Technologische Teilschritte und Bauelementesimulationen für neuartige PowerMOS Bauelemente. Teilvorhaben. Abschlussbericht für das BMBF Verbundprojekt: Energie-effiziente Leistungsbauelemente für den Spannungsbereich bis 400V - SuperPowerMOS
(Deutsch)
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Die Zielsetzung des Projekts bestand in der ProzessA/erfahrensentwicklung für die Herstellung von PowerMOS-Kompensationsbauelementen für den Spannungsbereich bis 400V. Hierbei stand die Reduzierung des Einschaltwiderstandes zur Erhöhung der Bauelemente-Effizienz im Vordergrund. Es wurden 3 verschiedene Bauelementeansätze untersucht: (1) trenchbasierte SuperPowerMOS Bauelemente nach dem Dual-Gate Prinzip, (2) trenchbasierte SuperPowerMOS Bauelemente nach dem Split-Gate Prinzip, (3) trenchbasierte Super-Junction Bauelemente mittels Epitaxie Für alle drei Ansätze wurden ausführliche Bauelementesimulationen durchgeführt, auf deren Grundlage Maskenlayout und Technologieablauf erstellt wurden. Die technologische Verifikation hat zu ersten Bauelemente-Prototypen geführt. Der Super-Junction Ansatz auf Basis tiefer epitaktisch gefüllter Si-Gräben ist gedacht für die Spannungsklasse > 250 V und schließt somit an die Feldplatten kompensierten Bauelemente für höhere Spannungen an. Im Rahmen des Projekts wurden umfangreiche Simulationen durchgeführt und Layout-Konzepte auf Basis sogenannter Racetrack-Strukturen vor dem Hintergrund der SD-Kompensation sowie trenchbasierter Randabschlüsse untersucht. Für die technologische Umsetzung war es erforderlich neue Prozesse, für die Kompensationsstrukturen bereitzustellen. Hierbei handelt es sich um das Ätzen tiefer Gräben mit speziellem Kantenprofil, die epitaktische Auffüllung dieser Gräben unter kontrollierten Dotierungsbedingungen sowie deren Planarisierung mittels CMP. Für einen Technologiedemonstrator wurden die neuen Prozesse zusammengeführt und hinsichtlich geeigneter Strategien für die Prozessintegration untersucht. Im Hinblick auf die im Gegensatz zur Feldplattenkompensation deutlich geringeren thermo-mechanischen Stresseffekte ist der gewählte Ansatz gut geeignet für Spannungen > 250 V. Auf der Basis der ersten Ergebnisse wird das Verfahren trenchbasierter epitaktischer Kompensationsstrukturen intensiv weiterverfolgt und für Anwendungen höherer Spannungen bereitgestellt.
Technologische Teilschritte und Bauelementesimulationen für neuartige PowerMOS Bauelemente. Teilvorhaben. Abschlussbericht für das BMBF Verbundprojekt: Energie-effiziente Leistungsbauelemente für den Spannungsbereich bis 400V - SuperPowerMOS