【摘 要】
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绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等各种优良的性能,而场截
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绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等各种优良的性能,而场截止绝缘栅双极型晶体管(Field-Stop Insulated Gate Bipolar Transistor,FS IGBT)则是经过几代不同IGBT芯片结构的发展,成为目前世界上主流的IGBT结构,其产品已经广泛应用于消费电子、工业控制、电动车辆、智能电网等领域,中国目前已经发展成为全球IGBT最大需求市场。本论文提出一款1200V平面栅FS-IGBT器件的设计与制造方法,并通过天津中环半导体股份有限公司6英寸0.35μm工艺完成了IGBT芯片的流片和测试工作。本文主要研究内容如下:1.在芯片的结构设计方面,主要分为元胞和终端设计两部分,通过仿真确定器件结构、验证电学特性参数,并结合生产线进行重要的单项工艺实验验证,同时引入国际上主流的场截止技术,提出一种改进背面减薄工艺方案,使芯片厚度减薄至120μm,相较于同规格非穿通型IGBT(Non-Punch Through Insulated Gate Bipolar Transistor,NPT-IGBT)厚度减少30%以上,并提高器件工作时的散热能力。2.在元胞结构设计中,引入了一种载流子存储技术,通过在P型基区底部引入N型载流子存储层(Carrier Stored Layer,CS),使器件正向导通压降减小约0.6V左右,改善了反偏安全工作区,提高器件的可靠性。3.在终端工艺中,设计了一种改善终端耐压的钝化结构,通过使用聚亚酰胺光刻胶(Polyimide,PI)钝化工艺代替传统的氮化硅(Nitride)钝化层,仅用光刻和固化完成钝化工艺,省去了原有的钝化介质的淀积、刻蚀、去胶清洗等工艺,大幅缩短工艺流程,缩短该层工艺时间约8小时,降低该层流片成本的20%。测试结果表明:芯片耐压在1200V以上,阈值电压为6.59V,反向漏电流为0.8m A,集电极-发射极饱和压降为1.44V。
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