新型低k介质埋层SOI功率器件耐压理论与新结构

迄今，SOI功率器件均以SiO2为介质埋层，其低纵向耐压限制了应用；同时，已有耐压模型仅针对等厚埋氧层SOI器件；且无统一理论指导SOI高压器件纵向耐压设计。为此，项目进行如下创新研究：1.提出SOI高压器件介质场增强理论，获得其统一解析式和提高耐压的方法。该理论可对国际SOI高压器件的纵向耐压机理统一化，是设计SOI器件纵向耐压的普适理论；2.提出新型低k介质埋层SOI高压器件新结构。首次将低k且高临界击穿电场的介质引入SOI的埋层或部分埋层，利用低k介质增强埋层电场、变k介质对漂移区和埋层电场的调制作用使埋层电场从75-90V/μm提高到150-200V/μm，器件耐压提高50％；3. 建立耐压解析模型。模型首次考虑变k埋层对器件电场和耐压的影响。这是SOI高压技术发展的新方向。项目拟实验探索用作SOI埋层的、与Si CMOS工艺兼容的低k介质。项目的基础性和创新性工作有重要意义。

提出SOI高压器件介质场增强技术及其统一解析式，给出了三种增强介质埋层电场的方法，该技术可对国际上典型SOI横向高压器件的耐压技术统一化；提出了低k型介质埋层SOI高压器件新结构，建立变k介质埋层SOI高压器件耐压解析模型和RESURF判据，该模型和判据可用于变介质（含变K值和变厚度）埋层以及均匀介质埋层SOI器件，是SOI器件的统一耐压模型。仿真结果证实了解析模型的正确性。.提出的低k型介质埋层SOI高压器件新结构包括：具有埋P层的变k PSOI（VLKD BPSOI）、低k PSOI（LK PSOI）和变k介质埋层SOI（Vk SOI）高压器件新结构。仿真表明，相对于常规PSOI结构, VLKD BPSOI的耐压提高了34.5%，比导通电阻降低了26.6%；在tI=1μm时；LK PSOI器件的耐压比常规SOI结构提高了134%，最高温度比常规低k SOI器件降低了135K；而在Vk SOI结构中，当漏端下方埋层为k1＝2的低k介质时，击穿电压相对于常规SOI结构提高了64.5%，最高温度降低了41K。.实验探索了适用于SOI材料的低k介质，实验研究了与Si工艺兼容的低k介质SiOCF，其相对介电常数k为3.2。