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1200V NPT-IGBT的研制

作 者: 魏峰
导 师: 吴郁
学 校: 北京工业大学
专 业: 微电子与固体电子学
关键词: 绝缘栅双极晶体管 击穿电压 阂值电压 闩锁 磷渗透 分凝系数
分类号: TN322.8
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


根据给定的技术指标,采用区熔(FZ)单晶衬底、非穿通(NPT)耐压层、尺寸缩小的P阱、平面栅、多级场板终端(或场环加场板)等结构的组合,完成了1200V/25A NPT-IGBT样管的研制。利用DESSIS和TSUPREM4工具分别对该器件的特性参数、工艺流程进行了仿真预测和验证。其中,特性参数的仿真包括:多级场板、场环加场板终端结构的击穿电压、元胞结构的阂值电压、饱和压降、开关特性。工艺仿真包括:氧化层的热生长、离子注入、推结、刻蚀等。根据仿真分析的结果确定工艺流程及分片试验。经过一次流片,即成功研制出各项性能参数均符合规定技术指标出的样品。其主要性能参数与国际同类产品接近,并通过了168小时高温栅偏(HTGB)和高温反偏(HTRB)可靠性考核。取得的成果具体如下:1.采用由栅氧、场氧、隔离氧、厚层磷硅玻璃、多晶硅和铝电极构成的多级场板实现了高于1300V的击穿电压;采用场环加场板结构实现了近1400V的耐压;2.实现了先进的小尺寸抗闩锁平面栅方形元胞结构,包括内P+阱、NN-双注入、隔离墙(spacer)、阴极浅槽接触等结构制作;参数优化后实现的阂值电压为4.5V、集电极漏电流小于100nA,达到设计要求;3.基于180μm薄片加工工艺完成了背面p型透明集电极的制作,最终实现的饱和压降和关断能耗典型值分别为2.1V、4.4mJ,折中关系符合仿真预期;4.获得了与国内工艺平台兼容的合理工序和工艺参数。此外,还对仿真与实测结果进行了对比分析,对研制过程中出现的一些异常现象进行了探讨,并提出了解决方法。具体包括:多级场板终端击穿电压仿真结果小于实测值;过高温度进行P阱推结时会造成CE短路;分凝系数设置不恰当对P环硼扩散仿真的影响等。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 绝缘栅双极晶体管概述  9-13
    1.1.1 IGBT的发展简介  9-12
    1.1.2 IGBT的优缺点  12-13
    1.1.3 IGBT的应用  13
  1.2 绝缘栅双极晶体管的国内外的研究现状  13-14
  1.3 1200V绝缘栅双极晶体管的发展  14-16
  1.4 课题研究内容及意义  16-18
  1.5 本章小结  18-19
第2章 绝缘栅双极晶体管的工作机理及结终端  19-27
  2.1 IGBT的工作机理  19-21
  2.2 IGBT结终端技术  21-25
  2.3 本章小结  25-27
第3章 DESSISI/TSUPREM4仿真工具及其机理  27-37
  3.1 仿真软件简介  27
  3.2 DESSISI基本简介  27-32
  3.3 TSUPREM4基本简介  32-33
  3.4 TCAD仿真的误差  33-35
    3.4.1 TCAD工艺误差  33-34
    3.4.2 TCAD器件误差  34-35
  3.5 本章小结  35-37
第4章 1200V NPT-IGBT的研制  37-59
  4.1 1200V NPT-IGBT器件研制的技术方案  37-41
    4.1.1 衬底的选取及耐压层结构  38
    4.1.2 表面MOS结构  38-40
    4.1.3 结终端结构  40-41
  4.2 1200V NPT-IGBT器件研制的仿真分析  41-51
    4.2.1 击穿电压仿真  41-43
    4.2.2 IGBT其它特性参数仿真  43-46
    4.2.3 开关特性仿真  46-49
    4.2.4 1200V NPT-IGBT工艺  49-51
  4.3 1200V NPT-IGBT器件研制的版图设计  51-53
    4.3.1 1200V NPT-IGBT器件的版图  51-52
    4.3.2 1200V NPT-IGBT器件的版图中的测试图形  52-53
  4.4 1200V NPT-IGBT样品实测结果  53-57
  4.5 1200V NPT-IGBT可靠性考核及与国外同类产品对比结果  57-58
    4.5.1 1200V NPT-IGBT可靠性考核  57
    4.5.2 本文样品与同类产品对比  57-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章 1200V NPT-IGBT仿真与实测对比的异常情况分析  59-73
  5.1 1200V NPT-IGBT实测结果与仿真结果比较  59-61
    5.1.1 击穿电压实测、仿真结果比较  59
    5.1.2 IGBT其它特性参数实测、仿真结果比较  59-60
    5.1.3 IGBT部分工艺仿真结果与实测结果的比较  60-61
  5.2 1200V NPT-IGBT部分异常现象分析  61-72
    5.2.1 多级场板终端击穿电压仿真结果远小于实测结果  61-67
    5.2.2 过高温度推P阱的样品CE短路  67-69
    5.2.3 P环扩散仿真偏差分析  69-72
  5.3 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-81
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  81-83
致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体三极管(晶体管) > 晶体管:按性能分 > 双极性晶体管
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