碳化硅MOSFET柵極氧化層缺陷的檢測技術(shù)

碳化硅材料在功率器件中的優(yōu)勢

碳化硅（SiC）作為第三代化合物半導(dǎo)體材料，相較于傳統(tǒng)硅基器件，展現(xiàn)出了卓越的性能。SiC具有高禁帶寬度、高熱導(dǎo)率、高的擊穿電壓以及高功率密度特性。這些特性使得SiC器件在高效電能轉(zhuǎn)換應(yīng)用領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢，正逐漸成為功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的主流選擇。

碳化硅器件的技術(shù)挑戰(zhàn)

盡管SiC器件性能優(yōu)越，但其單晶和外延材料價(jià)格較高，工藝不成熟，導(dǎo)致技術(shù)難度較大。SiC器件制作的技術(shù)難度之一就是柵氧交界面容易受到外在缺陷的影響，這些缺陷可能源自外延或襯底缺陷、金屬殘留、粉塵顆粒，或其它制造過程中引入的外來雜質(zhì)。

柵極氧化層缺陷的影響

外在的缺陷主要是柵極氧化層的變形，導(dǎo)致局部氧化層變薄，增加了器件早期失效的風(fēng)險(xiǎn)。這些缺陷可能源自于EPI或襯底缺陷、金屬雜質(zhì)、顆粒，或在器件制造過程中摻入到柵極氧化層中的其他外來雜質(zhì)。

SiC MOSFET檢測基本原理

SiC MOSFET器件的基本結(jié)構(gòu)中，柵極氧化層的漏電與質(zhì)量關(guān)系極大，漏電增加到一定程度即構(gòu)成擊穿，導(dǎo)致器件失效。因此，對柵極氧化層缺陷的研究以促進(jìn)工藝改善和設(shè)計(jì)優(yōu)化極為重要。

加速篩選實(shí)驗(yàn)

為了改善柵極氧化層的質(zhì)量，研究者們進(jìn)行了包括NO退火鈍化、氮磷同步混合鈍化以及堿土金屬氧化物鈍化等多種鈍化方法的研究。此外，通過高溫柵偏實(shí)驗(yàn)（HTGB）等加速壽命實(shí)驗(yàn)，可以考察待測樣品的特性退化。

故障定位和失效分析

在加速篩選實(shí)驗(yàn)后，對缺陷品進(jìn)行故障定位和失效分析至關(guān)重要。

結(jié)論

本文提出的SiC MOSFET器件柵氧化層缺陷的檢測方法，通過HTGB應(yīng)力篩選實(shí)驗(yàn)和缺陷檢測，以及對失效樣品的故障定位和失效分析，有效地?cái)r截了SiC MOSFET的柵氧化層缺陷。這對于碳化硅器件的早期失效分析研究具有重要意義，可以為SiC MOSFET器件設(shè)計(jì)和制程改善提供科學(xué)、客觀的依據(jù)。