Si3N4钝化层质量分析研究

采用扫描电镜(SEM)、X光电子能谱仪(XPS)、二次离子质谱仪(SIMS)等多种微分析手段对失效器件芯片表面生成物产生原因进行了分析,同时结合器件制备工艺和器件可靠性实验分析了Si3N4钝化层质量与工艺的关系.通过大量分析实验,确定了器件失效的重要原因是Si3N4钝化层存在缺陷而导致器件因表面漏电而失效.实验结果表明,将Si3N4钝化层中SiOx含量控制在10%以下,器件管壳内水分控制在1%以下,器件经过100O h电老化后芯片表面无生成物产生.     

1700 V精细沟槽栅IGBT器件设计

为了改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件关断损耗和导通压降之间的折中关系,同时降低器件制造成本,基于1 700 V电压平台设计了一种采用精细沟槽栅结构的IGBT。采用TCAD软件进行仿真,研究衬底电阻率、衬底厚度、沟槽栅深度、沟槽栅宽度、载流子存储层注入剂量、沟槽栅元胞结构等因素对精细沟槽栅IGBT器件性能参数的影响,确定了最优工艺参数,并对1 700 V精细沟槽栅IGBT芯片进行流片和封装。测试结果显示,相比普通沟槽栅IGBT模块,1 700 V精细沟槽栅IGBT模块在芯片面积减小34.2%的情况下,关断损耗降低了8.6%,导通压降仅升高5.5%,器件性价比得到了优化。     

栅介质氧化层缺失缺陷的形成原因及解决方案

氮氧化技术是45 nm及以下技术节点栅介质制备的关键工艺,严格控制由氮氧化工艺所诱发的界面缺陷是提高栅介质质量的重点.研究了形成栅介质氧化层缺失缺陷的原因,并提出了解决方案.结果表明,原位水蒸气生成(ISSG)热氧化形成栅介质氧化层后的实时高温纯惰性氮化热处理工艺是形成栅介质氧化层缺失缺陷的主要原因;在实时高温纯惰性氮化热处理工艺中引入适量的O2,可以消除栅介质氧化层的缺失缺陷.数据表明,引入适量O2后,栅介质氧化层的界面陷阱密度(Dit)和界面总电荷密度(ΔQtot)分别减少了12.5％和26.1％;pMOS器件负偏压不稳定性(NBTI)测试中0.1％样品失效时间(t0.1％)和50％样品失效时间(t50％)分别提高了18％和39％;32 MB静态随机存储器(SRAM)在正常工作电压和最小工作电压分别提高了9％和13％左右.     

沟槽栅IGBT非晶Si填槽工艺研究与优化

采用低压化学气相淀积(LPCVD)非晶Si填槽工艺代替LPCVD多晶Si填槽工艺,对沟槽绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的沟槽进行非晶Si回填,研究并优化了高深宽比非晶Si填槽工艺.分析了LPCVD非晶Si工艺参数如PH3体积流量和沉积时间等对LPCVD非晶Si填槽能力的影响,通过调制P掺杂浓度和优化非晶Si淀积时间,得到槽底侧壁与槽口侧壁非晶Si厚度差值为0.022 μm的基准非晶Si填槽工艺,优化了LPCVD非晶Si反复多次填槽工艺条件.结果表明,采用优化后的工艺可实现沟槽栅IGBT器件沟槽非晶Si无缝回填,器件的栅极电阻降低了0.150 Ω,漏电流降低了1.408 nA,成品率提升了0.4％.     

栅长对深亚微米器件总剂量辐射诱生漏电流的影响研究

对0.18 um 工艺NMOSFET器件进行总剂量辐照实验,包括不同栅长器件。由于深亚微米器件栅氧化层厚度较薄,对总剂量辐照不敏感,辐照前后器件阈值电压基本不发生变化。所有尺寸器件的关态漏电流随总剂量增加而增加。我们认为,总剂量辐射在浅沟槽隔离氧化物侧壁诱生成源漏之间漏电路径。该漏电路径是由于浅沟槽隔离氧化物种陷阱正电荷形成的。研究发现,辐射诱生的漏电流大小与器件栅长密切相关。通过主晶体管和寄生晶体管模型可以很好解释该现象。     

ISSG及其氮化工艺对栅氧化层性能的改善

栅氧化层的击穿和漏电是阻碍半导体集成电路发展的重要因素,提高栅氧化层的均匀性可极大地改善栅氧化层的性能。通过引入N2等惰性气体,在高温下对原位水汽氧化法形成的栅氧化层进行实时退火处理。实验结果表明:与没有经过高温N2实时退火处理的栅氧化层相比,经过高温N2实时退火处理的栅氧化层表面均匀度可提高40%左右,栅氧界面态总电荷可减少一个数量级。PMOS器件负偏压不稳定性(NBTI)测试中0.1%样品失效时间(t0.1%)和50%样品失效时间(t50%)分别提高28.6%和40.7%。     

由栅氧损伤引起闩锁效应的失效分析

随着MOS器件特征尺寸的缩小和栅氧化层厚度的减薄,栅氧损伤成为MOS集成电路在实际应用中的主要失效模式之一.闩锁是CMOS集成电路结构所固有的寄生效应,寄生的可控硅结构一旦被特定条件触发,会在电源与地之间形成大电流通路,导致整个器件失效.对一例由栅氧损伤引起器件闩锁效应的失效进行分析.通过微光显微镜(EMMI)技术和激光诱导阻值变化(OBIRCH)技术进行失效定位,在电路板级通信状态下进行闩锁效应复现及验证.最后通过分析损伤所在的电路功能和器件结构,阐述闩锁效应形成的机理.     

高频控制开关用沟槽MOSFET的研究

高频控制开关用功率器件要同时具备极低的导通电阻和栅漏电荷值,从而降低导通损耗和开关损耗.基于器件与工艺模拟软件TsupremⅣ和Medici,研究了工艺参数和设计参数对沟槽MOSFET器件击穿电压、比导通电阻和栅漏电荷的影响,优化设计了耐压30 V的开关用沟槽MOSFET器件.对栅极充电曲线中平台段变倾斜的现象,运用沟道长度调制效应给出了解释.     

栅氧化层制程对IC产品可靠性的影响

栅氧化层变薄的趋势使得栅氧化层制程对IC产品可靠性的影响成为业界关注的焦点之一。在0.18μm工艺的基础上,针对6V器件对应的氧化层,设计了两种不同的栅氧化层生长方式,并对这两种方法生长的栅氧化层进行了电压扫描的可靠性测试验证,并结合失效分析的结果对氧化层质量进行了分析。实验结果表明,将湿氧法(WGO)与高温氧化物沉积(HTO)工艺相结合,极大地提高了栅氧化层厚度的均匀性,增强了产品可靠性。     

1200V沟槽栅/平面栅场截止型IGBT短路耐量特性研究

研究了沟槽栅与平面栅结构1 200V/20A场截止(Field-stop)型(绝缘栅双极型晶体管)(IGBT)的短路耐量特性,从测试电路参数与器件本身的结构与工艺两方面对具有沟槽栅及平面栅结构的场截止型IGBT进行了探究,其中热耗散为引起击穿的主要原因。实际制作了沟槽栅-场截止型IGBT,采用优化的正面沟槽结构结合背面场截止薄片工艺,选择了合适的集电极-发射极间的饱和电流保证器件具有较低的导通压降的同时减少了焦耳热的产生,提升了芯片自身的抗短路能力(tsc>12μs),有利于沟槽栅IGBT应用的可靠性。