도시바의 신개발 완전 절연 N-채널 LDMOS 0.13 마이크론 아날로그 전력반도체

도시바(Toshiba)가 부(負) 바이어스 항복전압(BVnb)과 정전기(ESD)에 대한 저항 측도인 HBM 견고성(robustness) 간의 상충관계(trade-off)를 극복하는 완전 절연 N-채널(fully isolated N-channel) LDMOS 기술을 개발했다. 이 성과의 세부내용은 IEEE 후원으로 일본에서 개최된 전력반도체에 관한 국제회의인 ‘2017 전력 반도체 기기 및 IC에 관한 국제 심포지엄(ISPSD: International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs)’에서 보고되었다.
최근 몇 년 동안 완전 절연 N-채널 LDMOS와 높은 BVnb의 자동차용 아날로그 IC 및 전력 IC, 특히 40V 이상의 전압을 지원하는 기기의 수요가 증가하고 있다. 지금까지는 더 높은 BVnb를 달성하려면 HBM 견고성을 확보해야 하는 상충관계가 발생하고, 두 가지 모두를 달성하려면 다이의 기판과 안쪽 면을 전기적으로 절연시키기 위해 다이(die)가 더 커져야 했다. 이는 소형화와 비용 절감 과정의 장애가 되었다. 더욱이 HBM 견고성은 실제로 조립 장치 없이는 측정하기 어려운 변수이기 때문에 HBM 견고성을 측정할 수 있는 변수가 반드시 필요했다.
도시바는 다이 크기를 최소화하면서 HBM 견고성과 BVnb 간의 상충관계를 극복하기 위해 여러 가지 변수를 이용한 2D TCAD 시뮬레이션을 돌려보고 드레인 영역의 전기장(EUD) 최고값에 상응하는 전류 밀도는 HBM 견고성에 따라 달라진다는 점을 발견했다. 다양한 변수 조정을 통해 다이 특성을 최적화하기 위해 EUD를 이용한 결과, 도시바는 25V에서 96V의 정격전압을 얻으면서 HBM 견고성을 향상시키는데 성공을 거두었다. 또한 이는 80V의 완전 절연 N-채널 LDMOS 제품에서 다이 크기를 46% 줄여줌으로써 HBM 견고성 측도인, HBM +/-4kV를 충족시켰다.
도시바는 신기술을 이용해 BiCD-0.13G3 프로세스를 기반으로 하는 기기의 시제품을 생산했고 2018 회계연도 중에 대량 생산에 착수할 계획이며 더 가볍고 더 효율적인 자동차를 실현하는데 기여하고 완전 절연 N-채널 LMMOS를 갖춘 제품의 범위를 넓힘으로써 자동차의 성능을 향상시키는데 전념하고 있다.