DMOS 器件及工艺的研究与分析

张相飞 周芝梅 王永刚 万勇

摘要：本文介绍了DMOS器件的基本知识，包括DMOS的基本工艺及类型，介绍了实际工艺中的DMOS结构及参数。

关键词：DMOS；LDMOS；VDMOS

Abstract：This paper introduced the basic knowledge of DMOS device and include basic process and process type.This paper also introduced DMOS architecture and parameter in actual process.

Key words：DMOS；LDMOS；VDMOS

1 DMOS的分类及特性

DMOS主要有两种类型，横向双扩散金属氧化物半导体场效应管LDMOSFET（lateral doubledif fused MOSFET）和垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管VDMOSFET（vertical doublediffused MOSFET）。

1971年Y.Tarui等人提出了横向双扩散MOS的结构。1976年M.J.Declerq和J.D.Plummer采用这种方案，做出了第一个DMOS。

图1是DMOS的电流电压特性，假设源电位为零，不同VGS下典型DMOSFET的电流电压特性（VDS代表漏源电压，IDS代表漏源电流），共分为六个区域：

1）截止区，在这个区VGS≤Vth，VDS从零开始变大，电流IDS始终接近于零，直到达到击穿电压BVdss为止；

2）线性区，又称非饱和区或欧姆区，VGS≥Vth且 Vxs

3）饱和区，VGS>Vth且Vxs > VGSVth，沟道已夹断或沟道中电子已完全达到速度饱和，VDS增大，IDS变化很小，漏电流饱和；

4）击穿区，VDS≥BVdss，外延层与漂移区形成的PN结发生雪崩击穿，电流急剧增大；

5）源漏正向偏置区，这时源电位高于漏电位，与源相通P阱和漏区形成PN结正偏，电流随电压增加按指数规律急剧增加，表现为正偏二极管的IV特性；

6）准饱和区，VGS很大时，IDS本身很大，但随VGS的增大没有很明显的增加，即跨导很小。

2 工業BCD工艺中DMOS的类型、应用及特性

DMOS最常见的应用就是做下拉或者上拉驱动，如图2中所示，NDMOS常用来做下拉驱动，PDMOS常用来做上拉驱动。

2.1 NDMOS的类型、应用及特性

图3是BCD工艺中可作为下拉驱动器件的NLDMOS的剖面图，从图中可以看到NLDMOS是直接做在psub上，所以B‖S的电压和psub相同，而psub是需要接在电路中的最低电位上，一般电路中的最低电位是GND，所以此结构的LNDMOS的B‖S极一般是接在GND上。

随着工艺的发展和进步，在需要大功率驱动的电路中，NVDMOS的应用越来越广泛，因为在相同面积的条件下，NVDMOS可以比NLDMOS提供更大的电流和更小的Ron，可以进一步降低芯片成本。

目前在BCD工艺中集成NVDMOS已经很成熟，图5是BCD工艺中NVDMOS的剖面图，从图中我们可以看到Gate四围都可以形成NVDMOS的沟道，所以NVDMOS的面积更小，效率更高，并且垂直结构也减小了DMOS中很多的寄生电阻和电容。

2.2 PDMOS的类型，应用及特性

图7是BCD工艺中可作为上拉驱动器件的PLDMOS的剖面图，从图中可以看到PLDMOS是做在NTUB和pEPI上，通过Buried layer与Psub隔离，所以PLDMOS还可以称作floating PLDMOS，这里的floating是指PLDMOS相对于psub而言。

3 DMOS的应用

在运用DMOS的IC设计中，DMOS器件实际上是由成百上千的单一结构的DMOS 单元所组成的。这些单元的数目是根据一个芯片所需要的驱动能力所决定的，DMOS的性能直接决定了芯片的驱动能力和芯片面积。对于一个由多个基本单元结构组成的DMOS器件，其中一个最主要的考察参数是导通电阻，用Ron表示。导通电阻是指在器件工作时，从漏到源的电阻。对于DMOS器件应尽可能减小导通电阻，这是BCD工艺流程所追求的目标。当导通电阻很小时，器件就会提供一个很好的开关特性，因为漏源之间小的导通电阻，会有较大的输出电流，从而可以具有更强的驱动能力。

参考文献：

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