SOI高压薄层LDMOS可靠性的研究

作     者：祁娇娇 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：乔明

授予年度：2015年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：SOI LDMOS 可靠性 自热效应 热载流子注入 

摘      要：由于SOI LDMOS器件具有开关速度快、功耗低、介质隔离性好以及易于集成等优点,在电子驱动、电源管理和汽车电子等领域得到广泛的应用。SOI LDMOS器件经常工作在高温、大电流等条件下,所以对器件的可靠性具有很高的要求。本文针对这一问题,研究了SOI高压薄层p LDMOS和n LDMOS的可靠性。用KEITHLEY 4200-SCS半导体特性分析系统对器件进行应力测试,利用仿真软件Silvaco进行二维仿真,分析了器件的可靠性机制。主要研究内容如下:(1)SOI高压薄层场p LDMOS器件的可靠性机理本文从热载流注入效应、自热效应和界面电荷三个角度对SOI高压薄层pLDMOS器件的可靠性进行研究。高压应力测试结果显示器件的阈值和比导通电阻随着时间分别增大和减小。通过仿真和电荷泵测试,揭示了其退化机理。阈值退化的原因是沟道栅氧处产生界面态和界面电荷,而比导通电阻退化的原因是积累层场氧处产生了负的界面电荷。其次,研究了器件静态和动态自然效应。当器件处于开关态时,器件的晶格温度由器件开态维持的时间决定,工作几个脉冲周期后,器件的温度变化逐渐稳定。最后研究了不同位置的界面/氧化层电荷对器件击穿电压、阈值和比导通电阻的影响。(2)SOI高压薄层nLDMOS器件的可靠性机理研究了SOI高压薄层nLDMOS器件的耐压与漂移区浓度和埋氧层厚度的关系。通过对不同漂移区浓度和不同埋氧层厚度条件下器件的耐压分析,得到该结构中最优的漂移区浓度和埋氧层厚度。同样从静态自热效应和动态自热效应两个角度对nLDMOS器件的自热效应进行了仿真分析。对n LDMOS的热载流子效应也进行了测试和仿真分析。(3)减小热载流子注入的新结构研究LDMOS器件在沟道末端和漂移区均会发生热载流子注入效应,通过对器件热载流子效应的分析,提出了两种改变热载流子注入效应的结构。一种是在Corner引入轻掺杂的结构,一种是在Corner区使用高K介质层。从工艺兼容的角度考虑,在Corner引入轻掺杂的结构更为理想。