IGBT的设计与仿真(张斌).pptVIP

共17页*****共17页*IGBT的设计与仿真学生:张斌指导教师:韩雁教授2009.1.14*共17页*主要内容1.研究内容简介2.设计指标3.研究设计方案4.工艺流程设计5.主要工艺指标6.器件仿真7.主要器件指标仿真结果8.结论及说明*共17页*1.研究内容简介IGBT的全称是InsulatedGateBipolarTransistor,即绝缘栅双极晶体管,它是适应了功率半导体器件的发展而产生的,是一种新型的电力电子器件。它具有输入阻抗高,通态压降低,速度快,热稳定性好,驱动电路简单,安全工作区宽,电流处理能力强等优点。三重扩散晶体管的制作方法是指晶体管的集电区、基区、发射区皆由扩散方法获得,便称为三重扩散。现也指使用高温长时间扩散工艺获得结深很深的PN结的过程。本课题从IGBT的工作原理出发,研究使用三重扩散技术进行高压IGBT生产的可行性,设计工艺流程,借助ISE-TCAD仿真工具进行IGBT器件结构和工艺研究。*共17页*元胞结构剖面结构*共17页*2.设计指标表1参数设计值与测试条件参数设计指标测试条件阈值电压3V(2-6V)Vce＝0.1V击穿电压≥1200VVge＝0V最大工作电流≥10AVge＝6V，Vce＝10V导通电阻≤3ΩVge＝6V，Vce＝10V*共17页*3.研究设计方案本课题选用ISE-TCADDIOS进行工艺仿真,选择合适可行的工艺方案,确定正面VDMOS结构的各项工艺参数。把DIOS工艺仿真的器件结构及边界文件导入MDRAW,进行网格优化及器件背面结构的设计。利用解析掺杂分布来模拟背面的三重扩散结构,利用常数掺杂模拟背面注入,然后形成网格。把MDRAW定义的网格导入DESSIS进行器件电学特性的仿真。提取电学特性曲线来判断是否达到所需的结构。根据电学特性曲线,在DIOS和MDRAW中调整工艺参数和器件结构参数直到达到器件结构要求。最后,考虑到器件多项电性指标之间的折衷关系,对整体仿真进行优化,使总体指标达到最优化。*共17页*4.工艺流程设计N-衬底三重扩散研磨正面光刻浓硼区P阱推进硼离子注入光刻P阱区浓硼注入生长栅氧生长多晶硅P阱推进光刻N+区BPSG回流淀积BPSGN+区扩散N＋区注入光刻引线孔蒸镀铝膜反刻铝铝合金芯片测试背面金属化背面注入研磨背面*共17页*5.主要工艺指标器件结构浓度结深P+阳极1E170.4umN+缓冲层1E1620umN-基区1.5E1494umP-阱5E166.4umP+阱5E182.2umN+源区2E191.1um栅氧800APoly1E205000A*共17页*表2主要工艺步骤与工艺条件列表:主要工艺步骤工艺条件衬底100，掺P，1.5E14P+阱注入50KeV，掺B，5.0E15P-阱注入100KeV，掺B，4.0E13P-扩散1100℃，120MinGateOxide1000℃，110MinPoly掺P，5000A，1E20N+源区注入50KeV，掺P，1.0E15N+扩散900℃，20Min*共17页*6.器件仿真使用DIOS进行正面VDMOS结构模拟后，把器件结构导入MDRAW。其中三重扩散的掺杂分布使用MDRAW中的解析掺杂Gaussian函数进行模拟。使用高斯方程:其中扩散长度:*共17页*根据北工大陆秀洪硕士论文的结果:（1）背面三重扩散的残留层厚度越薄、IGBT的功耗就越小；（2）表面掺杂浓度越低，IGBT的功耗就越小；（3）背扩散层的残留层厚度对于IGBT的功耗的影响比背扩散层的表面掺杂浓度要大的多。选取背面残留层厚度为20um，表面浓度1E16。使用高斯方程和扩散长度计算公式算得其扩散长度为:9.76um背面注入使用常数掺杂模拟其结深为:0.4um，浓度为1E17。*共17页*7.主要器件指标仿真结果使用DESSIS进行电性仿真后，使用INSPECT查看仿真