1 / 69 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. 最近の車の電子化と車載部品の信頼性 株式会社デンソー デバイス開発部 岩森則行 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 目次 2 / 69 会社概要 車載半導体のモチベーション 車載半導体への要求 弊社の車載半導体前工程への取組み デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Corporate Profile ※このスライドは未配布 3 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Main Products 4 / 69 Environment Comfort Gasoline engine management system, diesel engine management system, hybrid and electric vehicle components, starter, alternator, radiator, etc. Car air conditioning system, air conditioner for buses, air purifier, etc. Safety Convenience Sensing technologies for driving assist systems, actuator & computer for antilock brake system (ABS) / electronic stability control (ECS), adaptive front-lighting system (AFS), airbag sensors & electronic control units, periphery monitoring system, instrument cluster, rain sensor for automatic windshield wiper, etc. Car navigation system, electronic toll collection system (ETC), remote security system, remote touch controller, smart key, advanced vehicle operation system (AVOS), etc. デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Electronics device products Sensor Sensor 5 / 69 MIC MIC ASIC (CMOS, Bipolar, BCD) Pressure Magnetic G, Yaw Optical u-Com Power device MAPS Si wafer G ＰＱＦＰ ＱＦＰ Speed High P Optical IC Reg. Controller Regulator etc. Motor Controller HIC HIC Head light Controller InIn-OEL OEL ＳＯＰ Center Meter Power Card for HEV Display Display デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 目次 6 / 69 会社概要 車載半導体のモチベーション 車載半導体への要求 弊社の車載半導体前工程への取組み デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 世界自動車生産台数の推移 7 / 69 8000 年率 約２％ 7000 6000 数量 （万台/年） 5000 4000 3000 2000 1000 0 2003 2005 2010 年度 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車用エレクトロニクス 「環境」「安全」「快適・利便」 8 / 69 ④ＩＴＳ ①パワートレイン制御 ②安全走行制御 ③ボディ制御 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車エレクトロニクス ニーズ・システム例① ■「環境」： 排ガス規制（世界動向） 9 / 69 ■「環境」： コモンレールシステム ・燃料の高圧化 ・燃料噴射の多段化・・・ ・エンジンＥＣＵで電子制御 出展： 日経ＢＰ ｵｰﾄﾓｰﾃｨﾌﾞ･ﾃｸﾉﾛｼﾞｰ 2003. 出展 http://www.denso.co.jp/CARPARTS/japan/index.html デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車エレクトロニクス ニーズ・システム例② ■「安全」： 自動車事故の推移（日本） 10 / 69 ■「安全」： 車両安定性制御 （ＶＳＣ※：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ） [指数] ※Vehicle Stability Controlはトヨタ自動車の呼称 250 重度後遺障害者 200 死傷者 150 100 事故件数 死者数 50 ・各種センサで車両横滑りなど検知 （加速度、ヨーレート、車輪速等） ・ＶＳＣ ＥＣＵで電子制御 出展： http://www.mlit.go.jp/jidosha/anzen/shou/01sinnkoku/01.html 出展 http://www.denso.co.jp/CARPARTS/japan/index.html デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車エレクトロニクス ニーズ・システム例③ ■「安全」「利便」： 周辺監視 レーンキープ ナイトビジョン 11 / 69 ■「利便」： インターネットＩＴＳ パーキングアシスト 車線変更警告 出展： 日経ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ2003.8.4 ・どんな車も、いつでも、どこでも インターネットにつながり、 サービス享受できる社会基盤 出展： ﾃﾞﾝｿｰﾃｸﾆｶﾙﾚﾋﾞｭｰVol6.1 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車エレクトロニクス ニーズ・システム例④ 12 / 69 ①ＥＣＵの増加： 高級車で～１００個 ②軽量化 ： ワイヤーハーネス重量～数１０ｋｇ （０.数ｋｍ/Ｌ） 車内ネットワーク化進展 車外情報系 100M （ナビ・TV・ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ・遠隔操 作） データ転送速度（bps） MOST 10M FlexRay HS CAN 通信I/F 通信I/F 通信I/F G/W PTM・ENG ECB 通信I/F G/W CAN 通信I/F ECT ＬＩN 車両統合制御 通信I/F 通信I/F STR DSS 通信I/F 通信I/F ｽﾏｰﾄ ｽﾏｰﾄ ｱｸﾁｭｴｰﾀ ｱｸﾁｭｴｰﾀ 通信I/F 通信I/F 通信I/F A/C AFS ﾒｰﾀ 通信I/F ABG ﾎﾞﾃﾞｰ系 通信I/F J/B 10K 通信I/F 制御系 通信I/F 250K 情報系 （オーディオ・DISP・カメ ラ） 高速制御系 通信I/F 500 K 車内情報系 通信I/F ﾌﾛﾝﾄ ｺﾝﾄﾛｰﾗ 通信I/F 通信I/F ドア ﾊﾟﾜｼｰﾄ 通信I/F 通信I/F 通信I/F 通信I/F ｳｨﾝﾄﾞｳ ミラー ﾄﾞｱ・ﾛｯｸ シート 通信I/F S/R 通信I/F 通信I/F 通信I/F ﾁﾙﾃﾚ 用品 低速ﾎﾞﾃﾞｰ系 ・・・・ デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車用 半導体デバイスの主な分類 13 / 69 ■例： エンジン制御システム CPU メモリ タイマー 通信ＩＣ アクチュエータ ③パワーデバイス I/O アクチュエータ ①マイコン ③パワーデバイス A/D 変 換 回 路 出力処理 回路 ②センサー 入力処理 回路 スイッチ 入力処理 回路 ②センサー 電源回路 ＥＣＵ ＥＣＵ機能ブロック図 ④その他周辺IC デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ① マイコン微細化 14 / 69 ２ 16ﾋﾞｯﾄ （25MHz） 1 最小加工寸法 １６M 民生マイコン 車載マイコン DRAM 32ﾋﾞｯﾄ (60MHz) ①マイコン ６４M 32ﾋﾞｯﾄ (200MHz) 32ﾋﾞｯﾄ (500MHz) 256M um 0.1 90 95 00 05 10 出展：2001年以降はITRSロードマップ01年版 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ② センサ・バリエーション ﾌﾛﾝﾄｴｱﾊﾞｯｸﾞｾﾝｻ ｻｲﾄﾞｴｱﾊﾞｯｸﾞｾﾝｻ 後方ﾓﾆﾀｰ 15 / 69 バックｿﾅｰｾﾝｻ ｺｰﾅｰｿﾅｰｾﾝｻ ｾﾝﾀｰｴｱﾊﾞｯｸﾞｾﾝｻ（ＥＣＵ） 運転支援 半導体式センサ 乗員保護 エンジン制御 吸気圧ｾﾝｻ ﾉｯｸｾﾝｻ 吸気温ｾﾝｻ 水温ｾﾝｻ ｴｱｰﾌﾛｰﾒｰﾀ ｸﾗﾝｸ角ｾﾝｻ ｶﾑ角ｾﾝｻ A/Fｾﾝｻ O ｾﾝｻ ２ 運転支援 前方カメラ、レインｾﾝｻ ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞﾓﾆﾀｰ ﾀﾝｸ内圧ｾﾝｻ ｽﾛｯﾄﾙﾎﾟｼﾞｼｮﾝｾﾝｻ 燃焼圧ｾﾝｻ ﾚｰﾀﾞｰｾﾝｻ 燃料圧ｾﾝｻ 危険回避 ブレーキ圧ｾﾝｻ ｽﾃｱﾘﾝｸﾞｾﾝｻ ﾖｰﾚｰﾄｾﾝｻ ｽﾛｯﾄﾙ開度ｾﾝｻ ﾌﾞﾚｰｷﾍﾟﾀﾞﾙｾﾝｻ AT回転ｾﾝｻ 車輪速ｾﾝｻ ﾀｲﾔ空気圧ｾﾝｻ デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ③ パワーデバイス ～ ～ 50 ﾗｼﾞｺﾝ等の ﾓｰﾀ駆動 ﾊﾟﾜｰｽﾃｱﾘﾝｸﾞ、 4WSｼｽﾃﾑetc. 16 / 69 ｲﾝﾊﾞｰﾀ（主機、補機） 電流定格 [A] 無停電電源装置 20 ｽｲｯﾁﾝｸﾞ電源 10 ｽｲｯﾁﾝｸﾞ電源 ｲﾝﾊﾞｰﾀ照明 5 ﾊﾞｯﾃﾘ、 機器電源 ACｱﾀﾞﾌﾟﾀ ｶﾗｰﾓﾆﾀ 高圧回路 DC48V入力電源、 ｶﾗｰﾓﾆﾀｺﾝﾀﾞﾝｻ切り替えSW 30 60 100 200 500 900 1400 電圧定格 [V] デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ＨＶを取り巻く環境 17 / 69 ◆市場環境の変化 ： 「環境規制・強化」、「資源・高騰懸念」 ⇒消費動向の変化 ◆開発動向 ： 普及に向けたフェーズ ニーズ ・ＨＶのうれしさ ・ＨＶのうれしさ ・車としての楽しさ ・車としての楽しさ ・選択肢の提供 ・選択肢の提供 ：車両コスト ：車両コスト － － 燃費 燃費 ：動力性能の向上 ：動力性能の向上 ：様々な車種への対応 ：様々な車種への対応 出力密度UP 高出力化 高出力化 ＰＣＵ：Power ＰＣＵ：Power Control Unit 50 よりコンパクトに 40 よりパワフルに 出力密度 ［kVA/L］ ◆ ＰＣＵの出力密度 小型化 小型化 30 20 10 2004 2005 2006 出力密度ＵＰ ⇒ 放熱性能を向上 2007 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ＨＶの構成例 18 / 69 ：エレクトロニクス製品 アクセルポジション センサ エンジン Eng.- ECU 主機ＭＧ MG- ECU 電動 エアコンシステム HEV- ECU 主機インバータ DC-DC コンバータ 高電圧リレ ー 電池監視ユニット 電流センサ メインバッテリー 補機バッテリー デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車に使用されるシリコンウェハ ※このスライドは未配布 19 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Power device for HV（弊社事例） Power Control Unit （in TOYOTA LS600 ｈ） Single side cooling (other company) 20 / 69 Double side cooling (DENSO) Ｒｔｈ（max）＝0.45K/W Ｒｔｈ（max）＝0.20K/W Conductive Spacer Power Chips (FS-IGBT, FWD) Heat Spreader (Lead Frame) Power Card Power density (a.u.) Heat Spreader (Lead Frame) ＤＮ 100 （ＳｉＣ） 10 other Commercial inverter 1 1995 2000 05 10 15 20 year デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ④ ＥＣＵ周辺ＩＣ例（弊社事例） ■ ＥＣＵの周辺ＩＣ 21 / 69 ■ 特徴 ・センサ等の信号入力処理、ＡＤ変換・・・ ・ＣＭＯＳ、Ｂｉｐ、ＢｉＣＭＯＳ、ＢｉＣＤＭＯＳ・・・ ・出力制御（プリドライバ、ドライバ）、車内通信・・・ ・ＥＣＵ小型化を左右（カスタムＩＣ化） ・電源・・・ ■ ＤＮ例：ボデーＥＣＵの周辺統合ＩＣ （ＢｉＣＤＭＯＳプロセス） 昇圧回路 デジタル入力(14ch） ダイアグ機能付パワーMOS (400ｍA 2ch,500mA 1ch) アナログ入力（2ch） 出力波形制御 高精度電源 ロジック ダイアグ機能付パワーMOS (30ｍA 6ch) DC/DC制御 5V電源、3V電源 ダイアグ機能付パワーMOS (400ｍA 4ch) 時計 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 目次 22 / 69 会社概要 車載半導体のモチベーション 車載半導体への要求 弊社の車載半導体前工程への取組み デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車用半導体への要求 Tj Environment Quality 振動 静電気 湿度 Field 不良率 寿命 Cost Delivery 供給 ｻﾝﾌﾟﾙ 23 / 69 Automobile Consumer -４０～１７５ (２００) ℃ ０～１２５ ℃ ５０ G ５G １５～２５ ｋV（ＥＣＵ） ２ ｋＶ（ＨＢＭ） ９５％ ４０～８０％ ～１ ｐｐｍ※ ～２００ ｐｐｍ ２０ 年 １０ 年 Low Low １０ 年～ １.５～２ 年 車両生産の３年前 ～１年前 ※ 不良発生時の対応力 （例） 初報：１日、暫定対策：３日、恒久対策：２Ｗ デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 搭載場所による温度環境例 場所 シャーシ エンジンルーム 車室内 トランクルーム 一般 最高温度（Ｔａ）例 ８５℃ 発熱部付近 １２１℃ オイル １７５℃ ダッシュパネル １４０℃ エンジン表面 １５０℃ 排気管付近 ２０５℃ 床面 24 / 69 ８５℃ 計器盤（上面） １１３℃ 計器盤（一般） ８５℃ 一般 ８５℃ 出展：新ｶｰｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ 水谷修 山海堂（1992） デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 自動車用半導体の特殊な試験・条件例 25 / 69 ■ノイズ試験 ① ロードダンプ時に発生する過渡電圧 ② イグニッションSWを切ったときに発生する過渡電圧 ③ 各種誘導負荷（リレー、ソレノイド等）を切ったときに発生する過渡電圧 ①ロードダンプ時に発生する過渡電圧 ②③誘導負荷による過渡電圧 1/f τ Vpの36.8% Vp Vp 0V Vpの36.8% 1/f τ Vp: 過電圧の最大値 τ： 減衰時定数 f ： 繰り返し周波数 ■その他：電源電圧（１２Ｖバッテリ） 近接平行 d 2Ωまたはﾀﾞｲｵｰﾄﾞ l Ｅ C l2 供試品 三極針状 すきま ［条件例] Ｅ：電源電圧 10～15V f ：繰り返し周波数 30Hz 1/2Li2 ：１次ｴﾈﾙｷﾞｰ 60～80mJ l ：約1m l2 ：約2m d ：約50mm 三極針状すきま：約6mm ※始動時の電圧変動例 1/f V2 信号線（入力装置または負荷装置） V1 ：最小電圧（通常6V） V2 ：最大電圧（通常8V） ｆ ：繰り返し周波数（1～5Hz） V1 【誘導ノイズ試験方法】 イグニッションコイル 一般例 ：70V ：200ms ：1/30Hz ※ﾚｷﾞｭﾚｰﾀ故障時の高電圧 ※ﾊﾞｯﾃﾘ逆接続時の負電圧 出展：新ｶｰｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ 水谷修 山海堂（1992） デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 目次 26 / 69 会社概要 車載半導体のモチベーション 車載半導体への要求 弊社の車載半導体前工程への取組み デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 弊社の車載半導体前工程への取組み 27 / 69 （１） 周辺ＩＣ ① ＳＯＩ-ＢＣＤプロセス ② ＣｒＳｉ抵抗 ③ ＥＳＤ高耐性デバイス ④ 配線技術 （２） パワーデバイス ⑤ ゲート酸化膜 ⑥ ＳＪ-ＭＯＳ ⑦ ＳｉＣ （３） センサデバイス ⑧ 加速度センサプロセス デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ① ＳＯＩ-ＢＣＤプロセス 28 / 69 ■ ＳＯＩウエハを使ったＢＣＤ 【JI】 （*Junction Isolation） Toughness against Condition SOI （TD*） High Temp. Op. Latch-up Negative Input Integration of MultiVoltage Isolation Area PNP JI* Possible No leakage pass Difficult ① Leakage pass & Parasitic effect Excellent No Parasitic effect Strong No parasitic effect Not Avoid② Parasitic Bip. action Week ③ Parasitic Bip. action Easy Dielectric isolation Not easy Large distance and/or multi-well Small ＜0.5 Large 1 n+ CMOS p p+ p+ p+ - n DMOS p - n- ② ① + n+ p+ n+ n p+ n+＋ n NPN ③ p+ p 1.0 【TD】 （*Trench Dielectric isolation） n+ p+ p+ p+ p - n - p n+ n+ nn + n+ p+ Si SiO2 Si 0.5 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 高温リーク 【JI】 29 / 69 （PNP素子） VE N+ N- P IES 200℃ 10-3 E IEC + P 10-3 10-6 150℃ 10-9 25℃ Psub 10-12 0 アイソレーション拡散層 20 40 60 80 VE （V） 【TD】 （PNP素子） N+ N埋込みN+ 10 E P IEC Psub IEC＋IES （A） C ５０℃余裕拡大 10-6 JI TD 10-9 10-12 0 VE B IEC＋IES @20V （A） C IEC＋IES （A） B 50 100 150 200 250 温度 （℃） -3 200℃ 温度に対するリーク電流値 10-6 150℃ 10 -9 25℃ 10-12 絶縁酸化膜 ⇒Psubへのリーク経路がない 0 20 40 VE（V） 60 80 SOI＋ﾄﾚﾝﾁ絶縁分離により SOI＋ﾄﾚﾝﾁ絶縁分離により ２００℃まで使用範囲を拡大 ２００℃まで使用範囲を拡大 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ② CrSiN抵抗 【CrSiN薄膜抵抗の断面構造】 30 / 69 【工程フロー】 素子分離工程 配線 拡散抵抗 素子形成工程 PolySi抵抗 ＣｒＳｉＮ薄膜抵抗 ＳＯＩ 配線工程 CrSiN薄膜抵抗 Ref. Poly Si抵抗 ～300ppm/℃ レーザートリム可能 ・プロセス加工精度 ： 2％ ・トリミング後の精度： 0.1％ 10 PolySi抵抗 5 発振回路 － 抵抗温度特性～±2ppm/℃ ﾚｰｻﾞｰﾄﾘﾑ ＋ ■特徴 発振周波数比 （％） 組付け工程 0 CrSiN抵抗 -5 0 50 100 150 200 250 温度 （℃） 【温度に対する発振周波数変化】 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. CrSiN抵抗のレーザートリム 【回路面積の比較】 CrSiN薄膜抵抗 出力電圧 回路サイズ [mm2] レーザー光 基準電圧 31 / 69 0.6 0.4 電源出力： 5V±50mV @25℃ 約1/7 0.2 0.0 デジタルトリム レーザートリム （EPROM 8bit） （CrSiN） ＋ － 抵抗値を高精度に調整 （精度ばらつき＝±0.1％以下） アナログ回路を小型・高精度化 アナログ回路を小型・高精度化 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ③ ＥＳＤ 高耐性デバイス 32 / 69 Conventional Specification HBM ; > 2kV @100pF, 1．5kΩ Automotive Specification ECU model ; > 15kV @150pF, 2kΩ ■ Effect of Novel DMOS DMOS ESD Surge (20ch/IC) Output Terminal IC Reduction of Protection Parts (C, R, Di, etc.) ECU ECU downsizing Normalized ESD Robustness ( kV/mm2 ) ■ Requirement 30 2) LDMOS with ESD robustness 25 1) Up Drain Type DMOS 20 15 10 Conventional LDMOS 5 Other Companies ● 0 0 200 400 600 800 Normalized Ron (mΩ・mm2) デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. １） Ｕｐ Ｄｒａｉｎ Ｔｙｐｅ ＤＭＯＳ 33 / 69 ■ Ｃｏｎｃｅｐｔ Absorbing ESD Surge Current by Exclusive Diode Set to Lower Breakdown Voltage BVdi ■ デバイス構造 Protection Diode ESD Surge Transistor Surge Surge Current Current Path Path Drain Source @150 pF, 150 Ω ESD Robustness ( kV ) BVtr 40 Protection Diode < Transistor 【T-CAD Simulation】 30 20 ECU Model (15kV) 10 0 BVdi BVtr 0 20 40 60 80 BVdi – BVtr (V) デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ２） ＬＤＭＯＳ ｗｉｔｈ ＥＳＤ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ 34 / 69 < ESD Destruction Mechanism of LDMOS > ■ Destruction mode ■ Mechanism 200 SEM image Id ( A ) Output Terminal 150 100 Destruction spot 50 - Tiny melted spot on the surface near to an output electrode 0 Localized high current crowding 0 50 100 Vd ( V ) Problem : Negative Sustain Characteristics! デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 35 Generation Mechanism of Negative Sustain Characteristics / 69 Source Gate Drain Avalanche break down near the source n+ ② Parasitic Bip. Tr. operation ③ n n+ SiO2 p ２D model of LDMOS Positive feedback p ① ① Focus! Electron injection ② Focus! Increase of electric field near the drain Avalanche break down at the edge of drain ③ High current crowding to heat destruction デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Structure of new LDMOS with ESD robustness Ｓ Conventional New LDMOS type with ESD robustness 36 / 69 Ｄ Ｇ Ch.Pwell Drift N N- ■ Source region ( Adaptive P ) Suppression of parasitic Bip operation : High concentration P-type layer Adaptive P Adaptive N ■ Drain region ( Adaptive N ) Relieving of electric field strength : High concentration N-type layer N- デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Simulation results ■ Effect of Adaptive N 2.00E17/cm3 Adaptive N concentration 1.00E17/cm3 5.00E16/cm3 100 ■ Effect of Adaptive P 2.50E16/cm3 1.25E16/cm3 200 Id ( A/mm2 ) Id ( A/mm2 ) 200 37 / 69 Adaptive P : 5.00E18/cm3 Adaptive N : 7.00E16/cm3 100 Conventional Conventional 0 0 50 Vd ( V ) 100 0 40 60 80 100 Vd ( V ) Improved Sustain Characteristics デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Normalized ESD robustness ( kV/mm2 ) Line up of 4th Generation’s Power Devices 30 38 / 69 New LDMOS with ESD robustness ★ 25 3rd Gen. 20 Other companies 15 10 5 0 ★ 0 3rd Gen. 200 400 600 800 Normalized Ron (mΩmm2) Higher ESD robustness keeping low Ron デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ＬＤＭＯＳ ＥＳＤ耐量ばらつき ■ ＥＳＤ耐量評価例 39 / 69 ｎ＝２６ 2 1 ワイブル ESD発生装置（放電ガ ン） 150Ω 0 -1 -2 テストピース -3 -4 1 10 100 ESD耐量(kV) Ｐ板 金属 コスト高、ｎ数稼げない 約１５分/個 代替特性で設計保証 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ＥＳＤの代替特性での設計保証 ※このスライドは未配布 40 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ３） Ｏｔｈｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ ■ Ｂｉｐｏｌｏｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ＜Conv. SOI＞ N+ 41 / 69 ■ Ｄｉｏｄｅ ＜Xj=3.7um＞ ＜TD-SOI＞ ＜Xj=0.4um＞ N+ N+ 測定限界 ESD耐量 [KV] Ratio of ESD Robustness 30 3 2 1 0 Xj=3.7um n p 20 Ｘｊ 接 PN 合 幅 10 Xj=0.4um Conv. SOI TD-SOI with Buried N+ , Sinker 0 0 10 20 30 40 50 60 PN接合幅 [ mm ] デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ④ 配線技術 ■ 配線部信頼性 42 / 69 ■ ビア部信頼性 高温、通電によるボイド成長→断線 （ＥＭ、ＳＭ） ビア部のメタルカバレッジ不足 →高温、通電によるボイド成長→断線 メタルカバレッジ不足 ボイド 配線 ＜表面ＳＥＭ＞ ＜断面ＳＥＭ＞ モチベーション ・Ｔａ/Ｔｊｍａｘの上昇 ・配線/ビアの微細化 配線工程の最適設計 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 配線部信頼性（１） ■ ボイド成長と放置温度の関係 43 / 69 ■ 最適設計項目 ボイド成長速度(a.u.) ・バリアメタル組成/成膜条件 ・配線材料組成/成膜条件 膜応力 ボイド成長最大 粒界拡散 ・層間絶縁膜組成/成膜条件 空孔拡散 応力緩和 ■ 最適設計後 配線 180 試験温度（℃） 最近の要求Ｔｊｍａｘ（１７５℃） 近辺がワースト温度 ＜高温放置（180℃，1000hr）後の表面ＳＥＭ＞ デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 配線部信頼性（２） 44 / 69 ■ 高温放置（180℃、1000hr）後のＥＭ試験 累積故障率（％） 100 最適設計前 最適設計後 10 1 0.1 1 10 100 1000 高温通電時間（s） デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ビア部信頼性（１） ■ ビアホール径とカバレッジ率の関係 45 / 69 ■ 最適設計項目 カバレッジ率＝A/B ［％］ ・バリアメタル組成/成膜条件 ・配線材料組成/成膜条件 100 ・ビア部絶縁膜形状 80 Ｂ 60 ■ 最適設計後 Ａ 40 20 0 0. 5 0.75 1.0 ビアホール径 ［μｍ］ 微細化によりカバレッジ低下 ＜断面ＳＥＭ＞ デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ビア部信頼性（２） 46 / 69 ■ ビア（１０００段連結パターン）ＥＭ試験 ｎ＝各１６ 2 1 0 lnln(1/(1-F(t))) 累積故障率 最適設計前 最適設計後 -1 -2 -3 -4 1 10 100 1000 高温通電時間（ｈｒ） デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ビア部信頼性（３） ※このスライドは未配布 47 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 弊社の車載半導体前工程への取組み 48 / 69 （１） 周辺ＩＣ ① ＳＯＩ-ＢＣＤプロセス ② ＣｒＳｉ抵抗 ③ ＥＳＤ高耐性デバイス ④ 配線技術 （２） パワーデバイス ⑤ ゲート酸化膜 ⑥ ＳＪ-ＭＯＳ ⑦ ＳｉＣ （３） センサデバイス ⑧ 加速度センサプロセス デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ⑤ ゲート酸化膜 49 / 69 ■ トレンチゲート酸化膜の事例 Conventional planer gate LDMOS D Gate Trench gate LDMOS D S Gate S モチベーション N+ N+ N+ P+ N+ P+ ・Ron低減 ・Qgd低減 ・ゲート電界緩和 （高信頼性） ChannelP DriftN- Gate ゲート酸化膜 Trench Gate 部分厚膜化 ゲート酸化膜 ゲート酸化膜 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 部分厚膜ゲート酸化膜厚の構造設計（底部膜厚） 50 / 69 ■ 底部膜厚の設計 ＜底部電界強度分布＞ ＜底部膜厚とドレイン耐圧の関係＞ Vdss (V) ドレイン耐圧 （a.u.） 240 230 ［単位 : V/cm］ トレンチゲート (a) Conventional (b) (c) 220 210 200 190 180 170 2.9E+5 3.3E+5 4.1E+5 160 0 100 底部膜厚 200 300 400 （a.u.） 500 Trench Bottom Oxide Thickness（nm） 4.0E+5 (a) 点 3.8E+5 (b)点 2.1E+5 (c) 点 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 部分厚膜ゲート酸化膜厚の構造設計（上部膜厚） 51 / 69 ■ 上部膜厚の設計 ＜上部電界強度分布＞ 5.1MV/cm トレンチゲート Vg = 20V 3.0MV/cm (▲40%) 3.2MV/cm (a) 上部厚膜化なし (c) 上部厚膜構造 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 部分厚膜ゲート酸化膜の製法設計 SiO2 (a) 1st Gate Oxidation 52 / 69 SiN (b) SiN Deposition （LP-CVD） 1µm (c) SiN Anisotropic Dry Etching (d) 2nd Gate Oxidation マスク追加を必要としない簡素な製法 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. トレンチゲート酸化膜のTDDB特性 53 / 69 Cumulative Failure (%) 99 90 50 民生 トレンチ ゲート 10 部分厚膜構造 プレーナ 1 Time (s) プレーナ並みのゲート酸化膜寿命を確保 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ONO構造でVt変動特性 54 / 69 0.20 Vth shift (V) 150℃, 3MV/cm 0.00 -0.20 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 T ime (Hr) Vthシフトなく、特性は長期安定を確認 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ⑥ ＳＪ－ＭＯＳ（Super Junction） パワーＭＯＳ ソース ＳＪ－ＭＯＳ ＜規格化ＯＮ抵抗 ［mΩ-cm2］ ＞ ゲート 100 ﾁｬﾈﾙＰ 55 / 69 ソース @室温 電子 ドリフトＮ 10 ドリフトＮ Ａ社 ﾊﾟﾜｰMOS 基板Ｎ＋ ゲート Si limit Ｐ Ｐ Ｂ社 IGBT 基板Ｎ＋ ドレイン ドレイン 1 100 ＩＧＢＴ 300 500 素子耐圧 ［Ｖ］ 1000 ＳＪ－ＭＯＳの特長 メリット： ｎ層の高濃度化により低オン抵抗（～６００Ｖ耐圧） デメリット：出力容量が大きく，逆回復特性がハード エミッタ ドリフトＮ ゲート 正孔注入 （導伝変 調） 基板Ｐ＋ コレクタ デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. Ｐ/Ｎコラム構造の形成方法 構造 G S N P N P P D N 埋込エピ N P N + + ++ + 高アスペクト N P D インプラ + S N+sub D 工法 N G S N+sub N+sub トレンチエッチ 気相ドーピングプロセス SiO2 G マルチエピ成長プロセス SiO2 トレンチ埋込エピプロセス 56 / 69 拡散 トレンチエッチ SiO2埋込 ＋気相ドーピング P P N N N 高アスペクト 高アスペクト 性能 ドーピング 濃度 低コスト ドーピング 濃度 低コスト ドーピング 濃度 低コスト デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ＨＣｌを用いたトレンチ埋め込み技術 ※このスライドは未配布 57 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ⑦ ＳｉＣへの取り組み ※このスライドは未配布 58 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ＳｉＣデバイスの特長 ※このスライドは未配布 59 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 微細欠陥を低減する結晶成長法（ＲＡＦ法） ※このスライドは未配布 60 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 弊社の車載半導体前工程への取組み 61 / 69 （１） 周辺ＩＣ ① ＳＯＩ-ＢＣＤプロセス ② ＣｒＳｉ抵抗 ③ ＥＳＤ高耐性デバイス ④ 配線技術 （２） パワーデバイス ⑤ ゲート酸化膜 ⑥ ＳＪ-ＭＯＳ ⑦ ＳｉＣ （３） センサデバイス ⑧ 加速度センサプロセス デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. センサ・バリエーション 62 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. ⑧ 加速度センサ原理・構造 Sensor Element 63 / 69 Sensor Chip Fixed Electrode C1 C2 Movable Electrode 半導体（Si）の立体構造をセンシングに応用 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 新規エッチングプロセス 64 / 69 ICP-RIE: Inductively Coupled Plasma – Reactive Ion Etching Vertical Si Etching ICP-RIE SFx+ Resist + Etching C4F8 Passivasion + Etching Passivasion Si (SOI) Buried Ox Lateral Si Etching ICP-RIE SFx+ + + ‐‐ + ‐‐ + ++ デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 横方向エッチング形状 65 / 69 ICP-RIE Etching Vertical Etching with Antistatic Lateral Etching Resist SOI Oxide layer デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 加速度センサ① 出来栄え Cross-section 66 / 69 5 m 3 m デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 加速度センサ② ※このスライドは未配布 67 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. 加速度センサ② 出来栄え ※このスライドは未配布 68 / 69 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved. まとめ 69 / 69 環境・安全・快適のベクトルで 自動車用システムは進化する。 そのためには車載半導体技術がキーになる。 半導体は微細化、複雑化が進む。 半導体前工程での品質作りこみが重要となる。 各種評価技術、解析技術の進展を期待したい。 デバイス開発部 岩森則行 第１５回ＯＥＧセミナー 2010.7.13. C DENSO CORPORATION All rights reserved.
© Copyright 2024 Paperzz
