帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路及仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域，特別是指一種帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路，本發(fā)明還涉及所述帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路的仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓場(chǎng)效應(yīng)管LDMOS在模擬電路中的電源電路設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用電壓范圍較高，因此LDMOS的結(jié)構(gòu)同普通MOS相比較為特殊，往往根據(jù)不同的應(yīng)用要求，其結(jié)構(gòu)也有各式各樣。往往會(huì)代入一些在普通MOS器件中看不到的特殊寄生特性。如圖1所示，該圖為一種特殊的圓形N型場(chǎng)效應(yīng)管的版圖結(jié)構(gòu)，其圓環(huán)中心I為L(zhǎng)DMOS的漏端，整個(gè)漂移區(qū)以漏端中心向外延伸。圖中最中心的圓形區(qū)域是該器件的漏端N+雜質(zhì)注入，外部的圓形區(qū)域2為該器件的漂移區(qū)，同樣該區(qū)域也是由N型，并且為了降低該區(qū)域的N型雜質(zhì)，還注入了 P型雜質(zhì)作為補(bǔ)償，形成了一個(gè)電阻值非常高的區(qū)域。再外面一圈區(qū)域3是多晶硅柵，從多晶硅柵3外圍一圈是P阱，多晶柵有一部分交疊覆蓋在P阱上形成了底部溝道，最外面的圓環(huán)4為源端N型雜質(zhì)注入。
[0003]該結(jié)構(gòu)的好處在與既有足夠的驅(qū)動(dòng)電流和耐壓，又能做到版圖面積最小。它的缺點(diǎn)也很明顯，在于散熱較差，一旦器件開啟進(jìn)入工作狀態(tài)，由于是大功率器件，晶體管馬上進(jìn)入發(fā)熱狀態(tài)，隨著晶體管溫度的提升，溝道電流也隨著溫度減小，也就是業(yè)界所稱的自熱效應(yīng)。并且由于漂移區(qū)有P雜質(zhì)補(bǔ)償，在溝道與漂移區(qū)邊緣，容易濃度分布不均，導(dǎo)致溝道分段開啟。在自熱效應(yīng)與溝道濃度不均勻的共同作用下，會(huì)導(dǎo)致晶體管Id-Vg曲線特性呈現(xiàn)出特別的形狀，如圖2，當(dāng)該種LDMOS工作在線性區(qū)的時(shí)候，隨著柵電壓的提高，同常規(guī)器件不同，漏端電流會(huì)出現(xiàn)凹陷的特性，如果將Id-Vg曲線對(duì)應(yīng)的gm (柵跨導(dǎo))同Vg的關(guān)系，如圖3，會(huì)發(fā)現(xiàn)圖中存在兩個(gè)gm的峰值，普通MOS器件只存在一個(gè)gm峰值。由于SPICE仿真器中的MOS模型都是建立在對(duì)稱結(jié)構(gòu)上的理想器件模型，因此該器件由于結(jié)構(gòu)特殊，帶入的寄生特性通過普通的器件模型已無(wú)法描述，當(dāng)電路設(shè)計(jì)仿真時(shí)器件應(yīng)用在該工作范圍就無(wú)法得到實(shí)際應(yīng)有的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路。
[0005]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供所述帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路的仿真方法。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明所述的帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路，包含一個(gè)基于BSIM3標(biāo)準(zhǔn)的LDMOS管，一個(gè)MOS管，第一電阻及第二電阻，以及一個(gè)電壓控制電壓源，所述各元件的連接關(guān)系為:
[0007]所述LDMOS管的漏端連接第一電阻的第一端，LDMOS管的源端連接第二電阻的第一端，LDMOS管的柵極直接引出；
[0008]所述MOS管的柵極連接電壓控制電壓源的正極，MOS管的源極接電壓控制電壓源的負(fù)極，MOS管的漏極接所述第二電阻的第二端；
[0009]所述第一電阻的第二端引出為等效電路的漏極，第二電阻的第二端引出為等效電路的源極。
[0010]進(jìn)一步地，所述的MOS管基于BSM3標(biāo)準(zhǔn)模型，描述LDMOS管的寄生MOS管，其柵寬及柵長(zhǎng)分別作為一個(gè)擬合數(shù)值放在宏模型中，并且該MOS管還具有開啟電壓、遷移率、襯偏效應(yīng)參數(shù)、源/漏阻抗、溫度特性參數(shù)、ute參數(shù)，作為MOS管模型擬合參數(shù)。
[0011]進(jìn)一步地，所述的第一電阻描述LDMOS管漏端寄生電阻系數(shù)，第二電阻描述LDMOS管源端寄生電阻系數(shù)；第一電阻和第二電阻均包含BSM3標(biāo)準(zhǔn)模型所含的溫度和電壓的修正系數(shù)。
[0012]進(jìn)一步地，所述的電壓控制電壓源受LDMOS管的柵源電壓控制，具有電壓控制系數(shù)，其輸出電壓加在所述MOS管的柵源端。
[0013]本發(fā)明所述的帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路的仿真方法，包含如下工藝步驟:
[0014]第I步，構(gòu)建所述帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路；
[0015]第2步，根據(jù)構(gòu)建的帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路，進(jìn)行仿真。
[0016]進(jìn)一步地，所述的帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路，包含一個(gè)基于BSIM3標(biāo)準(zhǔn)的LDMOS管，一個(gè)MOS管，第一電阻及第二電阻，以及一個(gè)電壓控制電壓源，所述各元件的連接關(guān)系為:
[0017]所述LDMOS管的漏端連接第一電阻的第一端，LDMOS管的源端連接第二電阻的第一端，LDMOS管的柵極直接引出；
[0018]所述MOS管的柵極連接電壓控制電壓源的正極，MOS管的源極接電壓控制電壓源的負(fù)極，MOS管的漏極接所述第二電阻的第二端；
[0019]所述第一電阻的第二端引出為等效電路的漏極，第二電阻的第二端引出為等效電路的源極。
[0020]進(jìn)一步地，所述的MOS管基于BSM3標(biāo)準(zhǔn)模型，描述LDMOS管的寄生MOS管，其柵寬及柵長(zhǎng)分別作為一個(gè)擬合數(shù)值放在宏模型中，并且該MOS管還具有開啟電壓、遷移率、襯偏效應(yīng)參數(shù)、源/漏阻抗、溫度特性參數(shù)、ute參數(shù)，作為MOS管模型擬合參數(shù)。
[0021]進(jìn)一步地，所述的第一電阻描述LDMOS管漏端寄生電阻系數(shù)，第二電阻描述LDMOS管源端寄生電阻系數(shù)；第一電阻和第二電阻均包含BSM3標(biāo)準(zhǔn)模型所含的溫度和電壓的修正系數(shù)。
[0022]進(jìn)一步地，所述的電壓控制電壓源受LDMOS管的柵源電壓控制，具有電壓控制系數(shù)，其輸出電壓加在所述MOS管的柵源端。
[0023]本發(fā)明所述的帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路及仿真方法，通過添加描述源漏寄生電阻的第一及第二電阻，寄生MOS管以及電壓控制電壓源，構(gòu)建LDMOS管的等效電路，通過對(duì)各類器件參數(shù)同測(cè)試數(shù)據(jù)的擬合，得到同實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合的Id-Vg曲線以及gm-Vg特性曲線,提高了仿真的精度。
【附圖說明】
[0024]圖1是圓形聞壓場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0025]圖2是圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的Id-Vg曲線圖。
[0026]圖3是圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的gm-Vg曲線圖。
[0027]圖4是本發(fā)明圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路圖。
[0028]圖5是基于本發(fā)明圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路的Id-Vg仿真曲線圖。
[0029]圖6是基于本發(fā)明圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路的gm-Vg仿真曲線圖。
[0030]圖7是本發(fā)明仿真流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]首先對(duì)線性區(qū)電流特性中的寄生效應(yīng)進(jìn)行分析，從圖2中可以看到，當(dāng)Vgs增大到一定程度后，電流曲線開始出現(xiàn)一個(gè)凹陷的特性，由于器件特性上分析較為復(fù)雜，較為簡(jiǎn)便的方法可以假設(shè)為器件在柵極電壓的條件下有某個(gè)寄生效應(yīng)出現(xiàn)了類似與MOS管的開啟狀態(tài)，該曲線可以看作寄生晶體管和本身LDMOS的電特性疊加后可以得到的結(jié)果。圓形LDMOS本身的柵極從版圖上看并沒有寄生的并聯(lián)器件，但是從版圖的漂移區(qū)和漏端區(qū)域看，為了提高漂移區(qū)的耐壓，在漂移區(qū)還專門加了一層P型的淡摻雜注入。假定把整個(gè)多晶柵下溝道區(qū)域反型特性看成是兩個(gè)并聯(lián)的MOS晶體管并聯(lián)在高壓場(chǎng)效應(yīng)管邊。
[0032]基于上述考慮，本發(fā)明給出了帶寄生效應(yīng)的圓形高壓場(chǎng)效應(yīng)管等效電路，如圖4所示，包含一個(gè)基于BSM3標(biāo)準(zhǔn)的LDMOS管，一個(gè)MOS管，第一電阻RD及第二電阻RS，以及一個(gè)電壓控制電壓源EX，所述各元件的連接關(guān)系為:
[0033]所述LDMOS管的漏端連接第一電阻RD的第一端，LDMOS管的源端連接第二電阻RS的第一端，LDMOS管的柵極直接引出；
[0034]所述MOS管的柵極連接電壓控制電壓源E