JP6901669B2 - ＰｉＮダイオードの検査方法及びＰｉＮダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰｉＮダイオードの検査方法及びＰｉＮダイオードに係り、更に詳しくは、ＰｉＮダイオードの逆回復特性を検査する方法及び当該検査を用いたＰｉＮダイオードの製造方法に関する。

ＰｉＮダイオードの逆回復（リバースリカバリー）特性を改善するために、ドリフト層の少数キャリアのライフタイム制御が広く用いられている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、重金属拡散や電子線照射などにより、再結合中心となる結晶欠陥をドリフト層に導入することにより、キャリアのライフタイムを短縮させ、ドリフト層における定常的なキャリア密度を低減している。キャリア密度の低減により、逆回復特性が改善される一方、順バイアス時の抵抗が増大する。このため、ライフタイム制御を適切に行うことにより、順バイアス時の損失を低減つつ、逆回復特性の優れたＰｉＮダイオードを製造することができる。

このようなＰｉＮダイオードの特性にはばらつきがあり、製造工程において選別を行うためのスクリーニング検査が行われる。ＰｉＮダイオードは、半導体ウエハをダイシングすることにより製造され、スクリーニング検査は、ダイシング前のウエハにプローブを接触させて行われる。

例えば、ＦＲＤ（Fast Recovery Diode：高速リカバリーダイオード）と呼ばれる高速動作用のＰｉＮダイオードの場合、逆回復時間ｔｒｒは１００ｎｓｅｃ以下であり、容易に測定することはできない。このため、スクリーニング検査において逆回復時間ｔｒｒを測定しようとすれば、製造コストを増大させる要因になる。そこで、順方向電圧ＶＦを測定し、その測定値から逆回復時間ｔｒｒを推定し、スクリーニングを行うことが考えられる。上述した通り、結晶欠陥が増えれば、逆回復時間ｔｒｒが短くなるとともに、順バイアス時の抵抗が増大する。このため、順方向電流ＩＦが一定の場合、順方向電圧ＶＦと逆回復時間ｔｒｒとは反比例の関係になる。この関係を利用すれば、順方向電圧ＶＦの測定値から逆回復時間ｔｒｒを推定することができる。

しかしながら、ダイシング前のウエハに対し、実使用時と同様の大電流を流して検査を行うことは容易でないことから、実使用時よりも小さな順方向電流ＩＦで検査を行うことになり、測定精度を向上させることが難しいという問題があった。また、低耐圧のＰｉＮダイオードの場合、逆回復時間ｔｒｒの変化に対応する順方向電圧ＶＦの変化が小さくなり、順方向電圧ＶＦの測定値から逆回復時間ｔｒｒを正確に推定することがさらに難しくなるという問題があった。

図１２は、順方向電圧ＶＦ、逆回復時間ｔｒｒ及び耐圧ＶＲの関係を示した図である。この図では、順方向電流ＩＦが一定の場合における順方向電圧ＶＦと逆回復時間ｔｒｒとの関係が示されている。また、３つの特性線は、異なる耐圧６００Ｖ、４００Ｖ、２００Ｖにそれぞれ対応している。

この図を参照すれば、ＰｉＮダイオードの低耐圧化により、順方向電圧ＶＦに対する逆回復時間ｔｒｒの特性が立ち上がり、その傾きが垂直に近づき、逆回復時間の変化量△ｔｒｒに対応する順方向電圧の変化量△ＶＦが小さくなっていくことがわかる。このため、低耐圧のＰｉＮダイオードの場合、順方向電圧ＶＦの測定値から逆回復時間ｔｒｒを正確に推定することができない。

さらに、複数のＰｉＮダイオードを並列接続して使用する場合、これらのＰｉＮダイオードの特性がばらついていれば、特定のＰｉＮダイオードに電流が集中してしまう。このため、このような用途に適用されるＰｉＮダイオードは、さらに高精度のスクリーニングが要求されるため、順方向電圧ＶＦの測定値から逆回復時間ｔｒｒを推定する検査方法には限界があった。

特開２００３−１６３３５７

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＰｉＮダイオードの逆回復特性を容易かつ正確に検査することができるＰｉＮダイオードの検査方法を提供することを目的とする。また、逆回復特性の良好なＰｉＮダイオードの製造方法を提供することを目的とする。また、逆回復特性のばらつきを抑制したＰｉＮダイオードの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の実施態様によるＰｉＮダイオードの検査方法は、ｎ型の第１半導体層及び不純物濃度が第１半導体層よりも低いｎ型の第２半導体層からなる半導体基板と、第１半導体層の外面上に形成されたカソード電極と、第２半導体層の外面からｐ型不純物を選択的に拡散させて形成されたアノード領域と、上記アノード領域上に形成されたアノード電極とを備えたＰｉＮダイオードの検査方法において、第２半導体層に形成されたオーミック電極を介して、第２半導体層の抵抗を測定する測定ステップと、上記抵抗の測定値に基づいて、上記ＰｉＮダイオードの逆回復特性を評価する評価ステップとを備える。

第２半導体層に形成されたオーミック電極を用いることにより、ＰＮ接合による伝導度変調の影響を受けることなく、第２半導体層の抵抗を測定することができる。この測定値に基づいてＰｉＮダイオードの逆回復特性を評価することにより、アノード電極及びカソード電極間の順方向電圧を測定して評価する場合に比べて、伝導度変調の影響を受けることなく評価することができるので、容易かつ正確な評価を行うことができる。

本発明の第２の実施態様によるＰｉＮダイオードの検査方法は、上記構成に加えて、上記測定ステップにおいて、第２半導体層に形成された２つのオーミック電極を介して、第２半導体層の抵抗を測定するように構成される。この様な構成を採用することにより、半導体基板の一方の面に対しアクセスするだけで検査することができ、迅速かつ容易に評価を行うことができる。

本発明の第３の実施態様によるＰｉＮダイオードの検査方法は、上記構成に加えて、上記測定ステップにおいて、第２半導体層の上記オーミック電極及び上記カソード電極を介して、第２半導体層の抵抗を測定するように構成される。この様な構成を採用することにより、半導体基板の一方の面に対しアクセスするだけで検査することができ、迅速かつ容易に評価を行うことができる。

本発明の第４の実施態様によるＰｉＮダイオードの検査方法は、上記構成に加えて、上記評価ステップにおいて、上記抵抗の測定値と、予め与えられた上記ＰｉＮダイオードの耐圧又は第２半導体層の厚さとに基づいて、上記ＰｉＮダイオードの逆回復特性を評価するように構成される。この様な構成を採用することにより、第２半導体層の厚さのばらつきに応じた第２半導体層の抵抗のばらつきを補償することができ、逆回復特性をより正確に評価することができる。

本発明の第５の実施態様によるＰｉＮダイオードの検査方法は、上記構成に加えて、上記評価ステップにおいて、上記抵抗の測定値に対し、第２半導体層の厚さのばらつきを補償した評価値を求め、当該評価値に基づいて上記ＰｉＮダイオードの逆回復特性を評価するように構成される。

本発明の第６の実施態様によるＰｉＮダイオードの製造方法は、ＰｉＮダイオードの上記検査方法を用いて、製造工程中において検査が行われるように構成される。この様な構成により、ＰｉＮダイオードを安価に製造することができる。また、逆回復特性の揃ったＰｉＮダイオードを製造することができる。

本発明によれば、ＰｉＮダイオードの逆回復特性を容易かつ正確に検査することができる。また、逆回復特性の良好なＰｉＮダイオードを提供することができる。また、逆回復特性のばらつきを抑制したＰｉＮダイオードを提供することができる。

ダイシング前の半導体ウエハ１を示した平面図である。 図１の半導体ウエハ１の一部を拡大して示した図である。 図２のＡ−Ａ切断線により半導体ウエハ１を切断したときの断面図である。 図２のＢ−Ｂ切断線により半導体ウエハ１を切断したときの断面図である。 ＰｉＮダイオード２の検査時の様子の一例を示した平面図である。 ＰｉＮダイオード２の検査時の様子の一例を示した断面図である。 ドリフト層の抵抗Ｒと逆回復電荷量Ｑｒｒとの関係を示した図である。 評価値Ｐと逆回復電荷量Ｑｒｒとの関係を示した図である。 耐圧ＶＲとドリフト層の抵抗Ｒとの関係を示した図である。 本発明の実施の形態２によるＰｉＮダイオード２の検査時の様子の一例を示した平面図である。 本発明の実施の形態２によるＰｉＮダイオード２の検査時の様子の一例を示した断面図である。 順方向電圧ＶＦ、逆回復時間ｔｒｒ及び耐圧ＶＲの関係を示した図である。

実施の形態１．
（１）半導体ウエハ
図１及び図２は、本発明の実施の形態１によるＰｉＮダイオードの検査方法の検査対象を示した図であり、ＰｉＮダイオード２を製造中の半導体ウエハ１が示されている。図１は、ダイシング前の半導体ウエハ１を示した平面図であり、図２は、図１の半導体ウエハ１の一部を拡大して示した図である。半導体ウエハ１上には、多数のＰｉＮダイオード２及び多数の検査電極３Ａ，３Ｂが形成されている。

ＰｉＮダイオード２は、縦方向及び横方向に整列して格子状に配置され、隣接するＰｉＮダイオード２は、ダイシングスペース４を挟んで互いに離間して配置されている。ダイシングスペース４は、ＰｉＮダイオード２を分離するための切断領域であり、一定の幅を有し、縦方向又は横方向に直線的に延びる領域として形成されている。各ＰｉＮダイオード２は、ダイシングスペース４によって囲まれ、ダイシングスペース４の幅方向中央をダイシングソー（不図示）で切断することにより、それぞれチップ状のＰｉＮダイオード２に分離されてパッケージングされる。本明細書では、ダイシングソーによる切断線をダイシングライン５と呼ぶものとする。

検査電極３Ａ及び３Ｂは、製造工程中のスクリーニング検査で使用する電極であり、一対の検査電極３Ａ及び３Ｂを用いて、ＰｉＮダイオード２のドリフト層の抵抗Ｒが測定される。このスクリーニング検査では、抵抗Ｒの測定値に基づいて逆回復特性が評価され、ＰｉＮダイオードの良否判定が行われる。

検査電極３Ａ，３Ｂは、ＰｉＮダイオード２の形成領域を除く半導体ウエハ１上の任意の位置に配置することができる。例えば、ダイシングスペース４内に検査電極３Ａ，３Ｂを配置することができる。検査電極３Ａが陽極用、検査電極３Ｂが陰極用であるため、半導体ウエハ１上には、少なくとも一対の検査電極３Ａ，３Ｂが配置される。また、半導体ウエハ１上に多数の検査電極３Ａ，３Ｂを配置することにより、ウエハ上の位置によるばらつきを考慮した高精度の検査を行うことができる。特に、一対の検査電極３Ａ，３ＢをＰｉＮダイオード２の近傍に配置することにより、当該ＰｉＮダイオード２のドリフト層の抵抗を正確に測定することできる。

図中には、各ＰｉＮダイオード２に隣接して一対の検査電極３Ａ，３Ｂがそれぞれ設けられるように、多数のＰｉＮダイオード２及び多数の検査電極３Ａ，３Ｂが半導体ウエハ１上に配置されている例が示されている。このような構成により、全てのＰｉＮダイオード２について、それぞの抵抗測定を半導体ウエハ１のダイシング前に行うことができる。また、検査電極３Ａ，３Ｂは、ダイシングライン５上に形成されており、ダイシングによって切断される。

また、検査電極は、ダイシングラインよりも内側の領域、例えば、ＰｉＮダイオード２が形成される矩形領域の頂部に設けられた余白領域（不図示）に配置することもできる。この場合、ダイシング後のＰｉＮダイオード２上に検査電極が残される。なお、ダイオードの形成領域の頂部に検査電極を配置する場合、各ＰｉＮダイオード２の２カ所の頂部にに検査電極を形成し、一対の検査電極として用いることができる。

（２）ＰｉＮダイオード２
図３及び図４は、ＰｉＮダイオード２及び検査電極３Ａ，３Ｂの詳細構成を示した断面図である。図３には、図２のＡ−Ａ切断線により半導体ウエハ１を切断したときの断面が示され、図４には、図２のＢ−Ｂ切断線により半導体ウエハ１を切断したときの断面が示されている。ＰｉＮダイオード２は、半導体基板１０の下側の主面上にカソード電極２１が形成され、上側の主面上に絶縁膜１３、アノード電極２４、ＥＱＲ電極２６及び検査電極３Ａ，３Ｂが形成されている。

半導体基板１０は、Ｎ型半導体層１１（第１半導体層）及び高抵抗半導体層１２（第２半導体層）からなる。また、高抵抗半導体層１２内には、アノード領域１４、ＦＬＲ領域１５、ＥＱＲ領域１６、フローティング領域１７及び検査領域１８が選択的に形成されている。

Ｎ型半導体層１１は、高濃度のｎ型不純物（ｎ^＋）を含有する半導体層であり、例えば、不純物としてヒ素（Ａｓ）が含まれるシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる。Ｎ型半導体層１１は、ＰｉＮダイオード２のＰｉＮ構造のＮ層に相当し、Ｎ型半導体層１１の表面にはカソード電極２１が形成されている。カソード電極２１は、アルミニウムなどの金属からなり、蒸着、スパッタリング又はめっきにより、半導体基板１０の下面全体に形成される。

高抵抗半導体層１２は、Ｎ型半導体層１１よりも低濃度のｎ型不純物（ｎ⁻）を含有する半導体層であり、例えば、Ｎ型半導体層１１上にエピタキシャル成長させることによって形成される。高抵抗半導体層１２は、ＰｉＮ構造のＩ層に相当し、ＰＮ接合間に挟まれたドリフト層として機能する。高抵抗半導体層１２の表面には絶縁膜１３が形成されている。

また、高抵抗半導体層１２は、重金属拡散又は電子線照射などの周知の方法によりライフタイムキラーが導入される。ライフタイムキラーは、キャリアの再結合中心となる不純物原子や格子欠陥であり、ライフタイムキラーを導入することにより、キャリアのライフタイムが短縮され、高抵抗半導体層１２におけるキャリア密度が低下する。その結果、ＰｉＮダイオード２の逆回復特性を改善することができる。

アノード領域１４は、高抵抗半導体層１２の表面からボロン（Ｂ）などのｐ型不純物を選択的に拡散させることによって形成されたｐ型半導体からなる領域であり、半導体基板１０の上面付近に形成される。アノード領域１４は、ＰｉＮ構造のＰ層に相当し、アノード領域１４の表面にはアノード電極２４が形成される。アノード電極２４は、絶縁膜１３を選択的に除去し、アルミニウムなどの金属を蒸着させることにより形成される。

ＦＬＲ（Field Limiting Ring）領域１５は、アノード領域１４と同一の工程により、高抵抗半導体層１２内に形成されたｐ型半導体からなる領域であり、絶縁膜１３によって覆われている。ＦＬＲ領域１５は、アノード領域１４と接することなく、その周囲を取り囲む環状領域として形成される。図中には、２つのＦＬＲ領域１５により、アノード領域１４が二重に取り囲まれている例が示されている。ＦＬＲ領域１５は、逆バイアス時にアノード領域１４の周縁部に形成される空乏層の歪みを緩和し、当該周縁部付近への電界集中を抑制するするＦＬＲ構造を形成し、耐圧を向上させる。

ＥＱＲ（EQui-potential Ring）領域１６は、高抵抗半導体層１２の表面からリン（Ｐ）などのｎ型不純物を選択的に拡散させることによって形成された高濃度の不純物を含有するｎ型半導体からなる領域であり、半導体基板１０の上面付近に形成される。ＥＱＲ領域１６は、ＦＬＲ領域１５と接することなく、その周囲を取り囲む環状領域として形成される。ＥＱＲ領域１６の表面には、ＥＱＲ電極２６が形成される。ＥＱＲ電極２６は、絶縁膜１３を選択的に除去し、アルミニウムなどの金属を蒸着させることにより形成される。オーミック電極としてのＥＱＲ電極２６は、カソード電極２１と同電位に保持され、空乏層の広がりを阻止するチャネルストッパとして機能する。

フローティング領域１７は、アノード領域１４と同一の工程により、高抵抗半導体層１２内に形成されたｐ型半導体からなる領域である。フローティング領域１７は、検査領域１８を取り囲む領域として形成される。また、フローティング領域１７は、検査領域１８よりも深い領域として形成される。このため、検査領域１８直下の高抵抗半導体層１２がフローティング領域によって取り囲まれ、検査電流が高抵抗半導体層１２内において水平方向に広がるのを抑制することができる。

検査領域１８は、高抵抗半導体層１２の表面からヒ素（Ａｓ）などのｎ型不純物を選択的に拡散させることによって形成される高濃度の不純物を含有するｎ型半導体からなる領域であり、半導体基板１０の上面付近に形成される。検査領域１８は、フローティング領域１７に囲まれた領域として形成される。検査領域１８の表面には、検査電極３Ａ，３Ｂが形成される。

検査電極３Ａは、絶縁膜１３を選択的に除去して開口を形成し、当該開口から検査領域１８を露出させた状態で、アルミニウムなどの金属を蒸着させることにより形成される。つまり、検査電極３Ａは、検査領域１８を介して、高抵抗半導体層１２に対しオーミック接触する電極として形成される。

検査電極３Ｂは、絶縁膜１３を選択的に除去して開口を形成し、当該開口から検査領域１８及びフローティング領域１７を露出させた状態で、アルミニウムなどの金属を蒸着させることにより形成される。このため、検査電極３Ａは、検査領域１８を介して、高抵抗半導体層１２に対しオーミック接触するとともに、フローティング領域１７を検査領域１８と同電位に維持する。図中では、２つの開口が形成され、一方の開口を介して検査領域１８を露出させ、他方の開口を介してフローティング領域１７を露出させた状態で、検査電極３Ｂが形成されている。

（３）検査方法
図５及び図６は、ＰｉＮダイオード２の検査時の様子の一例を示した平面図及び断面図である。ＰｉＮダイオード２の検査では、２本のプローブ３０を用いて、ドリフト層の抵抗が測定される。

ＰｉＮダイオード２の検査は、ダイシング前の半導体ウエハ１の上面に対し、２本のプローブ３０を接触させて行われる。正極側のプローブ３０を検査電極３Ａに接触させ、負極側のプローブ３０を検査電極３Ｂに接触させた状態で、検査電圧Ｖｄを印加し、検査電極３Ａ，３Ｂ間の抵抗Ｒを測定する。検査電極３Ｂは、フローティング領域１７にも導通しているため、電圧印加時に、フローティング領域１７が負極側の電圧に固定され、フローティング領域１７と、これを挟む２つの検査領域１８とがｎｐｎトランジスタとして動作するのを防止している。

図６には、抵抗Ｒ１ｈ、Ｒ２ｈ、Ｒ２ｖが示されている。抵抗Ｒ１ｈは、Ｎ型半導体層１１内における水平方向の抵抗であり、抵抗Ｒ２ｈは、高抵抗半導体層１２内における水平方向の抵抗である。同一の距離について抵抗Ｒ１ｈ，Ｒ２ｈを比較すれば、抵抗Ｒ１ｈは抵抗Ｒ２ｈよりも遥かに小さい。このため、検査電極３Ａ，３Ｂ間に検査電圧Ｖｄを印加したとき、検査電流Ｉｄは、検査電極３Ａ，３Ｂ付近において高抵抗半導体層１２内を縦方向（厚さ方向）に縦断し、Ｎ型半導体層１１内を横方向（主面に水平な方向）に流れる。また、抵抗Ｒ１ｈは抵抗Ｒ２ｖもよりも十分に小さいため、抵抗Ｒ＝Ｖｄ／Ｉｄを求めることにより、（２×Ｒ２ｖ）を測定することができる。つまり、抵抗Ｒは、高抵抗半導体層１２の厚さ方向の抵抗値であり、高抵抗半導体層１２の厚さ及びキャリア密度に依存し、検査電極３Ａ，３Ｂ間の距離に依存しない。なお、検査領域１８直下の高抵抗半導体層１２をフローティング領域１７で取り囲むことにより、高抵抗半導体層１２内において検査電流が水平方向に広がるのを抑制することができ、高抵抗半導体層１２の厚さ方向の抵抗値をより精度よく測定することができる。

（４）評価方法
抵抗Ｒを耐圧ＶＲにより補正した評価値Ｐを求め、当該評価値Ｐを評価閾値Ｐｔｈと比較することにより、ＰｉＮダイオード２の逆回復特性について良否判定を行う。この判定結果に基づいて、ＰｉＮダイオード２のスクリーニングが行われる。

ＰｉＮダイオード２は、Ｎ型半導体層１１及びアノード領域１４からなるＰＮ接合間にドリフト層としての高抵抗半導体層１２を挟み込んだ３層構造を有する。このようなＰｉＮダイオードに順バイアス電圧を印加すると、アノード領域１４からドリフト層へ正孔（少数キャリア）が注入されるとともに、Ｎ型半導体層１１からドリフト層へ電子（多数キャリア）が注入されることによって順方向電流ＩＦが流れる。このため、順方向電圧ＶＦを増大すれば、ドリフト層に蓄積されるキャリアが増大し、ダイオードの抵抗ＶＲ／ＩＦが低下する伝導度変調と呼ばれる現象が生じる。

このようなドリフト層にライフタイムキラーを導入すれば、再結合が促進されライフタイムが短縮される。その結果、ドリフト層におけるキャリア密度が低下し、逆回復時間ｔｒｒが抑制されるとともに、ドリフト層の抵抗Ｒが増大する。つまり、ドリフト層の抵抗Ｒは、逆回復時間ｔｒｒとの間に相関を有する。

ここで、ドリフト層の抵抗Ｒは、ドリフト層の厚さに依存し、また、ＰｉＮダイオード２の耐圧ＶＲも、ドリフト層の厚さに依存する。このため、耐圧ＶＲが既知であれば、測定された抵抗Ｒを耐圧ＶＲで補正した評価値Ｐを求め、当該評価値Ｐに基づいて評価を行えば、逆回復特性についての評価を正確に行うことができる。評価値Ｐは、抵抗Ｒ及び耐圧ＶＲに基づいて算出される値であり、例えば、次式で表される評価値Ｐを用いることができる。
Ｐ＝Ｒ−ｋ×ＶＲ （１）

ｋは、耐圧ＶＲの補正係数であり、耐圧ＶＲに対する抵抗Ｒの特性の傾きとして予め求められた値が用いられる。耐圧ＶＲは、ドリフト層の厚さに応じて決まる値であり、半導体ウエハ１ごとに与えられる既知の値である。このため、補正係数ｋが予め与えられれば、抵抗Ｒの測定値から評価値Ｐを求めることができる。

図７は、ドリフト層の抵抗Ｒと逆回復電荷量Ｑｒｒとの関係を示した図であり、多数のサンプルについて、抵抗Ｒ及び逆回復電荷量Ｑｒｒを測定した結果が、横軸に抵抗Ｒ、縦軸に逆回復電荷量Ｑｒｒをとって示されている。測定したサンプルは、ライフタイムキラーの導入量を３段階で異ならせ、図中の三角印は、ライフタイムキラーの導入量が最も多いサンプルであり、四角印は、ライフタイムキラーの導入量が最も少ないサンプルであり、丸印は、これらの中間のサンプルである。

図中では、ライフタイムτが短いサンプルほど右下に位置し、ライフタイムτが長いサンプルほど左上に位置し、ライフタイムτに応じて、抵抗Ｒと逆回復電荷量Ｑｒｒが変化し、両者は反比例の関係にあることがわかる。その一方で、ライフタイムキラーの導入量が同一の各グループ内では、サンプルごとに耐圧ＶＲによるばらつきがあり、上記反比例の特性に交差する広がりを有していることがわかる。このため、抵抗Ｒのみに基づき、逆回復特性について評価を行った場合、十分に正確な評価を行うことは難しい。

例えば、図７において、逆回復電荷量Ｑｒｒが閾値Ｑｔｈ以下であることを良否判定の基準にした場合、Ｑｒｒ＞Ｑｔｈとなるサンプルをすべて不良品と判定しなければならない。そのために、抵抗Ｒを閾値Ｒｔｈと比較し、Ｒ＞Ｒｔｈとなるサンプルを良品と判定することになる。このとき、ライフタイムキラーの導入量が不十分な四角印のサンプルだけでなく、ライフタイムキラーの導入量が適正である丸印のサンプルの一部も不良品と判定され、製造の歩留まりを大きく悪化させてしまう。これは、抵抗Ｒが、キャリア密度だけでなく、耐圧ＶＲにも依存するため、逆回復電荷量Ｑｒｒが異なるサンプル同士であっても、耐圧ＶＲが異なれば、ドリフト層の抵抗Ｒが同一になってしまう場合があるためである。

図８は、評価値Ｐと逆回復電荷量Ｑｒｒとの関係を示した図であり、図７と同じサンプルの測定結果が、横軸に評価値Ｐ、縦軸に逆回復電荷量Ｑｒｒをとって示されている。評価値Ｐの算出には、上式（１）を用いている。

評価値Ｐは、ドリフト層の厚さのばらつきが補償されているため、図７に比べて、ライフタイムキラーの導入量が同一のグループ内におけるばらつきが小さくなっている。特に、ライフタイムτに応じて、評価値Ｐと逆回復電荷量Ｑｒｒが変化する略反比例の特性に対し、交差する方向への広がりが抑制されている。このため、評価値Ｐに基づいて評価を行えば、逆回復特性についてより正確な評価を行うことができる。

例えば、図８において、逆回復電荷量Ｑｒｒが閾値Ｑｔｈ以下であることを良否判定の基準にした場合、評価値Ｐを閾値Ｐｔｈと比較し、Ｐ＞Ｐｔｈとなるサンプルを良品と判定することになる。このとき、ライフタイムキラーの導入量が不十分な四角印のサンプルのうち、逆回復電荷量ＱｒｒがＱｒｒ以下となるサンプルのみを不良品と判定し、ライフタイムキラーの導入量が適正である丸印及び三角印のサンプルは良品と判定することができる。なお、スクリーニング検査では、この様にして予め求められた閾値Ｐｔｈが用いられる。

図９は、耐圧ＶＲとドリフト層の抵抗Ｒとの関係を示した図であり、図７と同じサンプルの測定結果が、横軸に耐圧ＶＲ、縦軸に抵抗Ｒをとって示されている。耐圧ＶＲは、最小値ＶＲｍｉｎ〜最大値ＶＲｍａｘの間でばらついている。ライフタイムキラーの導入量が同一のグループ内であれば、耐圧ＶＲと抵抗Ｒとの関係は直線近似できることがわかる。グループごとに近似直線の切片は異なるが、傾きは略同一である。このため、評価値Ｐを求めるための式（１）の補正係数ｋは、耐圧ＶＲに対する抵抗Ｒの近似直線の傾きとして予め求めておくことができる。

このようにして、補正係数ｋ及び評価値の閾値Ｐｔｈを予め求めておけば、耐圧ＶＲが既知の半導体ウエハ１を用いて製造されたＰｉＮダイオード２について、検査電極３Ａ，３Ｂ間の抵抗Ｒを測定すれば、逆回復特性を評価して良否判定を行うことができる。すなわち、補正係数ｋ及び耐圧ＶＲを用いて抵抗Ｒから評価値Ｐを算出し、この評価値Ｐを閾値Ｐｔｈと比較することにより、良否判定を行うことができる。特に、半導体ウエハ１上に多数形成されたＰｉＮダイオード２について、全数検査を容易に行うことができ、安価に製造することができる。

本実施の形態によれば、ドリフト層にオーミック接触する検査電極３Ａ，３Ｂが半導体ウエハ１上に設けられ、これらの検査電極３Ａ，３Ｂを用いることにより、ＰＮ接合による伝導度変調の影響を受けることなく、ドリフト層の抵抗Ｒを測定することができる。このため、この抵抗Ｒに基づいて逆回復特性を評価することができ、ＰｉＮダイオード２の良否判定を適切に行うことができる。

また、耐圧ＶＲを用いて測定された抵抗Ｒから評価値Ｐを求め、評価値Ｐに基づいて逆回復特性を評価することにより、ドリフト層の厚さのばらつきによる影響を抑制し、ＰｉＮダイオード２の良否判定をより適切に行うことができる。

また、検査領域１８をフローティング領域１７で取り囲むことにより、ドリフト層内において検査電流が水平方向に広がるのを抑制することができる。このため、検査電極３Ａ，３Ｂを用いることにより、ドリフト層の厚さ方向の抵抗値をより精度よく測定することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、２つの検査電極３Ａ，３Ｂを用いたＰｉＮダイオードの検査方法の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、１つの検査電極３Ａを用いたＰｉＮダイオードの検査方法について説明する。

図１０及び図１１は、本発明の実施の形態２によるＰｉＮダイオード２の検査時の様子の一例を示した平面図及び断面図である。これらの図に示された半導体ウエハ１は、図２及び３に示した半導体ウエハ１と比較すると、検査電極３Ａを備えているが、検査電極３Ｂを備えていない点で異なる。なお、同一の構成要素には、同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

ＰｉＮダイオード２の検査は、２つのプローブ３０の一方を検査電極３Ａに接触させ、他方をカソード電極２１に接触させた状態で、両者間の抵抗値を測定することにより行われる。この場合、抵抗Ｒとして高抵抗半導体層１２の厚さ方向の抵抗Ｒ２ｖを測定することができる。

本実施の形態によれば、ＰｉＮダイオード２の近傍に１つの検査電極３Ａを配置するだけで、高抵抗半導体層１２の抵抗を測定することができる。また、実施の形態１の場合と同様、検査電極３Ａは、ダイシングラインよりも内側の領域、例えば、ＰｉＮダイオード２が形成される矩形領域の頂部に設けられた余白領域（不図示）に配置することもできる。この場合、ダイシング後のＰｉＮダイオード２上に検査電極が残る。

なお、上記実施の形態では、高抵抗半導体層１２の厚さのばらつきによる抵抗Ｒのばらつきを補償するために、抵抗Ｒの測定値を耐圧ＶＲを用いて補正して評価値Ｐを求める例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、高抵抗半導体層１２の厚さが既知であれば、高抵抗半導体層１２の厚さを用いて抵抗Ｒの測定値を補正して評価値Ｐを求めることもできる。この場合、補正係数ｋは、高抵抗半導体層１２の厚さに対する抵抗Ｒの傾きとして予め求められた値が用いられる。

また、本実施の形態では、耐圧ＶＲを用いて抵抗Ｒの測定値を補正する場合について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。耐圧ＶＲにより補正することが望ましいが、このような補正を行うことなく、抵抗Ｒの測定値を閾値Ｒｔｈと比較して逆回復特性を評価することもできる。また、耐圧ＶＲを用いて判定閾値Ｖｔｈを補正し、抵抗Ｒの測定値を補正された判定閾値Ｖｔｈと比較して逆回復特性を評価することもできる。

１ 半導体ウエハ
２ ＰｉＮダイオード
３Ａ，３Ｂ 検査電極
４ ダイシングスペース
５ ダイシングライン
１０ 半導体基板
１１ Ｎ型半導体層
１２ 高抵抗半導体層（ドリフト層）
１３ 絶縁膜
１４ アノード領域
１５ ＦＬＲ領域
１６ ＥＱＲ領域
１７ フローティング領域
１８ 検査領域
２１ カソード電極
２４ アノード電極
２６ ＥＱＲ電極
３０ プローブ
Ｉｄ 検査電流
ＩＦ 順方向電流
Ｐ 評価値
Ｐｔｈ 評価値の閾値
Ｑｒｒ 逆回復電荷量
Ｑｔｈ 逆回復電荷量の閾値
Ｒ 抵抗
Ｒｔｈ 抵抗の閾値
ＶＦ 順方向電圧
ＶＲ 耐圧
Ｖｄ 検査電圧
ｋ 補正係数
ｔｒｒ 逆回復時間
τ ライフタイム

Claims (6)

1. ｎ型の第１半導体層及び不純物濃度が第１半導体層よりも低いｎ型の第２半導体層からなる半導体基板と、
   第１半導体層の外面上に形成されたカソード電極と、
   第２半導体層の外面からｐ型不純物を選択的に拡散させて形成されたアノード領域と、
   上記アノード領域上に形成されたアノード電極とを備えたＰｉＮダイオードの検査方法において、
   第２半導体層に形成されたオーミック電極を介して、第２半導体層の抵抗を測定する測定ステップと、
   上記抵抗の測定値に基づいて、上記ＰｉＮダイオードの逆回復特性を評価する評価ステップとを備えたことを特徴とするＰｉＮダイオードの検査方法。
2. 上記測定ステップにおいて、第２半導体層に形成された２つのオーミック電極を介して、第２半導体層の抵抗を測定することを特徴とする請求項１に記載のＰｉＮダイオードの検査方法。
3. 上記測定ステップにおいて、第２半導体層の上記オーミック電極及び上記カソード電極を介して、第２半導体層の抵抗を測定することを特徴とする請求項１に記載のＰｉＮダイオードの検査方法。
4. 上記評価ステップにおいて、上記抵抗の測定値と、予め与えられた上記ＰｉＮダイオードの耐圧又は第２半導体層の厚さとに基づいて、上記ＰｉＮダイオードの逆回復特性を評価することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＰｉＮダイオードの検査方法。
5. 上記評価ステップにおいて、上記抵抗の測定値に対し、第２半導体層の厚さのばらつきを補償した評価値を求め、当該評価値に基づいて上記ＰｉＮダイオードの逆回復特性を評価することを特徴とする請求項４に記載のＰｉＮダイオードの検査方法。
6. 請求項１〜５に記載したＰｉＮダイオードの検査方法を用いて、製造工程中において検査が行われることを特徴とするＰｉＮダイオードの製造方法。

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