吴晓鹏 沟槽栅低压功率MOSFET的发展.ppt

沟槽栅低压功率MOSFET的发展 吴晓鹏 功率器件与功率集成电路研究室 提纲 1、功率半导体器件的发展 2、功率MOSFET的发展方向 3、沟槽栅低压功率MOSFET性能的优化 1、功率半导体器件的发展 第一阶段：60～70年代 --晶闸管、功率二极管、大功率达林顿管 第二阶段：80～90年代 --MOSFET 第三阶段：21世纪前后 --与微电子工艺技术相结合 2、功率MOSFET的发展方向 2.1、低压功率MOSFET 要求－－原胞尺寸更小 应用－－4C产业 －Communication －Computer －Consumer －Car 电压调节模块VRM--Voltage Regulator Modules 2.1、低压功率MOSFET 2.1、低压功率MOSFET High side--Q1 开关损耗传导损耗 高的开关速度 Low side--Q2 传导损耗开关损耗 低的通态电阻 2.1、低压功率MOSFET 2.1、低压功率MOSFET High side--Q1 开关损耗传导损耗 高的开关速度 Low side--Q2 传导损耗开关损耗 低的通态电阻 3、沟槽栅低压功率MOSFET性能的优化 3.1 减小漏源通态电阻Rds(on) 3.2 减小优值FOM 3、沟槽栅低压功率MOSFET性能的优化 3.1 减小漏源通态电阻Rds(on) 3.2 减小优值FOM 3.1 减小漏源通态电阻 3.1 减小漏源通态电阻 Rds(on) RN+，源N+扩散区电阻 RCH，反型沟道电阻 RA，积累层电阻 RJ，JFET电阻 RD，漂移区电阻 RS，衬底电阻 3.1 减小漏源通态电阻 3.1 减小漏源通态电阻 3.1 减小漏源通态电阻 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH 3.1.2 减小积累层电阻RA 3.1.3 减小漂移区电阻RD 3.1.4 减小衬底电阻RS 3.1.5 减小源区接触电阻 3.1.6 栅氧厚度的影响 3.1.7 其它 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH 减小反型沟道电阻RCH i）优化p型体区的深度和掺杂分布 ii）增大沟道宽长比 iii）使用表面积累模式MOSFET 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH i）优化p型体区深度和掺杂分布 减小p区深度 改善p区掺杂分布 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH ii）增大沟道宽长比(Rds(on)∝L/W) 减小原胞尺寸 改变原胞形状 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH 1. 减小原胞尺寸 细线条光刻 内置spacer 2. 改变原胞形状 六角形 三角形 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH iii）使用表面积累模式MOSFET 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH iii）使用表面积累模式MOSFET 3.1 减小漏源通态电阻 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH 3.1.2 减小积累层电阻RA 3.1.3 减小漂移区电阻RD 3.1.4 减小衬底电阻RS 3.1.5 减小源区接触电阻 3.1.6 栅氧厚度的影响 3.1.7其它 3.1.2 减小积累层电阻RA 减小积累层电阻RA 提高积累层中的多子电荷 Qe=Cox(Vgs-Vth) 载流子迁移率 {100}{110} 3.1 减小漏源通态电阻 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH 3.1.2 减小积累层电阻RA 3.1.3 减小漂移区电阻RD 3.1.4 减小衬底电阻RS 3.1.5 减小源区接触电阻 3.1.6 栅氧厚度的影响 3.1.7其它 3.1.3 减小漂移区电阻RD 减小漂移区电阻RD 减薄漂移区厚度 提高漂移区掺杂浓度 在n-外延层增加p型埋层 3.1.3 减小漂移区电阻RD 在n-外延层增加p型埋层 3.1 减小漏源通态电阻 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH 3.1.2 减小积累层电阻RA 3.1.3 减小漂移区电阻RD 3.1.4 减小衬底电阻RS 3.1.5 减小源区接触电阻 3.1.6 栅氧厚度的影响 3.1.7其它 3.1.4 减小衬底电阻RS 减小衬底电阻RS 对于低压和超低压MOSFET，相当一部分通态电阻来自衬底电阻 提高衬底掺杂浓度 减薄衬底厚度 3.1 减小漏源通态电阻 3.1.1 减小反型沟道电阻RCH 3.1.2 减小积累层电阻RA 3.1.3 减小漂移区电阻RD 3.1.4 减小衬底电阻RS 3.1.5 减小源区接触电阻 3.1.6 栅氧厚度的影响 3.1.7其它 3.1.5 减小源区接触电阻 减小源区接触电阻 当器件制作工艺进入亚微米级时，随着原胞尺寸的缩小，源区面积的减小使得制作接触变得越来越困难，也必然带来了接触电阻的增加。