一种不同电压应用的LDMOS直流建模方法

技术领域

本发明涉及一种LDMOS直流建模方法，特别是涉及一种不同电压应用的LDMOS直流建模方法。

背景技术

图1a为现有技术中的一种LDMOS(Laterally Diffused Metal OxideSemiconductor，横向扩散金属氧化物半导体，主要用于射频功率放大领域)结构。其中，1为场氧区或浅沟道隔离区(STI，Shallow Trench Isolation)，2为N型漂移区(Ndrift)，漂移区(Ndrift)用单独掩膜(mask)定义，3为P阱(Pwell)，4为栅氧化层(GateOxide)，5为栅极多晶硅(Poly)，多晶硅(Poly)场极板跨在浅沟道隔离区(STI)上，多晶硅(Poly)引出电极构成LDMOS的栅极，6为漏端N型重掺杂区N+，其引出电极构成LDMOS的漏极D，7为源端N型重掺杂区N+，其引出电极构成LDMOS的源极S，8为P型重掺杂区P+，其引出电极构成LDMOS的体端B，9为P型衬底(Psub)，10为N+型埋层(NBL)，11为P型外延层(Pepi)，一般指由N型隔离环包围起来的P型区域，一般接局部最低电位。

如图1b所示，D、G、S、B为LDMOS的漏极、栅极、源极、体端，为了描述漂移区对于器件性能的影响，业界通常会在LDMOS的模型的drain端加入电阻用来模拟，如图1b所示，R1为漂移区等效电阻，R2为源极等效电阻。现有LDMOS的直流模型文件如下代码所示：

以上为现有LDMOS直流模型文件Spice子电路描述语句示例，其中，W为器件宽度，L为器件长度，lc为器件有效长度，1_ndrift为N型漂移区Ndrift长度，l_pepi为P型外延层Pepi长度，l_nbl为N+型埋层NBL长度，w0为宽度参数，单位均为m；rds为沟道直流等效电阻，vv1为第一电压参数，vv2为第二电压参数，v(d，s)为漏源电压，v(s1，s)为源极等效电阻压降；count为重复度，nf为叉指数，m为复用总数；dtemp为器件温度，tc1x为一阶温度修正系数，tc2x为二阶温度修正系数，tfac为温度修正系数，tfacv1为一阶温度指数修正系数，tfacv2为二阶温度指数修正系数，tfacw为宽度相关温度修正系数，pd为漏极扩散区周长(perimeter of drain diffusion，not including edge under gate)，ad为漏极面积(drain area)，nrd为漏极扩散区方块数，nrs为源极扩散区方块数，snld80core显示该模型文件适用于电压80V的LDMOS器件。

目前，超级集成硅栅极工艺BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)平台通常会开发应用在16V、20V、30V、40V、50V、60V、80V、100V、120V等不同电压的LDMOS满足客户多电压的使用需求。面对多个电压的使用，建模时(Modeling)需要增加相应的测试单元电路(testkey)，根据不同电压的器件测试，并建立多个的模型，一个电压单独建立一个模型的工作方式费时费力。

尽管提供如此多的可应用在不同电压的LDMOS，但面对客户多样化的需求，很难提供全电压段的LDMOS模型，如客户需要70V电压的LDMOS，没有对应测试单元电路(testkey)便无法提供模型。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种不同电压应用的LDMOS直流建模方法，以实现可应用在不同电压的LDMOS模型。

为达上述及其它目的，本发明提出一种不同电压应用的LDMOS直流建模方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据现有不同应用电压LDMOS的SPICE模型提取器件DC性能的相关模型参数；

步骤S2，利用步骤S1提取得到的相关模型参数，对其中影响漂移区等效电阻的参数进行拟合以形成相应参数的数学拟合趋势线；

步骤S3，由所述数学拟合趋势线获得不同应用电压器件的所述影响漂移区等效电阻的参数与PA、PF之间的数学关系式，其中，PF为所述LDMOS的栅极多晶硅与浅沟道隔离区以及N型漂移区的重叠区域，PA为所述LDMOS的浅沟道隔离区与N型漂移区的重叠区域；

步骤S4，将得到的所述数学关系式添加至SPICE模型子电路中，得到新的可应用不同电压的LDMOS的DC模型文件。

可选地，所述模型参数包括阈值电压(vth0)、电子迁移率(u0/ua/ub)、沟道直流等效电阻(rds)以及第一电压参数(vv1)。

可选地，所述影响漂移区等效电阻的参数包括沟道直流等效电阻rds和第一电压参数vv1。

可选地，在步骤S3中，通过数学拟合趋势线得到如下不同应用电压器件的直流等效电阻rds与PA、PF之间的数学关系：

rds＝2.5E-3*(pa+pf)+r0

其中，r0＝3E-3，pa为PA的长度，pf为PF的长度，单位um。

可选地，在步骤S3中，通过数学拟合趋势线得到如下不同应用电压器件的第一电压参数vv1与PA、PF之间的数学关系

vv1＝-3.0E-2*(pa+pf)+v0

其中，v0＝3E-1。

可选地，在所述数学关系式中，不同的pa+pf对应不同的电压。

与现有技术相比，本发明一种不同电压应用的LDMOS直流建模方法，通过对影响漂移区等效电阻的参数进行拟合以形成相应参数的数学拟合趋势线；由所述数学拟合趋势线获得不同应用电压器件的所述影响漂移区等效电阻的参数与PA、PF之间的数学关系式；最后将得到的所述数学关系式添加至SPICE模型子电路中，得到新的可应用不同电压的LDMOS的DC模型文件，从而实现可应用在不同电压的LDMOS模型。

附图说明

图1a为现有技术LDMOS的结构示意图；

图1b为图1a的LDMOS等效电路结构图；

图2所示为LDMOS器件的结构分析示意图；

图3为本发明一种不同电压应用的LDMOS直流建模方法的流程图；

图4a为本发明之rds与PF/PA长度的拟合趋势线图；

图4b为本发明之vv1与PF/PA长度的拟合趋势线图；

图5a、图6a、图7a分别为本发明与现有技术的60V、80V、100VLDMOS器件的Ids-Vgs曲线对比图；

图5b、图6b、图7b分别为本发明与现有技术的60V、80V、100VLDMOS器件的Ids-Vds曲线对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2所示为LDMOS器件的结构分析示意图，其中，将N型漂移区(Ndrift)2与多晶硅(Poly)5场极板之间的覆盖区域分为PF和PA两部分，PF为栅极多晶硅(Poly)5与浅沟道隔离区(STI)1以及N型漂移区(Ndrift)2的重叠区域，PA为浅沟道隔离区(STI)1与N型漂移区(Ndrift)2的重叠区域。

通常，对于结构和工艺相同LDMOS，通过拉偏PF和PA来实现不同的耐压，因此可以将漏极(D，Drain)漂移区等效电阻R1等效为随PF和PA变化的可变电阻，影响漂移区等效电阻R1的参数为沟道直流等效电阻rds和第一电压参数vv1，因此对该参数进行拟合可以达到本发明目的。

基于此，本发明提供一种不同电压应用的LDMOS直流建模方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤S1，根据现有不同应用电压LDMOS的SPICE模型提取器件DC性能的相关模型参数，所述模型参数包括但不限于阈值电压vth0、电子迁移率u0/ua/ub、沟道直流等效电阻rds、第一电压参数vv1。

步骤S2，利用步骤S1提取得到的相关模型参数，对其中影响漂移区等效电阻的参数进行拟合以形成相应参数的数学拟合趋势线。

在本实施例中，所述影响漂移区等效电阻的参数包括沟道直流等效电阻rds和第一电压参数vv1，具体地说，利用步骤S1提取得到的DC相关模型参数，对其中的沟道直流等效电阻rds和第一电压参数vv1进行拟合以形成沟道直流等效电阻rds和第一电压参数vv1的数学拟合趋势线。rds以及vv1与PF+PA的数据如表1所示，拟合趋势线如图4a、图4b所示。

表1 rds/vv1与PF+PA数据表

步骤S3，由所述数学拟合趋势线获得不同应用电压器件的直流等效电阻rds和第一电压参数vv1与PA、PF之间的数学关系式，其中PF为图2中栅极多晶硅(Poly)5与浅沟道隔离区(STI)1以及N型漂移区(Ndrift)2的重叠区域，PA为图2中浅沟道隔离区(STI)1与N型漂移区(Ndrift)2的重叠区域。图4a所示rds拟合趋势线旁即rsd与PA、PF之间的数学关系式，图4b所示vv1拟合趋势线旁即vv1与PA、PF之间的数学关系式。

在本实施例中，通过数学拟合趋势线得到如下不同应用电压器件的直流等效电阻rds和第一电压参数vv1与PA、PF之间的数学关系：

rds＝2.5E-3*(pa+pf)+r0

vv1＝-3.0E-2*(pa+pf)+v0

其中，r0＝3E-3，v0＝3E-1；pa为PA的长度，单位um，pf为PF的长度，单位um，不同的pa+pf对应不同的电压。

步骤S4，将得到的所述数学关系式添加在SPICE模型子电路中，得到LDMOS的DC模型文件。本发明实施例以80V的LDMOS为基准，但基准选择不以此为限，可以是60V、100V或其他电压值。

在本实施例中，将得到的数学关系式添加在SPICE模型子电路，如下Spice模型子电路描述语句所示：

图5a、图6a、图7a分别表示本发明与现有技术的60V、80V、100VLDMOS器件的Ids-Vgs曲线对比图，图5b、图6b、图7b分别表示本发明与现有技术的60V、80V、100VLDMOS器件的Ids-Vds曲线对比图，可见本发明方法所建立的模型不同电压下与现有模型均吻合良好。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。