高压IGBT表面钝化技术的研究进展

晶硅等 ）、金属／半导 体界面 （例 ￣Ａ１／Ｓｉ）、金属 间 界面 （例￣ＩＡ１／Ａｕ、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｗ ／Ｐｔ／Ａｕ等 ）以及绝缘 体 ／绝 缘体 界面 （例如 ｓｉ，Ｎ ／ＳｉＯ 等 ）。上 述 界面在温 度 、电压 、电流 和湿 度等 外 界应 力作 用下 ，界面 两 者之 间可能 发生 固／固扩散 、离子 电荷迁 移 、热 电子 注 入 、 电化 学腐 蚀 ，甚 至 出现 裂纹 等 ，结果 导致 界 面 的 电 、热和 机械 特性 的缓 慢变 化 ，从 而 引起器 件 参 数 的不稳 定 和退 化 ，以至 彻底 失效 ，所 以对 界面 效 应 的研 究在 器件 可靠 性物理 学 中有 很高 的价 值 。 其中 Ｓｉ／ＳｉＯ 为关 键界面 ，Ｓｉ／ＳｉＯ 界面之 下为 器件结 构 ，完成 电学功 能 ；Ｓｉ／ＳｉＯ 界面之 上 为互联 结构 ， 将器 件性 能 弓１出 。Ｓｉ／ＳｉＯ：界面与器 件 的性能 和可靠 性密切相关 Ｊ。
关键词 ：高压ＩＧＢＴ；表面钝化 ；可靠 性 ；钝 化材料 ；钝化方案 中图分类号 ：ＴＮ３０５ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１００１—３４７４（２０１６）０２—００６７—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ
１功率 半导体器件 的钝化机理 发 生在 器 件 结 构 内 的各 种 界面 间 的 电 、热 、
物理 和 化学效 应都 有可 能 引起 功 率半导 体器 件 的失 效 。功率 半导 体器 件可 以看 成是 由多 种部件 或多 种 材料 组成 的 串联或 串并 联系 统 。在 这一 系 统中 ，有 许多 固相交界面 ，其 中包括 半导体／绝缘 体界面 （例 ￣Ｓｉ／ＳｉＯ。）、金 属绝 缘体界面 （例￣ＨＡＩ／ＳｉＯ 、 ／多
摘 要 ：高压功率半导体器件 ＩＧＢＴ（绝缘栅 双极 晶体管）的表面钝化工 艺是其芯片加工工艺 的重要环节 ，其 钝化层 的质量直接影 ｎ［￣ＩＧＢＴ器件 的性 能参数和 长期 可靠性 。为 了解决高压ＩＧＢＴ的表 面钝 化工艺 问题 ，首先研 究 了功率半导体器件 的钝化机理 ，随后调研 了功率器件常用表面钝化材料 的优缺点 和国际上主流的高压功率器 件表面钝 化方案 ，分 析总结 出了适用 于高压ＩＧＢＴ的表面钝化材 料和表 面钝化 方案 ，最后 指出 了高压 ＩＧＢＴ表面 钝化技术的发展趋势和今后 的研究方 向。
ＬＩ Ｌｉ，ＬＩＵ Ｊｉａｎｇ，ＷＵ Ｄｉ，Ｗ ＡＮＧ Ｙａｏ－ｈｕａ，ＪＩＮ Ｒｕｉ （Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０２２ １ １，Ｃｈｉｎａ ｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ ｌＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
当前 ，以ＩＧＢＴ为 代 表 的新 型 功率 半 导 体 器件 已经 广泛应 用 于轨道 交通 、智 能 电网 、航 空航 天和 工业 变频 等领域 ，给 人 们的生 产生 活方式 带来 了革 命 性影 响 】。为提 高高压 ＩＧＢＴ长 时 间运行 的稳 定性 及 可靠性 ，对高压 ＩＧＢＴ芯 片的表面钝 化工 艺进行研 究 ，显得尤 为重要 。
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ；ｓｕｒ ｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔ ｙ；ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｃｏｄｅ：Ａ Ａｒ ｔｉｃｌｅ ｌＤ：１００１．３４７４（２０１６）０２—００６７－０５
作者简介 ：李立 （１９８９一 ），男 ，硕士 ，毕 业于北京工业大学 ，工程师 ，研究方 向为高压功率半导体器件。 基金项 目：国家电网科技基金项 目 （项 目编号 ：５４５５ＤＷｌ５０００５）。
电子 工 艺 技 术
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Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１６年３月
ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒ ｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ Ｉａｙｅｒ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔ ｙ ｏｆ ＩＧＢＴ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ ｓｕｒ ｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｐｏｗ ｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉＳ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ ｐｏｗ ｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ＳＯｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗ ｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．
２０１ ６年３月 第３７卷第２期
电子工艺技术
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｄｏｉ：１０．１４１７６０．ｉｓｓｎ．１００１－３４７４．２０１６．０２．００２
高压 ＩＧＢＴ表面钝 化技术 的研 究进展
李立 ，刘江 Biblioteka Baidu吴迪 ，王耀华 ，金锐
（国 网智能 电网研究院 ，北京 １０２２１１）