55V沟槽型功率场效应管设计.pdf

第38卷第1期
电子器件
Vol 38 No
2015年2月
Chinese Journal of Electron Devices
Feb.2015
The Design of 55 V Power UMOSFE
WANG Debo, FE/G Quanyuan", CHE Xiaopei
(Institue ofmicroelectonics, Southwest atong Univeity, Chengd 610031, Chin
Abstract: A 55 V Power UMOSFET has been designed. On the basis of theory of cell and termination structure, the
arameters of the cell and termination have been optimized by the simulation with actual process. By analyzing the
tape-out test data, the design of POWER MOSFET with 69. 562 V breakdown voltage, 2.85 V threshold voltage and
537.8mcmspecifc on-esisance s achieve. Between the simulaton result and tape-out, the deviation of break
down voltage, threshold voltage and on-resistance is 1. 5%, 2.4% and 0.83 respectively. The device has high reliability
Key words power UMOSFET; cell structure; termination structure; tape-out
EEACC. 2560S
doi:10.3969/jjsn,1005-9490.2015.01.006
55V沟槽型功率场效应管设计
汪德波,冯全源”,陈晓培
(西南交通大学微电子研究所,成都610031)
摘要:设计了一款55N沟道沟槽型功率器件。通过对元胞与边端进行理论分析,结合实际工艺,对元胞与边端进行合理
优化。通过对流片测试数据的分析,最终实现击穿电压为69.563V、阈值电压2,.5V、特征导通电阻537.8mcm2的功率器件
设计。仿真与流片的击穿电压偏差1.5%、阈值电压偏差2.4%、导通电阻偏差0.83%,器件具有较高的可靠性。
关键词:沟槽功率器件;元胞;终端;流片测试
中图分类号:TN386
文献标识码:A
文章编号:1005-9490(2015)01-0023-04
功率 MOSFET因具有输人阻抗高驱动功率低、1元胞与终端设计
开关速度快、频率特性好以及热稳定性能高等优点,
获得越来越广泛的应用。低压功率器件主要应用于1.1元胞设计
电池管理电路、车用电子电路、超便携设备等场合
功率器件由元胞区与外围的终端区组成。沟槽
本文通过对55VN沟道沟槽型功率器件进行型元胞因其结构尺寸较小,在相同面积下能获得更
设计,结合实际工艺对元胞与终端进行优化。通过大的电流密度,且因为没有JFET( Junction Field-
流片测试完成器件的可靠性设计,最终实现击穿电 Effect Transistor)区而具有较低的导通电阻,但由于
压69,562V、阈值电压2.85V、特征导通电阻537.8在沟槽拐角处存在大电场而容易击穿,因此沟槽型
mcm2功率器件的量产。
结构普遍用于低压器件。
本文设计的55沟槽型功率器件的设计指标
合理优化沟槽宽度、沟槽深度与Pwe结深等,
分别为:(1)在Ve=0V条件下,对漏极进行电压扫可使导通电阻最小。图1是优化后的55VN沟道
描,当漏电流达到250μA与1mA时的击穿电压特沟槽型功率器件元胞结构模型图。元胞宽度。m为
征值大于或等于55V,最大值不超过90V;(2)在栅2.05m,沟槽宽度W为0.55m,沟槽深度t为1.2
极与漏极短接(Vs=Vs)条件下,对栅极(或漏极)m,接触孔宽度We为0.56wm。衬底采用砷掺杂
进行电压扫描,当漏电流达到250A时的國值电其厚度tu为10wm,电阻率0.039-cm;磷掺杂外延
压(栅极电压)特征值为2.0V-4.0V;(3)在Vs=参数为T5RO.85;有源区采用浓度为1×10/cm2的砷
10V条件下,对漏极进行电压扫描,当漏电流达到5离子注入,退火后结深Xx为037um,Pwel采用浓度
A时的导通电阻值小于10mQ。
为1.15×10/cm2的硼离子注入,退火后结深Xp为
项目来源:国家自然科学基金项目(61271090);国家863计划重大项目(2012AA012305)
收稿日期:2014-02-16修改日期:2014-03-18