【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、高可靠性等特點近年來是學術和產(chǎn)業(yè)研究的熱點。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,雙極結式晶體管)器件電流能力強和LDMOS(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semicondutor)器件開關速度快的兩重優(yōu)勢,是近年來中高壓功率集成電路中的重要器件,廣泛應用在智能家電、智能家居、汽車電子、照明等領域。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者的關注熱點之一。本論文圍繞高性能、高可靠性和低成本三個方面,對SOI LIGBT器件及其電路進行研究。提出一種阱復用SOI LIGBT技術,在保持高性能的同時實現(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動芯片的低頻輻射EMI(Electromagnetic Interference,電磁干擾)。提出將傳統(tǒng)線性驅動更改為矩陣式驅動的方法大幅節(jié)約芯片面積,最后進行實際流片測試和量產(chǎn)認證。論文取得的主要創(chuàng)新與工作如下:(1)提出阱復用SOI LIGBT技術,簡化器件制造工藝。通過將低壓CMOS的N-well阱與LIGBT原有獨立N-buffer進行復用,在新條件下獲得最優(yōu)器件結構和工藝參數(shù)。實驗結果顯示基于阱復用SOI LIGBT的關態(tài)擊穿電壓達到218 V,開態(tài)耐壓達到170 V,與原有器件特性一致。(2)基于SOI LIGBT器件和驅動方式,提出低諧波輸出電流模式。研究功率驅動集成電路低頻輻射超標的原因,依據(jù)SOI LIGBT特點進行柵極驅動和調整電流能力,使用延時方法進行擴頻處理,控制峰值電流和減少高低壓串擾,最終降低30MHz~50MHz之間的輻射電磁諧波分量,將低頻輻射準峰值從47 dBμV/m下降為36.8 dBμV/m。(3)基于SOI LIGBT電路和負載特性,提出矩陣驅動結構替代傳統(tǒng)線性驅動結構,結合容性負載特性,將SOI LIGBT的電平位移電路從96組降低為22組,并將上拉管驅動能力進行共用減少高壓管的面積,最終驅動芯片總面積從20 mm2下降為11.6 mm2,并通過實際流片驗證。(4)研究SOI LIGBT工藝和電路測試與可靠性認證,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進行分析和提出解決方法。結合在等離子行掃描驅動芯片中的實際應用,詳細闡述LIGBT器件和電路的測試認證考核,最終實現(xiàn)超過150 K的量產(chǎn)。
【圖文】：

包括了 HV-NMOS 和 HV-PMOS 的器件結構，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，由于在電路應用中漏極會接高電位漏極做在器件中央可以實現(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 型外延層構成了寄生 PNP 管的集電極。

（a） （b）圖 1-2 SOI 和體硅材料器件結構圖(a)典型 SOI CMOS 器件結構圖；(b)典型體硅 CMOS 器件結構圖因為最初SOI材料制造困難并且造價昂貴，所以即使SOI技術擁有很多優(yōu)勢，
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN322.8

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本文編號：2519917