40V高壓液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片工藝的開發(fā)

圖七：新結(jié)構(gòu)接觸孔PDIFF_CT WAT值

器件的調(diào)整

在以上的新工藝開發(fā)基本解決之后，接下來我們的重點(diǎn)就是器件的調(diào)整。由于40V高壓所用的掩模版非常少，一道離子注入層往往同時(shí)影響好幾個(gè)器件或者說一種器件的調(diào)整往往取決于好幾道離子注入。這雖然使得我們的工作變得更加復(fù)雜，但卻還不是最棘手的問題。我們面臨的最大問題是如何盡可能同時(shí)提高40V高壓器件的擊穿電壓(BV)和工作電流(Ion)。眾所周知，這兩個(gè)參數(shù)往往是相互影響、相互牽制的。

圖八：40V高壓PMOS 器件結(jié)構(gòu)圖

那么我們要怎樣做才能實(shí)現(xiàn)呢?讓我們先了解一下40V高壓器件的器件結(jié)構(gòu)。如圖8所示，我們40V高壓器件采用的是LDMOS結(jié)構(gòu)，源極/漏極的OFFSET由阱構(gòu)成。在柵極多晶硅和源極/漏極之間有一段漂移區(qū) 氧化層。就PMOS而言，整個(gè)PMOS被NBL(N-Buried Layer)和N阱隔開。為了提高BV，我們首先得知道,器件的BV取決于源極/漏極穿通(Punch Through)還是某一個(gè)PN 結(jié)。事實(shí)上，當(dāng)我們做過大量的實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，40V PMOS BV取決于漏極的P阱對(duì)NBL結(jié)的BV，因此，我們的目標(biāo)就是如何提高這個(gè)結(jié)的BV。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們可以有兩種做法：

1. 降低NBL和P阱濃度。但這里要注意，如果P阱濃度太低，由于Rs增加和結(jié)深變淺會(huì)相應(yīng)減小Ion。另一方面，如果NBL濃度太低，則有可能導(dǎo)致中間的N阱同NBL接不上，從而導(dǎo)致HVPMOS完全不工作。

2. 增加外延層(EPI)厚度。外延增厚不僅可以明顯提高HVPMOS BV而且由于結(jié)深的增加，Ion也能得到相應(yīng)的增加。雖然外延變厚同樣有可能導(dǎo)致中間的N阱同NBL接不上，但只要我們控制在一定范圍內(nèi)，這個(gè)問題就能得到避免。

比較以上兩種方法，由于后者對(duì)提高BV更有效，而且同時(shí)還能提高Ion，因此我們選擇增加外延厚度。不過這里要再次提醒，外延不能太厚，否則HVPMOS將完全不能工作。雖然我們通過增加外延厚度間接提高了Ion，但是離我們的目標(biāo)還有一定的距離。因此，我們還得從另一個(gè)角度來進(jìn)一步提升。

注意到在柵極多晶硅和源極/漏極之間有一段漂移氧化層，如果我們能降低漂移氧化層下面的P阱 Rs則又能進(jìn)一步提升Ion。順著這條思路，我們可以在場(chǎng) 氧化層成長(zhǎng)以前增加一次硼(Boron)注入來降低Rs。事實(shí)上，我們正是這樣做的，并且確實(shí)進(jìn)一步提升了40V PMOS Ion。不過這里同樣要注意兩點(diǎn)：

1. 這次硼注入增加了P阱的濃度，因此這有可能降低HVPMOS的BV，需要權(quán)衡考慮;

2. 這次硼注入同樣會(huì)注入到N阱區(qū)域，因此這將增加N阱的Rs，從而降低40V NMOS Ion，也需要權(quán)衡考慮。

良率的提升

在工藝和器件的問題基本解決之后，我們進(jìn)一步要做的就是確認(rèn)我們的良率大概是多少以及應(yīng)該怎樣提升。先來看基準(zhǔn)良率。從圖9的良率bin map我們可以看到，良率從25%到94%不等，并且主要是Bin8和Bin13失效。另外，我們總結(jié)了良率與WAT的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)良率與5VNMOS Vt有著很強(qiáng)的聯(lián)系。由圖10可見，隨著5VNMOS Vt的升高，良率越來越低?；谝陨戏治觯覀冄杆僬{(diào)整了5VNMOS Vt，結(jié)果良率提升到了99%(圖11)。

圖九：40V高壓良率及bin map

圖十：5VNMOS_Vt 與良率的負(fù)相關(guān)系

圖十一：5VNMOS Vt調(diào)整后良率與Vt的關(guān)系

本文小結(jié)

從以上的數(shù)據(jù)可以看出，該40V高壓工藝平臺(tái)的開發(fā)相當(dāng)成功，這不僅反映在各項(xiàng)監(jiān)控指標(biāo)和最終的WAT上，而且高達(dá)99%的良率更是肯定了這一點(diǎn)。因此，40V高壓工藝的開發(fā)成功不僅填補(bǔ)了中國(guó)在該技術(shù)上的空白，完善了高壓產(chǎn)品系列，而且還將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。另外，這些關(guān)鍵工藝不僅適用于40V高壓，未來其他的項(xiàng)目也可以借鑒。