提高LDMOS耐压性能的射频集成电路设计

"适用于射频集成电路的抗击穿LDMOS设计" LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）是一种广泛应用于移动通信基站、雷达和导航系统的半导体器件，因其高功率增益、高效率和成本效益而备受青睐。尤其在3G手机基站的射频放大器中，射频大功率LDMOS因其能在P、L波段以上的频率工作并提供良好的性价比而成为首选。 然而，随着集成电路的集成度不断提高和器件特征尺寸减小，栅氧化层的厚度变得越来越薄，导致器件的栅耐压能力减弱，击穿电压成为衡量LDMOS可靠性的关键参数。击穿电压不仅决定了器件的最大输出功率，还直接影响其耐压能力。因此，设计中必须考虑提高LDMOS的抗击穿能力。 LDMOS的基本结构采用双扩散技术，磷在同一流程窗口内进行扩散，沟道长度由两种扩散的横向结深决定。其独特之处在于，由于漂移区隔离了漏区和沟道，当施加的电压Vds增大时，输出电阻保持稳定，而且由于栅电极与漏区不重叠，进一步提高了漏源击穿电压。 LDMOS的耐压性能受多种因素影响，包括埋层、漂移区掺杂浓度和衬底掺杂浓度。首先，N型埋藏层（NBL）在P衬底中的注入有助于形成寄生三极管，为电流提供放电路径，减少内部电阻，同时通过降低沟道附近的等位线曲率提升击穿电压。其次，漂移区的掺杂浓度至关重要，低掺杂的漂移区是LDMOS击穿电压高于传统MOS的关键。漂移区长度、深度和浓度都与击穿电压紧密相关，长度增加能提高击穿电压，但超过一定值后，增加的效果会减缓。最后，衬底掺杂浓度也会影响耐压性能，适当的掺杂可以优化漂移区的电荷分布，从而提升器件的击穿特性。 在设计LDMOS时，优化这些参数是提高其抗击穿能力的核心。通过精细调整埋层的结构，控制漂移区的掺杂浓度和漂移区长度，以及合理设定衬底掺杂，可以实现LDMOS器件性能的显著提升，使其在射频集成电路应用中更加可靠和高效。