VDMOS器件一种区域性IGSS失效的分析及解决

VDMOS器件一种区域性IGSS失效的分析及解决

马一洁史瑞张杨

（西安微晶微电子有限公司）陕西省西安市710000

摘要：IGSS是衡量VDMOS器件性能的一个重要参数，在生产过程中，有很多因素会影响IGSS。文中从VDMOS器件结构及工艺入手，通过电学性能测试分析及FA失效分析对一种特定区域的IGSS失效问题进行研究，发现是多晶刻蚀残留导致IGSS失效，并分析了多晶残留的原因，最终通过加入SF6，调整多晶刻蚀菜单解决了IGSS失效。

关键词：VDMOS；IGSS漏电，栅源短路，多晶残留，SF6

1引言

目前VDMOS的工艺技术已经十分成熟，但生产中还是经常会出现各种各样的漏电现象，轻则功耗增大，器件寿命缩短，重则器件失效[1]。本文主要针对一种严重影响良率且集中的区域性IGSS失效进行原因分析，并找到了有效的解决办法，最终规避此种机制的IGSS漏电，使产品良率达到97%以上。

2失效分析及解决方法

2.1失效现象描述

图2.1为IGSS失效Map，其中阴影部分为IGSS失效区域，一批六片失效趋势相同。根据失效Map，我们需要解决两个问题：1、为什么该产品会出现区域性IGSS失效？2、同一片中为什么有好的区域也有坏的区域？针对此异常，首先对失效管芯进行静态参数分析。

2.2静态参数分析

测试失效管芯的开启电压（Vth）、源漏间漏电（IDSS）、源漏击穿电压（BV）、栅源漏电（IGSS），发现IDSS与BV均未失效，Vth接近0V，IGSS失效，图2.2中左图为IGSS曲线，电压和电流呈线性关系，因此测试了栅源电阻，图2.2中右图即为Rgs曲线，阻值约为103Ω。正常管芯，IGSS在nA级别，电阻应在108Ω数量级，对比来看，失效管芯阻值明显大幅度降低，结合其它参数的特点判断为栅源短路导致IGSS失效。

下一步的问题就是找到短路点，因此对失效管芯进行FA分析。

2.3FA分析

将金属、BPSG逐层剥掉后，电镜下观察多晶层。因分析版图，发现在栅条区域，多晶下边有很厚的场氧存在，多晶刻开区域相对较窄，刻蚀难度略大于管芯其它区域，因此在抽样观察元胞区域没有异常后，着重观察栅条区域。

对比坏管芯与好管芯可以明显看出在栅条区域场氧脚下有白色的多晶残留，正常管芯则不存在这种现象，因此初步怀疑是栅条区域多晶残留导致短路失效。为验证此判断，做了一个多晶刻蚀短流程实验，电镜拍照如下图所示。

其中图2.3左图为栅条区域平面图，图中显示刻开区域线条为3um，线条很窄，同时此处多晶还要覆盖很厚的场氧，形成斜坡。图2.3的右图显示在爬坡区有明显的多晶残留，仔细观察切片图形，发现多晶残留很有规律：只在场氧斜坡的下半部分出现。

由于刻蚀的负载效应，在密集区域和开放区域会出现不同情况的侧壁钝化现象。密集区域刻的慢，由于反射作用侧壁不容易残留，开放区域刻蚀速率快但缺少反射作用，侧壁易残留。多晶残留区域间距很窄，刻蚀速率较其它地方更慢，且斜坡区域属开放区域，缺少侧向反射离子参与刻蚀，容易有侧壁残留，这是第一个原因。

图2.4中左图为多晶短路点纵向切面图，可以看出场氧刻蚀后的侧壁不是一条直线，出现双边效应，下半段坡度较上半段的坡度要陡峭，图2.3右图上显示下半段的场氧侧壁是凹陷的。图2.4的右图是场氧纵切面刻蚀示意图，图中阴影处为多晶残留区域，等离子体向下刻蚀多晶硅时，残留区域多晶相对其它区域较厚，需要更大的过刻量才能保证此处被刻蚀干净，同时凹陷下去的弧度给刻蚀增加了难度，这是第二个原因。两种原因叠加在一起，造成了场氧坡底的多晶残留，引起短路造成IGSS失效。

第二个问题即同一片中为什么有好的区域也有坏的区域，主要是由于刻蚀腔体内等离子体分布不均匀导致有的地方能刻蚀干净有的地方刻蚀不干净，所用刻蚀菜单针对这个产品预留的工艺窗口不足造成的。

2.4解决方案

为了解决这个问题，同时要兼顾工艺，因此决定在原有菜单基础上添加SF6气体。

利用SF6的活性离子可以提供高的各向异性刻蚀，但是SF6对多晶硅损伤很快，刻蚀猛烈，不适宜多晶硅和衬底氧化层接触面的刻蚀，因此用SF6做多晶刻蚀的前半部分，采取分段作业，解决了多晶残留问题，并且副产物明显减少[2]。

3、总结

文中IGSS失效是由于多晶刻蚀残留造成的。残留有三个原因：1、多晶残留区域线条间距窄，斜坡处属开放区域；2、残留区域多晶相对其它区域较厚3、刻蚀腔体内等离子体分布不均匀，所用刻蚀菜单针对这个产品预留的工艺窗口不足。

在原菜单基础上添加SF6气体，可解决多晶残留问题。

参考文献

[1]陆宁.关于VDMOS栅源漏电问题的研究[J].电子与封装，2010(10):28-29.

[2]同小锦.功率VDMOS器件中多晶刻蚀工艺研究[D].西安：西安电子科技大学，2019：51-52.