Abstract
電力電子發展的趨勢是將高電壓或高電流的功率元件與低壓的類比或數位 電路結合成功率積體電路, 取代傳統笨重而昂貴的離散式電路設計. 為了 達到這個目的, 必須尋求一種可積體化的功率元件, 而與現今最盛行的互 補式金氧半電晶體製程技術高度相容的橫向結構高壓金氧半電晶體就是功 率積體電路中的關鍵性元件.應用RESURF(Reduced Surface Field) 原理 可增進橫向結構高壓金氧半電晶體的耐壓能力, 但元件的崩潰電壓對於製 程參數的誤差非常敏感而不易設計. 本論文主要在研究汲極端場板對於橫 向結構高壓金氧半電晶體耐壓特性的影響, 利用場板改變其下元件中電位 的分佈, 使得汲極端陡升的電壓降梯度可得到適當的抒解, 而降低電場峰 值以提高崩潰電壓.本論文採取兩種研究方法來探討RESURF現象與場板的 作用: 一方面利用計算機輔助設計軟體來模擬元件電性, 以微觀的角度觀 察電位與電場分佈的情形; 另一方面則參考互補式金氧半電晶體製程, 實 際製作橫向結構高壓金氧半電晶體以得到巨觀的量測結果, 而場板可由製 程中定義多晶矽層與金屬層圖案時製得.研究結果顯示場板可有效提升元 件的崩潰電壓, 並降低崩潰電壓對於漂移區摻雜量的敏感度, 同時使用多 晶矽層與金屬層為場板時更可得到較佳的穩定性. 最後, 我們對橫向結構 高壓金氧半電晶體提出一種較理想的設計原則, 於汲極端配置場板並極佳 化崩潰電壓與導通電阻比值來提高晶片的利用效率. 此外, 場板的應用對 於一些新發展的橫向結構高壓金氧半電晶體也是非常重要. 因其元件之崩 潰大都發生於汲極端附近的表面, 必須利用場板結構來改善並控制其特 性.