JP4815861B2 - Evaluation method for evaluating positional relationship between PN junction surface of semiconductor device and bottom of trench - Google Patents

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本発明は、半導体装置のPN接合面とトレンチ底部との位置関係の評価方法に関するものであり、特に、複数の連続するセル領域から周期的にセル領域が間引かれた部分を有する構造(以下、間引き構造と呼ぶ)のトレンチゲート型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、IGBTと呼ぶ)に対して行うセル領域が間引かれた部分の電気検査に用いて好適である。   The present invention relates to a method for evaluating the positional relationship between a PN junction surface of a semiconductor device and a trench bottom, and in particular, has a structure having a portion in which cell regions are periodically thinned out from a plurality of continuous cell regions (hereinafter referred to as the following). This is suitable for electrical inspection of a portion where a cell region is thinned out for a trench gate type insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) having a thinned structure.

従来、半導体層がトレンチによって電気的に2つの領域に分断され、その2つの領域のうちの一方は電極と電気的に接続され、他方は電極と電気的に接続されていない構造の半導体装置がある。   Conventionally, a semiconductor device has a structure in which a semiconductor layer is electrically divided into two regions by a trench, one of the two regions is electrically connected to an electrode, and the other is not electrically connected to the electrode. is there.

図11に、このような構造のIGBTの断面図を示す。図11に示す断面図は、トレンチを横切るように切断したときの断面図である。図11に示すIGBTは、トレンチゲート型で、間引き構造のIGBTである。   FIG. 11 shows a cross-sectional view of an IGBT having such a structure. The cross-sectional view shown in FIG. 11 is a cross-sectional view when cut across the trench. The IGBT shown in FIG. 11 is a trench gate type IGBT with a thinning structure.

このIGBTは、P型基板1と、P型基板1の表面上に配置されたN型ドリフト層2と、N型ドリフト層2の表面上に配置されたP型ベース領域3と、P型ベース領域3の内部表面側に位置するN型エミッタ領域4と、P型ベース領域3の表面から、N型エミッタ領域4およびP型ベース領域3を貫通して、N型ドリフト層2に到達する深さのトレンチ5と、トレンチ5の内壁上に形成されたゲート絶縁膜6と、トレンチ5の内部であって、ゲート絶縁膜6上に形成されたゲート電極7と、P型ベース領域3の表面上に配置され、P型ベース領域3の一部およびN型エミッタ領域4と電気的に接続されたエミッタ電極8と、P型基板1の裏面に接して配置され、P型基板1と電気的に接続されたコレクタ電極9とを備えている。 The IGBT includes a P + type substrate 1, an N type drift layer 2 disposed on the surface of the P + type substrate 1, and a P type base region 3 disposed on the surface of the N type drift layer 2. , the N + -type emitter region 4 located on the inner surface side of the P-type base region 3, from the surface of the P-type base region 3, through the N + -type emitter region 4 and the P-type base region 3, N - -type A trench 5 having a depth reaching the drift layer 2, a gate insulating film 6 formed on the inner wall of the trench 5, a gate electrode 7 formed on the gate insulating film 6 inside the trench 5, Arranged on the surface of the P-type base region 3, an emitter electrode 8 electrically connected to a part of the P-type base region 3 and the N + -type emitter region 4, and the rear surface of the P + -type substrate 1. A collector electrode 9 electrically connected to the P + type substrate 1 It has.

このIGBTでは、図中の左右片側半分に示すように、P型ベース領域3は、トレンチ5によって電気的に2つの領域3a、3bに分断されており、この2つの領域3a、3bのうち、一方の領域3aのみに、N型エミッタ領域4とP型ボディ領域10とが形成されている。この一方の領域3aは、P型ボディ領域10を介して、エミッタ電極8と電気的に接続されている。また、N型エミッタ領域4は、一方の領域3aのうち、トレンチ5の近傍の領域に部分的に配置されており、一方の領域3aのトレンチ5に接する部分にチャネルが形成される。このようにIGBT素子が形成される一方の領域3aが図中のセル領域である。 In this IGBT, as shown in the left and right half in the figure, the P-type base region 3 is electrically divided into two regions 3a and 3b by a trench 5, and of these two regions 3a and 3b, N + type emitter region 4 and P type body region 10 are formed only in one region 3a. This one region 3 a is electrically connected to the emitter electrode 8 through the P-type body region 10. Further, the N + -type emitter region 4 is partially disposed in a region in the vicinity of the trench 5 in the one region 3a, and a channel is formed in a portion in contact with the trench 5 in the one region 3a. Thus, one region 3a where the IGBT element is formed is a cell region in the figure.

また、上記した2つの領域3a、3bのうち、他方の領域3bは、絶縁膜11により、エミッタ電極8や他の電極と電気的に絶縁されており、電気的にフローティングの状態となっている。この他方の領域3bが、複数の連続したセル領域からセル領域を間引いた領域であり、図中のフローティング領域である(例えば、特許文献1参照)。   Of the two regions 3a and 3b, the other region 3b is electrically insulated from the emitter electrode 8 and other electrodes by the insulating film 11, and is in an electrically floating state. . The other region 3b is a region obtained by thinning a cell region from a plurality of continuous cell regions, and is a floating region in the figure (see, for example, Patent Document 1).

また、このような構造の半導体装置におけるN型ドリフト層2およびP型ベース領域3のPN接合面とトレンチ5の底部5aとの位置関係を評価する方法としては、SEM(Scanning Electron Microscopy)、SR(Spread Resistance)、SCM(Scanning Capacitance Microscopy )等の顕微技術を用いて評価する方法がある。例えば、SEMを用いた評価方法では、半導体装置の断面を観察することにより、PN接合面とトレンチ5の底部5aとの位置関係を評価する。 As a method for evaluating the positional relationship between the PN junction surfaces of the N -type drift layer 2 and the P-type base region 3 and the bottom 5a of the trench 5 in the semiconductor device having such a structure, SEM (Scanning Electron Microscopy), There are methods for evaluation using microscopic techniques such as SR (Spread Resistance) and SCM (Scanning Capacitance Microscopy). For example, in the evaluation method using SEM, the positional relationship between the PN junction surface and the bottom 5a of the trench 5 is evaluated by observing the cross section of the semiconductor device.

なお、トレンチ深さの測定方法としては、例えば、以下の2つの方法がある。第1の方法として、シリコン基板上にあらかじめ深くて末広がりのディテクター部としての溝を形成しておき、この部分の周囲に深さ測定用のトレンチを形成する。そして、トレンチ底部がディテクター部に到達しているトレンチと、トレンチパターンにおけるディテクター部とからの距離に基づいて、トレンチ深さを算出する方法等がある(特許文献2参照)。   As a method for measuring the trench depth, for example, there are the following two methods. As a first method, a groove as a detector portion that is deep and widens in advance is formed on a silicon substrate, and a trench for depth measurement is formed around this portion. There is a method of calculating the trench depth based on the distance from the trench where the bottom of the trench reaches the detector and the detector in the trench pattern (see Patent Document 2).

また、第2の方法として、トレンチが形成された基板上に型取り溶液を滴下することで、トレンチの形状に沿った突出部を有するネガレプリカを形成し、そのネガレプリカに基づいて、トレンチ深さを算出する方法がある(特許文献3参照)。
2003−204066号公報 特許第2783309号公報 2003−124279号公報
In addition, as a second method, a casting solution is dropped on a substrate on which a trench is formed, thereby forming a negative replica having a protruding portion along the shape of the trench. Based on the negative replica, a trench depth is formed. There is a method for calculating the thickness (see Patent Document 3).
No. 2003-204066 Japanese Patent No. 2783309 No. 2003-124279

上記した顕微技術を用いた評価方法は、サンプルの被測定部分を分断する破壊測定であり、一度、分析すると他の分析ができないという問題がある。   The evaluation method using the microscopic technique described above is a destructive measurement in which a portion to be measured of a sample is divided, and once analyzed, there is a problem that other analysis cannot be performed.

また、特許文献2、3に記載の方法は、半導体基板を破壊することなくトレンチ深さを算出することができるが、基板表面上に金属配線が形成される前に行われるものであり、基板表面上に金属配線が形成された後においては、利用できない。   Moreover, although the method of patent document 2, 3 can calculate trench depth, without destroying a semiconductor substrate, it is performed before metal wiring is formed on a substrate surface. It cannot be used after metal wiring is formed on the surface.

なお、上記した問題は、評価対象がIGBT以外の他の半導体装置の場合においても同様に発生する問題である。   The above-mentioned problem is a problem that occurs in the same manner even when the evaluation target is a semiconductor device other than the IGBT.

本発明は、上記点に鑑み、基板表面上に金属配線が形成された後であっても、半導体基板を破壊することなく、PN接合面とトレンチ底部との位置関係を評価できる評価方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides an evaluation method capable of evaluating the positional relationship between the PN junction surface and the trench bottom without destroying the semiconductor substrate even after the metal wiring is formed on the substrate surface. The purpose is to do.

上記目的を達成するため、請求項1、2に記載の発明では、第3電極(9)へ電圧を印加した状態で、第1電極(7)と第2電極(8)との間における絶縁膜(6)の容量を測定する。そして、測定結果と、容量の大きさと第3電極(9)への印加電圧の大きさの関係とに基づいて、位置関係を評価するととしている。 In order to achieve the above object, according to the first and second aspects of the invention, the insulation between the first electrode (7) and the second electrode (8) in a state where a voltage is applied to the third electrode (9). The volume of the membrane (6) is measured. Then, the measurement result, based on the magnitude of the relationship between the size and the third voltage applied to the electrodes (9) of the volume, is set to the this for evaluating the positional relationship.

ここで、絶縁膜の容量の大きさと第3電極への印加電圧の大きさの関係について、トレンチの底部がPN接合面に到達している場合と到達していない場合との間に違いがある。すなわち、トレンチが到達していない場合のみ、PN接合面付近で形成される空乏層が伸びてトレンチの底部に達する前後において、測定される絶縁膜の部分が異なるため、第3電極への印加電圧がある大きさのときを境にして、大きな容量変化が生じる。   Here, regarding the relationship between the magnitude of the capacitance of the insulating film and the magnitude of the voltage applied to the third electrode, there is a difference between when the bottom of the trench has reached the PN junction surface and when not reached. . That is, only when the trench does not reach, the measured insulating film portion is different before and after the depletion layer formed in the vicinity of the PN junction extends to reach the bottom of the trench. A large capacity change occurs at a certain size.

また、絶縁膜の容量の大きさと第3電極への印加電圧の大きさの関係について、トレンチの底部がPN接合面に到達していない場合、トレンチの底部とPN接合面との間のPN接合面に対して垂直な方向での距離と、上記した容量変化が起きるときの第3電極への印加電圧との大きさとに一定の関係がある。   In addition, regarding the relationship between the capacitance of the insulating film and the magnitude of the voltage applied to the third electrode, when the bottom of the trench does not reach the PN junction surface, the PN junction between the bottom of the trench and the PN junction surface There is a certain relationship between the distance in the direction perpendicular to the surface and the magnitude of the voltage applied to the third electrode when the capacitance change described above occurs.

したがって、本発明のように、これらの関係を利用することで、トレンチが第2半導体層の表面から接合界面まで到達しているか否か、接合界面からトレンチ底部までの距離がどれくらいか等のPN接合面とトレンチの底部との相対的な位置関係の評価を行うことができる。   Therefore, as in the present invention, by utilizing these relations, it is possible to determine whether the trench reaches the junction interface from the surface of the second semiconductor layer, the distance from the junction interface to the bottom of the trench, etc. The relative positional relationship between the joint surface and the bottom of the trench can be evaluated.

また、本発明の評価方法では、第1電極(7)と第2電極(8)との間における絶縁膜(6)の容量を測定することとしているので、基板表面上に金属配線が形成された後であっても、半導体基板を破壊することなく、PN接合面とトレンチ底部との位置関係を評価できる。   Further, in the evaluation method of the present invention, since the capacity of the insulating film (6) between the first electrode (7) and the second electrode (8) is measured, metal wiring is formed on the substrate surface. Even after this, the positional relationship between the PN junction surface and the trench bottom can be evaluated without destroying the semiconductor substrate.

体的には請求項1に記載の発明では、第3電極(9)へ異なる大きさの電圧を印加した状態で、第1電極(7)と第2電極(8)との間における絶縁膜(6)の容量を、複数測定する。 In concrete terms, between the invention described in claim 1, in a state where a voltage is applied to the different sizes third electrode (9), a first electrode (7) and the second electrode (8) A plurality of capacities of the insulating film (6) are measured.

続いて、測定結果同士における変化量が、絶縁膜(6)のうち、一方の領域(3a)に接する部分(6a)と他方の領域(3b)に接する部分(3b)の両方の容量と、一方の領域(3a)に接する部分(6a)のみの容量との差に相当する大きさであるか否かを判定する。そして、その判定結果より、他方の領域(3b)における第2電極(8)との電気的な接続状態を評価することができる。   Subsequently, in the insulating film (6), the amount of change between the measurement results is the capacitance of both the part (6a) in contact with one region (3a) and the part (3b) in contact with the other region (3b), It is determined whether or not the size corresponds to the difference from the capacity of only the portion (6a) in contact with one region (3a). And the electrical connection state with the 2nd electrode (8) in the other area | region (3b) can be evaluated from the determination result.

これは、上記したように、絶縁膜の容量の大きさと第3電極への印加電圧の大きさの関係において、PN接合面にトレンチが到達していない場合では、一方の領域と他方の領域とは、トレンチの下側で連結し、導通しているため、絶縁膜(6)のうち、一方の領域(3a)に接する部分(6a)と他方の領域(3b)に接する部分(3b)の両方の容量が測定される。そして、第3電極(9)への印加電圧がある大きさのとき、空乏層がトレンチの底部に達し、一方の領域と他方の領域とが絶縁されるため、絶縁膜のうちの一方の領域(3a)に接する部分(6a)の容量のみが測定されるからである。   As described above, when the trench does not reach the PN junction surface in the relationship between the capacity of the insulating film and the voltage applied to the third electrode, one region and the other region Are connected to the lower side of the trench and are conductive. Therefore, the insulating film (6) has a portion (6a) in contact with one region (3a) and a portion (3b) in contact with the other region (3b). Both capacities are measured. When the voltage applied to the third electrode (9) has a certain magnitude, the depletion layer reaches the bottom of the trench, and one region and the other region are insulated, so one region of the insulating film This is because only the capacity of the portion (6a) in contact with (3a) is measured.

なお、本発明において、第3電極の印加電圧の大きさは、少なくとも、トレンチがPN接合面に到達していない場合に、上記した容量変化が生じる範囲の大きさとすることが必要である。   In the present invention, it is necessary that the magnitude of the voltage applied to the third electrode is at least a magnitude within a range where the capacitance change occurs when the trench does not reach the PN junction surface.

また、請求項2に記載の発明では、第3電極(9)に電圧を印加した状態で、第1電極(7)と第2電極(8)との間における絶縁膜(6)の容量を測定する。そして、接合面(3c)付近で生じる空乏層(21)がトレンチ(5)の底部(5a)に到達することで測定容量が変化するときの第3電極(9)への印加電圧の大きさに基づいて、PN接合面(3c)からトレンチ(5)の底部(5a)までのPN接合面(3c)に垂直な方向における距離を算出することができる。 In the second aspect of the present invention, the capacitance of the insulating film (6) between the first electrode (7) and the second electrode (8) in a state where a voltage is applied to the third electrode (9). taking measurement. The magnitude of the voltage applied to the third electrode (9) when the measured capacitance changes due to the depletion layer (21) generated near the junction surface (3c) reaching the bottom (5a) of the trench (5). Based on the above, the distance in the direction perpendicular to the PN junction surface (3c) from the PN junction surface (3c) to the bottom (5a) of the trench (5) can be calculated.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
本実施形態は、本発明の評価方法を、間引き構造のトレンチゲート型IGBTに対してのセル領域が間引かれた部分(他方の領域3b)における電気検査方法に適用した例である。
(First embodiment)
The present embodiment is an example in which the evaluation method of the present invention is applied to an electrical inspection method in a portion (the other region 3b) where a cell region is thinned out for a trench gate type IGBT having a thinned structure.

まず、本実施形態における評価対象となるIGBTの構造について説明する。図1に、本発明の第1実施形態における評価対象となるIGBTの平面レイアウト図を示す。図1中のA−A線断面の構造は、図11に示す断面構造と同じであるため、以下では断面構造の説明を省略する。また、図1では、図11中のエミッタ電極8、絶縁膜11を省略している。   First, the structure of the IGBT to be evaluated in this embodiment will be described. FIG. 1 shows a plan layout diagram of an IGBT to be evaluated in the first embodiment of the present invention. Since the cross-sectional structure taken along the line AA in FIG. 1 is the same as the cross-sectional structure shown in FIG. In FIG. 1, the emitter electrode 8 and the insulating film 11 in FIG. 11 are omitted.

本実施形態では、IGBTの平面レイアウトを、図1に示すように、P型ベース領域3におけるトレンチ5によって電気的に分断された2つの領域のうちの一方の領域3aと他方の領域3bとが、ストライプ状に交互に配置され、複数の他方の領域3bが、それぞれ、トレンチ5で完全に囲まれたレイアウトとしている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the planar layout of the IGBT includes one region 3 a and the other region 3 b of the two regions electrically separated by the trench 5 in the P-type base region 3. In the layout, the plurality of other regions 3b are alternately surrounded by the trenches 5 and are alternately arranged in stripes.

また、本実施形態では、図11に示す構造において、例えば、P型基板1として、シリコン(Si)基板が用いられており、P型ベース領域3は、不純物拡散層で構成されている。ゲート絶縁膜6として、シリコン酸化膜(SiO膜)が用いられている。また、ゲート電極7として、高濃度にリン(P)がドーピングされ低抵抗化されたポリシリコン(Poly−Si)が用いられている。 In the present embodiment, in the structure shown in FIG. 11, for example, a silicon (Si) substrate is used as the P + type substrate 1, and the P type base region 3 is formed of an impurity diffusion layer. A silicon oxide film (SiO 2 film) is used as the gate insulating film 6. The gate electrode 7 is made of polysilicon (Poly-Si) doped with phosphorus (P) at a high concentration to reduce resistance.

ここで、図2に正常構造の例を示し、図3に異常構造の例を示す。なお、図2、3は、図11中の領域Bの部分拡大図であり、図11と同様の構成部には図11と同一の符号を付している。   Here, FIG. 2 shows an example of a normal structure, and FIG. 3 shows an example of an abnormal structure. 2 and 3 are partially enlarged views of the region B in FIG. 11, and the same reference numerals as those in FIG.

IGBTが正常構造の場合、図2に示すように、トレンチ5は、P型ベース領域3の表面からN型ドリフト層2に向かって伸びており、その深さがP型ベース領域3を貫通する深さであって、トレンチ5の底部5a(以下、トレンチ底部5aと呼ぶ)がN型ドリフト層2に到達している。すなわち、正常構造の場合では、トレンチ底部5aがN型ドリフト層2とP型ベース領域3とによるPN接合面3cよりもN型ドリフト層2側に位置している。 When the IGBT has a normal structure, as shown in FIG. 2, the trench 5 extends from the surface of the P-type base region 3 toward the N -type drift layer 2, and the depth penetrates the P-type base region 3. The bottom 5a of the trench 5 (hereinafter referred to as the trench bottom 5a) reaches the N type drift layer 2. In other words, in the case of the normal structure, the trench bottom 5 a is located closer to the N type drift layer 2 than the PN junction surface 3 c formed by the N type drift layer 2 and the P type base region 3.

この場合では、他方の領域3bがトレンチ5によって一方の領域3aと電気的に分断されているため、他方の領域3bは電気的にフローティングとなっている。   In this case, since the other region 3b is electrically separated from the one region 3a by the trench 5, the other region 3b is electrically floating.

これに対して、IGBTが異常構造の場合、図3に示すように、トレンチ5は、P型ベース領域3の表面からN型ドリフト層2に向かって伸びているが、P型ベース領域3よりも浅くなっている。すなわち、異常構造の場合では、トレンチ底部5aがPN接合面3cよりもP型ベース領域3側に位置している。 On the other hand, when the IGBT has an abnormal structure, as shown in FIG. 3, the trench 5 extends from the surface of the P-type base region 3 toward the N -type drift layer 2. It is shallower than. That is, in the case of the abnormal structure, the trench bottom 5a is located closer to the P-type base region 3 than the PN junction surface 3c.

この場合、他方の領域3bは一方の領域3aと電気的に分断されておらず、一方の領域3aと電気的に導通しているため、他方の領域3bはフローティングとなっていない。   In this case, the other region 3b is not electrically separated from the one region 3a, and is electrically connected to the one region 3a. Therefore, the other region 3b is not floating.

なお、図2、3中のN型ドリフト層2は、図2、3中では省略しているP型基板1を介して、コレクタ電極9と電気的に接続されている。 2 and 3, the N type drift layer 2 is electrically connected to the collector electrode 9 via the P + type substrate 1 which is omitted in FIGS.

また、本実施形態と本発明の対応関係は、以下の通りである。N型が第1導電型に相当し、P型が第2導電型に相当する。N型ドリフト層2が第1半導体層に相当し、P型ベース領域3が第2半導体層に相当する。また、ゲート絶縁膜6が絶縁膜に相当し、ゲート電極7が第1電極に相当し、エミッタ電極8が第2電極に相当し、コレクタ電極9が第3電極に相当する。 The correspondence relationship between the present embodiment and the present invention is as follows. The N type corresponds to the first conductivity type, and the P type corresponds to the second conductivity type. The N type drift layer 2 corresponds to the first semiconductor layer, and the P type base region 3 corresponds to the second semiconductor layer. The gate insulating film 6 corresponds to an insulating film, the gate electrode 7 corresponds to a first electrode, the emitter electrode 8 corresponds to a second electrode, and the collector electrode 9 corresponds to a third electrode.

次に、上記した構造のIGBTに対して行う他方の領域3bのフローティング検査方法を説明する。このフローティング検査とは、製造したIGBTに対して、他方の領域3bが電気的にフローティングになっているかを検査するものである。   Next, a floating inspection method for the other region 3b performed on the IGBT having the above structure will be described. This floating inspection is to inspect whether or not the other region 3b is electrically floating with respect to the manufactured IGBT.

本実施形態では、製造したIGBTが、図3のような異常構造を有していないかを、IGBTの入力容量を測定することにより、検査する。図4に、IGBTの入力容量を測定するための測定回路図を示す。この測定回路では、図4に示すように、コレクタ−エミッタ間にコンデンサを配置していている。   In the present embodiment, whether or not the manufactured IGBT has an abnormal structure as shown in FIG. 3 is inspected by measuring the input capacitance of the IGBT. FIG. 4 shows a measurement circuit diagram for measuring the input capacitance of the IGBT. In this measuring circuit, as shown in FIG. 4, a capacitor is arranged between the collector and the emitter.

具体的には、図4に示すように、コレクタ−エミッタ間に数V〜数百Vの逆方向電圧VCEを印加した状態で、各印加電圧時における入力容量(エミッタ−ゲート間の容量CGEとコレクタタ−ゲート間の容量CGCの合計)を、複数測定する。この入力容量の測定では、一般的な測定方法を採用することができる。 Specifically, as shown in FIG. 4, the collector - in a state of applying a reverse voltage V CE of several V~ several hundred V between the emitter, the input capacitance (emitter at each applied voltage - capacitance between the gate C A plurality of the total capacitance C GC between the GE and the collector-gate are measured. In this input capacitance measurement, a general measurement method can be employed.

そして、その測定結果と、入力容量の大きさとコレクタ電圧VCEの大きさの関係とに基づいて、他方の領域3bがフローティングであるか否かを判定する。 Then, it is determined and the measurement result, based on the magnitude of the relationship between the magnitude of the collector voltage V CE of the input capacitance, the other region 3b is whether the floating.

すなわち、図4に示す回路により、正常構造の場合と異常構造の場合の入力容量を測定すると、異常構造の場合のみ、後述するように、コレクタ電圧を徐々に大きくした場合、コレクタ電圧がある大きさのときを境にして、入力容量が大きく変化する。そこで、コレクタ電圧を徐々に大きくしながら入力容量を複数測定し、測定した入力容量に生じる大きな変化の有無を調べる。その結果、大きな容量変化があれば、他方の領域3bはフローティングではなく、IGBTは異常構造であると判定できる。一方、大きな容量変化がなければ、他方の領域3bはフローティングであり、IGBTは正常構造であると判定できる。   That is, when the input capacitance in the case of the normal structure and the case of the abnormal structure are measured by the circuit shown in FIG. 4, only when the collector voltage is gradually increased as described later, only when the collector voltage is gradually increased. From that time on, the input capacitance changes greatly. Therefore, a plurality of input capacitances are measured while gradually increasing the collector voltage, and the presence or absence of a large change in the measured input capacitance is examined. As a result, if there is a large capacitance change, it can be determined that the other region 3b is not floating and that the IGBT has an abnormal structure. On the other hand, if there is no large capacitance change, the other region 3b is floating, and it can be determined that the IGBT has a normal structure.

ここで、IGBTが正常構造の場合と異常構造の場合とにおける入力容量の大きさとコレクタ電圧との関係を説明する。図5に、正常構造と異常構造のIGBTについて、コレクタ電圧VCEを0〜300Vの範囲で変化させたときの入力容量の測定結果を示す。 Here, the relationship between the magnitude of the input capacitance and the collector voltage when the IGBT has a normal structure and an abnormal structure will be described. FIG. 5 shows the measurement results of the input capacitance when the collector voltage V CE is changed in the range of 0 to 300 V for the normal structure and the abnormal structure IGBT.

なお、図5中の正常品A、Bは正常構造のIGBTのことであり、異常品は、異常構造のIGBTのことである。また、正常品Aは、PN接合面3cからトレンチ底部5aまでのPN接合面3cに対して垂直な方向での距離が、正常品Bよりも大きいものである。また、正常品A、Bおよび異常品は、トレンチ底部5aとPN接合面3cとの位置関係が異なる以外は、同様の条件のものである。   Note that normal products A and B in FIG. 5 are IGBTs having a normal structure, and abnormal products are IGBTs having an abnormal structure. In the normal product A, the distance in the direction perpendicular to the PN junction surface 3c from the PN junction surface 3c to the trench bottom 5a is larger than that in the normal product B. The normal products A and B and the abnormal product have the same conditions except that the positional relationship between the trench bottom 5a and the PN junction surface 3c is different.

図5に示すように、正常構造の場合では、コレクタ電圧を0Vから徐々に大きくしたとき、1〜10Vの間で入力容量がわずかに低下するが、その後、入力容量は300Vまでほぼ一定値となる。すなわち、図5から、コレクタ電圧と入力容量との関係において、コレクタ電圧が1〜10Vの間にのみ、下に向けて凸形状の変化点が存在することがわかる。   As shown in FIG. 5, in the case of the normal structure, when the collector voltage is gradually increased from 0V, the input capacitance slightly decreases between 1 to 10V, but after that, the input capacitance is almost constant up to 300V. Become. That is, it can be seen from FIG. 5 that in the relationship between the collector voltage and the input capacitance, there is a convex change point downward only when the collector voltage is between 1 and 10V.

一方、異常構造の場合では、コレクタ電圧を0Vから徐々に大きくしたとき、1〜10Vの間で、正常構造の場合と同様に、入力容量がわずかに低下する。そして、コレクタ電圧が40Vから150Vにかけて、大きく入力容量が低下する。すなわち、図5から、コレクタ電圧と入力容量との関係において、コレクタ電圧が1〜10Vの間に、下に向けて凸形状の変化点が存在し、コレクタ電圧が40〜150Vの間に、上に向けて凸形状の変化点が存在することがわかる。   On the other hand, in the case of the abnormal structure, when the collector voltage is gradually increased from 0V, the input capacitance slightly decreases between 1 and 10V, as in the case of the normal structure. The input capacitance is greatly reduced when the collector voltage is 40V to 150V. That is, it can be seen from FIG. 5 that in the relationship between the collector voltage and the input capacitance, there is a convex change point downward between 1 and 10 V and the collector voltage is between 40 and 150 V. It can be seen that there is a convex change point toward.

異常構造の場合、例えば、コレクタ電圧が40Vのとき、入力容量は約2.7×E −9 nFであるが、コレクタ電圧が150Vのとき、約2×E −9 nFとなっている。なお、コレクタ電圧が40〜150Vの範囲での入力容量の低下量は、コレクタ電圧が1〜10Vの範囲での入力容量の低下量よりも大きく、また、測定誤差の範囲よりも当然に大きい。 In the case of an abnormal structure, for example, when the collector voltage is 40V, the input capacitance is about 2.7 × E −9 nF , but when the collector voltage is 150V, it is about 2 × E −9 nF . Note that the amount of decrease in input capacitance when the collector voltage is in the range of 40 to 150 V is larger than the amount of decrease in input capacitance when the collector voltage is in the range of 1 to 10 V, and is naturally larger than the range of measurement error.

したがって、コレクタ電圧の大きさを、異常構造の場合に入力容量が大きく変化するような電圧範囲、例えば数十V〜数百Vの範囲で異ならせ、製造したIGBTの入力容量を複数測定する。そして、上記した入力容量の大きな変化が生じたか否かを調べることにより、他方の領域3bがフローティングであるかの検査を行うことができる。   Therefore, the magnitude of the collector voltage is varied in a voltage range in which the input capacitance changes greatly in the case of an abnormal structure, for example, a range of several tens to several hundreds V, and a plurality of input capacitances of the manufactured IGBT are measured. Then, by examining whether or not the above-described large change in input capacitance has occurred, it is possible to inspect whether the other region 3b is floating.

次に、異常構造の場合のみ、上記したように、コレクタ電圧を増加させたときに入力容量の大きな変化が生じる理由を説明する。   Next, the reason why a large change in input capacitance occurs when the collector voltage is increased as described above only in the case of an abnormal structure will be described.

図6、7に正常構造、異常構造それぞれのIGBTの入力容量を測定しているときの概念図を示す。なお、図6、7は、それぞれ、図2、3に対応する図であり、図2、3と同じ構造部には、図2、3と同一の符号を付している。また、各図の(a)、(b)は、それぞれ、コレクタ電圧VCEを0V、数百Vにしたときの測定状況を示している。 FIGS. 6 and 7 show conceptual diagrams when the input capacitances of the IGBTs of the normal structure and the abnormal structure are measured. 6 and 7 are diagrams corresponding to FIGS. 2 and 3, respectively, and the same reference numerals as those in FIGS. Further, (a) and (b) in each figure show measurement situations when the collector voltage VCE is set to 0V and several hundreds V, respectively.

IGBTが正常構造の場合、図6(a)、(b)に示すように、IGBTの入力容量を測定したとき、エミッタ−ゲート間の容量CGEとして、ゲート絶縁膜6のうち、一方の領域3aに接している一方の領域側のゲート絶縁膜6aの容量のみが測定される。 When the IGBT has a normal structure, as shown in FIGS. 6A and 6B, when the IGBT input capacitance is measured, one region of the gate insulating film 6 is used as the emitter-gate capacitance CGE. Only the capacitance of the gate insulating film 6a on one region side in contact with 3a is measured.

このため、コレクタ電圧VCEを大きくしたときであっても、図6(b)に示すように、エミッタ−ゲート間の容量CGEとして、一方の領域側のゲート絶縁膜6aが測定されるので、入力容量の変化が小さく、入力容量は、ほぼ一定の大きさとなる。 For this reason, even when the collector voltage V CE is increased, as shown in FIG. 6B, the gate insulating film 6a on one side is measured as the emitter-gate capacitance C GE . The change of the input capacitance is small, and the input capacitance is almost constant.

なお、コレクタ−エミッタ間に逆方向電圧を印加した場合であって、その印加電圧を増加させた場合、PN接合面3cの近傍に生じる空乏層21がPN接合面3c付近からP型ベース領域3の表面側(図中上側)に成長する。このため、コレクタ電圧を増加させた場合、エミッタ−ゲート間の容量CGEがわずかに低下する。また、図5中、コレクタ電圧VCEが1〜10Vの間のときに入力容量が低下する理由は、ゲート−コレクタ間の容量CGCのうちの空乏層容量が減少するためであると推測される。 When a reverse voltage is applied between the collector and the emitter, and the applied voltage is increased, the depletion layer 21 generated in the vicinity of the PN junction surface 3c starts from the vicinity of the PN junction surface 3c to the P-type base region 3. It grows on the surface side (upper side in the figure). Therefore, when increasing the collector voltage, emitter - decreases the capacitance C GE slightly between gates. In FIG. 5, the reason why the input capacitance decreases when the collector voltage V CE is between 1 and 10 V is presumed to be that the depletion layer capacitance of the gate-collector capacitance C GC decreases. The

一方、IGBTが異常構造の場合、図7(a)に示すように、コレクタ電圧VCEが低い範囲では、トレンチ5の下側に、他方の領域3bと一方の領域3aとのリークパスが存在し、フローティングとなっていない。このため、IGBTの入力容量を測定したとき、エミッタ−ゲート間の容量CGEとして、一方の領域側のゲート絶縁膜6aの容量だけでなく、他方の領域3bに接して形成されている他方の領域側のゲート絶縁膜6bの容量も測定される。 On the other hand, when the IGBT has an abnormal structure, as shown in FIG. 7A, in the range where the collector voltage VCE is low, there is a leakage path between the other region 3b and the one region 3a below the trench 5. Not floating. Therefore, when measuring the input capacitance of the IGBT, the emitter - as capacitance C GE between the gate, as well as capacitance of the gate insulating film 6a of one area side, the other being formed in contact with the other region 3b The capacitance of the gate insulating film 6b on the region side is also measured.

そして、図7(b)に示すように、コレクタ電圧VCEが40V〜150Vの範囲内のある大きさのとき、空乏層21がトレンチ底部5aに到達するため、トレンチ5の下側に存在していたリークパスが消滅する。このため、エミッタ−ゲート間の容量CGEとして、一方の領域側のゲート絶縁膜6aの容量のみが測定されるようになる。 Then, as shown in FIG. 7B, when the collector voltage V CE has a certain value within the range of 40V to 150V, the depletion layer 21 reaches the trench bottom 5a, and therefore exists below the trench 5. The leaked path disappears. Therefore, only the capacitance of the gate insulating film 6a on one region side is measured as the emitter-gate capacitance CGE .

この理由により、異常構造では、コレクタ電圧を増加させながら入力容量を測定した場合、コレクタ電圧VCEがある大きさ(空乏層21がトレンチ5に到達する大きさ)を超えたとき、入力容量が大きく低下する。 For this reason, in the abnormal structure, when the input capacitance is measured while increasing the collector voltage, when the collector voltage V CE exceeds a certain level (the size at which the depletion layer 21 reaches the trench 5), the input capacitance is Decrease significantly.


次に、本実施形態の主な特徴を説明する。本実施形態では、上記したように、間引き構造のトレンチゲート型IGBTに対して、エミッタ電極8を接地電位としてコレクタ電極9に種々の大きさの電圧を印加した状態で、入力容量を複数測定する。そして、コレクタ電極9の印加電圧を徐々に増加させた場合に、容量値が大きく低下するという変化の有無を調べることにより、他方の領域3bのフローティング検査を行うようにしている。

Next, main features of the present embodiment will be described. In the present embodiment, as described above, a plurality of input capacitances are measured in a state in which various voltages are applied to the collector electrode 9 with the emitter electrode 8 as the ground potential for the thinned trench gate type IGBT. . Then, when the voltage applied to the collector electrode 9 is gradually increased, the floating inspection of the other region 3b is performed by examining whether or not the capacitance value greatly decreases.

これにより、基板表面上に金属配線が形成された後であっても、半導体基板を破壊することなく、他方の領域3bのフローティング検査を行うことができる。   Thereby, even after the metal wiring is formed on the substrate surface, the floating inspection of the other region 3b can be performed without destroying the semiconductor substrate.

そして、本実施形態の方法によれば、図8、9に示すようなIGBTの異常構造を検出することができる。なお、図8、9は、異常構造の例を示す斜視図であり、図11中の領域Cに相当する図である。また、図8、9では、図11と同様の構成部には図11と同一の符号を付しており、説明の便宜上、N型ドリフト層2、P型ベース領域3、トレンチ5のみを示している。 Then, according to the method of the present embodiment, the abnormal structure of the IGBT as shown in FIGS. 8 and 9 can be detected. 8 and 9 are perspective views showing examples of the abnormal structure, and correspond to a region C in FIG. 8 and 9, the same components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 11. For convenience of explanation, only the N -type drift layer 2, the P-type base region 3, and the trench 5 are provided. Show.

図8に示す異常構造は、他方の領域3bを完全に取り囲んで配置されているトレンチ5の深さが均一で、トレンチ底部5aがPN接合面3cに到達していない構造である。また、図9に示す異常構造は、他方の領域3bを取り囲んで配置されているトレンチ5の一部分5cにおいて、トレンチ底部5aがPN接合面3cに到達していない構造である。なお、図9に示す異常構造の検出は、測定精度を高くすることで可能となる。   The abnormal structure shown in FIG. 8 is a structure in which the trench 5 arranged completely surrounding the other region 3b has a uniform depth and the trench bottom 5a does not reach the PN junction surface 3c. Further, the abnormal structure shown in FIG. 9 is a structure in which the trench bottom 5a does not reach the PN junction surface 3c in the portion 5c of the trench 5 disposed so as to surround the other region 3b. Note that the abnormal structure shown in FIG. 9 can be detected by increasing the measurement accuracy.

また、本実施形態と異なる他のフローティング検査方法としては、フローティング電位となる他方の領域3bにコンタクトを設け、このコンタクトと電気的に接続された検査パッドと、エミッタ電極8との間における電気抵抗を測定する方法がある。   As another floating inspection method different from the present embodiment, a contact is provided in the other region 3b having a floating potential, and an electric resistance between the inspection pad electrically connected to this contact and the emitter electrode 8 is provided. There is a way to measure.

しかし、この方法では、コンタクトや、このコンタクトと検査用パッドとを電気的に接続するための引き回し配線等の特別な構造を設ける必要があり、マスクパターンの複雑化、有効セル面積が狭くなってしまう等の問題点があった。   However, in this method, it is necessary to provide a contact or a special structure such as a lead-out wiring for electrically connecting the contact and the inspection pad, which complicates the mask pattern and reduces the effective cell area. There was a problem such as.

これに対して、本実施形態の検査方法は、入力容量を測定することから、コンタクトや引き回し配線等の検査のための特別な構造をIGBTに設ける必要がない。このため、上記した問題点を解消することができる。   On the other hand, since the inspection method of this embodiment measures the input capacitance, it is not necessary to provide a special structure for the inspection of contacts, routing wirings, etc. in the IGBT. For this reason, the above-described problems can be solved.

(第2実施形態)
第1実施形態では、他方の領域3bのフローティング検査、すなわち、PN接合面3cとトレンチ底部5aとの深さ方向での位置関係において、トレンチ底部5aがPN接合面3cに到達しているか否かを評価する方法を例として説明した。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, whether or not the trench bottom 5a has reached the PN junction surface 3c in the floating inspection of the other region 3b, that is, the positional relationship in the depth direction between the PN junction surface 3c and the trench bottom 5a. The method for evaluating the above has been described as an example.

これに対して、本実施形態では、例えば、間引き構造のトレンチゲート型IGBTが、図8に示すように、トレンチ5が均一の深さで、トレンチ底部5aがPN接合面3cに到達していない異常構造の場合に、PN接合面3cからトレンチ底部5aまでのPN接合面3cと垂直な方向での距離を算出する方法を説明する。   On the other hand, in the present embodiment, for example, as shown in FIG. 8, the thinned trench gate type IGBT has the trench 5 having a uniform depth and the trench bottom 5a does not reach the PN junction surface 3c. In the case of an abnormal structure, a method for calculating the distance from the PN junction surface 3c to the trench bottom 5a in the direction perpendicular to the PN junction surface 3c will be described.

図10に、評価対象となる半導体装置の部分斜視図を示す。図10に示す構造は、図8と同じであり、図11中の領域Cに相当するものである。図10では、図11と同様の構成部には図11と同一の符号を付している。   FIG. 10 is a partial perspective view of a semiconductor device to be evaluated. The structure shown in FIG. 10 is the same as FIG. 8, and corresponds to the region C in FIG. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

図10に示すように、PN接合面3cに対して垂直な方向(図中上下方向)において、PN接合面3cからトレンチ底部5aまでの距離をW0、P型ベース領域3内の空乏層21の端からトレンチ底部5aまでの距離をWVCEとする。 As shown in FIG. 10, in the direction perpendicular to the PN junction surface 3c (up and down direction in the figure), the distance from the PN junction surface 3c to the trench bottom 5a is W0, and the depletion layer 21 in the P-type base region 3 The distance from the end to the trench bottom 5a is defined as WV CE .

そして、IGBTの入力容量を測定した場合、第1実施形態で説明したように、コレクタ電圧VCEが小さく、WVCE>0のときでは、エミッタ−ゲート間の容量CGEとして、一方の領域側のゲート絶縁膜6aの容量と、他方の領域側のゲート絶縁膜6bの容量との両方が測定される。一方、コレクタ電圧VCEを増加させ、WVCE<0となったときでは、エミッタ−ゲート間の容量CGEとして、一方の領域側のゲート絶縁膜6aの容量のみが測定される。すなわち、コレクタ電圧VCEの大きさをWVCE=0となるときの電圧とした場合を境にして、入力容量が大きく変化する。 When the input capacitance of the IGBT is measured, as described in the first embodiment, when the collector voltage V CE is small and WV CE > 0, the emitter-gate capacitance C GE is used as one region side. Both the capacitance of the gate insulating film 6a and the capacitance of the gate insulating film 6b on the other region side are measured. On the other hand, when the collector voltage V CE is increased and WV CE <0, only the capacitance of the gate insulating film 6a on one region side is measured as the emitter-gate capacitance C GE . That is, the input capacitance changes greatly with the collector voltage V CE as the voltage when WV CE = 0.

そこで、本実施形態では、まず、第1実施形態と同様に、IGBTの入力容量を複数測定し、入力容量の変化点(WVCE=0)となるときのコレクタ電圧VCEの大きさを求める。そして、そのときのコレクタ電圧VCEの大きさから、以下に説明するように、距離W0を算出する。 Therefore, in the present embodiment, as in the first embodiment, first, a plurality of IGBT input capacitances are measured, and the magnitude of the collector voltage V CE when the input capacitance change point (WV CE = 0) is obtained. . Then, from the magnitude of the collector voltage V CE at that time, as described below, calculates the distance W0.

ここで、入力容量の変化が生じるときのコレクタ電圧VCEの大きさと、PN接合面3cとトレンチ底部5aの距離W0との間に、一定の関係がある。距離W0が小さいほど、入力容量の変化が生じるときのコレクタ電圧VCEは小さいという関係である。したがって、N型ドリフト層2およびP型ベース領域3の不純物濃度等のIGBTのトレンチ深さ以外の諸条件が一定の場合において、上記した関係をあらかじめ調査しておく。 Here, there is a certain relationship between the magnitude of the collector voltage V CE when the input capacitance changes and the distance W0 between the PN junction surface 3c and the trench bottom 5a. The smaller the distance W0, the smaller the collector voltage VCE when the input capacitance changes. Therefore, in the case where various conditions other than the trench depth of the IGBT such as the impurity concentration of the N type drift layer 2 and the P type base region 3 are constant, the above-described relationship is investigated in advance.

これにより、入力容量の変化が生じるときのコレクタ電圧の大きさと、上記した関係とに基づいて、PN接合面3cからトレンチ底部5aまでのPN接合面3cと垂直な方向での距離W0を算出することができる。   Thus, the distance W0 in the direction perpendicular to the PN junction surface 3c from the PN junction surface 3c to the trench bottom 5a is calculated based on the magnitude of the collector voltage when the input capacitance changes and the relationship described above. be able to.

本実施形態においても、IGBTの入力容量を測定し、その測定結果に基づいて、PN接合面3cからトレンチ底部5aまでの距離W0を算出するようにしているので、第1実施形態と同様の効果を有している。   Also in this embodiment, the input capacitance of the IGBT is measured, and the distance W0 from the PN junction surface 3c to the trench bottom 5a is calculated based on the measurement result. Therefore, the same effect as that of the first embodiment is obtained. have.

(他の実施形態)
(1)第1実施形態では、コレクタ電圧VCEの大きさを数V〜数百Vの範囲で変化させて、入力容量を測定する場合を例として説明したが、入力容量の測定数は任意に変更可能である。
(Other embodiments)
(1) In the first embodiment, the case where the input capacitance is measured while changing the magnitude of the collector voltage V CE in the range of several V to several hundred V has been described as an example. However, the number of input capacitances to be measured is arbitrary. Can be changed.

例えば、測定数を2つとすることもできる。異常構造の場合において、コレクタ電圧VCEの大きさを、空乏層21がトレンチ底部5aに到達すると予想される前後の大きさとしたときの入力容量を比較することで、入力容量の変化の有無がわかるからである。なお、この場合、コレクタ電圧VCEの大きさは、異常構造の場合におけるトレンチ底部5aの位置範囲を想定して決定することが好ましい。 For example, the number of measurements can be two. In the case of the abnormal structure, whether or not there is a change in the input capacitance can be obtained by comparing the input capacitance when the magnitude of the collector voltage V CE is the magnitude before and after the depletion layer 21 is expected to reach the trench bottom 5a. Because I understand. In this case, it is preferable to determine the magnitude of the collector voltage V CE by assuming the position range of the trench bottom 5a in the case of an abnormal structure.

(2)第1実施形態では、測定した複数の入力容量を比較して、コレクタ電圧VCEを増加させた場合における入力容量の大きな変化の有無を判定することにより、フローティング検査を行う場合を例として説明したが、入力容量の大きさとコレクタ電圧VCEの大きさとの関係に基づいていれば、他の方法により、フローティング検査を行うこともできる。 (2) In the first embodiment, a case where a floating inspection is performed by comparing a plurality of measured input capacitances and determining whether or not there is a large change in input capacitance when the collector voltage VCE is increased is taken as an example. However, as long as it is based on the relationship between the magnitude of the input capacitance and the magnitude of the collector voltage VCE , the floating test can be performed by another method.

例えば、第2実施形態のように、入力容量の変化が生じるときのコレクタ電圧VCEの大きさから、PN接合面3cからトレンチ底部5aまでのPN接合面3cと垂直な方向での距離W0を算出し、その距離W0の正負からフローティング検査を行うこともできる。 For example, as in the second embodiment, the distance W0 in the direction perpendicular to the PN junction surface 3c from the PN junction surface 3c to the trench bottom 5a is calculated from the magnitude of the collector voltage VCE when the input capacitance changes. It is also possible to calculate and perform a floating inspection from the positive and negative of the distance W0.

また、例えば、コレクタ電圧VCEが所定の大きさのときの入力容量の絶対値から、フローティング検査を行うこともできる。 Further, for example, the floating inspection can be performed from the absolute value of the input capacitance when the collector voltage V CE is a predetermined magnitude.

これは、図5からわかるように、コレクタ電圧VCEが0〜40Vの範囲のとき、異常構造では、トレンチ5の両側に位置するゲート絶縁膜6a、6bの容量が測定されるため、異常品の入力容量は、正常品の入力容量よりも大きい。一方、コレクタ電圧VCEが100V以上のときでは、異常構造の方が、正常構造よりもトレンチ底部5aとPN接合面3cとの距離が大きく、一方の領域側のゲート絶縁膜6aが短いため、異常品の入力容量は、正常品の入力容量よりも小さいからである。 As can be seen from FIG. 5, when the collector voltage V CE is in the range of 0 to 40 V, in the abnormal structure, the capacitance of the gate insulating films 6a and 6b located on both sides of the trench 5 is measured. Is larger than the input capacity of normal products. On the other hand, when the collector voltage V CE is 100 V or more, the abnormal structure has a larger distance between the trench bottom 5a and the PN junction surface 3c than the normal structure, and the gate insulating film 6a on one region side is short. This is because the input capacity of the abnormal product is smaller than the input capacity of the normal product.

したがって、コレクタ電圧VCEが0〜40Vもしくは100V以上の範囲のときの入力容量を測定し、その測定結果が適正範囲内であるか否かを判定することにより、フローティング検査を行うことができる。なお、適正範囲とは、コレクタ電圧VCEが0〜40Vもしくは100V以上の範囲のときの正常構造の場合における入力容量の大きさの範囲である。 Accordingly, the floating inspection can be performed by measuring the input capacitance when the collector voltage V CE is in the range of 0 to 40 V or 100 V or more and determining whether or not the measurement result is within the appropriate range. Note that the appropriate range is the size range of the input capacitance when the collector voltage V CE is normal structure when the range of more than 0~40V or 100 V.

(3)上記した各実施形態では、IGBTの入力容量(CGE+CGC)を測定する場合を例として説明したが、エミッタ−ゲート間の容量CGEのみを測定することもできる。上記したように、異常構造の場合では、コレクタ電圧VCEを変化させながらエミッタ−ゲート間の容量CGCを測定したとき、大きな容量変化が生じるからである。 (3) In each of the above-described embodiments, the case where the input capacitance (C GE + C GC ) of the IGBT is measured has been described as an example. However, only the capacitance C GE between the emitter and the gate can be measured. As described above, in the case of the abnormal structure, when the capacitance CGC between the emitter and the gate is measured while changing the collector voltage VCE , a large capacitance change occurs.

(4)上記した各実施形態では、コレクタ電圧VCEの大きさを数V〜数百Vの範囲で変化させる場合を例として説明した。これに対して、コレクタ電圧VCEを変化させる範囲は、異常構造の場合に、空乏層21がトレンチ底部5aに到達すると想定される電圧の前後であれば、N型ドリフト層2、P型ベース領域3の不純物濃度等の諸条件に応じて、任意に変更が可能である。 (4) In the above-described embodiments, the case where the magnitude of the collector voltage V CE is changed in the range of several V to several hundred V has been described as an example. In contrast, the range for changing the collector voltage V CE, when the abnormal structure, as long as the voltage across the depletion layer 21 is assumed to reach the bottom of the trench 5a, N - -type drift layer 2, P-type Any change can be made according to various conditions such as the impurity concentration of the base region 3.

(5)上記した各実施形態では、P型ベース領域3を第2半導体層の例として説明したが、他の領域を第2半導体層とすることもできる。すなわち、間引き構造のトレンチゲート型IGBTにおいて、P型ベース領域3と異なる領域に対して形成されたトレンチについての評価方法として、本発明を適用することもできる。また、上記した各実施形態のIGBTに対して導電型をすべて反対としたIGBTを評価対象とすることもできる。   (5) In each of the above-described embodiments, the P-type base region 3 has been described as an example of the second semiconductor layer, but other regions may be used as the second semiconductor layer. That is, the present invention can be applied as an evaluation method for a trench formed in a region different from the P-type base region 3 in a thinned-out trench gate type IGBT. In addition, IGBTs whose conductivity types are all opposite to the IGBTs of the above-described embodiments can be evaluated.

また、上記した各実施形態では、間引き構造のトレンチゲート型IGBTを評価対象とする場合を例として説明したが、これに限らず、MOS等の他の半導体装置を評価対象とすることもできる。   Further, in each of the above-described embodiments, the case where the trench gate type IGBT having a thinned-out structure is an evaluation target has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other semiconductor devices such as a MOS can also be the evaluation target.

この場合、半導体装置の構造としては、少なくとも以下の構成を備えていればよい。すなわち、導電型が異なる2つの第1半導体層と第2半導体層が接合されていること、第2半導体層の表面から第1半導体層に向かって伸びるようにトレンチが形成されていること、トレンチ内に絶縁膜を介して、第1電極が形成されていること、トレンチを挟んで対向している領域のうち、一方の領域が第2電極と電気的に接続されており、他方の領域が第2電極と電気的に接続されていない、もしくは、他方の領域が、トレンチの下側で連結している一方の領域を介してのみ電気的に接続されていること、第1半導体層が第3電極と電気的に接続されていることである。   In this case, the structure of the semiconductor device may have at least the following configuration. That is, two first semiconductor layers and second semiconductor layers having different conductivity types are joined, a trench is formed so as to extend from the surface of the second semiconductor layer toward the first semiconductor layer, The first electrode is formed through an insulating film inside, one of the regions facing each other across the trench is electrically connected to the second electrode, and the other region is It is not electrically connected to the second electrode, or the other region is electrically connected only via one region connected below the trench, and the first semiconductor layer is It is electrically connected to the three electrodes.

本発明の第1実施形態における評価対象となるIGBTの平面レイアウトを示す図である。It is a figure which shows the planar layout of IGBT used as evaluation object in 1st Embodiment of this invention. 図1中のIGBTにおける正常構造を示す図である。It is a figure which shows the normal structure in IGBT in FIG. 図1中のIGBTにおける異常構造を示す図である。It is a figure which shows the abnormal structure in IGBT in FIG. IGBTの入力容量を測定するための測定回路図である。It is a measurement circuit diagram for measuring the input capacitance of IGBT. 正常構造と異常構造のIGBTについて、コレクタ電圧VCEが0〜300Vの範囲のときの入力容量の測定結果を示す図である。The IGBT of normal structure and abnormal structures is a diagram showing a measurement result of the input capacitance when ranging collector voltage V CE is 0~300V. IGBTが正常構造の場合における入力容量の測定状況の概念図であり、(a)はコレクタ電圧VCEが0Vのとき、(b)はコレクタ電圧VCEが数百Vのときを示している。It is a conceptual diagram of the measurement situation of the input capacitance when the IGBT has a normal structure, (a) shows when the collector voltage V CE is 0 V, and (b) shows when the collector voltage V CE is several hundred V. IGBTが異常構造の場合における入力容量の測定状況の概念図であり、(a)はコレクタ電圧VCEが0Vのとき、(b)はコレクタ電圧VCEが数百Vのときを示している。It is a conceptual diagram of the measurement situation of the input capacitance when the IGBT has an abnormal structure, (a) shows when the collector voltage V CE is 0 V, and (b) shows when the collector voltage V CE is several hundreds V. 図1中のIGBTにおける異常構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the abnormal structure in IGBT in FIG. 図1中のIGBTにおける異常構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the abnormal structure in IGBT in FIG. 本発明の第2実施形態における評価方法を説明するためのIGBTの部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view of IGBT for demonstrating the evaluation method in 2nd Embodiment of this invention. 間引き構造のトレンチゲート型IGBTの断面図である。It is sectional drawing of the trench gate type IGBT of a thinning structure.

符号の説明Explanation of symbols

1…P型基板、2…N型ドリフト層、3…P型ベース領域、
3a…P型ベース領域3で、トレンチ5で分断された2つの領域のうちの一方の領域、
3b…P型ベース領域3で、トレンチ5で分断された2つの領域のうちの他方の領域、
3c…PN接合面、4…N型エミッタ領域、
5…トレンチ、5a…トレンチ底部、
6…ゲート絶縁膜、
6a…一方の領域側のゲート絶縁膜、6b…他方の領域側のゲート絶縁膜、
7…ゲート電極、8…エミッタ電極、
9…コレクタ電極、10…P型ボディ領域、
21…空乏層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... P + type | mold board | substrate, 2 ... N - type drift layer, 3 ... P type base area | region,
3a ... one of the two regions divided by the trench 5 in the P-type base region 3,
3b ... P-type base region 3 and the other of the two regions divided by trench 5;
3c ... PN junction surface, 4 ... N + type emitter region,
5 ... trench, 5a ... trench bottom,
6 ... Gate insulating film,
6a: a gate insulating film on one region side, 6b: a gate insulating film on the other region side,
7 ... Gate electrode, 8 ... Emitter electrode,
9 ... Collector electrode, 10 ... P-type body region,
21 ... depletion layer.

Claims (2)

第1導電型の第1半導体層(2)と、
前記第1半導体層(2)の表面上に配置された第2導電型の第2半導体層(3)と、
前記第2半導体層(3)に形成され、前記第2半導体層(3)の表面から前記第1半導体層(2)に到達する深さのトレンチ(5)と、
前記トレンチ(5)の内壁上に形成された絶縁膜(6)と、
前記トレンチ(5)の内部であって、前記絶縁膜(6)上に形成された第1電極(7)と、
前記第2半導体層(3)が前記トレンチ(5)によって電気的に2つの領域(3a、3b)に分断されており、前記2つの領域(3a、3b)のうちの一方の領域(3a)と電気的に接続され、前記2つの領域(3a、3b)のうちの他方の領域(3b)と電気的に接続されていない第2電極(8)と、
前記第1半導体層(2)と電気的に接続された第3電極(9)とを備える半導体装置に対して行う前記第1半導体層(2)および前記第2半導体層(3)のPN接合面(3c)と、前記トレンチ(5)の底部(5a)との位置関係の評価方法であって、
前記第3電極(9)へ異なる大きさの電圧を印加した状態で、前記第1電極(7)と前記第2電極(8)との間における前記絶縁膜(6)の容量を、複数測定し、
測定結果同士における変化量が、前記絶縁膜(6)のうち、前記一方の領域(3a)に接する部分(6a)と前記他方の領域(3b)に接する部分(3b)の両方の容量と、前記一方の領域(3a)に接する部分(6a)のみの容量との差に相当する大きさであるか否かを判定し、
その判定結果より、前記他方の領域(3b)における前記第2電極(8)との電気的な接続状態を評価することを特徴とする半導体装置のPN接合面とトレンチの底部との位置関係の評価方法。
A first conductivity type first semiconductor layer (2);
A second semiconductor layer (3) of a second conductivity type disposed on the surface of the first semiconductor layer (2);
Is formed on the second semiconductor layer (3), and said second semiconductor layer (3) from the surface having a depth that reaches the first semiconductor layer (2) of the trench (5),
An insulating film (6) formed on the inner wall of the trench (5);
A first electrode (7) formed in the trench (5) and on the insulating film (6);
The second semiconductor layer (3) is electrically divided into two regions (3a, 3b) by the trench (5), and one region (3a) of the two regions (3a, 3b). A second electrode (8) that is electrically connected to the other region (3b) of the two regions (3a, 3b);
PN junction of the first semiconductor layer (2) and the second semiconductor layer (3) performed on a semiconductor device including a third electrode (9) electrically connected to the first semiconductor layer (2). A method for evaluating a positional relationship between a surface (3c) and a bottom (5a) of the trench (5),
A plurality of capacitances of the insulating film (6) between the first electrode (7) and the second electrode (8) are measured with different voltages applied to the third electrode (9). And
The amount of change between the measurement results is the capacitance of both the portion (6a) in contact with the one region (3a) and the portion (3b) in contact with the other region (3b) of the insulating film (6), It is determined whether or not the size corresponds to the difference from the capacity of only the portion (6a) in contact with the one region (3a),
From the determination result, the electrical connection state with the second electrode (8) in the other region (3b) is evaluated, and the positional relationship between the PN junction surface of the semiconductor device and the bottom of the trench is characterized. Evaluation methods.
第1導電型の第1半導体層(2)と、
前記第1半導体層(2)の表面上に配置された第2導電型の第2半導体層(3)と、
前記第2半導体層(3)の内部に形成され、前記第2半導体層(3)の表面から前記第1半導体層に向かって伸びており、前記第2半導体層(3)よりも浅いトレンチ(5)と、
前記トレンチ(5)の内壁上に形成された絶縁膜(6)と、
前記トレンチ(5)の内部であって、前記絶縁膜(6)上に形成された第1電極(7)と、
前記第2半導体層(3)における前記トレンチ(5)を挟んで対向して配置されている2つの領域(3a、3b)のうちの一方の領域(3a)と電気的に接続され、かつ、前記2つの領域(3a、3b)のうちの他方の領域(3b)と前記トレンチ(5)の下側で結合されている前記一方の領域(3a)のみを介して電気的に接続されている第2電極(8)と、
前記第1半導体層(2)と電気的に接続された第3電極(9)とを備える半導体装置に対して行う前記第1半導体層(2)および前記第2半導体層(3)のPN接合面(3c)と、前記トレンチ(5)の底部(5a)との位置関係の評価方法であって、
前記第3電極(9)へ異なる大きさの電圧を印加した状態で、前記第1電極(7)と前記第2電極(8)との間における前記絶縁膜(6)の容量を、複数測定し、
前記接合面(3c)付近で生じる空乏層(21)が前記トレンチ(5)の底部(5a)に到達することで測定容量が、前記絶縁膜(6)のうち、前記一方の領域(3a)に接する部分(6a)と前記他方の領域(3b)に接する部分(3b)の両方の容量から、前記一方の領域(3a)に接する部分(6a)のみの容量へと変化するときの前記第3電極(9)への印加電圧の大きさに基づいて、前記PN接合面(3c)から前記トレンチ(5)の底部(5a)までの前記PN接合面(3c)に垂直な方向における距離を算出することを特徴とする半導体装置のPN接合面とトレンチの底部との位置関係の評価方法。
A first conductivity type first semiconductor layer (2);
A second semiconductor layer (3) of a second conductivity type disposed on the surface of the first semiconductor layer (2);
A trench formed in the second semiconductor layer (3), extending from the surface of the second semiconductor layer (3) toward the first semiconductor layer, and shallower than the second semiconductor layer (3) ( 5) and
An insulating film (6) formed on the inner wall of the trench (5);
A first electrode (7) formed in the trench (5) and on the insulating film (6);
Electrically connected to one region (3a) of two regions (3a, 3b) disposed opposite to each other across the trench (5) in the second semiconductor layer (3); and It is electrically connected to the other region (3b) of the two regions (3a, 3b) only through the one region (3a) coupled to the lower side of the trench (5). A second electrode (8);
PN junction of the first semiconductor layer (2) and the second semiconductor layer (3) performed on a semiconductor device including a third electrode (9) electrically connected to the first semiconductor layer (2). A method for evaluating a positional relationship between a surface (3c) and a bottom (5a) of the trench (5),
While applying a voltage to the different sizes and the third electrode (9), the capacitance of the insulating film (6) between the first electrode (7) and the second electrode (8), a plurality Measurement And
The depletion layer (21) generated in the vicinity of the junction surface (3c) reaches the bottom (5a) of the trench (5), so that the measurement capacitance is the one region (3a) of the insulating film (6). ) When changing from the capacitance of both the portion (6a) in contact with the second region (3b) and the portion (3b) in contact with the other region (3b) to the capacitance of only the portion (6a) in contact with the one region (3a) Based on the magnitude of the voltage applied to the third electrode (9), the distance in the direction perpendicular to the PN junction surface (3c) from the PN junction surface (3c) to the bottom (5a) of the trench (5) The method for evaluating the positional relationship between the PN junction surface of the semiconductor device and the bottom of the trench is characterized in that:
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