一种功率器件栅氧化层寿命评估方法技术

本申请提供一种功率器件栅氧化层寿命评估方法，包括：在功率器件的栅极施加N种不同大小的电压，并在每种电压下均以M种不同大小的温度进行高温栅偏压试验，其中，N和M均为大于1的整数；在功率器件全部失效时，获取N*M次高温栅偏压试验中预设百分比的功率器件发生失效的N*M个时间点；根据N种不同大小的电压、M种不同大小的温度以及N*M个时间点，计算功率器件用于表征栅氧化层寿命的特征参数；获取施加在待评估功率器件栅极的评估电压和待评估功率器件所处的评估温度，根据特征参数、评估电压和评估温度计算待评估功率器件的栅氧化层寿命。本申请可以实现对功率器件的寿命进行评估，且测试使用的器件数量少，成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件栅氧化层寿命评估方法


[0001]本申请涉及功率半导体器件
，尤其涉及一种功率器件栅氧化层寿命评估方法。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺的发展，栅氧化层的厚度也在逐渐的降低，并且功率半导体器件内部的电场将会不断地增加，内部电场也会导致功率器件栅氧化层性能随时间下降。此外，偏置温度应力和电离辐射都会使栅氧化层发生退化，因此栅氧化层的寿命将会成为一个突出的问题。当功率半导体器件的栅氧化层退化后，将会导致功率半导体器件的电参数不稳定，甚至引起栅氧化层的击穿而导致器件失效。因此，功率半导体器件栅氧化层的寿命对器件的正常运行至关重要。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请提供一种功率器件栅氧化层寿命评估方法，可以对功率器件的寿命进行评估，且测试使用的器件数量少，成本低廉。
[0004]本申请的实施例提供一种功率器件栅氧化层寿命评估方法，包括：在功率器件的栅极施加N种不同大小的电压，并在每种电压下均以M种不同大小的温度进行高温栅偏压试验，其中，N和M均为大于1的整数；在所述功率器件全部失效时，获取N*M次所述高温栅偏压试验中预设百分比的所述功率器件发生失效的N*M个时间点；根据所述N种不同大小的电压、所述M种不同大小的温度以及所述N*M个时间点，计算所述功率器件用于表征栅氧化层寿命的特征参数；获取施加在待评估功率器件栅极的评估电压和所述待评估功率器件所处的评估温度，根据所述特征参数、所述评估电压和所述评估温度计算所述待评估功率器件的栅氧化层寿命。
[0005]与相关技术相比，本申请实施例至少具有以下优点：通过在功率器件的栅极施加N种不同大小的电压，并在每种电压下均以M种不同大小的温度进行高温栅偏压试验，能够根据实验得到的数据计算用于表征栅氧化层寿命的特征参数，在需要预估待评估功率器件的栅氧化层寿命时，仅需得知施加在待评估功率器件栅极的电压和待评估功率器件所处环境的温度，即可根据之前的试验数据推算待评估功率器件的栅氧化层寿命；此外，本申请实施例使用的器件或芯片数量少，还可以大大节约测试分析成本。
[0006]在一种可能的实现方式中，所述根据所述N种不同大小的电压、所述M种不同大小的温度以及所述N*M个时间点，计算所述功率器件用于表征栅氧化层寿命的特征参数，包括：根据所述N种不同大小的电压计算所述功率器件所处的N个栅氧场强；将所述N*M个时间点进行第一数据处理，得到N*M个第一时间特征值；绘制所述栅氧场强和所述第一时间特征值的第一关系图；将所述M种不同大小的温度进行第二数据处理，得到M个温度特征值；将所述N*M个时间点进行第三数据处理，得到N*M个第二时间特征值；绘制所述温度特征值和所述第二时间特征值的第二关系图；根据所述第一关系图和所述第二关系图得到所述特征参
数。
[0007]在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一关系图和所述第二关系图得到所述特征参数，包括：根据所述第一关系图提取M个第一斜率，绘制所述第一斜率的绝对值与所述温度特征值的第三关系图；根据所述第二关系图提取N个第二斜率，绘制所述第二斜率与所述栅氧场强的第四关系图；根据所述第三关系图和所述第四关系图得到所述特征参数。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述特征参数包括：加速因子、活化能；所述根据所述第三关系图和所述第四关系图得到所述特征参数，包括：根据所述第三关系图得到所述加速因子，根据所述第四关系图得到所述活化能。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述根据所述特征参数、所述评估电压和所述评估温度计算所述待评估功率器件的栅氧化层寿命，包括：根据所述评估电压计算所述待评估功率器件所述的评估栅氧场强；根据所述评估栅氧场强和所述第四关系图得到所述待评估功率器件的活化能；根据以下公式计算所述待评估功率器件的栅氧化层寿命：
[0010]其中，t2为所述待评估功率器件的栅氧化层寿命，A为所述加速因子，K为常数，T2为所述环境温度，E
a2
为所述待评估功率器件的活化能，E
a1
为所述第四关系图中功率器件的活化能，T1为与所述E
a1
对应的温度。
[0011]在一种可能的实现方式中，在所述在功率器件的栅极施加N种不同大小的电压之前，还包括：测试多个测试功率器件在初始状态下的静态参数；在所述多个测试功率器件的栅极施加电压，以在预设温度下进行预设时间的高温栅偏压试验；测试经过所述高温栅偏压试验后的所述多个测试功率器件的静态参数，并剔除处于失效状态的测试功率器件；确认所述多个测试功率器件是否全部失效；若所述多个测试功率器件没有全部失效，则将未失效测试功率器件的栅极电压以预设梯度进行递增，并在预设温度下进行预设时间的高温栅偏压试验，直到所述多个测试功率器件全部失效；对失效的测试功率器件进行剖片分析并进行失效类型判定；所述获取N*M次所述高温栅偏压试验中预设百分比的所述功率器件发生失效的N*M个时间点，包括：根据所述剖片分析及所述失效类型判定的结果，获取N*M次所述高温栅偏压试验中预设百分比的所述功率器件发生失效的N*M个时间点。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述根据所述剖片分析及所述失效类型判定的结果，获取N*M次所述高温栅偏压试验中预设百分比的所述功率器件发生失效的N*M个时间点，包括：根据所述剖片分析及所述失效类型判定的结果，绘制处于失效状态的功率器件与栅极电压之间数量与电压值的关系图，其中，所述失效状态包括本征失效和外部失效，所述数量包括处于所述本征失效的功率器件的数量和处于所述外部失效的功率器件的数量；根据所述关系图，获取N*M次所述高温栅偏压试验中预设百分比的所述功率器件发生所述本征失效的N*M个时间点。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述静态参数包括所述测试功率器件在关断状态下的栅极电阻以及栅极的漏电流。
[0014]在一种可能的实现方式中，当所述功率器件的栅极的漏电流大于第一阈值时，确认所述功率器件处于失效状态。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述功率器件的静态参数包括所述功率器件在关断状态下的源极和漏极的漏电流。
附图说明
[0016]图1为本申请一实施例提供的功率器件栅氧化层寿命评估方法的流程示意图；
[0017]图2为本申请一实施例提供的栅氧场强和第一时间特征值的第一关系图；
[0018]图3为本申请一实施例提供的第一斜率的绝对值和温度特征值的第三关系图；
[0019]图4为本申请一实施例提供的温度特征值和第二时间特征值的第二关系图；
[0020]图5为本申请一实施例提供的第二斜率与栅氧场强的第四关系图；
[0021]图6为本申请一实施例提供的功率器件栅氧化层寿命评估方法的流程示意图；
[0022]图7为本申请一实施例提供的碳化硅功率器件的栅氧化层的本征失效行为与外部失效行为的示意图；
[0023]图8为本申请一实施例提供的失效功率器件与施加栅极电压之间的数量与电压值的关系图；
[0024]图9为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率器件栅氧化层寿命评估方法，其特征在于，包括：在功率器件的栅极施加N种不同大小的电压，并在每种电压下均以M种不同大小的温度进行高温栅偏压试验，其中，N和M均为大于1的整数；在所述功率器件全部失效时，获取N*M次所述高温栅偏压试验中预设百分比的所述功率器件发生失效的N*M个时间点；根据所述N种不同大小的电压、所述M种不同大小的温度以及所述N*M个时间点，计算所述功率器件用于表征栅氧化层寿命的特征参数；获取施加在待评估功率器件栅极的评估电压和所述待评估功率器件所处的评估温度，根据所述特征参数、所述评估电压和所述评估温度计算所述待评估功率器件的栅氧化层寿命。2.如权利要求1所述的功率器件栅氧化层寿命评估方法，其特征在于，所述根据所述N种不同大小的电压、所述M种不同大小的温度以及所述N*M个时间点，计算所述功率器件用于表征栅氧化层寿命的特征参数，包括：根据所述N种不同大小的电压计算所述功率器件所处的N个栅氧场强；将所述N*M个时间点进行第一数据处理，得到N*M个第一时间特征值；绘制所述栅氧场强和所述第一时间特征值的第一关系图；将所述M种不同大小的温度进行第二数据处理，得到M个温度特征值；将所述N*M个时间点进行第三数据处理，得到N*M个第二时间特征值；绘制所述温度特征值和所述第二时间特征值的第二关系图；根据所述第一关系图和所述第二关系图得到所述特征参数。3.如权利要求2所述的功率器件栅氧化层寿命评估方法，其特征在于，所述根据所述第一关系图和所述第二关系图得到所述特征参数，包括：根据所述第一关系图提取M个第一斜率，绘制所述第一斜率的绝对值与所述温度特征值的第三关系图；根据所述第二关系图提取N个第二斜率，绘制所述第二斜率与所述栅氧场强的第四关系图；根据所述第三关系图和所述第四关系图得到所述特征参数。4.如权利要求3所述的功率器件栅氧化层寿命评估方法，其特征在于，所述特征参数包括：加速因子、活化能；所述根据所述第三关系图和所述第四关系图得到所述特征参数，包括：根据所述第三关系图得到所述加速因子，根据所述第四关系图得到所述活化能。5.如权利要求4所述的功率器件栅氧化层寿命评估方法，其特征在于，所述根据所述特征参数、所述评估电压和所述评估温度计算所述待评估功率器件的栅氧化层寿命，包括：根据所述评估电压计算所述待评估功率器件所述的评估栅氧场强；根据所述评估栅氧场强和所述第四关系图得到所述待评估功率器件的活化能；根据以下公式计算所述待评估功率器件的栅氧化层寿命...

【专利技术属性】
技术研发人员：和巍巍，汪之涵，唐宏浩，
申请(专利权)人：深圳基本半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：