1200V平面NPT-IGBT产品研发 江苏东光微电子股份有限公司 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。

对IGBT的元胞和终端进行了仿真模拟 1 介绍了IGBT的版图布局及工艺流程 2 IGBT的试验的结果及相关结论 3

IGBT的元胞和终端的仿真模拟 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：

仿真所得阈值电压为5V左右，如图所示：

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：

IGBT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 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 BVCE(V) VTH(V) VCE(sat)(V) 大管芯A2 1460 5.3 3.1 大管芯A5 1200 3.15 小管芯B1 1650 5.4 — — 小管芯B3 1660 5.5 — —

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220µm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 Test conditions Infineon SGW15N120 D.G.M.E. V(BR)CES IC=1000uA,VGE=0V 1390V 1590V VGE(th) IC=600uA,VCE=VGE 3.92V 5.14V VCE(sat) IC=15A,VGE=15V 2.99V 3.26V ICES VGE=0,,VCE=1200V 100nA 30nA IGES VCE=0V,VGE=20V 18nA 20nA

Infineon产品与 D.G.M.E.样品测试数据 Test parameters Test conditions Infineon SGW15N120 D.G.M.E. td(on) VCC=800V, VGE=15V IC=15A, RG=33Ω Tc=25℃ （Inductive load） 28ns 33ns tr 23ns 21ns td(off) 437ns 223ns tf 26ns 147ns Eon 0.77mJ 0.83mJ Eoff 0.74mJ 0.91mJ

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

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 V(BR)CES IC=1000uA,VGE=0V 1390V 1400V VGE(th) IC=600uA,VCE=VGE 3.92V 4.1V VCE(sat) IC=15A, VGE=15V 2.99V 2.73V ICES VGE=0, VCE=1200V 100nA 35nA IGES VCE=0V, VGE=20V 18nA 15nA

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) VCC=800V, VGE=15V IC=15A, RG=33Ω Tc=25℃ （Inductive load） 28ns 29ns tr 23ns 21ns td(off) 437ns 260ns tf 26ns 32ns Eon 0.77mJ 0.73mJ Eoff 0.74mJ 0.75mJ

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) VCC=800V, VGE=15V IC=15A, RG=33Ω Tc=150℃ （Inductive load） 29ns 31ns tr 22ns 20ns td(off) 473ns 280ns tf 38ns 42ns Eon 1.31mJ 1.15mJ Eoff 0.92mJ 0.98mJ

Infineon产品与 D.G.M.E.产品对比 * 公司产品 DG15N120各种参数（包括静态和动态参数）基本 与Infineon产品 SGW15N120一致 * 正向压降较小，在电磁炉上做上机实验，温升比Infineon 小5℃ * 芯片面积比Infineon小3mm2 * 目前已经部分客户进行小批量供货

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