MOSFET雪崩测试及失效模式分析.PDFVIP

MOSFET 雪崩测试及失效模式分析 摘要： 本文介绍了功率 MOSFET 及雪崩测试的基本概念，并对 雪崩测试后产生的失效样品进行了研究分析，从而得出封装过程及 晶圆设计缺陷均能引起器件雪崩失效。 关键词： MOSFET 雪崩测试 失效分析 1. 功率 MOSFE 简介 金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管 （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体 管（field-effect transistor）。依照其“通道”（工作载流子） 的极性不同，可分为“N 型”与“P 型” 的两种类型，通常又称 为 NMOSFET 与 PMOSFET，其他简称尚包括 NMOS、PMOS 等。功率场 效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的 MOS 型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率 MOSFET。 2. 雪崩测试原理 雪崩能量通常在非钳位感性开关 UIS 条件下测量。其中，有两个 值 EAS 和 EAR，EAS 为单脉冲雪崩能量，定义了单次雪崩状态下 器件能够消耗的最大能量;EAR 为重复脉冲雪崩能量。雪崩能量依 赖于电感值和起始的电流值。实际封装测试时只测试 EAS。EAS 特性通常用来描述功率 MOSFET 在非钳制电感电路中能够承受电 流大小的能力，或通常用来描述功率 MOSFET 在雪崩击穿下负载 能量的能力。EAS 特性好坏会直接影响到器件的安全工作区及寿 命，因此对于功率 MOSFET 而言，EAS 特性被认为是器件安全性的 重要指标。 图 2 EAS 测试原理图及波形 3. 失效分析 EAS 测试是通过施加一单脉冲能量来考核 MOSFET 产品的承受 能力, 用以剔除芯片本身存在的潜在缺陷或装配过程中造成轻微 损伤的不良品, 从而使产品在使用前得到有效的筛选, 能够更可 靠的工作。EAS 测试的不良品通常表现为栅极漏电流 ISGS 超标或 短路。由于栅氧化层很薄, 因而很容易受到杂质沾污、晶格缺陷 或轻微损伤的影响。从解剖结果看, 失效主要包括图以下几种现 象。 a.如图 3 所示，由于封装过程引入的芯片表面的蹭伤崩角导致的 产品失效，此类失效只需无损打开产品封装在高倍镜下就可以看 到。 图 3 表面蹭伤 崩角 b.如图 4 所示，芯片表面存在一明显的烧穿斑点, 位于源极区 内, 焊线装配状况正常, 芯片边沿没有其它损伤迹象。由此推断, 烧 穿斑点来自芯片源极上的相应小单元, 因结构上存在某一缺陷而在 大电流冲击下被烧坏。 图 4 源极区内有明显烧伤点 c. 如图 5 所示中的芯片源极区内也存在一烧穿斑点, 但位于源 极焊球附近, 芯片表面其它状况正常。通过其它辅助测试, 这种烧穿 斑点与源极焊球边缘密切相关。因此怀疑,