe“siliconlimit”ofpowerMOSFETandestablishslandmarkofpowerdevices.However,theissueofchargeimbalanceisalwaysthekeyanddifficultyofthesuperjunctiondesignandmanufacture.Inthisp

6、aper,westudiedthesuperjunctionSOILDMOSandfurtherproposedthreenewSOIHKLDMOSswiththecombinationofsuperjunctiontheoryandhigh-kdielectric,inordertooptimizethetrade-offofbreakdownvoltageandspecificon-resistance.（1）WeintroducedthetypicalSOISuperJunctionLDMOS.TheadjacentP/Npi

7、llarsinthedriftregioncandepleteeachothersothedevicecanmaintainthebreakdownvoltagewhileincreasethedopingofdriftregion.Bysimulation,we’vegot2BV=179Vandthespecificon-resistanceRon,sp=5.3mΩ·cm.Thenweintroducedthekeyfabricationprocessofthesuperjunctionstructure.（2）AnSOILDMO

8、Swithtrenchfilledofhigh-kmaterial（SOIHKLDMOS）isintroduced.Thisstructureusedthetrenchfilledofhigh-kmaterialtoreplaceth