提高晶闸管高温反偏性能的研究

王启进　潘英飞

【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SiO2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

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；低电压输入的电子起辉电路，用于高压灯（汞灯，钠灯等）触发、日光灯启辉、燃气点火、灶具，热水器点火。由此可见它们经常在60℃以上的环境中工作，芯片的结温常常会达到125℃以上，因此，提高产品的高温反偏能力是非常有意义的。用传统工艺生产，它们的高温反偏合格率只能达到50%左右，针对这一现象，我们提出了提高产品的高温反偏筛选合格率的工艺技术，以期解决问题，使我们产品的质量和高温环境下的可靠性得以提高，最终让我们的产品更加有竞争优势。

1 高温反偏失效机理分析

在做高温反偏时都不同程度的存在结退化的现象。在125℃条件下做高温反偏，反向漏电流会随着时间的增加而逐渐增大，有一些呈收敛状态，而有一些是呈非收敛的状态。Si平面结的反向特性是由体内结的反向特性和表面结的反向特性共同决定的。一般情况下，体内结反向特性是比较稳定的，而表面结反向特性的稳定性是比较差的。因为为了解决平面工艺中定于扩散和器件稳定性问题，常常需要在Si表面生长一层SiO2，在这系统中常常有电荷存在，在高温反向偏置的条件下，这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：

从以上数据可以看出，大部分管子失效，失效模式大致可分为以下两种：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- SiO2系统中存在电荷和界面效应起着表面复合中心的作用，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，而且随着外加反向电压的增高而增大，从而形成软击穿。

2 改进措施

Si- SiO2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，而且主要是正电荷，在高温一定的反向偏置下，这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集电结局部击穿，反向漏电流增加，从而导致器件失效。为了改善高温条件下器件的性能，我们从SiO2的生长工艺方面进行。我们采用C2HCl3掺cl氧化工艺来生长SiO2层。工艺改进后的实验数据（表2）

从以上数据可以看出，管子只有2支失效。实验表明cl原子和金属碱性离子主要分布在Si- SiO2界面，靠近Si侧10～20mm处，因此cl原子可以吸除可动金属离子。通过改进SiO2的生长工艺，使得SIDAC在125℃条件下高温反偏筛选合格率得到很大提高。

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，我们还需继续深入研究，让我们的产品更加有竞争优势。

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[责任编辑：张涛]