JP5266899B2 - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法に関する。

近年、モータ等の負荷を駆動するパワー半導体装置では、スイッチング素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。ＩＧＢＴは、ＭＯＳＦＥＴとバイポーラトランジスタを複合化したトランジスタであり、高速動作、高耐圧、低オン抵抗という特徴を有している。
ＩＧＢＴでは、デバイス活性領域内の金属不純物を酸素析出物又はその周辺に吸収することで除去するイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）能力が重要な特性となる。
ＩＧＢＴのイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）能力の検査方法として、例えば、特許文献１には、ウェハから切り出したサンプルをライトエッチ液に浸漬した後、ＢＭＤ密度を測定することにより評価する方法が開示されている。
特開平５−９０５９１号公報

しかし、上述のエッチングによる検査方法は破壊検査のために製品そのものの検査はできないという問題があった。また、専用の設備が必要であるとともに、検査に要する時間が長く、生産性が悪いという問題があった。

そこで、この発明は、イントリンシックゲッタリング能力を非破壊で効率よく検査すること可能な絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ドリフト層の表面側の一部にエミッタ領域が形成されるとともに前記ドリフト層の裏面側にバッファ層およびコレクタ層が順に積層されてなる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法であって、前記コレクタ層と、前記バッファ層および前記ドリフト層と、前記エミッタ領域とが、エミッタ、ベース、コレクタとして機能するトランジスタの電流増幅率を測定し、この測定された電流増幅率が、あらかじめ設定されたしきい値を超えたときに、当該絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのイントリンシックゲッタリングの能力が高いものと評価する、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、イントリンシックゲッタリングの能力の評価を、エミッタ領域、ドリフト層、バッファ層及びコレクタ層により形成されたトランジスタの電流増幅率を測定することにより行うことができる。イントリンシックゲッタリング能力が高いと、トランジスタの電流増幅率が増大するため、あらかじめ電流増幅率のしきい値を設定し、このしきい値と比較することにより、イントリンシックゲッタリング能力を非破壊で効率よく評価し、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを検査することできる。

請求項２に記載の発明では、ドリフト層の表面側の一部にエミッタ領域が形成されるとともに前記ドリフト層の裏面側にバッファ層およびコレクタ層が順に積層されてなる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法であって、前記コレクタ層と、前記バッファ層および前記ドリフト層と、前記エミッタ領域とが、エミッタ、ベース、コレクタとして機能するトランジスタと同様の構成を有するＴＥＧ素子を、前記ドリフト層の表面側であって前記エミッタ領域と異なる領域に形成し、当該ＴＥＧ素子を用いて前記トランジスタの電流増幅率を測定し、この測定された電流増幅率が、あらかじめ設定されたしきい値を超えたときに、当該絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのイントリンシックゲッタリングの能力が高いものと評価する、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明にように、本検査方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが形成された同一半導体ウェハ上に当該トランジスタと同様の構成を有するＴＥＧ素子を形成して行うこともできる。

この発明に係る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法について、プレーナ型ＩＧＢＴ（以下、ＩＧＢＴという）を例に、図を参照して説明する。図１は、ＩＧＢＴの構造と電流増幅率を測定する回路とを示す説明図である。図１（Ａ）は、ＩＧＢＴの断面説明図であり、図１（Ｂ）は、電流増幅率を測定する回路の説明図である。図２は、本検査方法により測定した電流増幅率とＢＭＤ濃度との関係を示す説明図である。図３は、ＩＧＢＴの構造と電流増幅率との関係を示す説明図である。

（半導体装置の配線構造）
図１（Ａ）に示すように、ＩＧＢＴ１は、例えばＳｉウエハからなるｎ型半導体基板をドリフト層１１とし、そのドリフト層１１の表面側にｐ型のチャネル領域１２が形成されている。チャネル領域１２内にはｎ型のエミッタ領域１３が形成されており、チャネル領域１２の一部の上には絶縁膜１４を介してゲート電極１５が形成されている。

エミッタ電極１６はチャネル領域１２及びエミッタ領域１３に電気的に接続されるとともに、絶縁膜１４によりゲート電極１５から絶縁されている。ドリフト層１１の裏面側には、ｎ型の不純物拡散層よりなるバッファ層１７とｐ型のコレクタ層１８とが形成されており、コレクタ層１８にはコレクタ電極１９が形成されている。上述の構成が半導体基板の主面に沿って反復的に多数配列されており、大きな電流定格が得られている。

ＩＧＢＴ１の周縁部には、ドリフト層１１のコンタクト領域２１に接続されている等電位リング（ＥＱＲ）２０が設けられている。ＥＱＲ２１は、図示しない絶縁膜により他の導電部材から絶縁されて設けられている。

上述の構成により、ＩＧＢＴ１には、チャネル領域１２、ドリフト層１１、バッファ層１７及びコレクタ層１８により、図中に模式的に示すＰＮＰトランジスタ３０が形成される。

ＩＧＢＴ１のイントリンシックゲッタリング能力の検査は、ＰＮＰトランジスタ３０の電流増幅率（ＨＦＥ）を測定することにより行う。図１（Ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ１のエミッタ電極１６をＰＮＰトランジスタ３０のコレクタ端子Ｃ１とし、ＩＧＢＴ１のドリフト層１１に接続されるＥＱＲ２０をＰＮＰトランジスタ３０のベース端子とし、ＩＧＢＴのコレクタ端子をＰＮＰトランジスタ３０のエミッタ端子Ｅ１として電流増幅率（ＨＦＥ）を測定する。

コレクタ層１８内のイントリンシックゲッタリング能力が高いと、重金属がゲッタリングされて、ＰＮＰトランジスタ３０のドリフト層に相当するドリフト層１１及びバッファ層１８の重金属濃度が下がるので、再結合ライフタイムが長くなる。これにより、ＰＮＰトランジスタ３０の電流増幅率が増大する。従って、電流増幅率を測定し、しきい値を設定し、しきい値以上を合格とするように管理することにより、イントリンシックゲッタリング能力を非破壊で評価することができる。

図２には、測定例として、上記構成によるＩＧＢＴ１において、図１（Ｂ）のエミッタ端子Ｅ１、即ちエミッタ電極１６を接地し、図１（Ｂ）のコレクタ端子Ｃ１、即ちコレクタ電極１９に１０Ｖを印加した場合の電流増幅率（ＨＦＥ）を示す。Ａは、コレクタ層１８のＢＭＤ濃度が１３×１０^５ｃｍ^−２と濃度が高く、イントリンシックゲッタリング能力が高いＩＧＢＴの測定結果であり、Ｂは、ＢＭＤ濃度が２×１０^５ｃｍ^−２と濃度が低く、イントリンシックゲッタリング能力が劣るＩＧＢＴの測定結果である。なお、ＢＭＤ濃度は、厚さ２μｍのライトエッチ後に測定した濃度である。

電流増幅率は、エミッタ電流が０．０１Ａを超えると、ＢＭＤ濃度に対する依存性を発現し、同じエミッタ電流に対してはＢＭＤ濃度が高い程、電流増幅率が大きくなる。

このように、良品のＩＧＢＴ１についてエミッタ電流と電流増幅率との関係を取得し、あるエミッタ電流に対して電流増幅率のしきい値を設定し、検査対象のＩＧＢＴ１の電流増幅率をこのしきい値と比較することにより、ＩＧＢＴ１の検査を行うことができる。つまり、検査対象のＩＧＢＴ１の電流増幅率がしきい値を超えていれば、良品と判断することができる。しきい値は、例えば良品の電流増幅率の平均値より３σ分低い値に設定することができる。また、本測定例では、エミッタ電流０．１〜０．５Ａにおいて電流増幅率の差が特に顕著であり、測定条件として好適である。

本検査方法は、例えば、ＥＱＲ２０に測定用のプローブを接触させて行うことができるが、ＩＧＢＴ１が形成された同一ウェハ上にＰＮＰトランジスタ３０と同様の構成を有するＴＥＧ素子を形成して、検査に用いてもよい。

図３に、バッファ層及びドリフト層の厚さが異なる種々の構造のＩＧＢＴにおける電流増幅率の測定結果を示す。ここでは、エミッタ電流０．１Ａの測定結果を示す。各構造ともに、電流増幅率のＢＭＤ濃度依存性が顕著であり、電流増幅率を測定することにより、ＩＧＢＴの良否の判断を正確に行うことが可能であることがわかる。

以上のような検査方法によれば、エッチングを行うための専用の設備が不要であるとともに、検査に要する時間を短くすることができる。

［最良の形態の効果］
本実施形態の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法によれば、ＩＧＢＴ１のイントリンシックゲッタリング能力の評価を、チャネル領域１２、ドリフト層１１、バッファ層１７及びコレクタ層１８により形成されたＰＮＰトランジスタ３０の電流増幅率（ＨＦＥ）を測定することにより行う。
コレクタ層１８内のイントリンシックゲッタリング能力が高いと、ＰＮＰトランジスタ３０の電流増幅率が増大するため、良品のＩＧＢＴ１についてエミッタ電流と電流増幅率との関係を取得し、あるエミッタ電流に対して電流増幅率のしきい値を設定し、検査対象のＩＧＢＴ１の電流増幅率をこのしきい値と比較することにより、ＩＧＢＴ１の検査を行うことができる。
これにより、イントリンシックゲッタリング能力を非破壊で効率よく検査すること可能な絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法を実現することができる。

［その他の実施形態］
本実施形態では、プレーナ型のＩＧＢＴ１について説明したが、これに限定されるものではなく、トレンチ型のＩＧＢＴやバイポーラトランジスタにも適用することができる。

ＩＧＢＴの構造と電流増幅率を測定する回路とを示す説明図である。図１（Ａ）は、ＩＧＢＴの断面説明図であり、図１（Ｂ）は、電流増幅率を測定する回路の説明図である。 本検査方法により測定した電流増幅率とＢＭＤ濃度との関係を示す説明図である。 ＩＧＢＴの構造と電流増幅率との関係を示す説明図である。

符号の説明

１０ 半導体基板
１１ ドリフト層
１２ チャネル領域
１３ エミッタ領域
１４ 層間絶縁膜
１５ ゲート電極
１６ エミッタ電極
１７ バッファ層
１８ コレクタ層
１９ コレクタ電極
２０ ドリフト層コンタクト
２１ ＥＱＲ電極

Claims (2)

1. ドリフト層の表面側の一部にエミッタ領域が形成されるとともに前記ドリフト層の裏面側にバッファ層およびコレクタ層が順に積層されてなる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法であって、
   前記コレクタ層と、前記バッファ層および前記ドリフト層と、前記エミッタ領域とが、エミッタ、ベース、コレクタとして機能するトランジスタの電流増幅率を測定し、この測定された電流増幅率が、あらかじめ設定されたしきい値を超えたときに、当該絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのイントリンシックゲッタリングの能力が高いものと評価することを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法。
2. ドリフト層の表面側の一部にエミッタ領域が形成されるとともに前記ドリフト層の裏面側にバッファ層およびコレクタ層が順に積層されてなる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法であって、
   前記コレクタ層と、前記バッファ層および前記ドリフト層と、前記エミッタ領域とが、エミッタ、ベース、コレクタとして機能するトランジスタと同様の構成を有するＴＥＧ素子を、前記ドリフト層の表面側であって前記エミッタ領域と異なる領域に形成し、
   当該ＴＥＧ素子を用いて前記トランジスタの電流増幅率を測定し、この測定された電流増幅率が、あらかじめ設定されたしきい値を超えたときに、当該絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのイントリンシックゲッタリングの能力が高いものと評価することを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法。

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