碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(SiCMOSFET)動態(tài)柵偏試驗方法2024-11-19發(fā)布2024-11-19實施第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布 Ⅲ引言 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14試驗裝置 25試驗方法 25.1總體原則 25.2試驗電路 25.3試驗裝置 35.4試驗條件 35.5試驗設置 45.6試驗控制和測量 46失效判據(jù) 47試驗報告 5附錄A(資料性)SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗記錄表 6參考文獻 7工Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟提出并歸口。本文件起草單位：清純半導體(寧波)有限公司、復旦大學寧波研究院、復旦大學、工業(yè)和信息化部電子第五研究所、東風汽車集團有限公司、杭州三海電子科技股份有限公司、中國科學院微電子研究所、深圳禾望電氣股份有限公司、中國第一汽車集團有限公司、北京華峰測控技術股份有限公司、寧波達新半導體有限公司、智新半導體有限公司、常州銀河世紀微電子股份有限公司、上海維安電子股份有限公司、東莞南方半導體科技有限公司、中國電力科學研究院有限公司、湖北九峰山實驗室、深圳平湖實驗室、西安交通大學、江蘇第三代半導體研究院有限公司、廣東省東莞市質量監(jiān)督檢測中心、北京第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。閾值電壓漂移是最嚴重的。在柵極應力作用下的閾值電壓漂移量產生的機理包含不同部分，包括由于壓漂移一部分在釋放應力后可恢復，一部分是永久存在的退化。SiCMOSFET的動態(tài)柵偏試驗是器件承受重復正負變換的柵電壓，以使柵極界面及近界面缺陷發(fā)生的俘獲和/或釋放漂移更大。柵氧層中由于電子和空穴的復合所產生的能量，也會破現(xiàn)有的SiCMOSFET動態(tài)柵偏試驗方法并未完全從傳統(tǒng)恒定應力可靠性試驗方法中分離，1碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(SiCMOSFET)動態(tài)柵偏試驗方法本文件描述了碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(SiCMOSFET)動態(tài)柵偏試驗方法，包括試本文件適用于對SiCMOSFET柵氧質量的評估，主要包括芯片、分立器件、模塊。2規(guī)范性引用文件GB/T4586半導體器件分立器件第8部分：場效應晶體管T/CASAS002—2021寬禁帶半導體術語T/CASAS006—2020碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管通用技術規(guī)范T/CASAS021—2024碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(SiCMOSFET)閾值電壓測試方法3術語和定義T/CASAS002—2021、T/CASAS006—2020界定的以及下列術語和定義適用于本文件。器件的柵極和源極之間的電壓。柵極漏泄電流gateleakagecurrent柵極和源極之間的泄漏電流。器件的漏極和源極之間的電壓。漏極電流達到規(guī)定低值時的柵源電壓。閾值電壓從試驗初始值到最終值的變化量。2柵極電壓變化率rateofchangeofgatevoltage柵極在高電壓與低電壓之間的變換速率。4試驗裝置所使用的試驗裝置應能夠提供和控制試驗范圍內的電壓應力、溫度和試驗時長。試驗裝置的主要組成部分見圖1。閾值電壓測試試驗樣品圖1動態(tài)柵偏試驗裝置的主要組成部分a)動態(tài)柵壓單元。動態(tài)柵偏試驗通過使樣品器件在重復高低變換的柵極電壓下來驅動器件開關，動態(tài)柵壓單元應能滿足高低電壓變換的頻率、變化速率以及時長要求。b)溫度控制單元。應滿足可設置試驗過程中需要的樣品器件工況溫度條件，并維持此溫度穩(wěn)定時長與試驗時長一致。c)閾值電壓測試單元。應滿足在動態(tài)柵偏試驗前后及過程中進行閾值電壓在線監(jiān)測的功能，并通過數(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)柵偏試驗采用閾值電壓測試單元進行閾值電壓原位監(jiān)測，不作規(guī)定。d)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。能夠記錄相關的試驗數(shù)據(jù)，包括溫度、試驗時間、電參數(shù)測試信息和結果。5試驗方法動態(tài)柵偏試驗方法是為了測試器件在高低切換的柵極應力下閾值電壓漂移情況，并在試驗過程中收集試驗數(shù)據(jù)。試驗步驟的主要組成包括但不限于柵極電壓驅動變換、參數(shù)測試、溫度控制方法。建議采用如圖2所示的SiCMOSFET的動態(tài)柵偏試驗電路?？蛇x用圖3所示的閾值電壓測試電路，或根據(jù)用戶實際需求以及設備能力進行選擇。如圖2所示，在對樣品器件進行動態(tài)柵極電壓應力施加過程中，高低變換的電壓應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4所示，VH、V?為柵極偏置的值，推薦過沖不超過高低偏置電壓的3%。其中，90%V?.至90%VH的電壓變化率為dVH/dt,90%VH至90%VL的電壓變化率為dVL/dt。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3注：此處單電壓源閾值電壓測試方法不作規(guī)定。A源極A+動態(tài)柵偏試驗條件見表1。試驗柵極偏置電壓等條件的選擇應根據(jù)產品的測時，需要考慮進行監(jiān)測的周期，以實際數(shù)據(jù)需求為主，原則上不能影響整體的試驗時長和結果。4表1動態(tài)柵偏試驗條件Vps=0V(柵偏試驗時)f=50kHz(占空比=20%)10min(建議)#開關頻率和占空比不作規(guī)定，此處數(shù)值為建議值，僅作參使用閾值電壓監(jiān)測時考慮。5.5試驗設置首先，在試驗前完成樣品的電參數(shù)測試，根據(jù)試驗樣品的應用完成各個試驗參數(shù)的選擇，以柵偏循環(huán)次數(shù)確定試驗時長時，在試驗參數(shù)確定后，保證樣品試驗溫度達到設定值。樣品電路連接為試驗電路(Vns=0V)即可開始試驗。試驗過程中，監(jiān)測柵極電壓偏置值以及開關頻率等，直至試驗完成設置循環(huán)。柵極偏置循環(huán)結束，進行閾值電壓移位測試。其中，進行閾值電壓監(jiān)測時，在試驗開始前溫度設置前后各完成一次室溫及試驗溫度下的閾值電壓原位測試，隨后開始試驗過程中的閾值電壓原位監(jiān)測。試驗完成時，保持試驗溫度及降溫后再各進行一次閾值電壓原位測量。5.6試驗控制和測量試驗的柵極偏置電平高低(VH、V?)、開關頻率，以及dV/dt在試驗前后應保持不變，直到試驗結束。試驗過程中對Icss進行監(jiān)測。對閾值電壓進行原位監(jiān)控時，需滿足在試驗前后保持試驗條件一致。樣品測量包括但不限于電參數(shù)測試，測量過程應按照產品的詳細規(guī)范進行。試驗結束后器件電參數(shù)測量應在器件從規(guī)定試驗條件下移出后盡快完成，測量完成時間不超過24h,閾值電壓應在移出后的10h內完成測試。失效判據(jù)應包括但不限于表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,測試條件按照產品規(guī)范測試常溫下的參數(shù)變化，其余靜態(tài)參數(shù)如Vs、跨導(gs),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)柵偏試驗的失效判據(jù)失效判據(jù)(相對于初始值的變化率)5符號失效判據(jù)(相對于初始值的變化率)閾值電壓SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗記錄表見附錄A。6(資料性)SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗記錄表SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗記錄表見表A.1。表A.1SiCMOSFET器件動態(tài)柵偏試驗記錄表示例型號規(guī)格組別檢測項目試驗溫度/(℃)開關頻率f/Hz占空比柵極電壓變化率dVs/dt…已失效(勾選)1□2□3□…□7[3]AQG324Qualification