[논문]500 V 급 Planar Power MOSFET의 P 베이스 농도 변화에 따른 설계 및 특성 향상에 관한 연구

김권제; 강예환; 권영수

doi:10.4313/jkem.2013.26.4.284

[국내논문] 500 V 급 Planar Power MOSFET의 P 베이스 농도 변화에 따른 설계 및 특성 향상에 관한 연구
A Study About Design and Characteristic Improvement According to P-base Concentration Charge of 500 V Planar Power MOSFET 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.26 no.4, 2013년, pp.284 - 288

김권제 ((주)파워솔루션) , 강예환 ((주)파워솔루션) , 권영수 (동아대학교 나노공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Power MOSFETs(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) operate as energy control semiconductor switches. In order to reduce energy loss of the device during switch-on state, it is essential to increase its conductance. We have experimental results and explanations on the doping profile dependence of the electrical behavior of the vertical MOSFET. The device is fabricated as $8.25{\mu}m$ cell pitch and $4.25{\mu}m$ gate width. The performances of device with various p base doping concentration are compared at Vth from 1.77 V to 4.13 V. Also the effect of the cell structure on the on-resistance and breakdown voltage of the device are analyzed. The simulation results suggest that the device optimized for various applications can be further optimized at power device.

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문제 정의

하지만 이 두 가지 특성은 trade-off 관계를 가지므로 동시에 만족시키기 어렵다[3]. 본 연구에서는 집적도 향상을 위해 셀 크기를 줄이는 500 V급 power MOSFET을 설계하고 시제품을 제작하여 trade-off 전기적 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 공정 시뮬레이터인 TSUPREM4와 디바이스 분석 시뮬레이터인 MEDICI를 이용하여 8.25 ㎛의 셀 크기를 갖는 500 V급 planar power MOSFET의 전기적 특성을 확인하기 위하여 시뮬레이션을 진행하였다. 그 결과 500 V급 이상의 항복전압과 3.
본 논문은 power MOSFET의 전기적 특성 향상을 위한 최적화 구조를 적용함에 있어, 항복전압 특성을 포함한 전기적 특성을 유지하면서 칩 사이즈를 줄일 수 있는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 가능한 최대 도핑량을 기존과 달리하여 switching에서 에너지 손실을 감소시키는 방법을 찾고 그 방법을 통하여 제품 특성의 최적화를 결정하였다.

제안 방법

최적화된 500 V급 planar power MOSFET의 구조에서 집적도 향상을 위해 Epi thickness와 resistivity 를 동일하게 고정시킨 후 셀 크기를 8.25 ㎛에서 6㎛로 감소시켜 동일한 전기적 특성을 갖는 시뮬레이션을 진행하였다. 셀 크기가 감소한 만큼 게이트 크기 또한 감소하기 때문에 최적의 값을 도출하기 위해 gate width와 JFET dose를 변화시켜 시뮬레이션을 진행하였으며 그에 따른 특성을 분석하였다.
25 ㎛에서 6㎛로 감소시켜 동일한 전기적 특성을 갖는 시뮬레이션을 진행하였다. 셀 크기가 감소한 만큼 게이트 크기 또한 감소하기 때문에 최적의 값을 도출하기 위해 gate width와 JFET dose를 변화시켜 시뮬레이션을 진행하였으며 그에 따른 특성을 분석하였다. Gate width가 줄어들수록 JFET영역의 저항이 크게 증가하는 결과를 얻었다.
소자의 채널 형성에 관련 있는 P base dose 실험을 위해 dose를 1e15 ㎠에서 5e15 ㎠까지 변화시켜 설계 시뮬레이션을 진행하였다.
본 논문은 power MOSFET의 전기적 특성 향상을 위한 최적화 구조를 적용함에 있어, 항복전압 특성을 포함한 전기적 특성을 유지하면서 칩 사이즈를 줄일 수 있는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 가능한 최대 도핑량을 기존과 달리하여 switching에서 에너지 손실을 감소시키는 방법을 찾고 그 방법을 통하여 제품 특성의 최적화를 결정하였다. Power MOSFET 시뮬레이션 결과 8.

성능/효과

Gate width가 줄어들수록 JFET영역의 저항이 크게 증가하는 결과를 얻었다. 또한 농도가 증가할수록 온 저항은 감소하지만 항복전압도 감소하는 것을 알 수 있었다. 그에 따른 특성분석 결과를 그림 2에 나타내었다.
표 3은 실험 결과 도출된 파라미터 값이다. P base dose가 증가할수록 문턱전압이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 문턱전압을 너무 낮게 설정하면 목표로 하는 전압보다 낮은 전압에서 턴온된다.
최적화 시뮬레이션 결과를 고려하여 시제품을 제작하였고 SEM 사진 결과를 그림 5에 나타내었다. 그림 5(a)에서 알 수 있듯이 contact 영역 및 poly gate 영역의 범위가 시뮬레이션 목표 값과 동일하게 형성되었다는 것을 알 수 있었다. 그림 5(b)에서는 junction 영역의 형성 및 depletion 영역의 크기를 알 수 있었다.
그림 5(b)에서는 junction 영역의 형성 및 depletion 영역의 크기를 알 수 있었다. 그 결과 소자 동작을 위한 active area가 시뮬레이션 값과 동일하게 형성되었음을 알 수 있었다.
제안된 방법은 가능한 최대 도핑량을 기존과 달리하여 switching에서 에너지 손실을 감소시키는 방법을 찾고 그 방법을 통하여 제품 특성의 최적화를 결정하였다. Power MOSFET 시뮬레이션 결과 8.25 ㎛의 셀 크기를 6 ㎛로 감소하였으며 셀 크기가 감소하였음에도 불구하고 동일한 전기적 특성을 갖는 것을 알 수 있었다. 이는 동일면적에서 net die의 개수가 증가되어 생산가격 절감을 가져 올 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	power MOSFET의 특성 향상을 위해서 어떻게 설계해야 하는가?	그 중 power MOSFET은 높은 입력 임피던스 및 빠른 스위칭 특성으로 모바일기기, 가전제품, 사무기기뿐만 아니라 미래 자동차인 전기 자동차에도 전기적 에너지 제어를 위해 필수적이다 [2]. 앞서 언급한 에너지절감, 즉 power MOSFET의 특성 향상을 위해서는 높은 항복전압을 확보하는 동시에 좋은 전도도를 갖도록 설계해야 한다. 하지만 이 두 가지 특성은 trade-off 관계를 가지므로 동시에 만족시키기 어렵다[3].
	전력반도체 소자는 어디에 사용되는가?	전력반도체 소자는 자동차, 전철 등의 교통기기에서부터 사무기기, 통신기기, 사무용품, 가전제품, 휴대 기기 등 전력 조정 및 출력단 제어가 필요한 모든 전자제품에 사용되는 매우 중요한 반도체 소자이다. 다양한 분야에서 사용되고 있는 전력반도체는 고전압 고전류를 제어하는 전기적 스위치 역할을 하는 반도체 소자로서 전력전자산업이 발달함에 따라 그 중요성이 점점 높아지고 있다.
	전력반도체 중 power MOSFET의 장점은?	특히 최근 에너지 절감과 관련된 기술들이 큰 화두로 떠올라 전력반도체 분야에서도 에너지 절감을 위한 노력이 이루어지고 있다[1]. 그 중 power MOSFET은 높은 입력 임피던스 및 빠른 스위칭 특성으로 모바일기기, 가전제품, 사무기기뿐만 아니라 미래 자동차인 전기 자동차에도 전기적 에너지 제어를 위해 필수적이다 [2]. 앞서 언급한 에너지절감, 즉 power MOSFET의 특성 향상을 위해서는 높은 항복전압을 확보하는 동시에 좋은 전도도를 갖도록 설계해야 한다.

참고문헌 (7)

E. G. Kang and M. Y. Sung, J. KIEEME, 15, 758 (2002).

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T. J. Nam, H. S. Chung, and E. G. Kang, J. KIEEME, 24, 713 (2011).

원문보기 상세보기
M. Alwan, B. Beydoun, K. Ketata, and M. Zoaeter, Microelectronics, 38, 727 (2007).

상세보기
S. M Sze, The Physics of Semicinductior, 2nd ed. (Wiley, New York, 1982) p. 318.
H. Cheng and A. G. Milnes, Solid-State Electron., 25, 1209 (1982).

상세보기
H. Ye, C. W. Lee, J. Raynolds, P. Haldar, M. J. Hennessy, and E. K. Mueller, Cryogenics, 47, 243 (1982).
S. S. Kyoung, J. H. Seo, Y. H. Kim, J. S. Lee, E. G. Kang, and M. Y. Sung, J. KIEEME, 22, 12 (2009).

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