ICS31.080

CCSL40/49

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CASAS043—202X（征求意見(jiàn)稿）

碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

（SiCMOSFETs）高溫反偏試驗(yàn)方法

Hightemperaturereversebiastestingmethodforsiliconcarbide

metaloxidesemiconductorfiledeffecttransistors(SiCMOSFETs)

（征求意見(jiàn)稿）

在提交反饋意見(jiàn)時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX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

T/CASAS043—202X（征求意見(jiàn)稿）

引言

碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(SiCMOSFET)具有阻斷電壓高、工作頻率高、耐高溫能力

強(qiáng)、通態(tài)電阻低和開(kāi)關(guān)損耗小等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高頻、高壓功率系統(tǒng)中。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)

展，越來(lái)越多的領(lǐng)域如航天、航空、石油勘探、核能、通信等，迫切需要能夠在髙溫、高頻、高濕等極

端環(huán)境下工作的電子器件。SiCMOSFET的高溫可靠性試驗(yàn)是使器件在高溫或高溫高濕的環(huán)境下，承受高

電壓應(yīng)力，以暴露跟時(shí)間、應(yīng)力相關(guān)的缺陷。器件能否能承受規(guī)定應(yīng)力條件下的試驗(yàn)是評(píng)估器件實(shí)際應(yīng)

用可靠性的重要手段。

由于SiO2與SiC界面缺陷SiC/SiO2界面附近的界面陷阱、近界面氧化物陷阱以及氧化物層中的缺陷

和可移動(dòng)電荷等問(wèn)題，在長(zhǎng)期高應(yīng)力的測(cè)試環(huán)境下，導(dǎo)致SiCMOSFET器件的失效機(jī)制變得復(fù)雜，例如閾

值電壓VGS(th)和米勒電容的變化等。SiCMOSFET的高溫可靠性試驗(yàn)方法及監(jiān)控參數(shù)，需要做出相應(yīng)的調(diào)

整，本文件給出了適用于SiCMOSFET器件的高溫反偏試驗(yàn)方法。

III

T/CASAS043—202X（征求意見(jiàn)稿）

碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFETs）高溫反偏

試驗(yàn)方法

1范圍

本文件描述了碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFETs）高溫反偏試驗(yàn)方法，包括：

試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)程序以及失效判據(jù)。

本文件適用范圍：分立功率器件，功率模塊。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)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，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T4586-1994半導(dǎo)體器件分立器件第8部分場(chǎng)效應(yīng)晶體管

GB/T4937.23-2023半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第23部分：高溫工作壽命

T/CASAS002-2021寬禁帶半導(dǎo)體術(shù)語(yǔ)

T/CASAS006-2020碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通用技術(shù)規(guī)范

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T4586-1994、T/CASAS002-2021、T/CASAS006-2020界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文

件。

柵-源電壓gate-sourcevoltage

VGS

器件的柵極和源極之間的電壓。

漏-源電壓drain-sourcevoltage

VDS

器件的漏極和源極之間的電壓。

柵極漏泄電流gateleakagecurrent

IGSS

漏極-源極短路時(shí)，柵極-源極電壓VGS達(dá)到最大的條件下對(duì)應(yīng)的最大值。

漏極漏泄電流drainleakagecurrent

IDSS

在漏極-源極電壓達(dá)到規(guī)定的高值，柵極-源極達(dá)到規(guī)定條件下的最大值。

柵-源閾值電壓gate-sourcethresholdvoltage

VGS(th)

漏極電流值達(dá)到規(guī)定低值時(shí)的柵-源電壓。

1

T/CASAS043—202X（征求意見(jiàn)稿）

漏-源通態(tài)電阻drain-sourceon-stateresistance

rDS(on)

在規(guī)定的柵極電壓、溫度且忽略內(nèi)部耗散條件下的最大值。

漏-源擊穿電壓breakdownvoltage,draintosource

V(BR)DSS

最大斷態(tài)漏極電流ID0和柵極-源極短路時(shí)的最小值。

環(huán)境溫度ambienttemperature

Ta

測(cè)試環(huán)境規(guī)定點(diǎn)測(cè)得的溫度。

管殼溫度casetemperature

Tc

在半導(dǎo)體器件管殼規(guī)定點(diǎn)測(cè)得的溫度。

散熱器溫度sinktemperature

Ts

在器件散熱器規(guī)定點(diǎn)測(cè)得的溫度。

結(jié)溫junctiontemperature

Tj

器件中主要發(fā)熱部分的半導(dǎo)體結(jié)的溫度。

虛擬結(jié)溫virtualjunctiontemperature,general

Tvj

通常來(lái)說(shuō)，功率半導(dǎo)體的結(jié)溫是沒(méi)有辦法直接測(cè)量到的，但是可以通過(guò)電學(xué)性能間接測(cè)量（例如

MOSFET通過(guò)體二極管的正向電壓測(cè)量）。因此，Tvj用來(lái)代替Tj。

4試驗(yàn)裝置

SiCMOSFET器件高溫反偏試驗(yàn)裝置應(yīng)能夠提供合適的SiCMOSFET偏置電壓及所需的高溫環(huán)境。所

使用的試驗(yàn)裝置的關(guān)鍵組成如下：

a)功率偏置單元（電源）。功率偏置單元（電源）應(yīng)能滿足半導(dǎo)體器件所需的偏置電壓范圍；

b)溫度控制系統(tǒng)。使用具有良好溫度控制能力的恒溫槽或熱平臺(tái)、溫箱，以提供所需的高溫應(yīng)力

環(huán)境；

c)測(cè)量設(shè)備或測(cè)量系統(tǒng)。包括但不限于示波器、電流表、電壓表、溫度傳感器、源測(cè)量單元等，

能夠記錄相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括溫度、試驗(yàn)時(shí)間、電參數(shù)測(cè)試信息和結(jié)果。

5試驗(yàn)步驟

目的

該測(cè)試用于SiCMOSFET。測(cè)試的重點(diǎn)是與生產(chǎn)有關(guān)的離子污染物，這些污染物會(huì)在溫度和電場(chǎng)的影

響下遷移，從而增加表面電荷。這可能會(huì)導(dǎo)致漏電流增加。

2

T/CASAS043—202X（征求意見(jiàn)稿）

SiCMOSFET功率半導(dǎo)體器件封裝過(guò)程和材料的熱膨脹系數(shù)也會(huì)對(duì)鈍化層完整性產(chǎn)生重大影響，從

而降低對(duì)外部污染物的防護(hù)能力。

測(cè)試

測(cè)試建議按照以下流程進(jìn)行：

a)樣品準(zhǔn)備：將SiCMOSFET樣品焊接或安裝在適當(dāng)?shù)臏y(cè)試夾具上，確保良好的電氣連接和熱連

接。

b)最初測(cè)試：在測(cè)試開(kāi)始之前，進(jìn)行器件的電特性參數(shù)測(cè)試及記錄，包括但不限于IDSS、IGSS、

rDS(on)、VGS(th)、V(BR)DSS、VSD。

c)溫度及偏置電源設(shè)置：根據(jù)測(cè)試要求設(shè)置溫度控制系統(tǒng)及偏置電源的輸出電壓，需要注意的是，

在升溫前的10min之內(nèi)，器件應(yīng)當(dāng)施加偏置。

d)HTRB試驗(yàn)：試驗(yàn)電路參考圖1，將偏置電源VDS_bias的正極連接到SiCMOSFET的漏極，負(fù)極連

接到源極，施加所需的偏置電壓。此時(shí)SiCMOSFET的柵極短接至源極或施加額外的負(fù)壓偏置

VGS_bias。

恒溫箱

VDS_bias

VGS_bias

圖1高溫反偏試驗(yàn)電路參考

e)中間測(cè)試：使用相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備監(jiān)測(cè)SiCMOSFET的IDSS。

f)冷卻：在去掉偏置前，處于高溫應(yīng)力下的器件應(yīng)冷卻至55℃或更低溫度。對(duì)于規(guī)定的工藝，

如果制造商提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)，不需要偏置條件下的冷卻。偏置中斷不超過(guò)1min時(shí)，不應(yīng)該視為

去掉偏置。

g)最終測(cè)試：在測(cè)試完成之后，進(jìn)行器件的電特性參數(shù)測(cè)試及記錄，包括但不限于IDSS、IGSS、

rDS(on)、VGS(th)、V(BR)DSS、VSD。需要注意，器件在去掉偏置的96h內(nèi)應(yīng)該盡快完成電氣參數(shù)測(cè)

試。如果器件去掉偏置并超出96h，器件在完成測(cè)試前應(yīng)該按照表2規(guī)定的時(shí)間重新施加應(yīng)力。

中間測(cè)試后，應(yīng)力應(yīng)該在中斷點(diǎn)繼續(xù)施加。

h)數(shù)據(jù)記錄：記錄試驗(yàn)期間的應(yīng)力及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并注意任何異?，F(xiàn)象。

注：HTRB是針對(duì)SiCMOSFET芯片及其近距離環(huán)境的失效模式測(cè)試，而不是針對(duì)遠(yuǎn)距離外殼的測(cè)試。芯片必須達(dá)到最

大溫度Tvj，但外殼周圍的環(huán)境溫度Ta可以更低。必須確保芯片下方的外殼溫度Tc或散熱器溫度Ts達(dá)到Tvj。外殼

溫度應(yīng)在允許的最高存儲(chǔ)溫度范圍內(nèi)（±10K），否則必須測(cè)量外殼溫度并在測(cè)試報(bào)告中注明。

由于使用VGS=VGS.min作為推薦的靜態(tài)關(guān)斷電壓時(shí)，SiC柵極氧化物中的場(chǎng)強(qiáng)較高，因此與Si器件和

VGS=0V測(cè)試相比，失效模式可能會(huì)發(fā)生變化（關(guān)于測(cè)試期間的阻斷電流或例如測(cè)試后的VGS(th)）。原

因在于HTRB阻斷應(yīng)力和負(fù)柵極應(yīng)力的疊加。每個(gè)被測(cè)器件都要進(jìn)行泄漏電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。DS溝道未完全

3

T/CASAS043—202X（征求意見(jiàn)稿）

關(guān)斷導(dǎo)致漏電流增大。由于負(fù)柵極電壓與高阻斷電壓相結(jié)合，導(dǎo)致關(guān)斷狀態(tài)下的柵極應(yīng)力增大。需要針

對(duì)SiCMOSFET的VGS(th)的遲滯現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)處理。

表1高溫反偏部分試驗(yàn)條件要求

a參數(shù)值

單批次，分立器件建議154個(gè)（其中正負(fù)柵壓偏置各77

被測(cè)樣品數(shù)量

個(gè)），功率模塊建議6個(gè)（其中正負(fù)柵壓偏置各3個(gè)）

測(cè)試持續(xù)時(shí)間≥1000h

測(cè)試溫度Tvj,max

漏極-源極電壓VDSVDS=VDS.max

b

VGS=0V

柵極-源極電壓VGSc

VGS=VGS,min

a

TA=Tvj.maxTp.loss，其中Tp.loss表示半導(dǎo)體器件因泄漏電流引起的功率損耗而產(chǎn)生的溫升。

b

如果SiC器件不能保證漏源極溝道在VGS=0V時(shí)完全關(guān)斷，則必須采用數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦的最小靜態(tài)VGS.min。

???

表296h內(nèi)未完成測(cè)試的器件附加應(yīng)力要求

超出96h的時(shí)間t(th)0<t≤168168<t≤336336<t≤504其他

電測(cè)試之前附加應(yīng)力時(shí)間（h）244872超出96h后，每168h（一周）增加24h

6失效判定

——IDSS等器件的電特性參數(shù)在初始值的基礎(chǔ)上，加上包括DUT在內(nèi)的測(cè)量裝置的噪聲水平（在

室溫冷測(cè)量）增加5倍，或超過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的值，必須視為不合格。

——可根據(jù)需求增加其余的失效判定。

7測(cè)試報(bào)告

測(cè)試結(jié)束應(yīng)提供測(cè)試報(bào)告，其中記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)包括：

a)樣品名稱及數(shù)量；

b)加熱期間的試驗(yàn)偏置條件；

c)試驗(yàn)溫度；

d)試驗(yàn)電壓；

e)試驗(yàn)時(shí)間。

f)連續(xù)記錄的IDSS；

g)試驗(yàn)前后的IDSS、IGSS、rDS(on)、VGS(th)、V(BR)DSS、VSD；

h)其他必要的項(xiàng)目。

4

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A

A

附錄A

（資料性）

SiCMOSFET器件高溫反偏試驗(yàn)記錄表

A.1SiCMOSFET器件高溫反偏試驗(yàn)記錄表

試驗(yàn)記錄表如圖A.1。

表A.1高溫反偏測(cè)試試驗(yàn)表示例

產(chǎn)品名稱

組別

型號(hào)規(guī)格

檢測(cè)項(xiàng)目環(huán)境條件

型號(hào)：

測(cè)試儀器

計(jì)量有效期

儀表

編號(hào)：

檢測(cè)依據(jù)

樣品數(shù)量

標(biāo)準(zhǔn)條款

試驗(yàn)時(shí)間：

試驗(yàn)溫度：

試驗(yàn)條件

及技術(shù)要

偏置電壓V：偏置電壓V：

求DSGS

其余補(bǔ)充說(shuō)明：

1.

2.

…

測(cè)試結(jié)果

樣品編號(hào)試驗(yàn)前參數(shù)試驗(yàn)后參數(shù)

已失效

（勾選）

IDSSIGSSrDS(on)VGS(th)V(BR)DSSIDSSIGSSrDS(on)VGS(th)V(BR)DSS

1□

2□

3□

…□

5

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參考文獻(xiàn)

[1]GB/T4586-1994半導(dǎo)體器件分立器件第8部分：場(chǎng)效應(yīng)晶體管

[2]GB/T4937.23-2023半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第23部分：高溫工作壽命

[3]T/CASAS006-2020碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通用技術(shù)規(guī)范

[4]T/CASAS002