半导体

MOSFET工艺平台提升功率器件性能

作者:电子信息产业网来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2013-02-26 09:41我要评论

自工业和信息化部实施“百项技术创新推进计划”以来,坚持扶优扶大扶强的原则,通过集成电路产业研究与开发专项资金(简称研发专项),对国内骨干企业进行了大力支持,有效促进了企业的关键工艺技术创新,推动了集成电路产业快速发展。


为提升我国集成电路制造工艺的技术水平,2010年,工业和信息化部通过研发专项重点支持了上海华虹NEC电子有限公司(简称华虹NEC)“超级结高压大功率MOSFET器件工艺技术”项目,旨在开发新型高压超级结大功率MOSFET工艺技术,大幅提升功率器件的性能指标,降低工艺成本,为器件设计公司提供高性价比、具备竞争优势的高压超级结大功率MOSFET制造工艺平台。华虹NEC作为项目承担单位,一直坚持特色制造工艺发展路线,突破了多项核心关键的工艺技术,产业化取得了良好效果,顺利实现了项目的实施目标。


坚持自主创新 突破核心技术


近年来,随着全球能源需求的不断增长以及环境保护意识的逐步增强,高效、节能产品已逐渐成为半导体市场发展的新趋势。MOSFET是典型的适应高效节能应用需求的半导体功率器件,其技术发展迅速、性能持续提升,对制造工艺提出了越来越高的要求。在业界,传统MOSFET技术的发展一直面临着所谓“硅极限”的限制,即器件导通电阻正比于击穿电压的2.4~2.6次方。要在同样的条件下实现更低导通电阻和更快开关频率的要求,必须考虑新的工艺技术和方法。超级结功率MOSFET以其独有的导通电阻小、低功耗以及相同导通电阻下器件面积小等特点,受到业界的青睐。为此,本项目选择了这一新技术作为大功率MOSFET器件的突破口。


在项目实施过程中,华虹NEC克服重重困难,并加强与科研单位的合作,集中力量成功攻克了三大类关键技术,开发了新型的超级结工艺制程。


一是攻克了深沟槽刻蚀技术与填充单项工艺技术。深沟槽刻蚀填充工艺是超级结大功率MOSFET技术中面临的一个业界难题,此前众多研究人员进行了大量的尝试,然而效果却并不理想。华虹NEC在这个项目的研发过程中,进行了大量的尝试实验,目前已能刻蚀深度达到40微米、宽度小至5微米的深沟槽,并且能将该沟槽成功填充。沟槽的斜度和形貌可以根据需要灵活调整,解决了沟槽的侧面光滑平整度、填充深沟槽的空洞和掺杂浓度均匀性等问题,具备了深沟槽超级结高压MOSFET的基本要求。


二是攻克了电荷平衡技术。电荷平衡技术是超级结技术的基础,只有良好的正负电荷平衡才能实现超级结的理论效果。然而在实际工艺过程中很难监控填入深沟槽中的P型杂质的实际浓度,给控制电荷平衡带来一定难度。


经过努力,华虹NEC找到一套行之有效的办法,掌握了良好的电荷平衡技术,在实现超级结理论效果的同时,进一步优化了产品性能,大幅提高了产品的可靠性。


三是攻克了器件原型设计技术。除了单项工艺技术的开发外,还需依靠器件的原型设计来验证工艺的可行性和可量产性,并通过器件原型来评价该工艺技术所制造产品的动态特性和可靠性。华虹NEC通过与电子科技大学等国内知名高校进行合作,设计了高压超级结大功率器件的原型,以此成功检验了深沟槽型高压超级结大功率MOSFET器件的工艺技术,为实现产业化奠定基础。


建立量产工艺平台 达到国际先进水平


华虹NEC在掌握了核心工艺技术的基础上,不断完善和提升工艺稳定性及可靠性,加快产业化进程,建立了成熟量产的工艺平台。目前该工艺平台已可实现深度35微米、宽度5微米~2微米的深槽产品加工,宽度5微米的工艺已进入批量生产,40微米以上深度的工艺开发取得良好进展,硅填充工艺、背面研削和金属化工艺也不断进步。基于以上工艺加工的产品,其击穿电压和漏电性能都达到了业界先进水平,产品可靠性得到保证。同时,项目正在持续推进研发,进一步优化深槽加工技术,提升工艺平台的竞争力。


在加快技术研发步伐的同时,华虹NEC积极通过专利申请实现对关键工艺自主知识产权的保护。2010年以来,该项目已在国内外申请专利超过100项(其中中国专利90余项,美国专利10余项),在知识产权方面获得了较好积累。


提升我国芯片制造能力 与产业链上下游同步发展


超级结高压大功率MOSFET工艺技术平台的建成,有效提升了国内芯片制造特别是特色制造工艺的技术水平。2011年该工艺平台进入正式量产阶段,截至目前已有13家国内外设计企业利用该工艺平台进行了产品设计,推出了17款单芯片产品。产品平均良率稳定在90%%以上,多个产品已经通过了高温1000小时的可靠性验证,产品各项性能指标达到或优于业界先进水平。


华虹NEC在项目实施过程中,强调工艺研发与器件设计的紧密结合,为上游设计企业提供多元化的服务。在工艺技术研发的同时开发了多种结构的单元以供客户在产品设计中使用;引进测试设备,建立了产品自动化测试和良率统计分析的能力,为客户的产品设计提供有效支撑。上下游企业实现联动发展,对芯片制造能力和器件设计水平的提升均发挥了积极作用。


通过本项目的实施,华虹NEC立足关键工艺技术创新,在先进8英寸生产线上开发了新型超级结高压大功率MOSFET工艺技术,打破了国外企业的垄断,为国内外设计企业提供具备竞争优势的工艺平台。本项目在知识产权积累、人才培养、产学研合作等方面取得了丰硕的成果,经济效益和社会效益显著,成为我国芯片制造工艺进步的典范,对推进国内集成电路产业发展具有重要意义。


 


责任编辑:电子信息产业网
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