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HOMSEMI中低壓MOSFET全面升級(jí)8英寸0.18μm Trench工藝

發(fā)布時(shí)間:2012-02-13 來(lái)源:廣州成啟半導(dǎo)體有限公司

新聞事件:

  • HOMSEMI中低壓MOSFET全面使用8英寸0.18μm Trench工藝晶圓

事件影響:

  • Power MOSFET的原胞密度提高、RDS(ON)降低、QG降低
  • 整機(jī)效率提高,成本控制能力更好
  • HOMSEMI成為國(guó)內(nèi)一線分立功率半導(dǎo)體品牌


2011年12月,廣州成啟半導(dǎo)體有限公司宣布,HOMSEMI中低壓MOSFET全面使用8英寸、0.18μm、Trench工藝晶圓。成啟半導(dǎo)體表示,這次產(chǎn)品升級(jí)已經(jīng)過一年準(zhǔn)備和試產(chǎn),將使Power MOSFET的原胞密度提高、RDS(ON)降低、QG降低,提高整機(jī)效率,同時(shí)獲得更好的成本控制能力,這意味著,HOMSEMI成為國(guó)內(nèi)一線分立功率半導(dǎo)體品牌。

此外,HOMSEMI產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)總監(jiān)黎總表示,進(jìn)一步0.13um工藝已經(jīng)排入日程,預(yù)計(jì)在2012年第4季度產(chǎn)出產(chǎn)品。

背景資料:
一、8英寸,0.18μm,Trench  POWER  MOSFET工藝介紹

由于功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展,許多電子設(shè)備的體積變得越來(lái)越小而效率卻相應(yīng)提高。作為功率半導(dǎo)體器件主體之一的功率MOSFET則被廣泛應(yīng)用于通訊、計(jì)算機(jī)、汽車和消費(fèi)電子領(lǐng)域,并且是分立器件和智能功率集成電路(SPIC)中的重要組成部分。

晶圓:即單晶硅圓片,由普通的硅沙拉制提煉而成,是最常見的半導(dǎo)體材料。按其直徑分為4英寸、6英寸和8英寸,近年發(fā)展了16英寸甚至更大規(guī)格。晶圓越大,同一圓片上可安排的集成電路就越多,成本可降低,但要求的材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)更高。

0.18μm是指里面的基本器件,如FET的柵線條的寬度,大致等于導(dǎo)電溝道長(zhǎng)度。它代表了光刻工藝所能實(shí)現(xiàn)的最小尺寸,整個(gè)器件沒有比它更小的尺寸,又叫Feature Size。 FS不同,則其他的淀積、刻蝕等工藝水平也不同。所以相應(yīng)的長(zhǎng)度值代表著工藝平臺(tái),也就是用這個(gè)數(shù)值表示一種工藝的水平。

Trench MOSFET就是在半導(dǎo)體表面挖出溝槽,使得溝槽的深度達(dá)到漂移區(qū),導(dǎo)電溝道是溝槽的側(cè)面如圖1(b)所示。


(a)Plannar MOSFET             (b)Trench MOSFET
圖1 Plannar MOSFET與Trench MOSFET的基本結(jié)構(gòu)

雖然國(guó)內(nèi)分立器件生產(chǎn)制造企業(yè)很多,主流都是使用6英寸,0.35μm ,Plannar(平面)工藝生產(chǎn)晶圓。

二、性能特點(diǎn)

1、提高溝道密度,降低導(dǎo)通電阻和總的柵電荷密度
功率器件在高頻下工作總的功耗主要有導(dǎo)通損耗、柵驅(qū)動(dòng)損耗和開關(guān)損耗三部分組成。其中導(dǎo)通損耗與導(dǎo)通電阻呈正比;柵驅(qū)動(dòng)損耗,與總的柵電荷呈正比;開關(guān)損耗隨上升和下降時(shí)間的增大而增大,且三者均隨芯片面積的增大而增大,可用如下的優(yōu)值因子來(lái)衡量


可見導(dǎo)通電阻和總的柵電荷密度對(duì)功耗起著決定性的作用。對(duì)于Plannar MOSFET,導(dǎo)通電阻主要由溝道電阻,漂移區(qū)電阻和寄生JFET電阻決定,且其寄生JFET電阻隨溝道寬度的減小而指數(shù)上升。而Trench MOSFET由于垂直溝道結(jié)構(gòu)的采用,其寄生JFET效應(yīng)已消失,且與Plannar MOSFET相比可進(jìn)一步降低單元尺寸,提高溝道密度,因此可大大降低導(dǎo)通電阻。
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2、MOSFET的閾值電壓表達(dá)式為 


可見閾值電壓主要與基區(qū)摻雜濃度(p-)、柵氧化層厚度(Toxg)、耗盡層電荷(Qdep)相關(guān)。式中前兩項(xiàng)因子對(duì)Trench MOSFET和Plannar MOSFET而言相同,而第三項(xiàng)則不同,因?yàn)楹谋M層電荷與溝道長(zhǎng)度有關(guān),兩者的溝道長(zhǎng)度表達(dá)式為


由于Plannar MOSFET中的溝道是由橫向結(jié)深之差形成,所以同樣結(jié)深時(shí)Trench MOSFET的溝道長(zhǎng)度比Plannar MOSFET的溝道長(zhǎng)度大,從而形成了Trench MOSFET耗盡層電荷多,開啟電壓較大的結(jié)果,如圖2(a)所示。


(a) Plannar MOSFET和Trench MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線

(b) Trench MOSFET電場(chǎng)分布曲線
圖2 Plannar MOSFET和Trench MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線比較及基本Trench MOSFET結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布曲線

3、輸出特性
由平方率關(guān)系(飽和區(qū))可知源漏電流與閾值電壓成反比,相比之下盡管Trench MOSFET的開啟電壓較大,但是Trench MOSFET的輸出電流仍然大于Plannar MOSFET。這是由于Trench MOSFET中寄生JFET區(qū)的消失,使得導(dǎo)通電阻減小,間接增大了源漏輸出電流,從而使得Trench MOSFET有較大的電流處理能力。

三、應(yīng)用的優(yōu)勢(shì):

在傳統(tǒng)的高頻開關(guān)電源應(yīng)用上,HOMSEMI的TRENCH工藝MOSFET的開關(guān)損耗、柵驅(qū)動(dòng)損耗和導(dǎo)通損耗更低,可以使整機(jī)溫升下降,可靠性提高。同時(shí)更好的高頻特性使用戶能提高開關(guān)頻率,縮小整機(jī)體積。

在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等中低頻應(yīng)用方面,HOMSEMI MOSFET更小的RDS(ON),使驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)功率更大的馬達(dá)。

總結(jié):

HOMSEMI 中低壓POWER MOSFET使用8英寸,0.18μm,Trench工藝, 具有功率密度高、低導(dǎo)通電阻、低柵電荷、高元胞密度的優(yōu)點(diǎn),從而可減小使用時(shí)的開關(guān)損耗、柵驅(qū)動(dòng)損耗和導(dǎo)通損耗,并獲得更好的成本控制能力,隨著不斷的推廣和普及,必然會(huì)帶來(lái)應(yīng)用的輝煌時(shí)期。

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