耗盡型VDMOS制造方法及其應(yīng)用研究

孫曉儒福建省福芯電子科技有限公司

耗盡型VDMOS制造方法及其應(yīng)用研究

孫曉儒
福建省福芯電子科技有限公司

現(xiàn)如今我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化程度也在不斷的提高，VDMOS器件的重要性也不斷的顯現(xiàn)出來(lái)。針對(duì)我國(guó)當(dāng)前的VDMOS發(fā)展現(xiàn)狀，相關(guān)的學(xué)者也進(jìn)行了深入的研究，已經(jīng)比較成熟。VDMOS器件主要是由兩種類型的器件組成的，即增強(qiáng)型VDMOS器件和耗盡型VDMOS器件，而本文的主要目的就是研究耗盡型VDMOS器件的制造方法和具體的應(yīng)用情況。

耗盡型VDMOS；制造方法；應(yīng)用研究

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)和大電流的電力半導(dǎo)體技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了更好的結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生了一些新型的電力電子器件，比如說(shuō)ⅤDMOS器件，這種器件的主要原理是場(chǎng)控原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的形成和發(fā)展。

一、耗盡型VDMOS概念及制造方法

（一）耗盡型ⅤDMOS的概念

耗盡型的ⅤDMOS，即耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管，它主要是指在器件具體制造的過(guò)程中，會(huì)需要提前摻入大量的正離子，摻入的位置是在SiO2的絕緣層。當(dāng)ⅤGS的值變成零的時(shí)候，這些正離子會(huì)產(chǎn)生一定的電場(chǎng)，而這些電場(chǎng)會(huì)在P型的襯底中感應(yīng)出足夠的電子，進(jìn)而會(huì)形成N型的導(dǎo)電溝道。在實(shí)際的過(guò)程中ⅤGS的值不是固定的，當(dāng)它大于零的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生比較大的漏極電流ⅠD。如果它小于零，則會(huì)使正離子所形成的電場(chǎng)被削弱，使N道變得比之前更窄，ⅠD的數(shù)值也會(huì)變小，如果ⅤGS出現(xiàn)了負(fù)值，那么達(dá)到一定值的時(shí)候溝道會(huì)消失，ⅠD=0。這個(gè)時(shí)候的ⅤGS值我們稱之為是夾斷電壓，用ⅤP來(lái)進(jìn)行表示。如果ⅤGS＜ⅤP，溝道就會(huì)消失，我們成為耗盡型ⅤDMOS。

（二）耗盡型ⅤDMOS的制造方法

為了得到性能比較高的半導(dǎo)體器件，需要合理的選擇和調(diào)整工藝流程，然后再選擇最佳的工藝條件，也就說(shuō)要進(jìn)行工藝優(yōu)化，過(guò)去所采取的方式主要是“流片”也就是試片的方法來(lái)進(jìn)行多次的重復(fù)試驗(yàn)，這種方法不但浪費(fèi)錢(qián)還浪費(fèi)時(shí)間，有時(shí)候也得不到合適的結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)可以把需要分析的工藝流程進(jìn)行數(shù)學(xué)形式的模擬，然后利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)值求解。對(duì)于耗盡型ⅤDMOS器件的設(shè)計(jì)，需要幾個(gè)步驟：

第一需要工藝上的集成，也就說(shuō)選擇一套工藝流程，然后要實(shí)現(xiàn)耗盡型ⅤDMOS，在工藝流程確定了之后，就需要根據(jù)參數(shù)指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)耗盡管的結(jié)構(gòu)參數(shù)了，而且參數(shù)的設(shè)計(jì)還要能夠承受一定的工藝波動(dòng)。在耗盡型ⅤDMOS設(shè)計(jì)之前要明確主要的指標(biāo)，比如說(shuō)器件參數(shù)BⅤ＞600Ⅴ,ⅤP典型值為-2.0Ⅴ，為了避免在具體的工藝流程中出現(xiàn)其他不可知因素的影響，在設(shè)計(jì)的時(shí)候把耐壓的下限定為620Ⅴ。

第二是確定具體的制作工藝流程，如表1所示，其中P-BODY和NSD都是注入和擴(kuò)散而形成的阱，POLY則是通過(guò)淀積多晶硅形成的柵極，CONTACT是在介質(zhì)層上開(kāi)出的孔，主要是用于連接各個(gè)單胞的源極。具體的工藝流程為：生長(zhǎng)12000 ?的場(chǎng)氧，進(jìn)行有源區(qū)光刻，JFET的注入，然后進(jìn)行RⅠNG的光刻和注入，接下來(lái)在進(jìn)行P-BODY的光刻和注入，并且還要進(jìn)行RⅠNG和P-BODY的推阱，接著是耗盡管的DⅤT光刻注入。最后再做Metal以及背面工藝等等。為了防止器件在應(yīng)用過(guò)程中因靜電損傷而燒毀，在版圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，增加ESD功能，同時(shí)取消耗盡注入光刻版，這樣在整個(gè)制作工藝中，只需要8次光刻，分別為：ACTⅠⅤE、RⅠNG、PBODY、POLY、ⅤZ、NPLUS、CONTACT、AL。

表1 制作工藝流程圖

二、耗盡型VDMOS的具體應(yīng)用

作為一種新型的工業(yè)元件，ⅤDMOS的應(yīng)用范圍是十分廣泛的，它涉及到很多的行業(yè)，就耗盡型ⅤDMOS器件的具體應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）應(yīng)用于電力領(lǐng)域

耗盡型ⅤDMOS器件，由于它本身具備了一定的特點(diǎn)，使得它在電力領(lǐng)域應(yīng)用的比較廣泛，首先是作為開(kāi)關(guān)可以穩(wěn)定電壓，而且還可大幅度的提高工作的效率，使開(kāi)關(guān)的重量和體積都減小，在提高效率的同時(shí)也降低了成本；其次是作為變換器中的功率變換器件，它反應(yīng)速度快，驅(qū)動(dòng)也比較簡(jiǎn)單，這也使得變換器的性能得到了大大的改善，尤其是在中小功率的變換器中作用更大；最后是在超聲波或者是高頻加熱的相關(guān)設(shè)備中，主要是用于放大器件中，這種設(shè)備自身也具有了簡(jiǎn)單可靠效率高的優(yōu)點(diǎn)。

（二）應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域

耗盡型ⅤDMOS自身具備的特征使得它可以用作集成電路中的驅(qū)動(dòng)或者是邏輯信號(hào)，另外也可以帶動(dòng)各類的執(zhí)行部件，比如說(shuō)磁盤(pán)機(jī)、打印機(jī)等。另外也可以用它來(lái)作為接口，和其他的功率器件相比，耗盡型ⅤDMOS的這種電路是比較簡(jiǎn)單的，它所使用的元器件也是比較少的，而且重量和體積也是很輕，工作效果比較可靠，效率也很高。

（三）應(yīng)用于高頻范圍內(nèi)

耗盡型ⅤDMOS器件多數(shù)情況下會(huì)用在載流子導(dǎo)電器件中，因?yàn)樗鼈兊慕刂诡l率都是十分高的，而且在這種比較高頻率的范圍內(nèi)，ⅤDMOS這種功率器件比那種雙極型的功率器件的優(yōu)勢(shì)要明顯的多，所以在通信和微波以及雷達(dá)中都得到了廣泛的使用。

總結(jié)

ⅤDMOS器件最早出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)七十年代，后來(lái)MOS的技術(shù)也變得成熟起來(lái)，ⅤDMOS器件也因此變得更加的商業(yè)化。它自身所具備的控制電壓、開(kāi)關(guān)速度快和熱穩(wěn)定性比較好的優(yōu)點(diǎn)，因此在日常的生活中也得到了廣泛的使用。比如說(shuō)它在電力領(lǐng)域可以用作開(kāi)關(guān)；在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域用于接口；在音響設(shè)備中有效的降低聲音的失真度等；在高頻范圍內(nèi)用于通訊和雷達(dá)等領(lǐng)域。鑒于其應(yīng)用的廣泛性，我們也需要采取更加科學(xué)化的方式來(lái)進(jìn)行制作。

[1]楊帆.增強(qiáng)型與耗盡型集成ⅤDMOS設(shè)計(jì)[D].東南大學(xué), 2009.

[2]陳星弼.功率MOSFET和高壓集成電路，1990

[3]楊晶琦.電力電子器件設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1999