Deliverables and Services - IHP Microelectronics

Komplementärer LDMOS-Modul für hohe
Spannungen ohne Epitaxie für eine
0,25-µm-SiGe-BiCMOS-Plattform
A U S G E w ä H L T E P R O J E K T E – S E L E C T E d P R O J E C T S
Ziel der Arbeiten war die Integration eines komplementären
LDMOS-Moduls für hohe Spannungen in einen
0,25-µm-SiGe-BiCMOS-Prozess mit BV DSS < -70 V für
den PLDMOS und > 80 V für den NLDMOS. Alternativ
zur Schichtabscheidung mittels Epitaxie, wurde hier
die tiefe N-Wanne für die High-Voltage-PLDMOS Transistoren
durch eine 6 MeV Phosphor-Implantation hergestellt.
Für das Produkt aus Durchbruchspannung und
Transitfrequenz wurden Rekordwerte von über 900 VGHz
erreicht.
Wegen ihrer ausgezeichneten elektrischen Parameter
wie Verstärkung, Wirkungsgrad, Linearität und niedrige
Kosten werden LDMOS-Transistoren weithin in HF-Leistungsverstärkern
für drahtlose Anwendungen eingesetzt.
Herausforderungen bei der Integration von LD-
MOS-Transistoren in einen hochskalierten CMOS-Prozess
mit dünnem Gateoxid sind gute HF-Parameter, eine
hohe Durchbruchspannung, ein kleiner Einschaltwiderstand
und eine akzeptable Parameterdegradation der
Bauelemente. In letzter Zeit aufkommende neue LDMOS
Anwendungsfelder zeigen sich im Bereich von vollständig
integrierten Lösungen für Stromversorgungssysteme
mit hohem Wirkungsgrad. Schaltfrequenzen von einigen
MHz für komplementäre High-Voltage-LDMOS in
der Ausgangsstufe des Leistungsverstärkers erfordern
herausragend gute HF-Parameter, um die notwendigen
Impulsanstiegszeiten im ns-Bereich zu ermöglichen.
In den Abb. 21 und 22 sind die simulierten Dotierungsverteilungen
der implementierten PLDMOS- und NLDMOS-
Bauelementekonstruktionen gezeigt. Man beachte, dass
die Gatelänge des inneren MOS-Transistors nicht selbstjustierend
ist, sondern durch die Maskenschritte für die
Wannen- und die LDD-Implantationen sowie die nachfolgenden
Diffusionsvorgänge bestimmt ist.
Complementary Epi Free High Voltage
LdMOS Module for a 0.25 µm SiGe
BiCMOS Platform
the work focused on the integration of a low-cost,
high-voltage complementary lDMoS module into an
advanced industrial 0.25 µm SiGe BiCMoS process
with BV DSS < -70 V and > 80 V for the plDMoS and the
nlDMoS, respectively. As an alternative to an epitaxially
grown layer the deep n-well for the high voltage
plDMoS was formed by a single 6 MeV p implantation
step. BV DSS *f t of the nlDMoS accomplished record values
> 900 VGHz.
lDMoS transistors are widely used in RF power amplifiers
for wireless applications because of their excellent
electrical parameters such as gain, efficiency,
linearity, reliability and low cost. Key challenges for
the integration of lDMoS transistors into a highly
scaled CMoS process with a thin gate oxide are good
RF performance, high break-down voltage and low
on-resistance at acceptable device degradation. Recently
emerging new applications of lDMoS are fully
integrated, high performance power management devices.
Switching frequencies of several MHz for the
complementary high voltage lDMoS transistors in the
power amplifier output stage require an outstanding
RF performance to meet the requirements for a pulse
rising time in the ns range.
Figs. 21 and 22 show the simulated doping distributions
for the implemented plDMoS and nlDMoS
device constructions, respectively. note, that gate
length of the inner MoS transistor is not self-aligned,
but formed by lithographic mask steps for the wells
and lDD implantations and its subsequent diffusion
processes.
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