600V功率MOSFET器件的元胞結構研究.pdf

1、功率MOSFET具有輸入阻抗高、驅動功率低、開關速度快、頻率特性好以及熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點，獲得越來越廣泛的應用。市場的廣泛應用，對MOSFET產品提出更高的要求。功率MOSFET的發(fā)展方向仍然是繼續(xù)提高器件的性能參數指標（高耐壓、低導通電阻、低電容）。節(jié)能減排的需求需要降低器件的功率損耗。功率損耗包括開關損耗和導通損耗。柵漏電容Cgd越低的器件，開關損耗低，還能在高頻中應用。器件導通電阻Rds，on越小，導通時的損耗越小。由于導通電阻與擊

2、穿電壓的矛盾，使得高壓領域的應用中，保持耐壓的情況下，降低導通電阻，成為MOSFET技術發(fā)展的關鍵。
　　 本文主要是對高壓器件的元胞進行研究。首先對傳統(tǒng)的高壓600V功率VDMOS器件進行優(yōu)化設計。然后對器件結構進行改進，優(yōu)化柵漏電容;最后研究半超結結構器件。通過工藝的調節(jié)，模擬出導通電阻低，耐壓高的半超結結構器件模型。具體的研究內容如下:
　　 (1)根據單邊突變結擊穿理論，計算出重要的縱向結構參數，通過仿真選取出了

3、最合適的外延厚度65μm，優(yōu)化柵極寬度WG，選取出了滿足耐壓要求時，特征電阻最小的柵極寬度WG=5μm。
　　 (2)為了滿足高頻化的需求以及降低開關損耗，對VDMOS結構運用兩種方法優(yōu)化柵漏電容Cgd。在柵極下面增加SiO2層的厚度，增大多晶硅柵與漏區(qū)重疊的距離，可以減小Cgd。通過這種方法Cgd可以減小39.15％，擊穿電壓保持不變會略微增大7.4％的特征電阻;在柵極下面淀積厚多晶硅層，通過優(yōu)化可以減小98.03％的柵漏電容

4、，柵漏電容相當于是傳統(tǒng)VDMOS結構的五十分之一，并且保持特征電阻基本不變還能提升6.18％的耐壓值，一定程度上緩和了電阻與耐壓的矛盾。
　　 (3)超結器件能夠打破特征電阻與擊穿電壓的矛盾，為了減小工藝復雜度，本文通過對多次外延進行Boron離子注入擴散的方法建立半超結器件模型，對Boron離子注入掩膜寬度、Boron離子注入濃度進行調節(jié)并增大外延濃度，最終優(yōu)化出性能良好的半超結器件，與VDMOS結構相比，柵漏電容Cgd減小了