沟槽MOSFET栅极工艺的应用和优化

论文摘要

沟槽功率MOSFET作为一种新型垂直结构器件,拥有开关速度快、频率性能好、输入阻抗高、驱动功率小、温度特性好、无二次击穿问题等优点,已经在稳压器、电源管理模块、机电控制、显示控制、汽车电子等领域得到了广泛的应用。栅极工艺是MOSFET器件制造中最核心的步骤,因此栅极工艺的优化对沟槽MOSFET器件性能和产品良率的提升具有重要的意义。论文共包括三个部分,首先阐述了沟槽MOSFET栅极制造工艺,然后分别从栅极氧化工艺和多晶硅栅淀积掺杂工艺出发进行实验设计,优化工艺,改善器件性能。沟槽MOSFET制造流程和栅极工艺介绍：介绍了沟槽功率MOSFET的制造流程,说明了栅极氧化工艺和多晶硅栅淀积掺杂工艺原理和设备,最后阐述了沟槽MOSFET的重要电学参数及其物理意义。沟槽MOSFET栅极牺牲氧化工艺优化研究：研究了牺牲氧化工艺温度、氧化层厚度对沟槽MOSFET器件击穿电压、栅极泄漏电流和可靠性的影响。实验数据表明,提高牺牲氧化工艺温度和氧化层厚度可以改善器件的击穿电压,减小栅极泄露电流。优化牺牲氧化工艺温度和氧化层厚度将沟槽制造成上宽下窄的倒梯形结构,能够实现沟槽多晶硅的无缝填充,提高器件可靠性。沟槽MOSFET栅极多晶硅工艺优化研究：研究了不同温度下淀积的多晶硅厚度均匀性。实验表明,540℃下淀积的多晶硅片内均匀性最好,可有效解决多晶硅刻蚀过程中的过刻蚀和多晶硅残留的问题。而多晶硅电阻率与掺杂工艺的实验表明,采用磷烷分解伴随多晶硅淀积进行掺杂的工艺,可获得电阻率最低和掺杂均匀性最好的多晶硅。论文最后还研究了分裂栅结构对沟槽MOSFET栅漏电荷的优化,芯片测试数据证明采用分裂栅结构的沟槽MOSFET可将器件栅漏电荷密度降低67%,大幅提升器件工作频率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 功率MOSFET的发展历史
• 1.1.2 功率MOSFET器件的特点
• 1.2 本文的研究任务
• 第二章 沟槽功率MOSFET制造工艺和器件参数
• 2.1 沟槽功率MOSFET制造工艺流程
• 2.2 沟槽功率MOSFET器件中的栅极工艺及生产设备
• 2.2.1 栅极氧化工艺介绍
• 2.2.2 多晶硅栅极淀积工艺
• 2.2.3 多晶硅栅极掺杂工艺
• 2.2.4 栅极氧化和多晶硅栅极淀积设备
• 2.3 沟槽功率MOSFET器件的重要参数
• 2.4 小结
• 第三章 沟槽功率MOSFET栅氧化工艺优化
• 3.1 牺牲氧化温度对器件电性参数的优化
• 3.1.1 实验设计
• 3.1.2 实验结果分析
• 3.2 牺牲氧化层厚度对器件电性参数的优化
• 3.2.1 实验设计
• 3.2.2 实验结果分析
• 3.3 牺牲氧化工艺对沟槽MOSFET栅极可靠性的优化
• 3.3.1 沟槽MOSFET栅极多晶硅空洞问题
• 3.3.2 牺牲氧化工艺优化实验设计
• 3.3.3 实验结果与分析
• 3.4 小结
• 第四章 沟槽功率MOSFET多晶硅栅工艺应用及优化
• 4.1 沟槽MOSFET多晶硅淀积温度优化
• 4.1.1 沟槽MOSFET多晶硅的刻蚀残留问题
• 4.1.2 淀积温度优化实验设计
• 4.1.3 实验结果与分析
• 4.2 沟槽MOSFET多晶硅掺杂工艺优化
• 4.2.1 多晶硅掺杂优化实验设计
• 4.2.2 实验结果与分析
• gd的优化'>4.3 分裂栅沟槽MOSFET和栅漏电荷Q_gd的优化
• 4.3.1 沟槽MOSFET栅漏电容优化
• 4.3.2 分裂栅沟槽MOSFET器件结构
• gd优化实验设计'>4.3.3 栅漏电荷Q_gd优化实验设计
• 4.3.4 实验结果与分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢