200V大功率VDMOSFET设计研究

论文摘要

功率MOS场效应晶体管是新一代电力电子开关器件,在微电子工艺基础上实现电力设备高功率大电流的要求。VDMOS是80年代以来应用范围最广的功率器件之一。VDMOS和双极晶体管相比具有开关速度快、开关损耗小、频率高等优点。本文通过VDMOS的电参数来确定其结构参数。通过击穿电压来确定外延层的厚度和电阻率,同时在外延层较薄时确定P-body的尺寸。通过阈值电压来确定栅氧的厚度和P-body的浓度。由饱和电流的表达式可知元胞的最大通态电流。导通电阻和击穿电压是两个相互矛盾的参数,增加击穿电压和降低导通电阻对器件尺寸的要求是矛盾的。P岛之间的距离不能太大,使相邻P-body的耗尽层不能互相保护,也不能太小,将相邻的P岛导通。在综合考虑了各种因素后确定器件的尺寸。根据计算的结果应用MEDICI软件进行器件仿真,修正器件的尺寸。用TSUPREM 4软件进行仿真,主要优化其工艺条件,必要时修改器件尺寸。根据实际工艺和TSUPREM 4软件之间的差异,在工艺仿真条件的基础上得到器件研制的最终工艺参数以制造器件。根据流片后的参数,有个别参数不符合设计指标,分析其原因后,更改离子注入的剂量和能量等工艺参数,使最终的产品参数达到设计要求值。然后对芯片进行封装和质量一致性检验,发现漏气、多余物等问题并加以改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 VDMOS 的主要应用范围
• 1.2 VDMOS 与双极晶体管
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 VDMOS 结构参数设计分析研究
• 2.1 VDMOS 的结构与工作原理
• 2.2 设计指标
• 2.3 电学参数设计
• 2.3.1 击穿电压
• 2.3.2 阈值电压
• 2.3.3 电流
• 2.3.4 导通电阻
• 2.3.5 温度影响及安全工作区
• 2.3.6 横向结构参数设计考虑
• 2.4 版图设计
• 2.5 小结
• 第三章 器件仿真研究
• 3.1 器件电学特性仿真
• 3.2 工艺设计及仿真
• 3.2.1 离子注入
• 3.2.2 薄膜的淀积
• 3.2.3 工艺流程
• 3.2.4 工艺仿真
• 3.3 小结
• 第四章 器件研制
• 4.1 器件研制
• 4.2 研制结果
• 4.3 小结
• 第五章 封装
• 5.1 封装工艺流程
• 5.2 多余物的问题解决
• 5.3 封装气密性问题的解决
• 5.4 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果