【摘要】：SOI(Silicon On Insulator,絕緣體上硅)高壓功率集成電路由于低功耗、高速、高可靠性等特點(diǎn)近年來是學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)研究的熱點(diǎn)。SOI基高壓功率集成電路可以集成橫向絕緣型雙極晶體管(Lateral Insulation Gate Bipolor Transistor,LIGBT),LIGBT器件具有BJT(Bipolar Junction Transistor,雙極結(jié)式晶體管)器件電流能力強(qiáng)和LDMOS(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semicondutor)器件開關(guān)速度快的兩重優(yōu)勢,是近年來中高壓功率集成電路中的重要器件,廣泛應(yīng)用在智能家電、智能家居、汽車電子、照明等領(lǐng)域。如何制造高性能、高可靠性和低成本的SOI高壓功率集成電路是眾多研究學(xué)者的關(guān)注熱點(diǎn)之一。本論文圍繞高性能、高可靠性和低成本三個方面,對SOI LIGBT器件及其電路進(jìn)行研究。提出一種阱復(fù)用SOI LIGBT技術(shù),在保持高性能的同時實(shí)現(xiàn)工藝簡化。提出一種低諧波電流輸出模式,降低多通道輸出功率行驅(qū)動芯片的低頻輻射EMI(Electromagnetic Interference,電磁干擾)。提出將傳統(tǒng)線性驅(qū)動更改為矩陣式驅(qū)動的方法大幅節(jié)約芯片面積,最后進(jìn)行實(shí)際流片測試和量產(chǎn)認(rèn)證。論文取得的主要創(chuàng)新與工作如下:(1)提出阱復(fù)用SOI LIGBT技術(shù),簡化器件制造工藝。通過將低壓CMOS的N-well阱與LIGBT原有獨(dú)立N-buffer進(jìn)行復(fù)用,在新條件下獲得最優(yōu)器件結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示基于阱復(fù)用SOI LIGBT的關(guān)態(tài)擊穿電壓達(dá)到218 V,開態(tài)耐壓達(dá)到170 V,與原有器件特性一致。(2)基于SOI LIGBT器件和驅(qū)動方式,提出低諧波輸出電流模式。研究功率驅(qū)動集成電路低頻輻射超標(biāo)的原因,依據(jù)SOI LIGBT特點(diǎn)進(jìn)行柵極驅(qū)動和調(diào)整電流能力,使用延時方法進(jìn)行擴(kuò)頻處理,控制峰值電流和減少高低壓串?dāng)_,最終降低30MHz~50MHz之間的輻射電磁諧波分量,將低頻輻射準(zhǔn)峰值從47 dBμV/m下降為36.8 dBμV/m。(3)基于SOI LIGBT電路和負(fù)載特性,提出矩陣驅(qū)動結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)線性驅(qū)動結(jié)構(gòu),結(jié)合容性負(fù)載特性,將SOI LIGBT的電平位移電路從96組降低為22組,并將上拉管驅(qū)動能力進(jìn)行共用減少高壓管的面積,最終驅(qū)動芯片總面積從20 mm2下降為11.6 mm2,并通過實(shí)際流片驗(yàn)證。(4)研究SOI LIGBT工藝和電路測試與可靠性認(rèn)證,通過對低壓CMOS與SOI高壓器件融合工藝研究,得到具有容差范圍的工藝條件。對耐壓時變Walk-out進(jìn)行分析和提出解決方法。結(jié)合在等離子行掃描驅(qū)動芯片中的實(shí)際應(yīng)用,詳細(xì)闡述LIGBT器件和電路的測試認(rèn)證考核,最終實(shí)現(xiàn)超過150 K的量產(chǎn)。
【圖文】：

包括了 HV-NMOS 和 HV-PMOS 的器件結(jié)構(gòu)，其中 HV-NM在 P 型外延層上，，其漂移區(qū)由一個較深的 N 阱構(gòu)成。HV-NMOS 的漏極器件中央，而源極位于器件的邊緣，由于在電路應(yīng)用中漏極會接高電位漏極做在器件中央可以實(shí)現(xiàn)自隔離，使得器件的高壓部分對相鄰器件影HV-PMOS 器件做在一個深 N 阱中，這就引入了一個寄生 PNP 晶體MOS 的 P-DRIFT 區(qū)構(gòu)成了寄生 PNP 管的發(fā)射極，整個器件所在的 N 阱生 PNP 管的基極，而 P 型外延層構(gòu)成了寄生 PNP 管的集電極。

（a） （b）圖 1-2 SOI 和體硅材料器件結(jié)構(gòu)圖(a)典型 SOI CMOS 器件結(jié)構(gòu)圖；(b)典型體硅 CMOS 器件結(jié)構(gòu)圖因?yàn)樽畛鮏OI材料制造困難并且造價昂貴，所以即使SOI技術(shù)擁有很多優(yōu)勢，
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN322.8

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本文編號：2519917