沟槽栅IGBT关键技术研究

与平面栅IGBT相比,沟槽栅IGBT能显著改善通态压降与关断能量的折衷关系,更适用于中低压高频应用领域。针对沟槽栅IGBT技术的挑战(主要包含沟槽刻蚀、栅氧生长、沟槽多晶硅填充等),研究并开发了沟槽栅一系列关键工艺:形貌优良的沟槽槽型,质量完好的栅氧生长工艺以及具备优良均匀性的原位掺杂多晶硅填充工艺等。采用改进工艺后的沟槽栅IGBT芯片具有良好的电学性能,展示出优异的栅氧特性,顺利通过了高温动、静态等多项测试,较平面栅IGBT体现出压降和损耗优势。

沟槽栅IGBT深槽工艺研究

基于Lam 4420反应离子刻蚀(RIE)设备和Cl2气体开发了适用于沟槽栅IGBT的深槽等离子刻蚀工艺。通过调整HBr、O2和SF6等添加气体含量得到了无底切、底角圆滑、槽壁斜度3°左右、深度6μm的沟槽;通过系统优化气体流量、气压、电极间距和RF功率等工艺参数,得到了<5%的硅片内不均匀性,刻蚀速率可达800 nm/min。在完成CF4/Ar刻蚀和牺牲氧化等后续工艺后,槽型得到进一步改善。

假栅P区互联对沟槽栅IGBT性能的影响

基于假栅条形元胞设计与200 mm(8英寸)沟槽栅成套关键工艺,成功研制1 700 V沟槽栅IGBT。通过Silvaco仿真与衬板测试,对比研究了假栅P区互联方式对器件的动静态特性与安全工作区的影响。与假栅P区接地方案相比,假栅P区浮空时器件导通与开关损耗更低、RBSOA能力更强。分析了假栅P区互联方式对器件性能的影响机理。器件采用假栅P区浮空方案,结合场截止与载流子存储技术,具有良好的综合性能,已通过各项验证,即将进行应用考核。