用ISE对P沟VDMOS进行 仿真设计 西安卫光科技有限公司 2010.10.23
引言 功率VDMOS是新一代大功率半导体器件，主要优点是开关速度快、驱动功率小、安全工作区宽、温度稳定性好，正在取代传统的双极型大功率半导体器件，市场需求量巨大，主要是N沟VDMOS。但在音响功放等应用方面需要N沟、P沟器件配对使用，因而P沟VDMOS也有一定的市场需求。本文主要介绍P沟VDMOS的设计。
结构和主要参数 （一）结构 图1 P沟 VDMOS结构示意图
结构和主要参数 （二）主要参数： 最大漏极饱和电流由氧化层厚度、沟道的宽长比等 决定 （2）阈值电压 阈值电压由氧化层厚度、沟道表面浓度决定 （1）最大漏极饱和电流 最大漏极饱和电流由氧化层厚度、沟道的宽长比等 决定 （2）阈值电压 阈值电压由氧化层厚度、沟道表面浓度决定 （3）耐压 耐压由外延层厚度和杂质浓度决定
结构和主要参数 （二）主要参数： （4）导通电阻 主要包括沟道电阻、JFET区电阻和外延电阻 （5）漏端电压恒定时的跨导 跨导由氧化层厚度和沟道的宽长比决定 （6）栅电荷： 与栅源电容Cgs、栅漏电容Cgd有关
P沟VDMOS的基本参数确定 （一）基片的选择 首先确定衬底的晶向、杂质类型、衬底的电阻率或浓度（浓度高会使衬底反扩散非常严重，影响器件耗尽层宽度；衬底浓度过低会加大器件衬底电阻所占比值）。其次在确定外延层，外延层的电阻率是影响器件耐压与导通电阻的关键因素，电阻率ρ越大(掺杂浓度越小)，则器件的击穿电压越大。然而，导通电阻R也相应增大，因此，在满足击穿要求的前提下，电阻率ρ越小(外延掺杂浓度越大)越好。
P沟VDMOS的基本参数确定 （二）器件尺寸的设计 器件的单胞尺寸即器件的JFET宽度与元胞体区宽度之和。由于JFET宽度与元胞体区宽度直接影响电流密度和特征电阻，为了提高这两个参数指标，除了要使JFET宽度与元胞体区宽度保持最合适的比例关系，同时还要减少单胞面积。单胞面积受工艺条件的限制 （三）ISE工艺仿真 P沟VDMOS器件采用多晶硅栅自对准技术制造。是在有源区形成后，生长栅氧、淀积多晶栅，用栅来做屏蔽，通过注入、退火等形成器件的源漏区。
P沟VDMOS的基本参数确定 工艺步骤 （1）在<100>P+硅衬底上外延P-外延层； （2）热氧化形成场氧化层； （3）光刻栅区SiO2，热氧化形成薄栅氧化层； （4）CVD淀积多晶硅栅、多晶掺杂； （5）N- body注入及推进； （6）P+注入/退火，形成P+源区； （7）N+注入/退火； （8）CVD淀积栅/源隔离介质、光刻源极/栅极引线孔； （9）淀积正面铝电极，光刻源极/栅极图形、铝硅合金； （10）CVD表面钝化、光刻键合点。
器件模拟和电参数仿真结果 由仿真确定器件的外延层厚度为11μm、电阻率为5.6Ω·cm，主要的结构参数为：多晶硅栅长12μm；多晶厚度500nm；N body区结深2.8μm，沟道宽度1.8μm，场氧厚8000Å，栅氧厚度600Å。
器件模拟和电参数仿真结果 电压仿真
器件模拟和电参数仿真结果 表1 VDMOS器件仿真参数 静态参数 要求值 仿真值 测试条件 BVDS -100V -124V Vgs=0V，Id=1mA Ron 200mΩ 150mΩ Vgs= -10V，Id= -11A Vth -2～-4V 2.4V Vds=Vgs，Id= -250uA 动态参数 Td(on) 35ns 16ns Vdd= -50V Id= -18A Rg= 9.1Ω Vgs= -10V Tr 85ns 42ns Td(off) 57ns Tf 65ns 34ns
结论 用ISE实现对P沟VDMOS器件结构和工艺流程的完整设计，能够帮助企业大大缩短设计生产周期，节约生产成本。
谢谢！