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Technology Innovation and Application研究视界2021年10期
带浮空层的LDMOS器件特性研究
赵婉婉1，冯懿2，陈子馨1
（1.上海电力大学，上海200090；2.国核自仪系统工程有限公司，上海200241）
引言
随着功率半导体器件的不断发展，功率器件逐渐成为人们研究的热门器件。而横向双扩散金属氧化物半导体（LDMOS）作为常用的功率器件，因其制造工艺简单且易实现，一直是人们研究的重点[1]。
电视机排名导通电阻和击穿电压作为LDMOS的重要参数，低导通电阻高击穿电压一直是研究学者研究的主要方向[2]。提高LDMOS器件性能的技术有：超结技术[3]、场板技术[4]、降低器件表面电场[5]等技术。降低器件表面电场（Reduced Surface Field，RESURF）技术，通过辅助耗尽作用，优化LDMOS器件漂移区的电场分布，提升LDMOS器件性能。
随着RESURF技术的不断发展与改善，人们提出了Dou-ble-RESURF及Triple-RESURF结构等改善器件的性能。RESURF技术，主要是通过优化器件的横向电场，提高器件击穿电压，达到改善器件击穿电压的目的。而器件击穿电压大小，不仅与器件横向电场有关，也与器件的纵向电场有关。通过对器件纵向电场的优化，也能有效改善器件的击穿特性。
本文在Double RESURF器件结构的基础上，通过在衬底上引入部分N型浮空层，构建了一种带有部分浮空层的LDMOS（Partial floating layer LDMOS，PFL-LD-MOS）。利用TCAD仿真软件，对器件进行电学仿真，通过对仿真结果的分析与讨论，进一步优化器件的结构参数，改善器件性能。
1器件结构
图1为器件的结构图，其中（a）为PFL-LDMOS结构图，（b）为具有Double RESURF结构的LDMOS（D-LD-MOS），（c）为传统LDMOS（Con-LDMOS）器件结构图。图中Ld表示器漂移区长度，Tepi为浮空层距离器件漂移区的距离以此来表示浮空层的位置，Lf表示器件浮空层的长度。由图可知D-LDMOS相较于传统LDMOS器件，漂移区中掺杂了P型埋层，P埋层辅助耗尽漂移区，改善器件性能。PFL-LDMOS在D-LDMOS的基础上，引入浮空层，在纵向电场上引入了新的电场峰值，优化器件的纵向电场，提高器件击穿电压。
本文所研究的器件漂移区长度Ld为60um，外延层厚度Ts设为20um，衬底掺杂浓度为e14cm-3，P型
埋层浓度为2e15cm-3位于器件表面。
2仿真结果分析与讨论
图2是PFL-LDMOS、D-LDMOS以及Con-LDMOS 器件的电势分布图以及电场分布图。由图2（a）可知，衬底上部分浮空层的引入，使得衬底上的等势线向下延伸，衬底耗尽更完全。PFL-LDMOS器件的击穿电压由D-LDMOS的754V增加到817V；与Con-LDMOS相比，PFL-LDMOS击穿电压增加15%。图2（b）和（c）为器件表面电场以及漏端电场分布图，分析可知，PFL-LDMOS器
中国象棋4399摘要：为提升器件击穿特性，在Double-RESURF器件的衬底上引入N型的浮空层，构建出一种带部分浮空层的LDMOS 器件。利用TCAD仿真软件对器件进行仿真，通过建立二维击穿模型的建立，对器件的结构参数进行优化，实现提升器件的击穿性能的目的。结果表明对器件结构参数进行优化可以改善器件的击穿性能。
关键词：浮空层；LDMOS；击穿电压
中图分类号:TN40文献标志码:A文章编号:2095-2945(2021)10-0063-03
Abstract:In order to improve the breakdown characteristics of a device,this paper introduces N-type floating layer on the substrate of Double-RESURF device,constructs a LDMOS device with part of th
e floating layer.TCAD simulation software was ud to simulate the device,and the structural parameters of the device were optimized by establishing the two-dimensional breakdown model to improve the breakdown performance of the device.The results show that the breakdown performance of device can be improved by optimizing the structural parameters of the device.
Keywords:floating layer;LDMOS;breakdown voltage
作者简介：赵婉婉（1995-），女，硕士研究生，研究方向：功率器件仿真。
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（a ）电势分布图
（b ）表面电场分布（c ）漏端电场分布
图2电势分布图以及电场分布
图
（a ）PFL-LDMOS （b ）D-LDMOS
图1器件结构图
（c ）
Con-LDMOS
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件由于衬底上浮空层的引入，器件纵向电场产生了新的电场峰值，使得器件纵向电场分布向衬底延伸，同时优化了器件的表面电场，使得表面电场分布更加均匀，增大了
器件击穿电压。器件结构参数作为器件设计的重要参数，对器件性能会产生影响。为进一步提升器件性能，通过器件参数的优化，对器件参数与击穿特性间的关系展开研究。
图3为浮空层长度Lf 下，器件击穿特性曲线与电场分布。由图（a ）的仿真结果可以看出，浮空层长度会影响器件击穿特性。随着器件浮空层长度的增加，击穿电压先随Lf 的增加而增加，当浮空层长度等于30um 时，器件击穿电压达到最大值，而后随着浮空层长度增加器件击穿特性较小。当浮空层较短时，器件漏端电场范围较小，且
器件电场在浮空层处产生的峰值较小，电场分布不均匀，器件击穿电压小，击穿特性差。当浮空层长度较长时，器件P 区与N 区无法达到剂量平衡，也会降低器件击穿电压。通过分析可知，相同条件下，当浮空层长度为30um
时，器件击穿特性达到最优。
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3结论
梦到掉头发是什么意思本文提出了一种带有部分浮空层的PFL-LDMOS ，利用仿真软件建立二维击穿模型，通过器件参数优
化改善器件击穿特性。仿真结果表明，浮空层的引入能有效提高器件击穿电压。参数优化结果表明，当浮空层长度为30um 时，器件击穿特性达到最优；参数优化结果为
LDMOS 器件设计提供依据。参考文献院
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2020，109：1136343.（a ）击穿特性曲线（b ）漏端电场分布
图3不同Lf 下，器件击穿特性曲线与
电场分布
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