基于超薄外延技術(shù)的雙擴(kuò)散新型D-RESURF LDMOS設(shè)計(jì)
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2．2 漂移區(qū)濃度對擊穿電壓和導(dǎo)通電阻的影晌
當(dāng)漏端電位從零開始增加到220V左右時(shí)，體內(nèi)PN節(jié)耗盡區(qū)隨著電壓的增加而擴(kuò)展，直到整個(gè)漂移區(qū)完全耗盡(此時(shí)體內(nèi)PN節(jié)的峰值電場遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于擊穿電場的最小值)，電壓繼續(xù)增大過程中，器件表面的P-top、N-結(jié)與器件體內(nèi)的N-、P-sub結(jié)的電場峰值在隨之上升，在N型漂移區(qū)總的注入劑量不變的情況下，HNV注入劑量的增加會(huì)使LDMOS表面電場的擊穿點(diǎn)的由漏端向P-top的源端方向轉(zhuǎn)移。表現(xiàn)為HNV注入劑量為1．1E 12cm-2～1．35E12cm-2時(shí)，N型漂移區(qū)濃度偏低，LDMOS的漂移區(qū)會(huì)在較低的漏源電壓下全部耗盡，電場在漏區(qū)集中，導(dǎo)致器件首先在漏區(qū)／N型漂移區(qū)處擊穿；N型漂移區(qū)表面雜質(zhì)濃度的增加會(huì)使P-top完全耗盡的同時(shí)、表面電場的分布更加均勻，導(dǎo)通電阻趨于下降。當(dāng)HNV注入繼續(xù)上升時(shí)，N型漂移區(qū)濃度偏高時(shí)，LDMOS的漂移區(qū)無法完全耗盡，電場在P-top降場層靠源區(qū)一側(cè)集中，器件同樣會(huì)過早擊穿。于此同時(shí)DNW的注入濃度在逐步下降，使得整體漂移區(qū)比導(dǎo)通電阻會(huì)逐漸增加。因此必須折中考慮N型漂移區(qū)濃度對器件擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻的影響。
TSUPREM4和MEDICI模擬仿真漂移區(qū)濃度分布，當(dāng)漂移區(qū)總注入劑量在2．4E12cm-2～2．7E12cm-2范圍內(nèi)，HNV保持注入劑量在1．1E12cm-2～1．8E12cm-2變化時(shí)，器件擊穿電壓大于700V。考慮到工藝誤差等因素，選取漂移區(qū)總注入劑量分別為2．5E12cm-2和2．6E12cm-2，HNV注入劑量由1．1E12cm-2～1．8E12cm-2變化時(shí)，觀察分析擊穿電壓BV與導(dǎo)通電阻Ron變化情況如圖6、7所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/166181.htm
觀察HVN注入劑量與擊穿電壓BV和導(dǎo)通電阻Ron的關(guān)系圖，當(dāng)HNV注入劑量由1．1E12cm-2增加時(shí)，器件表面濃度得到改善，使擊穿電壓上升，同時(shí)導(dǎo)通電阻也在相應(yīng)減小，隨著濃度的增加，器件漂移區(qū)濃度分布趨于最優(yōu)化。當(dāng)HNV注入劑量超過1．5E12cm-2繼續(xù)增加時(shí)，漂移區(qū)表面濃度過剩，器件此時(shí)擊穿發(fā)生降場層附近。表現(xiàn)為擊穿電壓逐漸降低，與此同時(shí)，漂移區(qū)DNW的注入隨著HNV的增加而逐漸降低，器件漂移區(qū)上下濃度分布失衡，導(dǎo)致器件的導(dǎo)通電阻增大。因此，流片時(shí)選取HNV注入劑量為1．3E12cm-2～1．5E12cm-2時(shí)，DNW注入劑量為1．1E12 cm-2～1．3E12cm-2。此時(shí)對應(yīng)仿真結(jié)果導(dǎo)通電阻小于35Ω·cm2，擊穿電壓BV大于714V。
3 結(jié)束語
本文對一種基于超薄外延技術(shù)的雙阱LDMOS進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，該新型器件采用了D-RESURF，橫向變摻雜(VLD)，雙阱注入漂移區(qū)等技術(shù)。通
過對漂移區(qū)表面降場層的幾何尺寸和注入濃度的仿真優(yōu)化，改善了器件表面電場的耐壓特性，同時(shí)在漂移區(qū)總注入劑量不變的情況下，研究了HNV注入濃度與擊穿電壓與導(dǎo)通電阻的關(guān)系，分析研究仿真結(jié)果，得出最佳濃度分布。根據(jù)這些仿真設(shè)計(jì)結(jié)果，對該型LDMOS進(jìn)行投片驗(yàn)證，其器件版圖如圖8所示。當(dāng)P-top注入劑量為2．5E13cm-3，HNV注入劑量為1．3E12cm-2。DNW注入劑量為1．3E12cm-2時(shí)，測試器件結(jié)果表明LDMOS擊穿電壓可以達(dá)到690V，結(jié)果接近設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了與中、低壓器件的良好工藝兼容。
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