數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用●應(yīng)用研究.高壓VDMOS的設(shè)計(jì)郝曉波(西安衛(wèi)光科技有限公司陜西西安710065)摘要;本文通過VDMOS的電參數(shù)來確定其鮚構(gòu)參數(shù)。通過擊穿電壓來確定外延層的厚度和電阻率。通過閼值電壓來確定柵氧的厚度。由飽和電流的表達(dá)式可知無胞的最大通態(tài)電流。尋通電阻和擊穿電壓是兩個(gè)櫚互矛盾的參數(shù),增加擊穿電壓和降低導(dǎo)通電阻對(duì)器件尺寸的要求是矛盾的。關(guān)鍵詞:VDMOS結(jié)構(gòu) 謾計(jì)指標(biāo) 版圈中圖分類號(hào):TN386.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9416(2010)08-0101-021引電阻率.增加?xùn)砰L(zhǎng)、降低p-body的結(jié)深(圖V_=(-Q,-9Q3)/Cx+2φn+中ws (1)本文主要善于公司VDMOSPET研發(fā)罱1中的P即為p-body).而高的耐壓容量要φmg是高濃度N+摻雜的多晶硅柵和P-求,研究設(shè)計(jì)井實(shí)現(xiàn)了200V/9A功率VDM0求: 增加外延厚度.增加外延電阻率、戰(zhàn)小body區(qū)的接觸電勢(shì) .中p。是強(qiáng)反型下的表面S器件.本文分析了VDMOS的結(jié)構(gòu)。通過VD槽長(zhǎng),p-body的結(jié)深對(duì)耐壓的影響取決于p勢(shì),Q。是反型層剛形成時(shí),耗盡層中單位面MOS的擊穿電壓、最大漏極通態(tài)電流、閾值-body間距的減小和外延 耗盡厚度的減薄積對(duì)應(yīng)的電 簡(jiǎn).Qg是Si- -Si02界 面雜質(zhì)引入電壓、導(dǎo)通電阻等電參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的要哪個(gè)因素對(duì)耐壓的影響更大.高壓VDMOS的電荷,它通常帶負(fù)電。求來確定對(duì)應(yīng)的外延層厚度、溝道長(zhǎng)度、P的靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要矛盾集中 在外延中wms=(V)poly-(φJ(rèn)w =(kT/q)n(N.N阱深度和寬度、N+區(qū)結(jié)深和寬度. P溝道區(qū)的選擇、構(gòu)長(zhǎng)及p-body的結(jié)深的確定上。/n,)≈0. 5Eg/q+(kT/q)n(N,/n) (2)深度和霓度、柵氧化層厚度、元胞的尺寸，(Vi)poly是 多品硅的表鹵勢(shì),()o,是P元胞間的距離。最后根據(jù)其橫向尺寸形成.3擊穿電壓VaAD-body區(qū)的表面勢(shì),n是硅中本征載流子濃版圖。擊穿電壓是200V時(shí)，對(duì)應(yīng)的外延層厚度度。大約為20u m左右該擊穿電壓對(duì)應(yīng)的外延9。=- 2(qε。ε NA)1/2(3)2設(shè)計(jì)指標(biāo)層的摻雜濃度約為N[=1.5X 10'*cm-3,Ng對(duì)φp=(kT/q)In(N,/n)(4)預(yù)計(jì)產(chǎn)品滿足的參數(shù)條件為(Ta=25C)應(yīng)的電阻事約為 p =6∩●cm.W=10.7μm.將N,=1.34x 101*cm-)代入(4),得如表1所示。中pg=0.48V.設(shè)計(jì)高壓的VDMOS器件,希望得到高4閾值電壓Va&(t)將該結(jié)果代入(3),得Q,=-6.52x 10-C.的耐壓容量，低的導(dǎo)通電阻。降低導(dǎo)通電阻對(duì)于多晶硅柵的NMOS管,關(guān)值電壓可cm-的方法主要是:減薄外延厚度.降低外延的寫 作:將各參數(shù)的值代入(2),得中ns: =0.93V。將各參數(shù)的值代入(1),得Vx=(6.52X1G0-9Q9)/(3. I9x 10-1/t )+0.96V +0.93V.。其中QSS的值由工藝因素來決定.若Q取為理想值3.2X10-*C.cm-2,則V.=2.S時(shí),t。+(N+=60nm。h P+5導(dǎo)通電阻Ros(on) .R_=(ps/8)(s+a)/a(a+2s)](s+a)2m(1+a/s)-as- -a2/2]5)Rj=p w/{-gs/(s+a)P}(6g是p阱面積和單位元胞面積比值的平+方根,六角形元胞中,a=0時(shí):圉1 VDMOS的結(jié)構(gòu)21g=lim_→0{vs/(V3/2)(s+a)}=1.07467)R=p (s+a)/(4g)n {(s+a)-g(s'-2 Ww"'I(s+a)+g sl/(sta+g(s*-2 w_)[ls+a)-g s'l]}+p(W._-W..' )a'=a-2 0,s'=s+20 (90≈0,或者為耗盡區(qū)的寬度。一般VDMOS的溝道長(zhǎng)度在2μ m左右，vepiN+區(qū)擴(kuò)數(shù)窗門胞特征尺寸為1μ m工藝中國(guó)煤化工1μm或稍大一些,再考n~YHC N M H G效應(yīng)，N+區(qū)的寬度為21+μm.田此N+區(qū)時(shí)結(jié)深為0.59um.元胞內(nèi)N+區(qū)之間的距離取1 u m.則圖2中的s=9μ圖2導(dǎo)通電阻的構(gòu)成31m.P+區(qū)的尺寸正好在N+區(qū)下起到減小寄數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用●應(yīng)用研究●生晶體管基區(qū)電阻的作用,尺寸取3μ m.積→第一次致密→光刻接觸孔→第二次致延電阻事. 堿小柵長(zhǎng),p-body的結(jié)深對(duì)耐壓Ron=Rn+R,+R.+R.n=112830 (10) 密 →淀積Al→金屬光鍘→金屬腐蝕→鈍化的影響 取決于p-body間距的減小和外延耗要使導(dǎo)通電阻達(dá)到要求的小于0.40,淀積→鈍化孔光鍘→鈍化孔腐蝕→合金→?盡厚度的減薄哪個(gè)因素對(duì)耐壓的影響 更并留有余量,按小于額定值的70%算，至少測(cè)試大。高壓VDMOS的靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要要并聯(lián)40300個(gè)元胞。測(cè)試參數(shù)如表2所示。矛盾集中在外延的選擇柵長(zhǎng)及p-body的結(jié)深的確定上。6通態(tài)電流ID9第二次投片(.()=(C."un Z/2L)(Vg-V) (11)從表2的數(shù)據(jù)可以看出所有的芯片的參考文獻(xiàn)利用式(12),t。按照60nm計(jì),V。按通態(tài)溯電流都偏小。隨著外延層濃度的降低,擊[1] 楊晶琦.電力電子器件設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)電流的測(cè)試條件SV計(jì),Vn按2V計(jì),單個(gè)元.穿電壓會(huì)增高.即可以通過提高外延層電[M].國(guó)防工業(yè)出版社, 199:89-90.胞的柵寬按2μm量級(jí)計(jì)，則單個(gè)元胞的最阻率來提高擊穿電壓。由于 在仿真時(shí),導(dǎo)通[2]B.J.Baliga.IEDM 86 Technical Digest,大通態(tài)電流可以是1.8mA.電阻按設(shè)計(jì)值的70%考慮,留有的余量不.pp 102-105(1986). .多,所以電阻率也不能增加太多。芯片中心7版圖設(shè)計(jì)的元胞，根據(jù)計(jì)算和仿真都達(dá)到了設(shè)計(jì)指本文研充V DMOS的元胞和阱的形狀為標(biāo)的要求。擊穿電壓過低也有可能 是結(jié)終六角形.元胞的長(zhǎng)度為16μm,阱的尺寸為端的設(shè)計(jì)不夠理想所致。但考慮的修改版10μ m.圖所帶來的巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),決定采取提高在圖3中,1.場(chǎng)銀12、薄柵氧;3、多晶硅;外延層電阻率的解決辦法。4. USG+BPSG(無摻雜sio2和摻B, P兩元素從表3可以看出，芯片的電參數(shù)均符合的sio2)15.鋁16. USG+氮化硅。要求。8第一次投片10結(jié)語元胞按照設(shè)計(jì)條件生產(chǎn)VDMOS,生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)高壓的VDMOS器件,希望得到高為:外延→場(chǎng)氧化→刻蝕有源區(qū)→P+注入的耐壓容量，低的導(dǎo)通電阻。降低導(dǎo)通電阻→柵氧氧化→淀積多晶硅→多晶硅摻雜→的方法主要是:減薄外延厚度、降低外延的引械孔光刻多晶硅→P阱注λ→退火氧化→刻蝕S電陽率、增加?xùn)砰L(zhǎng).降低p-body的結(jié)深,而i02-→光刻,N+注入→光刻,推阱-→USG淀高的耐壓容量要求:增加外延厚度、增加外.表1 VDMOS的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)‘測(cè)試條件單位最小最大VaRnssVos=0V lb=ImA200LLVe. =sV_A__Vsasy .Vc=Vxs lb=1mAT2vVes =10V Ib=6A .0.4LVx=200V Vo=0V1000nAL lesVo=t 20V Vo=0V100圜3光刻版示意圜表2第一次投片后的測(cè)試參數(shù)lusViRnsVr=200VVos=SVVos=Vxs Ios =1mA| Vos =20V Vos=0V| Vo=- 20V Vx=0VVx=0VVo=0V Io=ImAl 2.14E+004.00F-114.00E-114.00E-09 7.82E+019.43_ 2.03E+002.60E-09-2.48E-094.00E-09 7. 58E+019.352.03E+001.00E-096.80E-10-2.52E- -077.65E+019.45L 2.02E+00.1.64E-09-3.80E-09-1.24E-07 」6.27E+010.47表3第二次投片后的測(cè)試參數(shù)VapossVasrsupssLs| losVo≈0V lb=ImA| Va=V∞ Io= =1mAVos=200VVo=20VVus=SVVus=OV中國(guó)煤化工_2.33E+022. 36E+00.1.52E-07 ↓1.60B-12.32E+02 .1.32E-07 I 3.81E-090HCNMHG182.32E+02L 2.37E+001.24E-07 1.54E-09-1. 13E-089.3[ 2.31E+022.37E+00_ 1.20E-07 」-4.48E-09-1.50E- -08L 9.35102. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用方數(shù)據(jù)