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如何利用先进成像技术呈现SiC MOSFET离子布值分布

【如何利用先进成像技术呈现SiC MOSFET离子布值分布】近几年，受到5G、电动车、以及物联网应用的驱动下，功率金属氧化半导体(Metal oxide semiconductor fiLED-effect transistor, MOSFET)芯片的需求有强劲的成长 。虽然硅功率MOSFET目前是商业市场上的主流，但随着制程渐趋成熟、制造成本降低、以及有较佳的效能(高压/省电)，具有宽能隙(Wild band gap, WBG)的第三类半导体功率MOSFET，如GaN与SiC，已慢慢渗透并取代现有Si MOSFET在较高阶应用的市场，其中SiC MOSFET相对于Si MOSFET有1) 更高的崩溃电场(Breakdown electric field)、2) 较低的漏电/较快的开关速度、与3) 较高电流密度的表现，因此在电动车(功率转换/充电桩)、5G电源与开关、以及太阳能逆变器应用都是SiC MOSFET的利基市场，根据已发表的市场趋势报告，第三类半导体预计十年(2020-2029)的市场规模将以两位数的速度增长[1] 。
SiC MOSFET除了因材料天然特性的关系有较高的崩溃电场，另一个优于Si MOSFET是高速且低开关损耗，其关键因素在于低的导通电阻，因此如何了解信道的离子布植分布状况以降低表面电阻是获得低导通电阻相当重要的一环 。离子布植分布状况一般都是利用扫描式电容显微镜(Scanning capacitance microscopy, SCM)所获得[2]，但因为繁复的试片制备，SCM分析往往旷日废时，为加快SiC MOSFET研发工程师获得离子布植分布重要信息，泛铨科技开发出利用电子显微镜先进成像技术，简单且快速地呈现SiC MOSFET离子布植分布状况，加快客户研发时程；另外，泛铨科技也利用原本擅长的穿透式电子显微镜(Transmission electron microscopy, TEM)分析，让因离子布植所造成的原子级缺陷无所遁形 。
本次分析的组件是由市面上购买由Cree制造的SiC power n-MOSFET，型号是C3M0160120J[3] 。该组件是采用Cree C3M技术的N通道加强型SiC MOSFET[4]，其应用包含再生能源、高压DC/DC变流器、交换式电源供应器、以及不断电系统等 。我们此次分析的重点是利用电子显微镜先进成像技术呈现该组件的离子布植分布状况 。
图1a是购买组件的原始外观，组件一共有七支Pin脚(标示1-7)，其中Pin 1为闸极(Gate)，Pin 2为Driver源极(Source)，Pin 3-7为Power源极，上方Tab则为汲极(Drain) 。图1b是组件开盖后内部芯片的光学显微镜照片 。截面试片是由研磨方式所制备，为了能够了解芯片与封装结合状况，我们在制备时仍保留原本封装，研磨大概位置由图2a右下角插入图的红线所标示，图2a是试片截面的扫描式电子显微镜影像，绿色与红色圆点所标示结构/位置与图1b相同，由图2a我们除了可以清楚观察到封装内部结构，在特定位置(黄色箭头标示) 还观察到有聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)层的存在，图2b为图2a绿色虚线方框的放大影像，可以清楚看到PI膜是介于封装与芯片之间，单点EDS(红色星号)的结果(图2c)确认该PI膜主要的成分为碳、氮、以及氧 。由于PI有良好的耐高低温性能、环境稳定性、力学性能以及优良的介电性能[5]，因此做为需要在高温与高电压运作的SiC power MOSFET的绝缘材料再适合也不过了 。

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