一種適用于射頻集成電路的抗擊穿LDMOS設(shè)計(jì)

阱結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)無(wú)任何介質(zhì)的深槽，深槽的作用主要是從物理結(jié)構(gòu)上改變器件的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，減弱柵極末端的電場(chǎng)集中。為了進(jìn)一步改善器件的電場(chǎng)分布，可在 阱結(jié)構(gòu)中填充低介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)。阱中低介電常數(shù)的介質(zhì)一方面截?cái)嗥骷那娼Y(jié)，消除電場(chǎng)集中：另一方面抑制了平面工藝的橫向擴(kuò)散，可承受更高的峰值電 場(chǎng)。

Si、SiC、SiO2、GaAs的相對(duì)介電常數(shù)分別為11．6、10．0、3．9、13．1。相對(duì)而言，SiO2具有低的介電常數(shù)，適合填充在LDMOS的深阱結(jié)構(gòu)中。

保持LDMOS器件摻雜濃度、柵長(zhǎng)、阱寬等參數(shù)不變，如圖5所示。new0.Log、new1.Log、new2.Log分別代表基本LDMOS、有深槽 的LDMOS以及完全填入SiO2的深阱的LDMOS漏極V／I仿真曲線。本文采用的深阱結(jié)構(gòu)其阱寬和阱深都為0．5μm，從圖5中可以看出，由于深槽的 作用，LDMOS擊穿電壓提高了10 V，當(dāng)進(jìn)一步在深槽中填入SiO2時(shí)，其擊穿電壓可再次提高12 V。通過(guò)對(duì)比分析可以說(shuō)明，采用阱結(jié)構(gòu)技術(shù)可以明顯提高器件的抗擊穿能力。

通過(guò)進(jìn)一步仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，器件耐壓性能與阱寬及阱深的尺寸有關(guān)。保持漂移區(qū)長(zhǎng)度不變，阱寬為固定值0．5μm，圖6為不同長(zhǎng)度阱深對(duì)應(yīng)的器件擊穿電壓曲 線。從圖6中可以看出，隨著阱深的加大，器件的抗擊穿能力加強(qiáng)，這是由于阱深越大，耗盡區(qū)俞難越過(guò)阱區(qū)，且體硅中承受的最大電場(chǎng)的范圍越大，LDMOS的 耐壓就越高。

同樣，保持漂移區(qū)長(zhǎng)度不變，阱深為固定值0．5μm，圖7為不同長(zhǎng)度阱寬對(duì)應(yīng)的器件擊穿電壓曲線。擊穿電壓隨著阱寬的增加反而減小，這是因?yàn)橼鍖挼脑黾邮沟?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/漂移區(qū)">漂移區(qū)長(zhǎng)度減小，總的耐壓也就隨之減小。

選擇適當(dāng)?shù)内鍖捈摆迳睿谮逯袚诫s低介電常數(shù)介質(zhì)，如SiO2，通過(guò)優(yōu)化器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以得到擊穿電壓的最大值。

采用此深阱結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是工藝方法簡(jiǎn)單有效，并且可利用深阱的寬度和深度以及深阱中填入何種介質(zhì)或填入介質(zhì)的多少來(lái)控制LDMOS的擊穿電壓，在實(shí)際工藝操作過(guò)程中可控性強(qiáng)。

3 結(jié)論
LDMOS擊穿電壓易發(fā)生在柵極末端，器件襯底上添加埋層可以降低溝道附近的等位線曲率從而提高其擊穿電壓。漂移區(qū)將漏區(qū)與溝道隔離，抑制了器件的溝道調(diào) 制，在一定摻雜范圍內(nèi)，漂移區(qū)濃度越低，擊穿電壓越高。襯底濃度越低，雪崩擊穿越容易發(fā)生，擊穿電壓就越低。本文采用的深阱結(jié)構(gòu)主要為了減小柵極末端的電 場(chǎng)強(qiáng)度，消除電場(chǎng)集中，進(jìn)而提高其抗擊穿能力。

另外，由于柵極界面存在電荷，柵末端的峰值電場(chǎng)隨柵長(zhǎng)的增加而增加，為了抑制峰值電場(chǎng)集中導(dǎo)致器件的擊穿，柵長(zhǎng)不宜較長(zhǎng)。漂移區(qū)長(zhǎng)度可適當(dāng)加大，阱深可盡量取較大值，結(jié)合器件摻雜濃度，最終可使射頻LDMOS的抗擊穿能力達(dá)到最優(yōu)。

文中設(shè)計(jì)的LDMOS器件主要是在耐壓特性上做了改進(jìn)，相對(duì)于RESURF技術(shù)、漂移區(qū)變摻雜、加電阻場(chǎng)極板、內(nèi)場(chǎng)限環(huán)等技術(shù)而言，具有工藝簡(jiǎn)單，可控性 強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。其較高的抗擊穿能力可適用于射頻集成電路，如移動(dòng)通信基站。當(dāng)然，若將此器件應(yīng)用于基站，還需要考慮射頻LDMOS的其它電學(xué)特性，使器件的各 個(gè)參數(shù)達(dá)到作為基站功率放大器的要求。