基于槽技术的SOI LDMOS器件新结构研究

基于槽技术的SOI LDMOS器件新结构研究作为SOI(Silicon On Insulator)功率集成电路的核心器件,SOI
LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)器件因具有低功耗、易于集成、速度快等优势被广泛应用于航空航天、无线通信、汽车电子等领域。

提高器件耐压和降低器件比导通电阻是功率器件设计中非常重要的两个方面。

对于传统SOI LDMOS器件,提高击穿电压的同时往往伴随着比导通电阻的增加。

本文以缓解击穿电压和比导通电阻的矛盾关系为目的,对基于槽技术的SOI LDMOS器件结构进行了深入研究。

在深入研究槽栅SOI结构、槽漏SOI结构以及双槽型SOI结构的击穿特性和比导通电阻特性的基础上,本文提出了三种基于槽技术的SOI LDMOS器件新结构:具有纵向漏极场板的槽栅槽漏SOI LDMOS器件新结构、具有L型源极场板的双槽型SOI LDMOS器件新结构、具有纵向栅极场板的槽栅槽源SOI LDMOS器件新结构。

二维数值仿真结果表明,本论文提出的三种新结构能够缓解击穿电压与比导通电阻的矛盾关系。

本论文的主要创新工作包括:1、提出了一种具有纵向漏极场板的槽栅槽漏SOI LDMOS器件新结构。

该结构采用了槽栅槽漏结构,降低了器件比导通电阻;漏端采用了纵向漏极场板,该场板对漏端下方的电场进行了调制,减弱了漏极末端的高电场,提高了器件耐压。

与传统SOI结构相比,击穿电压提高了4%,比导通电阻降低了53%。

2、提出了一种具有L型源极场板的双槽型SOI LDMOS器件新结构。

漂移区引入的槽型介质层显著提高了器件击穿电压,在L型源极场板的作用下,比导通电阻显著下降。

与相同器件尺寸的传统SOI结构相比,击穿电压提高了
151%,比导通电阻降低了20%。

与相同击穿电压的传统SOI结构相比,比导通电阻降低了80%。

3、提出了一种具有纵向栅极场板的槽栅槽源SOI器件新结构。

槽栅槽源结构扩展了电流传导区域,降低了器件比导通电阻。

纵向栅极场板及右侧氧化层使该结构具有更高的耐压。

与传统SOI结构相比,击穿电压提高了33%,比导通电阻降低了33%。