耗盡型VDMOS制造方法及其應用研究

孫曉儒福建省福芯電子科技有限公司

耗盡型VDMOS制造方法及其應用研究

孫曉儒
福建省福芯電子科技有限公司

現如今我國的工業自動化程度也在不斷的提高，VDMOS器件的重要性也不斷的顯現出來。針對我國當前的VDMOS發展現狀，相關的學者也進行了深入的研究，已經比較成熟。VDMOS器件主要是由兩種類型的器件組成的，即增強型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用情況。

耗盡型VDMOS；制造方法；應用研究

隨著我國科學技術的進步和經濟的發展，半導體微細加工技術和大電流的電力半導體技術也實現了更好的結合，進而產生了一些新型的電力電子器件，比如說ⅤDMOS器件，這種器件的主要原理是場控原理，在此基礎上進行進一步的形成和發展。

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場效應管，它主要是指在器件具體制造的過程中，會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ⅤGS的值變成零的時候，這些正離子會產生一定的電場，而這些電場會在P型的襯底中感應出足夠的電子，進而會形成N型的導電溝道。在實際的過程中ⅤGS的值不是固定的，當它大于零的時候，會產生比較大的漏極電流ⅠD。如果它小于零，則會使正離子所形成的電場被削弱，使N道變得比之前更窄，ⅠD的數值也會變小，如果ⅤGS出現了負值，那么達到一定值的時候溝道會消失，ⅠD=0。這個時候的ⅤGS值我們稱之為是夾斷電壓，用ⅤP來進行表示。如果ⅤGS＜ⅤP，溝道就會消失，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體器件，需要合理的選擇和調整工藝流程，然后再選擇最佳的工藝條件，也就說要進行工藝優化，過去所采取的方式主要是“流片”也就是試片的方法來進行多次的重復試驗，這種方法不但浪費錢還浪費時間，有時候也得不到合適的結果。隨著計算機技術的發展，已經可以把需要分析的工藝流程進行數學形式的模擬，然后利用計算機來進行數值求解。對于耗盡型ⅤDMOS器件的設計，需要幾個步驟：

第一需要工藝上的集成，也就說選擇一套工藝流程，然后要實現耗盡型ⅤDMOS，在工藝流程確定了之后，就需要根據參數指標來設計耗盡管的結構參數了，而且參數的設計還要能夠承受一定的工藝波動。在耗盡型ⅤDMOS設計之前要明確主要的指標，比如說器件參數BⅤ＞600Ⅴ,ⅤP典型值為-2.0Ⅴ，為了避免在具體的工藝流程中出現其他不可知因素的影響，在設計的時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都是注入和擴散而形成的阱，POLY則是通過淀積多晶硅形成的柵極，CONTACT是在介質層上開出的孔，主要是用于連接各個單胞的源極。具體的工藝流程為：生長12000 ?的場氧，進行有源區光刻，JFET的注入，然后進行RⅠNG的光刻和注入，接下來在進行P-BODY的光刻和注入，并且還要進行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。為了防止器件在應用過程中因靜電損傷而燒毀，在版圖設計過程中，增加ESD功能，同時取消耗盡注入光刻版，這樣在整個制作工藝中，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的具體應用

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

（一）應用于電力領域

耗盡型ⅤDMOS器件，由于它本身具備了一定的特點，使得它在電力領域應用的比較廣泛，首先是作為開關可以穩定電壓，而且還可大幅度的提高工作的效率，使開關的重量和體積都減小，在提高效率的同時也降低了成本；其次是作為變換器中的功率變換器件，它反應速度快，驅動也比較簡單，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設備中，主要是用于放大器件中，這種設備自身也具有了簡單可靠效率高的優點。

（二）應用于計算機領域

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動或者是邏輯信號，另外也可以帶動各類的執行部件，比如說磁盤機、打印機等。另外也可以用它來作為接口，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）應用于高頻范圍內

耗盡型ⅤDMOS器件多數情況下會用在載流子導電器件中，因為它們的截止頻率都是十分高的，而且在這種比較高頻率的范圍內，ⅤDMOS這種功率器件比那種雙極型的功率器件的優勢要明顯的多，所以在通信和微波以及雷達中都得到了廣泛的使用。

總結

ⅤDMOS器件最早出現在上個世紀七十年代，后來MOS的技術也變得成熟起來，ⅤDMOS器件也因此變得更加的商業化。它自身所具備的控制電壓、開關速度快和熱穩定性比較好的優點，因此在日常的生活中也得到了廣泛的使用。比如說它在電力領域可以用作開關；在計算機領域用于接口；在音響設備中有效的降低聲音的失真度等；在高頻范圍內用于通訊和雷達等領域。鑒于其應用的廣泛性，我們也需要采取更加科學化的方式來進行制作。

[1]楊帆.增強型與耗盡型集成ⅤDMOS設計[D].東南大學, 2009.

[2]陳星弼.功率MOSFET和高壓集成電路，1990

[3]楊晶琦.電力電子器件設計原理與設計[M].北京:國防工業出版社,1999