功率SOI-LIGBT器件可靠性機(jī)理研究.pdf

1、功率絕緣體上硅的絕緣柵雙極型晶體管(SOI-LIGBT)器件兼有雙極型三極管(BJT)電流能力強(qiáng)和橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管(LDMOS)開關(guān)速度快的雙重優(yōu)勢，是多個(gè)中高壓功率集成電路中的重要功率器件，更是新一代等離子顯示板(PDP)行驅(qū)動(dòng)芯片中的核心器件。然而SOI-LIGBT器件自身面臨的許多可靠性問題卻制約著其進(jìn)一步發(fā)展，可惜的是，目前關(guān)于SOI-LIGBT器件可靠性的研究報(bào)道卻還十分有限，因此，對功率SOI-LIGBT器件可靠性

2、機(jī)理的研究至關(guān)重要。
　　 論文基于新一代等離子顯示板(PDP)中行驅(qū)動(dòng)芯片國產(chǎn)化過程中的核心器件可靠性攻關(guān)需求，重點(diǎn)研究了SOI-LIGBT器件的熱載流子退化特性、靜電/過電泄放(ESD/EOS)響應(yīng)特性、溫度效應(yīng)及槽介質(zhì)耐壓退化等可靠性問題，基于研究結(jié)果提出了高可靠的SOI-LIGBT器件，成功應(yīng)用于PDP行驅(qū)動(dòng)芯片，并通過了國內(nèi)外多家整機(jī)用戶的系統(tǒng)可靠性考核。該芯片目前累計(jì)已銷售超百萬顆。在課題的研究過程中，先后在IEEE

3、TED、IEEETDMR及IEEEISPSD等國內(nèi)外核心期刊和國際會(huì)議上發(fā)表論文十余篇，先后取得授權(quán)發(fā)明專利15項(xiàng)，另申請國家發(fā)明專利10項(xiàng)，國際專利1項(xiàng)。論文取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:
　　 1、研究并揭示了SOI-LIGBT器件在低柵壓高陽極電壓、高柵壓低陽極電壓兩種典型工作應(yīng)力條件下的熱載流子退化機(jī)理及抑制方法。在低柵壓高陽極電壓應(yīng)力條件下，器件熱載流子退化主要為積累區(qū)及其附近場氧區(qū)的熱空穴注入，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻先降后升;在高柵

4、壓低陽極電壓應(yīng)力條件下，器件退化主要為溝道區(qū)的熱電子注入，導(dǎo)致開啟電壓和導(dǎo)通電阻增大。研究還發(fā)現(xiàn)器件陽極下方埋氧化層表面的熱空穴注入會(huì)導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱恼蚱??；谝陨涎芯拷Y(jié)果提出了SOI-LIGBT器件中熱載流子退化的抑制方法，使器件壽命提升近10倍;
　　 2、提出了一套SOI-LIGBT器件熱載流子壽命的建模方法，建立了SOI-LIGBT器件導(dǎo)通電阻的熱載流子壽命模型，模型誤差小于20％。該模型可用于電路級(jí)熱載流子壽命仿真，

5、以預(yù)測全芯片在工作條件下的熱載流子壽命;
　　 3、研究了靜電應(yīng)力下SOI-LIGBT器件在正向阻斷區(qū)、回滯區(qū)、維持區(qū)和二次擊穿區(qū)的響應(yīng)特性，證明了SOI-LIGBT器件在靜電應(yīng)力下具有觸發(fā)電壓低、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，并由此提出了一種同時(shí)滿足高電流密度和高ESD魯棒性要求的SOI-LIGBT器件，電流能力提升12％、ESD魯棒性提升27％;
　　 4、研究了SOI-LIGBT器件在過電應(yīng)力下的擴(kuò)展安全工作區(qū)特性，證明了SO