高壓功率VDMOSFET的設計與研制
加入技術交流群
2．2 閾值電壓
影響閾值電壓的因素主要是P-body濃度NA，柵氧化層厚度tox和柵氧化層的面電荷密度Qss，主要通過調整P阱注入劑量和推阱時間來調節閾值電壓Vth。
此外，柵氧化層厚度tox受柵源擊穿電壓的限制，tox≥VGS／EB，SiO2的臨界電場EB一般為5×106～107 V／cm；由此算得tox的值為30 nm～60 nm；由于P-body為非均勻摻雜，VTH難于用公式準確計算，因此柵氧化層厚度tox和pbody濃度的最佳值需借助于計算機仿真優化來確定。
2．3 導通電阻
對于功率VDMOSFET器件，在不同耐壓下，各部分電阻占導通電阻的比例是不同的。對于高壓VDMOSFET器件，漂移區(外延層)電阻RD和JFET區電阻RJ是主要的。
因此，本設計在滿足耐壓的情況下，采用穿通型結構，以減小外延層厚度，并適當增加JFET區的寬度，從而減小RD與RJ。
2．4 開關時間
優化開關時間的方法包括兩個方面：減小多晶硅柵的電阻RG和減小輸入電容Cin。在輸入電容中，密勒電容CGD是主要的影響因素。
減小多晶硅的電阻RG可以在工藝過程中提高多晶硅的摻雜劑量，在版圖設計過程中增加柵極多晶硅與柵極鋁引線的接觸孔；減小輸入電容Cin主要是減小密勒電容CGD，即要增加柵氧化層厚度tox，這會加大閾值電壓VTH，因而需要折中考慮。本文引用地址：http://www.104case.com/article/187730.htm
3 橫向結構設計
3．1 元胞結構選取
由于正三角形元胞的電場容易集中，導致漏源擊穿電壓的降低；六角形元胞的對角線與對邊距的比值為，小于方形元胞的對角線與邊長的比值，電流分布的均勻性好，曲率效應小；圓形元胞犧牲率(即A’／Acell，其中A’為元胞邊緣結合處電流不能流過的無效區面積，Acell為元胞總面積)大于六角形元胞。
因此，本文所設計的500 V高壓VDMOSFET器件采用正六角形“品”字排列的元胞結構。
3．2 柵電極結構
功率VDMOSFET由很多小元胞單元并聯組成。而由于柵極多晶硅電阻的存在，使得在一定的柵極偏壓下，離柵極壓焊點較遠的元胞溝道不能充分開啟。因此，為了降低柵電極材料電阻的影響，通常將柵極壓焊點處的金屬引伸到離壓焊點較遠的元胞單元處。本文所設計的功率管從壓焊點處引伸3條金屬條并與下面的多晶硅相接觸。
3．3 結終端結構設計
傳統的場板與場限環相結合的結終端結構如圖3所示。設計時，如果場板和保護環的間距過大，場板下的耗盡層擴展到保護環之前PN結就首先擊穿，保護環將起不到作用。
本文研究的新型結終端結構(如圖3所示)，是采用場板覆蓋保護環的方式，避免了傳統場板與場限環結構的設計難題，而使其簡單化。
這種結構在版圖設計上通過增加鋁場板的長度來實現，比較容易控制，使得金屬覆蓋過離主結最近的場限環，它不僅起到了場板和場限環的效果，又避免了傳統結構在場板的邊緣產生新的電場峰值，避免了電壓在場板邊緣和場限環之間的提前擊穿。
評論