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基于高低压兼容工艺的高压驱动集成电路

专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 高压驱动集成电路 高低压兼容工艺 高压大电流控制电路 高压半桥驱动电路 离子注入
分类号: TN4
形 态: 共 124 页 约 81,220 个字 约 3.885 M内容
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内容摘要


高压功率集成电路是功率电子学的重要领域,它将高压功率器件与控制和保护电路单片集成,减少了系统中的元件数、互连数和焊点数,不仅提高了系统的可靠性、稳定性,而且减少了系统的功耗、体积、重量和成本,对实现军事装备和民用装置的小型化、智能化和节能化有着重要的意义。

在功率单片集成技术中,隔离技术是基础,高低压兼容工艺是关键,可集成的高压功率器件是核心。

为此,国内外众多学者提出一系列的可集成高压功率器件和隔离技术,用于硅基和SOI(Silicon On Insulator)基高低压兼容工艺中,以满足不同应用领域的要求。

迄今,由于SOI基横向高压器件的纵向耐压限制,尚无实用1000V SOI高压集成电路;而薄膜SOI的背栅效应导致高端器件穿通击穿,使得已有1OOV以上级薄膜SOI高低压兼容工艺的顶层硅膜厚度至少为1.5μm;对于硅基厚外延高压BCD(Bipolar CMOS DMOS)工艺,存在热过程时间长、隔离横向扩散大等不足,且由于DMOS(Double-diffused MOSFET)器件漏极引出带来高压互连(High Voltage Interconnection,HVI)等新的问题。

本文围绕SOI高压器件耐压与背栅效应、高压互连技术和BCD工艺进行研究。

提出SOI高压器件的场控REBULF(REduced BULk Field)模型,提出薄膜SOI高压器件的场氧离子注入IFO(Implantation after Field Oxide)技术,提出无浮空场板NFFP(No Floating Field Plate)高压互连结构。

基于上述模型、技术和结构,开发PDP(Plasma Display Panel)寻址驱动电路、高压大电流控制电路和高压半桥驱动电路,其中控制电路和半桥驱动电路分别用于某军用装置和民用产品。

本文主要有以下三方面工作:

1、提出一种利用背栅场控实现体内场降低的场控REBULF模型。

基于背栅场控效应,降低SOI横向高压器件体内漏端电场,而提高体内源端电场,突破习用结构的纵向耐压限制,提高SOI横向高压器件的击穿电压。

借助数值仿真,分析背栅场控对厚膜SOI横向高压器件击穿特性的影响,在背栅电压为330V时,实现击穿电压为1020V的场控REBULF LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET),较习用结构提高47.8%。

该模型的提出,为SOI基高压功率器件和高压集成电路的实现提供了一种新的设计思路。

2、提出一种场氧离子注入IFO技术。

该技术包含一个穿通击穿电压判据和一项注入工艺设计,可精确控制薄膜SOI背栅效应导致的高端厚栅氧器件的穿通击穿电压。

基于IFO技术和隔离氧化共用技术,开发一种新的1μm超薄膜SOI高低压兼容工艺,将迄今100V以上级薄膜SOI高压工艺的项层硅膜厚度从1.5μm降至1μm,实现高压NLDMOS(N-channel Lateral Double-diffused MOSFET)、厚栅氧PLDMOS(P-channel Lateral Double-diffused MOSFET)、5V CMOS的单片集成。

利用基于IFO技术的薄膜SOI高低压兼容工艺,研制成功64位、80V、20mA PDP寻址驱动电路和用于某军用装置的120V、100mA高压大电流控制电路。

3、提出NFFP高压互连结构。

通过求解二维泊松方程,建立具有HVI的单RESURF(Reduced SURface Field)器件表面电场和电势解析模型,利用p-top降场层的结终端扩展作用以及圆形器件结构的曲率效应,增强具有HVI的横向高压器件漂移区耗尽,降低高压互连线对器件击穿特性的有害影响。

实验与仿真结果表明,器件的击穿电压随着互连线宽度的减小而增加,并与p-top降场层浓度存在强的依赖关系,三维仿真结果与实验结果较吻合,而二维仿真并不能较好反映具有HVI的高压器件击穿特性。

基于NFFP高压互连结构和硅基薄外延BCD兼容工艺,研制成功880V高压半桥驱动电路,并已形成民用产品..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1 BCD工艺技术简介
1.1.1 BCD工艺技术简述
1.1.2 BCD工艺技术的发展
1.2功率集成电路概述
1.2.1功率集成电路简述
1.2.2功率集成电路的发展
1.3本文主要工作和创新
第二章 SOI高压器件场控REBULF模型与IFO技术
2.1常规SOI高压器件
2.2场控REBULF模型
2.2.1结构型REBLF器件
2.2.2场控REBLF模型
2.2.3场控REBULF SOI高压器件设计
2.2.4 SOI高低压兼容工艺设计
2.2.5实验结果
2.3薄膜SOI背栅效应与IFO技术
2.3.1薄膜SOI背栅效应
2.3.2基于IFO技术的薄膜SOI高压LDMOS设计
2.3.3基于IFO技术的薄膜SOI高低压兼容工艺设计
2.3.4基于SIMOX材料的薄膜SOI高压LDMOS设计
2.3.5实验结果
2.4本章总结
第三章 硅基薄外延高压横向器件与BCD工艺
3.1薄外延技术与厚外延技术的比较
3.2硅基薄外延高压LDMOS与BCD兼容
3.2.1硅基薄外延高压双RESURF LDMOS设计
3.2.2硅基薄外延高压BCD兼容工艺设计
3.2.3实验结果
3.3 1200V硅基厚外延高压LDMOS与BCD兼容
3.3.1 1200V多区双RESURF LDMOS设计
3.3.2 1200V硅基厚外延BCD兼容工艺设计
3.3.3实验结果
3.4本章总结
第四章 具有NFFP高压互连结构的LDMOS
4.1高压互连技术概况
4.2 NFFP高压互连结构的双RESURF LDMOS
4.2.1具有HVI的单RESURF器件表面电场和电势解析模型
4.2.2 NFFP高压互连结构的双RESURF LDMOS设计
4.2.3 SLMFFP多区双RESURF LDMOS设计
4.2.4实验结果
4.3 1P1M高压自屏蔽技术
4.3.1 1P1M高压自屏蔽结构设计
4.3.2实验结果
4.4本章总结
第五章 基于高低压兼容工艺的高压驱动集成电路
5.1薄膜SOI高压驱动集成电路
5.1.1 PDP驱动电路工艺概况
5.1.2薄膜SOI PDP寻址驱动电路设计
5.1.3薄膜SOI高压大电流控制电路设计
5.1.4实验结果
5.2硅基厚外延1000V三相高压驱动集成电路
5.2.1 1000V三相高压驱动集成电路设计
5.2.2实验结果
5.3硅基薄外延高压半桥驱动集成电路
5.3.1高压半桥驱动集成电路设计
5.3.2实验结果
5.4本章总结
第六章 结论和展望
6.1结论
6.2展望
参考文献

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中图分类: > TN4 > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路(ic)

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