Yao Jason J.;Chang Keh-Jeng;Chuang Wei-Che;Wang, Jimmy S.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.5
no.4
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pp.255-261
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2005
With the advent of sub-90nm technologies, the system-on-chip (SoC) and system-in-package (SiP) are becoming the trend in delivering low-cost, low-power, and small-form-factor consumer electronic systems running at multiple GHz. The shortened transistor channel length reduces the transistor switching cycles to the range of several picoseconds, yet the time-of-flights of the critical on-chip and off-chip interconnects are in the range of 10 picoseconds for 1.5mm-long wires and 100 picoseconds for 15mm-long wires. Designers realize the bottleneck today often lies at chip-to-chip interconnects and the industry needs a good model to compute the inductance in these parts of circuits. In this paper we propose a new method for extracting accurate equivalent inductance circuit models for SPICE-level circuit simulations of system-on-chip (SoC) and system-in-package (SiP) designs. In our method, geometrical meshes are created and numerical methods are used to find the solutions for the electromagnetic fields over the fine meshes. In this way, multiple-GHz SoC and SiP designers can use accurate inductance modeling and interconnect optimization to achieve high yields.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.8
no.3
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pp.251-263
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2008
In this paper, we report an analytical modeling and 2-D Synopsys Sentaurus TCAD simulation of ion implanted silicon carbide MESFETs. The model has been developed to obtain the threshold voltage, drain-source current, intrinsic parameters such as, gate capacitance, drain-source resistance and transconductance considering different fabrication parameters such as ion dose, ion energy, ion range and annealing effect parameters. The model is useful in determining the ion implantation fabrication parameters from the optimization of the active implanted channel thickness for different ion doses resulting in the desired pinch off voltage needed for high drain current and high breakdown voltage. The drain current of approximately 10 A obtained from the analytical model agrees well with that of the Synopsys Sentaurus TCAD simulation and the breakdown voltage approximately 85 V obtained from the TCAD simulation agrees well with published experimental results. The gate-to-source capacitance and gate-to-drain capacitance, drain-source resistance and trans-conductance were studied to understand the device frequency response. Cut off and maximum frequencies of approximately 10 GHz and 29 GHz respectively were obtained from Sentaurus TCAD and verified by the Smith's chart.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.14
no.4
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pp.443-450
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2014
This paper presents a 20-Gb/s optical receiver circuit fabricated with standard 65-nm CMOS technology. Our receiver circuits are designed with consideration for parasitic inductance and capacitance due to bonding wires connecting the photodetector and the circuit realized separately. Such parasitic inductance and capacitance usually disturb the high-speed performance but, with careful circuit design, we achieve optimized wide and flat response. The receiver circuit is composed of a transimpedance amplifier (TIA) with a DC-balancing buffer, a post amplifier (PA), and an output buffer. The TIA is designed in the shunt-feedback configuration with inductive peaking. The PA is composed of a 6-stage differential amplifier having interleaved active feedback. The receiver circuit is mounted on a FR4 PCB and wire-bonded to an equivalent circuit that emulates a photodetector. The measured transimpedance gain and 3-dB bandwidth of our optical receiver circuit is 84 $dB{\Omega}$ and 12 GHz, respectively. 20-Gb/s $2^{31}-1$ electrical pseudo-random bit sequence data are successfully received with the bit-error rate less than $10^{-12}$. The receiver circuit has chip area of $0.5mm{\times}0.44mm$ and it consumes excluding the output buffer 84 mW with 1.2-V supply voltage.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.1
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pp.12-16
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2009
Current sensing in power semiconductors involves sensing of over-current in order to protect the device from harsh conditions. This technique is one of the most important functions in stabilizing power semiconductor device modules. The sense FET is very efficient method with low power consumption, fast sensing speed and accuracy. In this paper, we have analyzed the characteristics of proposed sense FET and optimized its electrical characteristics to apply conventional 450 V power MOSFET by numerical and simulation analysis. The proposed sense FET has the n-drift doping concentration $1.5{\times}10^{14}cm^{-3}$, size of $600{\um}m^2$ with $4.5\;{\Omega}$, and off-state leakage current below $50{\mu}A$. We offer the layout of the proposed sense FET to process actually. The offerd design and optimization methods are meaningful, which the methods can be applied to the power devices having various breakdown voltages for protection.
For the formation of solder bumps with a fine pitch of 130 ${\mu}m$ on a printed circuit board substrate, low-volume solder on pad (LVSoP) technology using a maskless method is developed for SAC305 solder with a high melting temperature of $220^{\circ}C$. The solder bump maker (SBM) paste and its process are quantitatively optimized to obtain a uniform solder bump height, which is almost equal to the height of the solder resist. For an understanding of chemorheological phenomena of SBM paste, differential scanning calorimetry, viscosity measurement, and physical flowing of SBM paste are precisely characterized and observed during LVSoP processing. The average height of the solder bumps and their maximum and minimum values are 14.7 ${\mu}m$, 18.3 ${\mu}m$, and 12.0 ${\mu}m$, respectively. It is expected that maskless LVSoP technology can be effectively used for a fine-pitch interconnection of a Cu pillar in the semiconductor packaging field.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.78-78
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2007
In semiconductor devices, Cu has been used for the formation of multilevel metal interconnects by the damascene technique. Also lower dielectric constant materials is needed for the below 65 nm technology node. However, the low-k materials has porous structure and they can be easily damaged by high down pressure during conventional CMP. Also, Cu surface are vulnerable to have surface scratches by abrasive particles in CMP slurry. In order to overcome these technical difficulties in CMP, electro-chemical mechanical planarization (ECMP) has been introduced. ECMP uses abrasive free electrolyte, soft pad and low down-force. Especially, electrolyte is an important process factor in ECMP. The purpose of this study was to characterize KOH and $KNO_3$ based electrolytes on electro-chemical mechanical. planarization. Also, the effect of additives such as an organic acid and oxidizer on ECMP behavior was investigated. The removal rate and static etch rate were measured to evaluate the effect of electro chemical reaction.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.12
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pp.192-199
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2001
Chemical mechanical planarization (CMP) has emerged as the planarization technique of choice in both front-end and back-end integrated circuit manufacturing. Conventional CMP process utilize a polyurethane polishing pad and liquid chemical slurry containing abrasive particles. There hale been serious problems in CMP in terms of repeatability and deflects in patterned wafers. Especial1y, dishing and erosion defects increase the resistance because they decrease the interconnection section area, and ultimately reduce the lifetime of the semiconductor. Methods to reduce dishing & erosion have recently been interface hardness of the pad, optimization of the pattern structure as dummy patterns. Dishing & erosion are initially generated an uneven pressure distribution in the materials. These defects are accelerated by free abrasives and chemical etching. Therefore, it is known that dishing & erosion can be reduced by minimizing the abrasive concentration. Minimizing the abrasive concentration by using CeO$_2$is the best solution for reducing dishing & erosion and for removal rate. This paper introduce dishing & erosion generating mechanism and a method fur developing a semi-rigid abrasive pad to minimize dishing & erosion during CMP.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.6
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pp.576-580
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2022
Semiconductor devices have evolved from 2D planar FETs to 3D bulk FinFETs, with aggressive device scaling. Bulk FinFETs make it possible to suppress short-channel effects. In addition, the use of low-k dielectric materials as a vacuum gate spacer have been suggested to improve the AC characteristics of the bulk FinFET. However, although the vacuum gate spacer is effective, correlation between the vacuum gate spacer and the short-channel-effects have not yet been compared or discussed. Using a 3D TCAD simulator, this paper demonstrates how to optimize bulk FinFETs including a vacuum gate spacer and to suppress short-channel effects.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.17
no.4
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pp.49-60
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2010
Semiconductor packages are increasingly moving toward miniaturization, lighter and high performance. Futhermore, packages become thinner. Thin packages will generate serious reliability problems such as warpage, crack and other failures. Reliability problems are mainly caused by the CTE mismatch of various package materials. Therefore, proper selection of the package materials and geometrical optimization is very important for controlling the warpage and the stress of the package. In this study, we investigated the characteristics of the warpage and the stress of several packages currently used in mobile devices such as CABGA, fcSCP, SCSP, and MCP. Warpage and stress distribution are analyzed by the finite element simulation. Key material properties which affect the warpage of package are investigated such as the elastic moduli, CTEs of EMC molding and the substrate. Geometrical effects are also investigated including the thickness or size of EMC molding, silicon die and substrate. The simulation results indicate that the most influential factors on warpage are EMC molding thickness, CTE of EMC, elastic modulus of the substrate. Simulation results show that warpage is the largest for SCSP. In order to reduce the warpage, DOE optimization is performed, and the optimization results show that warpage of SCSP becomes $10{\mu}m$.
For the use of Indirect-conversion CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) detectors for digital x-ray radiography and their better designs, we have theoretically evaluated the spatial-frequency-dependent detective quantum efficiency (DQE) using the cascaded linear-systems transfer theory. In order to validate the developed model, the DQE was experimentally determined by the measured modulation-transfer function (MTF) and noise-power spectrum, and the estimated incident x-ray fluence under the mammography beam quality of W/Al. From the comparison between the theoretical and experimental DQEs, the overall tendencies were well agreed. Based on the developed model, we have investigated the DQEs values with respect to various design parameters of the CMOS x-ray detector such as phosphor quantum efficiency, Swank noise, photodiode quantum efficiency and the MTF of various scintillator screens. This theoretical approach is very useful tool for the understanding of the developed imaging systems as well as helpful for the better design or optimization for new development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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