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SOI(Silicon On Insulator)横向功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)是功率集成电路的核心器件,实现高压和低阻是功率器件的主要目标。然而,高击穿电压BV需要较长且浓度低的漂移区,因而比导通电阻Ron,sp随耐压升高按Ron,sp∝BV 2.5的关系增加,导致功率损耗增大,即“硅极限”问题。本文围绕以缓解BV和Ron,sp的矛盾关系为目标,提出了三种新型横向功率MOSFET结构,并进行了机理研究、数值仿真和工艺流程设计。(1)提出一种具有低阻通道的槽型SOI LDMOS器件(SOI NBL TLDMOS),该结构具有三个方面特征:SOI层与埋氧层界面上有一层薄的N埋层,漂移区中的氧化槽以及延伸至埋层的槽栅。首先,器件开态时,延伸槽栅侧面形成的电子积累层与高掺杂的N埋层构成低阻导电通道,显著降低了器件比导通电阻。其次,由于高浓度N埋层的作用,根据高斯定理,埋氧层电场增加。再者,氧化槽提高了器件的横向电场,同时增强了器件的多维度耗尽,提高漂移区浓度。最后,氧化槽沿纵向折叠漂移区,从而减小器件元胞尺寸和比导通电阻。通过仿真优化获得SOI NBL TLDMOS的击穿电压为166V、比导通电阻为1.64 m?·cm2。与传统槽栅SOI TG LDMOS(SOI Trench Gate LDMOS)相比,在相同6μm的元胞尺寸下,SOI NBL TLDMOS耐压提高了105%;在相同耐压下,导通电阻降低了80%。(2)提出一种介质场增强低阻的槽型SOI LDMOS器件(SOI LS TLDMOS)。该结构有三方面特征:漂移区中L型氧化槽、槽两侧高掺杂浓度N/P区以及延伸至漂移区的槽栅。首先,L型凹槽内积累反型层电荷提高器件的横向耐压,缩小元胞尺寸;其次,高浓度N/P区被反向耗尽时,N区提高氧化槽和漂移区中电场,横向耐压增加。P区辅助耗尽漂移区以增加漂移区浓度,N区提供低阻导电通道,导致比导通电阻降低;再者,源端的纵向耐压提高会使埋氧层界面产生自适应电荷,界面电荷增强埋氧层电场和器件耐压。最后,薄埋氧层有效地减缓SOI LS TLDMOS的自热效应。通过仿真优化获得SOI LS TLDMOS的击穿电压为179V、比导通电阻为2.7m?·cm2。在相同4μm元胞尺寸下,与常规槽型SOI TLDMOS(SOI Trench LDMOS)相比,新结构耐压提高了58%,比导通电阻降低了65%。(3)提出一种超低导通比导通电阻的槽型SOI LDMOS器件(SOI VSJ TLDMOS),该结构主要特征有:第一,通过在漂移区引入纵向SJ(Super Junction)结构,使横向器件纵向承受耐压,缩小器件元胞尺寸。第二,SJ中P型柱区辅助耗尽N漂移区,增加漂移区浓度,降低比导通电阻。第三,漏区N+层和埋层界面N+层为器件提供了一条超低阻导电通道,缩短了载流子在漂移区内的流通路径,降低比导通电阻。第四,P柱区中的电离受主负电荷与氧化槽右侧极薄的N+硅层中的电离施主正电荷共同作用,优化了整个有源层电场分布,提高器件耐压。通过仿真优化获得新结构的优值有25.2MW/cm2。与常规槽型SOI TLDMOS相比,在相同3.5μm元胞尺寸下,耐压提高了74%,比导通电阻降低了94%。