高壓功率VDMOSFET的設計與研制

摘要：按照功率VDMOSFET正向設計的思路，選取(100)晶向的襯底硅片，采用多晶硅柵自對準工藝，結合MEDICI器件仿真和SUPREM-4工藝仿真軟件，提取參數結果，并最終完成工藝產品試制，達到了500 V／8 A高壓、大電流VDMOSFET的設計與研制要求。結果證明，通過計算機模擬仿真，架起了理論分析與實際產品試制之間的橋渠。相對于原來小批量投片、反復試制的方法，不僅節約了時閽，降低了研制成本，而且模擬結果與實際試制結果之間能夠較好地吻合。針對傳統結終端結構的弊端，提出了一種新型結終端結構，大大提高了產品的擊穿電壓和可靠性。
關鍵詞：功率VDMOSFET；計算機模擬仿真；結終端結構

O 引言
隨著現代工藝水平的提高與新技術的開發完善，功率VDMOSFET設計研制朝著高壓、高頻、大電流方向發展，成為目前新型電力電子器件研究的重點。
本文設計了漏源擊穿電壓為500 V，通態電流為8 A，導通電阻小于O．85 Ω的功率VDMOSFET器件，并通過工藝仿真軟件TSUPREM-4和器件仿真軟件MEDICI進行聯合優化仿真，得到具有一定設計余量的參數值。最后在此基礎上進行生產線工藝流片，逐步調整部分工藝條件，最終實現研制成功。

1 VDMOSFET工作原理
VDMOSFET是電壓控制器件，在柵極施加一定的電壓，使器件溝道表面反型，形成連接源區和漏區的導電溝道。基本工作原理如圖1。

當柵源電壓VGS大于器件的閾值電壓VTH時，在柵極下方的P型區形成強反型層，即電子溝道，此時在漏源電壓VDS的作用下，N+源區的電子通過反型層溝道，經由外延層(N-漂移區)運動至襯底漏極，從而形成漏源電流。
當VGS小于閾值電壓VTH時，柵極下方不能形成反型層溝道。由于外延層(N-漂移區)的濃度較低，則耗盡層主要在外延層(N-漂移區)一側擴展，因而可以維持較高的擊穿電壓。

2 參數設計
2．1 外延層電阻率和厚度
外延層的電阻率ρ越大(摻雜濃度Nepi越小)，則器件的擊穿電壓越大。然而，導通電阻Ron也相應增大。因此，在滿足擊穿要求的前提下，ρ越小(Nepi越大)越好；而從導通電阻的角度考慮，又限定了該電阻率的最大值。所以將在計算機仿真過程中，調整P-body的注入劑量、推阱時間和外延層電阻率、厚度，得出最佳的結構參數。