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SOI(Silicon On Insulator,绝缘体上硅)高压LDMOS(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semicondutor,横向双扩散金属氧化物半导体)器件因其低功耗、高频率、高集成度等特点,广泛用于汽车电子、医疗电子、智能家电和航空航天等智能功率集成电路。相比厚层SOI结构,薄层SOI LDMOS具有良好的工艺兼容性和较少的寄生效应,在功率集成电路,特别是功率开关和驱动集成电路中有着良好的应用前景。但是由于背栅效应,薄层SOI LDMOS器件性能和可靠性受到严重影响,尤其是p沟道LDMOS。目前背栅效应研究主要集中于对器件击穿电压的影响,对比导通电阻、甚至可靠性的影响鲜有报道。负偏置温度不稳定性(Negative Bias Temperature Instability,简称NBTI)是p沟道MOS器件最重要的可靠性问题之一,SOI高压器件埋氧层长期受到背栅偏置影响,其背栅NBTI效应会对器件特性产生影响。然而目前NBTI研究主要针对栅氧化层,对于SOI器件埋氧层研究未见报道。本论文围绕背栅效应,基于场荷调制理论,研究了薄层SOI高压场p沟道LDMOS比导通电阻、击穿电压特性和陷阱电荷诱致退化效应。提出背栅场调制耐压模型,揭示了背栅对击穿电压和比导通电阻影响机理。体内电场受到背栅电压调制,引起体内电荷分布变化,形成双导电模式,极大改善了击穿电压与比导通电阻关系。提出陷阱电荷电导调制模型,揭示了器件背栅NBTI和热载流子退化机理。背栅NBTI和热载流子效应产生的场致陷阱电荷引起体内电荷分布变化,从而导致器件特性发生退化。主要创新点如下:1.提出背栅场调制耐压模型基于场荷调制理论,提出背栅场调制耐压模型,揭示了薄层SOI高压场p沟道LDMOS背栅电压对击穿电压和比导通电阻影响机理,给出了背栅电压与表面击穿电压、比导通电阻之间关系。体内电场受到背栅电压调制,导致表面击穿电压与背栅电压呈线性关系:BVs=0.98×VBG–198.4。同时调制体内场引起体内电荷分布变化,形成双导电模式,使得器件比导通电阻Ron,sp取决于漂移导电层和积累导电层并联的结果:Ron,sp=1/(1.45×10-13 ts ND–7.07×10-4 VBG),极大地改善了击穿电压与比导通电阻的关系。2.提出背栅穿通判据和器件耐压设计准则提出背栅穿通判据,揭示器件背栅穿通机理,可适用于所有SOI p沟道LDMOS器件。提出SOI高压场p沟道LDMOS器件耐压设计准则,即电源电压VHV<|BVs(VBG=VHV)|,|BVb|和|BVp|,同时考虑了漏极电压与背栅电压。实验结果显示,器件击穿电压达到-366 V,比导通电阻仅为6.6Ω?mm2。基于研究结果,首创目前国际集成场p LDMOS的最薄导电硅层系列SOI高低压兼容工艺,并在国防装备得到应用,取得良好的社会和经济效益。3.提出薄层SOI高压场p沟道LDMOS陷阱电荷电导调制模型提出陷阱电荷电导调制模型,揭示了薄层SOI高压场p沟道LDMOS背栅NBTI和热载流子引起线性电流退化的机理。背栅NBTI和热载流子效应的场致陷阱电荷引起漂移区和沟道电荷发生变化,从而导致线性电流退化。背栅NBTI在埋氧层产生总正的场致陷阱电荷,降低体内积累层电荷密度、击穿点处电场峰值和能带,导致线性电流降低、击穿电压和静态电流增加。两种相反的热载流子效应机理共同决定了线性电流退化:沟道区里的热空穴注入产生正的陷阱电荷,导致阈值增加,线性电流降低;漂移区栅极场板末端的热电子注入产生负的陷阱电荷,导致线性电流增加。