JP2014183136A - Silicon carbide chip, silicon carbide wafer, test method for silicon carbide chip, and test method for silicon carbide wafer - Google Patents

Silicon carbide chip, silicon carbide wafer, test method for silicon carbide chip, and test method for silicon carbide wafer Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide chip, a silicon carbide wafer, a test method for a silicon carbide chip, and a test method for a silicon carbide wafer, to which a current conduction test can be applied even when a chip has a large area.SOLUTION: A silicon carbide chip 4 includes a product chip region 1 in which a silicon carbide semiconductor element performing an actual action is crated, and a PN diode 3 which is disposed around the product chip region 1 and which is not involved in an actual action of a smaller area than the product chip region 1.

Description

この発明は、炭化珪素チップの不良判定を行う技術に関する。   The present invention relates to a technique for determining a defect of a silicon carbide chip.

炭化珪素などのワイドギャップ半導体材料は、シリコンと比較して絶縁破壊耐量が高いため、シリコン材料より基板の不純物濃度を高め、基板の抵抗を低減することが可能である。この低抵抗化により、パワー素子のスイッチング動作における損失を低減できる。また、熱伝導度が高く、機械的強度にも優れており、小型で低損失、高効率なパワーデバイスが実現されると期待されている。   A wide gap semiconductor material such as silicon carbide has higher dielectric breakdown resistance than silicon, and thus can increase the impurity concentration of the substrate and reduce the resistance of the substrate as compared to silicon material. This reduction in resistance can reduce the loss in the switching operation of the power element. In addition, it has high thermal conductivity and excellent mechanical strength, and is expected to realize a small, low-loss, high-efficiency power device.

炭化珪素を用いて構成されるPNダイオードに関して、順方向電流を流し続けると、結晶中に三角積層欠陥が発生して順方向電圧がシフトするという信頼性上の問題がよく知られている(例えば非特許文献1参照)。これは、PNダイオードに注入された少数キャリアが多数キャリアと再結合する際の再結合エネルギーにより、炭化珪素基板に存在する基底面転位などを起点として面欠陥である三角積層欠陥が拡張するためと考えられている(例えば非特許文献2参照)。この三角積層欠陥は、電流の流れを阻害するため、流れる電流が減少し順方向電圧を増加させ、信頼性劣化を引き起こす。   Regarding a PN diode composed of silicon carbide, a reliability problem is known that if a forward current continues to flow, triangular stacking faults occur in the crystal and the forward voltage shifts (for example, Non-patent document 1). This is because triangular stacking faults, which are surface defects, start from basal plane dislocations existing in the silicon carbide substrate due to recombination energy when minority carriers injected into the PN diode recombine with the majority carriers. (For example, refer nonpatent literature 2). Since this triangular stacking fault hinders the flow of current, the flowing current is reduced, the forward voltage is increased, and reliability is deteriorated.

このような順方向電圧シフトは、炭化珪素を用いたMOSFET(SiC−MOSFET)でも同様に発生するとの報告がある(例えば非特許文献3参照)。MOSFET構造は、ソースドレイン間に寄生ダイオード(ボディーダイオード)を有しており、順方向電流がこのボディダイオードに流れると、PNダイオードと同様の信頼性劣化を引き起こす。一般に、スイッチング回路における還流ダイオードには順方向電圧の低いショットキーバリアダイオードが用いられるが、SiC−MOSFETのボディダイオードを還流ダイオードとして用いる場合には、MOSFET特性のシフトを引き起こし、信頼性上の大きな問題となる。   There is a report that such a forward voltage shift also occurs in a MOSFET (SiC-MOSFET) using silicon carbide (see, for example, Non-Patent Document 3). The MOSFET structure has a parasitic diode (body diode) between the source and the drain, and when a forward current flows through the body diode, the same reliability degradation as that of the PN diode occurs. In general, a Schottky barrier diode having a low forward voltage is used as a freewheeling diode in a switching circuit. However, when a body diode of a SiC-MOSFET is used as a freewheeling diode, it causes a shift in MOSFET characteristics, and a large reliability. It becomes a problem.

この問題に対する試験方法としては、特許文献1に示されるように、PNダイオード構造に長時間、順方向電流を流し、順方向電圧を測定する方法(以下、電流通電試験)がある。   As a test method for this problem, as shown in Patent Document 1, there is a method (hereinafter referred to as a current conduction test) in which a forward current is passed through a PN diode structure for a long time and a forward voltage is measured.

特開2004−289023号公報JP 2004-289023 A

Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 39, No. 6, 2010“Electrical and Optical Properties of Stacking Faults in 4H-SiC Devices”Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 39, No. 6, 2010 “Electrical and Optical Properties of Stacking Faults in 4H-SiC Devices” Physical Review Letters vol.92, 175504(2004) “Driving Force of Stacking-Fault Formation in SiC p-i-n Diodes”Physical Review Letters vol.92, 175504 (2004) “Driving Force of Stacking-Fault Formation in SiC p-i-n Diodes” IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 28, NO. 7, JULY 2007"A New Degradation Mechanism in High-Voltage SiC Power MOSFETs”IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 28, NO. 7, JULY 2007 "A New Degradation Mechanism in High-Voltage SiC Power MOSFETs"

しかしながら、上述の電流通電試験は、非常に時間がかかることに加え、デバイスサイズ(チップサイズ)が大面積になった場合、ストレス時間を短くするために高電流密度でストレス印加すると発熱によるコンタクトピンの破壊などが発生し、大面積デバイスに適応できないという問題があった。   However, the above-described current conduction test takes a very long time. In addition, when the device size (chip size) becomes large, the contact pin generates heat when stress is applied at a high current density in order to shorten the stress time. There was a problem that it could not be applied to a large area device.

本発明は上述の問題点に鑑み、チップサイズが大面積であっても電流通電試験を適用可能な炭化珪素チップ、炭化珪素ウエハ、当該炭化珪素チップの試験方法、当該炭化珪素ウエハの試験方法の提供を目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a silicon carbide chip, a silicon carbide wafer, a test method for the silicon carbide chip, a test method for the silicon carbide wafer, and a test method for the silicon carbide wafer, to which a current conduction test can be applied even if the chip size is a large area. For the purpose of provision.

本発明の炭化珪素チップは、実動作を行う炭化珪素半導体素子が作り込まれる製品チップ領域と、製品チップ領域の周囲に設けられる、製品チップ領域よりも小面積の実動作に関与しないPNダイオードと、を備える。   The silicon carbide chip of the present invention includes a product chip region in which a silicon carbide semiconductor element that performs actual operation is formed, and a PN diode that is provided around the product chip region and does not participate in actual operation in a smaller area than the product chip region. .

また、本発明の炭化珪素ウエハは、実動作を行う炭化珪素半導体素子が作り込まれる複数の製品チップ領域と、各製品チップ領域の周囲に設けられる、製品チップ領域よりも小面積の実動作に関与しないPNダイオードと、を備える。   In addition, the silicon carbide wafer of the present invention has a plurality of product chip regions in which silicon carbide semiconductor elements that perform actual operations are formed, and an actual operation with a smaller area than the product chip regions provided around each product chip region. A PN diode not involved.

また、本発明の炭化珪素チップの試験方法は、(a)本発明の炭化珪素チップを準備する工程と、(b)炭化珪素チップのPNダイオード領域に順方向電流を印加し、順方向電圧の変化量を測定する工程と、(c)順方向電圧の変化量が所定値以上である場合に、炭化珪素チップを不良チップと判断する工程と、を備える。   The silicon carbide chip testing method of the present invention includes (a) a step of preparing the silicon carbide chip of the present invention, and (b) applying a forward current to the PN diode region of the silicon carbide chip, A step of measuring the amount of change, and (c) a step of determining the silicon carbide chip as a defective chip when the amount of change in the forward voltage is equal to or greater than a predetermined value.

また、本発明の炭化珪素ウエハの試験方法は、(a)本発明の炭化珪素ウエハを準備する工程と、(b)炭化珪素ウエハの各PNダイオードに順方向電流を印加し、順方向電圧の変化量を測定する工程と、(c)順方向電圧の変化量が所定値以上であるPNダイオードに対応する炭化珪素ウエハの製品チップ領域を不良チップと判断する工程と、を備える。   Further, the silicon carbide wafer testing method of the present invention includes (a) a step of preparing the silicon carbide wafer of the present invention, (b) applying a forward current to each PN diode of the silicon carbide wafer, And (c) determining a product chip region of the silicon carbide wafer corresponding to the PN diode whose forward voltage change amount is equal to or greater than a predetermined value as a defective chip.

本発明の炭化珪素チップは、実動作を行う炭化珪素半導体素子が作り込まれる製品チップ領域と、製品チップ領域の周囲に設けられる、製品チップ領域よりも小面積の実動作に関与しないPNダイオードと、を備える。したがって、順方向電流をPNダイオードに流すことで、三角積層欠陥を拡張させることが可能である。そのときの順方向電圧のシフト量を測定すれば、三角積層欠陥の密度が大きい不良チップを検出することが可能である。さらに、PNダイオードは製品チップ領域に比べて小面積であることから、より小電流で三角積層欠陥の拡張が可能であるため、発熱によるコンタクトピンの破壊を抑制できる。   The silicon carbide chip of the present invention includes a product chip region in which a silicon carbide semiconductor element that performs actual operation is formed, and a PN diode that is provided around the product chip region and does not participate in actual operation in a smaller area than the product chip region. . Therefore, it is possible to expand the triangular stacking fault by flowing a forward current through the PN diode. If the shift amount of the forward voltage at that time is measured, it is possible to detect a defective chip having a large density of triangular stacking faults. Furthermore, since the PN diode has a smaller area than the product chip region, the triangular stacking fault can be expanded with a smaller current, so that the contact pin can be prevented from being broken due to heat generation.

また、本発明の炭化珪素ウエハは、実動作を行う炭化珪素半導体素子が作り込まれる複数の製品チップ領域と、各製品チップ領域の周囲に設けられる、製品チップ領域よりも小面積の実動作に関与しないPNダイオードと、を備える。したがって、順方向電流をPNダイオードに流すことで、三角積層欠陥を拡張させることが可能である。そのときの順方向電圧のシフト量を測定すれば、三角積層欠陥の密度が大きい不良チップを検出することが可能である。さらに、PNダイオードは製品チップ領域に比べて小面積であることから、より小電流で三角積層欠陥の拡張が可能であるため、発熱によるコンタクトピンの破壊を抑制できる。   In addition, the silicon carbide wafer of the present invention has a plurality of product chip regions in which silicon carbide semiconductor elements that perform actual operations are formed, and an actual operation with a smaller area than the product chip regions provided around each product chip region. A PN diode not involved. Therefore, it is possible to expand the triangular stacking fault by flowing a forward current through the PN diode. If the shift amount of the forward voltage at that time is measured, it is possible to detect a defective chip having a large density of triangular stacking faults. Furthermore, since the PN diode has a smaller area than the product chip region, the triangular stacking fault can be expanded with a smaller current, so that the contact pin can be prevented from being broken due to heat generation.

また、本発明の炭化珪素チップの試験方法は、(a)本発明の炭化珪素チップを準備する工程と、(b)炭化珪素チップのPNダイオード領域に順方向電流を印加し、順方向電圧の変化量を測定する工程と、(c)順方向電圧の変化量が所定値以上である場合に、炭化珪素チップを不良チップと判断する工程と、を備える。本発明の炭化珪素チップのPNダイオード領域は、製品チップ領域と比べて小面積であるため、工程(b)では、製品チップ領域に対する場合と比べて小さい順方向電流を印加することで、順方向電圧の変化を生じさせることが可能である。従って、順方向電流を長時間印加することなく、コンタクトピンを発熱で損傷することもなく、三角積層欠陥の密度が大きい不良チップを検出することが可能である。   The silicon carbide chip testing method of the present invention includes (a) a step of preparing the silicon carbide chip of the present invention, and (b) applying a forward current to the PN diode region of the silicon carbide chip, A step of measuring the amount of change, and (c) a step of determining the silicon carbide chip as a defective chip when the amount of change in the forward voltage is equal to or greater than a predetermined value. Since the PN diode region of the silicon carbide chip of the present invention has a smaller area than the product chip region, the forward direction is applied in step (b) by applying a forward current smaller than that for the product chip region. It is possible to cause a change in voltage. Therefore, it is possible to detect a defective chip having a high density of triangular stacking faults without applying a forward current for a long time and without damaging the contact pins due to heat generation.

また、本発明の炭化珪素ウエハの試験方法は、(a)本発明の炭化珪素ウエハを準備する工程と、(b)炭化珪素ウエハの各PNダイオードに順方向電流を印加し、順方向電圧の変化量を測定する工程と、(c)順方向電圧の変化量が所定値以上であるPNダイオードに対応する炭化珪素ウエハの製品チップ領域を不良チップと判断する工程と、を備える。本発明の炭化珪素チップのPNダイオード領域は、製品チップ領域と比べて小面積であるため、工程(b)では、製品チップ領域に対する場合と比べて小さい順方向電流を印加することで、順方向電圧の変化を生じさせることが可能である。従って、順方向電流を長時間印加することなく、コンタクトピンを発熱で損傷することもなく、三角積層欠陥の密度が大きい不良チップを検出することが可能である。   Further, the silicon carbide wafer testing method of the present invention includes (a) a step of preparing the silicon carbide wafer of the present invention, (b) applying a forward current to each PN diode of the silicon carbide wafer, And (c) determining a product chip region of the silicon carbide wafer corresponding to the PN diode whose forward voltage change amount is equal to or greater than a predetermined value as a defective chip. Since the PN diode region of the silicon carbide chip of the present invention has a smaller area than the product chip region, the forward direction is applied in step (b) by applying a forward current smaller than that for the product chip region. It is possible to cause a change in voltage. Therefore, it is possible to detect a defective chip having a high density of triangular stacking faults without applying a forward current for a long time and without damaging the contact pins due to heat generation.

本発明の炭化珪素チップの構成図である。It is a lineblock diagram of the silicon carbide chip of the present invention. 本発明の炭化珪素ウエハの構成図である。It is a block diagram of the silicon carbide wafer of this invention. 本発明の炭化珪素チップのPNダイオードの断面図である。It is sectional drawing of the PN diode of the silicon carbide chip of this invention. PNダイオードに発生する三角積層欠陥を示す図である。It is a figure which shows the triangular stacking fault which generate | occur | produces in a PN diode. 積層欠陥の面積と順方向電圧のシフト量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the area of a stacking fault, and the amount of shifts of a forward voltage. 前提技術の炭化珪素ウエハの試験方法のフローチャートである。It is a flowchart of the testing method of the silicon carbide wafer of a base technology. 本発明の炭化珪素ウエハの試験方法のフローチャートである。It is a flowchart of the test method of the silicon carbide wafer of this invention. 本発明の炭化珪素チップと電極を示す平面図である。It is a top view which shows the silicon carbide chip | tip and electrode of this invention. 本発明の炭化珪素チップと電極を示す平面図である。It is a top view which shows the silicon carbide chip | tip and electrode of this invention.

<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
図1は、実施の形態1の炭化珪素チップ4のチップレイアウトを示している。炭化珪素チップ4は、製品チップのレイアウト領域(製品チップ領域1)と、PNダイオード3が離散的に複数配置されるPNダイオード配置領域2を備えている。図1に示す製品チップ領域1は正方形であり、PNダイオード配置領域2は、レイアウト領域1の右辺と下辺に沿って設けられる。PNダイオード3は、製品チップ領域1に比べて小面積である。
<A. Embodiment 1>
<A-1. Configuration>
FIG. 1 shows a chip layout of silicon carbide chip 4 of the first embodiment. Silicon carbide chip 4 includes a product chip layout area (product chip area 1) and a PN diode arrangement area 2 in which a plurality of PN diodes 3 are discretely arranged. The product chip area 1 shown in FIG. 1 is square, and the PN diode arrangement area 2 is provided along the right side and the lower side of the layout area 1. The PN diode 3 has a smaller area than the product chip region 1.

図2は、図1のチップレイアウトをウエハプロセスを経て作成した状態を示している。PNダイオード配置領域2は、レイアウト領域1の右辺又は左辺のいずれか、及び上辺又は下辺のいずれかに沿って設けられる。レイアウト領域1のうち2辺のみに沿ってPNダイオード配置領域2を形成することで、図2に示すように、炭化珪素ウエハ5上に炭化珪素チップ4を隙間なく形成したときに、製品チップ領域1とダイオード配置領域2による格子状パターンが形成される。   FIG. 2 shows a state where the chip layout of FIG. 1 is created through a wafer process. The PN diode arrangement region 2 is provided along either the right side or the left side of the layout region 1 and either the upper side or the lower side. By forming the PN diode arrangement region 2 along only two sides of the layout region 1, as shown in FIG. 2, when the silicon carbide chip 4 is formed on the silicon carbide wafer 5 without a gap, the product chip region A grid pattern is formed by 1 and the diode arrangement region 2.

但し、製品チップ領域1は、図1,2に示す正方形の他、円形や任意の多角形等、様々な形状を取り得る。製品チップ領域1がいずれの形状であるにせよ、PNダイオード配置領域2は、炭化珪素チップ4を配列した際にPNダイオード配置領域2を囲むように形成される。   However, the product chip region 1 can take various shapes such as a circle and an arbitrary polygon in addition to the square shown in FIGS. Regardless of the shape of product chip region 1, PN diode placement region 2 is formed to surround PN diode placement region 2 when silicon carbide chips 4 are arranged.

図3は、PNダイオード3の断面図である。PNダイオード3は、SiC基板11、N+エピタキシャル層12、P+拡散領域14、高濃度P+拡散領域15、層間絶縁膜18を備えている。SiC基板11上にN+エピタキシャル層12が形成され、N+エピタキシャル層12の表層にP+拡散領域14が形成される。N+エピタキシャル層12の表層において、P+拡散領域14上には高濃度P+拡散領域15が形成される。高濃度P+拡散領域15上には、複数のPNダイオード3に接続するアルミなどの電極パッド19が形成され、電極パッド19とN+エピタキシャル層12の間に層間絶縁膜18が形成される。電極パッド19とSiC基板11の間に、N+エピタキシャル層12とP+拡散領域14が形成するPN接合障壁を上回る順方向電圧を印加すると、順方向電流が流れる。すなわち、電極パッド19は、複数のPNダイオード3に順方向電流を印加するための第1の電極パッドとして動作する。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the PN diode 3. The PN diode 3 includes a SiC substrate 11, an N + epitaxial layer 12, a P + diffusion region 14, a high concentration P + diffusion region 15, and an interlayer insulating film 18. N + epitaxial layer 12 is formed on SiC substrate 11, and P + diffusion region 14 is formed in the surface layer of N + epitaxial layer 12. A high concentration P + diffusion region 15 is formed on the P + diffusion region 14 in the surface layer of the N + epitaxial layer 12. On the high concentration P + diffusion region 15, an electrode pad 19 such as aluminum connected to the plurality of PN diodes 3 is formed, and an interlayer insulating film 18 is formed between the electrode pad 19 and the N + epitaxial layer 12. When a forward voltage exceeding the PN junction barrier formed by the N + epitaxial layer 12 and the P + diffusion region 14 is applied between the electrode pad 19 and the SiC substrate 11, a forward current flows. That is, the electrode pad 19 operates as a first electrode pad for applying a forward current to the plurality of PN diodes 3.

図4は、PNダイオード3の平面図であり、順方向電流ストレスにより拡張する三角積層欠陥16を示している。SiC基板11に順方向電流を流すと、基底面転位を起点として、三角形状の積層欠陥が拡張する。   FIG. 4 is a plan view of the PN diode 3 and shows the triangular stacking fault 16 that expands due to forward current stress. When a forward current is passed through the SiC substrate 11, triangular stacking faults are expanded starting from basal plane dislocations.

図5は、PNダイオード3の順方向電圧Vfについて、順方向電流を流し始めた当初の値から、順方向電流を流してから一定期間経過後の値へのシフト量の割合(%)を、積層欠陥の面積との関係で示したグラフである。横軸には、P+拡散領域14に対する積層欠陥の面積比(%)を示し、縦軸には、順方向電圧Vfのシフト量(%)を示している。   FIG. 5 shows the ratio (%) of the shift amount from the initial value at which the forward current starts to flow to the value after the lapse of a fixed period from the initial value at which the forward current starts flowing for the forward voltage Vf of the PN diode 3. It is the graph shown by the relationship with the area of a stacking fault. The horizontal axis indicates the area ratio (%) of stacking faults with respect to the P + diffusion region 14, and the vertical axis indicates the shift amount (%) of the forward voltage Vf.

三角積層欠陥の面積は、N+エピタキシャル層12の厚さTeやウエハのOFF角θにより決まる。すなわち、ステップフロー方向の三角積層欠陥の幅Wsfは、   The area of the triangular stacking fault is determined by the thickness Te of the N + epitaxial layer 12 and the OFF angle θ of the wafer. That is, the width Wsf of the triangular stacking fault in the step flow direction is

Figure 2014183136
Figure 2014183136

であり、ステップフロー方向に対して垂直方向の三角積層欠陥の高さHsfは、 The height Hsf of the triangular stacking fault in the direction perpendicular to the step flow direction is

Figure 2014183136
Figure 2014183136

で決まる。従って、例えば、(0001)面から<11−20>方向に4°オフした4H−SiC基板に10μmのエピ膜を形成した場合に、三角積層欠陥の面積は約0.018mmとなる。積層欠陥拡張をモニタするためには、Vfのシフト量は2%以上であることが望ましいので、図5から、想定する積層欠陥の面積は、PNダイオード3の有効面積の10%以上となることが望ましい。したがって、PNダイオード3の面積は、検出する三角積層欠陥の面積の10倍である0.18mm以下が望ましい。PNダイオードの面積が積層欠陥に対して大きすぎると、順方向電流を流した後の順方向電圧Vfのシフト量が小さくなり、積層欠陥の検出感度が低下してしまう。 Determined by. Therefore, for example, when a 10 μm epitaxial film is formed on a 4H—SiC substrate off by 4 ° in the <11-20> direction from the (0001) plane, the area of the triangular stacking fault is about 0.018 mm 2 . In order to monitor the stacking fault extension, it is desirable that the shift amount of Vf is 2% or more. Therefore, from FIG. 5, the area of the stacking fault to be assumed is 10% or more of the effective area of the PN diode 3. Is desirable. Therefore, the area of the PN diode 3 is desirably 0.18 mm 2 or less, which is 10 times the area of the triangular stacking fault to be detected. If the area of the PN diode is too large with respect to the stacking fault, the shift amount of the forward voltage Vf after flowing the forward current becomes small, and the detection sensitivity of the stacking fault is lowered.

<A−2.動作>
本発明の前提技術における炭化珪素チップの試験方法を、図6のフローチャートに沿って説明する。まず、半導体プロセスにより半導体装置(炭化珪素ウエハ)を作成し(ステップS1)、その後、ウエハテスト工程(ステップS2)、ダイシング工程(ステップS3)、チップテスト工程(ステップS4)を経て、電流通電試験を行う(ステップS5)。電流通電試験では、製品チップに順方向電流を流して積層欠陥を拡張させ、それによる順方向電圧Vfの変動を測定する。順方向電圧Vfの変動量が閾値未満である製品チップは良品チップとして選別する(ステップS6)。
<A-2. Operation>
A silicon carbide chip testing method according to the premise technique of the present invention will be described along the flowchart of FIG. First, a semiconductor device (silicon carbide wafer) is manufactured by a semiconductor process (step S1), and then a current test is performed through a wafer test process (step S2), a dicing process (step S3), and a chip test process (step S4). (Step S5). In the current-carrying test, a forward current is passed through the product chip to expand the stacking fault, and the fluctuation of the forward voltage Vf due to this is measured. Product chips whose forward voltage Vf variation is less than the threshold are selected as non-defective chips (step S6).

ところで、製品チップが大面積化すると、順方向電流ストレスがチップの大面積化に伴って増大し、発熱による順方向電流ストレスの制限によってストレス時間が長時間化する。また、発熱によってプローブや製品チップ自体が損傷するため、短時間に大電流密度の順方向電流ストレスを印加し積層欠陥を拡張させ、特性変動を評価することは困難である。   By the way, when the product chip has a large area, the forward current stress increases as the chip area increases, and the stress time is prolonged due to the limitation of the forward current stress due to heat generation. In addition, since the probe and the product chip itself are damaged by heat generation, it is difficult to evaluate the characteristic variation by applying a forward current stress having a large current density in a short time to expand the stacking fault.

図7は、この問題を解決する本発明の試験方法のフローチャートを示している。以下、図7に沿って、本発明の炭化珪素ウエハ(又は炭化珪素チップ)の試験方法を説明する。まず、半導体プロセスにより半導体装置(炭化珪素ウエハ5)を作成する(ステップS11)。次に、所定のウエハテストを行う(ステップS12)。その後、炭化珪素ウエハ5をダイシングする前に電流通電試験を行う。ここでは、ウエハ面内の全てのPNダイオード3に一括して、あるいはグループ単位で順方向電流を印加し(ステップS13)、順方向電流印加当初から所定時間における順方向電圧Vfのシフト量を測定する。   FIG. 7 shows a flowchart of the test method of the present invention that solves this problem. Hereinafter, the test method for the silicon carbide wafer (or silicon carbide chip) of the present invention will be described with reference to FIG. First, a semiconductor device (silicon carbide wafer 5) is created by a semiconductor process (step S11). Next, a predetermined wafer test is performed (step S12). Thereafter, a current conduction test is performed before dicing silicon carbide wafer 5. Here, a forward current is applied to all the PN diodes 3 on the wafer surface in a batch or in units of groups (step S13), and the shift amount of the forward voltage Vf in a predetermined time from the beginning of the forward current application is measured. To do.

この際、例えば後述する変形例(図8)の構成を利用して、順方向電流の印加は電極パッド19から行い、各PNダイオード3の順方向電圧Vfのシフト量の測定は、各PNダイオード3に接続した測定パッド20(第2の電極パッド)により行う。   At this time, for example, the forward current is applied from the electrode pad 19 using the configuration of a modified example (FIG. 8) to be described later, and the shift amount of the forward voltage Vf of each PN diode 3 is measured. 3 is performed by the measurement pad 20 (second electrode pad) connected to the third electrode.

そして、ウエハ面内の各PNダイオード3のうち、順方向電圧Vfのシフト量が閾値以上であったPNダイオード3を、拡張積層欠陥密度が大きい領域として検出する(ステップS14)。   Then, among the PN diodes 3 on the wafer surface, the PN diode 3 whose forward voltage Vf shift amount is equal to or larger than the threshold value is detected as a region where the extended stacking fault density is large (step S14).

そして、検出した領域に含まれる製品チップを除外チップとして選別する(ステップS15)。その後、ダイシングを行い(ステップS16)、チップテストを行う(ステップS17)。最後に、ステップS15で除外チップとして選別したチップ以外のチップを良品チップとして選別する(ステップS18)。   Then, product chips included in the detected area are selected as excluded chips (step S15). Thereafter, dicing is performed (step S16), and a chip test is performed (step S17). Finally, chips other than the chips selected as excluded chips in step S15 are selected as non-defective chips (step S18).

以上に示したように、本発明の試験方法では、製品チップ(製品チップ領域1)より小面積で、高電流密度の電流ストレスを印加可能なPNダイオード3に高電流密度ストレスを印加することで、短時間に積層欠陥を拡張させ、製品チップの判定を行うことが可能である。積層欠陥を拡張させるに必要な温度やストレス条件は、定格電流以上、とくに300A/cm以上が望ましく、また、180℃〜350℃の高温条件で実施することを特徴とする。この加速された条件であれば、ストレス印加時間1分以下で積層欠陥が拡張する。 As described above, in the test method of the present invention, a high current density stress is applied to the PN diode 3 that is smaller in area than the product chip (product chip region 1) and can apply a high current density current stress. It is possible to extend the stacking faults in a short time and determine the product chip. The temperature and stress conditions necessary to expand the stacking fault are preferably higher than the rated current, particularly 300 A / cm 2 or higher, and are performed under high temperature conditions of 180 ° C. to 350 ° C. Under this accelerated condition, the stacking fault expands in a stress application time of 1 minute or less.

<A−3.変形例>
なお、拡張積層欠陥密度の測定精度を向上させるには、炭化珪素半導体ウエハ4に多数のPNダイオード3を搭載する必要がある。しかし、PNダイオード3に順次電流を印加すると試験に要する時間が長くなる。そこで、並列配置した複数のPNダイオード3に電極パッド19から一括して電流印加することにより電流通電試験の所要時間を短くすることができる(図8)。順方向電流ストレスを印加した後の順方向電圧Vfのシフト量は、測定パッド20を用いて、それぞれのPNダイオード3で評価を行う。
<A-3. Modification>
In order to improve the measurement accuracy of the extended stacking fault density, it is necessary to mount a large number of PN diodes 3 on the silicon carbide semiconductor wafer 4. However, when current is sequentially applied to the PN diode 3, the time required for the test becomes longer. Therefore, the time required for the current conduction test can be shortened by applying current from the electrode pad 19 to the plurality of PN diodes 3 arranged in parallel (FIG. 8). The shift amount of the forward voltage Vf after applying the forward current stress is evaluated by each PN diode 3 using the measurement pad 20.

このように、ストレス順方向電流を複数のダイオードに一括して印加することでストレス印加時間を短縮可能である。   Thus, the stress application time can be shortened by applying the stress forward current to the plurality of diodes at once.

なお、上記では、炭化珪素半導体ウエハを形成後、ダイシングを行う前に電流通電試験を行うと説明したが、ダイシングの後、炭化珪素半導体チップとなった状態で電流通電試験を行っても良い。   In the above description, the current conduction test is performed after the silicon carbide semiconductor wafer is formed and before dicing. However, the current conduction test may be performed in a state where the silicon carbide semiconductor chip is formed after dicing.

また、図9に示すように、ポリシリコンなどを材料とする温度制御用配線22で各炭化珪素半導体チップ4を囲んでも良い。温度制御用配線22は、アルミなどの金属パッド21とコンタクト23で接続している。金属パッド21に電圧を印加することで、温度制御用配線22は通電し発熱する。これにより、製品デバイスに長時間の温度ストレスを印加することなく、制御よく配線体を周囲に引き回すことで温度の均一性が向上する。   Further, as shown in FIG. 9, each silicon carbide semiconductor chip 4 may be surrounded by a temperature control wiring 22 made of polysilicon or the like. The temperature control wiring 22 is connected to a metal pad 21 such as aluminum by a contact 23. By applying a voltage to the metal pad 21, the temperature control wiring 22 is energized to generate heat. Thus, the uniformity of temperature is improved by drawing the wiring body around with good control without applying long-term temperature stress to the product device.

<A−4.効果>
実施の形態1の炭化珪素チップ4(炭化珪素ウエハ5)は、実動作を行う炭化珪素半導体素子が作り込まれる製品チップ領域1と、製品チップ領域1の周囲に設けられる、製品チップ領域1よりも小面積の実動作に関与しないPNダイオード3とを備える。したがって、順方向電流をPNダイオード3に流すことで、三角積層欠陥16を拡張させることが可能である。そのときの順方向電圧のシフト量を測定すれば、三角積層欠陥16の密度が大きい不良チップを検出することが可能である。また、PNダイオード3は製品チップ領域1に比べて小面積であることから、より小電流で三角積層欠陥16の拡張が可能であるため、発熱によるコンタクトピンの破壊を抑制できる。
<A-4. Effect>
Silicon carbide chip 4 (silicon carbide wafer 5) according to the first embodiment includes product chip region 1 in which a silicon carbide semiconductor element that performs actual operation is formed, and product chip region 1 provided around product chip region 1 Is provided with a PN diode 3 that does not participate in actual operation in a small area. Therefore, the triangular stacking fault 16 can be expanded by flowing a forward current through the PN diode 3. By measuring the shift amount of the forward voltage at that time, it is possible to detect a defective chip having a high density of triangular stacking faults 16. Further, since the PN diode 3 has a smaller area than the product chip region 1, the triangular stacking fault 16 can be expanded with a smaller current, and therefore, destruction of the contact pin due to heat generation can be suppressed.

また、PNダイオード3の面積は、PNダイオード3内に発生する一つの三角積層欠陥16の面積の10倍以下とする。これにより、三角積層欠陥16の拡張に伴う順方向電圧Vfのシフト量が2%以上となるため、高精度に検出することが出来る。   In addition, the area of the PN diode 3 is 10 times or less than the area of one triangular stacking fault 16 generated in the PN diode 3. As a result, the shift amount of the forward voltage Vf accompanying the expansion of the triangular stacking defect 16 is 2% or more, and therefore it can be detected with high accuracy.

また、炭化珪素チップ4は、PNダイオード3の周囲に設けられ、通電により発熱する温度制御用配線22を備えており、炭化珪素チップ4の温度制御が容易に行うことが可能であるため、電流通電試験の時間を短縮することができる。   Further, the silicon carbide chip 4 is provided around the PN diode 3 and includes a temperature control wiring 22 that generates heat when energized, and the temperature control of the silicon carbide chip 4 can be easily performed. The time required for the energization test can be shortened.

また、実施の形態1の炭化珪素ウエハ5は、複数のPNダイオード3に順方向電流を印加するための電極パッド19(第1の電極パッド)と、各PNダイオード3に設けられ、電流印加時のPNダイオード3の順方向電圧のシフト量を測定するための測定パッド20(第2の電極パッド)とを備える。したがって、電極パッド19から各PNダイオード3に順方向電流を印加し、そのとき順方向電圧のシフト量を測定パッド20で測定することにより、各PNダイオード3における三角積層欠陥16の密度を測定可能であり、それに基づき炭化珪素チップ4の良・不良を判別できる。   In addition, silicon carbide wafer 5 of the first embodiment is provided on electrode pad 19 (first electrode pad) for applying a forward current to a plurality of PN diodes 3 and each PN diode 3, And a measurement pad 20 (second electrode pad) for measuring a forward voltage shift amount of the PN diode 3. Therefore, by applying a forward current from the electrode pad 19 to each PN diode 3 and measuring the shift amount of the forward voltage with the measurement pad 20 at that time, the density of the triangular stacking faults 16 in each PN diode 3 can be measured. Therefore, it is possible to determine whether the silicon carbide chip 4 is good or bad.

また、電極パッド19は、複数のPNダイオード3に一括して接続されるので、複数のPNダイオード3に一括して順方向電流を印加することができ、通電試験時間を短縮することができる。   Moreover, since the electrode pad 19 is connected to the plurality of PN diodes 3 at once, a forward current can be applied to the plurality of PN diodes 3 at a time, and the energization test time can be shortened.

実施の形態1の炭化珪素チップ4の試験方法は、(a)実施の形態1の炭化珪素チップ4を準備する工程と、(b)炭化珪素チップ4のPNダイオード領域3に順方向電流を印加し、順方向電圧Vfの変化量を測定する工程と、(c)順方向電圧Vfの変化量が所定値以上である場合に、炭化珪素チップ4を不良チップと判断する工程と、を備える。PNダイオード領域3は製品チップ領域1に比べて小面積であるため、製品チップ領域1に対して直接通電試験を行う場合に比べ、小電流で三角積層欠陥16の拡張が可能であり、発熱によるコンタクトピンの破壊を抑制できる。   The test method for silicon carbide chip 4 of the first embodiment includes (a) a step of preparing silicon carbide chip 4 of the first embodiment, and (b) applying a forward current to PN diode region 3 of silicon carbide chip 4. And measuring the amount of change in the forward voltage Vf, and (c) determining that the silicon carbide chip 4 is a defective chip when the amount of change in the forward voltage Vf is greater than or equal to a predetermined value. Since the PN diode region 3 has a smaller area than the product chip region 1, the triangular stacking fault 16 can be expanded with a smaller current than when a direct current test is performed on the product chip region 1. Contact pin breakage can be suppressed.

実施の形態1の炭化珪素ウエハ5の試験方法は、(a)実施の形態1の炭化珪素ウエハ5を準備する工程と、(b)炭化珪素ウエハ5の各PNダイオード3に順方向電流を印加し、順方向電圧Vfの変化量を測定する工程と、(c)順方向電圧Vfの変化量が所定値以上であるPNダイオード3に対応する炭化珪素ウエハ5の製品チップ領域1を不良チップと判断する工程と、を備える。PNダイオード領域3は製品チップ領域1に比べて小面積であるため、製品チップ領域1に対して直接通電試験を行う場合に比べ、小電流で三角積層欠陥16の拡張が可能であり、発熱によるコンタクトピンの破壊を抑制できる。   The test method of silicon carbide wafer 5 of the first embodiment includes (a) a step of preparing silicon carbide wafer 5 of the first embodiment, and (b) applying a forward current to each PN diode 3 of silicon carbide wafer 5. A step of measuring the change amount of the forward voltage Vf, and (c) the product chip region 1 of the silicon carbide wafer 5 corresponding to the PN diode 3 whose change amount of the forward voltage Vf is a predetermined value or more is defined as a defective chip. Determining. Since the PN diode region 3 has a smaller area than the product chip region 1, the triangular stacking fault 16 can be expanded with a smaller current than when a direct current test is performed on the product chip region 1. Contact pin breakage can be suppressed.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.

1 製品チップ領域、2 PNダイオード配置領域、3 PNダイオード、4 炭化珪素チップ、5 炭化珪素ウエハ、11 SiC基板、12 エピタキシャル層、14 P+拡散領域、15 高濃度P+拡散領域、16 三角積層欠陥、18 層間絶縁膜、19 電極パッド、20 測定パッド、21 金属パッド、22 温度制御用配線、23 コンタクト。   1 Product chip region, 2 PN diode placement region, 3 PN diode, 4 Silicon carbide chip, 5 Silicon carbide wafer, 11 SiC substrate, 12 Epitaxial layer, 14 P + diffusion region, 15 High concentration P + diffusion region, 16 Triangular stacking fault, 18 Interlayer insulation film, 19 Electrode pad, 20 Measurement pad, 21 Metal pad, 22 Temperature control wiring, 23 Contact.

Claims (10)

実動作を行う炭化珪素半導体素子が作り込まれる製品チップ領域と、
前記製品チップ領域の周囲に設けられる、前記製品チップ領域よりも小面積の前記実動作に関与しないPNダイオードと、を備える、
炭化珪素チップ。
A product chip region in which a silicon carbide semiconductor element performing actual operation is formed;
A PN diode that is provided around the product chip region and has a smaller area than the product chip region and does not participate in the actual operation.
Silicon carbide chip.
前記PNダイオードの面積は、前記PNダイオード内に発生する一つの三角積層欠陥の面積の10倍以下である、
請求項1に記載の炭化珪素チップ。
The area of the PN diode is not more than 10 times the area of one triangular stacking fault occurring in the PN diode.
The silicon carbide chip according to claim 1.
前記PNダイオードの周囲に設けられ、通電により発熱する温度制御用配線をさらに備える、
請求項1又は2に記載の炭化珪素チップ。
A temperature control wiring provided around the PN diode and generating heat when energized;
The silicon carbide chip according to claim 1 or 2.
実動作を行う炭化珪素半導体素子が作り込まれる複数の製品チップ領域と、
各前記製品チップ領域の周囲に設けられる、前記製品チップ領域よりも小面積の前記実動作に関与しないPNダイオードと、を備える、
炭化珪素ウエハ。
A plurality of product chip regions in which silicon carbide semiconductor elements that perform actual operation are formed;
A PN diode that is provided around each of the product chip regions and has a smaller area than the product chip region and does not participate in the actual operation.
Silicon carbide wafer.
前記PNダイオードの面積は、前記PNダイオード内に発生する一つの三角積層欠陥の面積の10倍以下である、
請求項4に記載の炭化珪素ウエハ。
The area of the PN diode is not more than 10 times the area of one triangular stacking fault occurring in the PN diode.
The silicon carbide wafer according to claim 4.
複数の前記PNダイオードに順方向電流を印加するための第1の電極パッドと、
各前記PNダイオードに設けられ、前記電流印加時の前記PNダイオードの順方向電圧のシフト量を測定するための第2の電極パッドと、を備える、
請求項4又は5に記載の炭化珪素ウエハ。
A first electrode pad for applying a forward current to the plurality of PN diodes;
A second electrode pad provided in each of the PN diodes for measuring a shift amount of a forward voltage of the PN diode when the current is applied.
The silicon carbide wafer according to claim 4 or 5.
前記第1の電極パッドは、複数の前記PNダイオードに一括して接続される、
請求項6に記載の炭化珪素ウエハ。
The first electrode pad is collectively connected to a plurality of the PN diodes.
The silicon carbide wafer according to claim 6.
各前記PNダイオードの周囲に設けられ、通電により発熱する温度制御用配線をさらに備える、
請求項4〜7のいずれかに記載の炭化珪素ウエハ。
A temperature control wiring provided around each of the PN diodes and generating heat when energized;
The silicon carbide wafer in any one of Claims 4-7.
(a)請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素チップを準備する工程と、
(b)前記炭化珪素チップの前記PNダイオード領域に順方向電流を印加し、順方向電圧の変化量を測定する工程と、
(c)前記順方向電圧の変化量が所定値以上である場合に、前記炭化珪素チップを不良チップと判断する工程と、を備える、炭化珪素チップの試験方法。
(A) preparing the silicon carbide chip according to any one of claims 1 to 3;
(B) applying a forward current to the PN diode region of the silicon carbide chip and measuring a forward voltage change amount;
(C) A step of determining the silicon carbide chip as a defective chip when the amount of change in the forward voltage is equal to or greater than a predetermined value.
(a)請求項4〜8のいずれかに記載の炭化珪素ウエハを準備する工程と、
(b)前記炭化珪素ウエハの各前記PNダイオードに順方向電流を印加し、順方向電圧の変化量を測定する工程と、
(c)前記順方向電圧の変化量が所定値以上である前記PNダイオードに対応する前記炭化珪素ウエハの前記製品チップ領域を不良チップと判断する工程と、を備える、
炭化珪素ウエハの試験方法。
(A) preparing the silicon carbide wafer according to any one of claims 4 to 8;
(B) applying a forward current to each of the PN diodes of the silicon carbide wafer and measuring the amount of change in the forward voltage;
(C) determining the product chip region of the silicon carbide wafer corresponding to the PN diode whose amount of change in the forward voltage is a predetermined value or more as a defective chip,
Test method for silicon carbide wafer.
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