条形单胞VDMOSFET特征导通电阻的物理模型.pdf

2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 理模型 宋文斌1韩郑生1石广源2高嵩2永福2 (1 中国科学院微电子研究所北京100029) (2 辽宁大学物理系 辽宁沈阳 110036) VDMOSFET的设计为例，根据此模型的计算数据确定器件单胞尺寸。 关键字：功率VDMOSFET；条形单胞； 特征导通电阻 文献标识码：A 1：引言 导通电阻‰是影响功率VDMOSFET最大输出功率的重要参数之一。当器件导通时，电 流流过导通电阻，在导通电阻上形成导通压降，导致在电阻上有功率损耗。要保证器件有 足够大的工作电流、良好的开关性能，又要保证低功率损耗，减小器件导通电阻变得尤为 重要。导通电阻主要由单胞结构的布局、几何形状及尺寸、单胞密度、芯片面积等因素决 定。良好的导通电阻物理模型，对于器件的设计意义重大。本文推倒的是单位面积VDMOSFET 上的导通电阻的物理模型(这里称之为特征导通电阻)，可以比较直观的反映各电阻分量 在特征导通电阻所占的比例，为VDMOSFET导通的优化，器件的设计提供了便利途径。 2：条形单胞VDMOSFET特征导通电阻的物理模型 图2条形单胞结构俯视图 图l：vDM0sFET导通电阻的构成 如图1所示VI)MOSFET的导诵电阻南源极接触申．阻(R，。)：源区体电阻(R。。)；沟道电阻 (R。。)；积累层电阻(艮)；结型场效应晶体管电阻(Rj)；外延层电阻(R。)；衬底电阻(R。。)： 漏极接触电阻(R。a)。所以，导通电阻可以表示为：R。。=Rc。+R“。+R。。+艮+Rj+R。+Rn。+R州 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 在正常的工艺条件下，源极接触电阻、源区体电阻、衬底电阻和漏极接触电阻都可以 做得很小，且与结构参数关系不大。因此，VDMOSFET导通电阻可近似表示为R。=R。。+R。+Rj+艮。 由于功率VDMOSFET每个元胞结构的漏极布置到与源极、栅极相反的另一面，构成了单胞 的并联结构，那么器件的导通电阻R。。与特征导通电阻R。。。有如下关系：Ron：R。。／N，式中， N=I／A：e¨表示单位面积可容纳的单胞个数，A。川单胞面积，则特征电阻为 R。na=R。。·A。。ll=R。}Ia+R。+Rj。+R。。。 2．1沟道特征导通电阻R。h 众所周知，在普通的增强型MOS结构中，I’V特性的线性区，电流随电压的增加而线 性增加，微分电压与微分电流之比就是MOS结构的沟道电阻。即 醪 p —a％一 “曲4 a，D ∥C。WO么一K) 图2为条形单胞结构图，Lw为扩散窗口区尺寸，Lw为多晶硅区尺寸，Xjn为源n+区扩散结 深，Xjp为p+扩散区结深，横向扩散是纵向扩散的0．85倍，W是沟道宽度，wa是方形P+ 扩散窗口的边长，Wb是P+扩散区的间距；由几何知识可知条形单胞面积 征电阻为： R出：—0．85toz(Xjp-X—j．)(Lw+Le)一… 2aeoeox(VGs—K) (1)“7 2．2积累层特征导通电阻R柏 在漏电压Vos作用下载流子沿积累层横向运动的同时，也向n-外延体区纵向运动。这相 当于沟道长度减小到1／3。由此也可按普通MOSFET沟道电阻形式写出该区特征电阻为： 心。w1％一u} 平均沟宽W’=2(W：+W：)，单胞面积 屯2一 S=(L，．，+Lp)(W：+％)，如图3所示， 有效沟长￡=l(Lp-1．7Xjp)，则耗尽图3积累层特征导通电阻有效沟道长度模型 屯：坠竺划 (2) 12,uC。I‰一ⅥI ．．461．． 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 另外，它的阈值电压V’为：V=一1—2妒，一兰等一妒。 另外，它的阈值电压v