一种新型功率器件：多孔硅LDMOS的设计和研究

论文摘要

随着集成电路技术的不断发展,功率器件的研究受到了广泛关注,SOI （Silicon-on-Isolation）技术以其理想的介质隔离性能,相对简单的隔离工艺受到研究的重视。但是相比于体硅功率器件,SOI功率器件的纵向耐压小,这是由于埋氧层的引入削弱了RESURF效应。另外,在较厚埋层的情况下,器件有着明显的自加热和Kink效应,这对于器件性能的稳定性影响显著。本文提出了新型的埋层材料来达到减小SOI LDMOS的两个主要缺点的目的。首先,研究了SON（Silicon-on-Nothing） LDMOS器件,该器件采用了介电常数更小的真空作为埋层,改进了SOI LDMOS中纵向耐压小的缺点,并且因为可以将空洞埋层做的更薄,这在一定程度上也改进了器件的自加热效应。但是,对于SON LDMOS而言,MOS功率器件常见的较长漂移区可能带来问题,因为空洞层会引起器件纵向机械强度的减小,而且在后续的封装中也可能引入问题。为此,本文又提出了一种新型的多孔硅LDMOS结构,该器件保留了SON较高击穿电压和小寄生电容的优势,并改进了器件的结构强度及散热能力。研究表明,70%孔隙率的多孔硅LDMOS和SON LDMOS相比,击穿电压几乎没有改变,而寄生电容也只有不到10%的提高,但此时器件的可靠性由于多孔硅的支撑而大大增强。所以多孔硅LDMOS是一种更理想的功率器件结构

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 功率集成电路的发展
• 1.2 横向双扩散MOS 晶体管（LDMOS）
• 1.3 SOI 功率器件的发展现状
• 1.3.1 SOI 中RESURF 原理
• 1.3.2 SOI 耐压结构
• 1.3.3 SOI 功率器件类型
• 1.3.4 SOI 功率器件的自加热效应
• 1.3.5 SOI 功率器件的Kink 效应
• 1.4 SON 技术
• 1.5 多孔硅材料
• 1.6 本论文的主要工作
• 2 埋层RESURF 结构解析模型的分析
• 2.1 SOI-LDMOS 解析模型的发展与现状
• 2.2 SOI-MOSFET 漂移区击穿电压
• 2.2.1 漂移区击穿电压解析模型
• 2.2.2 三种结构漂移区击穿电压解析比较
• 2.3 寄生电容分析
• 2.4 小结
• 3 SON\多孔硅LDMOS 器件结构、工艺设计及仿真条件
• 3.1 SON\多孔硅LDMOS 结构设计
• 3.2 SON LDMOS 制备技术
• 3.3 多孔硅LDMOS 制备技术
• 3.3.1 多孔硅制备原理
• 3.3.2 多孔硅LDMOS 制备流程
• 3.4 仿真环境
• 3.5 小结
• 4 SON LDMOS 特性仿真及分析
• 4.1 漂移区设计对SON-LDMOS 器件击穿电压的影响
• 4.2 场板设计对器件击穿电压的影响
• 4.3 SON LDMOS 的I-V 特性
• 4.4 SON LDMOS 与SOI LDMOS 性能比较
• 4.5 小结
• 5 多孔硅LDMOS 特性仿真及分析
• 5.1 多孔硅的导热性能
• 5.2 多孔硅器件建模
• 5.3 击穿电压分析
• 5.4 寄生电容分析
• 5.5 多孔二氧化硅LDMOS 的对比
• 5.6 小结
• 6 总结
• 参考文献
• 附录一
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学位论文