硅恒流器件芯片的可制造性设计

摘要

因高端、特种半导体分立器件因集成化及小型化存在技术难度，故仍占有较大的分立器件空间，而成为当今主导分立器件半导体平面工艺制程技术的研究热点。本文完成了一款LED节能模块用恒流半导体器件的芯片级可制造性设计。
　　 本文所研究的硅恒流器件（简称为半导体恒流管或恒流管）是基于N沟道或P沟道场效应结构的二端固定恒流或三端可调恒流器件，通常称其为恒流二极管或恒流三极管。该款恒流器件用于恒流源、稳压源、放大器及LED恒流驱动电路中，可直接驱动负载，实现恒定电流电源的功能。
　　 文章以影响恒流管动态内阻及恒流管温度系数等关键参数的诸多因素为切入点，通过工艺级及器件物理特性级TCAD可制造性分析与设计，引入工艺影响因素与工艺结构参数间的因果关系，以恒流管的诸项参数、特性为基准，完成该款恒流管芯片的结构级、工艺制造级及器件特性级设计优化。
　　 本课题的主要工作为:基于器件特性与工艺结构参数间的连带关系确定该项研究的主攻方向。基于研究方案的确定依次进行了Sentaurus Process工艺级仿真;Sentaurus Structure Editor环境下的网格优化;Sentaurus Device器件物理特性模拟;基于Inspect、Tecplot SV及SentaurusWorkBench完成了该款恒流管的可制造性设计工程，为制程流片奠定了工艺制程的可行性基础。
　　 该项研究工作的核心阶段是基于原理及理论分析之后所确定的可制造性设计方案建立起Sentaurus Process工艺级可制造性设计流程，基于参数的选择及其修正反复使用Sentaurusdevice对恒流管进行器件物理特性级模拟。最后，笔者采用了批处理优化模式对该款恒流管进行了特性曲线及优品率的验证和优化。
　　 结果表明，使用半导体器件可制造性设计工具(TCAD)对该款恒流管所进行的芯片级可制造性设计，精准地获得了十分珍贵的制造级工程方案和器件物理特性、器件伏安特性虚拟测试数据，该项研究所获得的成果具有可操作性，可作为工程批次流片的重要依据。