A Study of High Reliability Amp; Weak Snapback in an Nldmos Device for the Vehicle Hv Application

摘要

[[abstract]]下一個車用電源世代中，現受到相當矚目的是42V電源系統，歐洲汽車廠已開發出42V車用電源系統的相關標準，日本和美國的汽車廠也將跟進，車用電源系統的交替趨勢主流，似乎難以抗拒。但除了電源功率，穩定性、安全可靠度等，各項因素都是未來決定性的關鍵。因此在本年度的計劃中，我們將接續之前的計劃經驗，延續此未來42V車用電源系統高壓驅動LDMOS之高Latch-up免疫力/靜電防護能力研究為發展開發目標。未來車用系統特性需求與應用領域上，主要的關鍵技術包括了高壓功率元件技術，其中操作電壓超過18V，因此LDMOS半導體功率元件扮演相當重要角色。LDMOS功率電晶體一般被使用在輸出端驅動器上，但高壓功率半導體元件抗Latch-up/ ESD的能力經常比一般低電壓製程之積體電路更為脆弱。由於車用電子之功率元件在應用上，周遭環境有可能產生異常高的突波電壓。因此nLDMOS功率元件必須擁有高Latch-up免疫力/靜電防護能力，使其之具有較佳的可靠性。在汽車電子功率元件技術中，高效能的功率元件結構應該具有一個高於42V的保持電壓(Vh)及較低的觸發導通電壓值(Vt1)，因此最好此結構最好擁有弱驟回性(weak-snapback)特性，這能才能確保一個良好的ESD保護效能在高電壓峰值時不會有發生另一個可靠性Latch-up的危險。傳統可靠性的設計大多利用嘗試錯誤法實際測試或進階點用SPICE模擬等效電路，以獲得可能適合的元件。本研究將先利用Tsuprem-4及MEDICI等EDA模擬軟體設計出nLDMOS結構參數值，並以田口法去達到結構最佳化(弱驟回性(weak-snapback)特性)目的。對於此實際42V nLDMOSFET 的Latch-up免疫力/靜電防護力分析，我們將使用快速脈衝測量儀、HBM測試來驗證之。