《VDMOSFET的设计及仿真验证》由会员分享，可在线阅读，更多相关《VDMOSFET的设计及仿真验证（125页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第9章 VDMOSFET的设计及 仿真验证,2018/10/16,2/125,本章内容,VDMOSFET概述 VDMOSFET元胞设计 VDMOSFET终端结构设计 VDMOSFET ESD防护结构设计,浙大微电子,2018/10/16,3/125,本章内容,VDMOSFET概述 VDMOSFET元胞设计 VDMOSFET终端结构设计 VDMOSFET ESD防护结构设计,浙大微电子,2018/10/16,4/125,VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET，垂 直双扩散MOSFET）与双极型功率晶体管相比具有许多优良性 能： 输入阻抗高 开关速度快 工
2、作频率高 易驱动等特点 因此，被广泛地应用于节能照明、开关电源、汽车电子、 通讯等领域。,浙大微电子,2018/10/16,5/125,VDMOS器件是在高阻外延层上采用平面自对准双扩散工艺，利用两次扩散结深差，在水平方向形成MOS结构多子导电沟道的单极器件。它的源极和漏极分别位于芯片的上下两面，形成垂直电流通道，这种结构可以实现较高漏源之间的击穿电压，因此特别适合用来制作高压MOS器件。,VDMOS结构图,浙大微电子,2018/10/16,6/125,VDMOS器件利用电场控制表面沟道的载流子达到开启和关断的功能。 VDMOS器件高压主要由N-漏区和沟道所在P-区的PN结反偏形成。为了实现高
3、压，必须降低外延层的掺杂浓度或者增大外延层的厚度，这会引起VDMOS器件导通电阻的增加，因而需要在高击穿电压和低导通电阻中间进行折衷。,浙大微电子,2018/10/16,7/125,因此，VDMOS的设计主要包括中间元胞的设计和边缘 终端结构的设计；目前，很多产品为了增强抗ESD （electro-static discharge，ESD）能力，还专门设计有 ESD防护结构。 VDMOS的电学参数主要包括静态参数和动态参数，以 及ESD方面的HBM值等。,浙大微电子,2018/10/16,8/125,静态参数包括 导通电阻 阈值电压 漏源击穿电压等 动态参数主要包括 器件导通时的延迟时间和上升
4、时间 器件关断时的延迟时间和下降时间等。,浙大微电子,2018/10/16,9/125,200V/40A VDMOSFET的主要技术指标,浙大微电子,2018/10/16,10/125,浙大微电子,2018/10/16,11/125,本章内容,VDMOSFET概述 VDMOSFET元胞设计 VDMOSFET终端结构设计 VDMOSFET ESD防护结构设计,浙大微电子,2018/10/16,12/125,VDMOSFET元胞设计,结构参数及工艺参数 工艺流程 工艺仿真 器件仿真 器件优化,浙大微电子,2018/10/16,13/125,VDMOSFET元胞设计,结构参数及工艺参数 工艺流程 工
5、艺仿真 器件仿真 器件优化,浙大微电子,2018/10/16,14/125,元胞结构剖面（1/2个元胞）,浙大微电子,2018/10/16,15/125,VDMOSFET元胞设计,结构参数及工艺参数 工艺流程 工艺仿真 器件仿真 器件优化,浙大微电子,2018/10/16,16/125,一般VDMOS的主要制造工艺,浙大微电子,2018/10/16,17/125,主要步骤形成的对应结构图,浙大微电子,2018/10/16,18/125,VDMOSFET元胞设计,结构参数及工艺参数 工艺流程 工艺仿真 器件仿真 器件优化,浙大微电子,2018/10/16,19/125,1、工艺及掩模参数设定,设
6、定的工艺、掩膜版参数表,浙大微电子,2018/10/16,20/125,浙大微电子,2018/10/16,21/125,2、仿真程序,$ TSUPREM-4 VDMOS Application MASK IN.FILE=mask_vdmos.tl1 ASSIGN NAME=EPITHIC N.VALUE=15 ASSIGN NAME=EPIRESSI N.VALUE=6 ASSIGN NAME=PBODYENERGY N.VALUE=80 ASSIGN NAME=PBODYDOSE N.VALUE=3E13 ASSIGN NAME=PBODYTEMP N.VALUE=1150 ASSIGN N
7、AME=PBODYTIME N.VALUE=125 ASSIGN NAME=PPENERGY N.VALUE=60 ASSIGN NAME=PPDOSE N.VALUE=1E15,浙大微电子,2018/10/16,22/125,$ 1. Set mesh MESH LY.SURF=0.2 DY.SURF=0.1 LY.ACTIV=EPITHIC +LY.BOT=EPITHIC DX.MAX=0.75 METHOD ERR.FAC=1.0 $ 2. Select models METHOD COMPRESS $ 3. Initialize structure INITIALIZE WIDTH=9
8、.5 IMPURITY=ARSENIC +I.RESIST=EPIRESSI,浙大微电子,2018/10/16,23/125,$ 4. Plot initial mesh SELECT TITLE=“Initial Mesh“ PLOT.2D SCALE GRID C.GRID=2 $ 5. Field oxide grow and active area etch DIFFUSE TEMP=1250 TIME=305 F.H2=8 F.O2=6 SAVEFILE OUT.FILE=After_F-ox.tif TIF SELECT TITLE=“Field oxide grow“ SOURC
9、E PLOTFILE ETCH OXIDE $ 6. P+ implantation DEPOSIT PHOTORES NEGATIVE THICK=1 SPACES=2,浙大微电子,2018/10/16,24/125,EXPOSE MASK=PP DEVELOP IMPLANT IMPURITY=BORON ENERGY=PPENERG +DOSE=PPDOSE ETCH PHOTORES SAVEFILE OUT.FILE=afterpp.tif TIF SELECT TITLE=“After P+ implant“ SOURCE PLOTFILE $ 7. Gate oxidation
10、DIFFUSE TEMP=850 TIME=190 F.H2=5 F.O2=10 F.HCL=0.03 SAVEFILE OUT.FILE=After_G-ox.tif TIF,浙大微电子,2018/10/16,25/125,$ 8. Poly gate formation DEPOSIT POLY THICK=0.65 SPACES=2 DEPOSIT PHOTORES NEGATIVE THICK=2 +SPACES=2 EXPOSE MASK=POLY DEVELOP ETCH POLY ETCH PHOTORES SAVEFILE OUT.FILE=After_Polygate.tif
11、 TIF SELECT TITLE=“Poly gate formation“ SOURCE PLOTFILE,浙大微电子,2018/10/16,26/125,$ 9. P- implant and diffuse IMPLANT BORON ENERGY=PBODYENERGY +DOSE=PBODYDOSE DIFFUSE TIME=PBODYTIME TEMP=PBODYTEMP +F.N2=7 F.O2=0.3 SAVEFILE OUT.FILE=afterpbody.tif TIF SELECT TITLE=“After P- implant “ SOURCE PLOTFILE $
12、10. Source formation DEPOSIT PHOTORES NEGATIVE THICK=2 SPACES=2 EXPOSE MASK=NP,浙大微电子,2018/10/16,27/125,DEVELOP ETCH OXIDE DIFFUSE TEMP=900 TIME=30 DRYO2 IMPLANT ARSENIC DOSE=5E15 ENERGY=60 ETCH PHOTORES DIFFUSE TEMP=900 TIME=30 DRYO2 IMPLANT ARSENIC DOSE=5E15 ENERGY=60 ETCH PHOTORES SAVEFILE OUT.FIL
13、E=afternp.tif TIF SELECT TITLE=“After source formation“ SOURCE PLOTFILE,浙大微电子,2018/10/16,28/125,$ 11. PSG and RFW DEPOSIT OXIDE THICK=1 DIFFUSE TEMP=950 TIME=25 DRYO2 SAVEFILE OUT.FILE=afterpsg.tif TIF SELECT TITLE=“After PSG“ SOURCE PLOTFILE $ 12. Contact etch and Metallization DEPOSIT PHOTORES NEG
14、ATIVE THICK=2 SPACES=2 EXPOSE MASK=CONTACT DEVELOP ETCH OXIDE,浙大微电子,2018/10/16,29/125,ETCH PHOTORES DEPOSIT PHOTORES NEGATIVE THICK=2 SPACES=2 DEPOSIT ALUMINUM THICK=0.8 $ 13. Define electrode ELECTRODE NAME=GATE X=1 Y=0 ELECTRODE NAME=DRAIN BOTTOM ELECTRODE NAME=SOURCE X=7 $ 14. Save/Plot final mes
15、h and structure SAVEFILE OUT.FILE=TSUPREM-IV_final.tif TIF SELECT TITLE=“Final Mesh“ PLOT.2D SCALE GRID C.GRID=2,浙大微电子,2018/10/16,30/125,SELECT TITLE=“Final structure“ SOURCE PLOTFILE 其中，掩膜版文件mask_vdmos.tl1内容如下： *mask_vdmos.tl1： TL1 0125 1e3 0 9500 4 PP 1 8500 9500,浙大微电子,2018/10/16,31/125,POLY 1 600
16、0 9500 NP 1 6000 6500 CONTACT 1 6200 9500 其中，掩膜版文件mask_vdmos.tl1、调用的画图文 PLOTFILE内容如下： *PLOTFILE： $ PLOT FILE $ PLOT.2D SCALE,浙大微电子,2018/10/16,32/125,COLOR SILICON COLOR=3 $ P-type and n-type SELECT Z=(BORON-PHOS-ARSENIC) COLOR MIN.V=0 COLOR=7 COLOR MAX.V=0 COLOR=3 COLOR OXIDE COLOR=5 COLOR POLY COLOR=2 COLOR ALUMINUM COLOR=2,
