高性能低成本的低压功率器件（Trench DMOSFET）开发

论文摘要

随着21世纪的到来,在著名的摩尔定律的推动下,半导体行业也进入到了一个全新的时代,各种各样的高性能芯片随之产生并广泛的应用在人们的日常生活中,在这些不同功能的半导体芯片中,功率芯片占据了非常大的一个市场份额,在这个特殊的领域里,主要可以分为单片式功率器件和功率集成电路芯片。在本文中,重点研究了目前在低压应用领域使用最为广泛的一种器件结构——沟槽式双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。通过对当今国内外研究进度的分析,介绍了如何通过调整关键参数优值R on×Qgd来评判沟槽式双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管性能的优劣,最后根据产品设计规格,同时考虑到低成本的因素,提出了通过采用单位元胞尺寸缩小来降低导通电阻的方案,并从理论上讨论了在元胞间距尺寸缩小到1.4um时,由于制造工艺的局限性以及所设计的器件沟道长度变短,源区结深变浅后所带来的器件穿通效应,以及有源区面积缩小后,源区光刻胶在源区离子注入过程中,由光刻胶脱落所引发的寄生NPN三极管效应。最终提出了运用突起式多晶硅结构和沟槽式接触技术来克服这两个问题,并通过器件仿真以及实际流片过程中的试验,找到了最佳工艺窗口,比较芯片的测试结果,完全满足了设计要求,成功的开发出高性能低成本的低压沟槽式双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概况
• 1.2 本文的主要工作
• 第二章 背景
• 2.1 单片式功率器件
• 2.2 低压功率器件的应用
• 2.3 低压功率器件的分类和现状
• 2.4 TRENCH DMOS 的发展现状
• 2.5 本章小结
• 第三章 TRENCH MOSFET 器件工作基本原理
• 3.1 TRENCH MOSFET 工作原理
• 3.2 TRENCH MOSFET 直流关键性能指标
• 3.3 TRENCH MOSFET 其他关键性能指标
• 3.4 本章小结
• 第四章 高性能低成本 TRENCH DMOSFET 仿真设计和工艺优化
• 4.1 设计要求
• 4.2 设计过程
• 4.3 工艺难点
• 4.4 工艺流程设计
• 4.5 器件仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 试验结果及其讨论
• 5.1 沟槽形状对器件电学性能的影响
• 5.2 沟槽的深度和井区注入剂量对器件电学性能的影响
• 5.3 突起式多晶硅结构对短沟道效应的改善
• 5.4 沟槽到连接孔的间距对器件电学性能的影响
• 5.5 1.4μM元胞间距的TRENCH DMOSFET 芯片测试结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文