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HOMSEMI 中低壓Power MOSFET 全面升級8英寸 0.18μm Trench工藝
2012/2/15 10:55:04

2011年12月,廣州成啟半導體有限公司宣布,HOMSEMI中低壓MOSFET全面使用8英寸、0.18μm、Trench工藝晶圓。成啟半導體表示,這次產品升級已經過一年準備和試產,將使Power MOSFET的原胞密度提高、RDS(ON)降低、QG降低,提高整機效率,同時獲得更好的成本控制能力,這意味著,HOMSEMI成為國內一線分立功率半導體品牌。

此外,HOMSEMI產品運營總監黎總表示,進一步0.13um工藝已經排入日程,預計在2012年第4季度產出產品。

 

背景資料:

一、8英寸,0.18μm,Trench  POWER  MOSFET工藝介紹。

由于功率半導體器件的發展,許多電子設備的體積變得越來越小而效率卻相應提高。作為功率半導體器件主體之一的功率MOSFET則被廣泛應用于通訊、計算機、汽車和消費電子領域,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,是最常見的半導體材料。按其直徑分為4英寸、6英寸和8英寸,近年發展了16英寸甚至更大規格。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,但要求的材料技術和生產技術更高。

0.18μm是指里面的基本器件,如FET的柵線條的寬度,大致等于導電溝道長度。它代表了光刻工藝所能實現的最小尺寸,整個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。所以相應的長度值代表著工藝平臺,也就是用這個數值表示一種工藝的水平。

Trench MOSFET就是在半導體表面挖出溝槽,使得溝槽的深度達到漂移區,導電溝道是溝槽的側面如圖1(b)所示。

 

                (a)Plannar MOSFET             (b)Trench MOSFET

                 圖1 Plannar MOSFET與Trench MOSFET的基本結構

雖然國內分立器件生產制造企業很多,主流都是使用6英寸,0.35μm ,Plannar(平面)工藝生產晶圓。

 

二、性能特點。

1、提高溝道密度,降低導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通損耗、柵驅動損耗和開關損耗三部分組成。其中導通損耗與導通電阻呈正比;柵驅動損耗,與總的柵電荷呈正比;開關損耗隨上升和下降時間的增大而增大,且三者均隨芯片面積的增大而增大,可用如下的優值因子來衡量

 

 

可見導通電阻和總的柵電荷密度對功耗起著決定性的作用。對于Plannar MOSFET,導通電阻主要由溝道電阻,漂移區電阻和寄生JFET電阻決定,且其寄生JFET電阻隨溝道寬度的減小而指數上升。而Trench MOSFET由于垂直溝道結構的采用,其寄生JFET效應已消失,且與Plannar MOSFET相比可進一步降低單元尺寸,提高溝道密度,因此可大大降低導通電阻。

 

2、MOSFET的閾值電壓表達式為

 

 

可見閾值電壓主要與基區摻雜濃度(p-)、柵氧化層厚度(Toxg)、耗盡層電荷(Qdep)相關。式中前兩項因子對Trench MOSFET和Plannar MOSFET而言相同,而第三項則不同,因為耗盡層電荷與溝道長度有關,兩者的溝道長度表達式為

Plannar MOSFET:  

 

Trench MOSFET:  

 

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

 

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

 

(b)       Trench MOSFET電場分布曲線

圖2 Plannar MOSFET和Trench MOSFET的轉移特性曲線

比較及基本Trench MOSFET結構的電場分布曲線

 

3、輸出特性

由平方率關系(飽和區)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區的消失,使得導通電阻減小,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、應用的優勢:

    在傳統的高頻開關電源應用上,HOMSEMI的TRENCH工藝MOSFET的開關損耗、柵驅動損耗和導通損耗更低,可以使整機溫升下降,可靠性提高。同時更好的高頻特性使用戶能提高開關頻率,縮小整機體積。

    在馬達驅動等中低頻應用方面,HOMSEMI MOSFET更小的RDS(ON),使驅動器能驅動功率更大的馬達。

 

總結: HOMSEMI 中低壓POWER MOSFET使用8英寸,0.18μm,Trench工藝, 具有功率密度高、低導通電阻、低柵電荷、高元胞密度的優點,從而可減小使用時的開關損耗、柵驅動損耗和導通損耗,并獲得更好的成本控制能力,隨著不斷的推廣和普及,必然會帶來應用的輝煌時期。

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