提高晶闸管高温反偏性能的研究

Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ　科技视界　科技・探索・争ｌ乌　提高晶闸管高温反偏性能的研究　王启进　潘英飞　（济南市半导体元件实验所，山东济南２５００１４）　【摘要】分析了晶闸管高温反偏的失效模式；影响晶闸管高温反偏性能的主要原因是表面沾污；改变ＳｉＯ　的生长工艺，从而提高产品的　质量和在高温环境下的可靠性。　【关键词】高温反偏；表面沾污；质量；可靠性　０引言　属下面的感应结变宽，使漏电流增加，从而使击穿电压降低。　（２）软击穿：Ｓｉ—ＳｉＯ　系统中存在电荷和界面效应起着表面复合中　我公司近年来积极推动晶闸管的销售工作．其主要应用于高能量　心的作用，就会在表面产生复合电流，当ｐｎ结反向偏置时，这部分电流　的起辉（点火）电路、高压发生器、过压保护、振荡器、代替晶闸管电路　直接从表面流过，形成表面漏电流，也使ｐｎ结得反向电流不饱和，而且　等方面。高压发生器电路，用于空调、电冰箱，作为电子杀菌、除臭用；　随着外加反向电压的增高而增大，从而形成软击穿。　低电压输入的电子起辉电路，用于高压灯（汞灯，钠灯等）触发、日光灯　表２　启辉、燃气点火、灶具，热水器点火。由此可见它们　经常在６０￣Ｃ以上的环境中工作．芯片的结温常常　器件名称：晶闸管　工位数：２Ｏ　机台：１号　板号：３　会达到１２５℃以上．因此．提高产品的高温反偏能　　时间：２４ｈ　起始时间：１６—８—３　１５：：１８：００　ＩＲ（ｍａｘ）：５００００００ｌｓＡ　力是非常有意义的。用传统工艺生产．它们的高温　ｉ反偏合格率只能达到５０％左右．针对这一现象．我　『Ｒｅｃ　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１Ｏ　１ｌ　１２　１３　１４　１５　们提出了提高产品的高温反偏筛选合格率的工艺　Ｔｉｍ　Ｏ：Ｏ　１：９　２：ｌ９　３：２９　４：３８　５：４８　６：５８　８：８　９：１８　ｌＯ：２７　１１：３７　１２：４７　１３：５６　１５：６　１６：１６　技术．以期解决问题．使我们产品的质量和高温环　．ｒｅｍ　１２５　１２５　ｌ２５　ｌ２５　ｌ２５　１２５　ｌ２５　１２５　ｌ２５　１２５　ｌ２４．９　１２５　ｌ２５．４　１２５．４　１２５．４　境下的可靠性得以提高．最终让我们的产品更加　Ｖ０１　７６　７６　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６　７６　７６　有竞争优势　１　高温反偏失效机理分析　１　０　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　０　０　Ｏ　０　０　Ｏ　Ｏ　０　０　Ｏ　０　０　０　Ｏ　０　０　Ｏ　０　０　０　０　０　Ｏ　０　在做高温反偏时都不同程度的存在结退化的　现象　在１２５￣Ｃ条件下做高温反偏．反向漏电流会　ｌ　３　０　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　０　０　Ｏ　Ｏ　０　０　０　０　０　随着时间的增加而逐渐增大．有一些呈收敛状态．　４　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　而有一些是呈非收敛的状态。ｓｉ平面结的反向特　５　——　Ｏ　０　Ｏ　０　０　０　０　Ｏ　Ｏ　０　０　０　０　０　Ｏ　性是由体内结的反向特性和表面结的反向特性共　６　０　０　０　０　０　０’　０　０　０　Ｏ　０　Ｏ　０　０　Ｏ　同决定的。一般情况下．体内结反向特性是比较稳　０　Ｊ　０　Ｊ　０　０　０　０　定的。而表面结反向特性的稳定性是比较差的　因　７　０　０　０　０　０　０　０　０　０　为为了解决平面工艺中定于扩散和器件稳定性问　８　０　０　０　Ｏ　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　题，常常需要在ｓｉ表面生长一层ＳｉＯ　，在这系统　中常常有电荷存在．在高温反向偏置的条件下．这　２改进措施　些电荷和界面效应会严重的影响半导体器件的电学性能。　以下是我们具体实验的数据：（表１）　ｓｉ—ＳｉＯ　系统中存在电荷和界面效应都和ｓｉ片表面的沾污状况　有着密切的关系。沾污越严重，表面电荷量越大，　表１　而且主要是正电荷．在高温一定的反向偏置下．这　器件名称：晶闸管　工位薮：２０　机台：１号　板号：３　些正电荷向集电结附近的氧化层中移动．使集电　结表面的击穿电压降低　严重时会形成近表面的　　Ｉ时间：２４ｈ　起始时间：１６—８—３　１５：：１８：００　Ｉａ（ｍａｘ）：５００００００１．￣Ａ　集电结局部击穿．反向漏电流增加。从而导致器件　　ｌＲ　ｌ　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　ｌ２　ｌ３　１４　１５　失效。为了改善高温条件下器件的性能，我们从　｝Ｔｊｍ　０：０　ｌ：９　２：１９　３：２９　４：３８　５：４８　６：５８　８：８　９：１８　１０：２７　１１：３７　１２：４７　１３：５６　１５：６　１６：１６　ＳｉＯ　的生长工艺方面进行。我们采用Ｃ　Ｃｌ，掺ｃｌ　氧化工艺来生长ＳｉＯ：层。工艺改进后的实验数据　ｍ　ｌ２５　ｌ２５　１２５　ｌ２５　１２５　１２５　１２５　１２５　１２５　ｌ２５　１２４．９　１２５　１２５．４　１２５　４　１２５．４　（表２）　Ｖ０ｌ　７６　７６　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６．１　７６　７６　７６　从以上数据可以看出．管子只有２支失效。实　ｌ　０　０　０　Ｏ　Ｏ　０　０　０　０　Ｏ　０　Ｏ　０　０　Ｏ　验表明ｃ１原子和金属碱性离子主要分布在ｓｉ—　ＳｉＯ２界面，靠近Ｓｉ侧１０～２０ｒａｍ处，因此ｅｌ原子可　２　０　Ｏ　０　０　０　０　Ｏ　０　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　１．２　１－４　１．７　以吸除可动金属离子。通过改进ＳｉＯ：的生长工　３　０　０　０　Ｏ　０　０　０　Ｏ　０　０　０　０　０　０　０　艺．使得ＳＩＤＡＣ在１２５ｏＣ条件下高温反偏筛选合　４　０　０　Ｏ　０　０　０　７．４　１３．５　１８．３　２４．８　３１．６　４１．２　４４　４６．１　４７．８　格率得到很大提高。　　－２　Ｏ　５　６　７　８　Ｏ　０　０　０　０　Ｏ　０　Ｏ　０　Ｏ　０　０　０　０　Ｏ　Ｏ　１．５　１．５　０　２．５　３．９　６．６　ｌ１．１　ｌ７．８　２６．９　３８．３　５１．３　６４．８　２．１　０　２．８　３．７　Ｏ　Ｏ　４．９　１．１　６．５　１．５　８＿３　２．１　１０．４　１３．１　１６．４　３．１　４．５　６３　３结束语　实验表明掺ｃｌ氧化工艺改进半导体的表面　状态．吸除了可动金属离子，有效地减轻和消除了　芯片制造过程中的表面沾污，提高了产品的质量　和在高温环境下的可靠性。在以后的工作中，我们　２．７　２．４　２＿３　２．５　３．１　４．１　５．７　８．４　ｌ２－３　１７．１　２２．６　２８－３　３４．１　３９＿８　从Ｎ＿ｋ数据可以看出，大部分管一　失效，失效模式大致可分为以　还需继续深入研究，　下两种：表面离子迁移和软击穿。　（１）表面离子迁移：离子会沿氧化物表面迁移，可激活ｓｉ层中的　Ｉｔ考文献】　局部缺陷使器件退化，如Ｎａ离子向ｐｎ结附近的金属化层迁移，使金　［１］【美】施敏，梅凯瑞．半导体制造工艺基础．陈军宁，柯导明，孟（下转第５２页）　让我们的产品更加有竞争优势。ｅ　ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ。　。ｇｙ　Ｖｉｓｉ。ｎ科技视界Ｊ　７　科技・探索・争鸣　Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界　　Ｖｉｓｉｏｎ　硬目钠　全氮相同．这与地表枯枝落叶层的分解补充不断累积有关。碱蓬群落　土壤表层全氮、有效氮含量明显低于其他三种群落，一方面是因为碱　蓬是原生湿地的先锋种，易生长在贫瘠的土壤中，另一方面，碱蓬是一　年生草本，对表层土壤氮素的储存能力不强，这也反应了不同群落的　初级生产力，以及植物群落固氮能力的差异　。　表１　不同群落全氮、有效氮的统计特征　平均　全氮（ｓ／ｋｇ）　柽柳　有效氮（ｍｇ／ｋｇ）　５２．７５　５８．９６　７．６８　２０．１３　方差　Ｏ．Ｏｌ　标准差　Ｏ．ｏ９　极差　０．２４　０．６８　全氮（ｇ／ｋｇ）　碱蓬　；；ｉｆ＇￣（ｍｇ／ｋｇ）　０．４８　２８．４７　０．０３　２８．８ｌ　Ｏ．１６　５－３７　０．３７　１２．２５　全氮（ｇ／ｋｇ）　芦苇　有效氮（ｍｇ／ｋｇ）　１．０５　１ｌ３．４６　０．１９　１７６３．９０　０．４４　４２．０ｏ　１．１３　１ｌ１．１３　（１）在全氮的垂直剖面上。柽柳群落土壤中全氮含量由表层往深　层表现出逐渐递减趋势．碱蓬与棉田群落土壤全氮的垂直变化相似。　在有效氮的垂直剖面上．柽柳群落与棉田群落的土壤速效氮变化趋势　相似．碱蓬群落呈现逐渐下降趋势。芦苇群落在全氮和有效氮的垂直　剖面上变化范围最大　这与芦苇有横向生长的根状径．枯萎后的芦苇　处于立枯状态和间歇性处于滞水状态有关。说明在蒸腾作用及植物对　氮素需求的作用下．导致氮素在根际发生积累，从而呈现出随深度增　加土壤氮含量的波动降低变化　（２）不同植被覆盖下．０—５ｃｎｌ土壤表层全氮含量依次为芦苇＞柽柳＞　棉田＞碱蓬．有效氮的分布特征与全氮相同，也反应了不同植物群落固　氮能力的差异：就每个群落Ｏ一５ｃｍ表土而言．芦苇群落的土壤全氮、有　效氮标准差值都较高．反映出其生境的异质性较大，这与丰富腐殖质层　的芦苇群落局部生境存在盐斑有着密切的关系，说明在养分含量较高　的群落．更易造成局部土壤理化陛质的差异。　ｆ３）同一群落土壤表层与深层氮元素的相差比率表明，土壤全氮　全氮（ｇ／ｋｇ　０．５２　０．Ｏ１　０．１１　Ｏ　２６　差比为柽柳＞芦苇＞棉田＞碱蓬：而速效氮的相差率为芦苇＞柽柳＞棉　棉田　田＞碱蓬　这与芦苇较厚的腐殖质层有关，厚的腐殖质层产生的氮更易　有效氮（ｍ￣／ｋｇ）　３８．９９　２２５－３９　ｌ５．Ｏ１　３８．７９　故随水或其他介质进入下层土壤．致使其土壤全氮差比率较柽柳群落　要低：而其丰厚的腐殖质层为有效氮提供了储备库，可供植物吸收利　用的无机氮主要在５ｃｍ以下土层．所以其表层与底层有效氮的相差比　Ｌ　率最大。ｅ　【参考文献】　ｒ　１］白军红，邓伟，王庆改，等ｌ内陆盐沼湿地土壤碳氮磷剖面分布的季节动态特征　『Ｊ１．湖泊科学，２００７，１９（５）：５９９—６０３．　不同植被类型　不同群落类型　『２］张金屯．全球气候变化对自然土壤碳，氮循环的影响ｆＪ］．地理科学，１９９８，ｌ８（５）：　图２不同植被类型下表层土壤全氮、有效氮差异　４６３—４７１．　［３］李忠佩，王效举ｌ，ｊ、区域水平土壤有机质动态变化的评价与分析［Ｊ］．地理科学，　２－３同一群落表层与深层的差异　２０００，２０（２）：１８２—１８８．　由于不同群落地下水位埋深不同．故本文取群落表层与６Ｏ一８０ｃＩｎ　『４］余晓鹤，朱培立，黄东迈，等．土壤表层管理对稻田土壤氮矿化势、固氮强度及　土层来分析土壤中全氮、有效氮的差异（见图３），由图３可知，四种群　铵态氮的影响『Ｊｌ冲国农业科学，１９９１（１）：７３—７９．　落土壤氮表层均大于深层．这与氮积累于土壤表层并随水或者其他介　ｆ５］王永丽，于君宝，董洪芳，等．黄河三角洲滨海湿地的景观格局空间演变分析【Ｊ］．　质向下层迁移扩散＿１　唷关。以表层氮　量减去深层氮含量再除以表层　地理科学．２０１２．３２（￣：７１７—７２４．　氮含量的百分比，可以得到表层与深层的相差比率（表２）。由相差率　６１赵欣胜，崔保山，孙涛，等．黄河三角洲潮沟湿地植被空间分布对土壤环境的响　应Ⅲ．生态环境学报，２０１０，１９（８）：１８５５—１８６１．　可知．土壤全氮表层与深层的相差率为柽柳＞芦苇＞棉田＞碱蓬：而速效　『７］刘加珍，李卫卫，陈永金，等．黄河三角洲湿地水盐影响下灌草群落的物种多样　氮的相差率为芦苇＞柽柳＞棉ＥＢ＞碱蓬。分析原因可知，柽柳属于灌木、　性研究阴．生态科学，２０１５，３４（５）：１３５一ｌ４１．　根系相对较深．可以对深层土壤的无机氮吸收利用、产生根系分泌物　『８１夏江宝－陈印平，王贵霞，等．黄河三角洲盐碱地不同造林模式下的土壤碳氮分　和细根周转归还．而归还的氮索以表层积累量为多．故其表层与深层　布特征ＩＪ１．生态学报，２０１５，３５（１４）：４６３３—４６４１．　全氮的相差比率最大。而对于芦苇而言．土壤表层的腐殖质层较厚．故　『９］贾佳，白军红Ｉ高照琴，等．黄河三角洲潮间带盐沼土壤碳、氮含量和储量『Ｊ＿．湿　随水或其他介质进入下层土壤的氮素也较多．使其土壤表层与深层的　地科学．２０１５（６）．　全氮差比率较柽柳群落要低：但其较厚的腐殖质层是有效氮提供了丰　『１０］夏志坚，白军红，贾佳，等．黄河三角洲芦苇盐沼土壤碳、氮含量和储量的垂直　富的储备库．加之芦苇的根系特征吸收利用无机氮主要在５ｃＩＴＩ以下土　分布特征Ⅲ．湿地科学，２０１５（￣．　层（图１　Ｂ）．所以其表层的有效氮与底层的相差比率最大。碱蓬是该区　『１　１］陈永金，靖淑慧，杜婷婷，等．滨海湿地原生灌草群落土壤养分与盐分关系【Ｊ】．　域的先锋种．易生和在贫瘠的土壤中．故其表层和深层差比最小　南水北调与水利科技．２０１５（５）：１０２９—１０３４．　表２不同群落类型土壤全氯及速效氮表层与深层的相差率　ｆ１２］中国土壤学会．土壤常规分析方法［Ｍ］．科学出版社，１９６５．　［１３］何秀平，王保栋，谢琳萍．柽柳对盐碱地生态环境的影响ｆＪ］．海洋科学，２０１４，３８　类别　全氮　速效氮　（１）：９６—１０１．　群落类型　柽柳　碱蓬　芦苇１棉田【柽柳　碱蓬【芦苇　棉田　『ｌ４］潘根兴，李恋卿胀旭辉，等．中国土壤有机碳库量与农业土壤碳固定动态的　若干问题『Ｊ１ｌ地球科学进展，２００３，１８（４）：６０９—６１８．　差比（％）　９５．４０　３８．４０　７５．３１　６１．０２　８４．２４　６３．１１　８９．２Ｏ　６１．８５　ｆｌ５］王玲玲＇剥、志高，牟晓杰，等．黄河口滨岸潮滩不同类型湿地土壤氮紊分布特　征　土壤通报，２０１１，４２　１４３９—１４４５．　＿震居　＿　蟹『ｌ６］凌敏，刘汝海，王艳，等．黄河三角洲柽柳林场湿地土壤养分的空间异质性及　一　其与植物群落分布的耦合关系『Ｊ１ｌ湿地科学，２０１０，８（１）：９２—９７．　［１７］刘兴华胨为峰，段存国，等．黄河三角洲未利用地开发对植物与土壤碳、氮、　ｌ－　・Ｌ　磷化学计量特征的影响ｍ．水土保持学报，２０１３，２７（２）：２０４—２０８．　『ｌ８］王海梅。李政海，宋国宝，等．黄河三角洲植被分布、土地利用类型与土壤理化　性状关系的初步研究叨内蒙古大学学报：自然科学版，２００６，３７（１）：６９—７５．　。　柽榔　碱蓬　芦葶　樯田　柽柳　碱篷　芦苇　棉田　『１９］Ｔ，Ｃｅｋ．神，白军红．高海峰，等．黄河三角洲湿地不同植被群落下土壤养分含量　不同檀被美型　不同植被类型　特征『Ｊ１ｌ农业环境科学学报，２００９，２８（１０）：２０９２—２０９７．　图３不同植被类型下土壤氮表层与深层差异　［责任编辑：朱丽娜］　３小结　（上接第７页）坚，译．安徽大学出版社，２００７，４．　［４］扬晶琦．电力电子器件原理与设计【Ｍ］．国防工业出版社，１９９９，６．　［２］电子工业半导体专业工人技术教材编写组．半导体器件工艺［Ｍ】上海科学技　［５］孙青，庄奕琪．电子元器件可靠性工程［Ｍ】．电子工业出版社，２００２．　术文献出版社．１９８４．１．　［６］罗雯，魏建中．电子元器件可靠性试验工程［Ｍ】．电子工业出版社，２００５　［３　３￣编：庄同曾，副主编：张安康，黄兰芳．集成电路制造技术一原理与实践［Ｍ】．　电子工业出版社，１９８７，１０．　［责任编辑：张涛］　５２　Ｉ科技视界　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ