半导体器件栅氧退化机理的诊断方法与流程

本申请涉及半导体器件检测，特别是涉及一种半导体器件栅氧退化机理的诊断方法。

背景技术：

1、基于碳化硅（sic）的金属氧化物半导体场效应晶体管（metal oxidesemiconductor field effect transistor，mosfet）凭借其高温、高压、高频、低损耗等优势，被认为是在中高压领域最有希望硅（si）基mosfet的器件。

2、然而，由于碳化硅（sic）和二氧化硅（sio2）之间界面工艺的不成熟， sic mosfet的界面陷阱密度通常比si mosfet的界面陷阱密度高1-2个数量级。这一现象严重影响了sic mosfet中与栅氧化层相关的部分的耐用性和可靠性。栅氧化层不同位置的损伤和退化会不同程度地造成mosfet中电容或其他电学参数以及开关特性等性能的退化。栅氧化层的退化会导致阈值电压不稳定，而阈值电压的正向漂移会导致损耗和结温的增加，负向漂移会导致寄生导通，从而进一步影响mosfet的可靠性。

3、鉴于此，需要一种方法实现mosfet器件的栅氧化层退化机理的诊断，以便改善mosfet器件的稳定性和可靠性问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，以实现半导体器件中栅氧化层中不同区域退化情况的精确诊断。

2、本申请提供了一种半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，包括：

3、提供半导体器件，测量获取所述半导体器件在初始状态下的第一动态电容数据及经老化试验后的第二动态电容数据；

4、根据所述第一动态电容数据和所述第二动态电容数据进行分析，得到所述半导体器件的动态电容变化趋势；

5、根据所述动态电容变化趋势分析获取所述半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况；

6、根据所述电荷变化情况诊断所述半导体器件中所述栅氧化层的退化机理。

7、在其中一个实施例中，所述第一动态电容数据包括所述半导体器件在所述老化试验之前的输入电容、输出电容和反向传输电容，所述第二动态电容数据包括所述半导体器件在所述老化试验之后的输入电容、输出电容和反向传输电容。

8、在其中一个实施例中，所述根据所述第一动态电容数据和所述第二动态电容数据进行分析，得到所述半导体器件的动态电容变化趋势，包括：

9、获取所述输入电容、所述输出电容和所述反向传输电容在所述老化试验前后的变化情况；

10、根据所述输入电容、所述输出电容和所述反向传输电容的变化情况进行分析，得到所述半导体器件中栅漏电容、漏源电容和栅源电容的变化情况，以表征所述半导体器件的动态电容变化趋势。

11、在其中一个实施例中，根据如下用于表征所述输入电容、所述输出电容和所述反向传输电容的第一组表达式得到所述半导体器件中栅漏电容、漏源电容和栅源电容的变化情况：

12、；

13、；

14、；

15、其中，为所述输入电容，为所述输出电容，为所述反向传输电容，为所述栅漏电容，为所述漏源电容，为所述栅源电容。

16、在其中一个实施例中，所述根据所述动态电容变化趋势分析获取所述半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况，包括：

17、根据所述栅漏电容、所述漏源电容和所述栅源电容的变化情况获取所述半导体器件中漂移区耗尽层电容和沟道区耗尽层电容的变化情况；

18、根据所述漂移区耗尽层电容和所述沟道区耗尽层电容的变化情况分析获取所述半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况；

19、其中，所述漂移区耗尽层电容为所述半导体器件的漂移区中耗尽层的等效电容，所述沟道区耗尽层电容为所述半导体器件的沟道区中所述耗尽层的等效电容。

20、在其中一个实施例中，所述获取所述半导体器件中漂移区耗尽层电容和沟道区耗尽层电容的变化情况的方法包括：

21、获取栅源电压为零时用于表征所述栅源电容和所述漏源电容的第二组表达式；

22、根据所述栅源电容和所述漏源电容的变化情况进行分析，获取所述漂移区耗尽层电容和所述沟道区耗尽层电容的变化情况。

23、在其中一个实施例中，所述第二组表达式包括：

24、；

25、；

26、其中，表示所述栅源电容，表示所述栅漏电容，表示所述漂移区耗尽层电容，表示所述沟道区耗尽层电容，表示栅极和源极之间的特征电容，表示栅极和源极区之间的特征电容，表示沟道区特征电容，表示漂移区特征电容；其中，、、和保持不变，不随栅氧化层的电荷变化而变化，和随栅氧化层的电荷变化而变化。

27、在其中一个实施例中，所述根据所述漂移区耗尽层电容和所述沟道区耗尽层电容的变化情况分析获取所述半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况，包括：

28、在所述漂移区耗尽层电容在所述老化试验后减小的情况下，所述栅氧化层中靠近所述漂移区的第一部分注入负电荷；

29、在所述沟道区耗尽层电容在所述老化试验后增加的情况下，所述栅氧化层中靠近所述沟道区的第二部分注入负电荷。

30、在其中一个实施例中，所述根据所述电荷变化情况诊断所述半导体器件中所述栅氧化层的退化机理，包括：

31、在所述栅氧化层中注入负电荷的情况下，根据所述栅氧化层中注入负电荷的部分获取所述栅氧化层中发生退化的位置。

32、在其中一个实施例中，所述半导体器件至少包括平面栅器件和非对称沟槽栅器件中的一种。

33、综上所述，本申请提供一种半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，通过分别测量半导体器件在老化试验前后的第一电容数据和第二电容数据，分析得到半导体器件的动态电容变化趋势，并根据所述动态电容变化趋势分析获取半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况，从而根据电荷变化情况诊断所述半导体器件中所述栅氧化层的退化机理，以实现半导体器件中栅氧化层中不同区域退化情况的精确诊断。

技术特征：

1.一种半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述第一动态电容数据包括所述半导体器件在所述老化试验之前的输入电容、输出电容和反向传输电容，所述第二动态电容数据包括所述半导体器件在所述老化试验之后的输入电容、输出电容和反向传输电容。

3.根据权利要求2所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述根据所述第一动态电容数据和所述第二动态电容数据进行分析，得到所述半导体器件的动态电容变化趋势，包括：

4.根据权利要求3所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，根据如下用于表征所述输入电容、所述输出电容和所述反向传输电容的第一组表达式得到所述半导体器件中栅漏电容、漏源电容和栅源电容的变化情况：

5.根据权利要求3所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述根据所述动态电容变化趋势分析获取所述半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况，包括：

6.根据权利要求5所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述获取所述半导体器件中漂移区耗尽层电容和沟道区耗尽层电容的变化情况的方法包括：

7.根据权利要求6所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述第二组表达式包括：

8.根据权利要求5所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述根据所述漂移区耗尽层电容和所述沟道区耗尽层电容的变化情况分析获取所述半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况，包括：

9.根据权利要求8所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述根据所述电荷变化情况诊断所述半导体器件中所述栅氧化层的退化机理，包括：

10.根据权利要求1所述的半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，其特征在于，所述半导体器件至少包括平面栅器件和非对称沟槽栅器件中的一种。

技术总结本申请涉及一种半导体器件栅氧退化机理的诊断方法，包括：提供半导体器件，测量获取所述半导体器件在初始状态下的第一动态电容数据及经老化试验后的第二动态电容数据；根据所述第一动态电容数据和所述第二动态电容数据进行分析，得到所述半导体器件的动态电容变化趋势；根据所述动态电容变化趋势分析获取所述半导体器件中栅氧化层的电荷变化情况；根据电荷变化情况诊断所述半导体器件中所述栅氧化层的退化机理。本申请实现了半导体器件中栅氧化层中不同区域退化情况的精确诊断，有助于准确分析栅氧化层中的具体退化位置和缺陷类型。技术研发人员：陈媛,何亮,施宜军,陈兴欢,赵鹏,蔡宗棋受保护的技术使用者：中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室））技术研发日：技术公布日：2024/9/26