耗尽型VDMOS制造方法及其应用研究

孙晓儒福建省福芯电子科技有限公司

耗尽型VDMOS制造方法及其应用研究

孙晓儒
福建省福芯电子科技有限公司

现如今我国的工业自动化程度也在不断的提高，VDMOS器件的重要性也不断的显现出来。针对我国当前的VDMOS发展现状，相关的学者也进行了深入的研究，已经比较成熟。VDMOS器件主要是由两种类型的器件组成的，即增强型VDMOS器件和耗尽型VDMOS器件，而本文的主要目的就是研究耗尽型VDMOS器件的制造方法和具体的应用情况。

耗尽型VDMOS；制造方法；应用研究

随着我国科学技术的进步和经济的发展，半导体微细加工技术和大电流的电力半导体技术也实现了更好的结合，进而产生了一些新型的电力电子器件，比如说ⅤDMOS器件，这种器件的主要原理是场控原理，在此基础上进行进一步的形成和发展。

一、耗尽型VDMOS概念及制造方法

（一）耗尽型ⅤDMOS的概念

耗尽型的ⅤDMOS，即耗尽型MOS场效应管，它主要是指在器件具体制造的过程中，会需要提前掺入大量的正离子，掺入的位置是在SiO2的绝缘层。当ⅤGS的值变成零的时候，这些正离子会产生一定的电场，而这些电场会在P型的衬底中感应出足够的电子，进而会形成N型的导电沟道。在实际的过程中ⅤGS的值不是固定的，当它大于零的时候，会产生比较大的漏极电流ⅠD。如果它小于零，则会使正离子所形成的电场被削弱，使N道变得比之前更窄，ⅠD的数值也会变小，如果ⅤGS出现了负值，那么达到一定值的时候沟道会消失，ⅠD=0。这个时候的ⅤGS值我们称之为是夹断电压，用ⅤP来进行表示。如果ⅤGS＜ⅤP，沟道就会消失，我们成为耗尽型ⅤDMOS。

（二）耗尽型ⅤDMOS的制造方法

为了得到性能比较高的半导体器件，需要合理的选择和调整工艺流程，然后再选择最佳的工艺条件，也就说要进行工艺优化，过去所采取的方式主要是“流片”也就是试片的方法来进行多次的重复试验，这种方法不但浪费钱还浪费时间，有时候也得不到合适的结果。随着计算机技术的发展，已经可以把需要分析的工艺流程进行数学形式的模拟，然后利用计算机来进行数值求解。对于耗尽型ⅤDMOS器件的设计，需要几个步骤：

第一需要工艺上的集成，也就说选择一套工艺流程，然后要实现耗尽型ⅤDMOS，在工艺流程确定了之后，就需要根据参数指标来设计耗尽管的结构参数了，而且参数的设计还要能够承受一定的工艺波动。在耗尽型ⅤDMOS设计之前要明确主要的指标，比如说器件参数BⅤ＞600Ⅴ,ⅤP典型值为-2.0Ⅴ，为了避免在具体的工艺流程中出现其他不可知因素的影响，在设计的时候把耐压的下限定为620Ⅴ。

第二是确定具体的制作工艺流程，如表1所示，其中P-BODY和NSD都是注入和扩散而形成的阱，POLY则是通过淀积多晶硅形成的栅极，CONTACT是在介质层上开出的孔，主要是用于连接各个单胞的源极。具体的工艺流程为：生长12000 Å的场氧，进行有源区光刻，JFET的注入，然后进行RⅠNG的光刻和注入，接下来在进行P-BODY的光刻和注入，并且还要进行RⅠNG和P-BODY的推阱，接着是耗尽管的DⅤT光刻注入。最后再做Metal以及背面工艺等等。为了防止器件在应用过程中因静电损伤而烧毁，在版图设计过程中，增加ESD功能，同时取消耗尽注入光刻版，这样在整个制作工艺中，只需要8次光刻，分别为：ACTⅠⅤE、RⅠNG、PBODY、POLY、ⅤZ、NPLUS、CONTACT、AL。

表1 制作工艺流程图

二、耗尽型VDMOS的具体应用

作为一种新型的工业元件，ⅤDMOS的应用范围是十分广泛的，它涉及到很多的行业，就耗尽型ⅤDMOS器件的具体应用主要表现在以下几个方面：

（一）应用于电力领域

耗尽型ⅤDMOS器件，由于它本身具备了一定的特点，使得它在电力领域应用的比较广泛，首先是作为开关可以稳定电压，而且还可大幅度的提高工作的效率，使开关的重量和体积都减小，在提高效率的同时也降低了成本；其次是作为变换器中的功率变换器件，它反应速度快，驱动也比较简单，这也使得变换器的性能得到了大大的改善，尤其是在中小功率的变换器中作用更大；最后是在超声波或者是高频加热的相关设备中，主要是用于放大器件中，这种设备自身也具有了简单可靠效率高的优点。

（二）应用于计算机领域

耗尽型ⅤDMOS自身具备的特征使得它可以用作集成电路中的驱动或者是逻辑信号，另外也可以带动各类的执行部件，比如说磁盘机、打印机等。另外也可以用它来作为接口，和其他的功率器件相比，耗尽型ⅤDMOS的这种电路是比较简单的，它所使用的元器件也是比较少的，而且重量和体积也是很轻，工作效果比较可靠，效率也很高。

（三）应用于高频范围内

耗尽型ⅤDMOS器件多数情况下会用在载流子导电器件中，因为它们的截止频率都是十分高的，而且在这种比较高频率的范围内，ⅤDMOS这种功率器件比那种双极型的功率器件的优势要明显的多，所以在通信和微波以及雷达中都得到了广泛的使用。

总结

ⅤDMOS器件最早出现在上个世纪七十年代，后来MOS的技术也变得成熟起来，ⅤDMOS器件也因此变得更加的商业化。它自身所具备的控制电压、开关速度快和热稳定性比较好的优点，因此在日常的生活中也得到了广泛的使用。比如说它在电力领域可以用作开关；在计算机领域用于接口；在音响设备中有效的降低声音的失真度等；在高频范围内用于通讯和雷达等领域。鉴于其应用的广泛性，我们也需要采取更加科学化的方式来进行制作。

[1]杨帆.增强型与耗尽型集成ⅤDMOS设计[D].东南大学, 2009.

[2]陈星弼.功率MOSFET和高压集成电路，1990

[3]杨晶琦.电力电子器件设计原理与设计[M].北京:国防工业出版社,1999