高壓BPSOI功率器件的擊穿特性和可靠性分析.pdf

1、SOI(Silicon on Insulator)集成電路具有泄漏電流小,寄生電容小,功耗小,集成度高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),已成為功率集成電路(Power Integrated Circuit，PIC)重要的發(fā)展方向。SOI功率器件作為集成電路的核心和關(guān)鍵,受到了國(guó)際上眾多研究人員的關(guān)注,研究人員通過(guò)各種方法,改變SOI器件的基本工作模式和器件結(jié)構(gòu)以提高SOI器件的性能。本章研究的BPSOI結(jié)構(gòu)器件就是一種新型的高壓功率器件。該器件在P

2、SOI結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,在靠近源端的襯底中注入p型埋層,利用p型埋層和SiO埋層的電場(chǎng)調(diào)制作用,調(diào)節(jié)器件表面的電場(chǎng)分布,使得漂移區(qū)表面電場(chǎng)出現(xiàn)新的峰值從而分布趨于均勻,提高了器件的擊穿電壓;并且由于p型埋層的電中性作用,降低了導(dǎo)通電阻。
　　但目前對(duì)BPSOI功率器件的研究還存在一系列問(wèn)題,缺少解析分析,物理意義不明確等等。因此本課題對(duì)BPSOI功率器件的擊穿電壓,體內(nèi)溫度分布以及熱載流子效應(yīng)展開了研究,建立了器件的電場(chǎng)/電勢(shì)模型以及

3、溫度模型,這將有助于研究者了解BPSOI器件的擊穿特性以及溫度特性,并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
　　本課題首先研究了BPSOI功率器件的擊穿特性。通過(guò)求解二維泊松方程,建立了器件漂移區(qū)表面電勢(shì)和電場(chǎng)分布解析模型,并將解析模型與二維器件模擬軟件MEDICI的模擬結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了該模型的有效性。隨后借助此模型,詳細(xì)的研究了器件的主要參數(shù),如多晶硅場(chǎng)極板的長(zhǎng)度,埋層的長(zhǎng)度以及厚度,襯底摻雜濃度對(duì)表面電場(chǎng)的影響,最后還給出了擊穿電壓和埋氧層

4、厚度的關(guān)系。這些分析將有助于設(shè)計(jì)者對(duì)BPSOI結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而獲得最高的擊穿電壓。
　　BPSOI結(jié)構(gòu)提高了擊穿電壓,并在一定程度上緩解了SOI結(jié)構(gòu)的自熱效應(yīng),非常適用于高壓功率集成電路中。但當(dāng)BPSOI功率器件工作在大電流、大電壓的環(huán)境下時(shí),在器件漂移區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)和漏端下方局部埋氧層的共同作用下,表面硅膜層的溫度很容易急劇上升,因此BPSOI功率器件體內(nèi)的自熱效應(yīng),仍然是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。因此本文提出了器件工作時(shí),硅膜層的

5、二維溫度分布模型,通過(guò)該模型可以清楚的掌握器件各部分的溫度分布,從而結(jié)合器件的電場(chǎng)分布模型對(duì)器件參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,該模型還為器件其他熱問(wèn)題的分析提供了基礎(chǔ)。
　　最后,本文還研究了BPSOI功率器件的熱載流子效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。通過(guò)MEDICI軟件詳細(xì)的模擬了BPSOI功率器件在不同的應(yīng)力的條件下,器件的飽和電流以及閾值電壓的衰退情況。通過(guò)器件表面的電場(chǎng)、電子溫度分布狀況,以及場(chǎng)氧化層\柵氧化層中熱載流子注入情況來(lái)分析了不同應(yīng)