ICS31.080CCSL40/49團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CASAS045—2024碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）動態(tài)柵偏試驗(yàn)方法Dynamicgatestresstestmethodforsiliconcarbidemetal?oxidesemiconductorfieldeffecttransistors（SiCMOSFET）2024?11?19發(fā)布 2024?11?19實(shí)施第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟 發(fā)布中 國 標(biāo) 準(zhǔn) 出 版 社 出版T/CASAS045—2024目 次前言 Ⅲ引言 Ⅳ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14試驗(yàn)裝置 25試驗(yàn)方法 25.1總體原則………………25.2試驗(yàn)電路………………25.3試驗(yàn)裝置………………35.4試驗(yàn)條件………………35.5試驗(yàn)設(shè)置………………45.6試驗(yàn)控制和測量 46失效判據(jù) 47試驗(yàn)報告 5附錄資料）SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗(yàn)記錄表 6參考文獻(xiàn) 7ⅠT/CASAS045—2024前 言本文件按照GB/T1.1—202標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)的規(guī)起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟提出并歸口。本文件起草單位：清純半導(dǎo)體寧波圳禾望電氣股份有限公司莞南方半導(dǎo)體科技有限公司技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。ⅢT/CASAS045—2024引 言碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(SiCMOSFET)具有擊穿電壓高、導(dǎo)通電流大、開關(guān)速度快、智能電網(wǎng)、光伏發(fā)電、電動汽車等領(lǐng)域，都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。SiCMOSFET在各類動態(tài)過程中會出現(xiàn)各類物理變化的遲滯，從而發(fā)生由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外電路的不匹配，或內(nèi)部各結(jié)構(gòu)之間的不匹配而引發(fā)的應(yīng)力疊加，或瞬態(tài)失效問題。特別的是，在SiCMOSFET開關(guān)過程中，柵極在動態(tài)電壓應(yīng)力作用下會造成電特性參數(shù)退化，其中閾值電壓漂移是最嚴(yán)重的。在柵極應(yīng)力作用下的閾值電壓漂移量產(chǎn)生的機(jī)理包含不同部分，包括由于SiC/SiO2界面固有的界面缺陷導(dǎo)致的閾值電壓漂移，由于柵氧層充電造成的閾值電壓漂移，這些閾值電壓漂移一部分在釋放應(yīng)力后可恢復(fù)，一部分是永久存在的退化。SiCMOSFET的動態(tài)柵偏試驗(yàn)是器件承受重復(fù)正負(fù)變換的柵電壓，以使柵極界面及近界面缺陷發(fā)生的俘獲和/或釋放過程。當(dāng)柵極電壓在快速變換過程中，由于界面態(tài)或近界面陷阱的填充或釋放速度并不足以響應(yīng)外加偏置的切換速度，導(dǎo)致局部規(guī)定應(yīng)力條件下進(jìn)行閾值電壓漂移程度的測試，是評估器件在實(shí)際應(yīng)用中柵極可靠性的重要手段。現(xiàn)有的SiCMOSFET動態(tài)柵偏試驗(yàn)方法并未完全從傳統(tǒng)恒定應(yīng)力可靠性試驗(yàn)方法中分離，在試驗(yàn)條件、方法以及參數(shù)等重要細(xì)節(jié)內(nèi)容方面沒有具體規(guī)范，從而影響對SiCMOSFET器件柵極可靠性的評估，本文件給出了適用于SiCMOSFET器件的動態(tài)柵偏試驗(yàn)方法。ⅣT/CASAS045—2024碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）動態(tài)柵偏試驗(yàn)方法范圍本文件描述了碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）動態(tài)柵偏試驗(yàn)方法，包括試驗(yàn)裝置、失效判據(jù)。本文件適用于對SiCMOSFET柵氧質(zhì)量的評估，主要包括芯片、分立器件、模塊。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中該日期對應(yīng)的版本適用于本文件包括所有的修改單適用于本文件。GB/T4586 半導(dǎo)體器件 分立器件 第8部分場效應(yīng)晶體管T/CASAS002—2021 寬禁帶半導(dǎo)體術(shù)語T/CASAS006—2020 碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管通用技術(shù)規(guī)范T/CASAS021—2024 碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiC閾值電壓測試方法術(shù)語和定義3.3.3.3.3.

T/CASAS002—2021T/CASAS006—2020界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。柵-源電壓 gate?sourcevoltageVGS器件的柵極和源極之間的電壓。柵極漏泄電流 gateleakagecurrentIGSS柵極和源極之間的泄漏電流。漏-源電壓 drain?sourcevoltageVDS器件的漏極和源極之間的電壓。柵-源閾值電壓 gate?sourcethresholdvoltageVGS(th)漏極電流達(dá)到規(guī)定低值時的柵源電壓。柵-源閾值電壓漂移 gate?sourcethresholdvoltageshift?VGS(th)閾值電壓從試驗(yàn)初始值到最終值的變化量。1T/CASAS045—20243.6

柵極電壓變化率 rateofchangeofgatevoltagedVGS/dt柵極在高電壓與低電壓之間的變換速率。試驗(yàn)裝置所使用的試驗(yàn)裝置應(yīng)能夠提供和控制試驗(yàn)范圍內(nèi)的電壓應(yīng)力、溫度和試驗(yàn)時長。試驗(yàn)裝置的主要組成部分見圖1。fifi?@0fla+"flK*?"AAO?#圖1 動態(tài)柵偏試驗(yàn)裝置的主要組成部分動態(tài)柵壓單元。動態(tài)柵偏試驗(yàn)通過使樣品器件在重復(fù)高低變換的柵極電壓下來驅(qū)動器件開關(guān)，動態(tài)柵壓單元應(yīng)能滿足高低電壓變換的頻率、變化速率以及時長要求。溫度控制單元。應(yīng)滿足可設(shè)置試驗(yàn)過程中需要的樣品器件工況溫度條件，并維持此溫度穩(wěn)定時長與試驗(yàn)時長一致。閾值電壓測試單元。應(yīng)滿足在動態(tài)柵偏試驗(yàn)前后及過程中進(jìn)行閾值電壓在線監(jiān)測的功能過數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)同步記錄閾值電壓測量值。注：建議動態(tài)柵偏試驗(yàn)采用閾值電壓測試單元進(jìn)行閾值電壓原位監(jiān)測，不作規(guī)定。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。能夠記錄相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)方法5.1 總體原則動態(tài)柵偏試驗(yàn)方法是為了測試器件在高低切換的柵極應(yīng)力下閾值電壓漂移情況，并在試驗(yàn)過程中收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)步驟的主要組成包括但不限于柵極電壓驅(qū)動變換5.2 試驗(yàn)電路建議采用如圖2所示的SiCMOSFET的動態(tài)柵偏試驗(yàn)電路?？蛇x用圖3所示的閾值電壓測試電路，或根據(jù)用戶實(shí)際需求以及設(shè)備能力進(jìn)行選擇。如圖2所示，在對樣品器件進(jìn)行動態(tài)柵極電壓應(yīng)力施加過程中，高低變換的電壓應(yīng)力加在器件柵極和源極兩端，此時漏極和源極短接。其中，柵極偏置電壓的波形示意圖如圖4VHVL為柵極偏置的dVHdtdVLdt為偏置電壓高低電壓切換速率VH-surgeVL-surge為高低電壓切換時的過沖值，推薦過沖不超過高低偏置電壓的390VL至90VH的電壓變化率為dVHdt90VH至90VL的電壓變化率為dVLdt。如圖3所示，測試單電壓源掃描閾值電壓時，測試電壓源通過柵源極接入電路。測試方法可參考2T/CASAS045—2024T/CASAS021—2024。注：此處單電壓源閾值電壓測試方法不作規(guī)定。$$IGS"#圖2 動態(tài)柵偏試驗(yàn)電路圖dVH/ddVH/dtVH-surge90%VH90%VLVL-surgedVL/dt$4.61#" +0VVL圖3 閾值電壓測試電路單電壓源掃描） 圖4 柵極偏置電壓波形示意圖5.3 試驗(yàn)裝置動態(tài)柵偏試驗(yàn)裝置的構(gòu)成，包括被測器件、動態(tài)柵壓驅(qū)動、溫度調(diào)整以及閾值電壓測試電路等都會對試驗(yàn)結(jié)果有顯著的影響。動態(tài)柵偏試驗(yàn)的參數(shù)測試宜盡可能反映樣品試驗(yàn)的真實(shí)狀態(tài)值。5.4 試驗(yàn)條件動態(tài)柵偏試驗(yàn)條件見表1。試驗(yàn)柵極偏置電壓等條件的選擇應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格手冊，不應(yīng)超過產(chǎn)品的最大額定值，同時以縮短試驗(yàn)時間為原則。試驗(yàn)柵極開關(guān)頻率、占空比宜根據(jù)樣品實(shí)際應(yīng)用條件，在參數(shù)條件范圍內(nèi)選擇。柵偏循環(huán)可根據(jù)循環(huán)次數(shù)或者時間進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置的值與試驗(yàn)失效判定條件不沖突。試驗(yàn)溫度如無特殊應(yīng)用需求，宜設(shè)置為樣品器件的最高結(jié)溫和室溫。其中，室溫為必選項(xiàng)，高溫可作為選做項(xiàng)目。進(jìn)行閾值電壓原位監(jiān)測時，需要考慮進(jìn)行監(jiān)測的周期，以實(shí)際數(shù)據(jù)需求為主，原則上不能影響整體的試驗(yàn)時長和結(jié)果。3T/CASAS045—2024表1 動態(tài)柵偏試驗(yàn)條件參數(shù)數(shù)值柵偏循環(huán)次數(shù)≥1011溫度器件最高結(jié)溫；室溫柵壓設(shè)置VH=VGS.maxVL=VGS.min漏源電壓VDS=0V（柵偏試驗(yàn)時）開關(guān)頻率ff=50kH占空比=20a柵極電壓變化率dVGSdt≥1V/nsVGS(th)監(jiān)測周期b10mi）a開關(guān)頻率和占空比不作規(guī)定，此處數(shù)值為建議值，僅作參考。b使用閾值電壓監(jiān)測時考慮。5.5 試驗(yàn)設(shè)置次數(shù)確定試驗(yàn)時長時，在試驗(yàn)參數(shù)確定后，保證樣品試驗(yàn)溫度達(dá)到設(shè)定值。樣品電路連接為試驗(yàn)電路DS=0即可開始試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，監(jiān)測柵極電壓偏置值以及開關(guān)頻率等，直至試驗(yàn)完成設(shè)置循環(huán)。柵極偏置循環(huán)結(jié)束，進(jìn)行閾值電壓移位測試。其中，進(jìn)行閾值電壓監(jiān)測時，在試驗(yàn)開始前溫度設(shè)置前后各完成一次室溫及試驗(yàn)溫度下的閾值電壓原位測試，隨后開始試驗(yàn)過程中的閾值電壓原位監(jiān)測。試驗(yàn)完成時，保持試驗(yàn)溫度及降溫后再各進(jìn)行一次閾值電壓原位測量。5.6 試驗(yàn)控制和測量試驗(yàn)的柵極偏置電平高低HVdVdt在試驗(yàn)前后應(yīng)保持不變，直到試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)過程中對IGSS進(jìn)行監(jiān)測。對閾值電壓進(jìn)行原位監(jiān)控時，需滿足在試驗(yàn)前后保持試驗(yàn)條件一致。樣品測量包括但不限于電參數(shù)測試，測量過程應(yīng)按照產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)范進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)束后器件電參數(shù)測量應(yīng)在器件從規(guī)定試驗(yàn)條件下移出后盡快完成，測量完成時間不超過24h，閾值電壓應(yīng)在移出后的10h內(nèi)完成測試。6 失效判據(jù)失效判據(jù)應(yīng)包括但不限于表2所示的參數(shù)，除閾值電壓外其他參數(shù)的測試方法依據(jù)GB/T4586試條件按照產(chǎn)品規(guī)范測試常溫下的參數(shù)變化，其余靜態(tài)參數(shù)如VSDgf，以及其他動靜態(tài)參數(shù)等，可根據(jù)具體需求選擇測試。表2 動態(tài)柵偏試驗(yàn)的失效判據(jù)參數(shù)符號失效判據(jù)（相對于初始值的變化率）漏-源極導(dǎo)通電壓RDS(on)20擊穿電壓VBR小于規(guī)范值4T/CASAS045—2024表2動態(tài)柵偏試驗(yàn)的失效判據(jù)（續(xù)）參數(shù)符號失效判據(jù)（相對于初始值的變化率）閾值電壓VGS(th)20漏源漏電流IDSS500<10nA50nA柵源漏電流IGSS500<10nA50nA7 試驗(yàn)報告試驗(yàn)報告至少應(yīng)給出以下幾個方面的內(nèi)容：a）試驗(yàn)樣品規(guī)格；b）樣品數(shù)量批次；c）試驗(yàn)條件；試驗(yàn)時長或試驗(yàn)開關(guān)次數(shù)；測量間隔時長；試驗(yàn)過程中參數(shù)監(jiān)測結(jié)果；參數(shù)測試結(jié)果。SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗(yàn)記錄表見附錄A。5T/CASAS045—2024附 錄 A資料性）SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗(yàn)記錄表SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗(yàn)記錄表見表A.1。表A.1 SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗(yàn)記錄表示例產(chǎn)品名稱型號規(guī)格組別檢測項(xiàng)目環(huán)境條件測試儀器儀表型號：計量有效期編號：檢測依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條款樣品數(shù)量試驗(yàn)條件及技術(shù)要求試驗(yàn)時間t/h試驗(yàn)溫度?）柵極動態(tài)偏置電壓VGS/V開關(guān)頻率f/Hz占空比柵極電壓變化率dVGSdt其余補(bǔ)充說明：1.2.…樣品編號測試結(jié)果試驗(yàn)前參數(shù)試驗(yàn)后參數(shù)已失效）IDSSIGSSRDS(on)VGS(th)VBRIDSSIGSSRDS(on)VGS(th)VBR1□2□3□…□6T/CASAS045—2024參 考 文 獻(xiàn)GB/T29332—2012 半導(dǎo)體器件 分立器件 第9部分絕緣柵雙極晶體（IGBT）AEC?Q101 StresstestqualificationfordiscretesemiconductorsAQG324 QualificationofPowerModulesforUseinPowerElectronicsConverterUnitsinMo?torVehicles］IEC60747?82010 Semiconductordevices—Discretedevices—Part8Field?effecttransistors［5］JEP183SiCMOSFETGuidelinesformeasuringthethresholdvoltage（VT）ofSiCMOSFETsJEP184Guid