安森美碳化硅应用于栅极的5个步骤

在之前的两篇推文中粉末纯度、SiC晶锭一致性……SiC制造都有哪些挑战？5步法应对碳化硅特定挑战，mark~，我们介绍了宽禁带半导体基础知识、碳化硅制造挑战、碳化硅生态系统的不断演进、安森美（onsemi）在碳化硅半导体生产中的优势。本文为白皮书第三篇，将重点介绍应用于栅极的 5 个步骤。

应用于栅极的 5 个步骤

当应用于关键的栅极氧化物完整性 (GOI) 时，详细的质量控制要素包括：

1.控制

为制造碳化硅技术制定控制方法和工具（例如，控制计划、统计过程控制、过程故障模式和影响分析 (FMEA)）。收集数据并将其用作潜在工艺改进的基础。

2.改进

实施改进，由于衬底或外延缺陷、金属污染物和颗粒会严重影响栅极氧化物质量，因此持续改进和控制引入生产可以大大减少缺陷的隐患。

3.测试和筛选

安森美开发了一整套视觉和电气筛选工具，用于消除有缺陷的芯片。

在晶圆厂加工过程中进行的衬底扫描和其他扫描，可通过坐标和自动分类识别所有缺陷。这些多重检查可以排除通过其他步骤发现的缺陷，并有助于识别关键工艺步骤中任何其他潜在的工艺边际。上述检查中发现的所有标记缺陷均被排除在总体之外。

电气筛选在多个级别实施：

- 晶圆级性能和验收（参数测试和栅极氧化物完整性验收标准）

- 晶圆级老化

- 晶圆级芯片分类

- 实施动态部件平均测试以消除电气异常值。最后，所有晶圆都经过 100% 自动化出厂检查。

4.表征

安森美使用失效电荷 (QBD) 作为一种简单方法来比较栅极氧化物质量，而不受栅极氧化物厚度的影响。该技术比 GOI/Vramp 更精细，并且将检测内在分布中的细节。

碳化硅和硅栅极氧化物在击穿和寿命方面具有相当的固有能力。本征QBD性能的比较（与栅极氧化物厚度无关）表明，对于相同的标称厚度，非对称平面碳化硅的本征性能是硅的50倍。

在生产中，通过对碳化硅MOSFET产品的失效电荷（QBD）进行采样来评估每个批次的栅极氧化物质量，并将其与大面积（2.7mm x 2.7mm）NMOS电容器进行比较。

已制定了一个验收标准，用于晶圆级验收。

5.鉴定和提取模型

在定义应激条件时，确定栅极氧化物的真实电流导通机制至关重要。作为应激电场和应激温度的函数，热辅助隧道与Fowler-Nordheim竞争。因此，了解导通机制可以防止另一种导通模式中的生产应力，而不是在现场实际使用导通模式下的生产应力。

通过时间相关电介质击穿 (TDDB) 应力来评估栅极氧化物的固有性能。栅极偏置和温度相结合对 碳化硅MOSFET 施加应力，并记录故障时间。然后使用Weibull统计分布来提取生命周期。

到目前为止，已经使用了一种非常传统的方法：Arrhenius温度加速度和栅极电压的E模型。正在进行相关的研究，以完善该模型；E模型被认为过于保守。正在进行低氧化物场和长持续时间（63%为几个月到一年以上）的应力测试，通过实验确认哪种模型最适合这些数据。

安森美的优势，在碳化硅应用方面取得成功

安森美以独特的方式认识到碳化硅在未来电力电子领域中的关键作用。因此，公司正在投资产能和创新，以确保碳化硅尽快发挥其全部潜力。我们拥有从原材料到最终产品的端到端碳化硅制造流程，其中有很多步骤是业内其他公司无法做到的，我们能够控制完整流程，确保向客户提供的碳化硅产品质量。

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