论文部分内容阅读
SOI(Silicon On Insulator,绝缘体上硅)高压功率集成电路由于低功耗、高速、高可靠性等特点近年来是学术和产业研究的热点。SOI基高压功率集成电路可以集成横向绝缘型双极晶体管(Lateral Insulation Gate Bipolor Transistor,LIGBT),LIGBT器件具有BJT(Bipolar Junction Transistor,双极结式晶体管)器件电流能力强和LDMOS(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semicondutor)器件开关速度快的两重优势,是近年来中高压功率集成电路中的重要器件,广泛应用在智能家电、智能家居、汽车电子、照明等领域。如何制造高性能、高可靠性和低成本的SOI高压功率集成电路是众多研究学者的关注热点之一。本论文围绕高性能、高可靠性和低成本三个方面,对SOI LIGBT器件及其电路进行研究。提出一种阱复用SOI LIGBT技术,在保持高性能的同时实现工艺简化。提出一种低谐波电流输出模式,降低多通道输出功率行驱动芯片的低频辐射EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)。提出将传统线性驱动更改为矩阵式驱动的方法大幅节约芯片面积,最后进行实际流片测试和量产认证。论文取得的主要创新与工作如下:(1)提出阱复用SOI LIGBT技术,简化器件制造工艺。通过将低压CMOS的N-well阱与LIGBT原有独立N-buffer进行复用,在新条件下获得最优器件结构和工艺参数。实验结果显示基于阱复用SOI LIGBT的关态击穿电压达到218 V,开态耐压达到170 V,与原有器件特性一致。(2)基于SOI LIGBT器件和驱动方式,提出低谐波输出电流模式。研究功率驱动集成电路低频辐射超标的原因,依据SOI LIGBT特点进行栅极驱动和调整电流能力,使用延时方法进行扩频处理,控制峰值电流和减少高低压串扰,最终降低30MHz~50MHz之间的辐射电磁谐波分量,将低频辐射准峰值从47 dBμV/m下降为36.8 dBμV/m。(3)基于SOI LIGBT电路和负载特性,提出矩阵驱动结构替代传统线性驱动结构,结合容性负载特性,将SOI LIGBT的电平位移电路从96组降低为22组,并将上拉管驱动能力进行共用减少高压管的面积,最终驱动芯片总面积从20 mm2下降为11.6 mm2,并通过实际流片验证。(4)研究SOI LIGBT工艺和电路测试与可靠性认证,通过对低压CMOS与SOI高压器件融合工艺研究,得到具有容差范围的工艺条件。对耐压时变Walk-out进行分析和提出解决方法。结合在等离子行扫描驱动芯片中的实际应用,详细阐述LIGBT器件和电路的测试认证考核,最终实现超过150 K的量产。