JP2020187102A - 半導体装置の検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の特性を検査するための新規な検査方法を提供する。【解決手段】炭化珪素半導体基板１０にゲート電極１８を有するスイッチング素子が形成された半導体装置の検査方法を行う際、スイッチング素子に構成される寄生ダイオード２１に対して、順方向に、使用条件に基づくパルス電流を流すことと、寄生ダイオード２２にパルス電流が流れている際に寄生ダイオード２２の順方向電圧から寄生ダイオード２２の温度を導出することと、導出する温度が、寄生ダイオード２２の想定される使用条件に基づく閾値温度未満となるように、寄生ダイオード２２に流すパルス電流を調整することと、スイッチング素子の特性を検査することと、を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、炭化珪素（以下では、単にＳｉＣという）半導体基板にスイッチング素子が形成された半導体装置を検査する検査方法および検査装置に関するものである。

従来より、ＳｉＣ半導体基板にスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）が形成された半導体装置を検査対象（以下では、単にＤＵＴともいう）として検査する検査方法が提案されている。例えば、特許文献１には、スイッチング素子に構成される寄生ダイオードに電流を流すことによる検査方法が提案されている。具体的には、電流を流して寄生ダイオードを動作させることにより、この寄生ダイオードはバイポーラ動作であるため、電子だけではなくホールも湧き出し、ホール電流密度が増加する。そして、ホールが電子と再結合することにより、欠陥がある場合には欠陥が拡張して特性が変化するため、特性に基づいて検査が行われる。この場合、寄生ダイオードに直流の大電流を流すと急峻に温度が上昇してしまうため、特許文献１の検査方法では、寄生ダイオードにパルス電流を流すようにしている。

特開２０１５−６５２５０号公報

近年では、このように寄生ダイオードを利用した検査方法について種々の検討がされている。

本発明は上記点に鑑み、半導体装置の特性を検査するための新規な検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、ＳｉＣ半導体基板（１０）にゲート電極（１８）を有するスイッチング素子が形成された半導体装置の検査方法であって、スイッチング素子に構成される寄生ダイオード（２１）に対して、順方向に、使用条件に基づくパルス電流を流すことと、寄生ダイオードにパルス電流が流れている際に寄生ダイオードの順方向電圧から寄生ダイオードの温度を導出することと、導出する温度が、寄生ダイオードの想定される使用条件に基づく閾値温度未満となるように、寄生ダイオードに流すパルス電流を調整することと、スイッチング素子の特性を検査することと、を行う。

これによれば、使用条件に基づく閾値温度未満で、使用条件に基づくパルス電流を流すため、半導体装置に欠陥が存在する場合には、使用条件に応じて欠陥を成長させることができる。そして、この状態でスイッチング素子の特性を検査する。このため、半導体装置の使用条件に基づいたスクリーニング検査を好適に行うことができるという新規な検査方法を提供できる。

また、請求項４では、ＳｉＣ半導体基板（１０）にゲート電極（１８）を有するスイッチング素子が形成された半導体装置の検査方法であって、スイッチング素子として、ゲート電極がゲート絶縁膜（１７）上に配置されるものを用意することと、スイッチング素子に構成される寄生ダイオードに対して順方向にパルス電流を流すことと、寄生ダイオードにパルス電流を流している際、ゲート電極に所定の負バイアスを印加することにより、スイッチング素子内にキャリアを生成させると共にキャリアをゲート絶縁膜にトラップさせることと、スイッチング素子におけるゲート絶縁膜の特性を検査することと、を行う。

これによれば、ゲート絶縁膜にキャリアをトラップさせるため、閾値電圧Ｖｔｈの変動を早期に発生させることができる。このため、ゲート絶縁膜の特性を検査するための時間を短くできるという新規な検査方法を提供できる。

さらに、請求項６では、ＳｉＣ半導体基板（１０）にゲート電極（１８）を有するスイッチング素子が形成された半導体装置を検査する検査装置であって、スイッチング素子に構成される寄生ダイオード（２１）に対して、順方向に、使用条件に基づくパルス電流を流すパルス電流供給部（３２、３５、３６）と、寄生ダイオードの温度を導出する過渡熱測定回路（３７）と、を備え、過渡熱測定回路は、寄生ダイオードの順方向電圧と温度との温度特性が記憶された記憶部（３７ａ）と、寄生ダイオードの順方向電圧を測定する測定部（３７ｂ）と、制御部（３７ｄ）と、を有し、制御部は、寄生ダイオードに順方向電流が流れている際に測定部で測定された順方向電圧と、記憶部に記憶されている温度特性に基づき、寄生ダイオードの温度を導出するようにしている。

この検査装置では、使用条件に基づく閾値温度未満で、使用条件に基づくパルス電流を流すため、半導体装置に欠陥が存在する場合には、使用条件に応じて欠陥を成長させることができる。このため、その後に半導体装置の特性検査を行うことにより、半導体装置の使用条件に基づいたスクリーニング検査を好適に行うことができるという、新規な検査装置を提供することができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態におけるＤＵＴとしての半導体装置の構成を示す断面図である。 第１実施形態における検査装置にＤＵＴを配置した際の模式的な回路構成を示す図である。 寄生ダイオードの順方向電圧と温度との温度特性の関係を示す図である。 温度を導出する際のタイミングチャートである。 第２実施形態における検査装置を示す模式図である。 ゲート電極に負バイアスを印加した際のホールの状態を示す図である。 従来の検査方法における、閾値電圧の変動率と通電時間との関係を示す図である。 第３実施形態の検査方法における、閾値電圧の変動率と通電時間との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態の検査方法および検査装置について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態で検査されるＤＵＴ１としての半導体装置の構成について、簡単に説明する。なお、本実施形態のＤＵＴ１は、ＭＯＳＦＥＴが形成された半導体装置である。

図１に示されるように、ＤＵＴ１は、ｎ型不純物（例えば、リンもしくは窒素等）が高濃度、例えば１×１０^１９〜１×１０^２０ｃｍ^−３の不純物濃度でドープされた厚さが３００μｍ程度のＳｉＣ単結晶からなるｎ^＋型の基板１１を有している。そして、基板１１の上には、ｎ型不純物が、例えば、１×１０^１５〜２×１０^１６ｃｍ^−３の不純物濃度でドープされた厚さが１０〜１５μｍ程度のＳｉＣからなるｎ型のドリフト層１２が形成されている。

ドリフト層１２上には、ｐ型のベース層１３が形成されている。このベース層１３は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルを構成する層であり、後述するトレンチゲート構造を構成するトレンチ１６の両側において、トレンチ１６の側面に接するように形成されている。

ベース層１３の表層部には、トレンチゲート構造に接するように、ｎ型不純物が高濃度にドープされたｎ^＋型のソース領域１４が形成されている。本実施形態では、ソース領域１４は、例えば、不純物濃度が１×１０^２１ｃｍ^−３程度、厚さが０．３μｍ程度とされている。また、ベース層１３の表層部には、対向するソース領域１４の間に、ｐ型不純物が高濃度にドープされたｐ^＋型のコンタクト領域１５が形成されている。本実施形態では、コンタクト領域１５は、例えば、不純物濃度が１×１０^２１ｃｍ^−３程度、厚さが０．３μｍ程度で形成されている。

そして、ベース層１３およびソース領域１４を貫通してドリフト層１２に達するように、トレンチ１６が形成されている。これにより、トレンチ１６の側面と接するように、ベース層１３およびソース領域１４が配置された構成となる。

トレンチ１６の内壁面は、酸化膜等によって構成されたゲート絶縁膜１７で覆われており、ゲート絶縁膜１７の表面には、トレンチ１６内が埋め尽くされるように、ドープトＰｏｌｙ−Ｓｉにて構成されたゲート電極１８が形成されている。このように、トレンチ１６内にゲート絶縁膜１７およびゲート電極１８が形成されることにより、トレンチゲート構造が構成されている。

なお、トレンチゲート構造は、例えば紙面垂直方向を長手方向とした短冊状とされており、複数本のトレンチゲート構造が紙面左右方向に等間隔にストライプ状に並べられることで複数セルが備えられた構造とされている。

ソース領域１４およびコンタクト領域１５の表面には、ソース電極１９が形成されている。ソース電極１９は、複数の金属（例えば、Ｎｉ／Ａｌ等）にて構成されている。具体的には、ソース領域１４に接続される部分は、ｎ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成され、コンタクト領域１５を介してベース層１３に接続される部分は、ｐ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、ソース電極１９は、層間絶縁膜２０により、ゲート電極１８に電気的に接続される図示しないゲート配線と電気的に分離されている。そして、ソース電極１９は、層間絶縁膜２０に形成されたコンタクトホール２０ａを通じて、ソース領域１４およびコンタクト領域１５と電気的に接触させられている。

基板１１の裏面側には、基板１１と電気的に接続されたドレイン電極２１が形成されている。このような構造により、スイッチング素子として、ｎチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴが構成されている。

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。そして、このような半導体装置では、ソース電極１９とドレイン電極２１との間でｎ型半導体層であるドリフト層１２とｐ型半導体層であるベース層１３とが接続されていることにより、寄生ダイオード２２が形成されている。

なお、本実施形態では、ｎ⁻型、ｎ型、ｎ^＋型を第１導電型ということもでき、ｐ⁻型、ｐ^＋型を第２導電型ということもできる。また、本実施形態では、上記のように半導体装置が構成されているため、基板１１、ドリフト層１２、ベース層１３、ソース領域１４、コンタクト領域１５を有するＳｉＣ半導体基板１０にＭＯＳＦＥＴが形成されているともいえる。

ここで、上記のように、半導体装置は、ＳｉＣ半導体基板１０にＭＯＳＦＥＴが形成されることで構成されており、ＳｉＣ半導体基板１０には、積層欠陥や基底面転移等の欠陥が含まれている。そして、このような欠陥は、半導体装置の特性を低下させる原因となる。また、このような欠陥は、温度が高いほど成長し易く、電流が大きいほど成長し易いことが知られている。

したがって、ＤＵＴ１としての上記半導体装置は、想定される使用条件に基づく閾値温度未満で大電流を流すことにより、特性が低下するか否かのスクリーニング検査が行われることが好ましい。なお、使用条件に基づく閾値温度とは、例えば、使用中の半導体装置が１００℃まで達する可能性があるのであれば、９０℃等に設定される。

次に、本実施形態のスクリーニング検査を行う際に使用される検査装置について、図２を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の検査装置は、半導体装置の想定される使用条件に基づく閾値温度未満で大電流を流すことにより、使用中に特性を変化させる欠陥が存在するか否かを判定するための前処理を行う装置である。以下、ＤＵＴ１を配置した状態の検査装置の構成について説明する。

検査装置は、電源３１、スイッチ部３２、駆動回路３３、保護素子３４、第１コンデンサ３５、第２コンデンサ３６、過渡熱測定回路３７、図示しない表示部等を備えている。

スイッチ部３２は、電源３１とＤＵＴ１とが直列に接続されるように、電源３１とＤＵＴ１との間に配置されている。本実施形態では、スイッチ部３２は、ゲート電極３２１、コレクタ、エミッタ等を有するＮチャネル型のＩＧＢＴ素子３２ａと、アノードおよびカソードを有するダイオード素子３２ｂとを備える構成とされている。なお、ＩＧＢＴ素子３２ａとダイオード素子３２ｂとは、共通の半導体基板に形成されていてもよいし、別々に形成されていてもよい。そして、スイッチ部３２は、コレクタおよびカソードが電源３１の正極に接続されるように配置されている。

駆動回路３３は、可変抵抗３３１を介してスイッチ部３２のゲート電極３２１に接続されている。そして、本実施形態では、駆動回路３３および可変抵抗３３１は、ＩＧＢＴ素子３２ａ（すなわち、ＤＵＴ１）に１００〜１２００Ａの大電流である主電流を流すことができるように、ゲート電極３２１に印加される電圧が調整できるようになっている。つまり、検査装置は、ゲート電極３２１に印加される電圧を容易に調整できるように、可変抵抗３３１を備えた構成とされている。なお、主電流は、半導体装置の使用条件に基づいて設定される。

また、駆動回路３３は、図示しない制御部等と接続されており、主電流がパルス電流となるように、ゲート電極３２１に印加される電圧が調整される。なお、この制御部は、作業者等によって適宜条件の変更が可能となるように構成されている。

ＤＵＴ１は、上記構成を有する半導体装置である。そして、ＤＵＴ１は、寄生ダイオード２２に順方向電圧が印加されるように、寄生ダイオード２２のアノード側（すなわち、ソース電極１９）がスイッチ部３２と接続され、寄生ダイオード２２のカソード側（すなわち、ドレイン電極２１）が電源３１の負極に接続されている。

保護素子３４は、本実施形態ではダイオードで構成されており、ＤＵＴ１と並列となるように配置されている。詳しくは、保護素子３４は、カソードがＤＵＴ１のアノードと接続され、アノードがＤＵＴ１のカソードと接続されるように配置される。

第１コンデンサ３５および第２コンデンサ３６は、電源３１と、スイッチ部３２およびＤＵＴ１との間において、互いに並列となるように配置されている。つまり、電源３１の正極と負極との間には、スイッチ部３２およびＤＵＴ１と、第１コンデンサ３５と、第２コンデンサ３６とが並列に配置されている。本実施形態では、第１コンデンサ３５は、容量が３６０μＦ程度の小容量であるフィルムコンデンサが用いられる。第２コンデンサ３６は、容量が５６００μＦ程度の大容量であるアルミ電解コンデンサが用いられる。

このように、容量の異なる第１コンデンサ３５および第２コンデンサ３６を備えることにより、ＤＵＴ１の寄生ダイオード２２に、パルス波形の順方向電流を好適に供給することができる。すなわち、容量の小さいフィルムコンデンサで構成される第１コンデンサ３５により、早い立ち上がり電圧と一定の電流量を確保できる。このため、スイッチ部３２におけるＩＧＢＴ素子３２ａの飽和電流をＤＵＴ１の寄生ダイオード２２に流れるようにできる。また、容量の大きいアルミ電解コンデンサで構成される第２コンデンサ３６により、大電力を保持できる。このため、安定的なパルス電流をＤＵＴ１に供給できる。なお、本実施形態では、このように、スイッチ部３２、第１コンデンサ３５、第２コンデンサ３６によってＤＵＴ１に供給されるパルス電流が構成されるため、スイッチ部３２、第１コンデンサ３５、第２コンデンサ３６がパルス電流供給部に相当する。

過渡熱測定回路３７は、スイッチ部３２とＤＵＴ１との間の中間点Ａと、電源３１とＤＵＴ１との間の中間点Ｂと接続されており、記憶部３７ａ、測定部３７ｂ、定電流部３７ｃ、制御部３７ｄ等を備えている。

記憶部３７ａは、本実施形態では、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等の非遷移的実体的記憶媒体で構成されている。ＲＯＭは、Read Only Memoryの略であり、ＲＡＭは、Random Access Memoryの略であり、ＨＤＤはHard Disk Driveの略である。そして、記憶部３７ａには、寄生ダイオード２２について予め測定された順方向電圧と温度との温度特性が記憶されている。

本実施形態では、後述するように、寄生ダイオード２２の温度を導出する際、寄生ダイオード２２に主電流および測定電流が流れるようにし、主電流を遮断した後の測定電流に基づく寄生ダイオード２２の順方向電圧を用いて温度が導出される。このため、図３に示されるように、記憶部３７ａには、測定電流に基づく寄生ダイオード２２の順方向電圧と温度との温度特性の関係が記憶されている。なお、図３は、１００ｍＡの測定電流Ｉｆが流れている場合の寄生ダイオード２２の順方向電圧Ｖｆと、温度との温度特性を示す図である。また、図３の例では、温度をｘ、順方向電圧Ｖｆをｙとすると、温度と順方向電圧Ｖｆとの関係は下記数式１で示され、相関係数Ｒ^２は０．９９７７となる。

（数１）ｙ＝−０．００２７ｘ＋１．４６２９
この場合、記憶部３７ａには、図３のようなデータがそのまま記憶されていてもよいし、図３から算出される数式１が記憶されていてもよい。

測定部３７ｂは、寄生ダイオード２２の順方向電圧を測定するものである。定電流部３７ｃは、寄生ダイオード２２に所定の測定電流が流れるようにするものである。

制御部３７ｄは、ＣＰＵ等を有する構成とされており、記憶部３７ａ、測定部３７ｂ、定電流部３７ｃと接続されている。ＣＰＵは、Central Processing Unitの略である。そして、制御部３７ｄは、ＣＰＵが記憶部から各種情報を読み出して実行することで各種の制御作動を実現する。具体的には後述するが、制御部３７ｄは、寄生ダイオード２２の順方向電圧から温度を導出する。そして、制御部３７ｄは、当該制御部３７ｄと接続される図示しない表示部等に導出した温度が表示されるようにする。

次に、上記検査装置を利用したＤＵＴ１の検査方法について説明する。

まず、上記のように、ＤＵＴ１を検査装置に配置する。つまり、寄生ダイオード２２に順方向電流が流れるようにＤＵＴ１を検査装置に配置する。そして、ＤＵＴ１の寄生ダイオード２２に順方向電流を流し、順方向電圧を測定しながら寄生ダイオード２２の温度を導出する。

本実施形態では、図４に示されるように、時点Ｔ１にて、定電流部３７ｃから微小電流である測定電流が寄生ダイオード２２に流れるようにする。また、時点Ｔ２にて、スイッチ部３２を制御して大電流である主電流が流れるようにする。本実施形態では、測定電流は、１００ｍＡとされ、主電流は１００〜１２００Ａとされる。

その後、時点Ｔ３にて、スイッチ部３２を制御して主電流を遮断し、時点Ｔ４で測定電流を遮断する。そして、時点Ｔ３と時点Ｔ４との間において、制御部３７ｄは、測定部３７ｂで測定された寄生ダイオード２２の順方向電圧を取得し、測定した順方向電圧と、記憶部３７ａに記憶されている温度特性を参照して寄生ダイオード２２の温度を導出し、図示しない表示部に温度を表示する。

これにより、作業者は、寄生ダイオード２２の温度を認識できる。そして、作業者は、例えば、寄生ダイオード２２の温度が所定の閾値温度より高い場合には、駆動回路３３と接続されている制御部を制御し、スイッチ部３２のオン、オフの間隔を制御してパルス電流のデューティ比を変化させる。すなわち、スイッチ部３２がオンされている期間（つまり、主電流を流す期間）が短くなるように、デューティ比を小さくする。これにより、ＤＵＴ１に、使用条件に基づく閾値温度未満で大電流を流すことができる。そして、大電流を流すことにより、ホールが沸き出してホール電流密度も増大し、ホールが電子と再結合することによって欠陥が存在する場合には欠陥が成長する。このため、ＤＵＴ１では、使用中に特性を変化させる欠陥が存在する場合には、使用条件に応じて欠陥が成長した状態になる。言い換えると、ＤＵＴ１では、使用条件でのみ成長し得る欠陥が成長し、使用条件と異なる条件で成長し得る欠陥は、成長していない状態となっている。

その後、上記検査装置によって大電流を流したＤＵＴ１について、オン抵抗等の特性検査を行う。これにより、使用条件に応じたＤＵＴ１の特性検査を好適に行うことができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＤＵＴ１に、使用条件に基づく閾値温度未満で、使用条件に基づく大電流を流している。このため、ＤＵＴ１に欠陥が存在する場合には、使用条件に応じて欠陥を成長させることができる。その後、ＤＵＴ１の特性検査を行う。したがって、ＤＵＴ１の使用条件に基づいてスクリーニング検査を好適に行うことができる。

また、本実施形態では、第１コンデンサ３５および第２コンデンサ３６を備え、寄生ダイオード２２にＩＧＢＴ素子３２ａの飽和電流に基づくパルス電流が流れるようにしている。このため、安定的なパルス電流が寄生ダイオード２２に流れるようにでき、検査精度の向上を図ることができる。

さらに、過渡熱測定回路３７は、主電流を遮断した後の測定電流に基づいて寄生ダイオード２２の温度を導出する。そして、主電流は、大電流であるため、微小な変動が発生し易い。このため、主電流に基づいて寄生ダイオード２２の温度を導出する場合と比較して、温度の導出精度の向上を図ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、ＤＵＴ１のゲート電極１８に所定の負電圧を印加するようにしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の検査装置は、図５に示されるように、ＤＵＴ１のゲート電極１８に所定の負バイアスを印加する負バイアス印加部３８を備えている。

次に、半導体装置の検査方法について説明する。

本実施形態では、ＤＵＴ１に主電流を流す際、ＤＵＴ１のゲート電極１８に、負バイアス印加部３８によって所定の負バイアスを印加する。これにより、図６に示されるように、ベース層１３のうちのトレンチ１６の近傍に位置する部分にホールが生成され、当該ホールがドリフト層１２へと流れ込む。このため、寄生ダイオード２２に流れる電流が増加し、欠陥が存在する場合には欠陥が成長し易くなる。したがって、本実施形態では、欠陥が存在する場合には、短時間で欠陥を成長させることができる。

なお、ゲート電極１８に印加する負バイアスは、０〜−１０Ｖ程度とされる。但し、ゲート電極１８に印加する負バイアスは、ホールがドリフト層１２に流れ込むほど欠陥が成長し易くなるため、ホールがドリフト層１２に流れ込む範囲で最大値とされることが好ましい。つまり、ゲート電極１８に印加する負バイアスは、ＭＯＳＦＥＴが補償する範囲での最大値とすることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態では、ＤＵＴ１のゲート電極１８に負バイアスを印加し、寄生ダイオード２２に流れる電流が増加するようにしている。このため、欠陥が存在する場合には欠陥の成長を促進させることができ、検査時間の短縮化を図ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対し、ＤＵＴ１のゲート絶縁膜１７の特性検査における前処理を行うようにしたものである。その他に関しては、第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

ここで、上記のような半導体装置に形成されたＭＯＳＦＥＴは、ゲート電極１８にＭＯＳ構造の閾値電圧Ｖｔｈ以上のゲート電圧が印加されると、ベース層１３のうちのトレンチ１６と接する部分に反転層（すなわち、チャネル）が形成されることで電流が流れる。つまり、ＭＯＳＦＥＴがオン状態となる。そして、このような半導体装置では、継続的に使用されることにより、ゲート絶縁膜１７が劣化して閾値電圧Ｖｔｈが変動することが知られている。

また、上記のような半導体装置は、上アームと下アームとを有するインバータを構成するのに用いられることがある。そして、上アームを構成する半導体装置に電流が流れるオン状態からオフ状態に変化させた際、下アームを構成する半導体装置が誤ってオン状態となることを抑制するため、下アームを構成する半導体装置のゲート電極１８に負バイアスを印加することがある。この場合、ゲート電極１８に負バイアスを印加することによって閾値電圧Ｖｔｈが変動することが知られている。

これらの場合、ゲート絶縁膜１７を構成する材質、形成時の条件等により、閾値電圧Ｖｔｈの変動率が変化する。

このため、従来より、閾値電圧Ｖｔｈの変動率を検査することが行われている。例えば、図７に示されるように、ゲート電極１８に所定電圧を印加し続けることにより、閾値電圧Ｖｔｈがどのように変動するのかが検査されている。つまり、閾値電圧Ｖｔｈが変動し難い、ゲート絶縁膜１７を構成する材質、形成時の条件等の調査が行われている。

しかしながら、単にゲート電極１８に所定電圧を印加し続ける方法では、閾値電圧Ｖｔｈの変動が発生するまでの時間が長く、検査時間が長くなり易い。このため、検査時間を短くできる検査方法が望まれている。

したがって、本発明者らは、鋭意検討を行い、ゲート電極１８に負バイアスを印加し、ベース層１３のうちのトレンチ１６の近傍に位置する部分にホールを生成すると共に、当該ホールをゲート絶縁膜１７でトラップさせることにより、閾値電圧Ｖｔｈを早期に変動させることができることを見出した。

例えば、図８に示されるように、ゲート電極１８に−２０Ｖの負バイアスを印加すると、６０ｓｅｃもあれば十分に閾値電圧Ｖｔｈを変動させることができることが確認される。なお、例えば、ゲート電極１８に−１０Ｖの負バイアスを印加した場合には、６０ｓｅｃ経過しても閾値電圧Ｖｔｈがほぼ変動していないことが確認される。これは、ゲート電極１８に印加する負バイアスの絶対値が小さいと、生成したホールは、ゲート絶縁膜１７側よりもドリフト層１２側に移動し易くなるためである。なお、図８では、ゲート電極１８に印加されるゲート電圧をＶｇとして示している。

このため、本実施形態では、ＤＵＴ１に主電流を流す際、ＤＵＴ１のゲート電極１８に、生成したホールがゲート絶縁膜１７に引き寄せられる大きさの負バイアスを印加する。これにより、閾値電圧Ｖｔｈを早期に変動させることができる。なお、図８において、通電無しと記載されているもの以外は、寄生ダイオード２２に１２００Ａであるパルス電流が順方向に流れるようにしている。

そして、このような検査を、ゲート絶縁膜１７を構成する材質、形成時の条件等を変更してそれぞれ行うことにより、ゲート絶縁膜１７を構成するのに適した材質、形成時の条件等を早期に取得できる。

以上説明したように、本実施形態では、ゲート電極１８には、ベース層１３に生成したホールがドリフト層１２よりもゲート絶縁膜１７側へ移動し易くなるように、ゲート電極１８に負バイアスを印加している。このため、ゲート絶縁膜１７にホールをトラップさせることができるため、短時間でゲート絶縁膜１７の特性を評価できる。また、上記第１実施形態のように、寄生ダイオード２２の温度を測定しながら順方向電流を流すことにより、使用条件に応じた最適なゲート絶縁膜１７の特性を評価できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、半導体装置は、ソース電極１９側およびドレイン電極２１側に放熱部材が配置された構成とされていてもよい。これによれば、寄生ダイオード２２に発生する熱は、放熱部材から放熱されるため、さらに大電流での検査を行うことができる。

また、上記各実施形態において、半導体装置には、ＭＯＳＦＥＴではなく、バイポーラトランジスタ等が形成されていてもよい。さらに、上記各実施形態において、トレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴではなく、プレーナゲート型のＭＯＳＦＥＴが形成されていてもよい。

さらに、上記各実施形態において、過渡熱測定回路３７の制御部３７ｄは、駆動回路３３に接続された制御部に対し、導出した寄生ダイオード２２の温度をフィードバックするようにしてもよい。そして、駆動回路３３に接続された制御部は、フィードバックされた結果に基づき、寄生ダイオード２２の温度が閾値温度未満となるように、スイッチ部３２のオン、オフを制御するようにしてもよい。

そして、上記各実施形態において、過渡熱測定回路３７は、主電流に基づいて寄生ダイオード２２の温度を導出するようにしてもよい。

また、上記第３実施形態では、順方向電圧を測定しながら温度を導出しないようにしてもよい。つまり、上記第３実施形態では、ゲート絶縁膜１７の特性検査のみを行うようにしてもよい。

１０ ＳｉＣ半導体基板
１８ ゲート電極
２１ 寄生ダイオード

Claims (9)

1. 炭化珪素半導体基板（１０）にゲート電極（１８）を有するスイッチング素子が形成された半導体装置の検査方法であって、
   前記スイッチング素子に構成される寄生ダイオード（２１）に対して、順方向に、使用条件に基づくパルス電流を流すことと、
   前記寄生ダイオードに前記パルス電流が流れている際に前記寄生ダイオードの順方向電圧から前記寄生ダイオードの温度を導出することと、
   導出する温度が、前記寄生ダイオードの想定される使用条件に基づく閾値温度未満となるように、前記寄生ダイオードに流す前記パルス電流を調整することと、
   前記スイッチング素子の特性を検査することと、を行う半導体装置の検査方法。
2. 前記寄生ダイオードに前記パルス電流を流している際、前記ゲート電極に所定の負バイアスを印加することにより、前記スイッチング素子内にキャリアを生成させて前記寄生ダイオードの順方向に流れる電流を増加させる請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
3. 前記スイッチング素子として、前記ゲート電極がゲート絶縁膜（１７）上に配置されるものを用意することと、
   前記寄生ダイオードに前記パルス電流を流している際、前記ゲート電極に所定の負バイアスを印加することにより、前記スイッチング素子内にキャリアを生成させると共に前記キャリアを前記ゲート絶縁膜にトラップさせることと、を行う請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
4. 炭化珪素半導体基板（１０）にゲート電極（１８）を有するスイッチング素子が形成された半導体装置の検査方法であって、
   前記スイッチング素子として、前記ゲート電極がゲート絶縁膜（１７）上に配置されるものを用意することと、
   前記スイッチング素子に構成される寄生ダイオードに対して順方向にパルス電流を流すことと、
   前記寄生ダイオードに前記パルス電流を流している際、前記ゲート電極に所定の負バイアスを印加することにより、前記スイッチング素子内にキャリアを生成させると共に前記キャリアを前記ゲート絶縁膜にトラップさせることと、
   前記スイッチング素子における前記ゲート絶縁膜の特性を検査することと、を行う半導体装置の検査方法。
5. 炭化珪素半導体基板（１０）にゲート電極（１８）を有するスイッチング素子が形成された半導体装置を検査する検査装置であって、
   前記スイッチング素子に構成される寄生ダイオード（２１）に対して、順方向に、使用条件に基づくパルス電流を流すパルス電流供給部（３２、３５、３６）と、
   前記寄生ダイオードの温度を導出する過渡熱測定回路（３７）と、を備え、
   前記過渡熱測定回路は、前記寄生ダイオードの順方向電圧と温度との温度特性が記憶された記憶部（３７ａ）と、前記寄生ダイオードの順方向電圧を測定する測定部（３７ｂ）と、制御部（３７ｄ）と、を有し、
   前記制御部は、前記寄生ダイオードに順方向電流が流れている際に前記測定部で測定された順方向電圧と、記憶部に記憶されている前記温度特性に基づき、前記寄生ダイオードの温度を導出する検査装置。
6. 前記パルス電流供給部は、前記寄生ダイオードと直列に接続されるＩＧＢＴ素子（３２ａ）を有するスイッチ部（３２）を備え、前記ＩＧＢＴ素子の飽和電流に基づく前記パルス電流が前記寄生ダイオードに流れるようにする請求項５に記載の検査装置。
7. 前記パルス電流供給部は、電源（３１）と、前記寄生ダイオードおよび前記スイッチ部との間において、前記寄生ダイオードおよび前記スイッチ部と並列に接続された第１コンデンサ（３５）と、前記第１コンデンサと並列に接続され、前記第１コンデンサより容量が大きくされた第２コンデンサ（３６）と、を有する請求項６に記載の検査装置。
8. 前記ＩＧＢＴ素子のゲート電極（３２１）に所定のゲート電圧を印加する駆動回路（３３）と、
   前記駆動回路と前記ゲート電極との間に配置された可変抵抗（３３１）と、を有する請求項６または７に記載の検査装置。
9. 前記スイッチング素子のゲート電極に負バイアスを印加する負バイアス印加部（３７）を有している請求項５ないし８のいずれか１つに記載の検査装置。

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