JP2007189096A - 半導体装置及びその検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の絶縁分離トレンチの一部に欠陥がある場合でも検出が可能な半導体装置及びその検査方法を提供する。
【解決手段】基板１１０に形成された複数の絶縁分離トレンチ１２０（１２１〜１２４）により、素子領域１３０が多重に囲繞された半導体装置１００であって、基板１１０は、隣接する絶縁分離トレンチ間に構成されるトレンチ間領域１４０を少なくとも１つ有しており、素子領域１３０、トレンチ間領域１４０（１４１〜１４３）、フィールド領域１５０の各領域は、絶縁分離トレンチ１２０の欠陥検査前の状態で、間に絶縁分離トレンチ１２０を２つ挟む位置関係にある領域同士が同一の電極パッドに電気的に接続されるように、各領域が２つの電極パッド１６０，１６１のいずれか一方に電気的に接続されており、絶縁分離トレンチ１２０の欠陥検査後の状態で、各領域がそれぞれ電気的に分離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に形成された絶縁分離トレンチにより、素子領域が囲繞された半導体装置及びその検査方法に関するものである。

従来、基板に形成された絶縁分離トレンチにより、素子領域が囲繞された半導体装置において、絶縁分離トレンチの欠陥を検査する方法が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１においては、支持基板上に絶縁層を介して配置された半導体層に対し、その表面から絶縁層まで達する絶縁分離トレンチ（絶縁分離領域）を、素子領域を囲繞するかたちで形成し、素子領域とフィールド領域を絶縁分離している。そして、素子領域とフィールド領域との間に所定電圧を印加し、素子領域とフィールド領域間に流れるリーク電流を検出するようにしている。すなわち、リーク電流の有無をもって、絶縁分離トレンチの欠陥を検出（絶縁耐圧を検査）するようにしている。
特開平８−８３８３０号公報

ところで、半導体装置において、高耐圧を実現するために、素子領域を複数の絶縁分離トレンチで取り囲むことがある。このように素子領域を多重に取り囲むように複数の絶縁分離トレンチを設けた構成において、特許文献１に示す検査方法を採用しても、全ての絶縁分離トレンチに欠陥がない限りは素子領域とフィールド領域間にリーク電流が流れない。すなわち、複数の絶縁分離トレンチの一部に欠陥があったとしても検出することができない。

本発明は上記問題点に鑑み、複数の絶縁分離トレンチの一部に欠陥がある場合でも検出が可能な半導体装置及びその検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、基板に形成された絶縁分離トレンチにより、素子領域が囲繞された半導体装置であって、絶縁分離トレンチは、素子領域を多重に取り囲むように複数形成され、基板は、隣接する絶縁分離トレンチ間に構成される領域を少なくとも１つ有しており、素子領域、絶縁分離トレンチ間の領域、絶縁分離トレンチの外側領域の各領域は、絶縁分離トレンチの欠陥検査前の状態で、間に絶縁分離トレンチを２つ挟む位置関係にある領域同士が同一の電極に電気的に接続され、各領域が前記電極を含む２つの電極のいずれか一方に配線を介して電気的に接続されており、絶縁分離トレンチの欠陥検査後の状態で、各領域がそれぞれ電気的に分離されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、絶縁分離トレンチの欠陥検査前の状態で、素子領域から外側領域までの各領域が２つの電極のいずれか一方に電気的に接続されており、１つの絶縁分離トレンチを間に挟んで隣接する２つの領域が互いに異なる一方の電極に電気的に接続されるとともに、各領域が１つおきに電気的に接続されている。従って、２つの電極に所定電圧を印加することで、１つの絶縁分離トレンチを間に挟んで隣接する２つの領域間に流れるリーク電流を検出することができる。すなわち、複数の絶縁分離トレンチの一部に欠陥がある場合でも欠陥を検出することができる。尚、欠陥検査後の状態で、各領域はそれぞれ電気的に分離されているので、素子が所望の機能を果たし、複数の絶縁分離トレンチによって高耐圧を実現することができる。

また、隣接する絶縁分離トレンチ間に構成される領域の個数（すなわち絶縁分離トレンチの個数）によらず、２つの電極に所定電圧を印加することで、複数の絶縁分離トレンチの一部に欠陥がある場合でも欠陥を検出するようにしている。すなわち、欠陥検査用の電極数を必要最小限の個数としている。従って、半導体装置の体格を小型化することができる。

請求項２に記載のように、基板は、絶縁層を介して支持基板上に配置された半導体層であり、絶縁分離トレンチは、絶縁層に接続される態様で延設された構成を採用することができる。

請求項３に記載のように、電極と接続される配線の少なくとも１つには、絶縁分離トレンチの欠陥検査前の状態で、配線の他の領域よりも切断されやすい態様の分離領域が設けられ、絶縁分離トレンチの欠陥検査後の状態で、配線は分離領域にて分離された構成とすることが好ましい。

このように、配線の一部に、他の領域よりも切断分離されやすい分離領域を設けているので、欠陥検査後に分離領域を切断分離（例えばレーザ光により）して、容易に各領域を電気的に独立した状態とすることができる。尚、分離領域として、例えば請求項４に記載のように、配線間に薄膜抵抗が接続されてなる領域を採用しても良い。薄膜抵抗であれば、例えばレーザ光によって容易に切断することができる。

尚、請求項５に記載のように、絶縁分離トレンチの外側領域が、絶縁分離トレンチの欠陥検査後においても、電極と電気的に接続された構成としても良い。例えば外側領域を所定電位に固定するための電極を、２つの電極の一方として採用することもできる。

請求項６〜１０に記載の半導体装置の検査方法は、その作用効果がそれぞれ請求項１〜５に記載の半導体装置の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面レイアウトの要部が模式的に示された図である。図２は、半導体装置の要部の断面構造が模式的に示された図である。

図１に示されるように、半導体装置１００は、基板１１０に形成された絶縁分離トレンチ１２０により、素子領域１３０が囲繞された構成の半導体装置である。

本実施形態においては、基板１１０として、内部に絶縁膜を埋め込んだＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のうち、シリコン酸化膜からなる絶縁層１１１を介して、単結晶シリコンからなる支持基板１１２上に配置された、単結晶シリコンに不純物を添加してなる半導体層１１０を採用している。

半導体層１１０には、絶縁分離トレンチ１２０が素子領域１３０を多重に取り囲むように複数形成されている。本実施形態においては、絶縁分離トレンチ１２０として、４個の絶縁分離トレンチ１２１〜１２４が形成されている。それぞれの絶縁分離トレンチ１２０（１２１〜１２４）は、絶縁層１１１に接続される態様で延設されており、最内周側の絶縁分離トレンチ１２１と絶縁層１１１により取り囲まれた領域が、素子領域１３０とされている。

尚、符号１４０は、隣接する絶縁分離トレンチ１２０と絶縁層１１１により取り囲まれたトレンチ間領域であり、符号１４１は上述の絶縁分離トレンチ１２１及び隣接する絶縁分離トレンチ１２２との間の第１トレンチ間領域、符号１４２は絶縁分離トレンチ１２２及び絶縁分離トレンチ１２３との間の第２トレンチ間領域、符号１４３は絶縁分離トレンチ１２３及び絶縁分離トレンチ１２４との間の第３トレンチ間領域である。

素子領域１３０は、上述したように、絶縁分離トレンチ１２０及び絶縁層１１１によって、絶縁分離トレンチ１２０の外周側の周囲領域であるフィールド領域１５０とは電気的に区画され、トランジスタやダイオード等の素子が形成されている。本実施形態においては、素子の一例として、図２にｎｐｎトランジスタを示している。尚、符号１３０ａはｎ^＋領域のコレクタ、符号１３０ｂはｐ^＋領域のベース、符号１３０ｃはｎ^＋領域のエミッタである。また、フィールド領域が、特許請求の範囲に示す絶縁分離トレンチ１２０の外側領域に相当する。

また、上記構成において、絶縁分離トレンチ１２０の欠陥有無を検査（すなわち耐圧を保証）するために、フィールド領域１５０上（図示されない層間絶縁膜上）に、検査用の所定電圧が印加される２つの電極パッド１６０，１６１が形成されている。この電極パッド１６０，１６１が、特許請求の範囲に示す電極に相当する。そして、絶縁分離トレンチ１２０の欠陥検査前の状態で、素子領域１３０、トレンチ間領域１４０（１４１〜１４３）、及びフィールド領域１５０は、２つの電極パッド１６０，１６１のいずれか一方に電気的に接続されており、上記各領域１３０，１４０，１５０のうち、１つの絶縁分離トレンチ１２０を間に挟んで隣接する２つの領域が互いに異なる一方の電極パッド１６０（１６１）に電気的に接続されるとともに、各領域が１つおきに電気的に接続されている。

具体的には、第１電極パッド１６０に対して、間に絶縁分離トレンチ１２０を２つ挟む位置関係にある、素子領域１３０、第２トレンチ間領域１４２、及びフィールド領域１５０が、それぞれ図示されない層間絶縁膜上に形成された配線１７０，１７１，１７２を介して電気的に接続されている。また、第２電極パッド１６１に対して、間に絶縁分離トレンチ１２０を２つ挟む位置関係にある、第１トレンチ間領域１４１及び第３トレンチ間領域１４３が、それぞれ図示されない層間絶縁膜上に形成された配線１７３，１７４を介して電気的に接続されている。すなわち、素子領域１３０、第２トレンチ間領域１４２、及びフィールド領域１５０が同電位となり、第１トレンチ間領域１４１及び第３トレンチ間領域１４３が同電位となる。また、本実施形態においては、フィールド領域１５０を所定電位に固定するための電極パッドを第１電極パッド１６０として併用している。従って、検査用の電極としては、第２電極パッド１６１が追加されている。

尚、図１，２に示すように、各トレンチ間領域１４１〜１４３には、対応する配線１７１，１７３，１７４とオーミックコンタクトをとるためのｎ^＋コンタクト領域１４１ａ〜１４３ａが形成されている。また、フィールド領域１５０にも、配線１７２とオーミックコンタクトをとるためのｎ^＋コンタクト領域１５０ａが形成されている。素子領域１３０においては、上述したように、コレクタ１３０ａが配線１７０とオーミックコンタクトをとるためにｎ^＋高濃度領域として形成されている。

また、配線１７０〜１７４には、絶縁分離トレンチの欠陥検査前の状態で、配線１７０〜１７４の他の領域よりも切断されやすい態様の分離領域１８０がそれぞれ形成されている。具体的には、分離領域１８０として、配線間に薄膜抵抗１８１〜１８５が接続された領域を採用している。本実施形態に係る配線１７０〜１７４は、Ａｌ系材料（例えばＡｌＳｉＣｕ）を構成材料とし、数１００μｍの厚さをもって形成されている。これに対し、薄膜抵抗１８１〜１８５は、ＣｒＳｉを構成材料とし、１０〜２０μｍ程度の厚さをもって形成されている。従って、欠陥検査後に、当該分離領域１８０（薄膜抵抗１８１〜１８５）を容易に切断し、各領域１３０，１４０，１５０を電気的に分離することができる。尚、薄膜抵抗１８１は配線１７０に、薄膜抵抗１８２は配線１７１に、薄膜抵抗１８３は配線１７２に、薄膜抵抗１８４は配線１７３に、薄膜抵抗１８５は配線１７４にそれぞれ形成されている。

このような構成の半導体装置１００において、絶縁分離トレンチ１２０の欠陥有無を検査する場合、電極パッド１６０，１６１の間に、直流電圧源１９０から保証耐圧に応じたレベルの検査用電圧を印加する。尚、極性は図２に示した状態と逆でも良い。そして、これに伴って電極パッド１６０，１６１間にリーク電流が流れるか否かを電流計１９１により検出する。本実施形態においては、上述したように、素子領域１３０、トレンチ間領域１４０（１４１〜１４３）、及びフィールド領域１５０のうち、１つの絶縁分離トレンチ１２０（１２１〜１２４）を間に挟んで隣接する２つの領域が互いに異なる一方の電極パッド１６０（１６１）に電気的に接続されるとともに、各領域が１つおきに電気的に接続されている。従って、複数の絶縁分離トレンチ１２０（１２１〜１２４）の一部に欠陥がある場合でも、電極パッド１６０，１６１間にリーク電流が流れることとなるので、絶縁分離トレンチ１２０に欠陥があることを検出することができる。すなわち、１個でも絶縁分離トレンチ１２０に欠陥があれば、検出することができる。従って、全てに欠陥がある場合も検出することができる。

そして、欠陥検査後、絶縁分離トレンチ１２０に欠陥の存在しなかったものについては、上述の分離領域１８０が切断される。本実施形態においては、各薄膜抵抗１８１〜１８５が半導体層１１０の平面方向において、１箇所に集積化されており、例えばＹＡＧレーザ（波長１０４７ｎｍ）から出力されたレーザ光により、一括して切断することができる。従って、欠陥検査完了後の状態では、素子領域１３０、トレンチ領域１４０（１４１〜１４３）、及びフィールド領域１５０は、それぞれ電気的に独立した状態となる。尚、第１の電極１６０は、フィールド領域１５０を所定電位に固定するための電極パッドであるので、配線１７２に接続された薄膜抵抗１８３を切断しても、フィールド領域１５０と第１の電極１６０は電気的に接続された状態が確保される。

このように本実施形態に係る半導体装置１００及びその検査方法によれば、複数の絶縁分離トレンチ１２０の一部に欠陥がある場合でも欠陥を検出することができるので、一部の絶縁トレンチ１２０に欠陥があり、それにより耐圧の低い製品を除外することが可能となる。すなわち、耐圧を保証することができる。尚、欠陥検査後に、素子領域１３０、トレンチ領域１４０（１４１〜１４３）、及びフィールド領域１５０を、それぞれ電気的に独立した状態とするので、素子が所望の機能を果たし、複数の絶縁分離トレンチ１２０によって高耐圧を実現することができる。

尚、素子領域１３０、トレンチ領域１４１〜１４３、及びフィールド領域１５０の５つの領域ごとに電極パッドを形成すれば、１つの絶縁分離トレンチ１２０を間に挟んで隣接する２つの領域に対応する電極パッド間に検査用電圧を印加することにより、複数の絶縁分離トレンチ１２０の一部に欠陥がある場合でも欠陥を検出することが可能である。しかしながら、このような構成とすると、検査用の電極パッドの数が領域の個数分必要となり、半導体装置１００の体格を小型化するのが困難となる。これに対し、本実施形態においては、トレンチ間領域１４０の個数によらず、２つの電極パッド１６０，１６１に所定電圧を印加することで、複数の絶縁分離トレンチ１２０（１２１〜１２４）の一部に欠陥がある場合でも欠陥を検出するようにしている。すなわち、欠陥検査用の電極パッド数を必要最小限の個数としている。従って、半導体装置１００の体格を小型化することができる。本実施形態においては、フィールド領域１５０を所定電位に固定するための電極パッドを検査用の電極パッド１６０としているので、半導体装置１００の体格をより小型化することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態においては、半導体装置１００が絶縁分離トレンチ１２０として、４個の絶縁分離トレンチ１２１〜１２４を有する例を示した。しかしながら、絶縁分離トレンチ１２０の個数は上記例に限定されるものではない。２個以上であれば良い。

本実施形態においては、基板１１０として、ＳＯＩ基板の半導体層を採用し、絶縁分離トレンチ１２０が絶縁層１１１に達するように形成されることで、素子領域１３０がフィールド領域１５０と電気的に区画される例を示した。しかしながら、基板１１０は上記例に限定されるものではない。それ以外にも、絶縁分離トレンチ１２０を形成することによって、素子領域１３０をフィールド領域１５０と電気的に区画することのできる態様であれば採用することができる。

本実施形態においては、フィールド領域１５０を所定電位に固定するための電極パッドを、検査用の一方の電極パッド１６０とする例を示した。しかしながら、第１の電極パッド１６０として検査用の電極パッドを別途形成しても良い。また、絶縁分離トレンチ１２０（トレンチ間領域１４０）の個数にもよるが、例えばコレクタ１３０ａ用の電極パッド（図示略）とフィールド領域１５０用の電極パッド１６０を、２つの検査用の電極パッド１６０，１６１とすることもできる。この場合、体格をより小型化することができる。尚、上記のように、欠陥検査以外にも使用する電極パッドの場合、欠陥検査後においても、使用目的に応じた領域との接続状態が確保されるように、分離領域１８０を形成する必要がある。

本実施形態においては、配線１７０〜１７４に薄膜抵抗１８１〜１８５が接続された領域を分離領域１８０とし、当該領域１８０をレーザ光によって分離する例を示した。しかしながら、分離領域１８０の構成は上記例に限定されるものではない。図３に示すように、例えば配線１７０に所謂ボウタイ構造（bow tie）構造を構成し、他の部位よりも幅の細い或いは厚さの薄い領域を分離領域１８０としても良い。尚、分離領域１８０を有さない配線１７０〜１７４を切断分離しても良い。しかしながら、一般的に配線はその厚さが数１００μｍあり、例えば切断時に生じる切屑によって電気的な信頼性が低下する恐れがある。従って、上述のように、分離領域１８０を形成して、分離領域１８０にて分離する構成のほうが好ましい。また、分離方法もレーザ光に限定されるものではなく、それ以外の公知の方法を採用することができる。尚、図３は分離領域１８０の変形例を示す平面図である。

本実施形態においては、図１，２に示すように、各配線１７０〜１７４に、それぞれ分離領域１８０として薄膜抵抗１８１〜１８５が形成された例を示した。しかしながら、欠陥検査終了後に、各領域１３０，１４１〜１４３，１５０が電気的に独立した状態となり、且つ、第１の電極パッド１６０にフィールド領域１５０が接続されていれば良い。従って、薄膜抵抗１８１〜１８３のうち、任意の２個が形成され、薄膜抵抗１８４，１８５のうち、いずれか一方が形成された構成であれば、本実施形態に示した半導体装置１００と同様の効果を期待することができる。

本実施形態においては、４個の絶縁分離トレンチ１２１〜１２４からなる絶縁分離トレンチ１２０によって、１つの素子領域１３０が構成される例を示した。しかしながら、半導体層１１０に対し、複数の素子領域１３０が構成される場合にも、本実施形態に示した構造及び検査方法を適用することができる。例えば、複数の絶縁分離トレンチ１２０からなるトレンチ群が半導体層１１０に複数箇所形成された半導体装置１００においても、本実施形態に示した構造及び検査方法を適用することができる。その際、検査用の電極パッドを共通化すると、半導体装置１００の体格を小型化することができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面レイアウトの要部が模式的に示された図である。 半導体装置の要部の断面構造が模式的に示された図である。 分離領域の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１００・・・半導体装置
１１０・・・半導体層（基板）
１１１・・・絶縁層
１２０（１２１〜１２４）・・・絶縁分離トレンチ
１３０・・・素子領域
１４０（１４１〜１４３）・・・トレンチ間領域
１５０・・・フィールド領域（絶縁分離トレンチの外側領域）
１６０，１６１・・・電極
１７０〜１７４・・・配線
１８０・・・分離領域
１８１〜１８５・・・薄膜抵抗

Claims (10)

1. 基板に形成された絶縁分離トレンチにより、素子領域が囲繞された半導体装置であって、
   前記絶縁分離トレンチは、前記素子領域を多重に取り囲むように複数形成され、前記基板は、隣接する前記絶縁分離トレンチ間に構成される領域を少なくとも１つ有しており、
   前記素子領域、前記絶縁分離トレンチ間の領域、前記絶縁分離トレンチの外側領域の各領域は、前記絶縁分離トレンチの欠陥検査前の状態で、間に前記絶縁分離トレンチを２つ挟む位置関係にある前記領域同士が同一の電極に電気的に接続され、前記各領域が前記電極を含む２つの電極のいずれか一方に配線を介して電気的に接続されており、前記絶縁分離トレンチの欠陥検査後の状態で、前記各領域がそれぞれ電気的に分離されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記基板は、絶縁層を介して支持基板上に配置された半導体層であり、
   前記絶縁分離トレンチは、前記絶縁層に接続される態様で延設されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電極と接続される配線の少なくとも１つには、前記絶縁分離トレンチの欠陥検査前の状態で、前記配線の他の領域よりも切断されやすい態様の分離領域が設けられており、
   前記絶縁分離トレンチの欠陥検査後の状態で、前記配線は前記分離領域にて分離されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記配線の分離領域は、前記配線間に薄膜抵抗が接続されてなることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記絶縁分離トレンチの外側領域は、前記絶縁分離トレンチの欠陥検査後においても、前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置。
6. 基板に形成された絶縁分離トレンチにより、素子領域が囲繞された半導体装置において、前記絶縁分離トレンチの欠陥を検査する半導体装置の検査方法であって、
   前記絶縁分離トレンチは、前記素子領域を多重に取り囲むように複数形成され、前記基板は、隣接する前記絶縁分離トレンチ間に構成される領域を少なくとも１つ有しており、
   前記素子領域、前記絶縁分離トレンチ間の領域、前記絶縁分離トレンチの外側領域の各領域を、間に前記絶縁分離トレンチを２つ挟む位置関係にある前記領域同士が１つの電極に電気的に接続されるように、前記電極を含む２つの電極のいずれか一方に配線を介して電気的に接続し、２つの前記電極に所定電圧を印加して前記絶縁分離トレンチの欠陥を検査するとともに、
   前記絶縁分離トレンチの欠陥検査後に、前記各領域をそれぞれ電気的に分離することを特徴とする半導体装置の検査方法。
7. 前記基板は、絶縁層を介して支持基板上に配置された半導体層であり、
   前記絶縁分離トレンチは、前記絶縁層に接続される態様で延設されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の検査方法。
8. 前記電極と接続される配線の少なくとも１つには、前記絶縁分離トレンチの欠陥検査前の状態で、前記配線の他の領域よりも切断されやすい態様の分離領域が設けられており、
   前記絶縁分離トレンチの欠陥検査後、前記配線が前記分離領域にて分離されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の半導体装置の検査方法。
9. 前記配線の分離領域は、前記配線間に薄膜抵抗が接続されてなることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の検査方法。
10. 前記絶縁分離トレンチの外側領域は、前記絶縁分離トレンチの欠陥検査後においても、前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項６〜９いずれか１項に記載の半導体装置の検査方法。

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