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Trench FS IGBT 产品产业化关键技术 成功通过科技成果评价

供稿:中关村中慧先进制造产业联盟 | 2021-12-03

2019年4月28日,依据《中华人民共和国科学技术进步法》《中华人民共和国促进科技成果转化法》《科学技术评价办法》《科技评估管理暂行办法》,北京中关村中企慧联先进制造产业技术联盟在北京组织召开由吉林华微电子股份有限公司的Trench FS IGBT 产品产业化关键技术科技成果评价会。

评价机构严格秉承着科学、客观、公正、独立的原则,聘请中科院院士,北京大学教授黄如、清华大学微电子学研究所副研究员严利人、全球能源互联网研究院有限公司总工程师温家良、中国科学院电工研究所研究员温旭辉、北京工业大学教授冯士维、北京华虹集成电路设计有限责任公司研究员李云岗、中国企业联合会副理事长7位同行专家,组成评价委员会,对该项科技成果进行了评价。评价委员会听取了项目完成单位的技术总结报告,对评价资料进行了审查,经严格质询和充分讨论形成了评价意见。

该项目属于半导体领域,主要研究内容包括产品设计开发、芯片晶圆制造、封装测试、产品应用推广。电力电子技术是重要的基础技术,是现代科学、工业和国防的重要支撑技术,是保证国家实现节能降耗和国家经济安全保障这一长期发展战略的关键技术。高端IGBT、MOSFET等产品的产业化关键技术长期以来一直受到制约,未形成自主可控的核心技术产品;国外对我国航天和国防领域应用的新型高频化、高可靠IGBT器件产品技术进行出口限制,对于国家安全以及经济发展带来了严重的威胁。民品应用上,IGBT产品作为新能源汽车中电机控制部分的核心器件也尤为重要,未来市场空间广阔。

因此,本项目Trench FS IGBT 产业化关键技术的成功开发,将打破国外产品对我国航空航天和国防军工等关系到国家安全的重要领域的垄断局面,彻底摆脱被动地位,对保证国家安全和经济安全具有重要的意义。

技术关键点:

1、首先对IGBT及具有Trench-FS结构IGBT的工艺原理进行分析讨论,然后结合工艺线特点,进行Trench-FS结构IGBT的工艺流程、器件元胞与终端结构设计,其后完成版图并进行流片。所设计的工艺流程为:先进行背面FS层的制作,然后进行正面(元胞、终端)的制作,最后背面的P+注入,金属化。

  2、对所研制的1200V Trench-FS IGBT器件进行了静态参数与动态参数的测试分析。测试结果为:耐压1288V、正向导通压降2.29V、阈值电压6.20V、开启延迟时间51.7ns、开启上升时间46.5ns、关断延迟时间173ns、关断下降时间101ns。该指标和国外同类产品的指标基本一致。 本文的研究成果对推动我国Trench-FS结构IGBT的产业化具有一定的作用,在完善工艺及结构的基础上,提高良率,最终可以很好的形成产品。

主要创新点:

1、通过元胞组合设计和多层光刻的方法实现多阈值 Trench 结构 IGBT 设计,甲请发明专利( IGBT 器件和制造方法,专利申请号为201811560736.9)。该方法有效增加了沟道密度,降低了短路电流,优化了短路时间耐量,提高了器件在整机应用中的可靠性。

2、采用独特的双层外延 FS 层设计技术,有效解决了产品关断波形振荡问题。

3、在背面减薄后,采用四探针测试硅片背面方块电阻( Rs )的方法,控制了 IGBT FS 层的 N 型杂质总量 解决了因外延层浓度及厚度波动带来的 FS 层杂质总量批次性差异的问题和 IGBT 发射结的发射效率一致性差的难题,提升了 TGBT 在并联使用过程中的可靠性。

评价委员会一致同意通过科技成果评价,认为该产品具有自主知识产权,该产品具有自主知识产权,产品的部分性能达到国际先进水平,可以替代国外同类产品,具有显著的社会效益和广阔的应用前景。建议:加大推广力度,满足市场需求。

吉林华微电子股份有限公司是集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体的国家级高新技术企业,公司经科技部、中科院等国家机构认证,被列为国家博士后科研工作站、国家创新型企业、国家企业技术中心、CNAS国家认可实验室。