功率VDMOS器件结构与优化设计研究

论文摘要

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。它与早期的MOS管不同,结构上采取了许多改进,因而具有开关速度快、输入阻抗高、负温度系数、低驱动功率、制造工艺简单等一系列优点,在电力电子领域得到了广泛的应用。目前,国际上已形成规模化生产,而我国在VDMOS设计领域则处于起步阶段,因此对VDMOS器件的物理特性及电学特性的研究与建模有着重要实际意义。本文设计了击穿电压分别为60V、100V、500V时的VDMOS分立器件。首先阐述了VDMOS器件的基本结构和工作原理,描述和分析了器件设计中各种电性能参数和结构参数之间的关系。通过理论上的经典公式来确定VDMOS的外延参数、单胞尺寸和单胞数量、终端等纵向和横向结构参数的理想值。然后采用ISE软件对器件特性进行模拟和验证,通过对器件耐压、阈值电压与导通电阻的模拟来对前面计算得到的各个器件参数进行优化,从而得到设计的最优值。接下来根据结构参数,利用L-edit版图绘制软件分别完成了能够用于实际生产的60V、100V、500V VDMOS器件的版图设计。在此基础之上确定了器件的制作工艺流程,并对工艺流水中出现的问题进行了分析。最后,总结全文,提出下一步研究工作的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 VDMOS器件的结构和基本工作原理
• 1.2.1 VDMOS器件的结构特点
• 1.2.2 VDMOS器件的工作原理
• 1.3 VDMOS器件发展历程
• 1.4 VDMOS器件的主要应用领域及发展趋势
• 1.5 本文工作及内容安排
• 第二章 VDMOS器件的理论模型和设计方法
• 2.1 VDMOS器件基本结构
• 2.2 VDMOS工作原理
• 2.3 VDMOS器件的主要参数指标
• 2.4 VDMOS的设计方法
• 2.4.1 VDMOS纵向结构的设计
• 2.4.2 VDMOS横向结构的设计
• 2.5 SOI简介
• 2.6 本章小结
• 第三章 VDMOS器件结构的设计和模拟
• 3.1 纵向参数设计
• 3.1.1 阈值电压Vt
• 3.1.2 漏源击穿电压BVDS
• 3.2 横向单元图形设计
• 3.2.1 元胞图形的优化
• 3.2.2 条形元胞P阱和P阱间距的优化
• 3.2.3 正方形元胞P阱和P阱间距的优化
• 3.2.4 六角形元胞P阱和P阱间距的优化
• 3.3 导通电阻的优化设计
• 3.3.1 沟道电阻Rch的优化设计
• 3.3.2 积累层电阻Ra的优化设计
• 3.3.3 结型管电阻RJ的优化设计
• 3.3.4 漂移区电阻Re的优化设计
• 3.3.5 器件模拟
• 3.3.6 讨论
• 3.4 终端结构设计
• 3.4.1 场板的设计
• 3.4.2 场限环的设计
• 3.4.3 等位环的设计
• 3.5 寄生电容
• 3.5.1 栅漏电容Cgd研究
• 3.5.2 讨论
• 3.6 综合结论
• 3.7 本章小结
• 第四章 VDMOS版图和工艺设计
• 4.1 VDMOS终端结构设计
• 4.1.1 w12.5A60V终端结构示意图及尺寸表
• 4.1.2 w110A100V终端结构示意图及尺寸表
• 4.1.3 w12.5A500V终端结构示意图及尺寸表
• 4.2 VDMOS版图设计
• 4.2.1 版图结构
• 4.2.2 版图设计
• 4.2.3 版图制造
• 4.3 工艺设计
• 4.4 工艺生产中遇到的问题与改进
• 4.4.1 外延质量问题在工艺生产中带来的问题
• 4.4.2 工艺加工中带来的问题
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果