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1、功率器件VDMOS渐变型IDSS散点失效分析摘要：功率器件VDMOS电参数直接影响着器件工作性能，其电参数失效模 式众多，其中源漏漏电IDSS最为常见，且其失效原因复杂，同时也最难解决。 本文就其中一种渐变型IDSS失效进行分析总结，并优化在线工艺，提升良率。关键词：VDMOS； IDSS、BVDSS； P-Body推阱工艺；良率提升1源漏漏电失效模式及现象微晶微公司在2020年第二季度量产过程中，出现多批400V VDMOS产品IDSS 散点失效，导致良率大幅度降低，共影响3批72片，低良41片。失效模式呈逐 片晶圆递减式IDSS散点漏电，其MAP如图1所示，图中呈紫色管芯为IDSS失效 管
2、芯。图1 400V VDMOS产品渐变型IDSS散点失效MAP2失效原因分析2.1测试数据分析将失效批次与正常批次数据进行对比分析，结果如图2所示，（a）为IDSS 变异性图，异常批次源漏漏电严重，正常批次仅存在个别管芯IDSS失效；（b） 为击穿电压BVDSS变异性图，异常批次BVDS整体较正常批次低，其中AE7638批 次BVDSS均值已接近下限为419V。正常批次BVDSS均值为458V，较异常批次高 10-30V，其他参数无明显异常。因此怀疑IDSS失效为BVDSS偏低导致。选择其 中一片进行不sort测试，近一步分析。a ) IDSS变异性图(b )BVDSS变异性图i非临山明朋则朋
3、图2失效异常批次与正常批次CP参数变异性图2.2测试分析将异常片进行放开测试，BVDSS等高线图如图3所示，IDSS失效区域BVDSS均低于410V，分布为中心高边缘低IDSS失效管芯的击穿特性HS 汀吃期曲线如图4所示，击穿电压BVDSS偏低，在410V以下。图3 BVDSS等高线图 图4手动探针台测试BVDSS特性曲线2.3失效机理分析BVDSS和IDSS是衡量VDMOS器件正常工作时所能承受的最大漏源电压，以及 此电压下的漏电大小，是判断器件漏源间沟道以及本征二极管的PN结状态的重5 BVDSS与IDSS测试电路图当器件BVDSS不足时，漏源间电流会增大。一般当要指标1】。BVDSS与I
4、DSS测试电路图相同，如图5所示。400V产品测试IDSS时，若其击穿电压处于临界值，给源漏间施加400V偏压，其漏电流大于100nA时，即视为IDSS失效，因此400V产品IDSS漏电失效为BVDSS偏低导致。图6 VDMOS元胞结构图高压VDMOS器件击穿机理主要是雪崩击穿， 而其主要影响因素有两个：（1）元胞区的击穿 主要由外延电阻率和厚度决定；（2）终端区域 的击穿主要由终端设计和终端工艺影响。由于该400V产品为我司量产产品，终 端设计及工艺为成熟工艺，因此排除终端异常。VDMOS元胞结构如图6所示，元 胞区的耐压最主要受外延层电阻率和外延厚度影响，其次是栅条长度和P-Body 的结
5、深会间接影响可以耗尽的外延层区域以及P-Body间距，即提高元胞区耐压 方式，除了增加外延电阻率和厚度，还可以通过减少栅条长度，以及增大P-Body 结深以减小P-Body间距来实现2】。由于400V外延规格一定，且不同批次外延 均出现失效异常，因此排除外延参数波动引起的BVDSS偏低；其次，该器件结构 设计已固化，因此栅条长度的影响也不存在；P-Body的结深主要受在线P-Body 推阱温度的影响，当推阱炉管温度存在波动时，将会影响最终器件电参数。由此 可推断此异常主要由P-Body推阱温度偏低导致。3 P-Body推阱工艺优化实验及结果3.1低良分析验证I WWfrW明将形牛刑刑HMM卵利
6、驯州站宣视而；堆刑刑素利?卅士姑汩：利单军刊时甲倾，m斐 gM基于上述分析，对在 线P-Body推阱工艺 步进行调查，发现 三批异常批次均用同一炉管作业，且均位于炉口位置。将异常批次的同炉批次进 行数据对比，其IDSS和BVDSS变异性图如图7所示，其中炉口位置为失效异常 批次。叩!期川,同;巾网二函，聊印|.甲5 1.；5皿aS?毕*图7同炉批次IDSS和BVDSS变异性图结果显示，位于炉口的批次IDSS漏电严重，炉中炉尾批次无异常。炉口批次的BVDSS呈逐片 上升趋势，整批BVDSS均值为417V，其中前六片BVDSS最低；而炉中批次BVDSS 数值处于同一水平线，均值为444V；炉尾批次
7、BVDSS最高，且片间数据稳定，均 值达449V。同炉不同位置批次数据存在差异的原因为炉管温区分布有偏差，炉口 到炉尾温度依次升高，当炉管温度波动时，炉口温度达不到工艺所需温度，则将 影响产品P-Body推阱结深不足，使得P-Body间距偏大，从而导致产品BVDSS偏 低，IDSS漏电增大。3.2 400V产品P-Body推阱工艺变更及数据分析为解决此问题，将400V产品的P-Body推阱温度由现有的1100C提高为1115C，并对变更前后数据进行对比分析。温度变更前后各批次IDSS与BVDSS变异性图如图8所示，(a)为IDSS变 异性图，当温度为1100C时，IDSS数据离散，漏电严重；当
8、温度提高为1115C 时，IDSS失效明显得到改善，数据收敛(b)为BVDSS变异性图，当温度为 1100C时，批间BVDSS波动较大，批内数据离散；当温度为1115C时，批间 BVDSS数值稳定，均值达452V，且收敛性较好。(a) IDSS变异性图对优化P-Body推阱工艺前后400V产品良率进行对比，如图9所示，优化后 400V产品平均良率有显著提升，且良率稳定，平均良率为96.5%，比工艺优化前 良率提升了 15%。心m珈图9 VDMOS 400V产品平均良率趋势图4结论在线400V VDMOS产品出现渐变型IDSS散点失效，为BVDSS偏低导致。当P- Body推阱炉管温度波动时，炉
9、口温度不足，导致BVDSS偏低。对400V产品P- Body推阱工艺进行优化，提高主工艺温度至1115C后，BVDSS明显得到提升，解 决了在线400V产品渐变型IDSS散点漏电问题，良率提升15%，平均良率达 96.5%。参考文献：【1】李明姚雪霞.曹婷.刘国梁.VDMOS器件参数及IDSS失效问题研究J. 现代信息技术.2020.3.26. 10(6):27-30【2】王淼.高压VDMOS功率器件工艺优化研究B.西安电子科技大学.2017.6.36-37第一作者简介：吴慧敏，女，1992年12月生，甘肃通渭人，研究生，工程 师。主要从事领域：功率器件产品开发与工艺整合工作，同时负责产品失效分析 与良率提升。
