導語：LDMOS晶體管(Lateral Double-diffused Metal-Oxide Semiconductor, LDMOS)已廣泛應用于電源管理集成電路、LED/LCD驅動器、手持和汽車電子等高壓功率集成電路。了解LDMOS的靜電防護性能，有益于高壓功率IC的片上靜電防護器件設計。

正文：

高壓功率集成電路是半導體產業的一個重要分支，在汽車電子、電源管理、高壓驅動、航天航空、武器裝備里有著廣泛的應用。功率IC往往因為大電壓、大電流、強電磁干擾、頻繁拔插、室外高低溫等特殊工作環境，對其片上ESD設計提出了更高的防護要求。

LDMOS是功率IC的常用器件，它與低壓MOSFET一樣存在靜電泄放電流非均勻分布的問題，因而而器件在不做任何改進的情況下，不能充分發揮其靜電防護的潛能，是LDMOS器件靜電魯棒性提高的主要障礙。

1. 單指器件靜電泄放電流非均勻分布的TCAD仿真

對單指nLDMOS器件建模，對器件進行瞬態仿真。如圖1、圖2所示為器件在靜電泄放不同的時刻，器件剖面的電流密度分布，證明了單指器件的部分開啟，會導致ESD電流非均勻分布，單指器件的失效電流實際上只是開啟部分的寄生BJT失效時承受的ESD電流。

圖1 t=0.4ns時M1、M2的電流分布

圖2 t=3ns時M1、M2的電流分布

2. 多指器件靜電泄放電流非均勻分布的TCAD仿真

多指nLDMOS器件，其各叉指等效的寄生三極管基極因被深N阱隔離，使得各個叉指基極電阻一樣大。因而從理論上講，相對于基極電阻差異化的低壓多叉指NMOS器件而言，各叉指應該同時觸發。但事實上，還有其他因素無法保證所有叉指在ESD應力下被同時觸發，比如，材料本身的不均勻性、在物理版圖位置上距離IO/GND PAD的遠近、金屬連線的區別、器件本身的大面積特征。如圖3、圖4所示的2叉指和4叉指器件，分別只開啟了1叉指和2叉指。

圖3 兩叉指 nLDMOS的泄放電流分布

圖4 四叉指nLDMOS的泄放電流分布

3. 單指、多指器件的TLP測試驗證

從圖5可以看出，單指器件失效電流不與指長W成正比例增加;從圖6可知，多指器件失效電流不與叉指數目F成正比例增加。測試結果從側面證明了，高壓LDMOS的單指、多指器件存在電流的非均勻泄放，簡單地增加器件指長或叉指數目，無法有效地提高LDMOS器件的靜電防護等級。

圖5 單指器件的TLP測試IV曲線對比

圖6 多指器件的TLP測試IV曲線對比

湖南靜芯微電子技術有限公司經過五年的工作積累，從器件結構、觸發方式、版圖形式多個角度對LDMOS器件進行專業設計，開發成功系列5kV/8kV/15kV的高壓片上LDMOS靜電器件，解決了單指、多叉指LDMOS器件的電流非均勻性問題。直接選用本公司靜電器件或委托定制設計，可提升客戶功率IC的靜電可靠性。