초록 ▼

□ 연구개요
◦ 4H-SiC 기반의 초소형(Lateral current density: > 200mA/um)과 고감내(HBM: >8kV, MM: >800V)의 특성을 갖는 새로운 구조의 고전압용 ESD 보호소자를 개발하고, 전기적 특성 및 감내특성검증 1.4H-SiC 환경의 ESD 보호 소자의 Snapback 제어 및 SOA 확보를 위한 핵심 원천기술 개발 및 4H-SiC 물성에 적합한 새로운 구조의 ESD 보호소자 개발 2.50V 급 4H-SiC 기반 초소형 ESD 보호소자 개발 및 500V 급 이상의 고전압용 적층형 4H-

□ 연구개요
◦ 4H-SiC 기반의 초소형(Lateral current density: > 200mA/um)과 고감내(HBM: >8kV, MM: >800V)의 특성을 갖는 새로운 구조의 고전압용 ESD 보호소자를 개발하고, 전기적 특성 및 감내특성검증 1.4H-SiC 환경의 ESD 보호 소자의 Snapback 제어 및 SOA 확보를 위한 핵심 원천기술 개발 및 4H-SiC 물성에 적합한 새로운 구조의 ESD 보호소자 개발 2.50V 급 4H-SiC 기반 초소형 ESD 보호소자 개발 및 500V 급 이상의 고전압용 적층형 4H-SiC 기반 ESD 보호소자 개발- Target System Level에 대한 전기적 특성 및 감내 특성 검증

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 4H-SiC 반도체의 높은 동작 전압을 고려하여 단일 50V, 적층형 500V급 이상의 고전압용 ESD 보호 소자를 개발하였고, 열-적 파괴를 동반하는 ESD 방전 모드에서 4H-SiC의 우수한전류구동능력, 고온 특성을 유지하고 4H-SiC의 강력한 Snapback을 효과적으로 제어할 수 있는 새로운 구조의 개발과 4H-SiC 반도체에 최적의 호환성을 제공하기 위해 설계 기법을 통한 ESD Design Window 최적화를 수행하였다. 첫째로, ESD 보호소자의 새로운 구조 개발은 4H-SiC의 우수한 Electron Velocity를 ESD 모드에서 극대화 시킬 수 있도록 Avalanche Injection 매커니즘을 갖는 Typical Current Density가 높은 소자를 기반으로 수행하였고, 4H-SiC에서 기존의 구조들은 실리콘과 비교하여 순방향 전압강하 대비 매우 높은 역방향 항복전압으로 매우 강력한 Snapback이 발생하므로 이를 효율적으로 제어하기 위해 Low Triggering, High Holding과 같은 Snapback Range의 간극을 좁힐 수 있는 기술을 포함하여 적용하였다. 둘째로, ESD Design Window 촤적화의 경우 4H-SiC는 정공의 이동도가 매우 낮으므로 기존의 방식인 기생 BJT(Bipolar Junction Transistor)의 Base 영역을 조절하여 전기적 특성을 최적화시키는 방법은 보호소자의 방전경로를 증가시켜 동적저항을 크게 증가 시킬 수 있으므로 길이 증가를 통한 기생 BJT의 Base 조절은 최소화하고 다음과 같이 4H-SiC물성을 고려하여 보호소자의 ESD 방전 경로의 증가를 최소화하면서 효과적으로 SOA를 확보할 수 있는 기술을 개발하였고 최종적으로는 상기 기술된 기술들의 개발 및 적용을 통해 효과적으로 제어된 Snapback 특성을 갖는 4H-SiC 기반 ESD 보호 소자를 구현하고, 고전압 동작을 하는 4H-SiC 소자 및 IC에 최적의 호환성을제공하기 위해 소자들을 적층형(N-Stack) 으로 구성하여 500V 이상의 고전압 시스템에 최적화 하였다. 트리거 전압과 홀딩전압, 항복전압은 4H-SiC의 증식 인자(Multiplication Factor)와 적층개수(N)에 따라 증가 하였으며, 매우 높은 임계 전계를 갖는 4H-SiC 환경에서도 균일하게 동작시키는 기술을 개발하여 적용 가능하다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
현재 4H-SiC 기반의 ESD 보호소자 기술은 아직 초입 단계로 기술선진국에서도 개발이 거의 이루어지지 못한 상황이다. 본 과제 수행을 통해 4H-SiC 재료의 우수한 고온 특성과 효율을 유지하면서 ESD Design Window에 적합한 새로운 보호 소자를 개발하면, 세계 최초 및 최고 수준의 고성능 ESD 보호기술의 선점과 더불어 차세대 친환경 반도체로 부각되고 있는 SiC 반도체의 생산성 증대와 신뢰성 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 최근 유비쿼터스 멀티미디어 환경이 구축되면서 Radio Frequency/Microwave 등에 사용되는 반도체에 대한 수요 역시 더욱 증가하고 있으며, ESD Clamp는 다기능화 되어가는 시스템 내에서 초고속 클럭 회로와 Interface 되어야 하는 요구도 수용해야 하므로 높은 정전기 내성, 낮은 기생성분을 모두 갖춘 ESD 보호 소자에 대한 요구는 지속적으로 증가하는 추세이다. 우수한 면적효율과 높은 전류밀도를 갖는 4H-SiC물질로 제작된 ESD 보호소자는 이에 대한 획기적인 대안으로도 기대되고 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 개발 기술의 추진 배경 ... 4
• (2) 개발 대상 기술의 개요 ... 4
• (3) 최종 목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 16
• 끝페이지 ... 29