HVNMOS 管的工艺参数分析

2016-10-29贺雪群

现代工业经济和信息化 2016年11期

关键词：剖面图耐压管子

贺雪群

（厦门理挚半导体科技有限公司，福建　厦门　361008）

工程技术

HVNMOS 管的工艺参数分析

贺雪群

（厦门理挚半导体科技有限公司，福建厦门361008）

以测试数据分析了CMOS工艺下影响高压N管HVNMOS耐压值的几个参数。

高压N管；工艺参数；耐压值

在电路设计中，即使是低压的设计，也难免要应用到高压部分，但又不能改变工艺，在这种情况下，高压管应用而生。下面我们以HVNMOS为例子来具体分析。

在高压管中，我们就是要保证D端所加的高压经过场释放到大G端下面后小于栅穿电压。图1是一个CMOS工艺下HVNMOS的剖面图［1］，也就是在A点时，要保证VD-VG＜V栅穿。D端是一个低搀杂的N-区，与G端有一定的交叠量。总的D、S电压VDS等于两个三角形的面积之和：

图1　HVNMOS晶体管剖面图及漏端横向电场示意图

D端N-与G端交叠量，即a的大小，不可太小，也不可太大。既要考虑在有套版偏差的情况下管子能正常工作，又要尽量提高管子的工作电压。VD=VDS-V阴影，从上面两个图可以看出，如果适当缩小a的值，D端在A点的电压会降低。

影响耐压值的参数有：1）poly1gate覆盖在场氧FOX即场板的值fp；2）fp到D端高浓接触区的space，即HVNMOS剖面图上的fsd（fpspacedrain）；3）沟道长度L。

在测试中，以某工艺为例，做了一系列的图形，在其他参数不便的情况下，分别改变以上三个参数，然后测试击穿电压。具体的测试方法为：S、B、G短接并接-20V电压，D端电压从-20V到40V、步进0.2 V的加压，检测D端电流Id、b端电流Ib，s端电流Is，若出现击穿使Id、Ib任意一个突然增大的情况，停止扫描。

1）fp的改变对击穿电压的影响：W/L=40/4，m=2，fsd=3.0 um，fp分别取0.8um、1.2um、1.6um，得到的击穿图分别如图2—图4。

总结：从击穿曲线看，所有的击穿都属于次表面击穿，且击穿发生后直至测试所加的最高电压60V，栅极都没有电流，可见场板起到了两个作用：将击穿压在次表面并保护栅氧不被击穿。三个图形的耐压值分别为46.6V、48.2V、48.9V，有上升的趋势，可见击穿部位的深度在逐渐的增加。从测试数据看，击穿都是发生在n-/p-之间。

图2　Fp=08u m的击穿图

图3　Fp=1.2μm的击穿图

图4　Fp=1.6μm的击穿图

2）fsd对耐压值的影响：W/L=40/4，m=2，fp= 2.0u，fsd分别取0.4μm、0.8μm、1.2μm、1.6μm、2.0μm、3.0μm，得到的击穿图分别如图5—10。

图5　fsd=0.4μm的击穿图

图6　fsd=0.8μm的击穿图

图7　fsd=1.2μm的击穿图

图8　fsd=1.6μm的击穿图

图9　Fsd=2.0μm的击穿图

图10　Fsd=3.0μm的击穿图

总结：从理论上分析，如果fsd太小的话，管子则会因d与fp之间的电场太大而造成击穿。从测试得到的击穿曲线来看，fsd的改变对耐压值的影响并不大。从电压的角度来看，除fsd=1.6μm之外的5个图形，耐压值在51V和52V两个点上徘徊，管子达到限流值时的电压值也基本相同；从得到的击穿曲线来看，除第4组外，其余5个曲线基本上相似。4组的击穿曲线很漂亮，d端加到一定的电压后管子立即就被击穿了。

3）L值对耐压值的影响：W/L=10，m=2，fsp=3.0，fp=2.0，L分别取1.5μm、2.0μm、2.5μm，得到的击穿图分别如图11～13。