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随着便携式多媒体设备、手机、笔记本电脑和液晶电视等消费电子的迅速普及,液晶显示驱动芯片的设计和制造已经成为一个高速发展的产业。液晶显示驱动芯片是一类典型的高压集成电路,整合了标准低压CMOS器件、中压器件及高压器件等多种器件,以形成有效的SoC解决方案。本论文系统研究了深亚微米高压集成电路中LDMOS管的电学特性以及工艺整合。主要内容包括:
1)解决了高压器件与传统中低压器件无缝集成的问题,并从两个方面探讨了工艺对高压LDMOS管亚阈区特性的影响。一方面从优化STI顶部边缘形貌入手,提升了器件的栅氧化层可靠性。另一方面从沟道掺杂分布入手,证明沟道硼离子的偏析效应是导致器件亚阈区扭结的主要因素。巧妙设计新的版图结构,有效抑制LDMOS管的亚阈区扭结效应,降低了器件的亚阈区漏电流。
2)分析了高压LDMOS管的准饱和效应,并提出了数学模型。澄清了准饱和效应的本质是Kirk效应所导致的漂移区载流子速度饱和,基于本征漏极电压Vk的概念,给出了描述LDMOS饱和特性的全电流公式。该模型通过Matlab编程得以验证,兼具准确性、计算速度和可扩展性等优点,并可进一步应用于SPICE电路模拟。
3)研究了高压LDMOS管的双峰衬底电流,建立了更为准确的衬底电流模型。评估了漂移区上方的硅化物阻挡层对衬底电流的影响,优化工艺以降低衬底电流。探讨了与双峰衬底电流对应的两种不同机制的热载流子注入效应。
4)具体分析了两类LDMOS管的击穿特性。研究了32 V p-LDMOS管击穿电压随漂移区掺杂变淡却反常下降的现象,指出硼离子在STI底部的异常扩散会导致PN结形貌的恶化,从而降低击穿电压。利用多道离子注入以补偿硼离子的偏析损失,可以有效提高p-LDMOS管的击穿电压。