功率半导体器件物理与工艺研究课件

功率半导体器件、物理与工艺研究/项目负责人：张海鹏，

起止年月：1998年01月至今功率半导体器件、物理与工艺研究/1获得知识产权授权发明专利授权实用新型专利软件著作权获得知识产权授权发明专利2授权发明专利授权发明专利3授权发明专利授权发明专利4授权发明专利授权发明专利5授权发明专利授权发明专利6授权发明专利授权发明专利7授权发明专利授权发明专利8授权发明专利授权发明专利9授权实用新型专利授权实用新型专利10授权实用新型专利授权实用新型专利11授权实用新型专利授权实用新型专利12软件著作权软件著作权13获奖获奖14SOILDMOS/LIGBT研究

——项目经历国基重点项目：高温微电子器件与电路（）国基面上项目：新结构SOILIGBT器件的基础研究（）863计划：深海磁力仪关键技术研究863计划：深海长距离大功率能源与图像信息混合传输技术研究省基面上项目“SOILIGBT减薄漂移区表面微结构的双极载流子复合寿命(y104599)浙江省科技计划面上工业项目：集成抗ESDRFSOILIGBT研制(2009C31004)等等SOILDMOS/LIGBT研究

——项目经历国基重点项目15主要内容DRT-MCTFSOILIGBT器件SOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDESDRobustnessofaNovelAnti-ESDTGFPTDSOILDMOS抗ESDSOILIGBT器件的研究UnitedGauss-Pearson-IVDistributionBPLSOILDMOS新结构及其正向阻断特性BPLSOI材料制备方法初探VGRFSOILIGBT闩锁效应建模与仿真验证

RFSOILDMOS电路建模超高压FR主要内容DRT-MCTFSOILIGBT器件16DRT-MCTFSOILIGBT器件◄版图截面图►DRT-MCTFSOILIGBT器件◄版图截面图►17DRT-MCTFSOILIGBT器件截止态器件内静电压的高温特性曲线截止态泄漏电流高温特性DRT-MCTFSOILIGBT器件截止态器件内静电压的18SOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDVerticalgateandfieldplateFieldstopLateralbreakdownMiddlesourceHangzhouDianziUniversity,Email:SOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDV19ConventionalSOILDMOS

LateralChannelCurrentflowcrowdVerticalbreakdownShortchannelHangzhouDianziUniversity,Email:ConventionalSOILDMOSLateral20ProcesssimulationwithSilvacoTCADSOIwaferDopingforn-bufferregionFormationoftrenchgateP-Asimplantationintodrainregionp-wellimplantationp+contactimplantationAsimplantationinton+sourceregionmetaldepositionandback-etchingHangzhouDianziUniversity,Email:ProcesssimulationwithSilvac21SOIwaferHangzhouDianziUniversity,Email:SOIwaferHangzhouDianziUnive22Dopingforn-bufferregionSTITEOSspin-coatingEtchingPhosphorusionsimplantationAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:Dopingforn-bufferregionSTIH23FormationoftrenchgateDTIOxidation-etchingGateoxidationPoly-SidepositionCMPOxidedepositionLithographyPionsimplantationHangzhouDianziUniversity,Email:FormationoftrenchgateDTIHan24P-Asimplantationinton+drainregionPimplantationAnnealingAsimplantationAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:P-Asimplantationinton+drai25P-wellimplantationLithographyBimplantationStripphotoresist15keV20keVHangzhouDianziUniversity,Email:P-wellimplantationLithography26p+contactimplantationLithographyBimplantationStripphotoresist1e17,40,RTA5e15,50,——HangzhouDianziUniversity,Email:p+contactimplantationLithogr27Asimplantationinton+sourceregionLithographyAsimplantationStripphotoresist40keV120keVHangzhouDianziUniversity,Email:Asimplantationinton+source28Metaldepositionandback-etchingOxidedepositionLithographyTidepositionAldepositionBack-etchingofAlandTiHangzhouDianziUniversity,Email:Metaldepositionandback-etch29FormerId-VdcurvesFormerstaticresistorcurvesHangzhouDianziUniversity,Email:FormerId-VdcurvesFormerstat30ProcesssimulationwithSilvacoTCAD

forSOILIGBTwithTGFPTDSOIwaferDopingforn-bufferregionFormationoftrenchgateFormationoftrenchdrainwithSTIBimplantationintoanoderegionP-Asimplantationintoshortedanoderegionp-wellimplantationp+contactimplantationAsimplantationinton+sourceregionmetaldepositionandback-etchingHangzhouDianziUniversity,Email:ProcesssimulationwithSilvac31SOIwaferHangzhouDianziUniversity,Email:SOIwaferHangzhouDianziUnive32Dopingforn-bufferregionLithographyPions5e13，160keVStriping&rinsingAnnealingEtchingoxideHangzhouDianziUniversity,Email:Dopingforn-bufferregionLith33LithographyDTI（SSRIE）Striping&rinsingWetOxidationEtchingRinsingFormationoftrenchgateHangzhouDianziUniversity,Email:LithographyFormationoftrench34GatedryoxidationtOX=40nmRedistributionContinued…HangzhouDianziUniversity,Email:GatedryoxidationContinued…Ha35Poly-SidepositionStepbystepetchingCMPContinued…HangzhouDianziUniversity,Email:Poly-SidepositionContinued…Ha36FieldoxidedepositionLithographyPionsimplantation1.0e16,100kStripingphoto-resistAnnealing30min,950℃Continued…HangzhouDianziUniversity,Email:FieldoxidedepositionContinue37BimplantationintoanoderegionLithographyTwiceBionsimplantation1e14/5e16cm-2,30/50keVStripingphoto-resistSTI（SSRIE）HangzhouDianziUniversity,Email:Bimplantationintoanoderegi38P-Asimplantationinton+drainregionlithographyPimplantationAnnealingAsimplantationStripingphoto-resistAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:P-Asimplantationinton+drai39P-wellimplantationLithographyBimplantation1e14cm-230keVStripphoto-resistHangzhouDianziUniversity,Email:P-wellimplantationLithography40p+contactimplantationLithographyBimplantation5e16cm-2,50keVStripphoto-resistRTAHangzhouDianziUniversity,Email:p+contactimplantationLithogr41Asimplantationinton+sourceregionLithographyAsimplantation1e16cm-2120keVStripphotoresistRTA@950℃HangzhouDianziUniversity,Email:Asimplantationinton+source42SOILIGBTwithATGFPTDSOILIGBTwithATGFPTD43TransfercharacteristicTransfercharacteristic44ESDRobustnessofaNovel

Anti-ESDTGFPTDSOILDMOSESDRobustnessofaNovel

Ant45HBMcircuitHBMcircuit46PossitiveESDCharacteristicPossitiveESDCharacteristic472Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat2ns2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat20ns2Dtotalcurrentdistribution482Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat300ns2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat0.8s2Dtotalcurrentdistribution492Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat1.0s.2Dtotalcurrentdistribution50NegativeESDCharacteristicNegativeESDCharacteristic512DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof10ns2DelectronESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof10ns2DholeESDcurrentdistributi522DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof500ns2DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof500ns2DholeESDcurrentdistributi532DtotalESDcurrentdistributionoftheproposed

anti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof1.0us2DtotalESDcurrentdistribut54抗ESDSOILIGBT器件的研究抗ESDSOILIGBT器件的研究55伏安特性伏安特性56击穿特性击穿特性57闩锁特性断态 通态闩锁特性断态 通态58改进结构之一改进结构之一59工艺设计、虚拟制造与器件仿真工艺仿真工具工艺流程设计及仿真仿真结果分析工艺设计、虚拟制造与器件仿真工艺仿真工具60工艺流程设计及仿真顶层硅膜BOX硅衬底SOI材料结构初始化膜厚1.4m浓度埋氧层1.25m工艺流程设计及仿真顶层硅膜BOX硅衬底SOI材料结构初始化61STI形成硅岛(a)氧化、氮化、旋涂光刻胶(b)曝光、RIE刻蚀(c)去除光刻胶，热氧化(d)HDPCVD二氧化硅(e)CMP900℃，10nmLPCVD,80nm1100℃10nmSTI形成硅岛(a)氧化、氮化、旋涂光刻胶(b)曝光62缓冲区初始掺杂

缓冲区浓度分布涂胶1.5m、光刻注磷:剂量能量120keV去胶、去氮化层、去表面氧化层退火：1100℃

氮气气氛

40min缓冲区初始掺杂缓冲区浓度分布涂胶1.5m、光刻63P-well掺杂涂胶、光刻注硼：剂量能量120keV去胶退火：1000℃25minP-Well掺杂分布P-well掺杂涂胶、光刻P-Well掺杂分布64P+阳极区和P-Well欧姆接触区掺杂

涂胶、光刻注硼：剂量能量40keV去胶RTAP+阳极区和P-Well欧姆接触区掺杂分布P+阳极区和P-Well欧姆接触区掺杂涂胶、光刻P+阳极65场氧形成去氧化层淀积氧化层涂胶光刻刻蚀裸漏氧化层去胶

场氧形成场氧形成去氧化层场氧形成66栅氧的形成与阈值电压调整注入1000℃干氧氧化载3%HCl，40nm注硼：剂量能量20keV

斜角7o

栅氧的形成与阈值电压调整注入栅氧的形成与阈值电压调整注入1000℃干氧氧化栅氧的形67多晶硅淀积LPCVD0.2m涂胶光刻刻蚀氧化层

多晶硅淀积多晶硅淀积LPCVD多晶硅淀积68N+阴极区和多晶硅掺杂涂胶光刻注砷：剂量能量50keVRTAN+阴极区和多晶硅掺杂N+阴极区和多晶硅掺杂涂胶N+阴极区和多晶硅掺杂69形成接触孔涂胶光刻刻蚀多晶硅去胶淀积氧化硅涂胶光刻刻蚀氧化硅去胶

形成接触孔形成接触孔涂胶形成接触孔70金属淀积与反刻淀积钛，50nm钛硅化：600℃，1min腐蚀钛淀积铝，500nm涂胶光刻刻蚀铝

金属淀积与反刻金属淀积与反刻淀积钛，50nm金属淀积与反刻71仿真结果分析图53器件表面横向净掺杂浓度分布

横坐标为1.8m处的纵向掺杂分布电学参数目标值仿真值阈值电压1.0～2.0V1.5V击穿电压≥100V122.4V通态电流密度≥90A/cm²6200A/cm²抗ESD钳位电压10～20V11.05V通态压降≤5V2V通态闩锁电压(栅压3.0V)≥20V57V表3SOILIGBT电学参数仿真结果仿真结果分析图53器件表面横向净掺杂浓度分布横坐标为72集成抗ESDSOILIGBT版图设计方法

器件单元版图设计布局布线版图优化版图后仿真集成抗ESDSOILIGBT版图设计方法器件单元版图设73器件单元版图设计0.5mBCD工艺版图设计规则版图层次定义版图设计方法设定版图设计环境参照预仿真的器件结构，遵循上述版图设计规则，依次设计不同层次和区域的版图ekjSOILIGBT器件单元版图总图器件单元版图设计0.5mBCD工艺版图设计规则ekjS74布局布线

管芯整体布局布线图器件单元的个数为1221个通态电流可达2.56A改进后1188个2.5A个

布局布线管芯整体布局布线图器件单元的个数为1221个个75版图优化SOILIGBT器件单元梯形版图

梯形器件单元版图的整体布局版图优化SOILIGBT器件单元梯形版图梯形器件单76版图后仿真

前仿真与后仿真输出特性对比闩锁曲线对比图

关断特性对比版图后仿真前仿真与后仿真输出特性对比闩锁曲线对比图77UnitedGauss-Pearson-IVDistributionUnitedGauss-Pearson-IVDistri78功率半导体器件物理与工艺研究课件79UnitedGauss-Pearson-IVDistributionModelUnitedGauss-Pearson-IVDistri80UnitedGauss-Pearson-IVDistributionUnitedGauss-Pearson-IVDistri81

RelatedparametersRelatedparameters82功率半导体器件物理与工艺研究课件83BPLSOILDMOSBPLSOILDMOS84BPLSOILDMOS新结构及其正向阻断特性图62BPLSOILDMOS器件截面结构思想图63工艺仿真BPLSOILDMOS器件截面结构图64工艺仿真常规SOILDMOS器件截面结构图65正向阻断特性曲线仿真结果BPLSOILDMOS新结构及其正向阻断特性图62BP85常规SOILDMOS器件击穿态二维电场分布BPLSOILDMOS器件击穿态二维电场分布高压版本常规SOILDMOS器件击穿态二维电场分布BPLSO86一种新型低通态电阻的双槽栅SOILDMOS

一种新型低通态电阻的双槽栅SOILDMOS87电场分布横向纵向温度场分布漏极电流与热特性比较电场分布横向纵向温度场分布漏极电流与热特性比较88

BPLSOILIGBT新结构及其正向阻断特性

击穿状态二维电场分布与击穿电流矢量分布击穿特性TCAD仿真结果器件截面结构TCAD工艺仿真结果集成抗ESDBPLSOILIGBT器件思想BPLSOILIGBT新结构及其正向阻断特性击穿状态89BPLSOI材料制备方法初探对于SOI横向高压功率器件，为了提高器件的耐压水平和浪涌能力，通常需要形成具有阶梯型或缓变形逆向杂质浓度分布的隐埋p型层(BPL)。利用硼的固溶度较大，铝的扩散系数较大，镓扩散系数和固溶度居中的特点，可在硅的表面形成高浓度的硼掺杂区，体内形成镓铝杂质的相对平滑的缓变杂质浓度分布区，最终形成缓变型的浓度分布。这种杂质浓度分布结构可以用硼镓铝在硅晶圆中长时间的高温扩散来完成。然后去除热扩散掺杂过程中形成的硅晶圆表面氧化层，接着将其(称为A片)与另一片未经P型掺杂的初始硅晶圆(称为B片)进行高温热氧化，在硅晶圆正表面制备一薄层高质量的热氧化层。之后，将A片翻转过来与B片基底键合，最后经过磨片与抛光制作成所需要的BPLSOI晶圆。BPLSOI材料制备方法初探对于SOI横向高压功率器件，90研究了硼镓铝在高温长时间扩散下的杂质浓度分布规律，建立了浓度分布模型：1100℃硼铝镓高温扩散的杂质浓度分布总图研究了硼镓铝在高温长时间扩散下的杂质浓度分布规律，建立了浓度91VGRFSOILIGBT闩锁效应建模与仿真验证

VGRFSOILIGBT器件结构的TCAD工艺仿真结果式(8.7)-(8.13)为所建立的闩锁电流模型VGRFSOILIGBT闩锁效应建模与仿真验证VG92(a)完整伏安特性曲线(b)snap-back局部放大零栅源电压下VGSOILIGBT伏安特性的TCAD仿真结果(a)完整伏安特性曲线93近临界闩锁态闩锁电流密度二维分布近临界闩锁态被触发导通

近临界闩锁态闩锁电流密度二维分布94TheproposedBPLSOILIGBTBuriedPLayerForwardblockcharacteristicsimprovedAnti-ESDdesignAlleviatetheeffectofself-heatingTheproposedBPLSOILIGBTBuri95BPLSOILIGBTBPLSOILIGBT962DdistributionofimpactionizationrateinforwardbreakdownstateEllipseregionImpactionizationcenter2Ddistributionofimpactioni972DdistributionsofelectricfieldandbreakdowncurrentinforwardbreakdownstateEllipseregionelectricpeakpositionTheyellowellipseregionthecriticalbreakdownelectricfieldisthelowest2Ddistributionsofelectricf982Dpotentialdistribution

inforwardbreakdownstate2Dpotentialdistributioninf99Lateralpotentialdistribution

atdifferentverticalposition

inforwardbreakdownstateVerticalpotentialdistribution

atdifferentlateralposition

inforwardbreakdownstateLateralpotentialdistribution100ThermalSimulationResultsInfluenceofSithicknessonthermalresistanceThermalSimulationResultsInfl101InfluenceofBOXthickness

onthermalresistanceInfluenceofBOXthicknesson102RFSOILDMOS电路建模SOILDMOS基于物理的分支紧凑电路模型RFSOILDMOS电路建模SOILDMOS基于物理103SOILDMOS甲乙类功放电路设计SOILDMOS甲乙类功放电路设计104功率半导体器件物理与工艺研究课件105超高压FR超高压FR106W1W2S1S2Vr101096101132510613851111450极大116139512113201011111420106111136015109610613801111450极大1161400121132020109610613801111455极大1161410121134020159610613801111455极大11614121211350W1W2S1S2Vr10109610113251061385107击穿电压击穿电压108通态特性通态特性109关断特性关断特性110谢谢！谢谢！111功率半导体器件、物理与工艺研究/项目负责人：张海鹏，

起止年月：1998年01月至今功率半导体器件、物理与工艺研究/112获得知识产权授权发明专利授权实用新型专利软件著作权获得知识产权授权发明专利113授权发明专利授权发明专利114授权发明专利授权发明专利115授权发明专利授权发明专利116授权发明专利授权发明专利117授权发明专利授权发明专利118授权发明专利授权发明专利119授权发明专利授权发明专利120授权实用新型专利授权实用新型专利121授权实用新型专利授权实用新型专利122授权实用新型专利授权实用新型专利123软件著作权软件著作权124获奖获奖125SOILDMOS/LIGBT研究

——项目经历国基重点项目：高温微电子器件与电路（）国基面上项目：新结构SOILIGBT器件的基础研究（）863计划：深海磁力仪关键技术研究863计划：深海长距离大功率能源与图像信息混合传输技术研究省基面上项目“SOILIGBT减薄漂移区表面微结构的双极载流子复合寿命(y104599)浙江省科技计划面上工业项目：集成抗ESDRFSOILIGBT研制(2009C31004)等等SOILDMOS/LIGBT研究

——项目经历国基重点项目126主要内容DRT-MCTFSOILIGBT器件SOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDESDRobustnessofaNovelAnti-ESDTGFPTDSOILDMOS抗ESDSOILIGBT器件的研究UnitedGauss-Pearson-IVDistributionBPLSOILDMOS新结构及其正向阻断特性BPLSOI材料制备方法初探VGRFSOILIGBT闩锁效应建模与仿真验证

RFSOILDMOS电路建模超高压FR主要内容DRT-MCTFSOILIGBT器件127DRT-MCTFSOILIGBT器件◄版图截面图►DRT-MCTFSOILIGBT器件◄版图截面图►128DRT-MCTFSOILIGBT器件截止态器件内静电压的高温特性曲线截止态泄漏电流高温特性DRT-MCTFSOILIGBT器件截止态器件内静电压的129SOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDVerticalgateandfieldplateFieldstopLateralbreakdownMiddlesourceHangzhouDianziUniversity,Email:SOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDV130ConventionalSOILDMOS

LateralChannelCurrentflowcrowdVerticalbreakdownShortchannelHangzhouDianziUniversity,Email:ConventionalSOILDMOSLateral131ProcesssimulationwithSilvacoTCADSOIwaferDopingforn-bufferregionFormationoftrenchgateP-Asimplantationintodrainregionp-wellimplantationp+contactimplantationAsimplantationinton+sourceregionmetaldepositionandback-etchingHangzhouDianziUniversity,Email:ProcesssimulationwithSilvac132SOIwaferHangzhouDianziUniversity,Email:SOIwaferHangzhouDianziUnive133Dopingforn-bufferregionSTITEOSspin-coatingEtchingPhosphorusionsimplantationAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:Dopingforn-bufferregionSTIH134FormationoftrenchgateDTIOxidation-etchingGateoxidationPoly-SidepositionCMPOxidedepositionLithographyPionsimplantationHangzhouDianziUniversity,Email:FormationoftrenchgateDTIHan135P-Asimplantationinton+drainregionPimplantationAnnealingAsimplantationAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:P-Asimplantationinton+drai136P-wellimplantationLithographyBimplantationStripphotoresist15keV20keVHangzhouDianziUniversity,Email:P-wellimplantationLithography137p+contactimplantationLithographyBimplantationStripphotoresist1e17,40,RTA5e15,50,——HangzhouDianziUniversity,Email:p+contactimplantationLithogr138Asimplantationinton+sourceregionLithographyAsimplantationStripphotoresist40keV120keVHangzhouDianziUniversity,Email:Asimplantationinton+source139Metaldepositionandback-etchingOxidedepositionLithographyTidepositionAldepositionBack-etchingofAlandTiHangzhouDianziUniversity,Email:Metaldepositionandback-etch140FormerId-VdcurvesFormerstaticresistorcurvesHangzhouDianziUniversity,Email:FormerId-VdcurvesFormerstat141ProcesssimulationwithSilvacoTCAD

forSOILIGBTwithTGFPTDSOIwaferDopingforn-bufferregionFormationoftrenchgateFormationoftrenchdrainwithSTIBimplantationintoanoderegionP-Asimplantationintoshortedanoderegionp-wellimplantationp+contactimplantationAsimplantationinton+sourceregionmetaldepositionandback-etchingHangzhouDianziUniversity,Email:ProcesssimulationwithSilvac142SOIwaferHangzhouDianziUniversity,Email:SOIwaferHangzhouDianziUnive143Dopingforn-bufferregionLithographyPions5e13，160keVStriping&rinsingAnnealingEtchingoxideHangzhouDianziUniversity,Email:Dopingforn-bufferregionLith144LithographyDTI（SSRIE）Striping&rinsingWetOxidationEtchingRinsingFormationoftrenchgateHangzhouDianziUniversity,Email:LithographyFormationoftrench145GatedryoxidationtOX=40nmRedistributionContinued…HangzhouDianziUniversity,Email:GatedryoxidationContinued…Ha146Poly-SidepositionStepbystepetchingCMPContinued…HangzhouDianziUniversity,Email:Poly-SidepositionContinued…Ha147FieldoxidedepositionLithographyPionsimplantation1.0e16,100kStripingphoto-resistAnnealing30min,950℃Continued…HangzhouDianziUniversity,Email:FieldoxidedepositionContinue148BimplantationintoanoderegionLithographyTwiceBionsimplantation1e14/5e16cm-2,30/50keVStripingphoto-resistSTI（SSRIE）HangzhouDianziUniversity,Email:Bimplantationintoanoderegi149P-Asimplantationinton+drainregionlithographyPimplantationAnnealingAsimplantationStripingphoto-resistAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:P-Asimplantationinton+drai150P-wellimplantationLithographyBimplantation1e14cm-230keVStripphoto-resistHangzhouDianziUniversity,Email:P-wellimplantationLithography151p+contactimplantationLithographyBimplantation5e16cm-2,50keVStripphoto-resistRTAHangzhouDianziUniversity,Email:p+contactimplantationLithogr152Asimplantationinton+sourceregionLithographyAsimplantation1e16cm-2120keVStripphotoresistRTA@950℃HangzhouDianziUniversity,Email:Asimplantationinton+source153SOILIGBTwithATGFPTDSOILIGBTwithATGFPTD154TransfercharacteristicTransfercharacteristic155ESDRobustnessofaNovel

Anti-ESDTGFPTDSOILDMOSESDRobustnessofaNovel

Ant156HBMcircuitHBMcircuit157PossitiveESDCharacteristicPossitiveESDCharacteristic1582Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat2ns2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat20ns2Dtotalcurrentdistribution1592Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat300ns2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat0.8s2Dtotalcurrentdistribution1602Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat1.0s.2Dtotalcurrentdistribution161NegativeESDCharacteristicNegativeESDCharacteristic1622DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof10ns2DelectronESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof10ns2DholeESDcurrentdistributi1632DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof500ns2DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof500ns2DholeESDcurrentdistributi1642DtotalESDcurrentdistributionoftheproposed

anti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof1.0us2DtotalESDcurrentdistribut165抗ESDSOILIGBT器件的研究抗ESDSOILIGBT器件的研究166伏安特性伏安特性167击穿特性击穿特性168闩锁特性断态 通态闩锁特性断态 通态169改进结构之一改进结构之一170工艺设计、虚拟制造与器件仿真工艺仿真工具工艺流程设计及仿真仿真结果分析工艺设计、虚拟制造与器件仿真工艺仿真工具171工艺流程设计及仿真顶层硅膜BOX硅衬底SOI材料结构初始化膜厚1.4m浓度埋氧层1.25m工艺流程设计及仿真顶层硅膜BOX硅衬底SOI材料结构初始化172STI形成硅岛(a)氧化、氮化、旋涂光刻胶(b)曝光、RIE刻蚀(c)去除光刻胶，热氧化(d)HDPCVD二氧化硅(e)CMP900℃，10nmLPCVD,80nm1100℃10nmSTI形成硅岛(a)氧化、氮化、旋涂光刻胶(b)曝光173缓冲区初始掺杂

缓冲区浓度分布涂胶1.5m、光刻注磷:剂量能量120keV去胶、去氮化层、去表面氧化层退火：1100℃

氮气气氛

40min缓冲区初始掺杂缓冲区浓度分布涂胶1.5m、光刻174P-well掺杂涂胶、光刻注硼：剂量能量120keV去胶退火：1000℃25minP-Well掺杂分布P-well掺杂涂胶、光刻P-Well掺杂分布175P+阳极区和P-Well欧姆接触区掺杂

涂胶、光刻注硼：剂量能量40keV去胶RTAP+阳极区和P-Well欧姆接触区掺杂分布P+阳极区和P-Well欧姆接触区掺杂涂胶、光刻P+阳极176场氧形成去氧化层淀积氧化层涂胶光刻刻蚀裸漏氧化层去胶

场氧形成场氧形成去氧化层场氧形成177栅氧的形成与阈值电压调整注入1000℃干氧氧化载3%HCl，40nm注硼：剂量能量20keV

斜角7o

栅氧的形成与阈值电压调整注入栅氧的形成与阈值电压调整注入1000℃干氧氧化栅氧的形178多晶硅淀积LPCVD0.2m涂胶光刻刻蚀氧化层

多晶硅淀积多晶硅淀积LPCVD多晶硅淀积179N+阴极区和多晶硅掺杂涂胶光刻注砷：剂量能量50keVRTAN+阴极区和多晶硅掺杂N+阴极区和多晶硅掺杂涂胶N+阴极区和多晶硅掺杂180形成接触孔涂胶光刻刻蚀多晶硅去胶淀积氧化硅涂胶光刻刻蚀氧化硅去胶

形成接触孔形成接触孔涂胶形成接触孔181金属淀积与反刻淀积钛，50nm钛硅化：600℃，1min腐蚀钛淀积铝，500nm涂胶光刻刻蚀铝

金属淀积与反刻金属淀积与反刻淀积钛，50nm金属淀积与反刻182仿真结果分析图53器件表面横向净掺杂浓度分布

横坐标为1.8m处的纵向掺杂分布电学参数目标值仿真值阈值电压1.0～2.0V1.5V击穿电压≥100V122.4V通态电流密度≥90A/cm²6200A/cm²抗ESD钳位电压10～20V11.05V通态压降≤5V2V通态闩锁电压(栅压3.0V)≥20V57V表3SOILIGBT电学参数仿真结果仿真结果分析图53器件表面横向净掺杂浓度分布横坐标为183集成抗ESDSOILIGBT版图设计方法

器件单元版图设计布局布线版图优化版图后仿真集成抗ESDSOILIGBT版图设计方法器件单元版图设184器件单元版图设计0.5mBCD工艺版图设计规则版图层次定义版图设计方法设定版图设计环境参照预仿真的器件结构，遵循上述版图设计规则，依次设计不同层次和区域的版图ekjSOILIGBT器件单元版图总图器件单元版图设计0.5mBCD工艺版图设计规则ekjS185布局布线

管芯整体布局布线图器件单元的个数为1221个通态电流可达2.56A改进后1188个2.5A个

布局布线管芯整体布局布线图器件单元的个数为1221个个186版图优化SOILIGBT器件单元梯形版图

梯形器件单元版图的整体布局版图优化SOILIGBT器件单元梯形版图梯形器件单187版图后仿真

前仿真与后仿真输出特性对比闩锁曲线对比图

关断特性对比版图后仿真前仿真与后仿真输出特性对比闩锁曲线对比图188UnitedGauss-Pearson-IVDistributionUnitedGauss-Pearson-IVDistri189功率半导体器件物理与工艺研究课件190UnitedGauss-Pearson-IVDistributionModelUnitedGauss-Pearson-IVDistri191UnitedGauss-Pearson-IVDistributionUnitedGauss-Pearson-IVDistri192

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BPLSOILIGBT新结构及其正向阻断特性

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