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穿通结构三极管BV_（CEO）仿真分析及一致性提高研究

作　者: 于祝鹏
导　师: 李泽宏；陈卫星
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 集电极反向击穿电压BVCEO 高阻区宽度 衬底预淀积表面浓度Rs 衬底主扩结深 单晶材料电阻率
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


从应用角度讲在同样的芯片面积下,双极晶体管集电极反向击穿电压BVCEO与电流输出特性是互相制约的,即BVCEO越小电流输出特性越好,其饱和压降、开关参数在同等条件下比BVCEO大的管子都要小一些,用在线路上发热要低一些;但从安全工作区(SOA)的角度来看,一般而言,BVCEO大的管子,SOA值也要大一些。这就需要生产过程中能提高对三极管BVCEO值的控制能力,为了提高产品的市场竞争力,在保证安全工作区(SOA)够大的情况下,用更小的芯片面积提供更好电流输出特性产品,最直接的方法就是尽量将BVCEO控制在偏应用下限的水平,也就是410-480V。本文主要通过结合晶体管原理,通过理论分析三极管的反向击穿机理,推导出集电极反向击穿电压BVCEO值的计算公式,并将公式中所涉及的变量用实际生产过程中的工艺参数代替,归纳出实际影响BVCEO值的工艺变量,进而采取可行措施使此类变量稳定可控,以达到提高集电极反向击穿电压BVCEO值一致性的目的。本文主要通过理论分析计算结合设计相应实验,最终依据大量产品的测试数据的统计结果确定了可以明显提高集电极反向击穿电压BVCEO值一致性的工艺改进措施,主要验证和确认的内容如下:1.通过将单晶材料电阻率按照1欧姆厘米进行分档,与现行工艺3-5欧姆厘米分档对比,保证整个工艺流程其他各项工艺参数一致,确认批次内BVCEO值一致性差异;2.通过调整衬底预淀积程序,对不同批次衬底预淀积表面浓度Rs进行差异化控制,进而保证整个工艺流程其他各项工艺参数一致,确认芯片同片内BVCEO值一致性差异;3.总结影响衬底主扩结深一致性及稳定性的工艺和设备因素,提高设备与工艺的稳定性,确认衬底结深一致性的提高;4.通过对现行CMP工艺流程的改进,增加化学腐蚀量,减少化学机械抛光量,提高芯片同片厚度的一致性,进而提高晶体管高阻区宽度的一致性;5.设计不同单晶材料电阻率BVCEO变化对应厚度变化(△V/△D)实验模型,结合理论公式推导,验证不同电阻率材料单位厚度变化对BVCEO变化的影响大小,指导产品设计时材料的选择;6.对大量在线生产品进行随机测试收集数据,统计改进前后BVCEO一致性提高的具体数据。通过对上述工艺参数的验证,改进了工艺过程中的参数控制方法及部分操作流程,并在生产中纳入质量管理体系进行推广固化。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-13
  1.1 论文研究的背景和意义  10
  1.2 论文所研究的课题的现状和课题的研究方向  10-11
  1.3 课题的难点、工作内容以及论文的结构安排  11-13
第二章 理论介绍及分析  13-21
  2.1 引言  13-14
  2.2 PN 结的击穿机理  14-15
  2.3 穿通结构功率晶体管基本击穿电压理论  15-17
  2.4 计算及设计  17-21
第三章 实验情况及数据分析  21-40
  3.1 不同电阻率分档方式对BV_(CEO) 一致性影响  21-23
    3.1.1 实验方案  21
    3.1.2 测试仪器  21-22
    3.1.3 测试数据  22
    3.1.4 数据分析及结论  22-23
  3.2 不同衬底预淀积表面浓度RS 对BV_(CEO) 一致性影响  23-32
    3.2.1 实验方案  24
    3.2.2 测试仪器  24-25
    3.2.3 测试数据  25-29
    3.2.4 数据分析及结论  29-32
  3.3 不同单晶材料电阻率单位厚度变化对应BV_(CEO) 变化  32-40
    3.3.1 实验方案  32
    3.3.2 测试仪器  32
    3.3.3 测试数据  32-37
    3.3.4 数据分析及结论  37-40
第四章 工艺方法改进、工艺参数控制提高  40-50
  4.1 衬底主扩结深一致性改善  40-43
  4.2 CMP 工艺方法改进  43-47
  4.3 三重扩散工艺与外延工艺方法对比  47-50
    4.3.1 实验方案  48
    4.3.2 测试仪器  48
    4.3.3 测试数据  48-49
    4.3.4 数据分析及结论  49-50
第五章 结论  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-55
附录1 3.1 实验A、B 各批次具体数据分布图  55-61
附录2 利用SILVACO 软件仿真基区扩散结果  61-76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体三极管（晶体管） > 晶体管：按性能分 > 双极性晶体管
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