500V沟槽栅U型沟道SOI-LIGBT器件设计

发布时间：2020-03-22 04:42

【摘要】：单片智能功率芯片将逻辑电路、信号处理电路、驱动电路、保护电路及功率器件等集成在一块芯片上,可实现对电机的高效、快速、准确及可靠控制,应用前景非常广泛。绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管(Silicon On Insulator Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,SOI-LIGBT)具有电流能力强、击穿电压高及易于栅控等优点,是单片智能功率芯片中的核心器件。SOI-LIGBT的关断损耗和短路能力决定了单片智能功率芯片的整体功耗及可靠性,因此,研究并设计具有低关断损耗、强短路能力的SOI-LIGBT具有重要意义。本文基于所在课题组2015年提出的平面栅U型沟道厚膜SOI-LIGBT器件结构,对其关断和短路过程进行了更进一步的测试和仿真分析,重点分析了平面栅U型沟道器件的关断特性和短路特性,提出了一种新型沟槽栅U型沟道SOI-LIGBT。该器件具有两个沟槽栅极,第一个沟槽栅(G1)用于控制器件的开启和关断,第二个沟槽栅(G2)用作空穴阻挡层。在导通状态下,空穴阻挡层能够提高发射极一侧的空穴密度,从而增强其电导调制效应,有效提升器件的电流密度。在关断过程中,新型双沟槽结构集电极一侧的载流子密度相比于平面栅结构更低,漂移区中的载流子分布更加均匀,同时沟槽栅能够辅助漂移区的耗尽,大幅提高关断速度。在短路过程中,前置的P~+发射极能够有效吸收空穴电流,抑制动态闩锁,从而提高器件的短路能力。最后,本文对新型沟槽栅U型沟道SOI-LIGBT的工艺和版图进行了设计,并对流片后的晶圆进行了测试。流片测试结果表明,相比于传统平面栅U型沟道SOI-LIGBT器件,新型U型沟道SOI-LIGBT器件的关断时间减小了约150ns,短路时间增加了9μs,有效提升了关断和短路能力。
【图文】：

显微照片,单片,显微照片,芯片

图 1-2 单片智能功率芯片显微照片的功率器件主要有两类，一类是和驱动模块和信号处理模块向分立器件；另一类是和驱动模块和信号处理模块集成在同），，一般是横向功率器件[8]。用横向功率器件代替纵向分立器件的高鲁棒性、高频化和微型化。要有两种工艺，体硅工艺和绝缘层上硅（Silicon-On-Insulato基础晶圆材料，在此之上生长埋层和电极金属等。体硅器件由漂移区来承受横向耐压。在击穿电压要求较高时，可以通横向耐压的提升。SOI 工艺在衬底和漂移区之间有一层二氧来承受一部分的纵向耐压，该二氧化硅层为埋氧层（BuriedO薄膜 SOI 工艺和厚膜 SOI 工艺。因为单片智能功率芯片中集薄膜 SOI 器件相比，厚膜功率器件的漂移区较厚，漂移区电

电势分布,击穿电压,电势分布,电场分布规律

d dsisi siqN QE t 向电场分布规律为以dsiqN 为斜率的一次函数，假到硅上压降：d 2dsi si sisi si2qN QV t t ox ox ox si oxV E t 3E td 2 d d si ox si si ox ox si si ox si si si ( 3 ) ( )( 3 )2 qN qN Q V V E t t t t t t ，纵向击穿电压与漂移区掺杂、氧化层厚度和硅层击穿电压越大。表面横向电场分布纵向发射极集电极A B C
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN322.8

【参考文献】