埋氧层减薄的SOI LDMOS器件击穿特性的研究

来源 :杭州电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:magy_java2009
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高压功率器件与低压集成电路器件之间的隔离问题是功率集成电路研究的重点问题之一。由于SOI(Silicon-on-Insulator)技术能为功率集成电路提供优异的介质隔离,因此许多从业者对SOI功率集成电路进行了研究。SOI高压器件是SOI功率集成电路的核心组件,前者性能是否优异将会对后者的性能产生直接影响。本文主要针对SOI高压器件的耐压问题进行研究,并通过对SOI高压器件击穿特性的分析提出相应的解决办法。本论文首先针对常规SOI LDMOS器件结构中的N漂移区长度、N漂移区掺杂浓度、顶层硅厚度以及埋氧层厚度进行仿真,在分析了上述参数对应的电场分布和击穿特性的基础上,指出了上述参数对器件耐压和通态电阻的影响。提出了TND(Trench N-Drift)SOI LDMOS器件结构,指出该结构在提高器件横向耐压和减小器件所占芯片面积两方面所具有的优点。传统的SOI横向高压功率器件其大部分纵向耐压总是依靠厚的埋氧层来承担的,当埋氧层厚度减薄时,器件纵向耐压会有较大改变。为保持其纵向耐压不变乃至增大,引入两种结构。第一种结构是具有N型埋层的TND SOI LDMOS器件结构。当埋氧层承担电压不变时,埋氧层中电场强度与埋氧层厚度成反比,因此可以通过增大埋氧层中的电场强度来达到减薄埋氧层厚度的目的。由介质场增强理论可知,N型埋层的引入可增大埋氧层中电场强度。研究发现,虽然该结构实现了上述耐压方面的目的,但N型埋层的引入也同时导致通态电阻的增加。第二种结构是具有P型埋层的TND SOI LDMOS器件结构,N漂移区和P型埋层构成纵向反偏PN结,该结构通过纵向反偏PN结承担大部分耐压,达到埋氧层厚度减薄的目的,在该结构中埋氧层的主要作用是用来隔断有源层和衬底之间的传导电流。仿真结果表明,通过调整P型埋层掺杂浓度和厚度可以很容易实现保持纵向耐压不变乃至增强的要求。最后,论文对上述工作进行了总结和展望,指出了工作的不足以及未来探索的方向。
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