搜索
横向超级结器件衬底辅助效应的研究与展望LDMOS：横向双扩散金属氧化物半导体。在同一窗口进行两次杂质扩散形成沟道。LDMOS是一种双扩散结构的功率器件。这项技术是在相同的源/漏区域注入两次，一次注入浓度较大（典型注入剂量1015cm-2）的砷（As），另一次注入浓度较小（典型剂量1013cm-2）的硼（B）。注入之后再进行一个高温推进过程，由于硼扩散比砷快，所以在栅极边界下会沿着横向扩散更远（图中P阱），形成一个有浓度梯度的沟道，它的沟道长度由这两次横向扩散的距离之差决定。为了增加击穿电压，在有源区和漏区之间有一个漂移区。LDMOS中的漂移区是该类器件设计的关键，漂移区的杂质浓度比较低，因此，当LDMOS接高压时，漂移区由于是高阻，能够承受更高的电压。图1所示LDMOS的多晶扩展到漂移区的场氧上面，充当场极板，会弱化漂移区的表面电场，有利于提高击穿电压。场极板的作用大小与场极板的长度密切相关。要使场极板能充分发挥作用，一要设计好SiO2层的厚度，二要设计好场极板的长度。SJ结构是用重掺杂的N柱区和P柱区代替横向漂移区，在保持高击穿电压的同时大幅降低了比导通电阻。衬底辅助耗尽效应：在该结构中，N柱和P衬不仅形成PN结相互耗尽，还要与P柱区相互耗尽。P型衬底与N柱形成的PN结产生纵向电场，这个纵向电场使P柱区杂质过剩，打破了N住区与P柱区的电荷平衡，大大降低了器件的击穿电压。解决方案：蓝宝石上的超结LDMOS优势：可以使P柱区和N柱区相互耗尽，电场均匀，实现了完全的电隔离，减少了泄露电流。缺点：蓝宝石成本高，与si的晶格常数不匹配。背部刻蚀SOISJ-LDMOS结构优势：去除衬底产生纵向电场的部分，消除了衬底辅助耗尽效应。该结构制作在SOI晶片上，衬底通过RIE或各向异性刻蚀技术去除。缺点：该器件比导通电阻比较大，双面刻蚀难度大，与集成电路工艺不兼容。电荷补偿技术通过加缓冲层达到电荷补偿的效果。优势:P柱区不仅与N柱区耗尽，还要与缓冲层耗尽。缓冲层的耗尽降低了P柱区的电荷浓度，弥补了P柱区与N柱区耗尽时缺少的电荷。缺点：缓冲层不能做的太厚，浓度不能太高。SJR-LDMOS结构衬底辅助效应在漏端更显著（原因），在漏区形成缓冲区域降低衬底辅助耗尽效应。USJ-LDMOS结构该结构主要特点是从源端到漏端N区宽度逐渐增加，N区的过剩电荷弥补了衬底辅助效应引起的电荷不足。OB技术用MOS结构代替SJ结构，就不会产生衬底辅助效应。工艺复杂。PSOIOB-LDMOS结构和OB技术相比开有硅散热窗口，提供导热路径，缓解自热效应，提高器件稳定性和可靠性。增强埋氧层电场技术在BOX表面注入正电荷，近似认为注入界面电荷，界面电荷增强了BOX的电场，从而提高了器件耐压。TBOXSJ-LDMO结构提出具有沟槽式的埋氧层如果建立了横向功率器件三维耐压理论，将从根本上弄清衬底辅助耗尽的物理机制，意义重大，这也是未来的研究方向之一。