導(dǎo)語(yǔ)：LDMOS晶體管(Lateral Double-diffused Metal-Oxide Semiconductor, LDMOS)已廣泛應(yīng)用于電源管理集成電路、LED/LCD驅(qū)動(dòng)器、手持和汽車(chē)電子等高壓功率集成電路。了解LDMOS的靜電防護(hù)性能，有益于高壓功率IC的片上靜電防護(hù)器件設(shè)計(jì)。

正文：

高壓功率集成電路是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要分支，在汽車(chē)電子、電源管理、高壓驅(qū)動(dòng)、航天航空、武器裝備里有著廣泛的應(yīng)用。功率IC往往因?yàn)榇箅妷?、大電流、?qiáng)電磁干擾、頻繁拔插、室外高低溫等特殊工作環(huán)境，對(duì)其片上ESD設(shè)計(jì)提出了更高的防護(hù)要求。

LDMOS是功率IC的常用器件，它與低壓MOSFET一樣存在靜電泄放電流非均勻分布的問(wèn)題，因而而器件在不做任何改進(jìn)的情況下，不能充分發(fā)揮其靜電防護(hù)的潛能，是LDMOS器件靜電魯棒性提高的主要障礙。

1. 單指器件靜電泄放電流非均勻分布的TCAD仿真

對(duì)單指nLDMOS器件建模，對(duì)器件進(jìn)行瞬態(tài)仿真。如圖1、圖2所示為器件在靜電泄放不同的時(shí)刻，器件剖面的電流密度分布，證明了單指器件的部分開(kāi)啟，會(huì)導(dǎo)致ESD電流非均勻分布，單指器件的失效電流實(shí)際上只是開(kāi)啟部分的寄生BJT失效時(shí)承受的ESD電流。

圖1 t=0.4ns時(shí)M1、M2的電流分布

圖2 t=3ns時(shí)M1、M2的電流分布

2. 多指器件靜電泄放電流非均勻分布的TCAD仿真

多指nLDMOS器件，其各叉指等效的寄生三極管基極因被深N阱隔離，使得各個(gè)叉指基極電阻一樣大。因而從理論上講，相對(duì)于基極電阻差異化的低壓多叉指NMOS器件而言，各叉指應(yīng)該同時(shí)觸發(fā)。但事實(shí)上，還有其他因素?zé)o法保證所有叉指在ESD應(yīng)力下被同時(shí)觸發(fā)，比如，材料本身的不均勻性、在物理版圖位置上距離IO/GND PAD的遠(yuǎn)近、金屬連線的區(qū)別、器件本身的大面積特征。如圖3、圖4所示的2叉指和4叉指器件，分別只開(kāi)啟了1叉指和2叉指。

圖3 兩叉指 nLDMOS的泄放電流分布

圖4 四叉指nLDMOS的泄放電流分布

3. 單指、多指器件的TLP測(cè)試驗(yàn)證

從圖5可以看出，單指器件失效電流不與指長(zhǎng)W成正比例增加;從圖6可知，多指器件失效電流不與叉指數(shù)目F成正比例增加。測(cè)試結(jié)果從側(cè)面證明了，高壓LDMOS的單指、多指器件存在電流的非均勻泄放，簡(jiǎn)單地增加器件指長(zhǎng)或叉指數(shù)目，無(wú)法有效地提高LDMOS器件的靜電防護(hù)等級(jí)。

圖5 單指器件的TLP測(cè)試IV曲線對(duì)比

圖6 多指器件的TLP測(cè)試IV曲線對(duì)比

湖南靜芯微電子技術(shù)有限公司經(jīng)過(guò)五年的工作積累，從器件結(jié)構(gòu)、觸發(fā)方式、版圖形式多個(gè)角度對(duì)LDMOS器件進(jìn)行專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)成功系列5kV/8kV/15kV的高壓片上LDMOS靜電器件，解決了單指、多叉指LDMOS器件的電流非均勻性問(wèn)題。直接選用本公司靜電器件或委托定制設(shè)計(jì)，可提升客戶(hù)功率IC的靜電可靠性。