图形化SOI射频功率器件研究

论文题目: 图形化SOI射频功率器件研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 程新红

导师: 俞跃辉

关键词: 图形化,射频功率器件,增益,高栅介质

文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 迅速发展的无线通讯技术推动射频集成电路向着高速、低功耗和更高集成度的方向发展,这时,传统的GaAs和体硅衬底平台将面临散热和功率耗散等棘手的问题。在这种情况下关于新的衬底材料的研究应运而生。另一方面,由于SOI(Silicon-on-Insulator)技术具有更好的隔离性能、理想的亚阈值特性和较低的功率消耗等特点,日益成为半导体行业发展的主流技术。但是,SOI技术面临浮体效应和自加热效应。 而采用埋氧层是间断的图形化SOI衬底是解决浮体效应和自加热效应的最简单的方法。鉴于此,本文对图形化SOI衬底上的射频功率器件LDMOSFET进行了系统研究。 本文提出了沟道下方开硅窗口的图形化SOI LDMOSFET结构,并且进行了工艺和电学性能仿真。采用工艺模拟软件TSUPREM4与器件模拟软件MEDICI对工艺过程和器件结构进行了优化,而且对器件的电学性能进行了仿真。新结构呈现良好的性能:器件温度降低,没有负的微分电导现象出现,输出特性曲线平滑;2GHz时,小信号增益为11dB;截止频率和最大振荡频率分别达到10GHz和40GHz。 利用软件L-edit进行了版图设计,与常规SOI CMOS工艺相比,主要增加了二块模板:其一是为了制备图形化SOI衬底,其二是定义漂移区。同时,结合TSUPREM4仿真结果,设计了与常规1μm SOI CMOS工艺兼容的工艺流程。 采用低剂量掩膜注氧隔离技术准备了低缺陷的图形化SOI衬底,在此衬底上同时制备了图形化SOI、体连接SOI和体硅LDMOSFET。采用open-short技术去除了pads对器件S参数的影响。建立了拓扑结构,进行参数提取,建立了小信号等效电路模型。测试分析结果表明,沟道下方埋氧层断开的图形化SOI LDMOSFET的开态输出特性曲线平滑、无曲翘现象,开态和关态击穿电压可分别达到8V和13V。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 射频集成电路的发展

1.2 射频集成电路面临的问题

1.3 射频SOI技术的发展

1.3.1 SOI技术的优势

1.3.2 LDMOS结构

1.3.3 SOI LDMOS发展

1.3.4 SOI结构面临的问题

1.4 图形化SOI技术的发展

1.4.1 图形化SOI衬底工程的优势

1.4.2 图形化SOI衬底的制备

1.5 高介电常数栅介质的研究

1.6 本论文的工作

第二章 图形化SOI LDMOSFET的工艺与性能仿真

2.1 模拟结构设计

2.2 工艺流程仿真

2.2.1 沟道区掺杂模拟

2.2.2 漂移区、源漏掺杂模拟

2.2.3 硅化钛形成模拟

2.3 器件关态电学性能

2.4 开态电学、热学性能模拟

2.4.1 体势、空穴

2.4.2 转移特性分析

2.4.3 输出特性曲线及温度分布

2.5 寄生电容

2.6 截止频率和最大振荡频率

2.7 本章小节

第三章 图形化SOI LDMOSFET版图与工艺设计

3.1 版图设计

3.1.1 局部版图功能

3.1.2 逐层版图简介

3.2 工艺流程设计

3.2.1 PSOI衬底与器件对准标记的形成

3.2.2 PSOI衬底的制备

3.2.3 LOCOS技术器件隔离

3.2.4 沟道区掺杂和体连接形成

3.2.5 低阻硅化钛形成工艺

3.2.6 连接孔和测试pads形成

3.3 与常规SOI CMOS工艺的主要区别

3.4 本章小结

第四章 图形化SOI LDMOSFET表征

4.1 器件结构设计

4.2 PSOI衬底及LDMOSFET器件的形貌表征

4.3 直流电学性能测试分析

4.4 射频性能分析

4.4.1 Open-Short二步去除技术

4.4.2 S参数分析

4.4.3 小信号等效电路模型的建立

4.5 本章小节

第五章 体连接技术改进和器件表征

5.1 体连接设计

5.2 体连接SOI LDMOSFET的工艺流程

5.3 体连接性能分析

5.3.1 关态特性

5.3.2 开态转移特性

5.3.3 开态输出特性

5.4 栅指长度与体连接效果的关系

5.5 本章小节

第六章 SOI衬底上铪基高介电常数栅介质性能研究

6.1 SOI衬底上Al_2O_3／HfO_2／Al_2O_3层状栅介质的制备

6.2 薄膜形貌、结构以及电学表征

6.3 本章小节

结论

参考文献

符号表

缩略词

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发布时间: 2006-02-08

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