功率LDM0 S中的場極板設計

摘要：本文提出了LDMOS器件漂移區電場分布和電勢分布的二維解析模型，并在此基礎上得出了LDMOS漂移區電勢分布和電場分布的解析表達式。通過表達式的結果，研究了多晶硅場板的長度和位置對于器件表面電場和電勢的影響，解析結果與MEDICI結果相符。
關鍵詞：橫向擴散金屬氧化物半導體；多晶硅場板；表面電場；表面電勢

0 引言
隨著功率集成電路的飛速發展，功率半導體器件的研究與開發顯得愈發重要。LDMOS是DMOS器件的一種橫向高壓器件。具有耐壓高、增益大、失真低等優點，并且更易與CMOS工藝兼容，因此在射頻集成電路中得到了廣泛的應用。目前LDMOS設計的重點是如何合理緩和擊穿電壓與導通電阻之間的矛盾，并且保證其有較高的穩定性。
場板技術是功率LDMOS器件中使用最為頻繁的一種終端技術。合理的場板設計可以使漂移區的平均電場增加，減小電場峰值，從而達到抑制熱載流子效應，提高擊穿電壓等目的。因此，建立LDMOS的電場分布模型，理論上對場板下的電場分布進行數值分析有重要的現實指導意義。本文將通過建立二維解析模型研究LDMOS的場板的不同結構對于其漂移區電場和電勢的影響，并在此基礎上通過優化場板來提高LDMOS的性能。

1 二維解析模型

LDMOS的橫向切面圖如圖l所示。其中X和Y分別為距漂移區左上角的橫向距離和縱向距離，漂移區分成五部分，各區邊界點的橫坐標分別設為L1、L2、L3、L4和L5。各區對應的襯底耗盡層寬度分別為tis(i=1，2，3，4，5)。柵極下氧化層的厚度為tox1，場板下的氧化層厚度為tox2，漏端下氧化層厚度為tox3。n-drift漂移區的濃度為Nn，厚度為td。P型硅襯底濃度為Nsub，所加柵壓為Vg1，場板所加電壓為Vg2，漏壓Vd。源極和襯底接地。則漂移區的二維電勢分布φ(x，y)滿足二維泊松方程：

其中εo和εsi分別為真空介電常數和Si的介電常數。
由于漂移區是均勻摻雜的，在1區(0≤x≤L1)對式(1)進行y方向的積分可得：

由于Si02／Si界面上的電位移是連續的，忽略Si02中固定電荷，可得：