HVNMOS 管的工藝參數(shù)分析

賀雪群

（廈門理?yè)窗雽?dǎo)體科技有限公司，福建　廈門　361008）

工程技術(shù)

HVNMOS 管的工藝參數(shù)分析

賀雪群

（廈門理?yè)窗雽?dǎo)體科技有限公司，福建廈門361008）

以測(cè)試數(shù)據(jù)分析了CMOS工藝下影響高壓N管HVNMOS耐壓值的幾個(gè)參數(shù)。

高壓N管；工藝參數(shù)；耐壓值

在電路設(shè)計(jì)中，即使是低壓的設(shè)計(jì)，也難免要應(yīng)用到高壓部分，但又不能改變工藝，在這種情況下，高壓管應(yīng)用而生。下面我們以HVNMOS為例子來(lái)具體分析。

在高壓管中，我們就是要保證D端所加的高壓經(jīng)過(guò)場(chǎng)釋放到大G端下面后小于柵穿電壓。圖1是一個(gè)CMOS工藝下HVNMOS的剖面圖［1］，也就是在A點(diǎn)時(shí)，要保證VD-VG＜V柵穿。D端是一個(gè)低攙雜的N-區(qū)，與G端有一定的交疊量?？偟腄、S電壓VDS等于兩個(gè)三角形的面積之和：

圖1　HVNMOS晶體管剖面圖及漏端橫向電場(chǎng)示意圖

D端N-與G端交疊量，即a的大小，不可太小，也不可太大。既要考慮在有套版偏差的情況下管子能正常工作，又要盡量提高管子的工作電壓。VD=VDS-V陰影，從上面兩個(gè)圖可以看出，如果適當(dāng)縮小a的值，D端在A點(diǎn)的電壓會(huì)降低。

影響耐壓值的參數(shù)有：1）poly1gate覆蓋在場(chǎng)氧FOX即場(chǎng)板的值fp；2）fp到D端高濃接觸區(qū)的space，即HVNMOS剖面圖上的fsd（fpspacedrain）；3）溝道長(zhǎng)度L。

在測(cè)試中，以某工藝為例，做了一系列的圖形，在其他參數(shù)不便的情況下，分別改變以上三個(gè)參數(shù)，然后測(cè)試擊穿電壓。具體的測(cè)試方法為：S、B、G短接并接-20V電壓，D端電壓從-20V到40V、步進(jìn)0.2 V的加壓，檢測(cè)D端電流Id、b端電流Ib，s端電流Is，若出現(xiàn)擊穿使Id、Ib任意一個(gè)突然增大的情況，停止掃描。

1）fp的改變對(duì)擊穿電壓的影響：W/L=40/4，m=2，fsd=3.0 um，fp分別取0.8um、1.2um、1.6um，得到的擊穿圖分別如圖2—圖4。

總結(jié)：從擊穿曲線看，所有的擊穿都屬于次表面擊穿，且擊穿發(fā)生后直至測(cè)試所加的最高電壓60V，柵極都沒(méi)有電流，可見(jiàn)場(chǎng)板起到了兩個(gè)作用：將擊穿壓在次表面并保護(hù)柵氧不被擊穿。三個(gè)圖形的耐壓值分別為46.6V、48.2V、48.9V，有上升的趨勢(shì)，可見(jiàn)擊穿部位的深度在逐漸的增加。從測(cè)試數(shù)據(jù)看，擊穿都是發(fā)生在n-/p-之間。

圖2　Fp=08u m的擊穿圖

圖3　Fp=1.2μm的擊穿圖

圖4　Fp=1.6μm的擊穿圖

2）fsd對(duì)耐壓值的影響：W/L=40/4，m=2，fp= 2.0u，fsd分別取0.4μm、0.8μm、1.2μm、1.6μm、2.0μm、3.0μm，得到的擊穿圖分別如圖5—10。

圖5　fsd=0.4μm的擊穿圖

圖6　fsd=0.8μm的擊穿圖

圖7　fsd=1.2μm的擊穿圖

圖8　fsd=1.6μm的擊穿圖

圖9　Fsd=2.0μm的擊穿圖

圖10　Fsd=3.0μm的擊穿圖

總結(jié)：從理論上分析，如果fsd太小的話，管子則會(huì)因d與fp之間的電場(chǎng)太大而造成擊穿。從測(cè)試得到的擊穿曲線來(lái)看，fsd的改變對(duì)耐壓值的影響并不大。從電壓的角度來(lái)看，除fsd=1.6μm之外的5個(gè)圖形，耐壓值在51V和52V兩個(gè)點(diǎn)上徘徊，管子達(dá)到限流值時(shí)的電壓值也基本相同；從得到的擊穿曲線來(lái)看，除第4組外，其余5個(gè)曲線基本上相似。4組的擊穿曲線很漂亮，d端加到一定的電壓后管子立即就被擊穿了。

3）L值對(duì)耐壓值的影響：W/L=10，m=2，fsp=3.0，fp=2.0，L分別取1.5μm、2.0μm、2.5μm，得到的擊穿圖分別如圖11～13。

圖11　L=15u/1.5μm的擊穿圖

除L=1.5μm時(shí)，管子在VDS=37V時(shí)就發(fā)生了d/s穿通之外，其余的都是d/b次表面擊穿。在設(shè)計(jì)高壓管的L時(shí)，要考慮到結(jié)的耗盡和橫擴(kuò)，不能太小。

圖12　L=20u/2.0μm的擊穿圖

上面討論的是單邊HVNMOS，只有D端可耐高壓，如果要雙邊耐高壓，則S端結(jié)構(gòu)也要與D端相同。

圖13　L=2.5μm的擊穿圖

［1］（美）黑斯廷斯.模擬電路版圖的藝術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007:416.

（編輯：劉楠）

HV MOSTransistor Parameters Analysis

He Xuequn
（Xiamen Lizhi Sem iconductor Technology Co.，L td.，Xiamen Fujian 361008）

This paper analyzes the impact of test data under high voltage CMOS process N HVNMOS tube voltage value of several parameters.

high pressure pipe parameters N；technological parameter；withstandingvoltage

TN141.1+6

A

2095-0748（2016）11-0040-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.17

2016-04-25

賀雪群（1978—），男，湖南南縣人，本科，工程師，從事IC版圖設(shè)計(jì)工作，對(duì)工藝以及電路均有研究。