[00114832]先进智能功率全集成工艺关键技术与应用

该项目属于集成电路芯片制造领域。 全球75%的电能须经过功率电子系统进行转换、传输与应用,智能功率全集成技术可以有效提升电能利用的效率。智能功率全集成工艺是将高压功率器件与低压控制电路集成在同一块晶圆上,其先进功率器件设计技术、智能控制单元集成技术、多维度可靠性提升技术及全集成工艺技术是国际公认的技术难题。2013年前,该类芯片的制备工艺被美欧日垄断,中国几乎100%依赖进口,是亟需突破的集成电路领域“卡脖子”技术。 项目组在国家重大专项等项目的支持下,联合东南大学,历经十余年合作攻关,突破了高低压器件设计、可靠性提升、全集成工艺等关键技术,构建了具有自主知识产权的先进智能功率全集成工艺平台。实现了该类芯片从依赖进口到自主可控、并服务全球的重大转变。主要创新发明如下： 1. 针对先进功率器件设计难题,创建了漂移区的三维电场耐压模型,发明了浅沟槽隔离漂移区结构、阶梯场氧结构及浮层P型环漂移区结构,有效提升了功率器件的电流密度;国内首创源端自对准注入技术和新型源极金属场板RESURF技术,使同类产品版图面积减小30%,器件性能接近硅基功率器件的理论极限值。 2. 针对智能控制单元集成难题,项目首创的数字电路嵌入了高度兼容该工艺的一次或多次读写存储器,并应用于全集成智能功率芯片的控制电路;创新采用I2C和ARM core等数字技术,使全集成芯片带载输出效率提升1%以上,同时还具有强实时监控、高速反馈调整等智能化功能,可以满足特殊应用场景和中高端市场的需求。 3. 针对多维度可靠性提升难题,建立了集成型功率器件静电释放、热载流子、安全工作区等多维度可靠性模型,发明了新型源衬版图结构,使器件抗静电自保护能力提升15%;发明了宽工作电压域LDMOS,在保证击穿电压和导通电阻不变的前提下,将器件安全工作区提升12%,满足工业控制和汽车电子等高端领域的应用需求。 4. 针对全集成工艺难题,首创了高低压栅氧兼容工艺、深阱浅槽隔离工艺及氮化硅MIM电容薄膜致密化工艺,攻克了不同电压档位的功率器件扩展技术、高低压器件隔离技术、高压互联技术、抗闩锁技术等全集成工艺的核心技术难题,构建了国内唯一兼容1.8V~200V宽电压范围的全集成工艺平台。 核心技术已授权美国专利29项,中国发明专利87项,其他地区发明专利21项,在功率顶级会议ISPSD发表论文15篇,在IEEE EDL、TED等标志性期刊发表SCI论文27篇。技术成果达到了国际先进水平,打破了国外垄断,已被三星、小米、OPPO、格力等国内外90余家IC设计和产品公司广泛使用,开创了国内自主知识产权的技术应用于世界级IC设计公司的先河。相关产品广泛应用于物联网、智能家电、工业控制、新能源汽车等领域。基于该项目成果,近两年共生产晶圆35万片,销售额超过8.3亿元,新增利润2.2亿元,为无锡芯朋、杭州杰华特等主要客户带来超过3亿元的芯片销售额。本项目获得2020年度第三届集成电路产业技术创新奖。