LDMOS器件的几种新技术及其发展趋势
摘要:LDMOS(Lateral Double-Diffused MOSFET)是一种横向功率器件，易于与低压信号以及其他器件单片集成。且有高耐压、高增益、低失真等优点，被广泛应用于功率集成电路中。LDMOS器件本身性能的优劣及其工作的可靠性决定了整个功率集成电路的性能的优劣，因此LDMOS的设计在整个工艺开发中显的尤为重要。
关键词:LDMOS(Lateral Double-Diffused MOSFET) 功率器件工艺开发
1 RESURF LDMOS
RESURF的原理是在一个高电阻率的P-sub上生长一层N-外延，横向上被P+扩散区包围，在整个架构中有两处PN结，一个为横向的，即上面提到的p-sub-n-epitaxial结，另一个是纵向的，即图中P+扩散区与N-外延层形成的PN结。纵向P+-N-结具有较低的击穿电压，其值由N-外延的浓度决定；而横向p-sub-n-epitaxial结，由于衬底电阻率很大，则拥有较高的击穿电压。
对于较厚的外延层，横向的p-sub-n-epitaxial结没有影响纵向P+-N-结的耗尽p传统型LDMOS主要是由于在栅电极边缘正下方的硅表面存在大电场而发生击穿。如果运用RESURF原理来设计LDMOS的漂移区的话，可以明显的削弱这个大电场。为了得到最大的击穿电压,RESURF原理需要严格控制漂移区的电荷总量。
RESURF LDMOS与传统型LDMOS具有相同的基本结构，两个器件之间最主要的区别就是RESURF LDMOS的外延要比传统型LDMOS的外延薄的多。这导致由于底部耗尽区p-sub-n-epitaxial结的存在，对RESURF LDMOS的高压特性有着显著的影响。
RESURF LDMOS比传统型LDMOS的优越之处。一个最优化设计的RESURF LDMOS击穿电压应该是由n-epitaxial-p-sub结击穿决定，而不是表面击穿。因此,RESURF LDMOS可以得到更高的击穿电压。
2 LDMOS的研究现状
对于一种器件性能的提升，主要就是从器件制作材料和结构这两个角度进行考虑，这里主要从器件结构角度讨论LDMOS的发展历程。LDMOS的发明目的就是为了增加MOS管的耐压，所以在一开始就锁定了其基本结构。之后研究者在原来单RESU RF LDMOS的基础上提出了各种结构，其中以改变漂移区的结构居多。
比如Zia Hossain等人利用double-RESURF技术提出了图1的结构，具体方法是在场氧下即N阱的上方加上一个P-top层，这样N阱的上下两侧同时发生耗尽，在保证一定耐压的同时可增大HV-NWELL 的浓度，降低了导通电阻。为了更好的达到耗尽的效果,Ming Qiao等人把一个P-top环分成几个P-top环(Multiregion P-top)，这里常用VLD技术，通过改变离子注入窗口的尺寸和间距，可以有效地控制p-降场层的
zia
浓度，使它与整个电路中的P电阻同时形成，这样可形成多环p-降场层，如图2所示。
又如利用“超结理论”，此技术与P-top技术有异曲同工之处，将原来同类型的掺杂漂移区加以改进，变成相互交错的P型区和N型区，这样相互间产生耗尽层，完全耗尽后可使漂移区电势达到均匀分布，其优点有:(1)对于给定的漂移区长度，可以获得几乎最大程度的击穿电压，并且击穿电压还独立于漂移区的浓度，就是说只要调配好衬底和漂移区中的各个P型区、N型区的浓度，使其刚好完全耗尽，此时漏源耐压只与漂移区本身长度有关;(2)基于上一个优点，可以通过对N型区进行重掺杂来大幅度减小特征导通电阻。但是这种交错掺杂在工艺上很难实现。
一个器件的开发目的就是最大限度的利用它，这也决定了LDMOS的开发需求:(1)开发LDMOS工艺技术，使其很好的兼容CMOS、Biploar工艺；(2)在高压BCD工艺中最大限度的提高击穿电压；(3)在高功率BCD工艺中，如何降低控制电路的成本，优化DMOS 器件的结构，提高其单位面积电流处理能力，降低Ron；(4)在高密度BCD工艺中，需要考虑如何在高光刻精度的CMOS平台上实现DMOS 器件，并使其性能最优化。