在一枚芯片上集成多個(gè)耐壓各異的中高壓晶體管
[導(dǎo)讀]日立制作所宣布，開發(fā)出了有關(guān)中高耐壓（35～300V左右）晶體管的兩項(xiàng)技術(shù)。其一是在一枚芯片上集成源漏極耐壓各不相同的多個(gè)晶體管的技術(shù)，另一個(gè)是可將柵源極耐壓提高至300V的技術(shù)。
圖1：可將耐壓各不相同的
日立制作所宣布，開發(fā)出了有關(guān)中高耐壓（35～300V左右）晶體管的兩項(xiàng)技術(shù)。其一是在一枚芯片上集成源漏極耐壓各不相同的多個(gè)晶體管的技術(shù)，另一個(gè)是可將柵源極耐壓提高至300V的技術(shù)。
圖1：可將耐壓各不相同的晶體管集成在一枚芯片上的優(yōu)點(diǎn)
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
圖2：耐壓的調(diào)整技術(shù)
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
兩項(xiàng)技術(shù)都已有預(yù)定采用的項(xiàng)目，預(yù)定2011年內(nèi)開始供貨產(chǎn)品。另外，日立還在5月23日起于美國(guó)加利福尼亞州圣地亞哥（San Diego）舉行的功率半導(dǎo)體相關(guān)國(guó)際會(huì)議“23rd International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's（ISPSD 2011）”上發(fā)布了這兩項(xiàng)技術(shù)。
“將源漏極耐壓各不相同的多個(gè)晶體管集成在一枚芯片上”的技術(shù)論文題目為“High Performance Pch-LDMOS Transistors in Wide Range Voltage from 35V to 200V SOI LDMOS Platform Technology”（Paper ID 1009），“將柵源極耐壓提高至300V”的技術(shù)論文題目為“300 V Field-MOS FETs for HV- Switching IC”（Paper ID 1027），兩篇論文均發(fā)表在“Smart Power Technology 2 Session”上。
圖3：試制的晶體管的特性
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
圖4：提高柵源極間耐壓的優(yōu)點(diǎn)
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
改變LDMOS的漂移長(zhǎng)度
關(guān)于“將源漏極耐壓各不相同的多個(gè)晶體管集成在一枚芯片上的技術(shù)”的開發(fā)背景，日立的上野聰（信息通信系統(tǒng)公司微器件業(yè)務(wù)部設(shè)計(jì)本部混合信號(hào)LSI設(shè)計(jì)部擔(dān)當(dāng)部長(zhǎng)）表示，“繼數(shù)字和弱電的模擬之后，希望中高耐壓晶體管也實(shí)現(xiàn)高集成化的需求不斷高漲。該技術(shù)滿足了這種要求”。
上野表示，計(jì)劃將該技術(shù)用于超聲波診斷裝置的IC。還希望用于汽車的IC等。部件價(jià)格方面，“離散晶體管價(jià)格非常便宜，集成的IC也與其基本相同。不過，由于板卡面積可縮小至1/10以下，因此能大幅削減總成本和產(chǎn)品尺寸”（上野）（圖1）。
不同的耐壓是通過改變晶體管長(zhǎng)度方向的布局（即漂移長(zhǎng)度）實(shí)現(xiàn)的（圖2）。利用同一種半導(dǎo)體工藝即可制作出混載了不同耐壓晶體管的芯片。p通道LDMOS和n通道LDMOS二者均已確認(rèn)晶體管能夠在35～200V耐壓下工作（圖3）。由于只需改變漂移長(zhǎng)度即可，“開發(fā)方面具有可在EDA工具上輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的優(yōu)點(diǎn)”（信息通信系統(tǒng)公司微器件業(yè)務(wù)部設(shè)計(jì)本部混合信號(hào)LSI設(shè)計(jì)部主任技師大島隆文）。
圖5：提高耐壓的技術(shù)
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圖6：試制的晶體管的特性
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將LOCOS用于柵極氧化膜
關(guān)于“將柵源極耐壓提高至300V的技術(shù)”，上野介紹說，包括該公司在內(nèi)，已有多家半導(dǎo)體廠商向市場(chǎng)供貨柵源極耐壓最大為200V的產(chǎn)品。需要輸入300V等更高電壓時(shí)，一般利用降壓電路將其降至晶體管的200V耐壓的方法。不過，存在的問題是降壓電路的耗電量等較高。
此次，日立應(yīng)板卡測(cè)試儀廠商希望確保200V以上柵源極耐壓的要求進(jìn)行了開發(fā)。關(guān)于除此之外的用途，上野稱有望用于醫(yī)療器械領(lǐng)域。“醫(yī)療器械領(lǐng)域?qū)旁礃O耐壓為200V的晶體管需求較大。如果能提供300V的產(chǎn)品，市場(chǎng)可進(jìn)一步擴(kuò)大”（上野）。利用此次開發(fā)的技術(shù)，能夠降低耗電量，制造漏電流較低的IC開關(guān)（圖4）。
將耐壓由200V提高至300V的技術(shù)有多項(xiàng)（圖5）。包括（1）將迄今隔離使用的LOCOS（Local Oxidation Of Silicon）用于柵極氧化膜；（2）利用電場(chǎng)模擬器，優(yōu)化擴(kuò)展漏極層（Extended Drain Layer）的長(zhǎng)度等；（3）使布線圖案實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化等?！半妶?chǎng)模擬器以前就一直在市售品中使用。此次通過改善建模和利用流程，可以再現(xiàn)接近實(shí)際的現(xiàn)象”（大島）。另外，穩(wěn)定LOCOS比較困難，其他公司還沒有實(shí)現(xiàn)300V耐壓。
日立通過在柵源極之間加上電壓，測(cè)量了采用此次技術(shù)的晶體管特性。確認(rèn)到優(yōu)化設(shè)計(jì)后的晶體管能在柵源極之間的電壓為0V～300V的范圍內(nèi)作為晶體管正常工作（圖6）。
另外，此次發(fā)布的兩項(xiàng)技術(shù)目前尚不能組合使用。也就是說，尚不能在一枚芯片上集成源漏極耐壓不同的多個(gè)晶體管，并使柵源極耐壓實(shí)現(xiàn)300V。“從技術(shù)上來說并不太難。如果有需求的話，會(huì)進(jìn)一步開發(fā)”（大島）。（記者：小島 郁太郎）
圖1：可將耐壓各不相同的晶體管集成在一枚芯片上的優(yōu)點(diǎn)
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圖2：耐壓的調(diào)整技術(shù)
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兩項(xiàng)技術(shù)都已有預(yù)定采用的項(xiàng)目，預(yù)定2011年內(nèi)開始供貨產(chǎn)品。另外，日立還在5月23日起于美國(guó)加利福尼亞州圣地亞哥（San Diego）舉行的功率半導(dǎo)體相關(guān)國(guó)際會(huì)議“23rd International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's（ISPSD 2011）”上發(fā)布了這兩項(xiàng)技術(shù)。
“將源漏極耐壓各不相同的多個(gè)晶體管集成在一枚芯片上”的技術(shù)論文題目為“High Performance Pch-LDMOS Transistors in Wide Range Voltage from 35V to 200V SOI LDMOS Platform Technology”（Paper ID 1009），“將柵源極耐壓提高至300V”的技術(shù)論文題目為“300 V Field-MOS FETs for HV- Switching IC”（Paper ID 1027），兩篇論文均發(fā)表在“Smart Power Technology 2 Session”上。
圖3：試制的晶體管的特性
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
圖4：提高柵源極間耐壓的優(yōu)點(diǎn)
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
改變LDMOS的漂移長(zhǎng)度
關(guān)于“將源漏極耐壓各不相同的多個(gè)晶體管集成在一枚芯片上的技術(shù)”的開發(fā)背景，日立的上野聰（信息通信系統(tǒng)公司微器件業(yè)務(wù)部設(shè)計(jì)本部混合信號(hào)LSI設(shè)計(jì)部擔(dān)當(dāng)部長(zhǎng)）表示，“繼數(shù)字和弱電的模擬之后，希望中高耐壓晶體管也實(shí)現(xiàn)高集成化的需求不斷高漲。該技術(shù)滿足了這種要求”。
上野表示，計(jì)劃將該技術(shù)用于超聲波診斷裝置的IC。還希望用于汽車的IC等。部件價(jià)格方面，“離散晶體管價(jià)格非常便宜，集成的IC也與其基本相同。不過，由于板卡面積可縮小至1/10以下，因此能大幅削減總成本和產(chǎn)品尺寸”（上野）（圖1）。
不同的耐壓是通過改變晶體管長(zhǎng)度方向的布局（即漂移長(zhǎng)度）實(shí)現(xiàn)的（圖2）。利用同一種半導(dǎo)體工藝即可制作出混載了不同耐壓晶體管的芯片。p通道LDMOS和n通道LDMOS二者均已確認(rèn)晶體管能夠在35～200V耐壓下工作（圖3）。由于只需改變漂移長(zhǎng)度即可，“開發(fā)方面具有可在EDA工具上輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的優(yōu)點(diǎn)”（信息通信系統(tǒng)公司微器件業(yè)務(wù)部設(shè)計(jì)本部混合信號(hào)LSI設(shè)計(jì)部主任技師大島隆文）。
圖5：提高耐壓的技術(shù)
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
圖6：試制的晶體管的特性
日立制作的幻燈片。（點(diǎn)擊放大）
將LOCOS用于柵極氧化膜
關(guān)于“將柵源極耐壓提高至300V的技術(shù)”，上野介紹說，包括該公司在內(nèi)，已有多家半導(dǎo)體廠商向市場(chǎng)供貨柵源極耐壓最大為200V的產(chǎn)品。需要輸入300V等更高電壓時(shí)，一般利用降壓電路將其降至晶體管的200V耐壓的方法。不過，存在的問題是降壓電路的耗電量等較高。
此次，日立應(yīng)板卡測(cè)試儀廠商希望確保200V以上柵源極耐壓的要求進(jìn)行了開發(fā)。關(guān)于除此之外的用途，上野稱有望用于醫(yī)療器械領(lǐng)域。“醫(yī)療器械領(lǐng)域?qū)旁礃O耐壓為200V的晶體管需求較大。如果能提供300V的產(chǎn)品，市場(chǎng)可進(jìn)一步擴(kuò)大”（上野）。利用此次開發(fā)的技術(shù)，能夠降低耗電量，制造漏電流較低的IC開關(guān)（圖4）。
將耐壓由200V提高至300V的技術(shù)有多項(xiàng)（圖5）。包括（1）將迄今隔離使用的LOCOS（Local Oxidation Of Silicon）用于柵極氧化膜；（2）利用電場(chǎng)模擬器，優(yōu)化擴(kuò)展漏極層（Extended Drain Layer）的長(zhǎng)度等；（3）使布線圖案實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化等?！半妶?chǎng)模擬器以前就一直在市售品中使用。此次通過改善建模和利用流程，可以再現(xiàn)接近實(shí)際的現(xiàn)象”（大島）。另外，穩(wěn)定LOCOS比較困難，其他公司還沒有實(shí)現(xiàn)300V耐壓。
日立通過在柵源極之間加上電壓，測(cè)量了采用此次技術(shù)的晶體管特性。確認(rèn)到優(yōu)化設(shè)計(jì)后的晶體管能在柵源極之間的電壓為0V～300V的范圍內(nèi)作為晶體管正常工作（圖6）。
另外，此次發(fā)布的兩項(xiàng)技術(shù)目前尚不能組合使用。也就是說，尚不能在一枚芯片上集成源漏極耐壓不同的多個(gè)晶體管，并使柵源極耐壓實(shí)現(xiàn)300V。“從技術(shù)上來說并不太難。如果有需求的話，會(huì)進(jìn)一步開發(fā)”（大島）。（記者：小島 郁太郎）
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