單片智能功率芯片是一種功能與結(jié)構(gòu)高度集成化的高低壓兼容芯片,其內(nèi)部集成了高壓功率器件、高低壓轉(zhuǎn)換電路及低壓邏輯控制電路等,高壓厚膜SOI基橫向IGBT器件(高壓厚膜SOI-LIGBT器件)在其中被用作開關器件,是該芯片中的核心器件,其性能直接決定了芯片的可靠性和功耗。本書共7章:介紹了厚膜SOI-LIGBT器件的工作原理,分析了器件的耐壓、導通、關斷原理;然后圍繞高壓厚膜SOI-LIGBT器件的關鍵技術,研究了高壓互連線屏蔽技術、電流密度提升技術和快速關斷技術三大類技術,分析了U型溝道電流密度提升技術、雙溝槽互連線屏蔽技術、復合集電極快速關斷技術等9種技術;圍繞高壓厚膜SOI-LIGBT器件的魯棒性,研究了關斷失效、短路失效、開啟電流過充、低溫特性漂移;探討了厚膜SOI-LIGBT器件的工藝和版圖。
本書內(nèi)容基于過去8年單片智能功率芯片國產(chǎn)化過程中的創(chuàng)新設計和工程實踐積累進行編寫,兼具理論啟發(fā)性和工程實用性,適合功率半導體器件與集成電路領域內(nèi)的科研、生產(chǎn)、教學人員閱讀和參考。
功率芯片“卡脖子”技術的重要突破;
領域內(nèi)國際領 先原創(chuàng)成果的總結(jié);
突出工程實踐,書中內(nèi)容已開始進行產(chǎn)業(yè)化;
將對國內(nèi)電力電子、智能家電、交通、機器人和物聯(lián)網(wǎng)建設組建的國產(chǎn)化帶來影響
張龍
2010年于中國礦業(yè)大學獲學士學位,2013年、2018年于東南大學分別獲碩士、博士學位,2018-2020年在東南大學從事博士后研究工作,目前為東南大學至善青年學 者,副教授,博士生導師,博士論文曾入選2019年度中國電子學會優(yōu) 秀博士學位論文。主要研究方向為功率半導體集成工藝及器件,開發(fā)了600V高功率密度厚膜絕緣體上硅Bipolar-CMOS-DMOS-IGBT工藝,并實現(xiàn)了單片全集成智能功率芯片的自主制備。
孫偉鋒
2000年、2003年、2007年于東南大學分別獲學士、碩士及博士學位,目前為東南大學首 席教授,國家高層次人才,江蘇省特聘教授,博士生導師。主要研究方向為功率半導體集成電路。
劉斯揚
2008年于合肥工業(yè)大學獲學士學位,2011年、2015年于東南大學分別獲碩士、博士學位,2015至2017年在東南大學從事博士后研究工作,目前為東南大學青年首 席教授,國家高層次人才,博士生導師,博士論文曾入選 2016年度中國電子學會優(yōu) 秀博士學位論文。主要研究方向為功率半導體集成工藝、器件及可靠性。
第1章 緒論 1
1.1 單片智能功率芯片與厚膜SOI工藝 1
1.1.1 單片智能功率芯片 1
1.1.2 厚膜SOI工藝 2
1.1.3 LIGBT器件及其應用需求 3
1.2 高壓厚膜SOI-LIGBT器件的研究現(xiàn)狀 6
1.2.1 互連線技術 6
1.2.2 電流密度提升技術 7
1.2.3 短路魯棒性 8
1.2.4 關斷魯棒性 10
1.2.5 快速關斷技術 11
1.3 本書內(nèi)容 12
參考文獻 13
第2章 高壓厚膜SOI-LIGBT器件的基本原理 20
2.1 耐壓原理 20
2.2 導通原理 22
2.3 關斷原理 24
2.3.1 開關波形 24
2.3.2 關斷的物理過程 26
2.4 短路過程與失效機理 27
參考文獻 32
第3章 高壓厚膜SOI-LIGBT器件的互連線技術 33
3.1 HVI導致?lián)舸╇妷合陆档臋C理 33
3.2 等深雙溝槽互連線技術 35
3.3 非等深雙溝槽互連線技術 41
3.4 本章小結(jié) 49
參考文獻 50
第4章高壓厚膜SOI-LIGBT器件的電流密度提升技術 51
4.1 電流密度與閂鎖電壓的折中關系 51
4.2 直角U型溝道技術 55
4.3 非直角U型溝道技術 60
4.4 本章小結(jié) 70
參考文獻 71
第5章高壓厚膜SOI-LIGBT器件的魯棒性 73
5.1 關斷魯棒性 73
5.1.1 多跑道并聯(lián)SOI-LIGBT器件的非一致性關斷特性 73
5.1.2 非一致性關斷行為的改進 83
5.2 短路魯棒性 84
5.2.1 雙柵控制型器件及其短路能力 84
5.2.2 溝槽柵U型溝道器件的特性 89
5.2.3 平面柵與溝槽柵U型溝道器件的短路特性對比 94
5.3 開啟電流過沖與di/dt控制技術 104
5.3.1 U型溝道SOI-LIGBT器件的di/dt可控性 104
5.3.2 預充電控制技術 106
5.4 擊穿電壓漂移現(xiàn)象 110
5.4.1 低溫動態(tài)雪崩測試 111
5.4.2 動態(tài)雪崩穩(wěn)定性機理 113
5.4.3 優(yōu)化策略討論 118
5.5 本章小結(jié) 122
參考文獻 122
第6章高壓厚膜SOI-LIGBT器件的快速關斷技術 127
6.1 漂移區(qū)深溝槽技術 127
6.1.1 漂移區(qū)雙溝槽器件及其關斷特性 127
6.1.2 漂移區(qū)三溝槽器件及其關斷特性 135
6.2 電壓波形平臺的產(chǎn)生機理與消除技術 144
6.2.1 電壓波形平臺的產(chǎn)生機理 145
6.2.2 電壓波形平臺的消除技術 148
6.3 復合集電極技術 156
6.3.1 復合集電極結(jié)構(gòu)與原理 157
6.3.2 復合集電極SOI-LIGBT器件的特性 160
6.4 橫向超結(jié)技術 165
6.4.1 橫向超結(jié)的排列方式 166
6.4.2 關斷過程電壓波形分析 168
6.4.3 橫向超結(jié)優(yōu)化策略 174
6.5 陽極短路技術 178
6.5.1 結(jié)構(gòu)和工作機理 178
6.5.2 電學特性 183
6.6 本章小結(jié) 188
參考文獻 189
第7章高壓厚膜SOI-LIGBT器件工藝流程與版圖設計 193
7.1 工藝流程 193
7.2 版圖設計 196
7.2.1 直條區(qū)域 196
7.2.2 拐角區(qū)域與HVI 197
7.2.3 跑道和隔離溝槽 197
參考文獻 198
符號、變量注釋表 199
縮略語 201