低正向压降整流器的设计与工艺研究

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1、抗高温低正向压降大功率整流器的设计与工艺研究TheNewGenerationNano-LevelIntegratedCircuitVirtualManufacturingSystem-SentaurusWorkbench作者作者英文海湾电子（山东）有限公司山东济南250100Gulfsemiconductor（shandong）Co.,LtdJinanShandong250100摘要:：首先介绍了SynopsysInc.新近推出的新一代纳米级TCAD仿真平台－SentaurusWorkbench（SWB）的功能和特点，重点对S

2、WB的优化机制和典型纳米NMOS的工艺参数在SWB环境下优化进行了较为详细的介绍。关键词：集成电路；纳米层次；虚拟工厂；工艺优化；可制造性设计Abstract：ThearticleintroducesthestructureandcharacteristicofthenewgenerationTCADsimulationplatformSentaurusWorkbench,andemphaticallyintroducesoptimizationmechanismandoptimizesthekeyprocessparamet

3、erundertheSWBsimulationsystem.Keywords：Integratedcircuit;Nanolevel;Virtualfactory;Processoptimization;TCADforManufacturing引言近几年来随技术的进步，大功率的整流器使用越来越广泛，大功率的整流器向抗高温能力强、稳定性强、低功耗方向发展，技术成为了制约国内整流芯片生产的一个瓶颈，需要大功率整流器能够适应在不同环境温度下的正常工作，以充分满足电子产品长期工作的可靠性、稳定性和耐高温性。如何能够减少整流芯片在工作时

4、的自身发热量，降低芯片工作时的功耗，并且有效提高整流芯片的抗高温能力，成为目前芯片的研究发展方向。在当下“低碳经济”的前景下，如何能够保证大功率整流器在抗高温能力强的同时并能够降低芯片功耗，也是国内产业正在科技攻关的一个发展方向。我公司积极响应政策，从“低碳”出发，提出了“低正向压降芯片”项目，力争最大限度的将功耗降到最低，实现节能。同时在国内同行业中我公司技术已经走在了前面，在节能方面我公司采用的技术、工艺生产的产品节能性比同行业水平提高了7%。1抗高温低正向压降大功率整流器的设计1.1提高抗高温能力方案目前台面二极管芯片通

5、常采用绝缘性钝化膜来钝化PN结，绝缘性钝化膜不能有效防止器件表面电荷积累或离子沾污，这些电荷能在靠近硅衬底表面处感生出相反极性的电荷，从而改变表面电导率；另外载流子注入到绝缘膜中能长期停留形成存储，也会使器件表面5电导率发生改变，这些都会导致PN结反向击穿电压降低，在高温时材料失效。为提高抗高温能力，我们首先LPCVD一层SIPOS膜，然后再采用二氧化硅钝化，SIPOS膜除了半绝缘性，还具有其他特点：电中性、与硅接触在界面不存在高能势垒、膜内有高密度陷阱。SIPOS钝化层表面被离子沾污后，会在表面附近感应出相反极性的电荷，这些

6、电荷漂移到钝化层内将和外表面电荷中和，或被钝化层内的陷阱捕获，从而形成一个空间电荷区，这层空间电荷区对外加电场具有屏蔽作用。热载流子不能在SIPOS中长时间停留，因而注入到钝化层中的载流子不会因P-N结雪崩击穿而发生存贮效应。SIPOS不仅可以防止外界有害杂质离子沾污，而且能缓和已经沾污在表面的离子引起的电场对硅表面的影响。当采用SIPOS钝化PN结时，PN结反向耐压可以做得很高，SIPOS膜本身不带固定电荷，因而不产生带电现象，在没有电场作用的情况下，SIPOS呈电中性，因而PN结表面不会形成电场集中，避免了表面击穿，提高了

7、抗高温能力。1.2降低正向压降设计①高温长时间扩散为了提高结的平整度，采用filmtronics特殊的纸源，在高温下长时间扩散，扩散后测量结的平整度在3um之内，保证了整个耐压区宽度的同时，将耐压区的宽度做到最小，降低了耐压区的压降。②表面蒸发金属电极降低欧姆接触电阻③提高晶片表面掺杂浓度，根据公式ρ=1/qμND，电阻率和掺杂浓度成反比的关系，提高表面掺杂浓度则可以降低电阻率。④普通的晶片是镀Ni-Au金属作为焊接金属，其欧姆接触电阻较大，低正向压降芯片是在晶片表面蒸发Ti-Ni-Ag三层金属来降低欧姆接触电阻。1.3设计目

8、标：1．反向电压：600V2．正向压降@12.5A：0.9V3．IR@25℃10uA4．IR@125℃300uA2抗高温低正向压降大功率整流器的工艺实现2.1图1是低正向压降整流芯片的工艺流程，选用ρ=20-30Ω·cm，厚度为280um的硅片，使用filmtronics的纸