功率MOS集成電路的可靠性研究和應(yīng)用.pdf

1、功率MOS集成電路作為功率集成電路發(fā)展的主流，將低壓CMOS控制電路、保護監(jiān)測電路和高壓MOS功率器件集成在一起，顯著提高整機系統(tǒng)的性能、集成度和穩(wěn)定性，并降低其成本。功率MOS集成電路通常在高壓、大電流、高溫、高頻等高應(yīng)力的環(huán)境中工作，這使得其可靠性問題顯得尤為突出，己成為功率MOS集成電路進一步發(fā)展、應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。因此，圍繞功率MOS集成電路可靠性問題的研究具有十分重要的意義。
　　 本文在回顧功率MOS器件及集成電路的可

2、靠性研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，首先詳細研究了高壓LEDMOS器件的熱載流子問題，包括在不同應(yīng)力條件下，高壓LEDMOS主要電參數(shù)的退化現(xiàn)象，借助TCAD模擬軟件及電荷泵測試來驗證熱載流子注入、俘獲及陷阱產(chǎn)生等物理機制產(chǎn)生的不同作用；同時揭示了由于Si/SiO2表面的陷阱產(chǎn)生以及熱電子的注入和俘獲導致了高壓LEDMOS器件在不同的應(yīng)力條件下產(chǎn)生不同的電參數(shù)退化機理，第一次揭示了厚柵氧化pLEDMOS的熱載流子效應(yīng)機理，并提出了一種新型的FO-pL

3、EDMOS結(jié)構(gòu)改善了熱載流子效應(yīng)參數(shù)退化問題。在熱載流子效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，重點分析了GG-nLEDMOS器件在ESD脈沖下的電流響應(yīng)特性，研究其在整個ESD脈沖過程中的晶格溫度和總熱量的分布以及器件的瞬態(tài)響應(yīng)特性，并最終設(shè)計nLEDMOS器件的高壓ESD結(jié)構(gòu)，提高了器件耐ESD水平，在ESD保護器件成功研制的基礎(chǔ)上，設(shè)計了功率MOS集成電路高壓端的ESD保護電路。論文借助Medici軟件分析再現(xiàn)了功率MOS集成電路在閂鎖失效時的大電流持

4、續(xù)、晶格溫度劇升的失效過程，找到了高低壓間閂鎖的獨特觸發(fā)因素，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實際功率芯片的版圖，提出一種新穎的抗閂鎖全面方案：在高低壓部分各自增加多子保護環(huán)，在高低壓之間增加少子保護環(huán)。
　　 本方在上述可靠性研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用了所設(shè)計的高可靠性LEDMOS器件及各種保護結(jié)構(gòu)完成了PDP行列驅(qū)動芯片的設(shè)計，芯片在華潤上華半導體有限公司進行了流片，流片測試結(jié)果表明所設(shè)計的驅(qū)動芯片的各項指標符合預期設(shè)計要求，并最終成功應(yīng)用于四川長