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Diplomarbeit aus dem Jahr 2003 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 2,0, Fachhochschule Düsseldorf (Elektrotechnik, Fraunhofer Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS)), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Als das Ziel dieser Diplomarbeit wurde die Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften der 40V-MOS-Leitungstransistoren festgelegt, die auf der Basis einer 0,6 µm-Technologie mit vertikalen Gräben (Trenchen) am IMS entwickelt wurden.
Insbesondere standen in dem Vordergrund die Ausbeuteprobleme bei dem Gateoxid zu analysieren. Dazu wurden die Varianten des Gateoxidkomplexes, die innerhalb einer Charge durchgeführt wurden, gegenübergestellt und beurteilt. Eins weiteres Hauptziel der Untersuchungen war die auftretenden untypischen Verläufe der Drain-Source-Durchbruchspannung. Hier wurden die möglichen Ursachen des Kennlinie-Verlaufs analysiert und die Verbesserungsmöglichkeiten nachgeprüft. Weiterhin wurden die aktuellen Problemebei den anderen Transistorparametern vermessen und diskutiert.
Im Rahmen der Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften der Bauelementen wurden für die technologische Bewertung die wichtigen Parameter, die Schwellspannung Uth, die Drain-Source-Durchbruchspannung Uds(br)), der Gateleckstrom IGL und der Einschaltwiderstand RDS(on) gemessen und ausgewertet.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Abkürzungen3
1.Einleitung5
2.Theoretische Grundlagen7
2.1Der MOSFET8
2.2Entwicklungsgeschichte der vertikalen Leistungstransistoren9
2.340V-Trench-MOS-Leistungstransistor13
2.3.1Prozess zur Herstellung vertikaler Leistungstransistoren15
2.4Elektrische Eigenschaften von Leistungstransistoren17
2.4.1Einschaltwiderstand RDS(on)17
2.4.2Schwellspannung Uth19
2.4.3Drain-Source-Durchbruchspannung20
2.4.4Gateleckstrom IGL22
3.Messungen an Leistungstransistoren24
3.1Wesentliche Unterschiede zwischen den Transistorstrukturen24
3.1.1Designvariationen25
3.1.2Prozessvarianten28
3.2Messparameter29
3.2.1Messung der Schwellspannung Uth29
3.2.2Messung der Drain-Source-Durchbruchspannung UDS(br)30
3.2.3Messung des Gate-Source-Durchbruchspannung UGS(br)31
3.2.4Messung des Durchlasswiderstand RDS(on)32
3.3Messsysteme33
3.4Versuchsdurchführung mit dem HP-Messgerät37
3.4.1Teil 1:Messung der Trench-Transistoren mit der Oberfläche von 56 mm237
3.4.2Teil 2: Messung der Testinsert-Transistoren38
4.Auswertung39
4.1Untersuchung der Drain-Source-Durchbruchspannung39
4.1.1Untersuchung des Stromanstieges bei dem Drain-Source-Durchbruch39
4.1.2Untersuchung der Schichtdickenvariationen42
4.1.3Untersuchung der Trenchtiefe43
4.1.4Untersuchung der Dicke der Hartmaske43
4.1.5Einfluss der Dicke der Epitaxieschicht auf den Kennlinienverlauf der Durchbruchspannung44
4.1.6Einfluss der Feldringanzahl auf die Drain-Source-Durchbruchspannung45
4.1.7Vorschläge zur Verbesserung der Drain-Source-Durchbruchspannung48
4.2Untersuchung des Gateoxids49
4.2.1Einfluss der Oxidationstemperatur auf die Gate-Source-Durchbruchspannung49
4.2.2Einfluss der Wasserstoffbehandlung auf die Gate-Source-Durchbruchspannung51
4.2.3Vorschläge zur Verbesserung des Gateoxides54
4.3Ausbeute der gemessenen Parameter54
5.Zusammenfassung und Ausblick59
Abbildungsverzeichnis61
Tabellenverzeichnis62
Literaturverzeichnis63
Als das Ziel dieser Diplomarbeit wurde die Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften der 40V-MOS-Leitungstransistoren festgelegt, die auf der Basis einer 0,6 µm-Technologie mit vertikalen Gräben (Trenchen) am IMS entwickelt wurden.
Insbesondere standen in dem Vordergrund die Ausbeuteprobleme bei dem Gateoxid zu analysieren. Dazu wurden die Varianten des Gateoxidkomplexes, die innerhalb einer Charge durchgeführt wurden, gegenübergestellt und beurteilt. Eins weiteres Hauptziel der Untersuchungen war die auftretenden untypischen Verläufe der Drain-Source-Durchbruchspannung. Hier wurden die möglichen Ursachen des Kennlinie-Verlaufs analysiert und die Verbesserungsmöglichkeiten nachgeprüft. Weiterhin wurden die aktuellen Problemebei den anderen Transistorparametern vermessen und diskutiert.
Im Rahmen der Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften der Bauelementen wurden für die technologische Bewertung die wichtigen Parameter, die Schwellspannung Uth, die Drain-Source-Durchbruchspannung Uds(br)), der Gateleckstrom IGL und der Einschaltwiderstand RDS(on) gemessen und ausgewertet.
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1.Einleitung5
2.Theoretische Grundlagen7
2.1Der MOSFET8
2.2Entwicklungsgeschichte der vertikalen Leistungstransistoren9
2.340V-Trench-MOS-Leistungstransistor13
2.3.1Prozess zur Herstellung vertikaler Leistungstransistoren15
2.4Elektrische Eigenschaften von Leistungstransistoren17
2.4.1Einschaltwiderstand RDS(on)17
2.4.2Schwellspannung Uth19
2.4.3Drain-Source-Durchbruchspannung20
2.4.4Gateleckstrom IGL22
3.Messungen an Leistungstransistoren24
3.1Wesentliche Unterschiede zwischen den Transistorstrukturen24
3.1.1Designvariationen25
3.1.2Prozessvarianten28
3.2Messparameter29
3.2.1Messung der Schwellspannung Uth29
3.2.2Messung der Drain-Source-Durchbruchspannung UDS(br)30
3.2.3Messung des Gate-Source-Durchbruchspannung UGS(br)31
3.2.4Messung des Durchlasswiderstand RDS(on)32
3.3Messsysteme33
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3.4.2Teil 2: Messung der Testinsert-Transistoren38
4.Auswertung39
4.1Untersuchung der Drain-Source-Durchbruchspannung39
4.1.1Untersuchung des Stromanstieges bei dem Drain-Source-Durchbruch39
4.1.2Untersuchung der Schichtdickenvariationen42
4.1.3Untersuchung der Trenchtiefe43
4.1.4Untersuchung der Dicke der Hartmaske43
4.1.5Einfluss der Dicke der Epitaxieschicht auf den Kennlinienverlauf der Durchbruchspannung44
4.1.6Einfluss der Feldringanzahl auf die Drain-Source-Durchbruchspannung45
4.1.7Vorschläge zur Verbesserung der Drain-Source-Durchbruchspannung48
4.2Untersuchung des Gateoxids49
4.2.1Einfluss der Oxidationstemperatur auf die Gate-Source-Durchbruchspannung49
4.2.2Einfluss der Wasserstoffbehandlung auf die Gate-Source-Durchbruchspannung51
4.2.3Vorschläge zur Verbesserung des Gateoxides54
4.3Ausbeute der gemessenen Parameter54
5.Zusammenfassung und Ausblick59
Abbildungsverzeichnis61
Tabellenverzeichnis62
Literaturverzeichnis63