安森美碳化硅應(yīng)用于柵極的5個(gè)步驟

在之前的兩篇推文中粉末純度、SiC晶錠一致性……SiC制造都有哪些挑戰(zhàn)？5步法應(yīng)對(duì)碳化硅特定挑戰(zhàn)，mark~，我們介紹了寬禁帶半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)、碳化硅制造挑戰(zhàn)、碳化硅生態(tài)系統(tǒng)的不斷演進(jìn)、安森美（onsemi）在碳化硅半導(dǎo)體生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)。本文為白皮書第三篇，將重點(diǎn)介紹應(yīng)用于柵極的 5 個(gè)步驟。

應(yīng)用于柵極的 5 個(gè)步驟

當(dāng)應(yīng)用于關(guān)鍵的柵極氧化物完整性 (GOI) 時(shí)，詳細(xì)的質(zhì)量控制要素包括：

1.控制

為制造碳化硅技術(shù)制定控制方法和工具（例如，控制計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制、過(guò)程故障模式和影響分析 (FMEA)）。收集數(shù)據(jù)并將其用作潛在工藝改進(jìn)的基礎(chǔ)。

2.改進(jìn)

實(shí)施改進(jìn)，由于襯底或外延缺陷、金屬污染物和顆粒會(huì)嚴(yán)重影響柵極氧化物質(zhì)量，因此持續(xù)改進(jìn)和控制引入生產(chǎn)可以大大減少缺陷的隱患。

3.測(cè)試和篩選

安森美開(kāi)發(fā)了一整套視覺(jué)和電氣篩選工具，用于消除有缺陷的芯片。

在晶圓廠加工過(guò)程中進(jìn)行的襯底掃描和其他掃描，可通過(guò)坐標(biāo)和自動(dòng)分類識(shí)別所有缺陷。這些多重檢查可以排除通過(guò)其他步驟發(fā)現(xiàn)的缺陷，并有助于識(shí)別關(guān)鍵工藝步驟中任何其他潛在的工藝邊際。上述檢查中發(fā)現(xiàn)的所有標(biāo)記缺陷均被排除在總體之外。

電氣篩選在多個(gè)級(jí)別實(shí)施：

- 晶圓級(jí)性能和驗(yàn)收（參數(shù)測(cè)試和柵極氧化物完整性驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)）

- 晶圓級(jí)老化

- 晶圓級(jí)芯片分類

- 實(shí)施動(dòng)態(tài)部件平均測(cè)試以消除電氣異常值。最后，所有晶圓都經(jīng)過(guò) 100% 自動(dòng)化出廠檢查。

4.表征

安森美使用失效電荷 (QBD) 作為一種簡(jiǎn)單方法來(lái)比較柵極氧化物質(zhì)量，而不受柵極氧化物厚度的影響。該技術(shù)比 GOI/Vramp 更精細(xì)，并且將檢測(cè)內(nèi)在分布中的細(xì)節(jié)。

碳化硅和硅柵極氧化物在擊穿和壽命方面具有相當(dāng)?shù)墓逃心芰?。本征QBD性能的比較（與柵極氧化物厚度無(wú)關(guān)）表明，對(duì)于相同的標(biāo)稱厚度，非對(duì)稱平面碳化硅的本征性能是硅的50倍。

在生產(chǎn)中，通過(guò)對(duì)碳化硅MOSFET產(chǎn)品的失效電荷（QBD）進(jìn)行采樣來(lái)評(píng)估每個(gè)批次的柵極氧化物質(zhì)量，并將其與大面積（2.7mm x 2.7mm）NMOS電容器進(jìn)行比較。

已制定了一個(gè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，用于晶圓級(jí)驗(yàn)收。

5.鑒定和提取模型

在定義應(yīng)激條件時(shí)，確定柵極氧化物的真實(shí)電流導(dǎo)通機(jī)制至關(guān)重要。作為應(yīng)激電場(chǎng)和應(yīng)激溫度的函數(shù)，熱輔助隧道與Fowler-Nordheim競(jìng)爭(zhēng)。因此，了解導(dǎo)通機(jī)制可以防止另一種導(dǎo)通模式中的生產(chǎn)應(yīng)力，而不是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用導(dǎo)通模式下的生產(chǎn)應(yīng)力。

通過(guò)時(shí)間相關(guān)電介質(zhì)擊穿 (TDDB) 應(yīng)力來(lái)評(píng)估柵極氧化物的固有性能。柵極偏置和溫度相結(jié)合對(duì) 碳化硅MOSFET 施加應(yīng)力，并記錄故障時(shí)間。然后使用Weibull統(tǒng)計(jì)分布來(lái)提取生命周期。

到目前為止，已經(jīng)使用了一種非常傳統(tǒng)的方法：Arrhenius溫度加速度和柵極電壓的E模型。正在進(jìn)行相關(guān)的研究，以完善該模型；E模型被認(rèn)為過(guò)于保守。正在進(jìn)行低氧化物場(chǎng)和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間（63%為幾個(gè)月到一年以上）的應(yīng)力測(cè)試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)哪種模型最適合這些數(shù)據(jù)。

安森美的優(yōu)勢(shì)，在碳化硅應(yīng)用方面取得成功

安森美以獨(dú)特的方式認(rèn)識(shí)到碳化硅在未來(lái)電力電子領(lǐng)域中的關(guān)鍵作用。因此，公司正在投資產(chǎn)能和創(chuàng)新，以確保碳化硅盡快發(fā)揮其全部潛力。我們擁有從原材料到最終產(chǎn)品的端到端碳化硅制造流程，其中有很多步驟是業(yè)內(nèi)其他公司無(wú)法做到的，我們能夠控制完整流程，確保向客戶提供的碳化硅產(chǎn)品質(zhì)量。

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