모터구동 회로 응용을 위한 대전력 전류 센싱 트렌치 게이트 MOSFET

Abstract

본 논문은 전류 센싱 FET가 내장되어 있고 온-저항이 낮으며 고전류 구동이 가능한 트렌치 게이트 고 전력 MOSFET를 제안하고 전기적 특성을 분석하였다. 트렌치 게이트 전력 소자는 트렌치 폭 <TEX>$0.6{\mu}m$</TEX>, 셀 피치 <TEX>$3.0{\mu}m$</TEX>로 제작하였으며 내장된 전류 센싱 FET는 주 전력 MOSFET와 같은 구조이다. 트렌치 게이트 MOSFET의 집적도와 신뢰성을 향상시키기 위하여 자체 정렬 트렌치 식각 기술과 수소 어닐링 기술을 적용하였다. 또한, 문턱전압을 낮게 유지하고 게이트 산화막의 신뢰성을 증가시키기 위하여 열 산화막과 CVD 산화막을 결합한 적층 게이트 산화막 구조를 적용하였다. 실험결과 고밀도 트렌치 게이트 소자의 온-저항은 <TEX>$24m{\Omega}$</TEX>, 항복 전압은 100 V로 측정되었다. 측정한 전류 센싱 비율은 약 70 정도이며 게이트 전압변화에 대한 전류 센싱 변화율은 약 5.6 % 이하로 나타났다. In this paer, low on-resistance and high-power trench gate MOSFET (Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor) incorporating current sensing FET (Field Effect Transistor) is proposed and evaluated. The trench gate power MOSFET was fabricated with <TEX>$0.6{\mu}m$</TEX> trench width and <TEX>$3.0{\mu}m$</TEX> cell pitch. Compared with the main switching MOSFET, the on-chip current sensing FET has the same device structure and geometry. In order to improve cell density and device reliability, self-aligned trench etching and hydrogen annealing techniques were performed. Moreover, maintaining low threshold voltage and simultaneously improving gate oxide relialility, the stacked gate oxide structure combining thermal and CVD (chemical vapor deposition) oxides was adopted. The on-resistance and breakdown voltage of the high density trench gate device were evaluated <TEX>$24m{\Omega}$</TEX> and 100 V, respectively. The measured current sensing ratio and it's variation depending on the gate voltage were approximately 70:1 and less than 5.6 %.