Transcript 用ISE对P沟VDMOS进行仿真设计

用ISE对P沟VDMOS进行
仿真设计
西安卫光科技有限公司
2010.10.23
引言
功率VDMOS是新一代大功率半导体器件，
主要优点是开关速度快、驱动功率小、安全工作
区宽、温度稳定性好，正在取代传统的双极型大
功率半导体器件，市场需求量巨大，主要是N沟
VDMOS。但在音响功放等应用方面需要N沟、P
沟器件配对使用，因而P沟VDMOS也有一定的市
场需求。本文主要介绍P沟VDMOS的设计。
结构和主要参数
（一）结构
图1 P沟 VDMOS结构示意图
结构和主要参数
（二）主要参数：
（1）最大漏极饱和电流
最大漏极饱和电流由氧化层厚度、沟道的宽长比等
决定
（2）阈值电压
阈值电压由氧化层厚度、沟道表面浓度决定
（3）耐压
耐压由外延层厚度和杂质浓度决定
结构和主要参数
（二）主要参数：
（4）导通电阻
主要包括沟道电阻、JFET区电阻和外延电阻
（5）漏端电压恒定时的跨导
跨导由氧化层厚度和沟道的宽长比决定
（6）栅电荷：
与栅源电容Cgs、栅漏电容Cgd有关
P沟VDMOS的基本参数确定
（一）基片的选择
首先确定衬底的晶向、杂质类型、衬底的电阻率或浓
度（浓度高会使衬底反扩散非常严重，影响器件耗尽层宽
度；衬底浓度过低会加大器件衬底电阻所占比值）。其次
在确定外延层，外延层的电阻率是影响器件耐压与导通电
阻的关键因素，电阻率ρ越大(掺杂浓度越小)，则器件的击
穿电压越大。然而，导通电阻R也相应增大，因此，在满
足击穿要求的前提下，电阻率ρ越小(外延掺杂浓度越大)越
好。
P沟VDMOS的基本参数确定
（二）器件尺寸的设计
器件的单胞尺寸即器件的JFET宽度与元胞体区宽度
之和。由于JFET宽度与元胞体区宽度直接影响电流密度
和特征电阻，为了提高这两个参数指标，除了要使JFET
宽度与元胞体区宽度保持最合适的比例关系，同时还要减
少单胞面积。单胞面积受工艺条件的限制
（三）ISE工艺仿真
P沟VDMOS器件采用多晶硅栅自对准技术制造。是
在有源区形成后，生长栅氧、淀积多晶栅，用栅来做屏蔽，
通过注入、退火等形成器件的源漏区。
P沟VDMOS的基本参数确定
工艺步骤
（1）在<100>P+硅衬底上外延P-外延层；
 （2）热氧化形成场氧化层；
 （3）光刻栅区SiO2，热氧化形成薄栅氧化层；
 （4）CVD淀积多晶硅栅、多晶掺杂；
 （5）N- body注入及推进；
 （6）P+注入/退火，形成P+源区；
 （7）N+注入/退火；
 （8）CVD淀积栅/源隔离介质、光刻源极/栅极引线孔；
 （9）淀积正面铝电极，光刻源极/栅极图形、铝硅合金；
 （10）CVD表面钝化、光刻键合点。

器件模拟和电参数仿真结果
由仿真确定器件的外延层厚度为11μm、电阻率为
5.6Ω·cm，主要的结构参数为：多晶硅栅长12μm；多晶厚
度500nm；N body区结深2.8μm，沟道宽度1.8μm，场氧
厚8000Å，栅氧厚度600Å。
图2 P沟VDMOS仿真结构图
器件模拟和电参数仿真结果
电压仿真
器件模拟和电参数仿真结果
表1 VDMOS器件仿真参数
静态参数
要求值
仿真值
测试条件
BVDS
-100V
-124V
Vgs=0V，Id=1mA
Ron
200mΩ
150mΩ
Vgs= -10V，Id= -11A
Vth
-2～-4V
2.4V
Vds=Vgs，Id= -250uA
Td(on)
35ns
16ns
Tr
85ns
42ns
Td(off)
85ns
57ns
Vdd= -50V
Id= -18A
Rg= 9.1Ω
Vgs= -10V
Tf
65ns
34ns
动态参数
结论
用ISE实现对P沟VDMOS器件结构和
工艺流程的完整设计，能够帮助企业大大
缩短设计生产周期，节约生产成本。
谢谢！