功率半導體器件物理與工藝研究

功率半導體器件、物理與工藝研究承擔單位：東南大學/杭州電子科技大學項目負責人：張海鵬，islotus@163.co止年月：1998年01月至今獲得知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)實用新型專利軟件著作權(quán)授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)發(fā)明專利授權(quán)實用新型專利授權(quán)實用新型專利授權(quán)實用新型專利軟件著作權(quán)獲獎SOILDMOS/LIGBT研究

——項目經(jīng)歷國基重點項目：高溫微電子器件與電路（69736020）國基面上項目：新結(jié)構(gòu)SOILIGBT器件的基礎(chǔ)研究（60306003）863計劃：深海磁力儀關(guān)鍵技術(shù)研究863計劃：深海長距離大功率能源與圖像信息混合傳輸技術(shù)研究省基面上項目“SOILIGBT減薄漂移區(qū)表面微結(jié)構(gòu)的雙極載流子復合壽命(y104599)浙江省科技計劃面上工業(yè)項目：集成抗ESDRFSOILIGBT研制(2009C31004)等等主要內(nèi)容DRT-MCTFSOILIGBT器件SOILDMOS/LIGBTwithATGFPTDESDRobustnessofaNovelAnti-ESDTGFPTDSOILDMOS抗ESDSOILIGBT器件的研究UnitedGauss-Pearson-IVDistributionBPLSOILDMOS新結(jié)構(gòu)及其正向阻斷特性BPLSOI材料制備方法初探VGRFSOILIGBT閂鎖效應(yīng)建模與仿真驗證

RFSOILDMOS電路建模超高壓FRDRT-MCTFSOILIGBT器件?版圖截面圖?DRT-MCTFSOILIGBT器件截止態(tài)器件內(nèi)靜電壓的高溫特性曲線截止態(tài)泄漏電流高溫特性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擊穿特性閂鎖特性斷態(tài) 通態(tài)改進結(jié)構(gòu)之一工藝設(shè)計、虛擬制造與器件仿真工藝仿真工具工藝流程設(shè)計及仿真仿真結(jié)果分析工藝流程設(shè)計及仿真頂層硅膜BOX硅襯底SOI材料結(jié)構(gòu)初始化膜厚1.4m濃度埋氧層1.25mSTI形成硅島(a)氧化、氮化、旋涂光刻膠(b)曝光、RIE刻蝕(c)去除光刻膠，熱氧化(d)HDPCVD二氧化硅(e)CMP900℃，10nmLPCVD,80nm1100℃10nm緩沖區(qū)初始摻雜

緩沖區(qū)濃度分布涂膠1.5

m、光刻注磷:劑量能量120keV去膠、去氮化層、去表面氧化層退火：1100℃

氮氣氣氛

40minP-well摻雜涂膠、光刻注硼：劑量能量120keV去膠退火：1000℃25minP-Well摻雜分布P+陽極區(qū)和P-Well歐姆接觸區(qū)摻雜

涂膠、光刻注硼：劑量能量40keV去膠RTAP+陽極區(qū)和P-Well歐姆接觸區(qū)摻雜分布場氧形成去氧化層淀積氧化層涂膠光刻刻蝕裸漏氧化層去膠

場氧形成柵氧的形成與閾值電壓調(diào)整注入1000℃干氧氧化載3%HCl，40nm注硼：劑量能量20keV

斜角7o

柵氧的形成與閾值電壓調(diào)整注入多晶硅淀積LPCVD0.2m涂膠光刻刻蝕氧化層

多晶硅淀積N+陰極區(qū)和多晶硅摻雜涂膠光刻注砷：劑量能量50keVRTAN+陰極區(qū)和多晶硅摻雜形成接觸孔涂膠光刻刻蝕多晶硅去膠淀積氧化硅涂膠光刻刻蝕氧化硅去膠

形成接觸孔金屬淀積與反刻淀積鈦，50nm鈦硅化：600℃，1min腐蝕鈦淀積鋁，500nm涂膠光刻刻蝕鋁

金屬淀積與反刻仿真結(jié)果分析圖53器件表面橫向凈摻雜濃度分布

橫坐標為1.8

m處的縱向摻雜分布電學參數(shù)目標值仿真值閾值電壓1.0～2.0V1.5V擊穿電壓≥100V122.4V通態(tài)電流密度≥90A/cm26200A/cm2抗ESD鉗位電壓10～20V11.05V通態(tài)壓降≤5V2V通態(tài)閂鎖電壓(柵壓3.0V)≥20V57V表3SOILIGBT電學參數(shù)仿真結(jié)果集成抗ESDSOILIGBT版圖設(shè)計方法

器件單元版圖設(shè)計布局布線版圖優(yōu)化版圖后仿真器件單元版圖設(shè)計0.5mBCD工藝版圖設(shè)計規(guī)則版圖層次定義版圖設(shè)計方法設(shè)定版圖設(shè)計環(huán)境參照預仿真的器件結(jié)構(gòu)，遵循上述版圖設(shè)計規(guī)則，依次設(shè)計不同層次和區(qū)域的版圖ekjSOILIGBT器件單元版圖總圖布局布線

管芯整體布局布線圖器件單元的個數(shù)為1221個通態(tài)電流可達2.56A改進后1188個2.5A個

版圖優(yōu)化SOILIGBT器件單元梯形版圖

梯形器件單元版圖的整體布局版圖后仿真

前仿真與后仿真輸出特性對比閂鎖曲線對比圖

關(guān)斷特性對比UnitedGauss-Pearson-IVDistributionUnitedGauss-Pearson-IVDistributionModelUnitedGauss-Pearson-IVDistribution

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