一、引言
在前两期讨论中，分别从N-漂移区和终端电场分布两个方面分析了降低IGBT高温漏电流的技术路径。通过优化N-漂移区掺杂浓度，可以降低高温下载流子扩散和空间电荷区产生电流；采用VLD终端结构，则可以有效降低终端区域的峰值电场，减少局部高场引起的漏电。然而，对于高压IGBT而言，即使终端电场得到优化，芯片表面的Si/SiO₂界面仍然是影响高温漏电和长期可靠性的关键区域。
在实际制造过程中，Si/SiO₂界面不可避免地存在界面态，同时氧化层内部还会存在一定数量的固定电荷。在常温下，这些界面缺陷和固定电荷对器件漏电的影响相对有限；但随着温度升高至185℃，硅材料的本征载流子浓度显著增加，界面态产生载流子的能力增强，同时表面固定电荷会改变终端区域的耗尽状态和电场分布，使表面漏电流明显增加。因此，降低Si/SiO₂界面态密度并控制表面固定电荷，是进一步实现IGBT 185℃可靠运行的重要技术路径。
二、降低漏电设计(二)——降低界面态及表面固定电荷
（一）Si/SiO₂界面态导致的表面漏电
理想情况下，硅表面经过氧化层钝化后能够形成稳定的Si/SiO₂界面，但实际工艺中的晶格终止、悬挂键、氧化缺陷以及表面加工损伤会在禁带中形成一定数量的界面态，通常用界面态密度Dit表示。如图1所示，在IGBT反向阻断状态下，终端表面处于耗尽状态，界面态可以作为电子-空穴对的产生中心，从而形成额外的表面产生电流。表面产生电流可以近似理解为：
其中，ni为硅的本征载流子浓度，Sg为表面产生速度，而Sg与界面态密度Dit密切相关。随着温度升高，ni呈指数增加，因此即使界面态密度没有发生明显变化，其对应的表面产生电流也会快速增加。当结温达到185℃时，表面产生电流可能逐渐成为器件总漏电流的重要组成部分。因此，降低界面态密度Dit，可以减少耗尽区表面的载流子产生中心，从源头降低高温下的表面漏电流。
（二）表面固定电荷对漏电的影响
除了界面态以外，SiO₂及钝化层中还会存在一定数量的固定电荷Qf。这些电荷虽然本身不直接形成电流，但会改变硅表面的载流子浓度和终端区域的电场分布，从而间接影响器件的漏电特性。
以N型漂移区表面的正固定电荷为例，正电荷会吸引电子向Si/SiO₂界面聚集，使N型区域表面形成电子积累层，等效于提高表面N型掺杂浓度。反向偏压下，原本应该向芯片边缘均匀扩展的耗尽区会受到挤压，使部分电势集中在终端局部区域，导致表面峰值电场升高。
另一方面，如果固定电荷的数量在不同芯片之间存在较大波动，也会导致终端电场分布发生变化，使器件的击穿电压和高温漏电一致性变差。因此，对于185℃工作的IGBT而言，不仅需要降低固定电荷的绝对值，还需要保证其在高温和长期反向偏压条件下保持稳定。
（三）降低界面态及固定电荷的理论可行性
降低表面漏电的核心思路是提高Si/SiO₂界面质量，同时减少并稳定钝化层中的固定电荷，可以从以下两个方面实现：
1、降低Si/SiO₂界面态密度
通过优化终端区域的表面清洗、氧化工艺及后续退火条件，降低硅表面的悬挂键和工艺损伤，可以有效降低界面态密度Dit。界面态减少后，表面产生速度Sg降低，在相同温度和反向偏压条件下，耗尽区表面的电子-空穴对产生率下降，从而降低185℃下的表面漏电流。
2、降低并稳定表面固定电荷
通过优化氧化层及钝化层工艺，减少固定电荷Qf及可移动电荷，可以降低表面电荷对终端耗尽区和电场分布的扰动。特别是与VLD终端结构配合后，一方面VLD通过渐变掺杂降低终端本身的峰值电场，另一方面通过控制界面态和固定电荷进一步稳定表面电势分布，从而同时降低高温表面产生电流和局部高场漏电。
因此，降低Si/SiO₂界面态密度Dit并控制表面固定电荷Qf，可以从“减少表面载流子产生”和“稳定终端电场分布”两个方面共同降低IGBT在185℃下的漏电流，是继漂移区优化和VLD终端设计之后，提高高温静态可靠性的又一重要技术路径。
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