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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
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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。
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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
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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：
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仿真所得阈值电压为5V左右，如图所示：
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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：
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场限环终端的击穿电压如下图所示：
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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：
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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
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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。
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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 — —
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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。
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(a)IGBT击穿特性曲线（A2） (b)IGBT开启特性曲线（A2）
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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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江苏东光微电子股份有限公司 谢 谢 ! 21
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