1200v 平面 npt-igbt 产品研发
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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. 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。. 1. 对 IGBT 的元胞和终端进行了仿真模拟. 2. 介绍 了 IGBT 的版图布局及工艺流程. IGBT 的试验的结果 及相关 结论. 3. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
1200V平面 NPT-IGBT产品研发
报告人：钱梦亮江苏东光微电子股份有限公司
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。
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
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：
¼¯µç ¼«µç ѹ £¨ V £©
¼¯µç
¼«µç
Á÷£¨
A/
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0 400 800 1200 1600
3.0x10-9
6.0x10-9
9.0x10-9
1.2x10-8
0 400 800 1200 1600
3.0x10-9
6.0x10-9
9.0x10-9
1.2x10-8
IGBT的元胞和终端的仿真模拟
0 1 2 3 4 5 6
3.0x10-10
6.0x10-10
9.0x10-10
1.2x10-9
0 1 2 3 4 5 6
3.0x10-10
6.0x10-10
9.0x10-10
1.2x10-9
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仿真所得阈值电压为 5V 左右，如图所示：
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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¼«µç
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0 300 600 900 1200 1500 1800
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1.2x10-8
0 300 600 900 1200 1500 1800
3.0x10-9
6.0x10-9
9.0x10-9
1.2x10-8
场限环终端的击穿电压如下图所示：
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：
IGBT的版图布局及工艺流程
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
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。
IGBT的试验的结果及相关结论
管芯 BVCE(V) VTH(V) VCE(sat)(V)
大管芯 A2 1460 5.3 3.1
大管芯 A5 1200 5.3 3.15
小管芯 B1 1650 5.4 — —
小管芯 B3 1660 5.5 — —
产品测试参数表
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。
(a)IGBT击穿特性曲线（ A2 ） (b)IGBT开启特性曲线（ A2）
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
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=15VIC=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
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=15VIC=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
Infineon产品与 D.G.M.E.样品测试数据
Test parameters Test conditions Infineon
SGW15N120D.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
Infineon产品与 D.G.M.E.产品测试数据
Test parameters Test conditions Infineon
SGW15N120D.G.M.E.DG15N120
td(on)
VCC=800V, VGE=15VIC=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
Infineon产品与 D.G.M.E.产品测试数据
Test parameters Test conditions Infineon
SGW15N120D.G.M.E.DG15N120
td(on)
VCC=800V, VGE=15VIC=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
Infineon产品与 D.G.M.E.产品测试数据
* 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
Infineon产品与 D.G.M.E.产品对比
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谢谢 !
江苏东光微电子股份有限公司