分离复合介质槽LDMOS研究.pdf

摘要

随着集成电路不断地发展，易集成是半导体器件发展的重要趋势之一。横向功率器件电

极均处于器件表面，制备工艺简单，与其他器件集成方便，是功率集成电路的基础器件。在

横向功率器件设计中，提升其击穿电压（BV）的同时往往伴随着比导通电阻(Ron,sp)的增加，

两者呈现出此消彼长的趋势。因此，获得击穿电压与比导通电阻的折中是横向功率器件设计

者的重要目标。沟槽技术和高K介质技术因其特殊的优势被设计者们广泛研究，本文基于

沟槽技术与高K介质，提出了分离复合介质槽横向功率器件新结构，在保证击穿电压的情况

下，有效降低了器件比导通电阻，提高了器件综合性能。主要工作包括：

（1）提出了一种分离复合介质槽横向双扩散金属氧化物半导体（SCDTLDMOS）新器

件。新器件的主要特征在于漂移区内引入分离复合介质槽，复合介质由二氧化硅与高K介质

组成，同时栅极区域采用基于高K栅介质技术的槽栅结构。栅槽与漂移区分离复合介质槽深

度相同，高K栅介质与漂移区分离复合介质槽内高K介质厚度也相同。工艺制备时栅槽与分

离槽刻蚀可同步进行、高K栅介质与分离槽内高K介质淀积也可同时进行，节约器件制备成

本。新器件漂移区中的分离复合介质槽局部拓展电流纵向传导区域，复合介质槽内高K介质

辅助耗尽漂移区，有效提升漂移区掺杂浓度。同时，金属栅、高K栅介质、半导体漂移区在

器件体内形成MIS电容结构，金属槽栅在开态时使得电子积累层在纵向得到扩展，高K栅介

质使得MIS电容增大，槽栅表面漂移区积累大量的电子，电子积累层密度（EAD）增大，为

器件提供了低阻电流通道，有效降低了器件比导通电阻。仿真结果表明，新器件的击穿电压

2

与传统LDMOS相比基本一致，比导通电阻为29.57mΩ·cm，相比传统器件降低了45.7％，

FOM值提升了83.5％。

（2）设计了分离复合介质槽LDMOS的工艺方案。使用Sentaurus仿真软件进行了新器

件的工艺仿真，研究了工艺制备中的工艺参数及工艺条件。工艺仿真所得到的分离复合介质

槽LDMOS的电性能仿真结果与器件仿真结果进行了对比分析。结果表明器件仿真与工艺仿

真电学特性基本保持一致，验证了工艺方案的可行性，为器件的制备提供依据。

（3）开展了关键工艺单步实验。主要包括光刻、沟槽刻蚀、高K介质淀积等关键工艺

的实验验证。设计了光刻掩模版图形、完成了沟槽刻蚀及高K介质淀积工艺，得到了具体工

艺参数，获得了较好的沟槽刻蚀及高K介质淀积实验结果，确定了工艺方案的可行性，有效

指导器件制备。

关键词:分离复合介质槽，高K介质，击穿电压，比导通电阻，横向双扩散金属氧化物

半导体

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofintegratedcircuits,easyintegrationbecomingan

importanttrenchinthedevelopmentofsemiconductordevices.Thelateralpowerdevicesarebasic

devicesforthepowerintegratedcircuitsbasedonthesimplefabricationprocesswithsurface

electrodesandfacilitatedintegrationwithotherdevices.Inthedesignoflateralpowerdevices,

increasingthebreakdownvoltage(BV)oftenaccompaniestheincreaseofthespecific-onresistance

(Ron,sp),showingatrade-offtrend.Therefore,achievingabalancebetweentheBVandRon,spisthe

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