LDMOS的可靠性研究

1、LDMOS的可靠性研究研究?jī)?nèi)容 1、高可靠性P_LDMOS研究 2、LDMOS的可靠性和溫度特性研究 3、基于LDMOS熱載流子效應(yīng)的可靠性研究 4、Reliability study of power RF LDMOS devices under thermal stress高可靠性P_LDMOS研究P-LDMOS的縱向剖視圖1、 溝道下的電場(chǎng)分析（1）關(guān)閉態(tài)關(guān)閉態(tài)Si-SiO2 界面電場(chǎng)分布 關(guān)閉態(tài)下，界面處存在兩個(gè)電場(chǎng)峰值。第一個(gè)峰值在溝道左端,溝道與漂移區(qū)形成的p-n結(jié)處;第二個(gè)峰值在漂移區(qū)的場(chǎng)板端點(diǎn)正下方. 關(guān)閉態(tài)下，溝道下的電場(chǎng)峰值遠(yuǎn)小于漂移區(qū)峰值。因此，溝道不會(huì)先于漂移區(qū)擊穿。（

2、2）開啟態(tài)開啟態(tài)Si-SiO2 界面電場(chǎng)分布 開啟態(tài)下，整個(gè)表面電場(chǎng)由兩個(gè)U形曲線連接而成,第一個(gè)U形曲線在溝道區(qū),第二個(gè)U形曲線在漂移區(qū).第二個(gè)U形曲線是由漂移區(qū)兩邊的兩個(gè)結(jié)形成,該U形曲線兩個(gè)峰值的大小由漂移區(qū)濃度決定。 LDMOS的漂移區(qū)與溝道交界處,即開啟態(tài)第二個(gè)峰值位置,由于兩次擴(kuò)散的雜質(zhì)高度補(bǔ)償形成性能非常差的高阻區(qū),再加上此處電場(chǎng)強(qiáng)度較高,很容易產(chǎn)生熱載流子,對(duì)柵進(jìn)行轟擊,增大柵的漏電流,從而影響器件穩(wěn)定性與可靠性. 研究發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生熱載流子效應(yīng)的很大一部分原因是溝道靠近源端的熱載流子注入引起.因此降低熱載流子效應(yīng),提高器件可靠性,必須降低開啟態(tài)下第一個(gè)U型曲線的兩個(gè)峰值.2、溝道

3、下電場(chǎng)峰值改進(jìn)方法（1）溝道長(zhǎng)度的影響溝道下峰值電場(chǎng)隨溝道長(zhǎng)度變化曲線 隨著溝道長(zhǎng)度的變大,第一個(gè)峰值大小幾乎沒有變化,而第二個(gè)峰值逐漸變小. 由于溝道變長(zhǎng),一方面,相同的電壓加在較長(zhǎng)的長(zhǎng)度上,得到的必然是較小的電場(chǎng)強(qiáng)度;另一方面,防串通n阱與漂移區(qū)的p阱兩次注入的窗口間的距離增加,使得np-結(jié)補(bǔ)償雜質(zhì)濃度降低,從而減小此區(qū)域的電阻.以上兩個(gè)原因使第二個(gè)峰值電場(chǎng)變小. 第一個(gè)峰值電場(chǎng),由于改變溝道長(zhǎng)度對(duì)p+n結(jié)濃度沒有影響,因此第一個(gè)峰值幾乎沒有變化.（2）溝道濃度的影響（溝道較長(zhǎng)情況下）溝道峰值電場(chǎng)隨n阱注入劑量變化曲線 隨著n阱濃度的變大,第一個(gè)峰值電場(chǎng)逐漸變大,而第二個(gè)峰值電場(chǎng)變化不是很

4、明顯. 原因在于,p+n結(jié)的n側(cè)濃度降低,結(jié)處的峰值電場(chǎng)必然降低;溝道較長(zhǎng)時(shí),np-結(jié)左側(cè)磷的濃度已經(jīng)降到了一個(gè)比較小的值,此時(shí)再降低溝道濃度,峰值電場(chǎng)幾乎不會(huì)變化,因此第二個(gè)峰值電場(chǎng)變化不明顯.（3）柵場(chǎng)板長(zhǎng)度的影響溝道下電場(chǎng)隨柵場(chǎng)板長(zhǎng)度的變化曲線 隨著場(chǎng)板的變短,第一個(gè)峰值大小幾乎沒有變化,第二個(gè)峰值則有變化. 場(chǎng)板較長(zhǎng)時(shí),第二個(gè)峰值幾乎不隨場(chǎng)板變化;場(chǎng)板較短時(shí),第二個(gè)峰值隨場(chǎng)板的減短急劇減小.開態(tài)時(shí),場(chǎng)板具有緩解其下方電場(chǎng)強(qiáng)度的作用,越靠近場(chǎng)板端點(diǎn)處,緩解能力越強(qiáng).場(chǎng)板較長(zhǎng)時(shí),場(chǎng)板端點(diǎn)離第二個(gè)峰值電場(chǎng)較遠(yuǎn),隨場(chǎng)板長(zhǎng)度的變化,峰值電場(chǎng)變化不明顯;場(chǎng)板較短時(shí),場(chǎng)板端點(diǎn)在第二個(gè)峰值電場(chǎng)的正上方

5、,此處的電場(chǎng)得到較大的緩解,從而使場(chǎng)強(qiáng)減小. 利用場(chǎng)板變短來降低溝道峰值電場(chǎng),往往會(huì)使器件關(guān)閉態(tài)的耐壓降低,開態(tài)導(dǎo)通電阻增加,因而不可取。 為了使漂移區(qū)具有最優(yōu)的耐壓,漂移區(qū)濃度應(yīng)該滿足RESURF技術(shù),即此時(shí)第二個(gè)U型曲線的兩個(gè)峰值電場(chǎng)基本相等。3、提高可靠性設(shè)計(jì)原則 (1)保證器件面積的前提下，拉長(zhǎng)溝道長(zhǎng)度,使n阱與p阱兩次擴(kuò)散窗口的距離加大。長(zhǎng)的溝道長(zhǎng)度使電壓分布在較長(zhǎng)的范圍,從而降低第二個(gè)峰值電場(chǎng)。n阱與p阱兩次擴(kuò)散窗口的距離加大,降低了np-結(jié)處的雜質(zhì)濃度,使此處的遷移率變大,電阻變小。 (2)溝道不穿通前提下，n阱濃度盡量小.降低n阱濃度,有利于降低第一個(gè)峰值電場(chǎng),從而提高器件可靠

6、性。LDMOS的可靠性和溫度特性研究 針對(duì)LDMOS的可靠性問題,首先研究影響高壓LDMOS可靠性的擊穿特性;對(duì)于功率器件來說,LDMOS的功耗大小以及功耗的分布情況對(duì)器件性能也有重要的影響。 功耗增大使器件發(fā)熱量增加,溫度上升,導(dǎo)致器件的可靠性變差。一、LDMOS 的可靠性研究1、LDMOS 擊穿電壓分析 半導(dǎo)體器件電擊穿的根本機(jī)理有雪崩擊穿和隧道擊穿兩種。隧道擊穿主要發(fā)生在耐壓小于7V的低壓器件中,高壓器件中一般產(chǎn)生雪崩擊穿。 LDMOS的漏源擊穿電壓是一個(gè)十分重要的參數(shù)，而場(chǎng)極板的作用是不可忽略的。1.1有場(chǎng)極板的LDMOS的擊穿電壓原理 在場(chǎng)極板有限的情況下，漏極的高壓被氧化層電容分壓

7、，減小了漂移區(qū)A處的擊穿電壓。 根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果指出,有限尺寸場(chǎng)極板的邊界效應(yīng)等效一個(gè)平面PN結(jié)的擊穿電壓。因此可以將無限大場(chǎng)MOS電容器和這個(gè)等效pn結(jié)的擊穿電壓相比較,兩者之中較小的擊穿電壓,就是外加場(chǎng)極板的擊穿電壓。1.2、有限場(chǎng)極板的情況 場(chǎng)極板邊界處擊穿電壓為： 無限場(chǎng)極板下的擊穿電壓為： 由于LDMOS場(chǎng)極板是有限極板,而不是無窮大場(chǎng)極板,因此擊穿電壓到底是多大,應(yīng)當(dāng)判斷LDMOS是在場(chǎng)極板內(nèi)部先擊穿還是在場(chǎng)極板邊界處先擊穿，所以擊穿電壓由最小值決定的，即 式中Ec取最大的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，整理得具有場(chǎng)極板的高壓LDMOS的擊穿電壓為： 通過模擬發(fā)現(xiàn),LDMOS承受漏源電壓主要是場(chǎng)極板下面

8、的場(chǎng)極板部分,增加場(chǎng)極板的長(zhǎng)度會(huì)使漂移區(qū)的電勢(shì)、電場(chǎng)分布發(fā)生變化,使承受漏源電壓的部分變長(zhǎng),降低了最高電場(chǎng),提高了擊穿電壓,同時(shí)增加場(chǎng)極板對(duì)電阻幾乎沒有多少影響,因而對(duì)器件的作用被削弱,緩和了擊穿電壓與導(dǎo)通電阻的矛盾。 場(chǎng)極板技術(shù)只能通過藕合作用減小漂移區(qū)的有效電荷,進(jìn)而提高耐壓,但是對(duì)漂移區(qū)積分電荷沒有大的影響。 利用nLDMOS和pLDMOS構(gòu)成帶有負(fù)載電容的CMOS反相器，可得電路的功率增益為： 從式中可得，減小工作頻率可以提高功率增益。 從LDMOS的結(jié)構(gòu)和電學(xué)參數(shù)來考慮,要降低功耗應(yīng)當(dāng)盡量減小式中的（Bn+Bp）。2、LDMOS 本征功耗的計(jì)算 降低電路功耗的一個(gè)有效方法是將一個(gè)比較

9、寬的LDMOS分成許多比較窄的單元并聯(lián),總的寬度保持不變。這時(shí)管子的輸出非線性電阻并聯(lián)在一起,其等效的Bn和Bp減小,從而減小了LDMOS的功耗。 因此在不改變LOMOS任何參數(shù)的情況下,這種方法可以降低電路的功耗。3、LDMOS 安全工作區(qū)（SOA） 所謂安全工作區(qū),顧名思義就是LDMOS在任何偏置狀態(tài)下都能安全工作的區(qū)域。 對(duì)SOA的研究是LDMOS器件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要新領(lǐng)域。根據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間,LDMOS的SOA可以分為短期SOA和長(zhǎng)期SOA兩種。3.1、LDMOS的短期SOA 短期SOA是指由各種熱效應(yīng)在短期內(nèi)確定的工作區(qū)。短期SOA可以分為電SOA和熱SOA。 影響電SOA的主要是Kir

10、k效應(yīng)，寄生三極管效應(yīng)；影響熱SOA的主要是自加熱效應(yīng)。（1）Kirk效應(yīng) 當(dāng)電流密度超過漂移區(qū)雜質(zhì)濃度后,電場(chǎng)峰值轉(zhuǎn)移到近漏端,等位線在漏極方向非常密集，漏端電場(chǎng)強(qiáng)度大幅增加的現(xiàn)象，稱為Kirk效應(yīng)。 解決方法：在漏端加一個(gè)漏緩沖區(qū),這個(gè)緩沖區(qū)的摻雜濃度介于漂移區(qū)摻雜濃度和漏區(qū)摻雜濃度之間。通過這種方法,可以在漂移區(qū)獲得較為均勻的電場(chǎng),可有效緩解高電場(chǎng)帶來的可靠性問題。（2）寄生三極管效應(yīng) LDMOS在高壓工作下，內(nèi)部發(fā)生碰撞電離產(chǎn)生過剩載流子,這些過剩載流子在體區(qū)源區(qū)間產(chǎn)生正向壓降。當(dāng)此壓降達(dá)到寄生三極管的導(dǎo)通電壓時(shí),三極管導(dǎo)通,于是在溝道下方出現(xiàn)一條電流通路,使工作電流迅速上升,并使柵壓

11、控制失效,LDMOS發(fā)生負(fù)阻擊穿,器件失效，這種現(xiàn)象稱為寄生三極管效應(yīng)。 解決方法：一是降低碰撞電離產(chǎn)生的電流即降低襯底電流；二是降低P阱的電阻。（3）自加熱效應(yīng) 高壓功率LDMOS正常工作時(shí)，器件有源區(qū)將會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致溫度上升，這種現(xiàn)象稱為自加熱效應(yīng)。 柵壓的增加會(huì)導(dǎo)致LDMOS的體內(nèi)溫度迅速提高，甚至產(chǎn)生高能載流子與晶格碰撞，產(chǎn)生二次電子空穴對(duì)，導(dǎo)致LDMOS發(fā)生負(fù)阻擊穿，使得LDMOS的擊穿電壓大大降低。3.2、LDMOS的長(zhǎng)期SOA 隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng),在溝道或漂移區(qū)的載流子會(huì)獲得巨大的動(dòng)能克服表面勢(shì)壘隧穿到LDMOS的柵氧化層或場(chǎng)氧化層中,影響電荷分布,進(jìn)而影響器件的性能。這

12、是導(dǎo)致長(zhǎng)期工作的器件失效的主要機(jī)理,即由它決定LDMOS長(zhǎng)期SOA的邊界。 溫度的變化對(duì)LDMOS中載流子的遷移率、亞閾值電流、漏源電流、泄漏電流等參數(shù)是有影響的。對(duì)LDMOS的特性在不同溫度下的模擬和分析是精確估計(jì)性能的關(guān)鍵。二、LDMOS 溫度特性的研究1、閾值電壓溫度系數(shù)的研究 閾值電壓隨溫度變化是由于表面勢(shì)隨溫度變化引起的。研究表明表面勢(shì)是溫度的線性函數(shù)。 閾值電壓為： 式中： 通過分析高壓LDMOS閾值電壓溫度系數(shù)以及高壓LDMOS閾值電壓溫度系數(shù)的特性，結(jié)果說明，薄的柵氧化層厚度和高的襯底摻雜濃度才能得到小的閾值電壓溫度系數(shù)。2、遷移率的溫度特性 硅器件的遷移率模型受到聲學(xué)波和電離

13、雜質(zhì)散射的影響： 式中 s和 i代表了聲學(xué)波和雜質(zhì)電離散射的影響。 在摻雜不高的器件中，遷移率隨著溫度的升高迅速減小。3、飽和電流的溫度特性 LDMOS的開態(tài)電流較大，自加熱效應(yīng)明顯，飽和電流是器件開態(tài)下的一個(gè)重要電學(xué)參數(shù)。由于LOMOS器件溝道一般比較長(zhǎng),所以飽和電流是由于溝道夾斷形成的,而不是由于電子速度飽和而形成的。 通過分析可以得到如下兩點(diǎn)結(jié)論： （1）飽和電流的溫度系數(shù)不是一個(gè)固定的常量,是柵壓的函數(shù)。當(dāng)Vgs增大時(shí),Ids的溫度系數(shù)從正值變化到負(fù)值。 （2）飽和電流基本上是隨著溫度的增加而下降的。4、泄漏電流的溫度特性（擴(kuò)散電流） 在反向偏壓的情況下，可以得到一個(gè)擴(kuò)散電流，這就是通

14、常定義的泄漏電流。泄漏電流主要是由于PN結(jié)的反向漏電引起的。 實(shí)際加反向偏壓的時(shí)候,勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)加強(qiáng),在勢(shì)壘區(qū)內(nèi)由于熱激發(fā)的作用,具有凈產(chǎn)生率,形成一個(gè)產(chǎn)生電流。（1）泄漏電流的組成 反向泄漏電流主要是擴(kuò)散電流和熱產(chǎn)生電流，分別是上式右邊的兩項(xiàng)。（2）計(jì)算和模擬之后得到結(jié)論如下： 溫度較低時(shí)，熱產(chǎn)生電流是主要因素；溫度較高時(shí)，擴(kuò)散電流是主要因素。 隨著溫度的增加，泄漏電流呈指數(shù)增加。 由于泄漏電流主要來源于n-漂移區(qū)/p型襯底結(jié)的泄漏電流,只要適當(dāng)降低該結(jié)的結(jié)面積,就可以有效降低結(jié)泄漏電流,并提高LDMOS的溫度特性。5、導(dǎo)通電阻的溫度特性 導(dǎo)通電阻的LDMOS的一個(gè)重要參數(shù)，其大小與LDM

15、OS的最大輸出功率密切相關(guān)。 導(dǎo)通電阻和溫度的關(guān)系表達(dá)式為： 式中Ron（T）為本征電阻，Rch（T）為溝道電阻溫度較低時(shí)，泄漏電流為0，則 其值隨溫度的增加呈 的關(guān)系。溫度較高時(shí)，泄漏電流主要是pn結(jié)的反向電流，其值較大，不能忽略。溝道電阻也隨著溫度的增加而增加，且線性區(qū)的Vds又很小，所以 較大 ， 這時(shí)，導(dǎo)通電阻隨著溫度增加的速率將低于本征電阻隨著溫度增加的速率。T）（）（TRTRRononDSRVTRTI）（）（ch6、擊穿電壓的溫度特性 開態(tài)擊穿電壓是LDMOS的一個(gè)非常重要的電學(xué)參數(shù)。擊穿電壓決定了最大允許的漏源電壓。通常有漏襯底PN結(jié)雪崩擊穿電壓和漏源穿通電壓兩種機(jī)理。 在等溫的

16、前提下,隨著溫度的升高擊穿電壓是有所上升，但是增加的幅度很小。主要是因?yàn)檩d流子遷移率下降。 通過非等溫模擬，揭示了擊穿電壓隨著周圍結(jié)溫度上升而降低?；贚DMOS 熱載流子效應(yīng)的可靠性研究一、LDMOS的熱載流子效應(yīng) LDMOS應(yīng)用于高壓功率領(lǐng)域,其可靠性是衡量器件性能的重要指標(biāo)。由于漏端高壓的存在以及器件尺寸的縮小,使得器件的強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)不得不加以認(rèn)真考慮,而強(qiáng)場(chǎng)直接導(dǎo)致的是器件的熱載流子效應(yīng)。1、強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng) 熱載流子：當(dāng)溝道電子（n型）通過強(qiáng)場(chǎng)區(qū)時(shí)，電子從電場(chǎng)中獲得了額外能量,打破了電子與晶格的能量平衡,即此額外能量不能傳遞給晶格。這些高能量的載流子(電子)稱為熱載流子。 對(duì)于LDMOS的結(jié)構(gòu)

17、,器件中產(chǎn)生熱載流子并能對(duì)柵極電流產(chǎn)生影響的是漂移區(qū)附近的PN結(jié)處。 在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，由于高能量電子的較其它區(qū)域多,所以導(dǎo)致了另外一個(gè)主要現(xiàn)象,即碰撞電離。高能量電子撞擊晶格,產(chǎn)生了額外的電子-空穴對(duì)。新增的電子成為了漏區(qū)電流的一部分,而所產(chǎn)生的空穴則有多種去處。其中絕大部分流向了襯底,成為了襯底電流,另外一小部分流向了柵和源。 進(jìn)入柵極的熱載流子會(huì)產(chǎn)生氧化物電荷和界面陷阱，導(dǎo)致器件性能的退化，尤其是閾值電壓漂移、跨導(dǎo)退化等，這就是熱載流子效應(yīng)，這些影響了器件的使用壽命。 在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，由于高能量電子的較其它區(qū)域多,所以導(dǎo)致了另外一個(gè)主要現(xiàn)象,即碰撞電離。高能量電子撞擊晶格,產(chǎn)生了額外的電子-空穴對(duì)。新

18、增的電子成為了漏區(qū)電流的一部分,而所產(chǎn)生的空穴則有多種去處。其中絕大部分流向了襯底,成為了襯底電流,另外一小部分流向了柵和源。 進(jìn)入柵極的熱載流子會(huì)產(chǎn)生氧化物電荷和界面陷阱，導(dǎo)致器件性能的退化，尤其是閾值電壓漂移、跨導(dǎo)退化等，這就是熱載流子效應(yīng)，這些影響了器件的使用壽命。 襯底電流是由強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中的碰撞電離現(xiàn)象產(chǎn)生的(高速電子撞擊晶格產(chǎn)生次級(jí)電子-空穴對(duì)),為了使碰撞電離產(chǎn)生的空穴幾乎完全的流向襯底,須使Rsub-0。SOI技術(shù)能夠很好的決定了空穴的流向。 襯底電流表征了器件場(chǎng)強(qiáng)區(qū)碰撞電流的程度，同時(shí)在一定程度上對(duì)熱載流子效應(yīng)的研究提供的參考依據(jù)。2、LDMOS 的熱載流子效應(yīng)分析 LDMOSFE

19、T熱載流子效應(yīng)的程度受器件的氧化工藝、摻雜工藝、漂移區(qū)雜質(zhì)分布、溝道區(qū)雜質(zhì)分布、漂移區(qū)結(jié)構(gòu)、場(chǎng)板結(jié)構(gòu)、以及器件工作狀態(tài)等多種因素影響且影響的程度也不同。2.1、LDMOS 的熱載流子分布 熱載流子的多少可以由襯底電流來反映。襯底電流的大小由漏源電流和場(chǎng)強(qiáng)以及碰撞系數(shù)決定,可見在高場(chǎng)強(qiáng)和電流集中的區(qū)域優(yōu)先發(fā)生碰撞電離現(xiàn)象。 根據(jù)相關(guān)理論研究，LDMOS的場(chǎng)板下方鳥嘴區(qū)域以及漏端區(qū)域都是電流較為集中的地方，所以要明白LDMOS的電場(chǎng)分布。 圖中的鳥嘴區(qū)和場(chǎng)板下方的漂移區(qū)與襯底相接處等勢(shì)線密集。 場(chǎng)板下方的鳥嘴區(qū)域是電流密集的地方，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)足夠大時(shí)，由高速載流子撞擊晶格產(chǎn)生的次級(jí)電子-空穴對(duì)將會(huì)大量增

20、加，即該區(qū)的碰撞電離強(qiáng)度增強(qiáng)了。2.2、雜質(zhì)分布的影響（1）溝道區(qū)雜質(zhì)：研究表明，隨著溝道區(qū)摻雜濃度的增加，器件的退化變得很劇烈，直接影響到了器件的使用壽命。（2）漂移區(qū)雜質(zhì)：研究表明適當(dāng)?shù)奶岣咂茀^(qū)摻雜濃度，可以有效降低器件的熱載流子效應(yīng)。這是因?yàn)槠茀^(qū)濃度的增加，使得漏電流、進(jìn)入柵極的熱電子電流、碰撞電離產(chǎn)生的襯底電流的退化速度減弱了。2.3、漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的影響 熱載流子效應(yīng)受漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的影響分為漂移區(qū)結(jié)深和漂移區(qū)長(zhǎng)度,改變漂移區(qū)結(jié)構(gòu)意味著改變的是漂移區(qū)導(dǎo)通電阻,進(jìn)而改變漂移區(qū)的電場(chǎng)分布,這樣對(duì)器件的電流-電壓特性形成影響,從而決定著熱載流子的產(chǎn)生、分布和強(qiáng)弱。（1）漂移區(qū)結(jié)深 通過實(shí)驗(yàn)，改

21、變漂移區(qū)結(jié)深，器件的碰撞電離程度以及產(chǎn)生碰撞電離的區(qū)域都有著明顯的變化。 當(dāng)減小漂移區(qū)結(jié)深,器件靠近漂移區(qū)的溝道處的碰撞電離程度明顯增強(qiáng),并且在漂移區(qū)內(nèi)部也有幾處碰撞電離較為嚴(yán)重的地方。 隨著漂移區(qū)結(jié)深的減小,電場(chǎng)總的分布趨勢(shì)改變不大,甚至器件的表面電場(chǎng)分布圖幾乎沒有變化,但是,器件中靠近漂移區(qū)的溝道處以及漂移區(qū)內(nèi)部的電場(chǎng)都等到明顯增強(qiáng)。（2）漂移區(qū)長(zhǎng)度 隨著漂移區(qū)長(zhǎng)度的增加,器件的碰撞電離主要產(chǎn)生區(qū)域沒有多大的變化,但是場(chǎng)氧下方的襯底區(qū)域的碰撞電離程度明顯減弱。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，漂移區(qū)長(zhǎng)度不同的兩種結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布的變化很小，可見增加漂移區(qū)長(zhǎng)度導(dǎo)致器件碰撞電離程度降低的因素，并不是器件的電場(chǎng)發(fā)生變化

22、所導(dǎo)致的。2.4、場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的影響 適當(dāng)增加場(chǎng)板長(zhǎng)度，碰撞電離集中的地方得到弱化并且有向漏端移動(dòng)的趨勢(shì)。可見增加場(chǎng)板長(zhǎng)度，可以有效抑制碰撞電離的程度。 增加場(chǎng)板長(zhǎng)度，鳥嘴下方區(qū)域碰撞電離幾率降低，靠近漏端的漂移區(qū)碰撞電離機(jī)率升高。這是由于場(chǎng)板的增長(zhǎng)，等勢(shì)線向漏端彎曲。 在場(chǎng)極板下靠近溝道的漂移區(qū)內(nèi)的鳥嘴區(qū)域通常是高電場(chǎng)區(qū)域，同時(shí)也是電流集中的區(qū)域。通過增加場(chǎng)極板的方法使得鳥嘴區(qū)的高電場(chǎng)有了向漏端移動(dòng)的趨勢(shì)，也使得該區(qū)域的碰撞幾率下降。 增加了場(chǎng)板長(zhǎng)度，使得襯底電流略微有所減小。此外，增加場(chǎng)板長(zhǎng)度可以弱化器件表面電場(chǎng)，顯著提高器件的擊穿電壓。在工藝可接受的情況下，適當(dāng)增加器件的場(chǎng)板長(zhǎng)度能夠使器件的

23、性能更加，并且不會(huì)增加器件的面積。二、LDMOS的可靠性分析 器件工作的穩(wěn)定性指的是器件的各項(xiàng)要求參數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)維持變化不超過某一數(shù)值的能力，熱載流子效應(yīng)也是影響器件穩(wěn)定性的因素之一。 從LDMOS的安全工作區(qū)出發(fā)，可以對(duì)器件的擊穿電壓，導(dǎo)通電阻等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。熱載流子影響長(zhǎng)期SOA，寄生三極管效應(yīng)、Kirk效應(yīng)和自加熱效應(yīng)影響短期SOA。1、熱載流子效應(yīng) 器件的熱載流子效應(yīng)受到器件的工作狀態(tài)的影響，由于的器件的熱載流子效應(yīng)可以發(fā)生在正常的工作狀態(tài)，柵氧的損害是一個(gè)積累的過程，LDMOS的熱載流子效應(yīng)決定了器件的長(zhǎng)期SOA。 在確定器件結(jié)構(gòu)參數(shù)后，熱載流子效應(yīng)對(duì)器件壽命影響為上式，Vg和Vd

24、決定著器件的長(zhǎng)期SOA。2、寄生BJT效應(yīng) LDMOS在漏端高壓下，溝道、漂移區(qū)和漏端都有可能發(fā)生碰撞電離，從而產(chǎn)生了過剩載流子。過剩載流子中的空穴流向襯底，在源襯之間形成正向電壓，達(dá)到一定數(shù)值，使寄生三極管導(dǎo)通，襯底電流迅速上升。從而使器件發(fā)生負(fù)阻擊穿，這就是寄生BJT效應(yīng)。 通過降低p阱的電阻以及降低電場(chǎng)強(qiáng)度可以改善寄生BJT效應(yīng)。SOI技術(shù)也可以很好的抑制和消除寄生BJT效應(yīng)。3、Kirk效應(yīng) 當(dāng)LDMOS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，漂移區(qū)空間電荷濃度會(huì)隨著載流子的流經(jīng)而降低，如果漂移區(qū)雜質(zhì)濃度小于電流密度的話，就會(huì)使電場(chǎng)峰值向漏端轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致漏端電場(chǎng)強(qiáng)度大幅度增加，這就是Kirk效應(yīng)。 對(duì)漂移區(qū)實(shí)行

25、線性摻雜是降低Kirk效應(yīng)的有效方法之一，即對(duì)漂移區(qū)進(jìn)行線性摻雜，此緩沖區(qū)的濃度在于漂移區(qū)濃度和漏區(qū)的濃度之間。4、自加熱效應(yīng) LDMOS工作時(shí)，電流的流過，有源區(qū)產(chǎn)生大量熱能，此時(shí)，寄生三極管的基極-發(fā)射極的壓降迅速升高，導(dǎo)通壓降將隨溫度升高而降低。因此加速了寄生三極管的導(dǎo)通，從而影響了器件的可靠性。 溫度的升高加強(qiáng)了器件的碰撞電離程度，使得器件產(chǎn)生負(fù)阻擊穿的幾率增加，擊穿電壓也隨著降低。 目前SON（Silicon-on-Nothing）技術(shù)能夠很好的減緩器件的自加熱效應(yīng)。Reliability study of power RF LDMOS devices under thermal stress（射頻功率LDMOS器件在熱應(yīng)力作用下的可靠性分析）1、TST和TCT TST：溫度沖擊試驗(yàn)，通常采用雙槽或三槽式設(shè)計(jì) TCT：溫度循環(huán)試驗(yàn)，通常采用單槽式設(shè)計(jì) TST和TCT都是以常溫-低溫-低溫停留-高溫-高溫停留-常溫為一個(gè)循環(huán)。其中低/高溫溫度范圍、停留時(shí)間和循環(huán)數(shù)決定試驗(yàn)。 TST和TCT均是可靠性的環(huán)境測(cè)試項(xiàng)目。TST的循環(huán)(轉(zhuǎn)換率37.5攝氏度每秒)TCT的循環(huán)（轉(zhuǎn)換率0.5攝氏度每秒）2、TST和TCT對(duì)導(dǎo)通電阻和反饋電容的影響不同溫度差下，TST對(duì)導(dǎo)通電阻的影響試驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)結(jié)果分析不同