LC～2MOS工艺关键器件结构研究

论文摘要

A/D、D/A转换器的几项关键指标是转换速度、转换精度、分辨率以及工作电压,其规律通常是高速、高压、高分辨率三项关键指标不可兼得,这是由于制造工艺制约A/D、D/A发展以及应用领域,不同的应用领域需要不同的工艺,目前生产A/D、D/A的工艺有许多种。本论文针对用户提出的高压、高分辨率A/D、D/A转换器要求研究开发了一套新型的BiCMOS工艺——LC2MOS工艺(线性兼容CMOS工艺),此工艺具有重要的应用价值。论文中讨论了常见的高压器件结构,并针对兼容于标准BiCMOS工艺的几种结构进行了分析和研究,利用工艺仿真软件TSUPREM4和器件仿真软件MEDICI开发设计了一种新颖的BiCMOS工艺——LC2MOS工艺。主要工作有:1.分析了常见高压器件与标准BiCMOS工艺的兼容性以及相应的工艺改造方案;2.选定一种可行的高压器件结构作为新工艺LC2MOS中关键的耐压器件;3.合理设计工艺流程及器件结构使新工艺兼容JFET、VPNP、齐纳二极管三种关键器件;4.进行模拟实验,调整工艺参数,使之作为新增工艺模块整合到现有工艺生产线中;5.对新工艺LC2MOS流片验证。本文的开发平台是基于计算机的CAD(Computer Aided Design)技术,随着CAD的发展,工艺CAD成为IC制造工艺和器件研究中不可或缺的工具。同真实流片实验相比CAD技术具有以下优点:1.时间短。相对流片动辄以周计的实验周期,计算机模拟通常可以在一两天内得到结果;2.投资小。相对天文数字的IC制造设备价格,计算机软/硬件的花费微乎其微;3.精度高。虽然目前技术上还有某些不足,仿真结果与测量值还有偏差,但是通过对软件的校正、优化,再与以往实际经验相结合可以使得仿真结果更加精准,更重要的是其对实际实验方向的正确预测可以起到前瞻性、指导性的作用。本文充分利用了CAD技术的特点与优越性,坚持理论与实践相结合的方法来指导整个工艺的开发,最终的PCM测试、电路流片结果都令人满意,并已申请专利。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 A/D、D/A 发展动态
• 1.3 A/D、D/A 工艺的发展动态
• 1.4 LC2MOS 发展状态
• 1.5 本论文研究意义及研究的主要内容
• 2 一种新颖的BICMOS 工艺——LC2MOS
• 2.1 BICMOS 工艺简介
• 2.2 影响器件击穿电压的主要因素
• 2.2.1 栅氧化层击穿
• 2.2.2 雪崩击穿
• 2.2.3 寄生晶体管击穿
• 2.2.4 漏源穿通
• 2.2.5 以上几种击穿电压值的比较分析
• 2.3 常见的高压器件结构
• 2.3.1 双扩散MOS（DMOS）
• 2.3.2 VMOS
• 2.3.3 LDDMOS
• 2.3.4 LDMOS
• 2MOS 工艺简述'>2.4 LC²MOS 工艺简述
• 2MOS 工艺详细流程'>2.5 LC²MOS 工艺详细流程
• 2MOS 工艺中各关键器件的参数优化'>3 LC²MOS 工艺中各关键器件的参数优化
• 3.1 JFET 的优化设计
• 3.2 LDDMOS 的优化设计
• 3.2.1 设计目标
• 3.2.2 沟道区设计
• 3.2.3 栅氧化层厚度的确定
• 3.2.4 LDD 杂质浓度和结深的确定
• 3.3 VPNP 的优化设计
• 3.3.1 PNP 简介
• 3.3.2 VPNP 管设计目标
• 3.3.3 VPNP 的结构
• 3.3.4 杂质浓度和结深的确定
• 3.4 齐纳二极管的优化设计
• 3.4.1 齐纳二极管简介
• 3.4.2 齐纳二极管设计目标
• 3.4.3 齐纳二极管结构
• 3.4.4 杂质浓度和结深的确定
• 4 测试结果与分析
• 4.1 器件测试结果
• 4.2 基准源电路与12 位D/A 转换电路测试结果
• 4.2.1 基准源电路测试结果
• 4.2.2 12 位D/A 转换电路的测试结果
• 4.3 测试结果分析
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 2MOS 仿真程序'>附录A LC²MOS 仿真程序
• 附录B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文