功率集成電路兼容技術(shù)的研究.pdf

1、在微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的交叉推動(dòng)下，功率集成電路(PowerIntegrated Circuit，簡(jiǎn)稱PIC)得到迅速的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、電源管理、汽車電子和平板顯示等領(lǐng)域當(dāng)中。特別是近幾年隨著新工藝和新器件的不斷出現(xiàn)，PIC也逐步向PSoC(Power Systemon Chip)方向邁進(jìn)，但是其成本和工藝復(fù)雜度等問(wèn)題始終限制著PIC的進(jìn)一步發(fā)展。因此，開展功率集成電路兼容技術(shù)的相關(guān)研究，開

2、發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的BCD工藝，并研制相應(yīng)的各類功率集成電路仍有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文圍繞著PIC兼容技術(shù)及其研發(fā)的整個(gè)過(guò)程，對(duì)PIC的工藝流程、器件結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)等方面展開了一些深入研究。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)有： 1、提出了適用于超高壓(>500V)單片智能功率IC制造的BCD Z1工藝技術(shù)方案。該工藝方案能將無(wú)外延的雙RESURF結(jié)構(gòu)橫向功率LDMOS器件與PWM低壓控制器兼容在一起，共同組成PWM開關(guān)電源智能功率

3、集成電路。該電路流片結(jié)果表明該LDMOS器件性能良好，擊穿電壓可達(dá)700V左右，低壓PWM開關(guān)電源部分亦工作正常，所有參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。該P(yáng)IC芯片的流片成功(在國(guó)內(nèi)未見(jiàn)同水平報(bào)導(dǎo))，驗(yàn)證了BCD Z1工藝技術(shù)方案的正確性與切實(shí)可行性。 2、提出了適用于高壓(<200V)、低導(dǎo)通電阻的功率IC制造的BCD Z2工藝技術(shù)方案。該工藝方案能將縱向功率VDMOS器件、電平位移電路和低壓控制電路等兼容在一起，共同組成高壓平板顯示器中的

4、高壓驅(qū)動(dòng)集成電路。該工藝流程具有工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、工藝層次少和成本低等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)流片和測(cè)試表明，不僅所有元器件的性能均能達(dá)到預(yù)先設(shè)定的要求，而且該P(yáng)DP顯示掃描驅(qū)動(dòng)IC的功能和性能全部達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。該P(yáng)DP掃描驅(qū)動(dòng)IC的流片成功，也驗(yàn)證了BCD Z2工藝技術(shù)方案的可行性和正確性。 3、為了驗(yàn)證BCD Z2工藝技術(shù)方案的正確性與可行性，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種用于PDP顯示的掃描驅(qū)動(dòng)IC。該掃描驅(qū)動(dòng)IC實(shí)現(xiàn)PDP顯示系統(tǒng)所需求的所有功能，能工作

5、在15～160V高壓下，并具有相當(dāng)大的驅(qū)動(dòng)電流能力。在完成電路設(shè)計(jì)、版圖繪制和驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了流片驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明該掃描驅(qū)動(dòng)IC的所有功能和性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)先設(shè)計(jì)的要求，最大工作頻率達(dá)到20MHz。作為檢驗(yàn)驅(qū)動(dòng)能力的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它的上升沿和下降沿時(shí)間分別為165ns和30ns(高壓電源V<,PP>=90V和負(fù)載C<,L>=200pF情況下)。 4、針對(duì)BCD Z2工藝技術(shù)方案中出現(xiàn)的HV VDMOS器件，為了更好的降低

6、其導(dǎo)通電阻，提出了一種計(jì)算其導(dǎo)通電阻和特征導(dǎo)通電阻的三維解析模型。由于集成VDMOS器件的漏極要從芯片表面引出，其橫向埋層和漏極注入等寄生電阻會(huì)對(duì)導(dǎo)通電阻產(chǎn)生極大的影響，因而這就需要對(duì)VDMOS器件的布局和元胞數(shù)做最優(yōu)化的處理。利用該3D模型，可以很好地預(yù)測(cè)器件元胞布局和漏極接觸邊數(shù)對(duì)特征導(dǎo)通電阻的影響，從而可以計(jì)算出限定面積下達(dá)到最小導(dǎo)通電阻的最佳元胞數(shù)和漏極接觸邊數(shù)以及器件結(jié)構(gòu)布局。 整個(gè)論文圍繞著PIC兼容技術(shù)及其工藝方案

7、實(shí)現(xiàn)這一主線，研究提出了兩種不同PIC類型的BCD工藝技術(shù)方案，并在此基礎(chǔ)上成功研制了兩種相應(yīng)類型的PIC芯片。這兩種工藝技術(shù)方案由于針對(duì)的PIC需求不同，其工藝方案也是截然不同的，以此來(lái)滿足不同PIC對(duì)耐電壓、電流等特殊的需求，這也一定程度上為PIC設(shè)計(jì)者提供了選擇余地。該類芯片的研制成功，一方面意味著可以打破該類芯片只能依賴進(jìn)口的落后局面，另一方面意味著具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓集成電路工藝生產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化也不是不可能的。本文的工作為