JP4593526B2 - Semiconductor device screening method and semiconductor device - Google Patents

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本発明は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法、およびスクリーニングされる半導体装置に関する。   The present invention relates to a screening method for a semiconductor device including an insulated gate transistor having a plating electrode, and a semiconductor device to be screened.

メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置が、例えば、特開2002−110981号公報(特許文献1)に開示されている。   A semiconductor device including an insulated gate transistor having a plated electrode is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-110981 (Patent Document 1).

図6は、特許文献1に開示された半導体装置90の模式的な断面図である。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 90 disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

図6に示す半導体装置90は、大電力用のNチャネル型MOSトランジスタ(Metal Oxide Semiconductor transistor)からなる半導体装置である。半導体装置90は、N+半導体基板91と、このN+半導体基板91上に形成されたN型ドレイン層93と、N型ドレイン層93の表面部に形成されたP型ベース層95と、P型ベース層95の表面部に形成されたN型ソース層97とを備える。また、半導体装置90は、主面側に、トレンチ型のゲート配線層13と、ソースに接続されたAL電極層17と、AL電極層17の表面にはんだ付け可能な金属材料で形成された金属メッキ層(メッキ電極)37とを備え、裏面側には、ドレイン電極19が形成されている。半導体装置90においては、金属メッキ層37を介してパッケージのリード端子をはんだ接続することができ、低抵抗の半導体装置となっている。
特開2002−110981号公報
A semiconductor device 90 shown in FIG. 6 is a semiconductor device composed of a high-power N-channel MOS transistor (Metal Oxide Semiconductor transistor). The semiconductor device 90 includes an N + semiconductor substrate 91, an N-type drain layer 93 formed on the N + semiconductor substrate 91, a P-type base layer 95 formed on the surface portion of the N-type drain layer 93, and a P-type base. And an N-type source layer 97 formed on the surface portion of the layer 95. Further, the semiconductor device 90 includes a metal formed of a trench-type gate wiring layer 13 on the main surface side, an AL electrode layer 17 connected to the source, and a metal material solderable on the surface of the AL electrode layer 17. A plating layer (plating electrode) 37 is provided, and a drain electrode 19 is formed on the back side. In the semiconductor device 90, the lead terminals of the package can be soldered via the metal plating layer 37, and the semiconductor device is a low-resistance semiconductor device.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-110981

図7は、図6の半導体装置90と類似のメッキ電極を有したIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)からなる半導体装置について冷熱耐久試験を行い、劣化の発生したサンプルのサブスレッショルド(subthreshold)特性(Vg−Ic)について、冷熱サイクル数をパラメータにして示した図である。   FIG. 7 shows a subthreshold characteristic (Vg) of a sample in which a thermal degradation test was performed on a semiconductor device made of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) having a plated electrode similar to that of the semiconductor device 90 of FIG. -Ic) is a diagram showing the number of thermal cycles as a parameter.

図7に示すように、特性劣化の発生したサンプルでは、初期に較べて閾値電圧が大きく低減して明確な閾値電圧を示さないようになり、規定より低いゲート電圧Vgで漏れのコレクタ電流Icが流れるようになってしまう。このような特性劣化の発生するサンプルは出荷前の検査でスクリーニング(除去)する必要があるが、出荷前の冷熱サイクル試験によるスクリーニングは1週間以上の試験期間を要し、工程内在庫を多く抱えることとなる。   As shown in FIG. 7, in the sample in which the characteristic deterioration occurs, the threshold voltage is greatly reduced compared to the initial value so as not to show a clear threshold voltage, and the leakage collector current Ic becomes lower than the specified gate voltage Vg. It will begin to flow. Samples with such characteristic deterioration need to be screened (removed) by inspection before shipping, but screening by a thermal cycle test before shipping requires a test period of one week or more and has a large in-process inventory. It will be.

そこで本発明は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法であって、短時間で冷熱耐久試験と同等のスクリーニング結果を得ることができるスクリーニング方法、および該スクリーニング方法の利用に好適な半導体装置を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention provides a screening method for a semiconductor device comprising an insulated gate transistor having a plated electrode, which can obtain a screening result equivalent to a thermal endurance test in a short time, and use of the screening method An object of the present invention is to provide a suitable semiconductor device.

請求項1に記載の発明は、半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、前記主面側の電流端子電極が、下層の第1金属層とメッキによって形成される上層の第2金属層とからなり、前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第1金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続され、前記接続孔の上方における前記第2金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなる半導体装置のスクリーニング方法であって、前記主面側の電流端子電極に対して前記ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加した後、前記ゲート電極に正の所定電位を印加して前記電流端子電極に流れる電流を検出し、前記検出電流値から前記第2金属層の最下点の高さの良否を判定することを特徴としている。 According to a first aspect of the present invention, a gate electrode of an insulated gate transistor is formed on a main surface side of a semiconductor substrate, an interlayer insulating film is formed on the gate electrode and on the semiconductor substrate , and at least one current terminal An electrode is formed on the interlayer insulating film, and the current terminal electrode on the main surface side includes a lower first metal layer and an upper second metal layer formed by plating, in the vicinity of the gate electrode, through a connection hole formed in the interlayer insulating film formed on the gate electrode, the first metal layer is connected to a predetermined area adjacent to the gate electrode, the second metal in the upper of said connecting hole the height of the lowest point of the layers, the method of screening for an interlayer insulating semiconductor device is higher than the set height comprising a film, a predetermined negative electric to the gate electrode with respect to the current terminal electrodes of said main surface After applying the predetermined time, by applying a predetermined positive potential to the gate electrode detects a current flowing through the current terminal electrode, the height of the quality of the lowest point of the second metal layer from the detected current value It is characterized by judging.

メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置は、金属メッキ層を介してパッケージのリード端子をはんだ接続することができるため、低抵抗の半導体装置とすることができる。一方、該半導体装置は、冷熱耐久試験で劣化するサンプルがある。該サンプルのサブスレッショルド特性では、閾値電圧が初期に較べて大きく低減して明確な閾値電圧がみられなくなり、規定より低いゲート電圧Vgで漏れのコレクタ電流Icが流れるようになってしまう。   A semiconductor device including an insulated gate transistor having a plating electrode can be a low-resistance semiconductor device because a lead terminal of a package can be soldered through a metal plating layer. On the other hand, there is a sample of the semiconductor device that deteriorates in a thermal endurance test. In the sub-threshold characteristic of the sample, the threshold voltage is greatly reduced as compared with the initial value so that a clear threshold voltage is not observed, and a leaky collector current Ic flows at a gate voltage Vg lower than the standard.

発明者らは、下層の第1金属層とメッキによって形成される上層の第2金属層とからなる電流端子電極を有した半導体装置であって、ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極上に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第1金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続され、前記接続孔の上方における前記第2金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなる半導体装置について、上記した冷熱耐久試験を行った。その結果、サブスレッショルド特性に劣化が発生したサンプルでは、半導体素子のある微小領域において低いVgにおいて電流が流れることを見出し、かつその箇所では接続孔の上方における第2金属層の最下点の高さが、設計では層間絶縁膜の高さより高く設定されているにも係わらず、第2金属層の最下点の高さが層間絶縁膜の高さより低くなっており、第2金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んでいた。また、接続孔の内部まで入り込んだ第2金属層は、接続孔に対して傾いた状態で内部に入り込んでおり、接続孔の周囲の層間絶縁膜に接触していた。 The inventors have a semiconductor device having a current terminal electrode composed of a lower first metal layer and an upper second metal layer formed by plating, and is formed on the gate electrode in the vicinity of the gate electrode. through a connection hole formed in the interlayer insulating film that is, the first metal layer is connected to a predetermined area adjacent to the gate electrode, the lowest point of the second metal layer above the said connecting hole The above-described cooling and heat durability test was performed on a semiconductor device in which the height was set higher than the height of the interlayer insulating film . As a result, in the sample in which the degradation of the subthreshold characteristic occurs, it is found that a current flows at a low Vg in a minute region of the semiconductor element, and the high point of the lowest point of the second metal layer above the connection hole is found at that point. However, the height of the lowest point of the second metal layer is lower than the height of the interlayer insulating film, although the height is set higher than the height of the interlayer insulating film in the design. The lower point entered the inside of the connection hole. Further, the second metal layer that has entered the inside of the connection hole has entered the inside in a state inclined with respect to the connection hole, and has been in contact with the interlayer insulating film around the connection hole.

該半導体装置において、第2金属層の最下点の高さが設計では層間絶縁膜の高さより高く設定されているにも係わらず、第2金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んだサンプルが発生する原因には、次の2つが考えられる。すなわち、層間絶縁膜に形成された接続孔への下層の第1金属層の埋め込みが不十分であること、また、メッキによる上層の第2金属層形成の前工程において、表面洗浄液等によって先に形成した第1金属層がエッチングされたりすることが起因していると考えられる。また、第2金属層が接続孔に対して傾いた状態で内部に入り込み、第2金属層が接続孔の周囲の層間絶縁膜に接触したサンプルにおいてサブスレッショルド特性が劣化した理由は、第2金属層と第1金属層の硬さが異なるため、冷熱サイクルによって相対的に第2金属層が動き、接続孔に対して傾いた状態となり、層間絶縁膜に接触した第2金属層が近傍にあるゲート電極に対して応力を及ぼしていることが原因していると考えられる。   In the semiconductor device, the lowest point of the second metal layer enters the inside of the connection hole even though the lowest point of the second metal layer is set higher than the height of the interlayer insulating film by design. There are two possible causes for this sample. That is, the first metal layer in the lower layer is not sufficiently embedded in the connection hole formed in the interlayer insulating film, and in the previous step of forming the upper second metal layer by plating, the surface cleaning solution or the like is used first. It is considered that this is because the formed first metal layer is etched. The reason why the subthreshold characteristic deteriorates in the sample in which the second metal layer enters the inside in a state inclined with respect to the connection hole and the second metal layer contacts the interlayer insulating film around the connection hole is that the second metal layer deteriorates. Since the hardness of the first metal layer is different from that of the first metal layer, the second metal layer moves relative to the cooling cycle and is inclined with respect to the connection hole, and the second metal layer in contact with the interlayer insulating film is in the vicinity. This is considered to be caused by stress applied to the gate electrode.

本発明の半導体装置のスクリーニング方法は、上記冷熱耐久試験においてサブスレッショルド特性が劣化するサンプルの特徴を逆に利用するものである。上記スクリーニング方法では、上層がメッキによる第2金属層からなる主面側の電流端子電極に対して、ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加して、第2金属層の最下点の高さの良否を判定する。すなわち、第2金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んだサンプルでは、ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加することで、第2金属層の最下点付近に残留するナトリウムイオン(Na+)等のメッキ液に含まれていた陽イオンがゲート電極の負の電位に引かれてゲート絶縁膜中に引き込まれ、サブスレッショルド特性を劣化させる。これによって、第2金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易いサンプルをスクリーニングすることができる。該スクリーニング方法によれば、冷熱耐久試験を行う必要がないため、短時間で評価が終了し、工程内在庫を抱えることもない。 The screening method for a semiconductor device according to the present invention reversely utilizes the characteristics of a sample whose subthreshold characteristics deteriorate in the above-described thermal durability test. In the above screening method, a negative predetermined potential is applied to the gate electrode for a predetermined time with respect to the current terminal electrode on the main surface side, the upper layer of which is the second metal layer formed by plating, and the height of the lowest point of the second metal layer is increased. determining the difference in quality. That is, in the sample in which the lowest point of the second metal layer enters the inside of the connection hole, the sodium ion remaining near the lowest point of the second metal layer is applied by applying a negative predetermined potential to the gate electrode for a predetermined time. Cations contained in the plating solution such as (Na +) are attracted to the negative potential of the gate electrode and drawn into the gate insulating film, thereby degrading the subthreshold characteristics. As a result, it is possible to screen a sample in which the lowest point of the second metal layer enters the inside of the connection hole and the subthreshold characteristic is likely to deteriorate. According to the screening method, since it is not necessary to perform a thermal endurance test, the evaluation is completed in a short time, and there is no stock in the process.

以上のようにして、上記半導体装置のスクリーニング方法は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法であって、短時間で冷熱耐久試験と同等のスクリーニング結果を得ることができるスクリーニング方法となっている。   As described above, the screening method of the semiconductor device is a screening method of a semiconductor device including an insulated gate transistor having a plating electrode, and can obtain a screening result equivalent to the thermal durability test in a short time. It is a screening method.

上記スクリーニング方法においては、請求項2に記載のように、前記負の所定電位が、−5[V]以下であることが好ましい。これにより、第2金属層の最下点付近に残留するメッキ液に含まれていた陽イオンがゲート絶縁膜中に引き込まれ易くして、サブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。   In the screening method, as described in claim 2, the negative predetermined potential is preferably −5 [V] or less. This makes it easier for the cations contained in the plating solution remaining near the lowest point of the second metal layer to be drawn into the gate insulating film, promoting the deterioration of the subthreshold characteristics, and ensuring more reliable screening results. And the test time can be shortened.

逆に、上記スクリーニング方法においては、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極に負の所定電位を印加するため、印加電圧が大きすぎると、ゲート電極の寿命劣化につながる。このため、上記スクリーニング方法においては、請求項3に記載のように、前記負の所定電位が、−30[V]以上であることが好ましく、特に請求項4に記載のように、前記負の所定電位が、−20[V]以上であることが好ましい。これにより、上記スクリーニング方法によるゲート電極の寿命劣化を抑制することができる。   On the other hand, in the above screening method, a predetermined negative potential is applied to the gate electrode of the insulated gate transistor. Therefore, if the applied voltage is too large, the life of the gate electrode is deteriorated. For this reason, in the screening method, as described in claim 3, the negative predetermined potential is preferably −30 [V] or more. In particular, as described in claim 4, the negative potential is The predetermined potential is preferably −20 [V] or higher. Thereby, the lifetime deterioration of the gate electrode by the said screening method can be suppressed.

上記スクリーニング方法においては、請求項5に記載のように、前記負の所定電位の印加を、室温以上、200[℃]以下の高温下で行うことが好ましい。これによっても、第2金属層の最下点付近に残留するメッキ液に含まれる陽イオンを動き易くしてサブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。   In the screening method, as described in claim 5, it is preferable that the negative predetermined potential is applied at a high temperature of room temperature to 200 [° C.]. This also facilitates the movement of cations contained in the plating solution remaining in the vicinity of the lowest point of the second metal layer to promote the deterioration of the subthreshold characteristics, making the screening result more reliable and the test time. Can be shortened.

特に請求項6に記載のように、前記負の所定電位の印加を、100[℃]以上、150[℃]以下の高温下で行う場合には、パッケージされた状態の上記半導体装置をスクリーニングすることができる。   In particular, as described in claim 6, when the negative predetermined potential is applied at a high temperature of 100 [° C.] or higher and 150 [° C.] or lower, the packaged semiconductor device is screened. be able to.

上記スクリーニング方法においては、請求項7に記載のように、前記所定時間が、10[min]以下であってもよい。ゲート電極に印加する負の電位と環境温度を適宜設定することにより、印加時間が10[min]以下の短時間であっても、第2金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易いサンプルを確実にスクリーニングすることができる。   In the screening method, as described in claim 7, the predetermined time may be 10 [min] or less. By appropriately setting the negative potential applied to the gate electrode and the environmental temperature, the lowest point of the second metal layer enters the inside of the connection hole even when the application time is a short time of 10 [min] or less, It is possible to reliably screen a sample whose subthreshold characteristic is likely to deteriorate.

上記スクリーニング方法における半導体装置の良否判定については、前記半導体装置のサブスレッショルド特性を測定してもよいが、測定時間を短縮するため、請求項8に記載のように、前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を2点の電位値で行い、各検出電流値から前記半導体装置の良否を判定することが好ましい。これにより、規定より低いゲート電圧Vgで漏れのコレクタ電流Icが流れるようになったサブスレッショルド特性の劣化サンプルを、短時間で確実にスクリーニングすることができる。尚、当該良否判定では、2点の電位と検出電流値で良否判定を行うため、該半導体装置の初期の閾値電圧に多少のばらつきがある場合であっても、劣化サンプルのみを確実にスクリーニングすることができる。   Regarding the quality determination of the semiconductor device in the screening method, the sub-threshold characteristic of the semiconductor device may be measured, but in order to reduce the measurement time, the quality determination as described in claim 8, It is preferable to apply a positive predetermined potential at two potential values and determine the quality of the semiconductor device from each detected current value. As a result, it is possible to reliably screen in a short time a deteriorated sample of the subthreshold characteristic in which the leaked collector current Ic flows at a gate voltage Vg lower than the standard. Since the pass / fail judgment is performed using the two potentials and the detected current value, even if there is some variation in the initial threshold voltage of the semiconductor device, only the deteriorated sample is reliably screened. be able to.

一方、該半導体装置の初期の閾値電圧にほとんどばらつきがない場合にあっては、請求項9に記載のように、前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を1点の電位値で行い、検出電流値と基準電流値を比較して前記半導体装置の良否を判定することで、スクリーニングに要する時間をより短縮することができる。   On the other hand, when there is almost no variation in the initial threshold voltage of the semiconductor device, the positive predetermined potential is applied at a single potential value in the pass / fail judgment as described in claim 9. The time required for screening can be further reduced by comparing the detected current value with the reference current value to determine whether the semiconductor device is good or bad.

請求項10〜15に記載の発明は、上記スクリーニング方法の利用に好適な半導体装置の発明である。   The invention described in claims 10 to 15 is an invention of a semiconductor device suitable for use in the screening method.

請求項10に記載の半導体装置は、半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、前記主面側の電流端子電極が、下層の第1金属層とメッキによって形成される上層の第2金属層とからなり、前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第1金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続されてなる半導体装置であって、前記接続孔の上方における前記第2金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなり、前記ゲート電極が、−10[V]以下の耐圧を有してなることを特徴としている。 11. The semiconductor device according to claim 10, wherein a gate electrode of an insulated gate transistor and an interlayer insulating film are formed on the gate electrode and on the semiconductor substrate on the main surface side of the semiconductor substrate , and at least one of the currents. A terminal electrode is formed on the interlayer insulating film, and the current terminal electrode on the main surface side includes a lower first metal layer and an upper second metal layer formed by plating, in the vicinity of the gate electrode. , via said connection holes formed in an interlayer insulating film formed on the gate electrode, a semiconductor device formed by connecting in a predetermined area of the first metal layer is adjacent to the gate electrode, the connecting The height of the lowest point of the second metal layer above the hole is set higher than the height of the interlayer insulating film, and the gate electrode has a breakdown voltage of −10 [V] or less. With features To have.

上記半導体装置においては、設計段階で接続孔の上方における第2金属層の最下点の高さをゲート電極上に形成されている層間絶縁膜の高さより高く設定して、第2金属層の最下点が基本的に接続孔の内部まで入り込まないようにして、冷熱耐久後のサブスレッショルド特性の劣化を抑制している。また、接続孔への第1金属層の埋め込みが不十分であったり、メッキによる第2金属層形成の前工程において表面洗浄液等による第1金属層のエッチングが発生したりして、第2金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んでしまった場合には、上述したスクリーニング方法により、該サンプルをスクリーニングすることができる。上記半導体装置においては、ゲート電極が−10[V]以下の耐圧を有しているため、−5〜−10[V]の負の電位をゲート電極に印加しても、ゲート電極の寿命劣化を抑制することができる。 In the semiconductor device, the height of the lowest point of the second metal layer above the connection hole is set higher than the height of the interlayer insulating film formed on the gate electrode at the design stage, The lowest point is basically prevented from entering the inside of the connection hole, thereby suppressing the deterioration of the subthreshold characteristic after the thermal endurance. In addition, the first metal layer is not sufficiently embedded in the connection hole, or the first metal layer is etched by a surface cleaning solution or the like in the pre-process of forming the second metal layer by plating. When the lowest point of the layer has penetrated into the connection hole, the sample can be screened by the screening method described above. In the semiconductor device, since the gate electrode has a withstand voltage of −10 [V] or less, the lifetime of the gate electrode is deteriorated even when a negative potential of −5 to −10 [V] is applied to the gate electrode. Can be suppressed.

以上のようにして、上記半導体装置は、上述したスクリーニング方法の利用に好適な半導体装置となっている。   As described above, the semiconductor device is a semiconductor device suitable for use in the screening method described above.

特に上記半導体装置においては、請求項11に記載のように、前記ゲート電極が、−20[V]以下の耐圧を有してなることが好ましい。該半導体装置においては、−10〜−20[V]の負の電位をゲート電極に印加しても、ゲート電極の寿命劣化を抑制することができると共に、短時間で確実に劣化サンプルをスクリーニングすることができる。   Particularly in the semiconductor device, as described in claim 11, it is preferable that the gate electrode has a withstand voltage of −20 [V] or less. In the semiconductor device, even when a negative potential of −10 to −20 [V] is applied to the gate electrode, the life deterioration of the gate electrode can be suppressed and a deteriorated sample is reliably screened in a short time. be able to.

上記半導体装置における前記第1金属層は、例えば請求項12に記載のように、安価で高い導電性を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができる。   The first metal layer in the semiconductor device can be made of aluminum or an aluminum alloy having low conductivity and high conductivity as described in claim 12, for example.

また、上記半導体装置における前記第2金属層は、例えば請求項13に記載のように、 安価で良好なはんだ付け性を有するニッケルまたはニッケル合金とすることができる。   Further, the second metal layer in the semiconductor device can be made of nickel or a nickel alloy that is inexpensive and has good solderability, for example, as described in claim 13.

上記半導体装置は、例えば前記絶縁ゲート型トランジスタが、MOSトランジスタであり、前記主面側の電流端子電極が、ソース電極とドレイン電極であるように構成することができる。しかしながらこれに限らず、上記半導体装置は、例えば請求項14に記載のように、前記絶縁ゲート型トランジスタが、IGBTであり、前記主面側の電流端子電極が、前記IGBTのエミッタ電極であってもよい。   The semiconductor device can be configured, for example, such that the insulated gate transistor is a MOS transistor, and the current terminal electrodes on the main surface side are a source electrode and a drain electrode. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor device includes, for example, as claimed in claim 14, wherein the insulated gate transistor is an IGBT, and the current terminal electrode on the main surface side is an emitter electrode of the IGBT. Also good.

また、上記半導体装置におけるゲート電極は、一般的な平面構造のゲート電極であってよい。しかしながらこれに限らず、請求項15に記載のように、前記ゲート電極が、トレンチ構造のゲート電極であってもよい。   The gate electrode in the semiconductor device may be a gate electrode having a general planar structure. However, the present invention is not limited to this, and the gate electrode may be a gate electrode having a trench structure.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

最初に、図7に示した冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化したサンプルについて、内部構造を調査した結果を説明する。   First, the result of investigating the internal structure of the sample whose subthreshold characteristic has deteriorated in the thermal durability test shown in FIG. 7 will be described.

図1(a),(b)は、冷熱耐久試験前の半導体装置100の内部構造を示す模式的な断面図で、図1(a)は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化しない正常サンプル100の状態であり、図1(b)は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化する異常サンプル100aの状態である。また、図2は、サブスレッショルド特性が劣化した異常サンプル100bの冷熱耐久試験後の状態を示す模式的な断面図である。   1A and 1B are schematic cross-sectional views showing the internal structure of the semiconductor device 100 before the thermal endurance test. FIG. 1A shows a normal sample whose subthreshold characteristics are not deteriorated by the thermal endurance test. FIG. 1B shows the state of the abnormal sample 100a in which the subthreshold characteristic is deteriorated by the thermal durability test. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state after the thermal endurance test of the abnormal sample 100b having deteriorated subthreshold characteristics.

図7の冷熱耐久試験に供した半導体装置は、図1(a)に示すように、N−領域4を主体とする半導体基板に、トレンチゲート構造のIGBTが形成されてなる半導体装置である。IGBTからなる半導体装置100では、半導体基板(N−領域)4の主面側に、チャネル形成領域であるP−領域3、エミッタ領域であるN+領域1、およびチャネル形成領域の電位を固定するためのP+領域2が形成されている。また、半導体基板(N−領域)4の裏面側には、コレクタ領域であるP領域5が形成されている。   The semiconductor device subjected to the thermal endurance test of FIG. 7 is a semiconductor device in which an IGBT having a trench gate structure is formed on a semiconductor substrate mainly composed of the N− region 4 as shown in FIG. In semiconductor device 100 made of IGBT, in order to fix the potential of P− region 3 as a channel formation region, N + region 1 as an emitter region, and the channel formation region on the main surface side of semiconductor substrate (N− region) 4. P + region 2 is formed. A P region 5 that is a collector region is formed on the back side of the semiconductor substrate (N− region) 4.

半導体基板4の主面側に形成された半導体装置(IGBT)100のゲート電極8は、トレンチ構造のゲート電極となっており、ゲート酸化膜である側壁酸化膜7を介して、トレンチ6内にゲート電極であるポリシリコン7等が埋め込まれた構造を有している。また、半導体基板4の主面側には、半導体装置(IGBT)100の一方の電流端子電極であるエミッタ電極10,12が形成され、半導体基板4の裏面側には、半導体装置(IGBT)100のもう一方の電流端子電極であるコレクタ電極11が形成されている。半導体装置100の主面側のエミッタ電極は、下層の第1金属層10とメッキによって形成される上層の第2金属層12とからなる。第1金属層10は、例えば安価で高い導電性を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができ、例えば4μmの厚さを有している。また、第2金属層12は、例えば安価で良好なはんだ付け性を有するニッケルまたはニッケル合金とすることができる。エミッタ電極10,12は、ゲート電極8の近傍において、半導体基板4上の例えば800nmの厚さを有する層間絶縁膜9に形成された接続孔hを介して、半導体基板4の所定領域(N+領域1およびP+領域2)に接続されている。   A gate electrode 8 of a semiconductor device (IGBT) 100 formed on the main surface side of the semiconductor substrate 4 serves as a gate electrode of a trench structure, and enters the trench 6 via a sidewall oxide film 7 which is a gate oxide film. It has a structure in which polysilicon 7 or the like which is a gate electrode is embedded. Emitter electrodes 10 and 12 which are one current terminal electrodes of the semiconductor device (IGBT) 100 are formed on the main surface side of the semiconductor substrate 4, and the semiconductor device (IGBT) 100 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 4. A collector electrode 11 which is the other current terminal electrode is formed. The emitter electrode on the main surface side of the semiconductor device 100 includes a lower first metal layer 10 and an upper second metal layer 12 formed by plating. The first metal layer 10 can be made of aluminum or an aluminum alloy having low conductivity and high conductivity, for example, and has a thickness of 4 μm, for example. The second metal layer 12 can be made of, for example, nickel or a nickel alloy that is inexpensive and has good solderability. The emitter electrodes 10 and 12 are provided in a predetermined region (N + region) of the semiconductor substrate 4 through a connection hole h formed in the interlayer insulating film 9 having a thickness of, for example, 800 nm on the semiconductor substrate 4 in the vicinity of the gate electrode 8. 1 and P + region 2).

以上のように、図1(a)に示す半導体装置100は、メッキ電極(第2金属層12)を有した半導体装置である。このメッキ電極(第2金属層12)を有したIGBTからなる半導体装置100は、金属メッキ層(第2金属層12)を介してパッケージのリード端子をはんだ接続することができるため、低抵抗の半導体装置とすることができる。一方、図7に示したように、図1(a)の半導体装置100は、冷熱耐久試験で劣化するサンプルがある。該サンプルのサブスレッショルド特性では、閾値電圧が初期に較べて大きく低減して明確な閾値電圧がみられなくなり、規定より低いゲート電圧Vgで漏れのコレクタ電流Icが流れるようになってしまう。   As described above, the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A is a semiconductor device having a plating electrode (second metal layer 12). Since the semiconductor device 100 made of an IGBT having the plated electrode (second metal layer 12) can solder-connect the package lead terminals via the metal plated layer (second metal layer 12), it has a low resistance. A semiconductor device can be obtained. On the other hand, as shown in FIG. 7, the semiconductor device 100 of FIG. In the sub-threshold characteristic of the sample, the threshold voltage is greatly reduced as compared with the initial value so that a clear threshold voltage is not observed, and a leaky collector current Ic flows at a gate voltage Vg lower than the standard.

冷熱耐久試験後にサブスレッショルド特性が劣化したサンプルの低いVgで漏れ電流が流れる箇所の断面は、図2に示す異常サンプル100bの状態となっていることが判明した。   It was found that the cross section of the portion where leakage current flows at a low Vg of the sample whose subthreshold characteristics deteriorated after the thermal endurance test is in the state of the abnormal sample 100b shown in FIG.

図1(b)の異常サンプル100aでは、接続孔hの上方における第1金属層10の表面に存在するスリットやボイドによって、第2金属層12が楔状に形成され、第2金属層12の最下点の高さが、層間絶縁膜9の高さより低くなっており、第2金属層12の最下点が層間絶縁膜9に形成された接続孔hの内部まで入り込んでいた。また、図2の冷熱耐久試験後にサブスレッショルド特性が劣化したサンプル100bでは、接続孔hの内部まで入り込んだ第2金属層12が、接続孔hに対して傾いた状態で内部に入り込んでおり、接続孔hの周囲の層間絶縁膜9に接触していた。   In the abnormal sample 100a of FIG. 1B, the second metal layer 12 is formed in a wedge shape by slits and voids existing on the surface of the first metal layer 10 above the connection holes h, and the second metal layer 12 The height of the lower point was lower than the height of the interlayer insulating film 9, and the lowest point of the second metal layer 12 entered the inside of the connection hole h formed in the interlayer insulating film 9. Further, in the sample 100b whose subthreshold characteristics deteriorated after the thermal endurance test of FIG. 2, the second metal layer 12 that has entered the inside of the connection hole h enters the inside in a state inclined with respect to the connection hole h. It was in contact with the interlayer insulating film 9 around the connection hole h.

上記半導体装置100において、第2金属層12の最下点の高さが、設計では図1(a)に示すように層間絶縁膜9高さより高く設定されているにも係わらず、図1(b)に示すように第2金属層12の最下点が接続孔hの内部まで入り込んだサンプル100aが発生する原因には、次の2つが考えられる。すなわち、層間絶縁膜9に形成された接続孔hへの下層の第1金属層10の埋め込みが不十分であること、また、メッキによる上層の第2金属層12形成の前工程において、表面洗浄液等によって先に形成した第1金属層10がエッチングされたりすることが起因していると考えられる。   In the semiconductor device 100, the height of the lowest point of the second metal layer 12 is set higher than the height of the interlayer insulating film 9 as shown in FIG. As shown in b), there are the following two causes for the generation of the sample 100a in which the lowest point of the second metal layer 12 has entered the inside of the connection hole h. That is, the first metal layer 10 in the lower layer is not sufficiently embedded in the connection hole h formed in the interlayer insulating film 9, and the surface cleaning liquid is formed in the previous step of forming the upper second metal layer 12 by plating. It is considered that this is because the first metal layer 10 formed earlier is etched.

また、図2に示す第2金属層12が接続孔hに対して傾いた状態で内部に入り込み、第2金属層12が接続孔hの周囲の層間絶縁膜9に接触したサンプル100bにおいて、図7に示すようにサブスレッショルド特性が劣化した理由は、以下のように考えられる。すなわち、図1(b)に示す第2金属層12の最下点が接続孔hの内部まで入り込んだサンプル100aにおいて、第2金属層12が冷熱サイクルによって図中に黒塗り矢印で示したように基板面に水平な方向に移動し、接続孔hに入り込んだ第2金属層12が冷熱サイクル中に接続孔hに対して傾いた状態となる。さらに移動すると、冷熱サイクル中に層間絶縁膜9に接触した第2金属層12は、近傍にあるゲート電極8に対して応力を及ぼし、これによって図7に示すようにサブスレッショルド特性が劣化すると考えられる。   Further, in the sample 100b in which the second metal layer 12 shown in FIG. 2 enters the inside in a state inclined with respect to the connection hole h, and the second metal layer 12 contacts the interlayer insulating film 9 around the connection hole h, The reason why the subthreshold characteristic is deteriorated as shown in FIG. 7 is considered as follows. That is, in the sample 100a in which the lowest point of the second metal layer 12 shown in FIG. 1B enters the inside of the connection hole h, the second metal layer 12 is indicated by a black arrow in the drawing by the cooling and heating cycle. The second metal layer 12 that moves in the direction horizontal to the substrate surface and enters the connection hole h is inclined with respect to the connection hole h during the cooling and heating cycle. If it moves further, the second metal layer 12 that contacts the interlayer insulating film 9 during the cooling / heating cycle exerts stress on the gate electrode 8 in the vicinity, thereby degrading the subthreshold characteristics as shown in FIG. It is done.

次に、本発明の半導体装置100のスクリーニング方法を説明する。   Next, a screening method for the semiconductor device 100 of the present invention will be described.

図3は、半導体装置100のスクリーニング試験を模式的に示した図である。図4は、図3のスクリーニング試験の結果、サブスレッショルド特性が劣化したサンプルについて、初期とスクリーニング試験後のサブスレッショルド特性を比較して示した図である。また、図5は、図4の特性劣化の検出原理を模式的に示した図である。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a screening test of the semiconductor device 100. FIG. 4 is a diagram comparing the sub-threshold characteristics after the screening test with those of the samples whose sub-threshold characteristics have deteriorated as a result of the screening test of FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing the detection principle of the characteristic deterioration of FIG.

図3と図4に示す半導体装置100のスクリーニング方法は、上記冷熱耐久試験においてサブスレッショルド特性が劣化する図1(b)のサンプル100aの特徴を逆に利用するものである。図3と図4に示すスクリーニング方法では、図3のスクリーニング試験で半導体装置100の上層がメッキによる第2金属層12からなる主面側の電流端子電極(エミッタ電極)に対してゲート電極8に負の所定(バイアス)電位Vsを所定時間印加した後、例えば図4のサブスレッショルド特性を測定して、半導体装置100の良否を判定する。ゲート電極8に負の所定電位Vsを所定時間印加することで、図1(b)に示す第2金属層12の最下点が接続孔hの内部まで入り込んだサンプル100aでは、図5に示すように、第2金属層の最下点付近に残留するナトリウムイオン(Na+)等のメッキ液に含まれる陽イオンiがゲート電極8の負の電位Vsに引かれてゲート絶縁膜7中に引き込まれ、図4のようにサブスレッショルド特性を劣化させる。   The screening method for the semiconductor device 100 shown in FIG. 3 and FIG. 4 uses the characteristics of the sample 100a in FIG. 1B, in which the subthreshold characteristics deteriorate in the above-mentioned thermal endurance test. In the screening method shown in FIGS. 3 and 4, in the screening test of FIG. 3, the upper layer of the semiconductor device 100 is formed on the gate electrode 8 with respect to the current terminal electrode (emitter electrode) on the main surface side made of the second metal layer 12 by plating. After the negative predetermined (bias) potential Vs is applied for a predetermined time, the sub-threshold characteristic of FIG. 4 is measured, for example, and the quality of the semiconductor device 100 is determined. FIG. 5 shows a sample 100a in which the lowest point of the second metal layer 12 shown in FIG. 1B enters the inside of the connection hole h by applying a negative predetermined potential Vs to the gate electrode 8 for a predetermined time. Thus, cations i contained in the plating solution such as sodium ions (Na +) remaining in the vicinity of the lowest point of the second metal layer are attracted to the negative potential Vs of the gate electrode 8 and drawn into the gate insulating film 7. As a result, the subthreshold characteristic is degraded as shown in FIG.

図4に示す初期状態と図3のスクリーニング試験後のサブスレッショルド特性は、図7に示す初期状態と冷熱サイクル後のサブスレッショルド特性と類似の傾向を示している。従って、図3と図4に示すスクリーニング方法により、第2金属層12の最下点が接続孔hの内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易い図1(b)のサンプルをスクリーニングすることができる。上記スクリーニング方法によれば、冷熱耐久試験を行う必要がないため、短時間で評価が終了し、工程内在庫を抱えることもない。   The initial state shown in FIG. 4 and the subthreshold characteristics after the screening test in FIG. 3 show similar tendencies to the initial state shown in FIG. 7 and the subthreshold characteristics after the thermal cycle. Therefore, the screening method shown in FIGS. 3 and 4 can screen the sample of FIG. 1B in which the lowest point of the second metal layer 12 penetrates into the connection hole h and the subthreshold characteristic is likely to deteriorate. it can. According to the above screening method, since it is not necessary to perform a thermal endurance test, the evaluation is completed in a short time, and there is no stock in the process.

図3のスクリーニング試験においては、半導体装置100のゲート電極8に印加する負の所定電位Vsが、−5[V]以下であることが好ましい。これにより、第2金属層12の最下点付近に残留するメッキ液に含まれる陽イオンiがゲート絶縁膜7中に引き込まれ易くして、サブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。   In the screening test of FIG. 3, the negative predetermined potential Vs applied to the gate electrode 8 of the semiconductor device 100 is preferably −5 [V] or less. As a result, the cation i contained in the plating solution remaining near the lowest point of the second metal layer 12 is easily drawn into the gate insulating film 7, promoting the deterioration of the subthreshold characteristics and further improving the screening result. The test time can be shortened while ensuring the reliability.

逆に、図3のスクリーニング試験においては、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極8に負の所定電位Vsを印加するため、印加電圧が大きすぎると、ゲート電極8の寿命劣化につながる。このため、上記スクリーニング方法においては、負の所定電位Vsが、−30[V]以上であることが好ましく、特に、−20[V]以上であることが好ましい。これにより、上記スクリーニング方法によるゲート電極8の寿命劣化を抑制することができる。   On the other hand, in the screening test of FIG. 3, a negative predetermined potential Vs is applied to the gate electrode 8 of the insulated gate transistor, so that if the applied voltage is too large, the life of the gate electrode 8 is deteriorated. Therefore, in the above screening method, the negative predetermined potential Vs is preferably −30 [V] or higher, and particularly preferably −20 [V] or higher. Thereby, the lifetime deterioration of the gate electrode 8 by the said screening method can be suppressed.

例えば、ゲート電極8が−10[V]以下の耐圧を有する半導体装置100をスクリーニング試験に用いる場合には、−5〜−10[V]の負の電位Vsをゲート電極8に印加しても、ゲート電極8の寿命劣化を抑制することができる。特に、ゲート電極8が−20[V]以下の耐圧を有する半導体装置100をスクリーニング試験に用いる場合には、−10〜−20[V]の負の電位Vsをゲート電極8に印加しても、ゲート電極8の寿命劣化を抑制することができると共に、短時間で確実に劣化サンプルをスクリーニングすることができる。   For example, when the semiconductor device 100 whose gate electrode 8 has a breakdown voltage of −10 [V] or less is used for the screening test, a negative potential Vs of −5 to −10 [V] may be applied to the gate electrode 8. In addition, the life deterioration of the gate electrode 8 can be suppressed. In particular, when the semiconductor device 100 whose gate electrode 8 has a breakdown voltage of −20 [V] or less is used for the screening test, a negative potential Vs of −10 to −20 [V] is applied to the gate electrode 8. In addition, it is possible to suppress the life deterioration of the gate electrode 8 and to reliably screen a deteriorated sample in a short time.

また、図3のスクリーニング試験においては、負の所定電位Vsの印加を、室温以上、200[℃]以下の高温下で行うことが好ましい。これによっても、第2金属層12の最下点付近に残留するメッキ液に含まれる陽イオンiを動き易くしてサブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。特に、負の所定電位Vsの印加を、100[℃]以上、150[℃]以下の高温下で行う場合には、パッケージされた状態の半導体装置100をスクリーニングすることができる。   In the screening test of FIG. 3, it is preferable to apply the negative predetermined potential Vs at a high temperature of not less than room temperature and not more than 200 [° C.]. This also facilitates the movement of cations i contained in the plating solution remaining in the vicinity of the lowest point of the second metal layer 12 to promote the deterioration of the subthreshold characteristics, making the screening result more reliable, Test time can be shortened. In particular, when the negative predetermined potential Vs is applied at a high temperature of 100 [° C.] or higher and 150 [° C.] or lower, the packaged semiconductor device 100 can be screened.

図3および図4に例示したように、上記スクリーニング方法においては、負の所定電位Vsの印加時間は、10[min]以下であってもよい。ゲート電極8に印加する負の電位と環境温度を適宜設定することにより、印加時間が10[min]以下の短時間であっても、図1(b)に示す第2金属層12の最下点が接続孔hの内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易いサンプル100aを確実にスクリーニングすることができる。   As illustrated in FIGS. 3 and 4, in the above screening method, the application time of the negative predetermined potential Vs may be 10 [min] or less. By appropriately setting the negative potential applied to the gate electrode 8 and the ambient temperature, the lowest part of the second metal layer 12 shown in FIG. It is possible to surely screen the sample 100a in which the point penetrates into the connection hole h and the subthreshold characteristic is likely to deteriorate.

また、上記スクリーニング方法における半導体装置100の良否判定については、図4のように、半導体装置100のサブスレッショルド特性を測定すればよい。しかしながらこれに限らず、測定時間を短縮するためには、正の所定電位Vgの印加を例えば図4中に一点鎖線A,Bで示した2点の電位値で行い、各検出電流値から半導体装置100の良否を判定することが好ましい。これにより、規定より低いゲート電圧Vgで漏れのコレクタ電流Icが流れるようになったサブスレッショルド特性の劣化サンプルを、短時間で確実にスクリーニングすることができる。尚、当該良否判定では、2点の電位と検出電流値で良否判定を行うため、半導体装置100の初期の閾値電圧に多少のばらつきがある場合であっても、劣化サンプルのみを確実にスクリーニングすることができる。   Further, regarding the quality determination of the semiconductor device 100 in the screening method, the subthreshold characteristic of the semiconductor device 100 may be measured as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and in order to shorten the measurement time, the positive predetermined potential Vg is applied at, for example, two potential values indicated by alternate long and short dash lines A and B in FIG. It is preferable to determine whether the device 100 is good or bad. As a result, it is possible to reliably screen in a short time a deteriorated sample of the subthreshold characteristic in which the leaked collector current Ic flows at a gate voltage Vg lower than the standard. In the pass / fail judgment, the pass / fail judgment is made with the two potentials and the detected current value, so even if there is some variation in the initial threshold voltage of the semiconductor device 100, only the deteriorated sample is reliably screened. be able to.

一方、半導体装置100の初期の閾値電圧にほとんどばらつきがない場合にあっては、正の所定電位Vgの印加を例えば図4中に一点鎖線Aで示した1点の電位値で行い、検出電流値と基準電流値を比較して半導体装置100の良否を判定することで、スクリーニングに要する時間をより短縮することができる。   On the other hand, when there is almost no variation in the initial threshold voltage of the semiconductor device 100, the positive predetermined potential Vg is applied at, for example, the potential value at one point indicated by the one-dot chain line A in FIG. By comparing the value with the reference current value to determine whether the semiconductor device 100 is good or bad, the time required for screening can be further shortened.

以上のようにして、図3および図4に示す半導体装置100のスクリーニング方法は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法であって、短時間で冷熱耐久試験と同等のスクリーニング結果を得ることができるスクリーニング方法となっている。   As described above, the screening method for the semiconductor device 100 shown in FIGS. 3 and 4 is a screening method for a semiconductor device including an insulated gate transistor having a plated electrode, and is equivalent to the thermal durability test in a short time. This is a screening method capable of obtaining a screening result.

尚、実施例および図1ではNチャネル型のIGBTで示したが、N型領域とP型領域を入れ替えたPチャネル型のIGBTやMOSであってもよい。その時は文中の電圧印加の正負は逆となる。また図3と図4では、スクリーニングの対象がIGBTからなる半導体装置100で、評価部分が主面側の電流端子電極であるエミッタ電極であったが、評価部分が主面側の電流端子電極であるソース電極とドレイン電極であってもよい。このように、上記した本発明の半導体装置のスクリーニング方法は、スクリーニングの対象が任意の絶縁ゲート型トランジスタで、評価部分が主面側のメッキにより形成された任意の電流端子電極であってよい。また、半導体装置100のゲート電極8はトレンチ構造のゲート電極であったが、一般的な平面構造のゲート電極を有する半導体装置にも、上記本発明のスクリーニング方法を適用することができる。   In the embodiment and FIG. 1, an N-channel IGBT is shown, but a P-channel IGBT or MOS in which an N-type region and a P-type region are interchanged may be used. At that time, the sign of voltage application in the sentence is reversed. 3 and 4, the semiconductor device 100 is made of an IGBT and the evaluation portion is the emitter electrode that is the current terminal electrode on the main surface side. However, the evaluation portion is the current terminal electrode on the main surface side. There may be a certain source electrode and drain electrode. Thus, in the above-described screening method for a semiconductor device of the present invention, the screening target may be an arbitrary insulated gate transistor, and the evaluation portion may be an arbitrary current terminal electrode formed by plating on the main surface side. Further, although the gate electrode 8 of the semiconductor device 100 is a gate electrode having a trench structure, the screening method of the present invention can be applied to a semiconductor device having a gate electrode having a general planar structure.

冷熱耐久試験前の半導体装置100の内部構造を示す模式的な断面図で、(a)は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化しない正常サンプル100の状態であり、(b)は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化する異常サンプル100aの状態である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an internal structure of a semiconductor device 100 before a thermal endurance test, where (a) shows a state of a normal sample 100 in which subthreshold characteristics are not deteriorated by a thermal endurance test, and (b) shows a thermal endurance This is a state of the abnormal sample 100a in which the subthreshold characteristic is deteriorated by the test. サブスレッショルド特性が劣化した異常サンプル100bの冷熱耐久試験後の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state after the cooling-heat durability test of the abnormal sample 100b in which the subthreshold characteristic deteriorated. 半導体装置100のスクリーニング試験を模式的に示した図である。3 is a diagram schematically showing a screening test of the semiconductor device 100. FIG. 図3のスクリーニング試験の結果、サブスレッショルド特性が劣化したサンプルについて、初期とスクリーニング試験後のサブスレッショルド特性を比較して示した図である。It is the figure which showed the subthreshold characteristic after the screening test compared with the initial stage about the sample which the subthreshold characteristic deteriorated as a result of the screening test of FIG. 図4の特性劣化の検出原理を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the detection principle of the characteristic degradation of FIG. 特許文献1に開示された半導体装置90の模式的な断面図である。10 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 90 disclosed in Patent Document 1. FIG. 図6の半導体装置90と類似のメッキ電極を有したIGBTからなる半導体装置について冷熱耐久試験を行い、劣化の発生したサンプルのサブスレッショルド特性について、冷熱サイクル数をパラメータにして示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a sub-threshold characteristic of a sample in which a cooling endurance test is performed on a semiconductor device made of an IGBT having a plated electrode similar to the semiconductor device 90 of FIG. 6, using the number of cooling cycles as a parameter.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体装置(正常サンプル)
100a 半導体装置(異常サンプル)
100b 半導体装置(サブスレッショルド特性が劣化した異常サンプル)
1 N+領域
2 P+領域
3 P−領域
4 N−領域
5 P領域
6 トレンチ
7 ゲート酸化膜
8 ゲート電極
9 層間絶縁膜
10 第1金属層(エミッタ電極)
11 コレクタ電極
12 第2金属層(エミッタ電極)
i 陽イオン
100 Semiconductor device (normal sample)
100a Semiconductor device (abnormal sample)
100b Semiconductor device (abnormal sample with degraded subthreshold characteristics)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N + area | region 2 P + area | region 3 P- area | region 4 N- area | region 5 P area | region 6 Trench 7 Gate oxide film 8 Gate electrode 9 Interlayer insulating film 10 1st metal layer (emitter electrode)
11 Collector electrode 12 Second metal layer (emitter electrode)
i cations

Claims (15)

半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、
前記主面側の電流端子電極が、下層の第1金属層とメッキによって形成される上層の第2金属層とからなり、
前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第1金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続され、前記接続孔の上方における前記第2金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなる半導体装置のスクリーニング方法であって、
前記主面側の電流端子電極に対して前記ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加した後、前記ゲート電極に正の所定電位を印加して前記電流端子電極に流れる電流を検出し、前記検出電流値から前記第2金属層の最下点の高さの良否を判定することを特徴とする半導体装置のスクリーニング方法。
A gate electrode of an insulated gate transistor and an interlayer insulating film are formed on the gate electrode and the semiconductor substrate on the main surface side of the semiconductor substrate , and at least one current terminal electrode is formed on the interlayer insulating film. And
The main surface side current terminal electrode comprises a lower first metal layer and an upper second metal layer formed by plating,
In the vicinity of the gate electrode , the first metal layer is connected to a predetermined region adjacent to the gate electrode through a connection hole formed in an interlayer insulating film formed on the gate electrode, and the connection hole A method of screening a semiconductor device , wherein the height of the lowest point of the second metal layer above the upper portion is set higher than the height of the interlayer insulating film ,
After applying a negative predetermined potential to the gate electrode for a predetermined time with respect to the current terminal electrode on the main surface side, a positive predetermined potential is applied to the gate electrode to detect a current flowing through the current terminal electrode, A screening method for a semiconductor device, comprising: determining whether the height of the lowest point of the second metal layer is good or bad from a detected current value.
前記負の所定電位が、−5[V]以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   2. The method for screening a semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined negative potential is −5 [V] or less. 前記負の所定電位が、−30[V]以上であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   The method for screening a semiconductor device according to claim 2, wherein the negative predetermined potential is −30 [V] or more. 前記負の所定電位が、−20[V]以上であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   The semiconductor device screening method according to claim 3, wherein the predetermined negative potential is −20 [V] or more. 前記負の所定電位の印加を、室温以上、200[℃]以下の高温下で行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   5. The method for screening a semiconductor device according to claim 1, wherein the negative predetermined potential is applied at a high temperature of room temperature to 200 ° C. 5. 前記負の所定電位の印加を、100[℃]以上、150[℃]以下の高温下で行うことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   6. The method of screening a semiconductor device according to claim 5, wherein the negative predetermined potential is applied at a high temperature of 100 [° C.] or higher and 150 [° C.] or lower. 前記所定時間が、10[min]以下であることを特徴とする請求項5または6に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   7. The method for screening a semiconductor device according to claim 5, wherein the predetermined time is 10 [min] or less. 前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を2点の電位値で行い、各検出電流値から前記半導体装置の良否を判定することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   8. The quality determination is performed by applying the positive predetermined potential at two potential values, and determining the quality of the semiconductor device from each detected current value. A method for screening a semiconductor device as described in 1. above. 前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を1点の電位値で行い、検出電流値と基準電流値を比較して前記半導体装置の良否を判定することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置のスクリーニング方法。   2. The quality determination is performed by applying the positive predetermined potential at a single potential value and comparing the detected current value with a reference current value to determine whether the semiconductor device is good or bad. 8. The method for screening a semiconductor device according to claim 7. 半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、
前記主面側の電流端子電極が、下層の第1金属層とメッキによって形成される上層の第2金属層とからなり、
前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第1金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続されてなる半導体装置であって、
前記接続孔の上方における前記第2金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなり、
前記ゲート電極が、−10[V]以下の耐圧を有してなることを特徴とする半導体装置。
A gate electrode of an insulated gate transistor and an interlayer insulating film are formed on the gate electrode and the semiconductor substrate on the main surface side of the semiconductor substrate , and at least one current terminal electrode is formed on the interlayer insulating film. And
The main surface side current terminal electrode comprises a lower first metal layer and an upper second metal layer formed by plating,
A semiconductor device in which the first metal layer is connected to a predetermined region adjacent to the gate electrode through a connection hole formed in an interlayer insulating film formed on the gate electrode in the vicinity of the gate electrode Because
The height of the lowest point of the second metal layer above the connection hole is set higher than the height of the interlayer insulating film,
The semiconductor device, wherein the gate electrode has a withstand voltage of −10 [V] or less.
前記ゲート電極が、−20[V]以下の耐圧を有してなることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the gate electrode has a withstand voltage of −20 [V] or less. 前記第1金属層が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the first metal layer is made of aluminum or an aluminum alloy. 前記第2金属層が、ニッケルまたはニッケル合金からなることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the second metal layer is made of nickel or a nickel alloy. 前記絶縁ゲート型トランジスタが、IGBTであり、
前記主面側の電流端子電極が、前記IGBTのエミッタ電極であることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置。
The insulated gate transistor is an IGBT;
The semiconductor device according to claim 10, wherein the main surface side current terminal electrode is an emitter electrode of the IGBT.
前記ゲート電極が、トレンチ構造のゲート電極であることを特徴とする請求項10乃至14のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the gate electrode is a gate electrode having a trench structure.
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