高压ldmos功率器件的研究

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛高压LDMOS功率器件的研究张博吴玉广(西安电子科技大学微电子所陕西西安710071)摘要：提出了一种适用于高低压电路集成的LDMOS器件结构，采用DoubleRESURF技术和场板技术，耐压可达700伏。本文借助二维器件模拟软件MEDICI，分析了器件的参数对击穿电压和导通电阻的影响，从而实现了器件的高耐压和低导通电阻的要求。关键词：高压器件；LDMOS；RESURF技术；MEDICI；导通电阻中图分类号：TN432文献标识码：ARese

2、archforHighVoltageLDMOSPowerDeviceZhangBoWuYuGuang(ThemicroelectronicInstituteofXidianUniversityXi’an710071China)Abstract:UsingDoubleRESURFandfield-platetechnology,anLDMOSdeviceforhigh/lowvoltageIC’sisproposed.Thebreakdownvoltagecanmountto700V.Effectsofdeviceparametersonthebreak

3、downvoltageandon-resistanceareanalyzedbyusing2DdevicessimulatorMEDICI.Hence,therequirementsofhighvoltageandlowon-resistanceisachieved.Keywords:Highvoltagedevice；LDMOS；RESURFTechnology；MEDICI；On-Resistance1引言随着高压功率集成电路在电机驱动、工业控制、汽车电子、开关电源等方面的广泛使用，高压功率器件以及高低压兼容工艺的设计也成为国内目前研究的热门课题。

4、高压MOS器件具有横向和纵向之分，横向器件的漏、源、栅极都在芯片表面，易于通过内部连接与其它电路相集成，因而在高压功率集成电路中较为常用。本文采用横向双扩散MOS结构（LDMOS），它具有理想的开关特性和良好的安全工作区，并且制造工艺简单，成本低，容易与低压CMOS工艺兼容。LDMOS的设计，主要围绕高耐压和低导通电阻的设计指标，采用各种弱化表面电场的技术。2高压LDMOS器件结构由于PN结在表面的曲率影响，使表面电场常常大于体内的最大电场，在高压下器件易于在表面发生击穿。为此，设计中，不但材料参数，结构参数等要选择在给定电压下不发生击穿，而且还要采取

5、一些特殊结构，弱化表面最大电场。图1高压LDMOS器件结构图示RESURF技术是提高器件击穿电压常用的技术之一。它是在轻掺杂的外延层上制作器件，在器件达到击穿电压前漂移区全部耗尽，表面电场分布更加平担，使击穿点从表面转移到体内。因此必须正确设计外延层的杂质浓度N和t。根据Parpia-Salama分析模型，他epiepiN[4]们推出了与t的关系及经验公式：epiepihttp://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛2ε0εsiNsub1/2tB=()V（1）epiqNNN()+epis

6、ubepi其中，BV是衬底/外延结的击穿电压。考虑到击穿点转移到体内，在计算时近似地认为BV为器件的耐压。本文的研究以N-LDMOS为例，器件的结构图如图1所示。采用DoubleRESURF技术能在保证器件高的击穿电压的前提下可获得比常规RESURF结构较小的比导通电阻。它是在单个RESURF结构的外延层上引入导电类型相反的P降场层（p-top），可以有效地降低器件源端和漏端的表面电场。与普通RESURF类似，它要求在器件达到击穿前外延层和P降场层都全部耗尽。因此设计好P降场层的各个结构参数也成为本文研究的重点。在该结构中，还采用了场板技术，从而进一步

7、降低栅和漏端的电场，使器件表面电场趋于均匀。其中在P阱中做了P+，目的是使沟道下部与源极相连，接到同一电位上。3器件耐压的二维仿真模拟及分析本文借助二维数值器件模拟软件MEDICI对所设计的器件进行模拟仿真。由于雪崩击穿是器件反向击穿的主要机理，雪崩击穿的条件为：xd∫αdx=1（2）0其中，x为耗尽区宽度，α为载流子的碰撞电离率，左式为碰撞电离积分。因此，在仿真d[5]中，我们通过MEDICI软件的IONIZATI参数计算电离积分来作为判断器件是否击穿的依据。从提高衬底和外延结击穿电压的角度看，外延层浓度应尽量取的较小，但是浓度越小，器件的导通电阻就

8、会越大。衬底浓度也应尽量取的较小，但浓度过底不易制备，成本过高，15−314−3而且电路极易发