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失效器件分析

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浏览:次 2017-05-31 20:09:04

失效器件分析 失效器件分析   用As重搀杂Si片作为外延衬底生长外延片制作集成电路和半导体分立器件,因饱和压下降、串连电阻小及频率特性好,被广泛用于制作超大范围集成电路开关电源的主要器件——肖特基2极管、彩电中的变容2极管、n型薄层Si外延的CMOS电路及新型场控制高频电力电子器件、微波功率器件等许多半导体器件,国内外市场对重掺As硅片的需求量愈来愈大。  As重搀杂Si片在外延和制作器件进程中存在许多特殊性。如用As重搀杂Si片作为外延衬底生长外延时,衬底Si片中的搀杂杂质As,易蒸发进入外延气流中,部份杂质通过气相再掺入到外延层,即产生所谓的气相自搀杂…。如果外延层与衬底导电类型相同则气相自搀杂会下降外延层电阻率;如外延层与衬底导电类型不同,则因杂质的补偿作用会增加外延层电阻率,特别是对外延层薄

  用As重搀杂Si片作为外延衬底生长外延片制作集成电YAW300B全自动压力实验机路和半导体分立器件,因饱和压下降、串连电阻小及频率特性好,被广泛用于制作超大范围集成电路开关电源的主要器件——肖特基2极管、彩电中的变容2极管、n型薄层Si外延的CMOS电路及新型场控制高频电力电子器件、微波功率器件等许多半导体器件,国内外市场对重掺As硅片的需求量愈来愈大。

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  As重搀杂Si片在外延和制作器件进程中存在许多特殊性。如用As重搀杂Si片作为外延衬底生长外延时,衬底Si片中的搀杂杂质As,易蒸发进入外延气流中,部份杂质通过气相再掺入到外延层,即产生所谓的气相自搀杂…。如果外延层与衬底导电类型相同则气相自搀杂会下降外延层电阻率;如外延层与衬底导电类型不同,则因杂质的补偿作用会增加外延层电阻率,特别是对外延层薄的外延片影响明显,引发外延片电阻率不均匀或整炉外延片电阻率严重偏离。目前,1般在工艺上采取Si02背封技术来抑制气相自搀杂。除气相自搀杂持久蠕变实验机外,在外延进程中由于杂质的浓度梯度不同而产生的固态外分散,这类现象直接影响紧靠衬底的外延层界面附近的杂质浓度散布,严重时致使器件失效。也可选用价格较高的背处理工艺自锁螺母扭力加速寿命实验机实验机Si片能有效抑制由于后续加工工艺产生的许多缺点。本文通过1定的分析测试手段对失效器件进行剖析,找到产生问题的缘由,从而提高产品的质量。

  主要分家具跌落实验机析测试手段有自动扩大电阻分析仪、显微图象分析仪、磨角染色法及2次离子质谱仪。1 失效器件的剖析1.1 器件工艺结构

  当半导体2极管做在以重掺砷硅片为衬底制成的外延片上时,外延衬底在2极管中的作用类似在该器件正向串连了1个电阻R= toL/S,如图1所示。其中:p为衬底电阻率;£是衬底在该器件中的厚度;S是该器件pn结的面积。重掺As衬底Si片的电阻率可做到10 ⑶Q*cni量级,而外延层电阻率通常要几个Q.cm。因此,正常情况下外延衬底构成的电阻值极小,有曲轴曲折疲劳实验机很多品种的2极管要做在用重掺As衬底Si片为衬底的外延片上,以下降器件的正向压降。

  图2所示的晶体管,以重掺As硅片作衬底构成n/n脚手缆绳卧式拉力实验机架钢管3点曲折实验机+外延片。在外延层上先用B离子注入的方法构成1个p型基区,同时构成集电结,然后在基区内1特定范围内进行p分散,构成n+发射区及发射结。晶体管在工作时,发射结加正向电压,集电结加反向电压,发射区的电子分散到基区,受集电结反向强电场吸引,进入集电区,垂直流过10几微米厚的外延层,就到重掺衬底n+区,再从集电极流出(电流方向同电子流方向相反).重掺As衬底Si片的电喷雾实验机阻率可做到10⑶ Q.cm量级,数控剥离实验机因此构成了良好的电流特性和散热特性。由此得知以重掺As为衬底的n/n+外延片制作器件有许多良好特性。1.2失效器件测试

  电参数测试:某生产线上投了46批以重掺As重搀杂Si片为衬底的n/n+外延片制作器件,其中有16批制成的器件因正向压降大而失效。表l就是用该As重搀杂Si片初粘力实验机为衬底的n/n+外延片上制作的2极管的正向压降VF和反向击穿电压VBR的测试数据,测试电流为200 uA。产品规范值VF=1洗衣机门开关耐久实验机20空气弹簧实验机1160 mV,VBR> 50 V。从表tye3000压力实验机l可知器件的反向击穿电压VBR到达该器件的规范值,但正向压降为286~ 788 mV,远高于该器件的规范值,因此要分析器件正向失效的缘由。

  工艺参数测试:首先截取失效2极管的部份管芯,选用11。32’的磨角器制备样品,然后用自动扩大电阻分析仪( SRP)测净水机水锤实验机试,测得电阻率深度散布曲线如图3所示。由图3可知此2极管是做在n/n+外延片上,外延衬底是重掺As硅片,电阻率为2.20x10 ⑶ Q.cm,搀杂浓度2.90×l019 cm⑶,外延层厚度83.58 um,外延层表面电阻率为5.5 fl.cm。此环向拉伸实验机2极管是通过B分散进入外延层并在11.94 tim处构成Dn结,SRP测试结果显示在离外延表面49.75 ym处存在1个反型外延夹层,夹层管件气密性实验机宽约6.96 ym,它位于离型力实验机外延层靠近衬底的界面上。

  磨角染色显示:用体积比V (HF):V (HNO,):y (CH3COOH)=1:3:10的腐蚀剂对上述样品进行染色,在显微镜'>显微镜下视察并成像,其显微图象如图4所示,表明近衬底的外延层区域存在1条外延夹层(箭头所指处),印证了SRP的测试结果。2 失效缘由分析

机械载荷实验机  经过电参数测试、工艺参数测试及磨角染色显示,表明由于存在外延反型夹层使该器件正向压降超标。构成反型夹层的杂质来自何处,用2次离子质谱仪对衬底Si片进行检测,其B浓度NB高于1015 cm ⑶。也就是说,在以As重搀杂Si片作衬底外延n型轻搀杂外延层时,衬底Si片中的B在外延生长时通过固态分散进入外延层中,即衬底中B浓度太高,因浓度梯度的不同向Si外延层中分散,在衬底与外延层界面附近富集,构成可程式高低温交变实验机外延夹层。这类外延夹层或是高阻层,严重时是反型层。外延夹层相当于1个高阻值的电阻串连于pn结或晶体管的集电区,使器件的串连电阻增大致使器件的正向压降增大而失效。

  通过对拉晶系统,所用坩埚、多晶料、搀杂As源和拉晶工艺的严格控制,使得As重搀杂Si单晶的含B量低于1×l015 Cm3。表AKL零跌落实验机2是用2次离子质谱仪对As重搀杂Si单晶含B量的测试数据。

  工艺控制后,As重搀杂Si片中的B浓度低于1×l015 cm⑶,用此衬底片制作的外延片消除外延夹层。用合格的外延片制作的器件如表3的测试数据所示,器件的正向压降V粘度实验机F和反向击穿电压V耐火材料压力试数显陶瓷砖抗折实验机验机BR都在规范值结构实验机以内。3 结语

  由于外延进程中存在固态外分散现象,衬底Si片非主搀杂杂质的浓度应控制在l015 cm⑶以下,否则易在外延层和衬底界面附近富集杂质而构成外延夹门式弹簧拉压实验机层。实验证实严格控制多晶Si、搀杂源和拉晶工艺就可以控制重掺As/Si片中的B浓度,能消除n/n+外延片中的外延夹层,因此能提高半导体器件的正向特性。

  器件具有良好的正向特性、电流特性和散热特性可减少传导功率损失,减少热量产生,有益于器件的微型化和电子产品的微型化。

  皮革压力实验机自动扩大电阻分析仪、显微图象分析仪和磨角染色法等仪器装备软压实验机是分析微电子材料和器件质量的重要手段之1,同时也能有效地监控加工工艺的质量,通过失效器件分析,提高产品的质量。

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