失效模式與工藝的楣關(guān)性分析及工藝控制要求
發(fā)布時(shí)間:2012/4/27 19:39:27 訪問次數(shù):888
Si、GaAs等半導(dǎo)體分立器件使用6B595N時(shí)出現(xiàn)的失效模式中,大部分與工藝過程缺陷有關(guān)。半導(dǎo)體材料在單晶拉制、切割、研磨、拋光及外延、光刻、擴(kuò)散、蒸發(fā)濺射等工藝過程中都可能誘生各種缺陷,它們對(duì)器件的性能、質(zhì)量及可靠性有很大的影響,其中不少潛在的缺陷在器件長期工作過程中,將受到電流、電場(chǎng)、濕度、沖擊力、溫度等應(yīng)力激活,導(dǎo)致器件質(zhì)量退化,甚至失效。因此,在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮工藝過程缺陷對(duì)器件可靠性的影響及其程度,并通過設(shè)計(jì)措施和工藝可靠性設(shè)計(jì)要求,將這種缺陷加以控制或消除,從而提高器件的可靠性。
工藝缺陷對(duì)器件可靠性的影響
位錯(cuò)對(duì)材料和器件質(zhì)量的影響及工藝控制要求
在晶體生長過程中引入的原生位錯(cuò)和在器件工藝過程中引入的誘生位錯(cuò),對(duì)材料的電阻率、載流子遷移率和少子壽命都有明顯影響。主要表現(xiàn)為:
①引起點(diǎn)缺陷和雜質(zhì)的“吸收效應(yīng)”。它既能吸收晶體中的微缺陷,又能吸收Cr、Fe、Au、Ni、Mn等重金屬雜質(zhì)。
②增強(qiáng)雜質(zhì)擴(kuò)散。沿位錯(cuò)線的增強(qiáng)擴(kuò)散和金屬沉淀可引起P-N結(jié)擊穿特性軟化,使晶體管E-C之間形成漏電溝道,特別對(duì)于微波器件和淺結(jié)器件更為明顯。
③高濃度磷在P型Si中擴(kuò)散時(shí),由于磷四面體共價(jià)半徑比Si小,擴(kuò)散后將使Si點(diǎn)陣發(fā)生收縮,造成點(diǎn)陣錯(cuò)配,使晶體產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。這種點(diǎn)陣錯(cuò)配會(huì)加速其他雜質(zhì)原子(如硼)的擴(kuò)散速度。使基區(qū)產(chǎn)生“陷落效應(yīng)”,該效應(yīng)會(huì)降低器件擊穿電壓和可靠性水平。為了消除P擴(kuò)散(發(fā)射區(qū)擴(kuò)散)造成的基區(qū)陷落效應(yīng),通常采用共價(jià)半徑與Si相近的As代P作發(fā)射區(qū)擴(kuò)散雜質(zhì)源。采用離子注入技術(shù)代替熱擴(kuò)散工藝,可大大減少熱擴(kuò)散引入的誘生缺陷。
Si、GaAs等半導(dǎo)體分立器件使用6B595N時(shí)出現(xiàn)的失效模式中,大部分與工藝過程缺陷有關(guān)。半導(dǎo)體材料在單晶拉制、切割、研磨、拋光及外延、光刻、擴(kuò)散、蒸發(fā)濺射等工藝過程中都可能誘生各種缺陷,它們對(duì)器件的性能、質(zhì)量及可靠性有很大的影響,其中不少潛在的缺陷在器件長期工作過程中,將受到電流、電場(chǎng)、濕度、沖擊力、溫度等應(yīng)力激活,導(dǎo)致器件質(zhì)量退化,甚至失效。因此,在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮工藝過程缺陷對(duì)器件可靠性的影響及其程度,并通過設(shè)計(jì)措施和工藝可靠性設(shè)計(jì)要求,將這種缺陷加以控制或消除,從而提高器件的可靠性。
工藝缺陷對(duì)器件可靠性的影響
位錯(cuò)對(duì)材料和器件質(zhì)量的影響及工藝控制要求
在晶體生長過程中引入的原生位錯(cuò)和在器件工藝過程中引入的誘生位錯(cuò),對(duì)材料的電阻率、載流子遷移率和少子壽命都有明顯影響。主要表現(xiàn)為:
①引起點(diǎn)缺陷和雜質(zhì)的“吸收效應(yīng)”。它既能吸收晶體中的微缺陷,又能吸收Cr、Fe、Au、Ni、Mn等重金屬雜質(zhì)。
②增強(qiáng)雜質(zhì)擴(kuò)散。沿位錯(cuò)線的增強(qiáng)擴(kuò)散和金屬沉淀可引起P-N結(jié)擊穿特性軟化,使晶體管E-C之間形成漏電溝道,特別對(duì)于微波器件和淺結(jié)器件更為明顯。
③高濃度磷在P型Si中擴(kuò)散時(shí),由于磷四面體共價(jià)半徑比Si小,擴(kuò)散后將使Si點(diǎn)陣發(fā)生收縮,造成點(diǎn)陣錯(cuò)配,使晶體產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。這種點(diǎn)陣錯(cuò)配會(huì)加速其他雜質(zhì)原子(如硼)的擴(kuò)散速度。使基區(qū)產(chǎn)生“陷落效應(yīng)”,該效應(yīng)會(huì)降低器件擊穿電壓和可靠性水平。為了消除P擴(kuò)散(發(fā)射區(qū)擴(kuò)散)造成的基區(qū)陷落效應(yīng),通常采用共價(jià)半徑與Si相近的As代P作發(fā)射區(qū)擴(kuò)散雜質(zhì)源。采用離子注入技術(shù)代替熱擴(kuò)散工藝,可大大減少熱擴(kuò)散引入的誘生缺陷。
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