UMOSFET功率器件漏电失效分析及工艺改善

针对U型沟槽MOSFET (UMOSFET)功率器件栅极和源极间发生漏电失效的问题,对失效器件进行了电学测试和缺陷检测,对失效现象和失效机理进行了分析,并进行了相关工艺模拟和工艺实验.采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和聚焦离子束(FIB)对失效芯片的缺陷进行分析和表征.结果表明,器件的U型沟槽底部栅氧化层存在的缺陷是产生漏电的主要原因,湿氧工艺中反应气体反式二氯乙烯(Trans_LC)的残留碳化造成了芯片栅氧层中的缺陷.通过工艺模拟和实验,优化了湿氧工艺条件,工艺改进后产品的成品率稳定在98％ ～ 99％,无漏电失效现象.     

隔离型达林顿管静态漏电失效分析

分析了半导体器件静态漏电对高可靠设备造成的危害。对比了失效器件在不同偏压条件下的测试结果,结合器件芯片版图的设计特点以及制造工艺特点,对隔离型达林顿管静态漏电的失效现象进行了分析,通过故障树分析,排除了外部沾污、静电损伤、过电应力损伤等使用问题导致器件失效的可能性,提出了器件出现异常静态漏电流是因为采用扩散方法制作的pn结深度不足导致的假设,并利用磨角染色法证明了失效芯片隔离岛隔离墙pn结深度不足的假设,并提出了改进意见。     

基于弹性网稀疏表示的芯片参数成品率估算方法

当前集成电路芯片参数成品率估算通常预设大量扰动基函数进行芯片性能模型构建,易造成成品率估算方法复杂度过高.而若随意减少扰动基函数数量,则极易造成成品率估算精度缺失.针对此问题,本文提出一种芯片参数成品率稀疏估算方法.该方法首先根据工艺参数扰动建立具有随机不确定性的漏电功耗模型;然后按照关键度高低,利用弹性网自适应选取关键扰动基函数对漏电功耗模型进行稀疏表示建模;最后,利用贝叶斯理论及马尔科夫链方法对漏电功耗成品率进行估算.实验结果表明,该方法不仅可以使所构建的漏电功耗模型具有一般性和稀疏性优点,而且能够对漏电功耗成品率进行准确估算,与蒙特卡罗仿真结果相比估算误差不超过5%.同时,相较于蒙特卡罗采样,该方法还可以大幅减少算法仿真时间,具有更好的仿真效率.     

基于Copula理论的芯片多元参数成品率估算方法

当前芯片参数成品率研究主要局限于单一性能指标成品率估算或对多个单性能指标成品率进行均衡优化.针对此类方法易造成参数成品率缺失的问题,本文提出一种基于Copula理论的芯片多元参数成品率估算方法.该方法首先针对漏电功耗及芯片时延性能指标,构建具有随机相关性的漏电功耗及芯片时延模型;然后利用鞍点线抽样方法对漏电功耗及芯片时延的边缘分布概率进行求解;最后根据Copula理论得到准确的芯片多元参数成品率估算结果.仿真结果表明,相较于蒙特卡罗仿真,本文方法具有较高的仿真效率,仿真时间减少了12%以上,而且在不同国际电路与系统研讨会（International Symposium on Circuits and Systems,ISCAS）基准电路下,该方法与蒙特卡罗仿真结果的相对误差均保持在9%以内,能够在任意性能指标约束下,对芯片多元参数成品率进行有效估算,可为芯片设计人员提供同时考虑多个性能指标的参数成品率信息.     

基于工艺参数扰动的IC参数成品率多目标优化算法

在芯片制造工艺中,参数扰动影响了集成电路（Integrated Circuit,IC）成品率,使不同参数成品率间存在着此消彼长的相互制约关系,而目前IC参数成品率优化算法却主要局限于单一优化目标问题。本文提出一种基于工艺参数扰动的参数成品率多目标优化算法。该算法针对漏电功耗成品率及芯片时延成品率,首先构建具有随机相关性的漏电功耗及芯片时延统计模型;随后根据其相互制约特性建立基于切比雪夫仿射理论的参数成品率多目标优化模型;最后利用自适应加权求和得到分布均匀的帕雷托优化解。实验结果表明,该算法对于具有不同测试单元的实验电路均可求得大约30个分布均匀的帕雷托优化解,不仅能够有效权衡多个优化目标间的相互制约关系,还可以使传统加权求和优化方法在帕雷托曲线变化率较小之处得到优化解。     

PtSi红外焦平面芯片可靠性物理分析

某单位的红外焦平面芯片,在生产过程中发现成品率较低,主要原因是漏电流大。我们对几个批次产品的统计分析,确定了主要的失效模式;利用液晶分析,Ｅ－Ｂｅａｍ光辐射显微镜对成品进行了失效定位和失效机理分析;而且通过分析关键工序的半成品揭示了主要失效机理。     

IGBT器件栅极漏电问题研究

IGBT器件具有输入阻抗高和导通压降低的优点,在大功率电力电子领域具有广泛的应用,但IGBT器件的栅极漏电问题严重影响产品的成品率和可靠性,是产品制造工艺控制的关键。栅极漏电问题主要由栅氧化层质量、多晶硅栅形貌以及栅极与发射极之间的隔离等问题所致,通常造成栅极短路漏电的原因比较容易发现,但栅极轻微漏电的原因比较复杂,需要通过科学的分析,才能找到问题的根源。通过对典型栅极漏电(栅极间呈现二极管特性)问题的调查,总结了解决问题的思路和方法,对IGBT芯片制造者或器件应用者有一定的参考作用。     

InSb单元及线列器件I-V特性失效分析

InSb单元及线列器件广泛应用于中波红外探测器的研制。InSb器件I-V中测筛选既可以有效地检测出适于装配使用的合格芯片,还可对前道工艺存在的问题实现有效监控和反馈。本文采用半导体参数分析仪对InSb单元及线列器件进行I-V测试,对日常测试中出现的I-V失效进行归纳,并对典型失效情况进行了失效原因分析,发现影响探测器芯片直流特性的主要因素是表面漏电。     

BCD工艺中的NMOS管结漏电问题的研究

针对BCD工艺中出现的NMOS管结漏电问题进行研究,通过失效分析的方法发现有结穿刺现象,怀疑为金属阻挡层工艺窗口较小。为进一步调查金属阻挡层的工艺容宽,尝试采用了苛刻的多次合金的方法对当前使用的阻挡层进行考察,发现经过多次合金处理的产品成品率大幅下降,从而确认金属阻挡层的工艺容宽较小。为了改进工艺进行准直溅射阻挡层、不同的金属阻挡层厚度、RTP、小应力阻挡层等试验,并结合多次合金的方法对阻挡层进行了考核。实验结果表明,应力过大是NMOS管漏电的根本原因。最后研发出一种优化的小应力阻挡层菜单,并成功应用于BCD工艺量产中。     

二极管器件漏电失效分析及改进措施

通过外观检查、开盖检查、 I/V曲线测试、微光显微镜观测和扫描电子显微镜检查等分析手段,结合芯片结构,对漏电失效的二极管器件进行分析,定位器件的失效位置,确定器件漏电失效的机理。形成一套针对半导体分立器件的失效分析流程,并对漏电失效模式提出了相应的优化改进措施。     

高压下陶瓷空封光电耦合器内部气体放电电流特性研究

陶瓷空封光电耦合器存在高压下的内部气体放电,分析其放电电流特性有助于器件可靠性研究。提出了基于体电流和气体放电电流的陶瓷空封光电耦合器漏电流模型,并针对高压下漏电流测试能力不足的现状,设计了基于悬浮供电的漏电流检测系统,通过对高压下器件漏电流的测试及对比分析,实现了对内部气体放电电流特性的定量评估。     

基于氟等离子体表面处理技术的AlGaN/GaN HEMT器件栅正向泄漏电流研究

The gate forward leakage current in AlGaN/GaN high electron mobility transistors(HEMTs) is investigated. It is shown that the current which originated from the forward biased Schottky-gate contributed to the gate forward leakage current.Therefore,a fluorine-plasma surface treatment is presented to induce the negative ions into the AlGaN layer which results in a higher metal-semiconductor barrier.Consequently,the gate forward leakage current shrinks.Experimental results confirm that the gate forward leakage current is decreased by one order magnitude lower than that of HEMT device without plasma treatment.In addition,the DC characteristics of the HEMT device with plasma treatment have been studied.     

A Comprehensive Study of Cobalt Salicide-Induced SRAM Leakage for 90-nm CMOS Technology

Cobalt salicide-induced static random access memory (SRAM) leakage in 90-nm technology is investigated in this paper. We found that the junction leakages are the origins of abnormal SRAM leakage, leading to a high direct-drain quiescent current and low function yield at wafer level. Cobalt salicide penetration at active edges is a dominant path for the junction leakage current. Both junction-area-intensive and active-edge-intensive test structures are employed to characterize the junction leakage. The SRAM function failure sites are carefully examined using conducting atomic force microscope and transmission electron microscope techniques. A full-factorial design of experiment (DOE) is implemented to systematically study the influences of Co thickness and temperatures of RTP1 and RTP2 on the junction leakage characteristics. Within the DOE window, it is found that both junction area and junction edge leakages increase with the Co thickness. The RTP1 temperature is critical in controlling Co salicide penetration at the active edge, while the RTP2 temperature is the main factor that affects the junction area leakage. SRAM leakage can be minimized by optimizing the salicide process scheme.     

漂移区减薄的多沟道薄膜 SOI LIGBT的研究（Ⅰ）

提出了一种新结构薄膜SOILIGBT——漂移区减薄的多沟道薄膜SOILIGBT(DRT-MCTFSOILIGB）。主要研究了其低压截止态泄漏电流在423～573K范围的温度特性。指出,通过合理的设计可以使该种新器件具有很低的截止态高温泄漏电流,很高的截止态击穿电压,足够大的正向导通电流和足够低的正向导通压降。还指出,它不仅适用于高温低压应用,而且适用于高温高压应用。     

混合PiN/Schottky二极管的研究

对混合PiN/Schottky二极管（MPS）进行研究,首先对MPS二极管的工作原理进行了分析,通过对MPS二极管、肖特基二极管、PIN二极管的伏安特性进行模拟,结果表明MPS二极管正向压降小,电流密度大,反向漏电流小,是一种具有肖特基正向特性和PN结反向特性的新型整流器。可以通过改变肖特基和PN结的面积比来调整MPS二极管的性能,与肖特基二极管和PIN二极管相比具有明显的优势,是功率系统不可或缺的功率整流管。     

漂移区减薄的多沟道薄膜SOILIGBT的研究(Ⅰ)——低压截止态泄漏电流的温度特性

提出了一种新结构薄膜 SOI L IGBT——漂移区减薄的多沟道薄膜 SOI LIGBT( DRT-MC TFSOI L IGB)。主要研究了其低压截止态泄漏电流在 4 2 3～ 573K范围的温度特性。指出 ,通过合理的设计可以使该种新器件具有很低的截止态高温泄漏电流 ,很高的截止态击穿电压 ,足够大的正向导通电流和足够低的正向导通压降。还指出 ,它不仅适用于高温低压应用 ,而且适用于高温高压应用。     

贴片电容器失效分析

采用外观检查、金相切片、SEM和EDS分析等手段,通过对贴片电容器失效实例的分析,介绍了对贴片电容器失效的分析过程与方法,得出了内部电极间的陶瓷介质裂纹存在并联电阻特性,这是导致电容器产生漏电失效的主要原因,该裂纹属制造缺陷。失效分析对贴片电容器制造工艺有质量控制作用。     

An investigation of nonideal base currents in advanced self-aligned`etched-polysilicon' emitter bipolar transistors

The authors report a physical analysis of nonideal base currents in advanced self-aligned etched-polysilicon emitter bipolar transistors. By studying the dependence of the leakage currents on bias voltage, temperature, device geometry, and process parameters, the authors identify the nature of these currents and isolate the main critical fabrication steps. The abnormal base current at forward bias is found to be a generation-recombination current involving defects along the spacer oxides. These defects also control the reverse base characteristics through a trap-assisted tunneling current mechanism. A simple modification of the spacer structure is shown to result in high-performance emitter/base junction properties     

Characterization of shallow silicided junctions for sub-quartermicron ULSI technology. Extraction of silicidation induced Schottkycontact area

The current-voltage (I-V) characteristics of shallow silicided p ⁺-n and n⁺-p junctions are presented. In the former the diode behavior was same as in nonsilicided junction, while drastic change in diode I-V was observed in the latter. The formation of Schottky contact was conclusively shown to be the root cause of the modified I-V behavior of n⁺-p junction in the forward bias region. Poole-Frenkel barrier lowering predominantly influenced the reverse leakage current, masking thereby the effect of Schottky contact. The leakage current in n⁺-p diodes was higher than in nonsilicided diodes by two orders of magnitude and this is consistent with the formation of Schottky contact via titanium or titanium-silicide penetrating into the p-substrate and generating trap sites. There is no increase in the leakage current and no formation of Schottky contact in case of the p⁺-n junction. The Schottky contact amounting to less than 0.01% of the total junction area and not amenable for SEM or TEM observation was extracted for the first time by simultaneous characterization of forward and reverse characteristics of silicided n ⁺-p diode     

GaN基绿光LED芯片电流加速失效机理研究

采用电流加速的电应力老化方法研究GaN基绿光 LED芯片的失效机理。LED芯片在经过60 mA 电流老化424 h后,其发光效率总体趋势都是随老化时间增加而减小 ,但是小测量电流相比于大测量电 流的发光效率衰减程度更为明显。同时,在正向偏压下电流电压曲线基本没有变化,而反向 偏压下的反向 电流随老化时间的增加而快速增加。笔者认为在电应力老化作用下,随老化时间增加,有源 区的缺陷能级 增多,在正向偏压下,缺陷能级起到一个有效陷阱的作用,增加了载流子的寿命,降低了辐 射复合的几率, 使得发光效率降低,但是并没有减小正向偏压下的电流,而反向偏压时,缺陷能级起到了一 个漏电通道的作用,使得反向电流增大。