SiC化合物半導体の故障解析Failure Analysis of SiC Compound Semiconductor Devices

今後、普及が見込まれているSiCパワーデバイスも、Siデバイスと同様の手法で故障解析を行うことができます。
ここでは、ESD試験で破壊した SiC MOSFETの解析事例をご紹介します。

故障発生状況調査(仮想事例)

目的    : 市販されているSiC MOSFETのESD耐圧試験を行なったところ、
      1kVで破壊した。破壊箇所を明らかにするために解析を行う。
製品    : XX社製 MOSFET 型番 XXXXXX
故障履歴  : ESD試験前に正常に動作することを確認している。
不良モード : ゲート – ソース間ショート不良モード : ゲート – ソース間ショート

ESD : Electro Static Discharge (静電気放電)

故障箇所特定

裏面からOBIRCHで故障箇所特定

パワー半導体は、一般的にチップ表面が金属電極で覆われているため光が透過しません。PEM(EMS)/OBIRCHで故障箇所を行う際は、裏面から観察します。

OBIRCH観察 全体像 拡大像

点状のOBIRCH信号を検出しました。この箇所でショートしていると思われます。

OBIRCH : Optical Beam Induced Resistance Change (光ビーム加熱抵抗変動)
PEM(EMS) : Photo Emission Microscope (エミッション顕微鏡)

裏面から光学顕微鏡で確認

SiCは可視光を透過するため、裏面から光学顕微鏡で観察することができます。

光学顕微鏡 拡大像 拡大像

OBIRCH信号を検出した箇所(矢印部)で、異常が確認できます。

故障箇所の物理解析

異常箇所の断面SEM観察像
異常箇所の断面SEM像

ゲート電極端の変形とSiC側基板の溶融が確認されました。ESD試験でゲート酸化膜が破壊し、ゲート-ソース間がショートしていることが分かりました。

[ 更新日:2022/03/30 ]

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