고전압 전력반도체 소자 구현을 위한 확산 공정 최적화에 대한 연구 = A study on process optimization of diffusion process for realization of high voltage power devices

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The demand for high-voltage power devices is rising in various industries, but especially in the transportation industry due to autonomous driving and electric vehicles. IGBT module parts of 3.3 kV or more are used in the power propulsion control device of electric vehicles, and the procurement of these parts for new construction and maintenance is increasing every year. In addition, research to optimize high-voltage IGBT parts is urgently required to overcome their very high technology entry barrier. For the development of high-voltage IGBT devices over 3.3 kV, the resistivity range setting of the wafer and the optimal conditions for major unit processes are important variables. Among the manufacturing processes to secure the optimal junction depth, the optimization of the diffusion process, which is one step of the unit process, was examined. In the diffusion process, the type of gas injected, the injection time, and the injection temperature are the main variables. In this study, the range of wafer resistance (Ω cm) was set for the development of high voltage IGBT devices through unit process simulation. Additionally, the well drive in (WDR) condition optimization of the diffusion process according to temperature was studied. The junction depth was 7.4 to7.5 ㎛ for a ring pattern width of 23.5 to25.87 ㎛, which can be optimized for supporting 3.3 kV high voltage power devices.

국문 초록 (Abstract)

고전압 전력반도체의 수요는 산업의 전반에 걸쳐 증가하고 있는 추세이며, 특히 자율주행이나 전기자동차와 같은 교통 수단에 이용되는 경우 전동차의 동력 추진 제어 장치에 3.3 kV 이상의 IGBT 모듈 부품이 사용되고 있으며, 전동차의 신설과 유지관리에 따른 부품의 조달이 매년 증가하고 있다. 게다가 기술 진입 장벽이 매우 높은 기술로서 해당 산업계에서는 고전압IGBT부품의 최적화 연구가 절실히 요구되고 있다. 3.3 kV 이상 고전압 IGBT 소자 개발을 위해 웨이퍼의 비저항 범위 설정과주요 단위 공정의 최적 조건이 중요한 변수이며, 높은 항복 전압을 위한 핵심 기술로 junction depth의 확보가 무엇보다 중요하다. 최적의 junction depth를 확보하기 위한 제조 공정 중에서 단위 공정 중 한 단계인 확산 공정의 최적화를 살펴보았다. 확산공정에서는 주입되는 가스의 종류와 시간 그리고 온도가 주요 변수이다. 본 연구에서는 단위 공정의 시뮬레이션을 통하여 고전압 IGBT 소자 개발을 위한 웨이퍼 저항의 (Ω ㎝) 범위를 설정하고, 확산 공정의 온도에 따른 확산 공정의 WDR(Well drive in) 조건 최적화에 대하여 연구한 결과 링 패턴의 width 23.5 ~ 25.87 ㎛에 대하여 junction depth는 7.4 ~ 7.5 ㎛를 얻어 3.3 kV 고전압 전력반도체 지지에 최적화할 수 있었다.

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