This paper was showed latch up characteristics of super junction power MOSFET by parasitic thyristor according to trench etch angle. As a result of research, if trench etch angle of super junction MOSFET is larger, we obtained large latch up voltage. When trench etch angle was $90^{\circ}$, latch up voltage was more 50 V. and we got 700 V breakdown voltage. But we analyzed on resistance. if trench etch angle of super junction MOSFET is larger, we obtained high on resistance. Therefore, we need optimal point by simulation and experiment for solution of trade off.
Lee, Byeong-Il;Geum, Jong Min;Jung, Eun Sik;Kang, Ey Goo;Kim, Yong-Tae;Sung, Man Young
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권3호
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pp.263-267
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2014
Super junction trench gate power MOSFETs have been receiving attention in terms of the trade-off between breakdown voltage and on-resistance. The vertical structure of super junction trench gate power MOSFETs allows the on-resistance to be reduced compared with conventional Trench Gate Power MOSFETs. The heat release of devices is also decreased with the reduction of on-resistance. In this paper, Lattice Temperature of two devices, Trench Gate Power MOSFET and Super junction trench gate power MOSFET, are compared in several temperature circumstance with the same Breakdown Voltage and Cell-pitch. The devices were designed by 100V Breakdown voltage and measured from 250K Lattice Temperature. We have tried to investigate how much temperature rise in the same condition. According as temperature gap between top of devices and bottom of devices, Super junction trench gate power MOSFET has a tendency to generate lower heat release than Trench Gate Power MOSFET. This means that Super junction trench gate power MOSFET is superior for wide-temperature range operation. When trench etching process is applied for making P-pillar region, trench angle factor is also important component. Depending on trench angle, characteristics of Super junction device are changed. In this paper, we focus temperature characteristic as changing trench angle factor. Consequently, Trench angle factor don't have a great effect on temperature change.
In this paper, effects of the trench angle($\theta$) on the breakdown voltage according to the process parameters of p-base region and doping concentrations of n-drift region in a Trench Gate IGBT (TIGBT) device were analyzed by computer simulation. Processes parameters used by variables are diffusion temperature, implant dose of p-base region and doping concentration of n-drift region, and aspects of breakdown voltage change with change of each parameter were examined. As diffusion temperature of the p-base region increases, depth of the p-base region increases and effect of the diffusion temperature on the breakdown voltage is very low in the case of small trench angle($45\;^{\circ}$) but that is increases 134.8 % in the case of high trench angle($90\;^{\circ}$). Moreover, as implant dose of the p-base region increases, doping concentration of the p-base region increases and effect of the implant dose on the breakdown voltage is very low in the case of small trench angle($45\;^{\circ}$) but that is increases 232.1 % in the case of high trench angle($90\;^{\circ}$). These phenomenons is why electric field concentrated in the trench is distributed to the p-base region as the diffusion temperature and implant dose of the p-base increase. However, effect of the doping concentration variation in the n-drift region on the breakdown voltage varies just 9.3 % as trench angle increases from $45\;^{\circ}$ to $90\;^{\circ}$. This is why magnitude of electric field concentrated in the trench changes, but direction of that doesn't change. In this paper, respective reasons were analyzed through the electric field concentration analysis by computer simulation.
본 논문에서는 Super Juction MOSFET의 우수한 열 특성을 검증하기 위해 도출된 공정 및 설계파라미터를 이용하여 열특성을 분석하였다. 열 특성 중 핵심공정인 Trench 식각 각도에 따른 온도차이, 열 저항, 그 때 흐르는 드레인 전류를 측정하여 전체 소비전력을 분석하였다. 분석한 결과 Trench 식각 각도가 $89.3^{\circ}$ 일 때 온도차와 열 저항 값이 가장 작게 나왔으며, 식각 각도에 따라서 분포는 경향성을 보이지 않았다. 따라서 반복 시뮬레이션과 실험을 통해 최적의 값을 도출해야 되며, 본 측정 결과 최적의 식각 각도는 $89.3^{\circ}$와 $89.6^{\circ}$의 결과를 보였다. 다른 전기적인 특성을 고려하여 최종 식각 각도를 보여야 하며, 열 특성의 우수한 SJ MOSFET이 산업에의 이용을 위해 본 논문의 자료가 충분히 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
Geum, Jongmin;Jung, Eun Sik;Kim, Yong Tae;Kang, Ey Goo;Sung, Man Young
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제9권3호
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pp.843-847
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2014
In Super Junction (SJ) MOSFETs, charge balance is the most important issue of the SJ fabrication process. In order to achieve the best electrical characteristics, such as breakdown voltage and on-resistance, the N-type and P-type drift regions must be fully depleted when the drain bias approaches the breakdown voltage, which is known as the charge balance condition. In conventional charge balance analysis, based on multi-epi process SJ MOSFETs, analytical model has only N, P pillar width and doping concentration parameter. But applying a conventional charge balance principle to trench filling process, easier than Multi-epi process, is impossible due to the missing of the trench angle parameter. To achieve much more superior characteristics of on-resistance in trench filling SJ MOFET, the appropriate trench angle is necessary. So in this paper, modulated charge balance analysis is proposed, in which a trench angle parameter is added. The proposed method is validated using the TCAD simulation tool.
In Super Junction MOSFET, Charge Balance is the most important issue of the trench filling Super Junction fabrication process. In order to achieve the best electrical characteristics, the N type and P type drift regions must be fully depleted when the drain bias approaches the breakdown voltage, called Charge Balance Condition. In this paper, two methods from the fabrication process were used at the Charge Balance condition: Trench angle decreasing process and Bottom implantation process. A lower on-resistance could be achieved using a lower trench angle. And a higher breakdown voltage could be achieved using the bottom implantation process. The electrical characteristics of manufactured discrete device chips are compared with those of the devices which are designed of TCAD simulation.
In this paper, we analyze electrical characteristics of n/p-pillar layer according to trench angle which is the most important characteristics of SJ MOSFET and core process. Because research target is 600 V class SJ MOSFET, so conclusively trench angle deduced 89.5 degree to implement the breakdown voltage 750 V with 30% margin rate. we found that on resistance is $22mohm{\cdot}cm^2$ and threshold voltage is 3.5 V. Moreover, depletion layer of electric field distribution also uniformly distributes.
동토지역에서의 파이프라인 시공 시 계절변화와 그에 따른 지반의 강도변화가 트렌치의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 영국, 러시아, 국내 파이프라인 기준들을 분석하여 직경 30in. 파이프의 트렌치 형상을 도출하였다. 러시아 야쿠츠크(Yakutsk) 지역의 계절별 지반조건에서 횡방향 사면경사($0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$)와 종방향 사면경사($20^{\circ}$, $30^{\circ}$, $40^{\circ}$)에 따른 트렌치의 안정성을 분석하였다. 강도감소법을 이용하여 트렌치와 사면의 안정성 해석을 수행하였다. 그 결과, 사면의 경사가 높을수록 안전율이 낮게 나왔으며 여름철 지반조건에서는 횡방향 사면경사가 $30^{\circ}$일 때 트렌치의 안정성을 확보하기 어려우며 지상으로부터 1m 아래에서 예상 파괴면을 확인하였다. 종방향 사면의 경사가 낮을 때에는 트렌치 부근의 파괴가 일어날 가능성이 높았지만 종방향 사면의 경사가 높을 때에는 트렌치 부근의 파괴 보다는 사면 전체의 파괴가 주를 이루는 것으로 분석되었다. 겨울철 지반조건에서는 지표면의 온도가 영하로 내려가서 지반 공극 내 얼음 발생으로 인하여 점착력이 발생되는 효과가 있어, 특수한 외부 하중이나 급격한 온도변화가 없을 경우에는 트렌치 사면 경사 $0{\sim}40^{\circ}$에서 안전성의 문제는 없을 것으로 판단되었다.
고밀도 유도결합 $Cl_2$ 및 HBr/$Cl_2$ 플라즈마를 이용하여 차세대 반도체 집적회로에 사용가능한 STI(Shallow Trench Isolation)구조에서 trench 식각시 trench etch profile 및 격자손상에 영향을 미치는 공정변수의 효과에 대하여 연구하였다. 식각결과 $Cl_2$만을 사용한 경우에는 trench 식각공정 동안 화학적 측면식각의 증가로 인하여 등방성 식각이 얻어지고 이는 유도입력 전력이 증가하고 바이어스 전압이 감소함에 따라 이의 경향이 증가하였다. 측면식각의 정도는 $Cl_2$에 $N_2$ 및 $O_2$의 첨가에 따라 감소하였다. 순수 HBr을 사용한 경우에 있어서는 Br 라디칼이 Cl 라디칼에 비하여 자발적인 실리콘 식각의 민감도가 감소하여 positive angle의 식각형상이 얻어졌으며 HBr내에 $Cl_2$의 증가에 따라 이방성 식각이 얻어졌 다. 물리적인 격자손상을 투과전자현미경으로 관찰한 결과 <$Cl_2/N_2$및 HBr을 함유한 식각가 스를 사용한 경우에 trench표면에서 결함이 관찰되었다.
This paper was developed and described core-process to implement low on resistance which was the most important characteristics of SJ (super junction) MOSFET. Firstly, using process-simulation, SJ MOSFET optimal structure was set and developed its process flow chart by repeated simulation. Following process flow, gate level process was performed. And source and drain level process was similar to genral planar MOSFET, so the process was the same as the general planar MOSFET. And then to develop deep trench process which was main process of the whole process, after finishing photo mask process, we developed deep trench process. We expected that developed process was necessary to develop SJ MOSFET for automobile semiconductor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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