SOI高压LDMOS器件氧化层抗总电离剂量辐射效应研究

绝缘体上硅(SOI)高压横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件是高压集成电路的核心器件,对其进行了总电离剂量(TID)辐射效应研究。利用仿真软件研究了器件栅氧化层、场氧化层和埋氧化层辐射陷阱电荷对电场和载流子分布的调制作用,栅氧化层辐射陷阱电荷主要作用于器件沟道区,而场氧化层和埋氧化层辐射陷阱电荷则主要作用于器件漂移区;辐射陷阱电荷在器件内部感生出的镜像电荷改变了器件原有的电场和载流子分布,从而导致器件阈值电压、击穿电压和导通电阻等参数的退化。对80 V SOI高压LDMOS器件进行了总电离剂量辐射实验,结果表明在ON态和OFF态下随着辐射剂量的增加器件性能逐步衰退,当累积辐射剂量为200 krad(Si)时,器件的击穿电压大于80 V,阈值电压漂移为0.3 V,器件抗总电离剂量辐射能力大于200 krad(Si)。

超薄顶硅层SOI基新颖阳极快速LIGBT

提出一种利用浅槽隔离(STI)技术的超薄顶硅层绝缘体上硅(SOI)基新颖阳极快速横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT),简称STI-SOI-LIGBT。该新结构器件整体构建在顶硅层厚度为1μm、介质层厚度为2μm的SOI材料上,其阳极采用STI和p+埋层结构设计。新器件STI-SOI-LIGBT的制造方法可以采用半导体工艺生产线常用的带有浅槽隔离工艺的功率集成电路加工技术,关键工艺的具体实现步骤也进行了讨论。器件+电路联合仿真实验说明:新器件STISOI-LIGBT完全消除了正向导通过程中的负微分电阻现象,与常规结构LIGBT相比,正向压降略微增加6%,而关断损耗大幅降低86%。此外,对关键参数的仿真结果说明新器件还具有工艺容差大的设计优点。新器件STI-SOI-LIGBT非常适用于SOI基高压功率集成电路。

热老化对不同封装形式SOI基压阻式芯片的影响

采用热老化的手段提高封装后芯片的输出稳定性及使用寿命,并对热老化温度与老化时间的匹配问题进行了研究。首先介绍了压阻传感器的老化机理,然后在不同温度下对同批次不同封装形式绝缘体上硅(SOI)基压阻芯片进行老化,并对芯片老化前后数据进行对比。结果表明,300℃加电老化情况下,芯片稳定输出的时间为12h,且老化后芯片的各项指标均有改善。在温度允许范围内,适当的老化温度可以使芯片达到稳定输出状态,提升工作效率的同时为优化SOI基压阻芯片的老化时间提供了参考。

SOI微型电场传感器的设计与测试

该文研制了一种新型的基于SOI(Silicon-On-Insulator)微机械加工技术的高性能电场传感器敏感结构。为提高传感器的灵敏度和信噪比,该器件采用侧面屏蔽感应电极的独特设计方案,降低了传感器屏蔽电极的边缘效应;并基于有限元仿真,进一步优化了传感器敏感结构参数。在室温和室内大气压条件下,测试表明,测试量程0～50kV/m,传感器总不确定度优于2%,分辨率为50 V/m。

一种SOI高温压力传感器敏感芯片

从传感器的受力结构、能量转化结构和金属引线三个方面对SOI压阻式压力传感器芯片进行高温设计,计算出每个因素所造成的影响并与外部气压对传感器造成的影响进行对比,并给出了压阻的工艺尺寸和掺杂浓度。通过工艺制备和封装,研制出耐高温压力传感器芯片,常温压力测试结果表明传感器敏感芯片在常温下灵敏度较高,非线性误差在0.1%以下,迟滞性小于0.5%。高温下的性能测试结果表明,传感器可以用于350℃恶劣环境条件下的压力测量,为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考。

一种基于SOI技术的MEMS电容式压力传感器

利用绝缘体上硅（SOI）技术研制了一种可以用于飞行高度测量、气象环境监测和医疗等领域的高精度微电子机械系统（MEMS）电容式压力传感器。利用有限元分析软件对传感器敏感结构进行了结构建模、静力和模态仿真分析。敏感结构为敏感电容和参考电容差动输出形式,可以有效减小温度漂移和重力误差对压力测量准确度的影响。比较了无岛和有岛两种敏感膜的性能差异。为了提高传感器性能,利用成熟的MEMS加工工艺制作了SOI敏感电容极板,并利用硅-硅键合工艺实现了真空腔体。传感器采用标准塑封封装后,采用高低温压力测量系统进行了性能测试。测试结果表明,传感器量程达到30-120 kPa,非线性0.04%-0.09%,分辨率1 Pa。

基于SOI的压电薄膜式水听器

针对目前压阻式水听器在工作时需要外加电源、对温度敏感以及制造过程复杂的问题,提出了一种以AlN为压电材料的压电薄膜式水听器。该水听器由带有上下电极的压电薄膜以及绝缘体上硅(SOI)衬底组成。根据理论计算和有限元仿真分析对水听器的结构参数进行了优化以满足其对水下低频声信号的探测需求,并对所设计的水听器进行了微纳尺度下的一体化加工。对所制造的水听器进行了形貌测试,并用激光多普勒测振仪测试了水听器的谐振频率,实验测得的谐振频率为0.516 MHz,与理论计算值0.531 MHz非常接近,验证了理论分析的正确性,为压电水听器的研究与应用提供了一定的参考价值。

基于MEMS实现SOI压力传感器的工艺研究

应用压组效应原理制作硅氧化物绝缘体(SOI)压力传感器,具有耐高温、抗辐射、稳定性好等优点,本文说明了SOI在微电子机械系统(MEMS)技术上的实现优势,并对压力传感器SOI结构的实现工艺进行了探索性试验,完成了SOI压力传感器的设计和封装,在强调了压力传感器的测试方法的同时,对所设计的样品进行了测试。

SOI压阻传感器的阳极键合结合面检测

由于当前绝缘体上硅(SOI)压阻传感器芯片的封装质量仍依赖人工检测,本文提出了一种自动实现该项检测的视觉检测方法。分析了压阻传感器的工作原理,研究了芯片定位精度和结合面质量对传感器性能的影响。以传感器性能和质量为导向,提出了一种以中心定位偏差和键合面结合度为检测点的封装结合面检测方法。该方法通过对Hough圆检测效果和实际图像的分析完成定位精度的检测;基于对传感器质量影响因素的分析和气泡面积的统计实现结合面质量的检测。在传感器实际制造封装过程中对该视觉检测算法进行了实验验证。结果表明:该方法能识别的结合面上的最小气泡直径为6μm;玻璃内孔半径检测误差约为0.015mm.。本文提出的基于视觉检测的方法基本满足了压阻传感器封装对结合面检测的要求,有助于实现封装质量的自动化检测。

SOI高温压阻式压力传感器的设计与制备

设计并制备了一种基于绝缘体上硅（SOI）材料、量程为5Pa～1．8MPa的压阻式压力传感器。在设计方面，通过有限元分析软件和经典理论相结合分析敏感膜片的力学性能和电学性能，得到敏感膜片的尺寸和表面电势的分布；在工艺方面，设计了基于标准微电子机械系统（MEMS）工艺的制作流程；在芯片的封装方面，为保证敏感芯片与外界的电气互连，采用了引线键合工艺，同时装配温度补偿电路和信号调理电路降低了传感器的温漂，保证传感器的输出。制备后的压力传感器在温度压力复合平台进行标定和温度测试，结果显示传感器在设计量程范围内具有较好的精度并且可在-50-205℃内稳定工作。

基于SOI岛膜结构的高温压力传感器

针对绝缘体上硅（SOI）压力传感器平模结构下压敏电阻所在区域应力跨度过大而导致的线性度降低问题,采用了岛膜结构改善敏感膜片表面的应力分布,使压敏电阻能够完全布置在应力集中区,从而提高传感器的灵敏度和线性度。使用有限元分析软件对岛膜结构进行力学性能分析,根据敏感膜片表面应力分布情况确定压敏电阻最优的位置分布,并完成敏感芯片的制备。对完成的敏感芯片进行封装并进行温度-压力的复合测试,测试结果表明在19~200℃、量程2 MPa范围内,该传感器有较高的灵敏度（0.055 mV/kPa）和线性度（0.995）。

基于SOI的低横向灵敏度压阻式加速度计的设计

提出了一种非同一平面的双弯曲梁的压阻式加速度计,在加速度作用下该结构梁的质心与质量块的质心对齐,从而实现低横向效应。利用SOLIDWORKS软件建立了结构模型,并用Comsol仿真软件和有限元ANSYS仿真软件对其进行静态分析、模态分析和电学性能分析。分析了影响频率和灵敏度的相关参数,对加速度计的结构参数进行了优化。设计了一套版图以及工艺加工方案,采用微电子机械系统(MEMS)标准工艺完成了加速度计的制备。最后进行精密离心机测试,结果表明该结构的加速度计具有较低的横轴灵敏度,其中X轴的横向灵敏度为0.078%,Y轴的横向灵敏度为0.002%,比较高的主轴灵敏度,Z轴灵敏度为0.64 mV/g。

硅基单电子晶体管的可控制备

采用电子束曝光、感应耦合等离子体刻蚀和热氧化等工艺技术,通过独特的图形反转设计,即在电子束曝光时采用负的曝光图形,并以电子束曝光的光刻胶作为掩膜进行干法刻蚀,通过后续的干法热氧化等工艺,在磷离子重掺杂的绝缘体上硅基底上成功地制备出单电子晶体管。该方法具有高精度、结构可控、可重复和加工成本低的优点,可作为一种批量制备单电子晶体管的工艺技术。所制备的单电子晶体管在2.6 K到100 K的温度范围内呈现出明显的库仑阻塞效应,导通电阻小于100 kΩ。该单电子晶体管将成为高速、高灵敏度射频电路的关键器件。

键合SOI材料应力的控制技术

在基于绝缘体上硅(SOI)材料的IC器件及MEMS器件研发过程中,薄膜应力引起的晶圆变形、膜层脱落等工艺问题,制约了其研发进度和器件性能。对键合SOI材料整体残余应力展开研究,推出埋氧层、背面氧化层、衬底厚度与SOI整体残余应力的关系,并采用翘曲度值表征由残余应力引起的SOI形变的大小,弯曲度的正负表征SOI形变的方向。针对IC和MEMS产品在开发过程中因残余应力过大而引起的光刻无法吸片、牺牲层释放不干净等问题,通过工艺优化,制备出与残余应力方向相反、应力大小适中的SOI片,从而抵消了部分残余应力,翘曲度由200μm以上下降到100μm以内,有效解决了工艺异常问题。

用于ESD防护的PDSOI NMOS器件高温特性

研究了基于0.18μm部分耗尽型绝缘体上硅(PDSOI)工艺的静电放电(ESD)防护NMOS器件的高温特性。借助传输线脉冲(TLP)测试系统对该ESD防护器件在30~195℃内的ESD防护特性进行了测试。讨论了温度对ESD特征参数的影响,发现随着温度升高,该ESD防护器件的一次击穿电压和维持电压均降低约11%,失效电流也降低近9.1%,并通过对器件体电阻、源-体结开启电压、沟道电流、寄生双极结型晶体管(BJT)的增益以及电流热效应的分析,解释了ESD特征参数发生上述变化的原因。研究结果为应用于高温电路的ESD防护器件的设计与开发提供了有效参考。

采用防Footing效应工艺加工的SOI微加速度计

为了解决深刻蚀绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)材料时存在的横向刻蚀(Footing)效应,在背腔释放SOI微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)工艺基础上,提出并实现了一种改进的利用背面保护电极抑制Footing效应的工艺方案.在SOI圆片上生长SiO2和Si3N4掩模材料并图形化后,背面腐蚀支撑层Si至掩埋层SiO2.去除掩埋层SiO2后,完成正面Al电极和背面保护Al电极的溅射.深反应离子干法刻蚀SOI圆片形成结构,再腐蚀背面Al薄膜完成结构释放.基于该工艺,对结构层厚度为80μm的采用双端固支梁的SOI微加速度计的结构进行设计与仿真、器件加工和最终的性能测试.加速度计在±1 g(g=9.8 m/s2)范围内的灵敏度和非线性度分别为106.7 mV/g和0.1%.实验结果表明,该改进工艺方案可以有效抑制Footing效应对器件结构的损伤,提高加工的可靠性.

SOI MOSFET自加热效应测试方法

为研究自加热效应对绝缘体上硅(SOI)MOSFET漏电流的影响,开发了一种可同时探测20 ns时瞬态漏源电流-漏源电压(Ids-Vds)特性和80μs时直流静态Ids-Vds特性的超快脉冲I-V测试方法。将被测器件栅漏短接、源体短接后串联接入超快脉冲测试系统,根据示波器在源端采集的电压脉冲的幅值计算漏电流受自加热影响的动态变化过程。选取体硅NMOSFET和SOI NMOSFET进行验证测试,并对被测器件的温度分布进行仿真,证实该方法用于自加热效应的测试是准确有效的,能为建立准确的器件模型提供数据支撑。采用该方法对2μm SOI工艺不同宽长比的NMOSFET进行测试,结果表明栅宽相同的器件,栅长越短,自加热现象越明显。

一种振动测量用电容式硅基MEMS加速度计

为了解决目前微电子机械系统(MEMS)加速度计在振动测量领域量程小和振动测量精度低等问题,基于绝缘体上硅(SOI)加工工艺,设计并制作了一款梳齿电容式MEMS加速度计。通过提高工作模态频率和干扰模态频差,提升了加速度计振动环境适应性;加速度计量程达到±50g,非线性度0.2%,横向灵敏度0.17%,分辨率优于0.5mg,体积9 mm×9 mm×2.7 mm,功率损耗30 mW。针对随机振动环境对加速度计的输出精度进行了实验验证,结果表明,MEMS加速度计与标准传感器的输出误差为2.69%,能够满足大部分工程应用需求。

基于SOI CMOS工艺的LVDS驱动器设计

基于绝缘体硅(SOI)0.35μm工艺实现了一款满足IEEE 1596.3和ANSI/TIA/EIA-644工业标准的低压差分信号(LVDS)驱动器芯片。全芯片分为预驱动模块、输出驱动模块、共模反馈模块、使能模块和偏置模块。提出了一种具有低输入电容输出驱动模块电路结构,经仿真验证可有效降低LVDS预驱动模块30%的功耗,同时降低29%的信号延时。芯片利用共模反馈机制控制输出信号的共模电平范围,通过环路补偿保证共模反馈电路的环路稳定性。芯片使用3.3 V供电电压,经Spice仿真并流片测试,输出信号共模电平1.23 V,差分输出电压347 mV,在400 Mbit/s数据传输速率下单路动态功耗为22 mW。

0.13 μm SOI标准单元库抗总剂量辐射的测试验证

基于上海微系统与信息技术研究所0.13μm抗辐射部分耗尽(PD)绝缘体上硅(SOI)互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺标准单元库,设计了一款测试芯片,针对总剂量辐射效应对抗辐射标准单元库的验证方法进行研究。测试芯片主要用于测试标准单元的功能和性能,同时为了满足总剂量辐射测试的试验要求,开发了现场可编程门阵列(FPGA)自动测试平台,用于芯片测试和数据采集工作。试验在模拟空间辐射环境下进行,通过了总剂量150 krad(Si)的辐射测试。测试经过辐射后的芯片,单元功能保持正确,性能变化在10%以内,经过退火处理后,内核(core)电流恢复辐射前的水平。