SOI RESURF原理研究及SOI LDMOS研制.pdf

1、隨著集成電路技術的不斷發(fā)展，功率器件的研究也受到廣泛關注，新型功率器件不斷涌現(xiàn)，特別是由于MOS柵功率器件的出現(xiàn)，引發(fā)了功率集成電路(PICs：PowerIntegratedCircuits)的概念，即將功率器件和邏輯控制電路集成在單一芯片上。這對于提高電子系統(tǒng)的可靠性和縮小系統(tǒng)體積是有益的。 高電壓的功率器件和低電壓的集成電路器件之間的隔離問題是PICs研究的重點之一。SOI(Silicon-on-Insulator)技術以其

2、理想的介質隔離性能，相對簡單的隔離工藝，可以在PICs中以較簡單的工藝實現(xiàn)功率器件和邏輯電路之間的完全電隔離。SOIPICs不僅較一般介質隔離PICs在工藝上更為優(yōu)越，而且與結隔離PICs和自隔離PICs相比具有更好的隔離性能。而且，SOICMOS技術也以更小的結面積、更好的亞閾值特性等優(yōu)點，有望成為高速、低功耗和高可靠集成電路的主流技術。因此，隨著SOI材料制備技術的日益成熟，SOIPICs將成為重要的PICs。 SOI功率器

3、件SOIPICs的重要組成部分，其性能和工藝兼容性等直接影響著SOIPICs的性能。國外許多科研機構與公司都在致力于此，許多SOI功率器件已經(jīng)開始走向實用化。但是目前國內在SOI器件方面的研究主要集中在抗輻射方面，而在SOI功率器件方面尚未進行深入的探索。鑒于此，本文開展了SOI功率器件的研究工作。主要包括： 首先，基于二維泊松方程的求解，給出了SOIRESURF(ReducedSurfaceField)結構的解析物理模型。計算

4、了漂移區(qū)頂層硅中表面電勢和電場分布與器件參數(shù)的關系，合理解釋了表面橫向電場呈U形分布的原因。根據(jù)解析模型，研究了各個參數(shù)對于器件擊穿電壓的影響，解釋了擊穿電壓隨漂移區(qū)長度飽和的現(xiàn)象。解析結果與MEDICI數(shù)值模擬和實驗結果相符。 其次，利用共享電荷原理，更直觀地解釋了SOIRESURF的內在物理機制，將其歸結為水平pn結與垂直類MOS電容結構的電荷耦合，引入?yún)?shù)λ表征RESURF原理。該方法的結果與MEDICI數(shù)值模擬和實驗結果

5、也很相符。 另外，針對SOI功率器件嚴重的自熱效應，提出了新的圖形化SOI結構。與常規(guī)CMOS的淺溝槽隔離技術相結合，在LDMOS的源端附近開出導熱通道。通過模擬可以發(fā)現(xiàn)，該結構不僅能克服自熱效應，而且能有效地抑制浮體效應，可以省卻體接觸步驟。圖形化SOI結構保留了SOI結構的優(yōu)點，具有較小的結面積和較小的泄漏電流，同樣適用與高溫環(huán)境。 根據(jù)上述研究結果，結合碳納米管場發(fā)射應用的要求，采用SIMOX材料進行了版圖和工藝流