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600V VDMOS功率器件工艺优化研究

作　者: 任川
导　师: 李炳宗；陶有飞
学　校: 复旦大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 功率半导体器件 VDMOS工艺阈值电压聚酰亚胺
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为电力电子技术中的核心元件,功率半导体分立器件和集成电路是应用广泛的基础性产品。在各种功率半导体器件中,功率MOSFET具有高输入阻抗,高功率增益和热稳定等优点,广泛应用于功率小于10kW、电压低于1kV的场合。功率MOSFET中的VDMOS,是应用在中等电压领域的主流器件。这类器件将横向表面绝缘栅场效应与纵向高压结构结合起来,其电子流在栅氧化层下沟道横向流动时受栅极控制,接着改为垂直流动,并扩展开来,使芯片的面积得以充分利用,漏源耐压得以提高。本文主要研究现有600V VDMOS产品工艺存在的问题及其优化途径。首先,数据表明原有工艺制造的VDMOS实际阂值电压比设计值高。为调节阂值电压,分析了对其产生影响的两个因素栅氧化层厚度和体区浓度,决定不改变栅氧化层厚度,而对体区浓度进行调节。工艺中,体区浓度与抑制寄生场效应管区域(JFET)、体区(P-Body)和源区(N-Plus)三步注入的剂量相关。对这三步注入进行实验设计,找出合适的工艺窗口。同时,为保证器件的击穿、漏电和开关速度不受影响,在源区注入增加一次带旋转的小剂量斜注入,改善源区边缘杂质分布,对阈值电压进行调节。测试数据表明,应用改进后的离子注入技术,可使器件阈值电压达到设计值,并且保持器件击穿电压,通态电阻和源漏间漏电不变。其次,根据该VDMOS结构,发现零层(zero layer)制作的光刻对准标记(zero mark),可以用有源区形成的场氧图形来替代。经过实验,证明场氧图形可以被光刻对准系统识别,从而取消零层,减少一步光刻,缩短产品生产周期,降低成本。最后,为提高器件可靠性,建立了聚酰亚胺(Pol-yimide)钝化工艺。在工艺中,.发现聚酰亚胺在管芯转角处有翘曲。经分析和实验,缩短显影时间,可有效解决该问题。通过优化,产品性能达到客户要求,良率高于95%,成本降低10%以上。而且,文中介绍的产品、技术及工艺平台都己用于产品大规模生产,对类似高压VDMOS器件的开发和制造具有实际的参考意义和指导价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
引言  5-7
第一章功率半导体器件和VDMOS概述  7-24
  第一节功率半导体器件分类  7-9
  第二节 VDMOS管演变介绍  9-13
  第三节 VDMOS管工作原理  13-14
  第四节 VDMOS管主要参数  14-18
  第五节 VDMOS管技术特点  18-20
  第六节 VDMOS管终端结构  20-24
第二章优化前的600V VDMOS工艺  24-27
  第一节工艺流程  24-26
  第二节存在的问题  26-27
第三章工艺优化研究  27-44
  第一节阈值电压调节工艺优化  27-35
  第二节场氧图形替代对准标记  35-39
  第三节聚酰亚胺钝化工艺改进  39-44
第四章优化后的600V VDMOS工艺  44-56
  第一节定义有源区  44-45
  第二节栅介质与多晶硅栅叠层形成及光刻  45-47
  第三节晶体管体区与源区离子注入掺杂  47-48
  第四节体/源接触区掺杂在及介质隔离  48-49
  第五节金属电极形成  49-50
  第六节钝化层  50-52
  第七节背面减薄  52-54
  第八节晶体管性能改善  54-56
第五章结论  56-57
参考文献  57-58
致谢  58-59

600V VDMOS功率器件工艺优化研究

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