新型沟槽栅低导通电阻LDMOS器件设计

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具备耐压能力强、高频性能、易集成等诸多优点的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS),在功率集成电路中得到了广泛使用。近年来,人工智能、新能源、5G通信等高新技术的快速兴起,推动LDMOS器件向高耐压、低功耗方向进一步发展。但是传统LDMOS器件受限于硅材料的理论极限,无法满足应用系统对低导通电阻的不断追求。槽栅结构能够将电流通路拓展到器件内部,使器件的导通电阻显著降低,因此研究槽栅LDMOS器件具有重要意义。论文设计了一种具有低导通电阻的LDMOS器件,采用槽栅和平面栅相结合的结构。首先,为解决实际制备时P-body注入工艺带来双栅阈值电压不匹配的问题,改进了工艺流程并采用N型杂质斜角注入,降低了槽栅处P-body浓度从而保证双栅同时开启,实现低导通电阻。然后,利用仿真软件搭建器件仿真模型,研究槽栅结构、平面栅结构、金属场板结构等对器件性能的影响,得到满足设计指标的最佳器件结构。在此基础上研究器件的可靠性,结果发现:在器件的漏极增加N型缓冲层可以抑制Kirk效应和寄生NPN三极管的导通,从而提升器件的静电放电能力,拓宽器件的安全工作区;在最坏应力条件下,器件的主要损伤点位于平面栅下方的“鸟嘴”处,因此,将漂移区改为分段线性掺杂,该方法可有效降低此处的电流密度,提高热载流子可靠性。仿真结果表明,新型沟槽栅低导通电阻LDMOS器件的阈值电压为1.30V,击穿电压为44.03V,特征导通电阻为10.65mΩ?mm~2,二次击穿电流为2.42?10-3A/μm,开态击穿电压为35.3V,最坏应力下的碰撞电离峰值为6.22?1027cm-3/s,达到设计指标要求,实现了击穿电压、特征导通电阻和可靠性之间的良好平衡。
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