SJ-LDMOST中的衬底辅助耗尽效应

　　引言

　　横向功率DMOST(Double-diffused MOS Transistor)器件自从上世纪70年代问世以来，作为多子器件，由于具有高的输入阻抗、好的关断特性、易于集成等优点，在许多领域取代传统的双极器件得到广泛的应用。而器件设计中面临的主要折衷就是击穿电压和比导通电阻之间的折衷。对于满足RESURF(REdued SURface Field)条件[1]的常规横向高压DMOST，其比导通电阻与击穿电压的2.5次方成正比[2]，因此，高的导通电阻限制了横向DMOST器件在高压领域的应用。纵向超结结构(Super Junction，SJ)将器件比导通电阻与击穿电压之间的次方关系由2.5降低到1.1[3]。所以，近年来，将超结引入横向功率器件设计成为业界广泛关注和研究的热点之一。

　　衬底辅助耗尽效应机理

　　纵向超结结构同时兼具高耐压、低导通电阻特性，但当将超结思想引入横向DMOST时，设计中首先面临的是消除衬底辅助耗尽效应(Substrate-Assisted-Depletion Effect)[4]。图1为基于硅基常规横向超结DMOS器件的三维结构图。由该图可以看出，常规LDMOS的N-漂移区被相间的高掺杂浓度P型和N型柱区所代替。关态时，电荷严格平衡的P型与N型柱区相互耗尽，产生较高电场，因而承担高的击穿电压;开态时，高掺杂浓度的N型区提供了一个低导通电阻的电流通道。但对于横向DMOS器件，由于P衬底和N柱区之间的相互耗尽，打破了N柱区和P柱区之间严格的电荷平衡，使得P柱区中出现过剩空穴，这种N柱区和P柱区之间电荷的不平衡又进一步严重恶化了SJ区的击穿电压[5]，即横向击穿电压。

　　衬底辅助耗尽效应的消除

　　由上述衬底辅助耗尽效应机理分析知：有限大小电阻率的P型衬底对N柱区的耗尽使得P柱区出现了过剩载流子。消除衬底辅助耗尽效应主要有如下两类：①选用电阻率为无穷大的特殊衬底;②引入额外的N型区以补偿P型区中的过剩载流子。