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高压LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)是高压集成电路(High Voltage Integrated Circuit,HVIC)和智能功率集成电路(Smart Power Integrated Circuit,SPIC)中的关键器件。与VDMOS(Vertical Double-diffused MOSFET)相比,它具有低成本、工艺简单、与超大规模集成电路(Very Large Scale Integration,VLSI)兼容性好等优势。为了提高LDMOS的性能以及与低压CMOS工艺的兼容性,设计具有高击穿电压和低导通电阻的器件结构是当前LDMOS研究的热点。由于SOI(Silicon On Insulator)技术具有漏电流小、隔离性能好、集成度高、抗辐射等优点被广泛应用于先进的高压集成电路。它常与LDMOS相结合构成SOI基的LDMOS,然而与体硅技术相比,SOI LDMOS的衬底不参与耐压,而顶层硅与埋氧层的厚度又受限于自热效应,这导致器件的纵向耐压很低,限制了其在功率集成电路中的应用。本文在解决击穿电压和导通电阻之间矛盾的基础上,设计和研究了以下三种高压LDMOS的新结构: (1)一种具有顶层电流路径的新型SOI LDMOS结构。此结构由上下反向堆叠在一起的两部分构成,上半部分提供额外的电流路径以增大输出电流,下半部分引入等间距电荷岛以提高击穿电压。仿真优化的结果表明,相比于常规SOI LDMOS结构,耐压从210V提高到600V,提高幅度达到185%;与常规电荷岛SOI LDMOS结构相比,导通电阻从35.3Ω·mm2降低到26.4Ω·mm2,下降了约25%。 (2)一种具有均匀等间距电荷岛和背面蚀刻技术的新型堆叠LDMOS结构。此结构由上下反向堆叠在一起的两个LDMOS构成,上方的LDMOS引入等间距电荷岛,下方的LDMOS采用背面刻蚀技术。该结构在上层SOI器件介质层上界面注入形成一系列等间距的高浓度 N+ 区。基于介质场增强原理以及电荷之间的相互作用,使得器件的耐压提高。仿真优化的结果表明,相比于单管的常规LDMOS结构,耐压从210V提高到了630V,提高幅度达到200%,导通电阻相对于传统的电荷岛结构由48.2Ω·mm2减小到31.7Ω·mm2,减小幅度34.2%。 (3)一种具有衬底二阶场板和变K埋氧层的新型SOI LDMOS结构。该结构在埋氧层引入衬底二阶场板和变K介质,其中衬底二阶场板调制漂移区电场分布,提高器件的横向耐压;变K介质不仅能改善横向电场,而且漏极下方的低K介质能提高器件的纵向耐压。仿真结果表明,相比于常规SOI LDMOS结构,耐压从118V提高到了221V,提高幅度达到87.3%;导通电阻从7.15mΩ·cm2降低到3.81mΩ·cm2,下降了约46.7%。