SJ-LDMOST中的襯底輔助耗盡效應(yīng)

　　引言

　　橫向功率DMOST(Double-diffused MOS Transistor)器件自從上世紀(jì)70年代問世以來，作為多子器件，由于具有高的輸入阻抗、好的關(guān)斷特性、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域取代傳統(tǒng)的雙極器件得到廣泛的應(yīng)用。而器件設(shè)計(jì)中面臨的主要折衷就是擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻之間的折衷。對(duì)于滿足RESURF(REdued SURface Field)條件[1]的常規(guī)橫向高壓DMOST，其比導(dǎo)通電阻與擊穿電壓的2.5次方成正比[2]，因此，高的導(dǎo)通電阻限制了橫向DMOST器件在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用?？v向超結(jié)結(jié)構(gòu)(Super Junction，SJ)將器件比導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的次方關(guān)系由2.5降低到1.1[3]。所以，近年來，將超結(jié)引入橫向功率器件設(shè)計(jì)成為業(yè)界廣泛關(guān)注和研究的熱點(diǎn)之一。

　　襯底輔助耗盡效應(yīng)機(jī)理

　　縱向超結(jié)結(jié)構(gòu)同時(shí)兼具高耐壓、低導(dǎo)通電阻特性，但當(dāng)將超結(jié)思想引入橫向DMOST時(shí)，設(shè)計(jì)中首先面臨的是消除襯底輔助耗盡效應(yīng)(Substrate-Assisted-Depletion Effect)[4]。圖1為基于硅基常規(guī)橫向超結(jié)DMOS器件的三維結(jié)構(gòu)圖。由該圖可以看出，常規(guī)LDMOS的N-漂移區(qū)被相間的高摻雜濃度P型和N型柱區(qū)所代替。關(guān)態(tài)時(shí)，電荷嚴(yán)格平衡的P型與N型柱區(qū)相互耗盡，產(chǎn)生較高電場，因而承擔(dān)高的擊穿電壓;開態(tài)時(shí)，高摻雜濃度的N型區(qū)提供了一個(gè)低導(dǎo)通電阻的電流通道。但對(duì)于橫向DMOS器件，由于P襯底和N柱區(qū)之間的相互耗盡，打破了N柱區(qū)和P柱區(qū)之間嚴(yán)格的電荷平衡，使得P柱區(qū)中出現(xiàn)過?？昭?，這種N柱區(qū)和P柱區(qū)之間電荷的不平衡又進(jìn)一步嚴(yán)重惡化了SJ區(qū)的擊穿電壓[5]，即橫向擊穿電壓。

　　襯底輔助耗盡效應(yīng)的消除

　　由上述襯底輔助耗盡效應(yīng)機(jī)理分析知：有限大小電阻率的P型襯底對(duì)N柱區(qū)的耗盡使得P柱區(qū)出現(xiàn)了過剩載流子。消除襯底輔助耗盡效應(yīng)主要有如下兩類：①選用電阻率為無窮大的特殊襯底;②引入額外的N型區(qū)以補(bǔ)償P型區(qū)中的過剩載流子。