【摘 要】
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高压集成电路被广泛的应用于AC/DC转化、高压栅驱动、LED照明驱动等领域,应用前景广泛。作为高压集成电路的核心开关器件,LDMOS（Lateral Double diffused MOSFET）需要兼具高击穿电压VB和低比导通电阻Ron,sp,表面场降低RESURF（Reduced Surface Field）技术是提高器件性能最简单有效的方法。更进一步的,SJ（Super Junction）超
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高压集成电路被广泛的应用于AC/DC转化、高压栅驱动、LED照明驱动等领域,应用前景广泛。作为高压集成电路的核心开关器件,LDMOS（Lateral Double diffused MOSFET）需要兼具高击穿电压VB和低比导通电阻Ron,sp,表面场降低RESURF（Reduced Surface Field）技术是提高器件性能最简单有效的方法。更进一步的,SJ（Super Junction）超结结构由于其优越的VB-Ron,sp性能广泛用于LDMOS中,但SAD（Substrate Assisted Depletion）效应限制了集成超结器件的击穿电压。因此,抑制SAD效应的同时进一步提高超结掺杂浓度以降低比导通电阻是集成超结器件发展的主要方向。本文结合RESURF技术和超结的电场优化原理,提出基于FIN-SJ概念的700 V LDMOS进一步提高集成超结器件性能,主要贡献和创新点如下:首先,提出FIN-SJ概念及其工作原理。所谓FIN-SJ是指超结PN条呈鳍状排列的超结结构,超结N条因此受到来自三个方向P条的辅助耗尽,掺杂浓度得以提高。FIN-SJ元胞内的PN条可分为两部分:遵循RESURF原理引入纵向PN结优化表面场抑制SAD效应的埋层PN条;与传统超结一致引入横向PN结进一步优化表面场的表面PN条。综上所述,FIN-SJ同时具备纵向与横向的电场优化以及更高的掺杂,且无需额外的工艺流程抑制SAD效应。其次,优化设计FIN-SJ基本结构与工艺流程。FIN-SJ的优化同样分为表面PN条和埋层PN条两部分,分别以等效衬底模型和集成超结设计公式为指导展开,然后借助归一化导电能力ηC评估FIN-SJ元胞加入前后导电能力的变化,并据此提出改进的Y方向和Z方向非平衡FIN-SJ结构。在此基础上借助器件和工艺混合仿真验证FIN-SJ LDMOS基本结构,优化设计其热预算和工艺流程。最后,实验验证700 V FIN-SJ LDMOS器件。本文基于700 V BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工艺展开器件版图设计及流片实验,经测试实现了平衡FIN-SJ结构VB=763 V,Ron,sp=74 mΩ·cm~2,相比同等耐压下的传统Triple RESURF硅极限降低了32.5%;仿真实现非平衡FIN-SJ结构VB=796.5 V,Ron,sp=62 mΩ·cm~2,相比传统Triple RESURF硅极限降低49.3%。
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