Transistor semiconductor de óxido metálico de doble difusión lateral de resistencia específica ultrabaja con doble puerta mejorada y capa parcialmente enterrada en P

Resultados y discusión

La Figura 1a muestra la sección transversal esquemática de LDMOS de resistencia específica ultrabaja con puerta doble mejorada y capa parcial P enterrada. El LDMOS presenta la puerta doble con capa N-enterrada y la capa parcial P-enterrada que contribuye a reducir R _{encendido, sp} y mejorar la VB, respectivamente. En la región del canal, la puerta doble mejorada está formada por una puerta de trinchera y una capa enterrada con N altamente dopada. En comparación con la estructura convencional de doble puerta, la capa N-enterrada reduce significativamente la resistencia de la región del canal al proporcionar una ruta de conducción de baja resistencia debajo del pozo P en el estado encendido. En la región de deriva, la capa parcialmente enterrada en P con alta concentración de dopaje se introduce debajo de la región de deriva de N para mejorar la VB mientras se mantiene un R bajo _{encendido, sp} . La capa parcialmente enterrada en P ayuda a reducir el campo eléctrico vertical en el estado apagado sin romper el equilibrio de carga en la región de deriva. El tamaño de la clave del dispositivo novedoso se enumera en la Tabla 1.

un Vista esquemática de la sección transversal de LDMOS de resistencia específica ultrabaja con puerta doble mejorada y capa enterrada en P parcial. b Resistencia activa equivalente esquemática para el LDMOS propuesto

La Figura 1b muestra el modelo de resistencia equivalente esquemático para el LDMOS propuesto. La on-resistencia total se considera como la resistencia de la región de deriva ( R _d ) y la resistencia de la región del canal ( R _c ) en series. En la región del canal, el camino de conducción del canal de superficie es paralelo al camino de conducción del canal de trinchera. Por lo tanto, R _c es igual a ( R _chs + R _acc ) // ( R _cht + R _nb ), donde R _chs , R _acc , R _cht y R _nb son las resistencias del canal de la puerta de superficie, la región de acumulación, el canal de la puerta de la zanja y la capa N-enterrada, respectivamente. Basado en el modelo de resistencia propuesto, la reducción de R _c lograría al disminuir R _nb sin afectar las otras prestaciones, porque las otras resistencias están determinadas principalmente por la tecnología de proceso, la tensión de funcionamiento y la tensión de umbral. La R _d se ha reducido mediante la introducción de una capa enterrada con P debajo de la región de deriva de N para mejorar el efecto Reducir el campo de superficie (RESURF) en nuestro trabajo anterior. En este trabajo, se adopta la capa enterrada de P parcial para mejorar el BV mientras se mantiene el bajo R _d .

Apuntando a la reducción de R _c , la capa N-enterrada con alta concentración de dopaje se introduce debajo del pozo P. La figura 2 muestra R numérica y analítica _c en función de la concentración de dopaje de la capa N-enterrada ( N _nb ) con puerta simple y puerta doble. Se indica que la estructura de doble puerta ayuda a reducir R _c en comparación con la puerta única. Cuando N _nb = N _d =5,5 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ , R _c es 110 mΩ. Según el modelo de resistencia, R _nb es el principal contribuyente a R _c . Y luego, la R _nb se desea disminuir con el objetivo de reducir R _c . Como se muestra en la Fig. 2a, R _c se reduce con N _nb creciente. Cuando N _nb =1,35 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , R _c se reduce a 85 mΩ. Sin embargo, la Fig.2 también muestra que N _nb estaría limitado por el desglose por perforación. Debido a la adición de una puerta de trinchera, R _c se reduce en primer lugar en un 34% con N _nb = N _d =5,5 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ . Como N _nb aumenta, R _c disminuye continuamente. Con N optimizado _nb =1.05 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , R _c se reduce en un 45% por fin. Cuando N _nb > 1.05 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , se producirá una ruptura de perforación en el pozo P. El resultado analítico de R _{encendido, sp} que se muestra en la Fig. 2 indica que el modelo propuesto proporciona un buen ajuste con los resultados de la simulación numérica. Por lo tanto, el modelo es creíble para guiar el diseño de optimización.

R numérico y analítico _c en función de N _nb con puerta única y puerta doble ( Z =1 cm). N _d es la concentración de dopaje de la región de deriva N

La figura 3a muestra BV numérico en función de N _nb con diferente concentración de dopaje de P-well ( N _pwell ). N _nb tiene un efecto no solo en la R _c , sino también el BV. Para un N dado _pwell , BV se mantiene sin cambios en una pequeña N _nb y luego disminuye con N _nb creciente. Cuando N _nb aumenta a 1,2 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , BV comienza a disminuir con N _pwell =2 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . La caída de BV se atribuye a la rotura por perforación en la región del pozo P, como se muestra en la Fig. 3b. A medida que aumenta el voltaje de drenaje, la región de agotamiento en el pozo P se extiende hasta la fuente. Cuando la región de agotamiento ataca la unión del pozo N + / P, se produce la ruptura por perforación. Para un N grande _pwell , el agotamiento se extiende principalmente a la región de deriva y se evita la rotura por perforación sin degradar el BV. Aunque el pozo P con alta concentración de dopaje se beneficia de evitar la ruptura por perforación, mejoraría el voltaje de umbral. Por lo tanto, N _pwell de 2 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ se elige teniendo en cuenta el voltaje umbral y la compensación entre BV y R _{encendido, sp} .

un BV numérico en función de N _nb con diferentes N _pwell . b Perfil de densidad de corriente para N _nb =10,5 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ y 14,5 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ mientras que N _pwell =2 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ en avería

Para lograr una R baja _d y alto BV, se introduce una capa parcialmente enterrada en P debajo de la región de deriva de N. La figura 4a muestra BV en función de Δ L _pb con diferentes N _pb . Para un N dado _pb , como Δ L _pb aumenta, BV aumenta y luego disminuye ligeramente. Cuando Δ L _pb =0,1 μm, N _pb =1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , BV alcanza el valor máximo 43 V. La plaquita muestra el perfil del contorno equipotencial con N _pb =1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . Se indica que el contorno equipotencial en la estructura de la capa enterrada en P parcial se extiende más al sustrato en comparación con la capa enterrada en P completa. La Figura 4b muestra la distribución del campo eléctrico en la superficie y la interfaz de unión P-enterrada / N-deriva. Para LDMOS convencionales optimizados, la ruptura ocurre generalmente en la interfaz N-deriva / P-enterrado. Para el LDMOS propuesto, la unión de N-deriva / P-sub reemplaza la unión de N-deriva / P-enterrado para relajar el campo eléctrico vertical y extender la región de agotamiento, lo que da como resultado un BV más alto mientras se mantiene bajo R _d .

un BV en función de ΔL _pb con diferentes N _pb . La plaquita es el perfil de contorno equipotencial con N _pb =1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . b Distribución del campo eléctrico en la superficie y la interfaz de unión P-enterrada / N-deriva

Se requiere un equilibrio de carga entre la deriva de N y la capa enterrada de P parcial para lograr un BV alto. La figura 5a muestra que BV y R numéricos y analíticos _{encendido, sp} en función de la concentración de dopaje del P-enterrado ( N _pb ) para diferentes N _d . Para un N dado _d , BV tiene un valor máximo con variado N _pb y el máximo de BV aumenta con la disminución de N _d . Sin embargo, R _{encendido, sp} se puede aumentar como N _d decreciente. Debido a BV requiere más de 40 V, el N _d =5,5 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ y N _pb =1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ son elegidos. La figura 5b muestra BV y R numéricos y analíticos _{encendido, sp} en función del grosor de la capa STI ( T _sti ). T _sti tiene un fuerte impacto en BV y R _{encendido, sp} , y debe diseñarse y optimizarse cuidadosamente al igual que nuestro trabajo anterior [21]. Para T _sti <0.3 μm, el punto de ruptura debajo del borde de la placa de campo polivinílico tiene un pico de campo eléctrico alto. Como T _sti aumenta, el pico del campo eléctrico se relaja y luego BV aumenta. Para T _sti =0,3 μm, se obtiene un BV de 43 V. Para T _sti ≥ 0.3 μm, el pico del campo eléctrico debajo del borde de la placa de campo polivinílico es lo suficientemente bajo, como resultado, el punto de ruptura se transfiere a la unión P / N debajo del lado del drenaje. Como T _sti aumenta, BV aumenta y luego se satura.

un BV y R numéricos (línea de puntos) y analíticos (línea sólida) _{encendido, sp} como funciones de N _pb para diferentes N _d . b BV y R numéricos (línea de puntos) y analíticos (línea sólida) _{encendido, sp} como funciones de T _sti

La Figura 6 muestra el punto de referencia de las tecnologías Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) existentes y el LDMOS propuesto. Aparentemente, la tecnología de proceso para LDMOS propuesto es compatible con nuestra tecnología BCD desarrollada que logró el mejor rendimiento de su clase de LDMOS. En el proceso de fabricación del LDMOS propuesto, la capa N-enterrada podría compartir la misma máscara con el P-well. Para el LDMOS propuesto, R _{encendido, sp} es de 8,5 mΩ · mm ² mientras que BV =43 V, que se reduce en aproximadamente un 37% en comparación con nuestro trabajo anterior.

El punto de referencia de las tecnologías BCD existentes y el LDMOS propuesto