DMOS 器件及工藝的研究與分析

張相飛 周芝梅 王永剛 萬勇

摘要：本文介紹了DMOS器件的基本知識，包括DMOS的基本工藝及類型，介紹了實際工藝中的DMOS結構及參數。

關鍵詞：DMOS；LDMOS；VDMOS

Abstract：This paper introduced the basic knowledge of DMOS device and include basic process and process type.This paper also introduced DMOS architecture and parameter in actual process.

Key words：DMOS；LDMOS；VDMOS

1 DMOS的分類及特性

DMOS主要有兩種類型，橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管LDMOSFET（lateral doubledif fused MOSFET）和垂直雙擴散金屬氧化物半導體場效應管VDMOSFET（vertical doublediffused MOSFET）。

1971年Y.Tarui等人提出了橫向雙擴散MOS的結構。1976年M.J.Declerq和J.D.Plummer采用這種方案，做出了第一個DMOS。

圖1是DMOS的電流電壓特性，假設源電位為零，不同VGS下典型DMOSFET的電流電壓特性（VDS代表漏源電壓，IDS代表漏源電流），共分為六個區域：

1）截止區，在這個區VGS≤Vth，VDS從零開始變大，電流IDS始終接近于零，直到達到擊穿電壓BVdss為止；

2）線性區，又稱非飽和區或歐姆區，VGS≥Vth且 Vxs

3）飽和區，VGS>Vth且Vxs > VGSVth，溝道已夾斷或溝道中電子已完全達到速度飽和，VDS增大，IDS變化很小，漏電流飽和；

4）擊穿區，VDS≥BVdss，外延層與漂移區形成的PN結發生雪崩擊穿，電流急劇增大；

5）源漏正向偏置區，這時源電位高于漏電位，與源相通P阱和漏區形成PN結正偏，電流隨電壓增加按指數規律急劇增加，表現為正偏二極管的IV特性；

6）準飽和區，VGS很大時，IDS本身很大，但隨VGS的增大沒有很明顯的增加，即跨導很小。

2 工業BCD工藝中DMOS的類型、應用及特性

DMOS最常見的應用就是做下拉或者上拉驅動，如圖2中所示，NDMOS常用來做下拉驅動，PDMOS常用來做上拉驅動。

2.1 NDMOS的類型、應用及特性

圖3是BCD工藝中可作為下拉驅動器件的NLDMOS的剖面圖，從圖中可以看到NLDMOS是直接做在psub上，所以B‖S的電壓和psub相同，而psub是需要接在電路中的最低電位上，一般電路中的最低電位是GND，所以此結構的LNDMOS的B‖S極一般是接在GND上。

隨著工藝的發展和進步，在需要大功率驅動的電路中，NVDMOS的應用越來越廣泛，因為在相同面積的條件下，NVDMOS可以比NLDMOS提供更大的電流和更小的Ron，可以進一步降低芯片成本。

目前在BCD工藝中集成NVDMOS已經很成熟，圖5是BCD工藝中NVDMOS的剖面圖，從圖中我們可以看到Gate四圍都可以形成NVDMOS的溝道，所以NVDMOS的面積更小，效率更高，并且垂直結構也減小了DMOS中很多的寄生電阻和電容。

2.2 PDMOS的類型，應用及特性

圖7是BCD工藝中可作為上拉驅動器件的PLDMOS的剖面圖，從圖中可以看到PLDMOS是做在NTUB和pEPI上，通過Buried layer與Psub隔離，所以PLDMOS還可以稱作floating PLDMOS，這里的floating是指PLDMOS相對于psub而言。

3 DMOS的應用

在運用DMOS的IC設計中，DMOS器件實際上是由成百上千的單一結構的DMOS 單元所組成的。這些單元的數目是根據一個芯片所需要的驅動能力所決定的，DMOS的性能直接決定了芯片的驅動能力和芯片面積。對于一個由多個基本單元結構組成的DMOS器件，其中一個最主要的考察參數是導通電阻，用Ron表示。導通電阻是指在器件工作時，從漏到源的電阻。對于DMOS器件應盡可能減小導通電阻，這是BCD工藝流程所追求的目標。當導通電阻很小時，器件就會提供一個很好的開關特性，因為漏源之間小的導通電阻，會有較大的輸出電流，從而可以具有更強的驅動能力。

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