功率半导体器件物理与工艺研究

功率半导体器件、物理与工艺研究承担单位：东南大学/杭州电子科技大学项目负责人：张海鹏，islotus@163.co止年月：1998年01月至今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授权发明专利授权发明专利授权发明专利授权发明专利授权发明专利授权发明专利授权发明专利授权实用新型专利授权实用新型专利授权实用新型专利软件著作权获奖SOILDMOS/LIGBT研究

——项目经历国基重点项目：高温微电子器件与电路（69736020）国基面上项目：新结构SOILIGBT器件的基础研究（60306003）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FRDRT-MCTFSOILIGBT器件◄版图截面图►DRT-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HangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comSOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDVerticalgateandfieldplateFieldstopLateralbreakdownMiddlesourceHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comConventionalSOILDMOS

LateralChannelCurrentflowcrowdVerticalbreakdownShortchannelHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comProcesssimulationwithSilvacoTCADSOIwaferDopingforn-bufferregionFormationoftrenchgateP-Asimplantationintodrainregionp-wellimplantationp+contactimplantationAsimplantationinton+sourceregionmetaldepositionandback-etchingHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comSOIwaferHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comDopingforn-bufferregionSTITEOSspin-coatingEtchingPhosphorusionsimplantationAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comFormationoftrenchgateDTIOxidation-etchingGateoxidationPoly-SidepositionCMPOxidedepositionLithographyPionsimplantationHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comP-Asimplantationinton+drainregionPimplantationAnnealingAsimplantationAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comP-wellimplantationLithographyBimplantationStripphotoresist15keV20keVHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comp+contactimplantationLithographyBimplantationStripphotoresist1e17,40,RTA5e15,50,——HangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comAsimplantationinton+sourceregionLithographyAsimplantationStripphotoresist40keV120keVHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comMetaldepositionandback-etchingOxidedepositionLithographyTidepositionAldepositionBack-etchingofAlandTiHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comFormerId-VdcurvesFormerstaticresistorcurvesHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comProcesssimulationwithSilvacoTCAD

forSOILIGBTwithTGFPTDSOIwaferDopingforn-bufferregionFormationoftrenchgateFormationoftrenchdrainwithSTIBimplantationintoanoderegionP-Asimplantationintoshortedanoderegionp-wellimplantationp+contactimplantationAsimplantationinton+sourceregionmetaldepositionandback-etchingHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comSOIwaferHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comDopingforn-bufferregionLithographyPions5e13，160keVStriping&rinsingAnnealingEtchingoxideHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comLithographyDTI（SSRIE）Striping&rinsingWetOxidationEtchingRinsingFormationoftrenchgateHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comGatedryoxidationtOX=40nmRedistributionContinued…HangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comPoly-SidepositionStepbystepetchingCMPContinued…HangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comFieldoxidedepositionLithographyPionsimplantation1.0e16,100kStripingphoto-resistAnnealing30min,950℃Continued…HangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comBimplantationintoanoderegionLithographyTwiceBionsimplantation1e14/5e16cm-2,30/50keVStripingphoto-resistSTI（SSRIE）HangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comP-Asimplantationinton+drainregionlithographyPimplantationAnnealingAsimplantationStripingphoto-resistAnnealingHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comP-wellimplantationLithographyBimplantation1e14cm-230keVStripphoto-resistHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comp+contactimplantationLithographyBimplantation5e16cm-2,50keVStripphoto-resistRTAHangzhouDianziUniversity,Email:islotus@163.comAsimplantationinton+sourceregionLithographyAsimplantation1e16cm-2120keVStripphotoresistRTA@950℃SOILIGBTwithATGFPTDTransfercharacteristicESDRobustnessofaNovel

Anti-ESDTGFPTDSOILDMOSHBMcircuitPossitiveESDCharacteristic2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat2ns2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat20ns2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat300ns2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat0.8

s2Dtotalcurrentdistributionofanti-ESDTGFPTDSOILDMOSatapositiveESVstimulusat1.0

s.NegativeESDCharacteristic2DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof10ns2DelectronESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof10ns2DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof500ns2DholeESDcurrentdistributionoftheproposedanti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof500ns2DtotalESDcurrentdistributionoftheproposed

anti-ESDTGFPTDSOILDMOSattimeof1.0us抗ESDSOILIGBT器件的研究伏安特性击穿特性闩锁特性断态 通态改进结构之一工艺设计、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1.25mSTI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℃10nm缓冲区初始掺杂

缓冲区浓度分布涂胶1.5

m、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

40minP-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+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多晶硅淀积LPCVD0.2m涂胶光刻刻蚀氧化层

多晶硅淀积N+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1.8

m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

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UnitedGauss-Pearson-IVDistributionUnitedGauss-Pearson-IVDistributionModelUnitedGauss-Pearson-IVDistribution

Rela