Technology Development and ESD Testing/Compact Modeling Establishment of an Advanced LDMOS

摘要

[[abstract]]智慧功率技術裡的DMOS 功率電晶體一般被使用在輸出端驅動器上，例如：汽車電子工業之ASICs高性能應用。此外，此元件也被利用當做高壓ESD保護元件，而此元件通常被做在閘極偏壓主動鉗制電路裡，而此電路在單純的MOS操作下被當作導通ESD電流的一個重要元件。然而，在中等尺寸驅動器上通常會有顯著的ESD的問題，這歸因於寄生的BJT所導致觸發的不同。而且功率半導體元件抗ESD的能力有時甚至比一般低電壓製程之積體電路更為脆弱。然而，為了要有效分析ESD的特性，瞭解此寄生BJT的元件結構將會有相當大的幫助。由於LDMOS功率元件在應用上，本身週遭環境及外來突波均有可能產生非常高的電壓。因此功率元件也必須考量抗高靜電壓破壞ESD (Electrostatic Discharge, ESD)/突然外來過壓破壞(Electric Overstress, EOS) 之能力。以往功率元件較不設計有防高電壓、EOS破壞的保護設計。因此，本計劃擬提LDMOS功率元件具有高 ESD/EOS 防護之設計，用以使其之具較佳的可靠性。靜電放電的問題日益嚴重，傳統靜電防護元件的設計大多利用嘗試錯誤法實際測試或用SPICE模擬等效電路，以獲得適合的保護元件。本研究先利用Tsuprem-4及MEDICI等EDA模擬軟體設計出Lateral DMOS電性參數值，而且由TLP 量測找出Design Widow中適切的ESD保護原件，再利用佈局參數分析比較其結果，使保護元件的電性表現符合Design Window範圍來達到LDMOS的ESD保護最佳化的目的。在汽車電子功率元件技術中，高效能的ESD保護結構應該具有一個高於40V的保持電壓(可由TLP技術測得)。這能確保一個良好的ESD保護效能在高電壓峰值時不會有發生Latch-up的危險。本計劃中將提出最佳化方法去達到這樣的目的，對於功率結構的分析，針對ESD應力下我們使用TLP 測量工具，HBM測試， EMMI測量和2D-元件模擬來研究40V-LDMOS 功率電晶體詳細的物理結構。最後希望此功率技術產品的ESD性能可通過 > 4KV、保持電壓> 40V。根據研究，我們提出一個有關ESD-LDMOS簡潔模型，這個模型成功的描述出LDMOS的高電流特性。