SiC碳化硅MOSFET栅氧可靠性-碳化硅功率器件可靠性最短板-长期工作可靠性薄弱点考核

SiCMOSFET

SiC碳化硅MOSFET栅氧可靠性-碳化硅功率器件可靠性最短板-长期工作可靠性薄弱点考核 [复制链接]

碳化硅MOSFET栅氧可靠性-碳化硅功率器件可靠性最短板-长期工作可靠性薄弱点考核

碳化硅MOSFET栅氧可靠性-碳化硅功率器件可靠性最短板-长期工作可靠性薄弱点考核.pdf (4.34 MB, 下载次数: 0)

2024-11-5 10:22 上传

点击文件名下载附件

 

为了让SiC MOSFET和Si器件一样可靠，在处理时必须 大限度降低栅极氧化层缺陷密度。此外，必须开发创新的筛查技术——例如通过电气终端测试，以识别并剔除可能有缺陷的器件。在终测中筛选有缺陷的器件，通常需要对每个器件施加预定幅值和时间的高栅极电压应力脉冲。该应力脉冲可用于识别出具有关键外部缺陷的器件，留下没有外部缺陷的、或只存在非关键外部缺陷的器件。在筛查中留下来的剩余器件具有明显更高的栅极氧化层可靠性。

要想实现快速高效的栅极电压筛查，必须具备的一个条件是，栅极氧化层应比达到固有的寿命目标通常所需的氧化层厚很多。栅极氧化层越厚，越能使用比器件典型应用电压高很多的筛查电压，同时保证不损坏能通过筛查试验的无缺陷器件。筛查电压与应用电压之比越大，电气筛查效率越高。通过在终测中剔除有缺陷的器件，客户面临的潜在可靠性问题就能被器件制造商遭受的微小良率损失所取代。通过我们筛查试验的 SiC MOSFET 显示出与 Si MOSFET或IGBT同样优异的栅极氧化层可靠性。

栅极氧化层更厚的缺点是，MOS沟道电阻略高。MOS沟道电阻与栅极氧化层厚度成正比，可以在总导通电阻中占据很大的比例，尤其是对于电压等级较低的、漂移区电阻相对较小的 器件而言。毕竟，高筛查效率以及SiC MOSFET优异的栅极氧化层可靠性并不完全是轻易得 到的，而是以导通电阻略微增大为代价的。虽然难以避免这种在可靠性与性能之间进行折中 的设计，但或许可以利用导通电阻和栅极氧化层可靠性与栅极氧化层厚度的相关性不同的这 一事实。
 

虽然栅极氧化层的可靠性随氧化层厚度的增加而呈指数级提高，但导通电阻仅呈线性增加。在漂移区电阻更为突出的高温条件下，性能损失相对而言反倒更小。总而言之，使用较厚的 栅极氧化层，只需牺牲一丁点儿性能，就能换取可靠性的大幅提高。英飞凌从一开始就决定 使用沟槽式的MOSFET技术。这是因为沟槽式器件与氧化层更厚的平面式器件相比，在 MOSFET处于通态时栅极氧化层上电场强度较小且沟道电导率明显更高。

经典的老化试验可以替代在高筛查电压和室温下进行的栅极电压筛查，但它并不是很有吸引 力。在老化过程中，器件通常需要承受更长时间的较低栅极电压和高温工况。这种方法有几 个缺点：老化过程耗时耗钱，并可能导致阈值电压和导通电阻因为栅极长时间地承受高偏压 和高温应力而发生严重漂移，进而引起所谓的偏压温度不稳定性。