提高晶閘管高溫反偏性能的研究

王啟進(jìn)　潘英飛

【摘 要】分析了晶閘管高溫反偏的失效模式；影響晶閘管高溫反偏性能的主要原因是表面沾污；改變SiO2的生長(zhǎng)工藝，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和在高溫環(huán)境下的可靠性。

【關(guān)鍵詞】高溫反偏；表面沾污；質(zhì)量；可靠性

0 引言

我公司近年來(lái)積極推動(dòng)晶閘管的銷(xiāo)售工作，其主要應(yīng)用于高能量的起輝（點(diǎn)火）電路、高壓發(fā)生器、過(guò)壓保護(hù)、振蕩器、代替晶閘管電路等方面。高壓發(fā)生器電路，用于空調(diào)、電冰箱，作為電子殺菌、除臭用；低電壓輸入的電子起輝電路，用于高壓燈（汞燈，鈉燈等）觸發(fā)、日光燈啟輝、燃?xì)恻c(diǎn)火、灶具，熱水器點(diǎn)火。由此可見(jiàn)它們經(jīng)常在60℃以上的環(huán)境中工作，芯片的結(jié)溫常常會(huì)達(dá)到125℃以上，因此，提高產(chǎn)品的高溫反偏能力是非常有意義的。用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)，它們的高溫反偏合格率只能達(dá)到50%左右，針對(duì)這一現(xiàn)象，我們提出了提高產(chǎn)品的高溫反偏篩選合格率的工藝技術(shù)，以期解決問(wèn)題，使我們產(chǎn)品的質(zhì)量和高溫環(huán)境下的可靠性得以提高，最終讓我們的產(chǎn)品更加有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

1 高溫反偏失效機(jī)理分析

在做高溫反偏時(shí)都不同程度的存在結(jié)退化的現(xiàn)象。在125℃條件下做高溫反偏，反向漏電流會(huì)隨著時(shí)間的增加而逐漸增大，有一些呈收斂狀態(tài)，而有一些是呈非收斂的狀態(tài)。Si平面結(jié)的反向特性是由體內(nèi)結(jié)的反向特性和表面結(jié)的反向特性共同決定的。一般情況下，體內(nèi)結(jié)反向特性是比較穩(wěn)定的，而表面結(jié)反向特性的穩(wěn)定性是比較差的。因?yàn)闉榱私鉀Q平面工藝中定于擴(kuò)散和器件穩(wěn)定性問(wèn)題，常常需要在Si表面生長(zhǎng)一層SiO2，在這系統(tǒng)中常常有電荷存在，在高溫反向偏置的條件下，這些電荷和界面效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重的影響半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。

以下是我們具體實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)：

從以上數(shù)據(jù)可以看出，大部分管子失效，失效模式大致可分為以下兩種：表面離子遷移和軟擊穿。

（1）表面離子遷移：離子會(huì)沿氧化物表面遷移，可激活Si層中的局部缺陷使器件退化，如Na離子向pn結(jié)附近的金屬化層遷移，使金屬下面的感應(yīng)結(jié)變寬，使漏電流增加，從而使擊穿電壓降低。

（2）軟擊穿：Si- SiO2系統(tǒng)中存在電荷和界面效應(yīng)起著表面復(fù)合中心的作用，就會(huì)在表面產(chǎn)生復(fù)合電流，當(dāng)pn結(jié)反向偏置時(shí)，這部分電流直接從表面流過(guò)，形成表面漏電流，也使pn結(jié)得反向電流不飽和，而且隨著外加反向電壓的增高而增大，從而形成軟擊穿。

2 改進(jìn)措施

Si- SiO2系統(tǒng)中存在電荷和界面效應(yīng)都和Si片 表面的沾污狀況有著密切的關(guān)系，沾污越嚴(yán)重，表面電荷量越大，而且主要是正電荷，在高溫一定的反向偏置下，這些正電荷向集電結(jié)附近的氧化層中移動(dòng)，使集電結(jié)表面的擊穿電壓降低。嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成近表面的集電結(jié)局部擊穿，反向漏電流增加，從而導(dǎo)致器件失效。為了改善高溫條件下器件的性能，我們從SiO2的生長(zhǎng)工藝方面進(jìn)行。我們采用C2HCl3摻cl氧化工藝來(lái)生長(zhǎng)SiO2層。工藝改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表2）

從以上數(shù)據(jù)可以看出，管子只有2支失效。實(shí)驗(yàn)表明cl原子和金屬堿性離子主要分布在Si- SiO2界面，靠近Si側(cè)10～20mm處，因此cl原子可以吸除可動(dòng)金屬離子。通過(guò)改進(jìn)SiO2的生長(zhǎng)工藝，使得SIDAC在125℃條件下高溫反偏篩選合格率得到很大提高。

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)表明摻cl氧化工藝改進(jìn)半導(dǎo)體的表面狀態(tài)，吸除了可動(dòng)金屬離子，有效地減輕和消除了芯片制造過(guò)程中的表面沾污，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和在高溫環(huán)境下的可靠性。在以后的工作中，我們還需繼續(xù)深入研究，讓我們的產(chǎn)品更加有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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[責(zé)任編輯：張濤]