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功率器件技术
★ 4.0
通过降低导通电阻改善FDSOI nMOSFET的开关电流比特性
Ion/ Ioff Characteristic Improvement Induced by Ron Reduction for FDSOI nMOSFETs
| 作者 | Jiu-He Wang · Jingya Cao · Yu-Long Jiang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年7月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 22纳米FDSOI技术 nMOSFET 导通电阻 工艺优化 开关电流比 |
语言:
中文摘要
本研究展示了一种综合方法，用于有效降低基于22纳米全耗尽绝缘体上硅（FDSOI）技术的nMOSFET的导通电阻（$R_{\text {on}}$）。通过减小第二侧墙厚度（$t_{\text {Sp2}}$）、扩大镍硅化物接触窗口以及增加硅化物接触体积，导通电阻（$R_{\text {on}}$）降低了6.4%。此外，将接触通孔的过刻蚀深度（$d_{\text {OE}}$）最小化，增加了钨塞与镍硅化物之间的接触面积，从而使导通电阻（$R_{\text {on}}$）降低了7.7%。为防止窄沟道器件中出现过度硅化现象，减小了镍沉积厚度（$t_{\text {Ni}}$）和第一步硅化退火时间。通过对这些工艺改进措施进行协同优化，实现了FDSOI nMOSFET的导通电流（$I_{\text {on}}$）与关断电流（$I_{\text {off}}$）之比提高5%。
English Abstract
This work demonstrates a comprehensive methodology to effectively reduce the on-state resistance ( R_ on ) for nMOSFETs based on 22-nm fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) technology. By reducing the second spacer thickness ( t_ Sp2 ), enlarging the nickel silicide contact window, and increasing the silicide contact volume, a 6.4% reduction of R_ on is achieved. Furthermore, minimizing the overetch depth ( d_ OE ) of the contact via increases the contact area between tungsten plug and nickel silicide, resulting in a 7.7% reduction of R_ on . To prevent oversilicidation in narrow width devices, the nickel deposition thickness ( t_ Ni ) and the first step silicidation annealing time are reduced. Through the co-optimization of these process modifications, FDSOI nMOSFETs with 5% improvement of I_ on / I_ off are achieved.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，该论文提出的22nm FDSOI nMOSFET工艺优化技术具有重要的战略价值。通过降低导通电阻（Ron）实现的5%离子/离子比（Ion/Ioff）改善，直接关系到我司光伏逆变器和储能变流器中功率半导体器件的性能提升。
**业务价值分析：**
该技术通过优化间隔层厚度、硅化镍接触窗口和钨插塞接触面积等工艺参数，实现了累计超过14%的Ron降低。对于阳光电源的核心产品而言，这意味着MOSFET开关损耗的显著减少，可直接提升逆变器系统效率0.2-0.5个百分点。在大型地面电站和工商业储能系统中，这种效率提升将带来可观的度电成本下降和投资回报率改善。同时，更低的导通损耗有助于降低散热需求，支持我司产品向更高功率密度方向发展。
**技术成熟度评估：**
FDSOI技术在先进工艺节点的应用已相对成熟，但该研究针对窄沟道器件的过硅化防止方案体现了工艺精细化控制能力。这对我司与晶圆代工厂合作开发定制化功率器件具有参考意义，特别是在碳化硅和氮化镓等宽禁带半导体的接触优化方面可借鉴类似思路。
**挑战与机遇：**
主要挑战在于22nm先进工艺的成本较高，需评估在中高压功率器件中的经济性。但该技术展示的系统化工艺优化方法论，可迁移应用于我司正在布局的第三代半导体器件研发，为实现更高性能的1500V+光伏系统和长时储能方案提供技术储备，强化我司在新能源电力电子领域的技术领先地位。