LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体，Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）本质上是一种基于平面双扩散工艺的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），其核心特征在于采用横向扩散技术构建器件结构，通过精准控制离子注入与高温推进过程，实现高耐压与低损耗的性能平衡。作为高频高功率领域的核心半导体器件，LDMOS凭借独特的结构设计、优异的综合性能，已成为5G通信、新能源汽车、航空航天等战略产业的关键支撑。
一
一、LDMOS的结构
- 源极（Source）
- 电流的起点，通常与体区（P-body）通过重掺杂短路连接，以抑制寄生效应。
- 采用高浓度离子注入形成，确保低阻接触。
- 漏极（Drain）
- 电流的终点，与漂移区相连，承受高电压。位置与源极横向分离。
- 设计需考虑与栅极的间距，以平衡击穿电压和导通电阻。
- 栅极（Gate）
- 控制沟道的开启与关闭。多晶硅栅极常延伸至漂移区上方，形成场板。
- 通过双扩散工艺精确控制极短的沟道长度，无需极高精度光刻
- 漂移区（Drift Region）
- LDMOS的核心技术。轻掺杂，承担大部分外加高压，降低导通电阻。常采用RESURF技术优化
- 外延层的厚度、掺杂浓度和漂移区长度是耐压与导通电阻的关键折衷
- 形成导电沟道，其与源区的横向双扩散定义了沟道长度。
- 通过两次不同杂质的扩散（如先注硼后注砷，利用硼扩散更快的特性）形成精确的短沟道
体区（P-body）
二、LDMOS的工作原理
导通机制：当施加在栅极（G）上的电压（VGS）超过特定值（称为阈值电压）时，它会在栅极下方的P型体区表面感应出一个强反型层，这就是连接源极（S）和漂移区的N型导电沟道。此时，如果在漏极（D）施加高电压，电子将从N+源区出发，通过这个沟道进入轻掺杂的N型漂移区，最终到达N+漏区，形成由源极向漏极的横向电流 。漂移区的存在是为了承受高电压，但其轻掺杂特性会带来电阻，因此现代LDMOS会采用各种技术（如RESURF）来优化其掺杂分布，在保证耐压的同时尽可能降低导通时的电阻截止与耐压机制：当栅极电压低于阈值电压时，表面的导电沟道消失，器件关闭。此时，漏极和源极之间承受的高压（VDS）主要加在漂移区上。漂移区会形成一个耗尽区，并承受大部分电压，从而避免栅极氧化层或沟道区域被高压击穿，这是LDMOS能够实现高击穿电压的关键 。为了进一步提升耐压能力，工程师们发展了多项关键技术来优化漂移区内的电场分布，避免电场在局部过于集中而导致提前击穿。
关键技术支持
双扩散工艺：这是LDMOS得名的基础。制造过程中，会先后进行P型（如硼）和N型（如磷）杂质的两次扩散。由于这两种杂质在硅中的扩散速度不同，可以利用同一块光刻掩模版，在P型体区内“自对准”地形成非常短的沟道。这种方法的优势在于沟道长度由扩散过程而非光刻精度决定，能实现更精确、更短且均匀性更好的沟道，有助于降低导通电阻
RESURF（降低表面电场）技术：这是高压LDMOS设计的核心原理。通过在P型衬底上生长一层特定厚度和掺杂浓度的N型外延层作为漂移区，当器件关断时，衬底和漂移区之间的PN结会使漂移区完全耗尽。这种耗尽效应能将漂移区中的电场分布从三角形优化为更均匀的近似矩形，从而在相同的漂移区长度下承受更高的电压，或者说在相同的耐压要求下可以缩短漂移区长度或适当提高掺杂浓度，以降低导通电阻。
场板技术：通常将栅极的多晶硅或金属互联线延伸，覆盖在漂移区上方的氧化层上。这个延伸部分称为场板。它通过电容耦合效应调制漂移区表面的电场，能够“平滑”掉栅极边缘的电场峰值，使电场分布更加均匀，从而有效提升击穿电压
三、双扩散工艺
LDMOS中的“双扩散”是在同一区域，先后进行P型杂质（如硼） 和N型杂质（如磷或砷） 两次掺杂注入，并利用它们在硅材料中横向扩散速度的自然差异，来精确形成极短导电沟道的核心技术.
主要包含两个紧密衔接的步骤：
第一次注入：在栅极下方计划形成沟道的区域，先注入较高浓度的N型杂质（如砷）
第二次注入与推进：紧接着，在同一区域注入较低浓度的P型杂质（如硼）。随后，晶圆会经历一个高温退火过程，注入的杂质原子会向硅片内部横向扩散。
由于硼（P型）的扩散速度显著快于砷（N型），在经过相同时间的高温推进后，P型杂质的扩散边界会比N型杂质的扩散边界更远。那个由两次扩散边界之差所精确确定的、极短的区域，就构成了LDMOS的有效导电沟道
这种独特的工艺带来了传统光刻方法难以企及的巨大优势：
实现超短沟道：沟道的长度不再完全依赖于光刻机的极限精度，而是由杂质原子的扩散系数和热处理时间这类工艺参数决定，这使得制造出比最小光刻尺寸更短的沟道成为可能，有助于降低导通电阻
优异的均匀性与一致性：由于同一芯片上无数个晶体管的沟道都是通过完全相同的热处理步骤同时形成的，因此它们之间的均匀性非常好，这提升了器件性能的一致性
自对准结构：两次扩散自然形成了P型体区（P-body）和源极的N+区，它们之间是自对准的，这简化了工艺并提高了集成度
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