Оптимизация конструкции охранных колец и удельного сопротивления эпитаксиальной пленки мощного n-канального ДМОП-транзистора

Powerful n-channel DMOS-transistor with drain-source breakdown voltage Uds br value over 800 V and thresh-old voltage from 2 to 5 V was considered in this paper. One or more guard rings are formed on perimeter of such transistor for the breakdown voltage raising. The optimal guard rings construction was described and resistivity value of epitaxial film ρv was determined for obtaining required transistor Uds br value. The regression model was built, with the help of which the most optimal construction variants of guard rings of investigated transistor and resistivity value of epitaxial film, were selected. It was established that the five-dimensional polynomial of second order using as regression model allowed choosing the optimal topological spaces values in the guard rings area and ρv value which made it possible to obtain required Uds br values of the transistor. Experimental values of transistor drain-source breakdown voltage were 876 and 875 V, but calculated values (at identical parameters of definitional regression model) were 874 and 880 V, accordingly, that were errors of 0.23 % and 0.57 %, i. e. made model fits well with experimental data. It was established that ρv makes contribution to breakdown voltages values of the transistor that is more substantial than parameters of guard rings construction. This NDMOS-transistor was manufactured under production conditions of OJSC INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company according to the technological route developed by the author. Such device is used in various electronic devices for energetics, in mobile phones, as part of high-voltage integrated circuits of AC/DC- and DC/DC-converters and high-voltage, high-stable LED-drivers.Рассмотрен мощный n-канальный ДМОП-транзистор с пробивным напряжением сток-исток Uси проб свыше 800 В и пороговым напряжением от 2 до 5 В, по периметру которого при изготовлении часто формируют одно или несколько охранных колец для повышения пробивных напряжений. Описана оптимальная конструкция охранных колец, а также установлено значение удельного сопротивления эпитаксиальной пленки ρv для получения требуемого значения Uси проб транзистора. Построена регрессионная модель, с помощью которой выбраны наиболее оптимальные варианты конструкции охранных колец исследуемого транзистора, и значение ρv, в которой изготавливается прибор. Установлено, что применение пятимерного полинома второго порядка в качестве регрессионной модели дает возможность определить оптимальные значения топологических зазоров в области охранных колец и удельного сопротивления ρv, позволяющие получать требуемые величины Uси проб транзистора. Экспериментальные значения пробивного напряжения сток-исток транзистора составили 876 и 875 В, а расчетные (при одинаковых параметрах построенной регрессионной модели) – соответственно 874 и 880 В, что составило погрешности 0,23 % и 0,57 %, то есть построенная модель дает хорошее согласование с экспериментальными данными. Установлено, что ρ v вносит более существенный вклад в значения пробивных напряжений транзистора, чем параметры конструкции охранных колец. Данный n-канальный ДМОП-транзистор, применяемый в различных электронных устройствах для энергетики, в мобильных телефонах, в составе высоковольтных интегральных микросхем AC/DC- и DC/DC-конвертеров и высоковольтных, высокостабильных LED-драйверов, был изготовлен в условиях производства ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» по разработанному автором технологическому маршруту

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУТ ФОРМИРОВАНИЯ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА СО СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИЕЙ

The improved process flow differs from the known ones in the fact that the same photomask is used for formation of a channel stopper and metal contacts. Such approach has made it possible not only to decrease a number of the used phototomasks but it has also permitted to obtain a device with the required electrical characteristics. The paper presnts results of device and process simulation of bipolar static induction transistor (BSIT) manufactured in accordance with the improved process flow, measuring data of electrophysical parameters of its experimental samples and also comparison of simulation results with experimental data. At present there is a large quantity of software products that permit to perform physico-topological simulation of semiconductor structures. The device-process simulation is considered as a part of such simulation and it allows prior to obtaining experimental samples to determine process flow parameters at which the investigated structure will have necessary electrical parameters and characteristics. Thus the device-process simulation represents a certain “virtual production” for manufacturing semiconductor devices and microcircuits beginning from the startup stage of semiconductor wafer at production site and finishing by electrical characteristics measurements of the obtained structure. The BSIT device simulation being an analog of direct measurements of current-voltage characteristics has been performed with help of program system MOD-1D developed by the author. The BSIT model based on the fundamental system of semiconductor equations is mainly used for calculation of the BSIT current-voltage characteristics direct branch and its parameters and charge carrier recombination is described by Shockley – Read – Hall expression and equation depicting the Auger recombination process.Усовершенствованный маршрут отличается от уже известных тем, что при формировании охранного кольца и металлических контактов используется один и тот же фотошаблон. Это позволило не только сократить количество используемых фотошаблонов, но и получить прибор с требуемыми электрическими характеристиками. Приводятся результаты технологического и приборного моделирования биполярного транзистора со статической индукцией, изготовленного по усовершенствованному маршруту, и данные измерений электрофизических параметров его экспериментальных образцов, а также сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными. На сегодняшний день существует большое количество программных продуктов, позволяющих выполнять физико-топологическое моделирование полупроводниковых структур. Частью такого моделирования является приборно-технологическое, которое еще до получения экспериментальных образцов дает возможность определить, при каких параметрах технологического процесса исследуемая структура будет обладать необходимыми электрическими параметрами и характеристиками. Таким образом, приборно-технологическое моделирование представляет собой некое «виртуальное производство» по изготовлению полупроводниковых приборов и микросхем, начиная от этапа запуска полупроводниковой пластины на производстве и заканчивая измерениями электрических характеристик полученной структуры. В настоящей работе приборное моделирование биполярного транзистора со статической индукцией, являющееся аналогом прямых измерений вольт-амперной характеристики, выполнено с помощью разработанного автором комплекса программ MOD-1D. В основе расчетов прямой ветви вольт-амперной характеристики биполярного транзистора и ее параметров лежит модель, базирующаяся на фундаментальной системе уравнений полупроводника, а процесс рекомбинации носителей заряда описывается выражением Шокли – Рида – Холла и уравнением, отображающим процесс Оже-рекомбинации

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИБОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА СО СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИЕЙ

The results of the bipolar static induction transistor (BSIT) making process flow improvement and its device-process simulation are presented. The process flow improvement have allowed to reduce number of metal intermediate subject copies (MISC) applied at projection photolithography by one and to receive experimental samples of transistor with required electrical characteristic. The BSIT device simulation was performed with using the developed by authors model of transistor and the software package MOD-1D.Приведены результаты усовершенствования технологического маршрута изготовления биполярного транзистора со статической индукцией (БСИТ) и его приборно-технологического моделирования. Усовершенствование маршрута позволило сократить количество металлизированных промежуточных оригиналов (МПО), используемых при проекционной фотолитографии, на один, и получить экспериментальные образцы транзистора с требуемыми электрическими характеристиками. Приборное моделирование БСИТ было выполнено с использованием разработанных авторами модели транзистора и комплекса программ MOD-1D

Моделирование влияния типа эпитаксиальной пленки на электрические характеристики высоковольтных кремниевых диодов

The device-process simulation of the high-voltage silicon diode was performed at its forming in three types of epitaxial film: 1) 17.0SEPh2.0 (silicon doped phosphor of electron type conductivity with the thickness d = 17 μm and resistivity of pv = 2.0 Ohm.sm); 2) 25.0SEPh6.0 (d = 25.0 μm, pv = 6.0 Ohm.sm); 3) 25.0SEPh20.0 (d = 25.0 μm, pv = 20.0 Ohm.sm). Technological process parameters of diode structure making were defined and its design data was calculated for three types of epitaxial film, the comparison of calculated values with typical ones obtained experimentally was carried out. It was determined that the difference between calculated values and typical ones obtained by experiment is not more then ±10%. The device modeling of diode was performed and it was investigated how the thickness and resistivity of epitaxial film influence on structural and electrical features of diode.Приводятся результаты моделирования операций технологического маршрута и электрических характеристик высоковольтного кремниевого диода при изготовлении его в эпитаксиальной пленке трех типов: 17КЭФ2,0 (кремний, легированный фосфором, электронного типа проводимости толщиной d = 17 мкм с удель -ным электрическим сопротивлением ру = 2,0 Ом.см); 25,0КЭФ6,0 (d = 25,0 мкм, ру = 6,0 Ом.см); 25,0КЭФ20,0 (d = 25,0 мкм, ру = 20,0 Ом.см). Проведен расчет таких конструктивных параметров диодной структуры, как толщина остаточного окисла, поверхностное сопротивление, глубина залегания p-n-перехода. Выполнен сравнительный анализ результатов моделирования указанных параметров с их экспериментальными типовыми значениями. Рассчитаны зависимости значений электрического тока диода от прямого и обратного электрических напряжений, прикладываемых к р-n-переходу прибора, для трех типов эпитаксиальной пленки. Исследовано влияние таких параметров эпитаксиальной пленки, как толщина d и удельное электрическое сопротивление, на конструктивные параметры и электрические характеристики диода

IMPROVED PROCESS FLOW FOR FORMATION OF BIPOLAR STATIC INDUCTION TRANSISTOR

The improved process flow differs from the known ones in the fact that the same photomask is used for formation of a channel stopper and metal contacts. Such approach has made it possible not only to decrease a number of the used phototomasks but it has also permitted to obtain a device with the required electrical characteristics. The paper presnts results of device and process simulation of bipolar static induction transistor (BSIT) manufactured in accordance with the improved process flow, measuring data of electrophysical parameters of its experimental samples and also comparison of simulation results with experimental data. At present there is a large quantity of software products that permit to perform physico-topological simulation of semiconductor structures. The device-process simulation is considered as a part of such simulation and it allows prior to obtaining experimental samples to determine process flow parameters at which the investigated structure will have necessary electrical parameters and characteristics. Thus the device-process simulation represents a certain “virtual production” for manufacturing semiconductor devices and microcircuits beginning from the startup stage of semiconductor wafer at production site and finishing by electrical characteristics measurements of the obtained structure. The BSIT device simulation being an analog of direct measurements of current-voltage characteristics has been performed with help of program system MOD-1D developed by the author. The BSIT model based on the fundamental system of semiconductor equations is mainly used for calculation of the BSIT current-voltage characteristics direct branch and its parameters and charge carrier recombination is described by Shockley – Read – Hall expression and equation depicting the Auger recombination process

The impruvement of process flow making bipolar static induction transistor and its device-process simulation

The results of the bipolar static induction transistor (BSIT) making process flow improvement and its device-process simulation are presented. The process flow improvement have allowed to reduce number of metal intermediate subject copies (MISC) applied at projection photolithography by one and to receive experimental samples of transistor with required electrical characteristic. The BSIT device simulation was performed with using the developed by authors model of transistor and the software package MOD-1D

Device-process simulation of silicon diode structures by various parameters of epitaxial film

The results of simulation of diode technological fabrication process and its electric characteristics for the cases of using next epitaxial film types: 1) 17.0SEPh2.0; 2) 25.0SEPh6.0; 3) 25.0SEPh20.0 are presented in this article. The calculation values of diode structure design parameters, threshold and breakdown characteristics and respective voltage values were received for three epitaxial film types. The calculated results are well matched with the experimental data.Белорусский Республиканский Фонд Фундаментальных Исследовани

The impruvement of process flow making bipolar static induction transistor and its device-process simulation

Приведены результаты усовершенствования технологического маршрута изготовления биполярного транзистора со статической индукцией (БСИТ) и его приборно-технологического моделирования. Усовершенствование маршрута позволило сократить количество металлизированных промежуточных оригиналов (МПО), используемых при проекционной фотолитографии, на один, и получить экспериментальные образцы транзистора с требуемыми электрическими характеристиками. Приборное моделирование БСИТ было выполнено с использованием разработанных авторами модели транзистора и комплекса программ MOD-1D. The results of the bipolar static induction transistor (BSIT) making process flow improvement and its device-process simulation are presented. The process flow improvement have allowed to reduce number of metal intermediate subject copies (MISC) applied at projection photolithography by one and to receive experimental samples of transistor with required electrical characteristic. The BSIT device simulation was performed with using the developed by authors model of transistor and the software package MOD-1D

The impruvement of process flow making bipolar static induction transistor and its device-process simulation

Приведены результаты усовершенствования технологического маршрута изготовления биполярного транзистора со статической индукцией (БСИТ) и его приборно-технологического моделирования. Усовершенствование маршрута позволило сократить количество металлизированных промежуточных оригиналов (МПО), используемых при проекционной фотолитографии, на один, и получить экспериментальные образцы транзистора с требуемыми электрическими характеристиками. Приборное моделирование БСИТ было выполнено с использованием разработанных авторами модели транзистора и комплекса программ MOD-1D. The results of the bipolar static induction transistor (BSIT) making process flow improvement and its device-process simulation are presented. The process flow improvement have allowed to reduce number of metal intermediate subject copies (MISC) applied at projection photolithography by one and to receive experimental samples of transistor with required electrical characteristic. The BSIT device simulation was performed with using the developed by authors model of transistor and the software package MOD-1D