高可靠性P-LDMOS研究.pdf

维普资讯 第25卷第 12期 半 导 体 学 报 VO1．25，NO．12 2004年 12月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORS Dec．。 2004 高可靠性P—LDMOS研究 孙智林 孙伟锋 易扬波 陆生礼 (东南大学国家专用集成电路系统工程研究中心，南京 210096) 摘要：分析了沟道高电场分布产生原因及各个参数对高电场的影响，提出了两条沟道设计的原则——拉长沟道同 时降低沟道浓度．模拟结果显示，两条原则能够有效地降低沟道两端的两个峰值电场，从而缓解沟道热载流子效 应，提高P—LDMOS的可靠性． 关键词：LDM0S；沟道 ；峰值电场；热载流子效应 EEACC ：2570D ；2560B 中图分类号：TN71O 文献标识码 ：A 文章编号：0253—4177(2004)12—1690—05 行 了分析，最后也没有提出解决问题的方案．文献 1 引言 [14]从工艺流程角度提出了一种沟道设计方法．很 显然，降低沟道电场将缓解沟道热载流子效应，因此 在中等耐压MOs功率器件中，LDMOS(1ateral 对 RESURFP—LDMoS沟道 的浓度分布、沟道长度 double—diffused，MOS)由于其较高的击穿电压 (几 等参数的设计显得至关重要． 百伏)、较短的开关时间(纳秒级)而被广泛应用于打 本文首先对 RESURFP—LDMOS的沟道 电场 印机、电动机、平板显示器等高电压、低 电流领域的 进行了详尽的分析，指出各个峰值产生的原因及影 驱动芯片中．目前人们对 LDMoS研究的焦点主要 响因素，然后提出了沟道设计的两条原则．专业软件 集中在其漂移区及场极板上，通过 RESURF[1]、 Medici模拟结果显示，满足此两原则设计的器件， SUPERJUNCTION[6]、线性浓度漂移区8]、电阻 沟道 电场强度明显降低，从而有效降低了热载流子 场极板[1等技术来实现击穿电压与导通 电阻的折 效应，提高了器件的稳定性与可靠性． 中，但是很少有文章提到沟道的设计及其注意问题． 目前广泛应用的高低压集成芯片中，对于N— 2 沟道下电场分析 LDMOS，栅接标准低压，沟道峰值 电场较小，因此 由沟道 电场引起 的热载流子效应较弱；对于 P—LD— 高低压兼容RESURFP—IDMOS的纵向剖视 MOS，高低压兼容的BCD工艺及 RESURF技术要 图如图1所示，器件各部分尺寸见图中坐标．器件做 求漂移区由离子注入形成，为防串通，沟道 由n阱注 在浓度为 1×1015cm 的n型衬底上，硼注入形成 入形成口¨．复杂的工艺不仅使沟道浓度变化较大， P一区漂移区，注入剂量 1×10 ～5×10cm 2．注入 鸟嘴附近存在高阻区，更重要的是由于开启态栅与 剂量及推进时间需要经过反复模拟优化，使漂移区 漏接同电位，与衬底形成巨大压差，使得沟道下电场 结深及浓度满足RESURF技术，即临界击穿时，漂 强度的峰值很容易接近临界电场，此电场将加剧热 移区左右两端的电场强度同时达到临界电场．磷注 载流子对栅氧化层的轰击，从而增大栅的漏电流，降 入剂量为 1×10¨cm 形成的n阱使沟道浓度远大 低器件可靠性，甚至导致栅击穿．文献[12]从微观的 于漂移区浓度，从而有效防止了串通．两次注入推阱 角度分析了热载流子对栅的影响，但最后并没有指 及杂质的分凝效应使沟道杂质浓度分布异常复杂． 出导致栅击穿的最终原因；文献 [13]从宏观角度进 正常工作时，栅与沟