碳化硅MOSFET栅极氧化层缺陷的检测技术

描述

碳化硅材料在功率器件中的优势

碳化硅(SiC)作为第三代化合物半导体材料,相较于传统硅基器件,展现出了卓越的性能。SiC具有高禁带宽度、高热导率、高的击穿电压以及高功率密度特性。这些特性使得SiC器件在高效电能转换应用领域具有不可替代的优势,正逐渐成为功率半导体领域的主流选择。

碳化硅器件的技术挑战

尽管SiC器件性能优越,但其单晶和外延材料价格较高,工艺不成熟,导致技术难度较大。SiC器件制作的技术难度之一就是栅氧交界面容易受到外在缺陷的影响,这些缺陷可能源自外延或衬底缺陷、金属残留、粉尘颗粒,或其它制造过程中引入的外来杂质。

栅极氧化层缺陷的影响

外在的缺陷主要是栅极氧化层的变形,导致局部氧化层变薄,增加了器件早期失效的风险。这些缺陷可能源自于EPI或衬底缺陷、金属杂质、颗粒,或在器件制造过程中掺入到栅极氧化层中的其他外来杂质。

 

检测

 

检测

SiC MOSFET检测基本原理

SiC MOSFET器件的基本结构中,栅极氧化层的漏电与质量关系极大,漏电增加到一定程度即构成击穿,导致器件失效。因此,对栅极氧化层缺陷的研究以促进工艺改善和设计优化极为重要。

加速筛选实验

为了改善栅极氧化层的质量,研究者们进行了包括NO退火钝化、氮磷同步混合钝化以及碱土金属氧化物钝化等多种钝化方法的研究。此外,通过高温栅偏实验(HTGB)等加速寿命实验,可以考察待测样品的特性退化。

故障定位和失效分析

在加速筛选实验后,对缺陷品进行故障定位和失效分析至关重要。

 

检测

结论

本文提出的SiC MOSFET器件栅氧化层缺陷的检测方法,通过HTGB应力筛选实验和缺陷检测,以及对失效样品的故障定位和失效分析,有效地拦截了SiC MOSFET的栅氧化层缺陷。这对于碳化硅器件的早期失效分析研究具有重要意义,可以为SiC MOSFET器件设计和制程改善提供科学、客观的依据。

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