雙介質(zhì)埋層SOI高壓器件的研制.pdf

1、SOI(Silicon On Insulator)高壓集成電路(High Voltage Integrated Circuit，HVIC)因其隔離性能好、漏電流小、速度快、功耗低和抗輻照等優(yōu)點(diǎn)已成為功率集成電路重要的發(fā)展方向。作為SOI HVIC的核心器件，SOI橫向高壓器件較低的縱向擊穿電壓限制了其在高壓功率集成電路中的應(yīng)用，為此，國內(nèi)外眾多學(xué)者提出了一系列新結(jié)構(gòu)以提高SOI橫向高壓器件的縱向耐壓。但迄今為止，SOI橫向高壓器件均采用

2、SiO2作為埋層，且當(dāng)前進(jìn)入實(shí)用階段的SOI器件擊穿電壓沒有過600V。
　　本文圍繞SOI橫向高壓器件的耐壓問題，提出了具有雙介質(zhì)埋層的SOI高壓器件新結(jié)構(gòu)。該器件結(jié)構(gòu)的特征在于其埋層由雙氧化層以及兩氧化層之間的多晶硅構(gòu)成，且第一氧化層存在窗口。通過第一氧化層的窗口對(duì)電場進(jìn)行調(diào)制，在多晶硅界面引入電荷而增強(qiáng)第二埋氧層的電場，從而提高器件的縱向耐壓。而且窗口的存在和較薄的第二埋氧層，大大減緩了器件的自熱效應(yīng)。在橫向，結(jié)合場板技術(shù)、

3、降場層技術(shù)來提高器件的整體耐壓。
　　分析了雙介質(zhì)埋層結(jié)構(gòu)的SOI LDMOS的縱向耐壓機(jī)理，該結(jié)構(gòu)利用兩層埋氧承受耐壓，且在多晶硅下界面引入電荷Qs。根據(jù)電位移矢量的全連續(xù)性，界面電荷Qs使第二埋層內(nèi)電場增加，從而提高縱向擊穿電壓，很好地解決了器件的縱向耐壓問題。
　　利用器件二維數(shù)值仿真軟件MEDICI，詳細(xì)研究多晶硅界面的電荷以及頂層硅和氧化層內(nèi)電場分布，分析了開窗口位置大小和埋二氧化層厚度對(duì)耐壓的影響。器件參數(shù)仿真后

4、，借助TSUPREM4對(duì)其工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，對(duì)于第一、二埋氧層厚度分別為2.5μm和0.5μm，頂層硅厚度為20μm的新結(jié)構(gòu)器件，耐壓從常規(guī)結(jié)構(gòu)（2.5μm埋氧層厚度）的597V升高到799V。
　　在理論分析、器件仿真和工藝模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大量的工藝實(shí)驗(yàn)研究，開發(fā)了基于SDB(Silicon Direct Bonding)技術(shù)的非等平面埋氧層SOI材料的制備工藝。此外，設(shè)計(jì)具有雙介質(zhì)埋層結(jié)構(gòu)的SOI LDMOS器