1200V平面NPTIGBT产品研发

1、1200V1200V平面平面NPT-IGBTNPT-IGBT产品研发产品研发 江苏东光微电子股份有限公司江苏东光微电子股份有限公司 报告人：钱梦亮报告人：钱梦亮 IGBT由双极型晶体管和 MOSFET相结合的电压驱动式功率半导体器件。在提倡节能减排、低碳经济的时代，IGBT已成为功率半导体市场发展的主流器件，主要用在家电产品、工业控制、照明、消费电子、计算机及汽车电子等，而智能电网、高速铁路、新能源汽车为IGBT开辟了更加广泛的应用市场。 1 对IGBT的元胞和终端进行了仿真模拟 2 介绍了IGBT的版图布局及工艺流程 3 IGBT的试验的结果及相关结论 IGBT的元胞和终端的仿真模拟的元胞和

2、终端的仿真模拟 利用工艺模拟软件Tsuprem4和器件仿真软件Medici对NPT-IGBT元胞进行设计，仿真所得击穿特性如图所示： 集集电电极极电电流流（A/? ?m）1.2x109.0 x106.0 x103.0 x10-804008001200 16001.2x109.0 x106.0 x103.0 x10-8-9-9-9-9-9-904008001200 1600 集集电电极极电电压压（V） 仿真所得阈值电压为5V左右，如图所示： 集集电电极极电电流流（A/? ?m）1.2x109.0 x106.0 x103.0 x10-901234561.2x109.0 x106.0 x103.0

3、x10-9-10-10-10-10-10-100123456集集电电极极 电电压压（V） 对采用场限环终端的IGBT进行了仿真，所得耗尽层分 布如下图所示： 场限环终端的击穿电压如下图所示： 集电极电流（A/?m）1.2x109.0 x106.0 x103.0 x10-803006009001200 1500 1800-81.2x109.0 x106.0 x103.0 x10-9-9-9-9-9-903006009001200 1500 1800 集电极电压（V）IGBT的版图布局及工艺流程的版图布局及工艺流程 此次IGBT流水采用了多种版图设计，包括不同的元胞设计，不同的终端结构（场限环，场

4、限环结合场板），不同的芯片大小等，其具体的版图布局如图所示： 在平面NPT-IGBT的工艺设计中，表面工艺的设计利用现有MOSFET的工艺平台进行制造，然后开发背面工艺，包括FZ单晶片的减薄，背面离子注入，背注杂质的激活，以及背面金属化等。 场氧化环区光刻及刻蚀终端注入及推进有源区光刻及刻蚀JFET注入及推进栅氧化多晶硅淀积及光刻P阱注入及推进源区注入及推进介质层淀积及回流接触孔光刻及刻蚀金属淀积及刻蚀钝化层淀积钝化层光刻及刻蚀硅片减薄背面离子注入杂质激活背面金属化等 IGBT的试验的结果及相关结论的试验的结果及相关结论 通过实际流片试验，成功试制击穿电压BVCE大于1200V，阈值电压VTH

5、为5-5.5V，正向压降VCE（sat）小于3.2V的IGBT样品，与国外同类型IGBT产品指标相当。在不同的分片条件下，如终端注入剂量、背面注入剂量和硅片厚度等，有多个管芯均满足预期设计指标。 产品测试参数表 管芯 大管芯A2 大管芯A5 小管芯B1 小管芯B3 BVCE(V) 1460 1200 1650 1660 VTH(V) 5.3 5.3 5.4 5.5 VCE(sat)(V) 3.1 3.15 在终端注入剂量为1E14cm-2，背面注入剂量为2E14cm-2和硅片厚度为220m的条件下，大管芯 A2，A5，小管芯B1，B2的参数特性如表1所示。A2管芯为本文设计的IGBT结构，其参

6、数在上述分片条件下满足 15A/1200V的平面IGBT产品设计指标，A2管芯的击穿特性曲线如图 5(a)所示的1460V，阈值电压为图 5(b)所示的 5.1V，与仿真模拟结果击穿电压1500V和阈值电压5.2V吻合较好。 (a)IGBT击穿特性曲线（A2） (b)IGBT开启特性曲线（A2） Infineon产品与 D.G.M.E.样品测试数据 Test parameters V(BR)CES Test conditions IC=1000uA,VGE=0V Infineon SGW15N120 1390V D.G.M.E. 1590V VGE(th) VCE(sat) ICES IGES

7、 IC=600uA,VCE=VGE IC=15A,VGE=15V VGE=0,VCE=1200V VCE=0V,VGE=20V 3.92V 2.99V 100nA 18nA 5.14V 3.26V 30nA 20nA Infineon产品与 D.G.M.E.样品测试数据 Test parameters td(on) tr td(off) tf VCC=800V, VGE=15V IC=15A, RG=33 Tc=25 （Inductive load） Test conditions Infineon SGW15N120 28ns 23ns 437ns 26ns D.G.M.E. 33ns 21

8、ns 223ns 147ns Eon Eoff 0.77mJ 0.74mJ 0.83mJ 0.91mJ Infineon产品与 D.G.M.E.样品测试数据 Test parameters td(on) tr td(off) tf VCC=800V, VGE=15V IC=15A, RG=33 Tc=150 （Inductive load） Test conditions Infineon SGW15N120 29ns 22ns 473ns 38ns D.G.M.E. 31ns 21ns 231ns 155ns Eon Eoff 1.31mJ 0.92mJ 1.5mJ 1.05mJ Infin

9、eon产品与 D.G.M.E.产品测试数据 Test parameters V(BR)CES Test conditions IC=1000uA,VGE=0V Infineon SGW15N120 1390V D.G.M.E. DG15N120 1400V VGE(th) VCE(sat) ICES IGES IC=600uA,VCE=VGE IC=15A, VGE=15V VGE=0, VCE=1200V VCE=0V, VGE=20V 3.92V 2.99V 100nA 18nA 4.1V 2.73V 35nA 15nA Infineon产品与 D.G.M.E.产品测试数据 Test pa

10、rameters td(on) tr td(off) tf Eon Eoff Test conditions Infineon SGW15N120 28ns 23ns D.G.M.E. DG15N120 29ns 21ns 260ns 32ns 0.73mJ 0.75mJ VCC=800V, VGE=15V IC=15A, RG=33 Tc=25 （Inductive load） 437ns 26ns 0.77mJ 0.74mJ Infineon产品与 D.G.M.E.产品测试数据 Test parameters Test conditions Infineon SGW15N120 D.G.M.E. DG15N120 td(on) tr td(off) VCC=800V, VGE=15V IC=15A, RG=33 Tc=150 （Inductive load） 29ns 22ns 473ns 31ns 20ns 280ns tf Eon Eoff 38ns 1.31mJ 0.92mJ 42ns 1.15mJ 0.98mJ Infineon产品与 D.G.M.E.产品对比