SGT-MOSFET电场解析模型的建立

屏蔽栅沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(SGT-MOSFET)在体内引入了纵向接源电极的屏蔽栅极,可以辅助耗尽漂移区,其耐压原理与沟槽MOSFET(VUMOSFET)不同.本文以110 V左右结构的SGTMOSFET为研究对象,通过数值仿真、理论分析以及解析建模,研究了不同结构的耐压原理以及结构参数与电场强度分布的相关性;建立了与器件各个结构参数相关的电场解析模型,为器件结构设计提供了理论依据;并引入雪崩载流子对小电流下的电场解析模型进行了修正,使得解析结果和仿真结果吻合较好;通过修正后的电场解析模型提取了最优电场下的场氧厚度,使得相应产品的静、动态特性得到明显改善,从而极大地提升了器件的性能.

SGT-MOSFET沟槽底部清洗工艺优化

屏蔽栅MOSFET(Shielded Gate Trench MOSFET,缩写SGT-MOSFET)功率器件是一种基于传统沟槽式MOSFET(U-MOSFET)的一种改进型的沟槽式功率MOSFET。相比于传统U-MOSFET功率器件,它的开关速度更快,开关损耗更低,具有更好的器件性能。对于SGTMOSFET功率器件,沟槽底部的形貌对器件性能都有非常重要的影响。当SGT-MOSFET功率器件沟槽底部氧化膜出现空洞时,器件IDSS(漏源短路电流)将增大。SGT-MOSFET功率器件相比传统U-MOSFET功率器件的沟槽深度大大加深了,以往的沟槽清洗干燥工艺,沟槽底部易有水渍残留。水渍会导致底部氧化膜生长异常,产生空洞。调整沟槽清洗干燥工艺,晶圆在清洗干燥过程中,将晶圆脱离去离子水水面的速度降低,即可实现晶圆的充分干燥,摆脱水渍残留。

同步整流电路中SGT MOSFET尖峰震荡的优化设计

针对同步整流电路中屏蔽栅沟槽型场效应晶体管(Shielded Gate Trench Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,SGT MOSFET),在工艺加工过程中形成的热氧结构导致控制栅极电压尖峰震荡幅度大、电路能量转换效率低等问题,提出了一种SGT MOSFET电压尖峰震荡的优化设计。采用电路仿真的方法,以分析电容对电路电压开关震荡的影响;采用拉偏结构参数的方法,以确定器件的工艺参数;采用增加湿法刻蚀屏蔽栅多晶硅和注入多晶硅两道工艺的方法,以消除热氧结构,减小器件电容,从而减小器件在电路中的电压尖峰震荡幅度和时间,提升电路的能量转换效率。实验结果表明,优化设计后的栅漏电容减小了约43%,控制栅极电压的尖峰震荡降低了约56%,电路能量转换效率提升了约4.6%,器件剖面扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)图表明,所提设计方法可以消除SGT MOSFET的热氧结构。

30V SGT N-Channel MOSFET总剂量效应研究

对30V SGT型N-Channel MOSFET进行了两种不同偏置的总剂量辐射实验,随着^(60)Coγ源射线剂量的增加,给出了两种偏置状态下器件实验前后的转移曲线和直流参数变化,揭示了SGT型功率器件随剂量和偏置的变化趋势和机理。研究结果表明,随着总剂量的增加,两种偏置下器件的阈值电压、导通电阻和击穿电压均出现下降的情况。不同之处是OFF态下主要参数发生变化的幅度收窄,下降幅度相对较小。同时,出现了击穿电压先增加后下降的现象,分析认为,在^(60)Coγ源射线的作用下器件沟槽栅极下方的多晶硅屏蔽栅极存在比较厚的氧化层,在低剂量时元胞和终端处的厚氧化层产生总剂量效应,使得SGT型功率器件发生局部场强改变,从而出现该变化。

一种具有子沟槽结构的屏蔽栅MOSFET的研究

为了降低屏蔽栅沟槽型(SGT,Shield Gate Trench)MOSFET的导通电阻、提高器件的品质因数,通常使用增加屏蔽栅沟槽深度和密度的方法,但是在刻蚀高密度深沟槽时会使晶圆产生严重的翘曲现象。因此,提出一种100 V具有子沟槽(ST,Sub-Trench)的SGT(ST-SGT)器件结构。在相邻的主沟槽间插入子沟槽后,显著降低了器件栅极附近的电场峰值,避免栅氧化层出现过早击穿,同时较浅的子沟槽提升了外延层纵向电场分布的均匀性,改善了高密度深沟槽带来的晶圆翘曲问题。通过使用Sentaurus TCAD仿真软件,调节子沟槽深度和上层外延层电阻率两个重要参数,对ST-SGT进行优化设计。结果表明,当子沟槽深度为2.5μm、上层外延电阻率为0.23Ω·cm时,对应的ST-SGT的品质因数(FOM,Figure of Merit)最大,此时击穿电压为135.8 V,特征导通电阻为41.4 mΩ·mm^(2)。优化后的ST-SGT与传统SGT相比,其FOM提高了19.6%。

具有多段分裂栅的屏蔽栅沟槽型MOSFET特性研究

为了能够有效调制屏蔽栅沟槽型(Shielded Gate Trench,SGT)MOSFET器件阻断状态下的电场分布,改善器件的电荷耦合效应,从而提高器件击穿电压(BV)和特征导通电阻(Ron,sp)之间的折衷关系,研究提出了一种具有多段分裂栅的SGT MOSFET结构。该结构是将传统的SGT MOSFET沟槽中的屏蔽栅分裂成三部分,最上层的屏蔽栅接源极,中间和最下层的屏蔽栅为浮空,分别命名为UFG和LFG。新结构器件在阻断状态下可以在n型漂移区引入两个额外的电场峰值,使得电场分布更加均匀。Sentaurus TCAD软件仿真结果显示,在元胞参数相同的条件下,相较传统SGT MOSFET,具有双段浮空栅(DSFSGT)MOSFET的BV和优值(Figure of Merit,FOM)分别提高了37.7%和66.7%,BV达到了173.6 V,FOM达到了177.3 V2/(mΩ·mm^(2));相较单段浮空栅(SFSGT)MOSFET,BV和优值分别提高了10.7%和19.8%。

一种提高SGT MOSFET雪崩耐量的方法

提出了一种提高屏蔽栅沟槽型(Shielded-Gate Trench,SGT)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)雪崩耐量的方法。利用Sentaurus计算机辅助设计软件,通过调整屏蔽栅沟槽型MOSFET元胞区接触孔宽度、深度、注入剂量和注入能量,以降低P型体区电阻,抑制寄生三极管的开启,提高器件雪崩耐量。测试结果表明,优化后的器件雪崩耐量相较基准条件由518.2 mJ提升至583.2 mJ,提升约12.6%。

一种三层EPI结构SGT MOSFET设计

提出了一种三层外延(Epitaxy,EPI)结构的屏蔽栅沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(Shielded Gate Trench Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SGT MOSFET)设计方案。利用Sentaurus TCAD工具,将单层EPI结构调整为三层EPI结构,通过控制变量法拉偏三层EPI结构的外延层厚度、电阻率等参数,仿真分析其参数变化对SGT MOSFET性能的影响。仿真结果表明,在相同的原胞尺寸条件下,与单层EPI结构SGT MOSFET相比,三层EPI结构SGT MOSFET通过横向电场调制作用降低了纵向电场的峰值,击穿电压提高9.5%,比导通电阻降低15.6%,有效地提高了器件的电学性能。

SGT MOSFET的研究与进展

介绍了SGT MOSFET的研究历史和结构演进,对SGT MOSFET发展过程中出现的各种新结构的结构特点和电学特性做了简要阐述;简要说明了SGT MOSFET在改善器件反向耐压BV和比导通电阻Rsp以及UIS和BV稳定性方面的研究进展;同时列举了SGT MOSFET的一些最新研究成果和需要解决的问题,以及今后的研究发展重点。

屏蔽栅沟槽MOSFET单粒子微剂量效应研究

以屏蔽栅沟槽(SGT)MOSFET为研究对象,研究了重离子诱发的单粒子微剂量效应的现象及物理机理。对不同偏置电压下的30 V SGT MOSFET进行重离子辐照试验,分析了重离子轰击后器件转移特性曲线的变化趋势,揭示单粒子微剂量效应的退化规律。研究发现重离子入射会引起器件的亚阈值电流增大,导致阈值电压负向漂移,且负栅压下器件的亚阈值电压负向漂移更严重。试验结果结合TCAD仿真进一步揭示在栅氧化层侧墙处Si/SiO_(2)界面的带正电的氧化物陷阱电荷是导致器件阈值电压和亚阈值电压等参数退化的主要原因。研究结果可为SGT MOSFET单粒子微剂量效应评估和建模提供指导。