RF 功率 MOSFET的最大應(yīng)用是無線通訊中的RF功率放大器。直到上世紀90年代中期,，RF功率MOSFET還都是使用硅雙極型晶體管或GaAs MOSFET。到90年代后期,，的出現(xiàn)改變了這一狀況,。和硅雙極型晶體管或GaAs MOSFET相比較，硅基LDMOSFET有失真小,、線性度好,、成本低的優(yōu)點，成為目前RF 功率 MOSFET的主流技術(shù),。
手機基站中功率放大器的輸出功率范圍從5W到超過250W,，RF 功率 MOSFET是手機基站中成本最高的元器件。一個典型的手機基站中RF部分的成本約6.5萬美元,，其中功率放大器的成本就達到4萬美元,。功率放大器元件的年銷售額約為8億美元。隨著3G的發(fā)展,，RF功率放大器的需求將進一步提高,。
RF 功率 MOSFET在無線電通訊領(lǐng)域也有應(yīng)用，其頻率已延伸至低微波段且輸出功率可達百W以上,。它同時也應(yīng)用于電視(特別是數(shù)字電視)功率放大器,、雷達系統(tǒng)和軍事通訊中,。
隨著新一代無線通訊技術(shù)的快速發(fā)展和越來越廣泛的應(yīng)用，RF 功率 MOSFET有著非常樂觀的市場前景,。而目前國內(nèi)使用的RF功率器件仍然依賴進口,，國內(nèi)RF芯片和器件自有產(chǎn)品不到1%，因此,，自主開發(fā)RF功率MOSFET具有非常重要的意義,。
圖1 LDMOSFET基本結(jié)構(gòu)圖
RF 功率 LDMOSFET性能特征
與硅雙極型晶體管相比，RF 功率 LDMOSFET有以下優(yōu)點：
1. 工作頻率更高,，穩(wěn)定性好：雙極型晶體管只能在300MHz以下的頻段工作,，而LDMOSFET由于反饋電容小，可以在幾百MHz到幾GHz的頻率工作,，且頻率穩(wěn)定性好,。
2. 高增益：通常在相同的輸出功率水平下，雙極型晶體管的增益為8dB~9dB,，而LDMOSFET可以達到14dB,。
3. 線性度好，失真?。禾貏e在數(shù)字信號傳輸應(yīng)用中,，LDMOSFET表現(xiàn)更加突出。
4. 熱穩(wěn)定性好：溫度對LDMOSFET電流有負反饋作用,，溫度升高可以限制電流的進一步提高,；而雙極型晶體管溫度對電流起正反饋作用，所以LDMOSFET的熱穩(wěn)定性好,。
RF 功率 LDMOSFET基本結(jié)構(gòu)和制造工藝特點
RF 功率 LDMOSFET 是具有橫向溝道結(jié)構(gòu)的功率MOSFET,，它以LDMOSFET為基本結(jié)構(gòu)，利用雙擴散技術(shù)在同一窗口相繼進行硼,、磷兩次擴散,，通過兩種雜質(zhì)橫向擴散的結(jié)深之差精確控制溝道長度。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,，由幾個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組成：
1. P+襯底和P-外延層：器件一般會使用P+硅襯底加一定厚度的P-外延層,，使用P+襯底是為了源端能很好地從背面引出；P-外延層是為了提高器件的源漏擊穿電壓,。
2. P-阱,、N+源/漏、柵氧和多晶柵：這是組成MOS結(jié)構(gòu)的基本元素,，P-阱和N+源就是通過自對準注入和雙擴散技術(shù)形成的,。P-阱和N+源注入后在多晶下方橫向擴散，最后形成了MOS的溝道和源區(qū),。
3. LDD結(jié)構(gòu)：從多晶柵邊緣到漏端是輕摻雜的LDD(Lightly Doped Drain)區(qū),，這個區(qū)域可承受源漏之間的高電壓,。通過優(yōu)化LDD區(qū)域的電荷和長度，可以使源漏的穿通電壓達到最大值,。一般來說,，LDD區(qū)域的電荷密度約為1011 cm-2~1013cm-2時，可以得到最大的源漏穿通電壓,。
4. P+埋層：連接表面源端和P+襯底,，工作時電流從表面的源極通過P+埋層流到P+襯底，并從背面引出,。這樣不需要另外從正面引線引出,，降低反饋電容電感，提高頻率特性,。
5. P+ 加強區(qū)(P+ enhancement)和金屬屏蔽(shield)：P+加強區(qū)是為了保證電流從表面的源端通過金屬,，流向P+埋層。金屬屏蔽結(jié)構(gòu)是為了降低多晶柵靠LDD區(qū)邊緣的電壓,，防止熱電子注入效應(yīng),。
產(chǎn)品設(shè)計難點分析和解決方案
通過分析RF 功率 MOSFET器件的性能和結(jié)構(gòu)特征，本文設(shè)計了器件的基本結(jié)構(gòu),，并通過工藝和器件模擬獲得了關(guān)鍵參數(shù),。
器件的關(guān)鍵參數(shù)包括：
1. 柵氧厚度：需根據(jù)器件的閾值電壓等設(shè)計合適的柵氧厚度。
2. 溝道長度,、雜質(zhì)濃度及分布：它們決定器件的開啟電壓,，以及源漏之間的穿通電壓，必須經(jīng)過專門的設(shè)計,。
3. LDD長度和雜質(zhì)濃度：LDD區(qū)域分擔(dān)最大部分的源漏電壓,，它的長度和雜質(zhì)濃度分布必須優(yōu)化，使得器件的擊穿電壓可以達到最大值,，同時LDD區(qū)域的電壓分布均勻。
4. 外延厚度和雜質(zhì)濃度：它們決定N+漏和襯底引出的源極之間的縱向穿通電壓,。
結(jié)合6寸芯片生產(chǎn)線,， RF 功率 MOSFET的制造工藝流程設(shè)計完成，包括：P+埋層,、LOCOS,、柵結(jié)構(gòu)， P阱,、源漏和LDD結(jié)構(gòu),，以及接觸孔、鋁,、鈍化層,。
工藝難點和解決方案如下：
1. 柵結(jié)構(gòu)：設(shè)計了特殊柵結(jié)構(gòu)和工藝制造流程,，以滿足器件功能和頻率特性需要。
2. P-阱和N+源區(qū)的自對準注入和雙擴散工藝：器件溝道是通過P-阱和N+源區(qū)推進過程中硼,、磷的橫向擴散差異形成的,。這兩個區(qū)域通過兩次多晶單邊自對準注入形成。注入和推進過程需嚴格控制,。
3. P+阱溝道：該區(qū)域的雜質(zhì)濃度和長度是決定器件性能的關(guān)鍵因素,，制造工藝中必須嚴格控制注入和推進過程，保證器件基本性能和均勻性,。
結(jié)語
本文通過分析RF功率 LDMOSFET的性能和結(jié)構(gòu)特征,，設(shè)計出RF 功率 LDMOSFET器件結(jié)構(gòu)，通過工藝和器件模擬確定了關(guān)鍵參數(shù),，并設(shè)計了一套符合6寸芯片生產(chǎn)線的制造工藝流程,，對工藝中的難點提出了解決方案。