【摘 要】
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随着显示驱动、电源管理以及汽车电子等中低压消费电子应用的发展,集成了低压CMOS以及中低压LDMOS器件的0.18μm BCD工艺技术逐渐成为主流的平台技术,并且在实际应用中也越来越多地受到客户的青睐。在BCD工艺中,功率LDMOS成为BCD工艺中器件设计的重点和难点,其主要体现在满足击穿电压的基础上为用户提供更低的比导通电阻和更高的可靠性。本论文工作主要基于华润微电子0.18μm G3 BCD工
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随着显示驱动、电源管理以及汽车电子等中低压消费电子应用的发展,集成了低压CMOS以及中低压LDMOS器件的0.18μm BCD工艺技术逐渐成为主流的平台技术,并且在实际应用中也越来越多地受到客户的青睐。在BCD工艺中,功率LDMOS成为BCD工艺中器件设计的重点和难点,其主要体现在满足击穿电压的基础上为用户提供更低的比导通电阻和更高的可靠性。本论文工作主要基于华润微电子0.18μm G3 BCD工艺平台中低压可集成功率器件的电学特性和可靠性进行了较为系统和全面的研究分析。并主要针对24V工作电压档位LDMOS器件结构和制造工艺的优化,设计并制造了一种高可靠低损耗LDMOS器件结构。关于高可靠性的优化工作主要涉及以下几点:漂移区结构的改进对器件内部寄生效应的改善;P型体区注入方法的改进对器件鲁棒性和SOA的优化以及对沟道电阻的降低;HTO和Contact场板对漂移区电场的调制,从而对热载流子注入退化的改善;源区岛型交替分布结构对空穴电流路径的优化从而对器件ESD自保护能力的提升。关于低损耗的优化工作主要涉及以下几点:P-RESURF注入以及场板结构对表面电场的优化可以加农漂移区浓度,从而降低比导通电阻;P型体区N型掺杂的注入对表面电流路径的优化对比导通电阻的降低。此外还针对半桥驱动电路中全隔离LDMOS结构衬底漏电进行了研究和改善。基于华润微电子0.18μm BCD工艺平台对所设计的LDMOS器件进行流片,并通过对实际生产制造的器件进行测试和结果分析,最终为工作电压为24V的应用设计并制造出了击穿电压为42.6V,比导通电阻为9.5mΩ·mm~2的LDMOS器件。然后对器件的可靠性进行了评估,在漏极电压为工作电压24V,栅极电压为2.5V的最坏HCI应力条件下,50ks之后的Idlin退化量为0.87%,HCI寿命大于10年。HBM能力通过8k V。除此之外,还对基于该器件结构的全隔离器件的隔离衬底漏电进行评估,优化后的衬底漏电从41.6m A降低到了6.83m A。此外还通过对器件尺寸的拉偏为工作电压为12V、16V、18V、20V的LDMOS应用提供了更多的器件选择,得到的击穿电压和比导通电阻分别为:22.39V,3.02 mΩ·mm~2;24.6V,3.97 mΩ·mm~2;32.06V,5.9 mΩ·mm~2;35.63V,6.94 mΩ·mm~2。
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