[发明专利]碳化硅器件中的降低的偏压温度不稳定性的半导体器件和方法

说明书

本公开涉及碳化硅器件中的降低的偏压温度不稳定性的半导体器件和方法。一种系统包括碳化硅(SiC)半导体器件以及包封SiC半导体器件的气密密封封装。气密密封封装配置成保持SiC半导体器件附近的特定气氛。此外，特定气氛将操作期间的SiC半导体器件的阈值电压的偏移限制到小于1 V。

技术领域

本文所公开主题涉及半导体器件，以及更具体来说，涉及碳化硅半导体器件。

背景技术

对于诸如硅(Si)或碳化硅(SiC)晶体管之类的半导体器件，偏压温度不稳定性(BTI)可引起器件性能的极大可变性。例如，具体来说，负偏压温度不稳定性(NBTI)可引起工作在特定条件下的SiC器件的阈值电压的显著变化或漂移，例如在延长时间段中的负偏压和/或升高温度。SiC器件中的NBTI被认为是界面电荷捕获(例如氧化物电荷)的结果，该界面电荷捕获例如可能是由于在升高温度并且在特定偏压条件下使器件操作延长时间段而引起。例如，由于NBTI，SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在经受组合电压和温度负荷时可遭遇阈值电压偏移。

在某些情况下，上述NBTI可使SiC器件的阈值电压偏移(例如减小)到器件甚至在没有所施加栅极-源极电压的情况下也可变为导电的点，从而将常闭器件变换为常开器件。因此，NBTI显著影响SiC器件的可靠性和性能。大量研究已经集中到设计上，以便缓解Si器件中的BTI问题，以及在某些情况下，在Si中减轻或消除了BTI问题。但是，存在Si与SiC器件之间的显著行为差异，并且因此，用于减轻Si中的问题的机制不易转化到SiC。因此，对SiC器件中的NBTI的行业认可解决方案仍有待确定。相应地，减轻SiC器件中的NBTI问题是特别期望的，以便利用SiC可提供给某些系统和应用的独特工作特性(例如较高工作温度、改进的机械性质、改进的电性质等)。

发明内容

在一个实施例中，一种系统包括碳化硅(SiC)半导体器件以及包封SiC半导体器件的气密密封封装。气密密封封装配置成保持SiC半导体器件附近的特定气氛。此外，特定气氛将操作期间的SiC半导体器件的阈值电压的偏移限制到小于1 V。

根据一方面，所述特定气氛包括真空。

根据另一方面，所述真空包括小于大约1托的压强。

根据再另一方面，所述真空包括大约0.1托的压强。

根据再另一方面，所述特定气氛包括氩、氦、氮、氪、氙或者它们的组合。

根据再另一方面，所述SiC半导体器件包括金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)。

根据再另一方面，所述SiC半导体器件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOS控制晶闸管或者栅控晶闸管。

根据再另一方面，所述SiC半导体器件的阈值电压的偏移产生于以升高温度、升高偏压或者两者来操作所述SiC半导体器件时的所述SiC半导体器件中的偏压温度不稳定性(BTI)。

根据再另一方面，所述特定气氛将所述SiC半导体器件的阈值电压的偏移限制到小于大约0.8 V。

根据再另一方面，所述特定气氛将所述SiC半导体器件的阈值电压的偏移限制到小于大约0.5 V。

根据再另一方面，所述SiC半导体器件配置成工作在高于175℃的温度。

根据再另一方面，所述SiC半导体器件配置成工作在高于300℃的温度。

在另一个实施例中，金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)器件包括设置在MOSFET器件周围的外壳。外壳配置成将MOSFET器件围绕在相对于外壳外部的环境的减压环境中。此外，减压环境降低操作期间的MOSFET器件的阈值电压偏移。