范曉波

【摘 要】IGBT即絕緣柵雙極型晶體管業(yè)已得到廣泛的應用，高壓大電流是其未來的發(fā)展方向，近年來已經應用在高壓直流輸電領域。隨著功率容量的不斷提升，對器件的設計制造提出了更高的要求。為了縮短設計周期，提高成品率，降低制造成本，應采用計算機進行仿真，可極大地提高工作效率。論文結合流片的情況應用ISE軟件進行了仿真研究，結果表明，采用軟件仿真的方法能夠有效地指導器件的生產制造。

【Abstract】IGBT， i.e. insulated gate bipolar transistor， has been widely used. High voltage and high current are its future development direction. In recent years， insulated gate bipolar transistor has been applied in the field of high voltage direct current transmission. With the continuous improvement of power capacity， higher requirements are put forward for the design and manufacture of devices. In order to shorten the design cycle， improve the yield and reduce the manufacturing cost， the computer simulation should be used， which can greatly improve the work efficiency. The paper uses the ISE software to carry out simulation research in combination with the flow film. The results show that the software simulation method can effectively guide the manufacturing of the device.

【關鍵詞】IGBT;晶體管;高壓直流輸電;仿真;ISE

【Keywords】IGBT; transistor; high voltage direct current transmission; simulation; ISE

【中圖分類號】TN386.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）10-0186-02

1 引言

對于高壓大電流IGBT的制造來說，傳統(tǒng)的外延法已不再適用[1]。目前，采用直接將器件放置在硅單晶上，由此帶來了工藝流程的改變。為了提高成品率，降低制造成本，從硅單晶材料的選擇到加工工藝的每一個步驟都是有著系統(tǒng)且嚴格的要求[2]。采用計算機仿真設計的方法可以極大地提高生產的可靠性，包括結構工藝仿真、電氣特性仿真及版圖設計[3]。

2 器件元胞及終端結構工藝仿真

通過計算機軟件進行IGBT器件的工藝模擬，即通過適當?shù)恼{節(jié)擴散等工藝的溫度、時間以及氣氛，仿真出最佳的硼磷結深等器件參數(shù)，最終獲得理想的器件結構。本文所設計的IGBT器件是一個基于透明陽極技術的NPT型IGBT，選用中子嬗變技術摻雜（NTD）具有[100]晶向的N型硅單晶做襯底，元胞結構為條形，采用環(huán)場板混合終端結構[4]。工藝模擬的二維結構如圖1所示。

3 器件電氣特性仿真

對工藝模擬生成的器件結構進行電氣特性的仿真，得出器件關鍵參數(shù)的仿真曲線[5]。

①閾值電壓的仿真。仿真結果表明，影響閾值電壓的因素首先是P-阱區(qū)的摻雜濃度及其雜質分布的情況，其次是柵氧化層的厚度。同時，發(fā)現(xiàn)器件的溝道越長，雜質分布越平坦，閾值電壓越容易控制。因此，實際工藝中，應當優(yōu)化P-阱區(qū)的摻雜以及退火工藝，因為其與雜質的再分布密切相關，以期使P-阱區(qū)雜質分布的波動降到最低，從而獲得較為穩(wěn)定的閾值電壓，最終得以提高器件參數(shù)的均勻性和一致性[6]。閾值電壓的特性曲線如圖2所示。

②通態(tài)特性。仿真結果表明，芯片的厚度、襯底的摻雜濃度、Pbody的摻雜濃度、柵氧的厚度等均是影響通態(tài)特性的因素。通態(tài)特性曲線如圖3所示。

③開關參數(shù)。仿真結果表明，影響開關參數(shù)的因素有P+陽極的摻雜濃度、柵氧化層的厚度、多晶硅的厚度及摻雜濃度，若存在N+緩沖層，那么與緩沖層的摻雜濃度和厚度有關[7]。此外，開關參數(shù)與芯片的整體布局有很大關系，尤其是與多晶硅柵的布局結構有很大關系，開關特性曲線如圖4所示。

④版圖設計?；诠に嚪抡娼Y果，確定器件的橫向尺寸，繪制出芯片版圖，如圖5所示。

4 結論

通過對IGBT進行工藝模擬以及電氣特性仿真，充分結合流片試驗的情況，研究的結果表明，計算機仿真結果與試驗數(shù)據高度一致，為器件的生產制造提供了強有力的支撐[8]。

【參考文獻】

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【2】楊晶琦.電力電子器件原理與設計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

【3】Udrea F，Chan S S M，Thomson J，et al.1.2 kV trench insulated gate bipolar transistors （IGBT＼"s） with ultralow on-resistance[J].IEEE Electron Device Letters，1999，20（8）：428-430.

【4】陳星弼.MOS型功率器件[J].電子學報，1990（5）：97-105.

【5】施敏著.半導體器件物理與工藝[M].蘇州：蘇州大學出版社，2002.

【6】吳郁，陸秀洪，亢寶位，等.低功耗IGBT（LPL-IGBT）及其仿真[J].半導體學報，2001，22（12）：1565-1571.

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