碳化硅MOSFET栅极氧化层缺陷的检测技术

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。

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。

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。