论文部分内容阅读
VDMOS是微电子技术和电力电子技术融和起来的新一代功率半导体器件。它具有开关速度快、输入阻抗高和负温度系数等一系列优点,广泛应用于开关电源、汽车电子、马达驱动和节能灯等各个领域。耐压能力是衡量功率器件发展水平的一个重要标志。VDMOS的耐压主要由终端结构决定,其中场限环终端结构可以有效地抑制主结边缘曲率效应引起的电场集中,而场板终端结构可以有效地缓解表面电荷对击穿电压的影响,从而提高击穿电压。因此,对VDMOS终端结构的研究具有重要的实用价值。
本文分析了VDMOS的击穿机理,研究了当前普遍采用的场限环和场板终端结构。对于场限环,建立了单场限环结构的优化设计模型,对其电压分布和优化环间距取值进行了理论分析,并将单场限环的优化设计模型扩展到了多场限环的优化设计模型。利用TSUPREM4软件模拟器件的工艺流程,利用MEDICI软件模拟器件的电学特性,通过对器件结构和击穿电压的模拟,对理论分析进行了验证,并进一步分析了环间距、结深、环宽、环数和表面电荷等参数对击穿电压的影响。对于场板,讨论了接触式场板和悬浮式场板两种终端结构,分析了氧化层厚度、场板长度和结深等参数对击穿电压的影响,得到了悬浮场板覆盖环间距离的四分之一时,击穿电压具有最高值这一结论。在对场限环和场板终端结构研究的基础上,结合两者的优点,得到了场限环与场板相结合的复合终端结构,并设计了不同耐压(400V、600V、900V)的VDMOS终端,能够很好地满足击穿电压的要求。
本文最后设计了VDMOS的工艺流程和版图,并在工艺生产线上流片。400V、600V、900V VDMOS的流片结果表明,实验制造的VDMOS终端结构和击穿特性与虚拟制造的VDMOS基本吻合。