功率LDM0 S中的场极板设计

摘要：本文提出了LDMOS器件漂移区电场分布和电势分布的二维解析模型，并在此基础上得出了LDMOS漂移区电势分布和电场分布的解析表达式。通过表达式的结果，研究了多晶硅场板的长度和位置对于器件表面电场和电势的影响，解析结果与MEDICI结果相符。
关键词：横向扩散金属氧化物半导体；多晶硅场板；表面电场；表面电势

0 引言
随着功率集成电路的飞速发展，功率半导体器件的研究与开发显得愈发重要。LDMOS是DMOS器件的一种横向高压器件。具有耐压高、增益大、失真低等优点，并且更易与CMOS工艺兼容，因此在射频集成电路中得到了广泛的应用。目前LDMOS设计的重点是如何合理缓和击穿电压与导通电阻之间的矛盾，并且保证其有较高的稳定性。
场板技术是功率LDMOS器件中使用最为频繁的一种终端技术。合理的场板设计可以使漂移区的平均电场增加，减小电场峰值，从而达到抑制热载流子效应，提高击穿电压等目的。因此，建立LDMOS的电场分布模型，理论上对场板下的电场分布进行数值分析有重要的现实指导意义。本文将通过建立二维解析模型研究LDMOS的场板的不同结构对于其漂移区电场和电势的影响，并在此基础上通过优化场板来提高LDMOS的性能。

1 二维解析模型

LDMOS的横向切面图如图l所示。其中X和Y分别为距漂移区左上角的横向距离和纵向距离，漂移区分成五部分，各区边界点的横坐标分别设为L1、L2、L3、L4和L5。各区对应的衬底耗尽层宽度分别为tis(i=1，2，3，4，5)。栅极下氧化层的厚度为tox1，场板下的氧化层厚度为tox2，漏端下氧化层厚度为tox3。n-drift漂移区的浓度为Nn，厚度为td。P型硅衬底浓度为Nsub，所加栅压为Vg1，场板所加电压为Vg2，漏压Vd。源极和衬底接地。则漂移区的二维电势分布φ(x，y)满足二维泊松方程：

其中εo和εsi分别为真空介电常数和Si的介电常数。
由于漂移区是均匀掺杂的，在1区(0≤x≤L1)对式(1)进行y方向的积分可得：

由于Si02／Si界面上的电位移是连续的，忽略Si02中固定电荷，可得：