JP7192338B2 - Method for sorting silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の選別方法に関する。 The present invention relates to a method for sorting silicon carbide semiconductor devices.

従来、高電圧や大電流を制御するパワー半導体装置の構成材料として、シリコン(Si)が用いられている。パワー半導体装置は、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)など複数種類あり、これらは用途に合わせて使い分けられている。 Conventionally, silicon (Si) has been used as a constituent material of power semiconductor devices that control high voltages and large currents. There are multiple types of power semiconductor devices such as bipolar transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). It is

例えば、バイポーラトランジスタやIGBTは、MOSFETに比べて電流密度は高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、IGBTは数十kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、パワーMOSFETは、バイポーラトランジスタやIGBTに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数MHz程度までの高速スイッチング動作が可能である。 For example, bipolar transistors and IGBTs have higher current densities than MOSFETs and can handle large currents, but cannot be switched at high speed. Specifically, bipolar transistors are limited to use at a switching frequency of about several kHz, and IGBTs are limited to use at a switching frequency of about several tens of kHz. On the other hand, a power MOSFET has a lower current density than a bipolar transistor or an IGBT, making it difficult to increase the current, but it is capable of high-speed switching operation up to several MHz.

しかしながら、市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、IGBTやパワーMOSFETはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製(製造)可能な半導体材料として炭化珪素(SiC)が注目を集めている。 However, there is a strong demand in the market for power semiconductor devices that combine large current and high speed, and efforts have been made to improve IGBTs and power MOSFETs. . From the viewpoint of power semiconductor devices, semiconductor materials that can replace silicon are being investigated, and silicon carbide (SiC) is a semiconductor material that can be used to fabricate (manufacture) next-generation power semiconductor devices with excellent low on-voltage, high-speed characteristics, and high-temperature characteristics. is attracting attention.

その背景として、炭化珪素は化学的に非常に安定な材料であり、バンドギャップが3eVと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用できることや、最大電界強度がシリコンより1桁以上大きいことが挙げられる。炭化珪素は、シリコンにおける材料限界を超える可能性が高いことからパワー半導体用途、特にMOSFETでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されており、高い耐圧の特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する縦型SiC-MOSFETが期待できる。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。 The background to this is that silicon carbide is a chemically very stable material, has a wide bandgap of 3 eV, can be used extremely stably as a semiconductor even at high temperatures, and has a maximum electric field strength that is one order of magnitude greater than that of silicon. be done. Since silicon carbide has a high possibility of exceeding the material limit of silicon, its use in power semiconductor applications, especially MOSFETs, is greatly expected to grow in the future. In particular, its on-resistance is expected to be small, and a vertical SiC-MOSFET having even lower on-resistance while maintaining high withstand voltage characteristics can be expected. The withstand voltage is the limit voltage at which the element does not malfunction or break down.

(炭化珪素半導体装置の構造)
従来の炭化珪素半導体装置の構造について、nチャネル型の縦型MOSFETを例に説明する。図6は、従来の炭化珪素半導体装置の構造の一例を示す断面図である。図6に示すように、n+型炭化珪素基板1のおもて面にn型炭化珪素エピタキシャル層2が堆積され、n型炭化珪素エピタキシャル層2の表面層にp+型ベース領域3が選択的に設けられる。また、n型炭化珪素エピタキシャル層2のおもて面にp型ベース層4が堆積され、p型ベース層4にn+型ソース領域5、p+型コンタクト領域6、n型ウェル領域7が選択的に設けられる。
(Structure of Silicon Carbide Semiconductor Device)
The structure of a conventional silicon carbide semiconductor device will be described using an n-channel vertical MOSFET as an example. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. As shown in FIG. 6, n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is deposited on the front surface of n + -type silicon carbide substrate 1, and p + -type base region 3 is selected as the surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 2. is provided. A p-type base layer 4 is deposited on the front surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 , and the p-type base layer 4 is provided with an n + -type source region 5 , a p + -type contact region 6 and an n-type well region 7 . It is provided selectively.

p型ベース層4およびn+型ソース領域5の表面に、ゲート絶縁膜8を介してゲート電極9が設けられている。また、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6の表面に、ソース電極10が設けられている。また、n+型炭化珪素基板1の裏面には、裏面電極としてドレイン電極11が設けられている。 A gate electrode 9 is provided on the surfaces of the p-type base layer 4 and the n + -type source region 5 with a gate insulating film 8 interposed therebetween. A source electrode 10 is provided on the surface of the n + -type source region 5 and the p + -type contact region 6 . A drain electrode 11 is provided as a back surface electrode on the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 .

(炭化珪素半導体ウェハ上の炭化珪素半導体素子)
図7は、炭化珪素半導体ウェハ上の炭化珪素半導体素子の一例を示す上面図である。炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体ウェハ110上に複数形成された炭化珪素半導体素子100を切り出し(ダイシング)、チップ化することにより製造される。炭化珪素半導体ウェハ110からの切り出しは、ダイヤモンド製の円形回転刃のダイシングブレード、レーザーまたは超音波により、例えば図7の点線の部分を切削することにより行われる。
(Silicon carbide semiconductor element on silicon carbide semiconductor wafer)
FIG. 7 is a top view showing an example of a silicon carbide semiconductor element on a silicon carbide semiconductor wafer. A silicon carbide semiconductor device is manufactured by cutting (dicing) a plurality of silicon carbide semiconductor elements 100 formed on a silicon carbide semiconductor wafer 110 into chips. Cutting from silicon carbide semiconductor wafer 110 is performed by cutting, for example, the dotted line portion in FIG.

ここで、半導体基板にクラックが発生することを制御する技術がある。例えば、半導体層が、素子領域と素子領域の外周を取り囲む外周領域とを含み、外周領域に、素子領域の外周を取り囲む段差部が形成され、段差部よりも外側で、素子領域毎に半導体層を分割する技術が公知である(例えば、特許文献1参照)。また、炭化珪素基板の結晶軸に対して垂直な方向にスクライブする際に刃先の稜線に対する左右の刃先角度を異ならせ、結晶軸から見て高い位置にある刃先角度を大きく、他方を小さくしたスクライビングホイールを用いてスクライブする技術が公知である(例えば、特許文献2参照)。 Here, there is a technique for controlling the occurrence of cracks in a semiconductor substrate. For example, the semiconductor layer includes an element region and an outer peripheral region surrounding the outer periphery of the element region. is known (see Patent Document 1, for example). Further, when scribing in the direction perpendicular to the crystal axis of the silicon carbide substrate, the left and right edge angles with respect to the ridge line of the edge are made different, and the edge angle at the high position seen from the crystal axis is large, and the other is small. A technique of scribing using a wheel is known (see Patent Document 2, for example).

特開2016-18952号公報JP 2016-18952 A 特開2017-22422号公報JP 2017-22422 A

ここで、炭化珪素基板を用いた炭化珪素半導体素子の裏面側には、歪や裏面電極の剥離といった欠陥が発生することが多い。歪は、基板に生じたクラック(傷)や欠けである。 Here, on the back side of a silicon carbide semiconductor device using a silicon carbide substrate, defects such as distortion and peeling of the back electrode often occur. Distortion is cracks (scratches) or chips that occur in the substrate.

(個片化された炭化珪素半導体素子)
図8は、個片化された炭化珪素半導体素子の一例を示す上面図である。炭化珪素半導体素子においては、主電流が流れる活性領域211の外周部に、活性領域211の周囲を囲んで耐圧を保持するエッジ終端領域210が設けられ、エッジ終端領域210の外側には無効領域201が設けられている。活性領域とは、オン状態のときに電流が流れる領域である。炭化珪素半導体素子の個片化は、無効領域201において炭化珪素半導体ウェハ110を切り出すことにより行われる。個片化切断面200は個片化による切断面である。また、活性領域211内にゲートパッド領域212が設けられている。図8に示す歪220は、無効領域201のおもて面側の歪の例である。
(Individualized Silicon Carbide Semiconductor Device)
FIG. 8 is a top view showing an example of a silicon carbide semiconductor device separated into pieces. In the silicon carbide semiconductor device, an edge termination region 210 that surrounds the active region 211 and retains a breakdown voltage is provided at the outer periphery of the active region 211 through which the main current flows. is provided. The active region is the region through which current flows when in the ON state. The singulation of silicon carbide semiconductor devices is performed by cutting silicon carbide semiconductor wafer 110 in invalid region 201 . The singulation cut surface 200 is a cut surface by singulation. A gate pad region 212 is provided in the active region 211 . A distortion 220 shown in FIG. 8 is an example of distortion on the front side of the invalid area 201 .

(炭化珪素半導体素子の歪)
図9は、炭化珪素半導体素子の歪の一例を示す側面図である。炭化珪素半導体素子の歪には、おもて面側の歪220、裏面側の歪221、切断面側の歪222がある。この中で、裏面側の歪221は、例えば図6に示したn+型炭化珪素基板1の裏面にドレイン電極11を設ける前に、n+型炭化珪素基板1の裏面に異物が付着していたり、n+型炭化珪素基板1の裏面にクラック(傷)や欠けが存在していたりすることにより発生する。
(Strain of Silicon Carbide Semiconductor Device)
FIG. 9 is a side view showing an example of strain in a silicon carbide semiconductor device. The strain of the silicon carbide semiconductor element includes strain 220 on the front surface side, strain 221 on the back surface side, and strain 222 on the cut surface side. Among them, the distortion 221 on the rear surface side is caused by, for example, foreign matter adhering to the rear surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 before the drain electrode 11 is provided on the rear surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 shown in FIG. or due to the presence of cracks (flaws) or chipping on the back surface of n + -type silicon carbide substrate 1 .

また、炭化珪素半導体素子の裏面側には、歪221の他に、n+型炭化珪素基板1の裏面からドレイン電極11が剥離した部分があるといった欠陥も発生する。このようなn+型炭化珪素基板1の裏面からのドレイン電極11の剥離は、例えばn+型炭化珪素基板1の裏面における炭素(C)により、n+型炭化珪素基板1の裏面にドレイン電極11が密着しないことにより発生する。 In addition to the distortion 221 , a defect such as a portion where the drain electrode 11 is separated from the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 is also generated on the back surface side of the silicon carbide semiconductor element. Such peeling of the drain electrode 11 from the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 is performed by, for example, carbon (C) on the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 1, thereby forming the drain electrode on the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 . 11 are not in close contact with each other.

+型炭化珪素基板1の裏面における炭素は、例えばn+型炭化珪素基板1に内在する炭素が熱処理によりn+型炭化珪素基板1の裏面に現れることにより発生する。また、n+型炭化珪素基板1の裏面における炭素は、例えばゲート絶縁膜8を形成する際に発生した炭素がn+型炭化珪素基板1の裏面に回り込むことによっても発生する。 Carbon on the back surface of n + -type silicon carbide substrate 1 is generated by, for example, carbon existing in n + -type silicon carbide substrate 1 appearing on the back surface of n + -type silicon carbide substrate 1 by heat treatment. Carbon on the back surface of n + -type silicon carbide substrate 1 is also generated when, for example, carbon generated when gate insulating film 8 is formed flows into the back surface of n + -type silicon carbide substrate 1 .

しかしながら、これらの裏面側の欠陥には、自動外観検査装置または目視等では識別できない微小なものも含まれる。このような裏面側の微小な欠陥は、炭化珪素半導体装置の使用開始時は炭化珪素半導体装置の特性に大きな影響を与えることが少なく、一般的な電気試験、特性試験においても検出することは難しい。そして、裏面側の欠陥が存在する炭化珪素半導体装置を長期に使用し、裏面側の欠陥にインプラントピンの熱応力等の応力がかかると、裏面側の欠陥が成長して、炭化珪素半導体装置の電気特性が悪化してしまう。 However, these defects on the back side include minute defects that cannot be identified by an automatic visual inspection device or by visual inspection. Such minute defects on the back surface side rarely have a large effect on the characteristics of the silicon carbide semiconductor device when the silicon carbide semiconductor device is started to be used, and are difficult to detect even in general electrical tests and characteristic tests. . When a silicon carbide semiconductor device having defects on the back side is used for a long period of time and stress such as thermal stress of an implant pin is applied to the defects on the back side, the defects on the back side grow, resulting in failure of the silicon carbide semiconductor device. Electrical characteristics deteriorate.

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、裏面側に欠陥がない炭化珪素半導体装置を選別し、長時間使用しても信頼性が低下しにくい炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる炭化珪素半導体装置の選別方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention selects silicon carbide semiconductor devices that have no defects on the back surface side, and can screen silicon carbide semiconductor devices that are less likely to deteriorate in reliability even after long-term use. It is an object of the present invention to provide a method for sorting silicon semiconductor devices.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、次の特徴を有する。MOSFETを備える炭化珪素半導体装置の選別方法であって、前記MOSFETは、炭化珪素基板のおもて面側に設けられた第1電極およびゲート電極と、前記炭化珪素基板の裏面側に設けられた第2電極と、を備える。第1工程において、MOSFETの温度を所定温度にする。第2工程において、前記所定温度における、前記MOSFETの順方向電圧を測定する。前記第2工程の後に、第3工程において、前記MOSFETのオン電圧よりも高い正の電圧を前記第2電極に印加した状態で、前記ゲート電極に連続パルスを所定時間印加する。前記第3工程の後に、第4工程において、前記所定温度における、前記第2工程によって測定した前記MOSFETの順方向電圧を再度測定する。第5工程において、前記第2工程によって測定した前記順方向電圧に対する、前記第4工程によって測定した前記順方向電圧の変化率を算出する。第6工程において、前記第5工程によって算出した前記変化率が所定値より低いか否かを判定する。前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、前記MOSFETのしきい値電圧以上の電圧を前記ゲート電極に印加した状態で前記第2電極から前記第1電極への電流を流すことにより前記MOSFETの順方向電圧を測定する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention has the following features. A method for selecting a silicon carbide semiconductor device including a MOSFET, wherein the MOSFET includes a first electrode and a gate electrode provided on a front surface side of a silicon carbide substrate and a first electrode and a gate electrode provided on a back surface side of the silicon carbide substrate. a second electrode; In the first step, the temperature of the MOSFET is set to a predetermined temperature. In a second step, the forward voltage of the MOSFET is measured at the predetermined temperature. After the second step, in a third step, a continuous pulse is applied to the gate electrode for a predetermined time while a positive voltage higher than the ON voltage of the MOSFET is applied to the second electrode . After the third step, in a fourth step, the forward voltage of the MOSFET measured in the second step is measured again at the predetermined temperature. In the fifth step, the rate of change of the forward voltage measured in the fourth step with respect to the forward voltage measured in the second step is calculated. In the sixth step, it is determined whether or not the rate of change calculated in the fifth step is lower than a predetermined value. In each of the second step and the fourth step, the above-described Measure the forward voltage of the MOSFET.

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、次の特徴を有する。MOSFETを備える炭化珪素半導体装置の選別方法であって、前記MOSFETは、炭化珪素基板のおもて面側に設けられた第1電極およびゲート電極と、前記炭化珪素基板の裏面側に設けられた第2電極と、を備える。第1工程において、前記MOSFETの温度を所定温度にする。第2工程において、前記所定温度における前記MOSFETの特性値として、前記MOSFETのしきい値電圧を測定する。前記第2工程の後に、第3工程において、前記MOSFETのオン電圧よりも高い正の電圧を前記第2電極に印加した状態で、前記ゲート電極に連続パルスを所定時間印加する。前記第3工程の後に、第4工程において、前記所定温度における、前記第2工程によって測定した前記MOSFETの特性値として、前記MOSFETのしきい値電圧を再度測定する。第5工程において、前記第2工程によって測定した前記特性値に対する、前記第4工程によって測定した前記特性値の変化率を算出する。第6工程において、前記第5工程によって算出した前記変化率が所定値より低いか否かを判定する。前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、前記第2電極に正の電圧を印加した状態で前記ゲート電極に電圧を印加することにより前記MOSFETのしきい値電圧を測定する。 Further, a method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention has the following features. A method for selecting a silicon carbide semiconductor device including a MOSFET, wherein the MOSFET includes a first electrode and a gate electrode provided on a front surface side of a silicon carbide substrate and a first electrode and a gate electrode provided on a back surface side of the silicon carbide substrate. a second electrode; In the first step, the temperature of the MOSFET is set to a predetermined temperature. In the second step, the threshold voltage of the MOSFET is measured as the characteristic value of the MOSFET at the predetermined temperature. After the second step, in a third step, a continuous pulse is applied to the gate electrode for a predetermined time while a positive voltage higher than the ON voltage of the MOSFET is applied to the second electrode . After the third step, in the fourth step, the threshold voltage of the MOSFET is measured again as the characteristic value of the MOSFET measured in the second step at the predetermined temperature. In the fifth step, the rate of change of the characteristic value measured in the fourth step with respect to the characteristic value measured in the second step is calculated. In the sixth step, it is determined whether or not the rate of change calculated in the fifth step is lower than a predetermined value. In each of the second step and the fourth step, the threshold voltage of the MOSFET is measured by applying a voltage to the gate electrode while applying a positive voltage to the second electrode.

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において次の特徴を有する。前記特性値は、前記MOSFETの順方向電圧をさらに含む。前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、前記MOSFETのしきい値電圧以上の電圧を前記ゲート電極に印加した状態で前記第2電極から前記第1電極への電流を流すことにより前記MOSFETの順方向電圧も測定する。前記第5工程においては、複数の前記特性値のそれぞれについて、前記第2工程によって測定した前記特性値に対する、前記第4工程によって測定した前記特性値の変化率を算出する。前記第6工程においては、前記第5工程によって複数の前記特性値のそれぞれについて算出した前記変化率の少なくともいずれかが前記所定値より低いか否かを判定する。 In addition, the method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention has the following features in the invention described above. The characteristic value further includes the forward voltage of the MOSFET . In each of the second step and the fourth step, the above-described The forward voltage of the MOSFET is also measured. In the fifth step, for each of the plurality of characteristic values, a rate of change of the characteristic value measured in the fourth step with respect to the characteristic value measured in the second step is calculated. In the sixth step, it is determined whether or not at least one of the rate of change calculated for each of the plurality of characteristic values in the fifth step is lower than the predetermined value.

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記特性値は、前記MOSFETの内蔵ダイオードの順方向電圧をさらに含む。前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、電流密度が0.1A/cm2以上で1V以上の電圧を前記第電極に印加して前記第電極から前記第電極への電流を流すことにより前記MOSFETの内蔵ダイオードの順方向電圧を測定し、前記第5工程においては、複数の前記特性値のそれぞれについて、前記第2工程によって測定した前記特性値に対する、前記第4工程によって測定した前記特性値の変化率を算出し、前記第6工程においては、前記第5工程によって複数の前記特性値のそれぞれについて算出した前記変化率の少なくともいずれかが前記所定値より低いか否かを判定するという特徴を有する。 Further, in the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the invention described above, the characteristic value further includes a forward voltage of a built-in diode of the MOSFET. In each of the second step and the fourth step, a voltage of 1 V or higher with a current density of 0.1 A/cm 2 or higher is applied to the first electrode to flow a current from the first electrode to the second electrode. and measuring the forward voltage of the built-in diode of the MOSFET, and in the fifth step, for each of the plurality of characteristic values, the characteristic value measured in the second step is compared to the characteristic value measured in the second step by the fourth step. calculating the rate of change of the measured characteristic value, and in the sixth step, determining whether at least one of the rate of change calculated for each of the plurality of characteristic values in the fifth step is lower than the predetermined value; It has the feature of judging

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において次の特徴を有する。前記MOSFETは、記炭化珪素基板のおもて面側に設けられた第1電極と、前記炭化珪素基板の裏面側に設けられた第2電極と、前記炭化珪素基板のおもて面に設けられた第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層における、前記炭化珪素基板側とは反対側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の内部に選択的に設けられた、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第1半導体領域と、前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、をさらに備える。前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜における前記第2半導体層と接触する面とは反対側の表面に設けられる。前記第1電極は、前記第1半導体領域と前記第2半導体層の表面に設けられる。 In addition, the method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention has the following features in the invention described above. The MOSFET includes a first electrode provided on the front surface side of the silicon carbide substrate, a second electrode provided on the back surface side of the silicon carbide substrate, and a front surface of the silicon carbide substrate. a first semiconductor layer of a first conductivity type provided; a second semiconductor layer of a second conductivity type provided on a side of the first semiconductor layer opposite to the silicon carbide substrate; and the second semiconductor layer. and a first conductivity type first semiconductor region having a higher impurity concentration than the silicon carbide substrate, and a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer. The gate electrode is provided on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer. The first electrode is provided on surfaces of the first semiconductor region and the second semiconductor layer.

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において次の特徴を有する。前記MOSFETは、前記第2半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備える。前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられている。 In addition, the method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention has the following features in the invention described above. The MOSFET further includes a trench penetrating through the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer. The gate electrode is provided inside the trench via the gate insulating film.

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記所定温度は300℃以下の温度であるという特徴を有する。 Further, the method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention is characterized in that, in the invention described above, the predetermined temperature is a temperature of 300° C. or lower.

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記所定値は1%であるという特徴を有する。 Further, the method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention is characterized in that, in the invention described above, the predetermined value is 1%.

また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記連続パルスの周波数は100kHz以上500kHz以下であるという特徴を有する。 Further, the method for selecting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention is characterized in that, in the invention described above, the frequency of the continuous pulses is 100 kHz or more and 500 kHz or less.

上述した発明によれば、炭化珪素半導体装置のゲート電極に連続パルスを所定時間印加することによる炭化珪素半導体装置の過度熱抵抗の大きさを判定することができる。 According to the invention described above, it is possible to determine the magnitude of the overheat resistance of the silicon carbide semiconductor device by applying continuous pulses to the gate electrode of the silicon carbide semiconductor device for a predetermined period of time.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法によれば、裏面側に欠陥がない炭化珪素半導体装置を選別し、長時間使用しても信頼性が低下しにくい炭化珪素半導体装置をスクリーニングすることができるという効果を奏する。 According to the method for selecting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention, it is possible to select silicon carbide semiconductor devices having no defect on the back surface side, and to screen silicon carbide semiconductor devices whose reliability is unlikely to deteriorate even after long-term use. It has the effect of being able to

図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to an embodiment. 図2は、連続パルスの周波数とMOSFETのしきい値電圧の変化率との関係の一例を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the frequency of continuous pulses and the change rate of the threshold voltage of a MOSFET. 図3は、連続パルスの周波数とMOSFETの順方向電圧との関係の一例を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the frequency of continuous pulses and the forward voltage of a MOSFET. 図4は、連続パルスの周波数と内蔵ダイオードの順方向電圧との関係の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the frequency of continuous pulses and the forward voltage of the built-in diode. 図5は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造の他の一例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. 図6は、従来の炭化珪素半導体装置の構造の一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. 図7は、炭化珪素半導体ウェハ上の炭化珪素半導体素子の一例を示す上面図である。FIG. 7 is a top view showing an example of a silicon carbide semiconductor element on a silicon carbide semiconductor wafer. 図8は、個片化された炭化珪素半導体素子の一例を示す上面図である。FIG. 8 is a top view showing an example of a silicon carbide semiconductor device separated into pieces. 図9は、炭化珪素半導体素子の歪の一例を示す側面図である。FIG. 9 is a side view showing an example of strain in a silicon carbide semiconductor device.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Preferred embodiments of a method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In this specification and the accompanying drawings, layers and regions prefixed with n or p mean that electrons or holes are majority carriers, respectively. Also, + and - attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region not attached, respectively. In the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

(実施の形態)
(実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法)
図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法を示すフローチャートである。実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、裏面側に欠陥がない炭化珪素半導体装置を選別する方法である。炭化珪素半導体装置の裏面側の欠陥とは、上述のように歪や裏面電極の剥離といった欠陥である。
(Embodiment)
(Silicon Carbide Semiconductor Device Sorting Method According to Embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing a method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to an embodiment. A method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to an embodiment is a method for sorting out silicon carbide semiconductor devices having no defect on the back surface side. Defects on the back side of the silicon carbide semiconductor device are defects such as distortion and peeling of the back electrode, as described above.

以下では、選別対象の炭化珪素半導体装置として、縦型MOSFET(以下、単にMOSFETと称する)を例に説明する。選別対象の炭化珪素半導体装置は、切り出し前のウェハの状態、ウェハから切り出したチップの状態、モジュールに組み込んだ製品の状態のいずれでもよい。 A vertical MOSFET (hereinafter simply referred to as MOSFET) will be described below as an example of a silicon carbide semiconductor device to be sorted. The silicon carbide semiconductor devices to be sorted may be in the state of a wafer before cutting, the state of chips cut from the wafer, or the state of a product assembled into a module.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法において、まず、対象のMOSFETの温度を所定温度にする(ステップS1:第1工程)。例えば、MOSFETの温度を常温(例えば20℃)以上300℃以下の範囲の温度に調整する。MOSFETの温度が高い方がMOSFETの裏面側の欠陥が拡大されやすいが、常温程度でも実施の形態の選別方法は可能である。 In the method for selecting silicon carbide semiconductor devices according to the embodiment, first, the temperature of the target MOSFET is set to a predetermined temperature (step S1: first step). For example, the temperature of the MOSFET is adjusted to a temperature in the range of room temperature (for example, 20°C) to 300°C. The higher the temperature of the MOSFET, the more likely the defects on the rear surface side of the MOSFET are enlarged.

ステップS1におけるMOSFETの温度の調整は、例えばMOSFETに通電することにより行うことができる。例えば、一定の電流密度の順方向電流を、MOSFETが上述の温度範囲になるまで通電することにより、MOSFETの温度を調整することができる。ここで、順方向電流とは、MOSFETのドレイン電極からソース電極に流れる電流のことである。 Adjustment of the temperature of the MOSFET in step S1 can be performed, for example, by energizing the MOSFET. For example, the temperature of the MOSFET can be adjusted by applying a forward current of constant current density until the MOSFET reaches the above temperature range. Here, the forward current is the current that flows from the drain electrode to the source electrode of the MOSFET.

次に、ステップS1によって調整したMOSFETの温度(所定温度)を維持した状態で、対象のMOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧を測定する(ステップS2:第2工程)。これらのMOSFETの各特性値は、裏面側に欠陥があるMOSFETに短時間で大電流が流れる際の過度熱抵抗に応じて変化する。過度熱抵抗とは、パルス上の電力損失時における熱の電導度の逆数である。 Next, the threshold voltage of the target MOSFET, the forward voltage of the MOSFET, and the forward voltage of the built-in diode are measured while maintaining the MOSFET temperature (predetermined temperature) adjusted in step S1 (step S2: 2 steps). Each characteristic value of these MOSFETs changes according to the excessive thermal resistance when a large current flows in a short time through a MOSFET with a defect on the back side. Transient thermal resistance is the reciprocal of thermal conductivity during power loss on a pulse.

MOSFETのしきい値電圧は、MOSFETのドレイン-ソース間に電流が流れ始めるゲート電圧(ゲート電極への印加電圧)である。例えば、MOSFETのしきい値電圧は、ソース電極に対してドレイン電極に正の電圧を印加した状態でゲート電圧を徐々に大きくし、順方向電流が流れ始めるときのゲート電圧を特定することにより測定することができる。 The threshold voltage of a MOSFET is the gate voltage (voltage applied to the gate electrode) at which current begins to flow between the drain and source of the MOSFET. For example, the threshold voltage of a MOSFET is measured by gradually increasing the gate voltage while applying a positive voltage to the drain electrode with respect to the source electrode and identifying the gate voltage when forward current begins to flow. can do.

MOSFETの順方向電圧は、MOSFETに所定の電流値の順方向電流が流れるときのソース-ドレイン間の電圧である。例えば、MOSFETの順方向電圧は、ソース電極の電位を0Vにした状態で、ドレイン電極に正の電圧を印加してドレイン電極からソース電極へ所定の電流値の電流を流したときのソース-ドレイン間の電圧を特定することにより測定することができる。または、ドレイン電極の電位を0Vにした状態で、ソース電極に負の電圧を印加してソース電極からドレイン電極へ所定の電流値の電流を流したときのソース-ドレイン間の電圧を特定することにより測定してもよい。所定の電流値は、例えば0.1A以上100A以下の範囲から選ばれる電流値であり、一例としては25Aである。これらのMOSFETの順方向電圧の測定は、MOSFETのしきい値電圧以上の電圧をゲート電極に印加した状態で行われる。 The forward voltage of a MOSFET is the voltage between the source and the drain when a forward current of a predetermined current value flows through the MOSFET. For example, the forward voltage of a MOSFET is the source-drain voltage when a positive voltage is applied to the drain electrode with the potential of the source electrode set to 0 V, and a current of a predetermined current value flows from the drain electrode to the source electrode. can be measured by determining the voltage between Alternatively, specifying the voltage between the source and the drain when the potential of the drain electrode is set to 0 V and a negative voltage is applied to the source electrode to flow a current of a predetermined current value from the source electrode to the drain electrode. may be measured by The predetermined current value is, for example, a current value selected from a range of 0.1 A or more and 100 A or less, and is 25 A as an example. The forward voltages of these MOSFETs are measured while a voltage equal to or higher than the threshold voltage of the MOSFETs is applied to the gate electrode.

内蔵ダイオードの順方向電圧は、MOSFETのソース-ドレイン間に形成されるダイオードに所定の電流値の電流が流れるときのソース-ドレイン間の電圧である。例えば、内蔵ダイオードの順方向電圧は、ソース電極の電位を0Vにした状態で、ドレイン電極に負の電圧を印加してソース電極からドレイン電極へ所定の電流値の電流を流したときのソース-ドレイン間の電圧を特定することにより測定することができる。所定の電流値は、例えば0.1A以上100A以下の範囲から選ばれる電流値であり、一例としては25Aである。このとき、例えば電流密度が0.1A/cm2以上で1V以上の電圧をドレイン電極に印加することが好ましい。または、内蔵ダイオードの順方向電圧は、ドレイン電極の電位を0Vにした状態でソース電極に正の電圧を印加し、ソース電極からドレイン電極へ所定の電流値の電流を流したときのソース-ドレイン間の電圧を特定することにより測定することができる。 The forward voltage of the built-in diode is the voltage between the source and drain when a current of a predetermined current value flows through the diode formed between the source and drain of the MOSFET. For example, the forward voltage of the built-in diode is the source- It can be measured by identifying the voltage across the drain. The predetermined current value is, for example, a current value selected from a range of 0.1 A or more and 100 A or less, and is 25 A as an example. At this time, it is preferable to apply a voltage of 1 V or more to the drain electrode at a current density of 0.1 A/cm 2 or more, for example. Alternatively, the forward voltage of the built-in diode is obtained by applying a positive voltage to the source electrode with the potential of the drain electrode set to 0 V, and flowing a current of a predetermined current value from the source electrode to the drain electrode. can be measured by determining the voltage between

次に、対象のMOSFETのゲート電極に、連続パルスを所定時間だけ印加する(ステップS3:第3工程)。連続パルスは、周期的な電圧のパルスである。例えば、ステップS3において、MOSFETのゲート電極に印加する電圧のオンオフを周期的に繰り返す。連続パルスの周波数は、例えば100kHz以上500kHz以下の周波数とすることができる。連続パルスのデューティ比は、例えば10%以上とすることができる。対象のMOSFETのゲート電極に連続パルスを印加するとき、ソース電極とドレイン電極との間にはオン電圧よりも高い電圧を印加しておく。オン電圧よりも高い電圧とは、例えば5V以上の電圧である。このときソース電極とドレイン電極との間に流す電流は、一例としては25A(活性面積で0.57mm2)とすることができる。 Next, a continuous pulse is applied to the gate electrode of the target MOSFET for a predetermined time (step S3: third step). A continuous pulse is a periodic pulse of voltage. For example, in step S3, the voltage applied to the gate electrode of the MOSFET is periodically turned on and off. The frequency of the continuous pulse can be, for example, 100 kHz or more and 500 kHz or less. The duty ratio of continuous pulses can be set to, for example, 10% or more. When applying continuous pulses to the gate electrode of the target MOSFET, a voltage higher than the ON voltage is applied between the source electrode and the drain electrode. A voltage higher than the ON voltage is, for example, a voltage of 5 V or more. At this time, the current flowing between the source electrode and the drain electrode can be, for example, 25 A (0.57 mm 2 in active area).

連続パルスの電圧はできるだけ高い電圧が好ましい。これは、連続パルスの電圧が低いとMOSFETの欠陥が成長しないためである。例えば、連続パルスは、電流密度が0.1A/cm2以上で10V以上の電圧のパルスであることが好ましい。 The voltage of the continuous pulse is preferably as high as possible. This is because MOSFET defects do not grow when the voltage of the continuous pulse is low. For example, the continuous pulse is preferably a pulse with a current density of 0.1 A/cm 2 or higher and a voltage of 10 V or higher.

連続パルスの電流は、選別対象の炭化珪素半導体装置が上述のウェハの状態であれば1A以上3A以下とすることができる。また、連続パルスの電流は、選別対象の炭化珪素半導体装置が上述のチップの状態であれば20A以上60A以下とすることができる。また、連続パルスの電流は、選別対象の炭化珪素半導体装置が上述の製品の状態であれば100A以上300A以下とすることができる。 The continuous pulse current can be set to 1 A or more and 3 A or less if the silicon carbide semiconductor devices to be sorted are in the wafer state described above. Further, if the silicon carbide semiconductor device to be sorted is in the above-described chip state, the continuous pulse current can be set to 20 A or more and 60 A or less. Further, the current of the continuous pulses can be set to 100 A or more and 300 A or less if the silicon carbide semiconductor device to be sorted is in the product state described above.

連続パルスを印加する所定時間は、裏面側に欠陥があるMOSFETにおいてその欠陥が十分に成長し、かつ裏面側に欠陥がないMOSFETが破壊されない程度の時間である。一例としては、連続パルスの周波数を100kHzとすると、所定時間は30秒以上300秒以下の時間とすることができる。 The predetermined time during which the continuous pulse is applied is such that the defect in the MOSFET with the defect on the back side will grow sufficiently and the MOSFET with no defect on the back side will not be destroyed. As an example, if the frequency of the continuous pulse is 100 kHz, the predetermined time can be 30 seconds or more and 300 seconds or less.

次に、ステップS1によって調整したMOSFETの温度(所定温度)を維持した状態で、対象のMOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧を再度測定する(ステップS4:第4工程)。これらの測定方法についてはステップS2における測定方法と同様である。 Next, the threshold voltage of the target MOSFET, the forward voltage of the MOSFET, and the forward voltage of the built-in diode are measured again (step S4: 4th step). These measuring methods are the same as those in step S2.

次に、ステップS2,S4における各測定結果に基づいて、MOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧のそれぞれの変化率を算出する(ステップS5:第5工程)。ステップS2により測定されたMOSFETのしきい値電圧をVth1、ステップS4により測定されたMOSFETのしきい値電圧をVth2とすると、MOSFETのしきい値電圧の変化率は、例えばVth2/Vth1により算出することができる。また、MOSFETのしきい値電圧の変化率は(Vth2-Vth1)/Tにより算出してもよい。TはステップS3においてゲート電極にパルス電圧を印加する上述の所定時間である。 Next, based on the measurement results in steps S2 and S4, the rate of change of each of the threshold voltage of the MOSFET, the forward voltage of the MOSFET, and the forward voltage of the built-in diode is calculated (step S5: fifth step). . Assuming that the threshold voltage of the MOSFET measured in step S2 is Vth1 and the threshold voltage of the MOSFET measured in step S4 is Vth2, the rate of change in the threshold voltage of the MOSFET is calculated by, for example, Vth2/Vth1. be able to. Also, the change rate of the threshold voltage of the MOSFET may be calculated by (Vth2-Vth1)/T. T is the predetermined time for applying the pulse voltage to the gate electrode in step S3.

同様に、ステップS2により測定されたMOSFETの順方向電圧をVon1、ステップS4により測定されたMOSFETの順方向電圧をVon2とすると、MOSFETの順方向電圧の変化率は例えばVon2/Von1により算出することができる。また、MOSFETの順方向電圧の変化率は(Von2-Von1)/Tにより算出してもよい。また、ステップS2により測定された内蔵ダイオードの順方向電圧をVon3、ステップS4により測定された内蔵ダイオードの順方向電圧をVon4とすると、内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率は、例えばVon4/Von3により算出することができる。また、内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率は(Von4-Von3)/Tにより算出してもよい。 Similarly, if the forward voltage of the MOSFET measured in step S2 is Von1 and the forward voltage of the MOSFET measured in step S4 is Von2, the rate of change in the forward voltage of the MOSFET can be calculated by, for example, Von2/Von1. can be done. Also, the change rate of the forward voltage of the MOSFET may be calculated by (Von2-Von1)/T. If the forward voltage of the built-in diode measured in step S2 is Von3, and the forward voltage of the built-in diode measured in step S4 is Von4, the rate of change of the forward voltage of the built-in diode is given by, for example, Von4/Von3. can be calculated. Also, the change rate of the forward voltage of the built-in diode may be calculated by (Von4-Von3)/T.

次に、ステップS5により算出した変化率の少なくともいずれかが1%(0.01)以上であるか否かを判定する(ステップS6:第6工程)。算出した変化率のすべてが1%未満であった場合(ステップS6:No)、対象のMOSFETの裏面側に欠陥が存在しないと判断することができる。この場合、対象のMOSFETを適格品として選別し(ステップS7)、対象のMOSFETについての選別を終了する。 Next, it is determined whether or not at least one of the rate of change calculated in step S5 is 1% (0.01) or more (step S6: sixth step). If all of the calculated rates of change are less than 1% (step S6: No), it can be determined that there is no defect on the rear surface side of the target MOSFET. In this case, the target MOSFET is sorted out as a qualified product (step S7), and the sorting of the target MOSFET ends.

ステップS6において、算出した変化率の少なくともいずれかが1%以上であった場合(ステップS6:Yes)、対象のMOSFETの裏面側に欠陥が存在すると判断することができる。この場合、対象のMOSFETを不適格品として選別し(ステップS8)、対象のMOSFETについての選別を終了する。 In step S6, when at least one of the calculated change rates is 1% or more (step S6: Yes), it can be determined that a defect exists on the rear surface side of the target MOSFET. In this case, the target MOSFET is sorted out as a ineligible product (step S8), and the sorting of the target MOSFET ends.

図1に示した選別方法により、ゲート電極への連続パルスの印加によるMOSFETの裏面側の欠陥の成長に伴う過度熱抵抗を、MOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧の変化で判定することができる。このため、裏面側に欠陥がないMOSFETを選別し、長時間使用しても信頼性が低下しにくいMOSFETをスクリーニングすることができる。 The selection method shown in FIG. It can be determined by a change in direction voltage. Therefore, it is possible to select MOSFETs that have no defect on the back surface side, and screen MOSFETs whose reliability is unlikely to deteriorate even after long-term use.

例えば、MOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧の各変化率の少なくともいずれかが1%(所定値)以上のMOSFETは、長期間運用すると、裏面側の欠陥が成長して、電気特性が劣化してしまう。一方、MOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧の各変化率がいずれも1%未満のMOSFETは、裏面側の欠陥がないため、長期間運用しても電気特性の劣化がほとんどなく、長期間の使用に耐えることができる。 For example, if at least one of the rate of change of the threshold voltage of the MOSFET, the forward voltage of the MOSFET, and the forward voltage of the built-in diode is 1% (predetermined value) or more, a MOSFET with a defect grows and the electrical characteristics deteriorate. On the other hand, a MOSFET with a rate of change of less than 1% for each of the MOSFET threshold voltage, MOSFET forward voltage, and built-in diode forward voltage has no defects on the back side, so it can be used for a long period of time. It can withstand long-term use with almost no deterioration in characteristics.

図1に示した選別方法において、MOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧の各変化率を算出する選別方法について説明したが、このような選別方法に限らない。例えば、MOSFETのしきい値電圧、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧のうち一部の特性値の変化率を算出してもよい。 In the sorting method shown in FIG. 1, the sorting method for calculating each change rate of the threshold voltage of the MOSFET, the forward voltage of the MOSFET, and the forward voltage of the built-in diode has been described, but the sorting method is not limited to such a sorting method. . For example, the rate of change of some of the characteristic values of the threshold voltage of the MOSFET, the forward voltage of the MOSFET, and the forward voltage of the built-in diode may be calculated.

ただし、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧の各変化率は、MOSFETのしきい値電圧の変化率よりも、MOSFETの裏面側の欠陥の成長に対して大きく変化する。このため、MOSFETの裏面側の欠陥の成長を検出する感度の観点から、MOSFETの順方向電圧および内蔵ダイオードの順方向電圧の少なくともいずれかの変化率を算出する方がより好ましい。 However, the rates of change of the forward voltage of the MOSFET and the forward voltage of the built-in diode change more with the growth of defects on the back side of the MOSFET than the rate of change of the threshold voltage of the MOSFET. Therefore, from the viewpoint of the sensitivity of detecting the growth of defects on the back side of the MOSFET, it is more preferable to calculate the rate of change of at least one of the forward voltage of the MOSFET and the forward voltage of the built-in diode.

(実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置)
次に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置について説明する。実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造は、従来の炭化珪素半導体装置の構造(図6参照)と同等であるため図示を省略する。実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置においては、n+型炭化珪素基板(炭化珪素基板)1の主面(おもて面)上にn型炭化珪素エピタキシャル層(第1導電型の第1半導体層)2が堆積されている。
(Silicon carbide semiconductor device according to embodiment)
Next, a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment will be described. The structure of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is the same as the structure of the conventional silicon carbide semiconductor device (see FIG. 6), so illustration is omitted. In the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment, an n - type silicon carbide epitaxial layer (first conductivity type first semiconductor layer) 2 is deposited.

+型炭化珪素基板1は、例えば窒素(N)がドーピングされた炭化珪素単結晶基板である。n型炭化珪素エピタキシャル層2は、n+型炭化珪素基板1よりも低い不純物濃度で例えば窒素がドーピングされてなる低濃度n型ドリフト層である。以下、n+型炭化珪素基板1単体、またはn+型炭化珪素基板1とn型炭化珪素エピタキシャル層2を併せて炭化珪素半導体基体とする。 The n + -type silicon carbide substrate 1 is, for example, a silicon carbide single crystal substrate doped with nitrogen (N). The n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is a low-concentration n-type drift layer doped with, for example, nitrogen at an impurity concentration lower than that of the n + -type silicon carbide substrate 1 . Hereinafter, n + -type silicon carbide substrate 1 alone, or n + -type silicon carbide substrate 1 and n-type silicon carbide epitaxial layer 2 are collectively referred to as a silicon carbide semiconductor substrate.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置においては、ドレイン領域となるn+型炭化珪素基板1におけるn型炭化珪素エピタキシャル層2側とは反対側の表面(炭化珪素半導体基体の裏面)にドレイン電極(第2電極)11が設けられている。また、ドレイン電極11には外部装置と接続するためのドレイン電極端子12が設けられている。 In the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment, a drain electrode ( A second electrode 11 is provided. Also, the drain electrode 11 is provided with a drain electrode terminal 12 for connection with an external device.

炭化珪素半導体基体のおもて面側には、MOS(金属-酸化膜-半導体からなる絶縁ゲート)ゲート構造(素子構造)が形成されている。具体的には、n型炭化珪素エピタキシャル層2におけるn+型炭化珪素基板1側とは反対側(炭化珪素半導体基体のおもて面側)の表面層にはp+型ベース領域3が選択的に設けられている。p+型ベース領域3は、アルミニウム(Al)などのp型の不純物をドーピングすることにより形成される。 A MOS (metal-oxide film-semiconductor insulating gate) gate structure (element structure) is formed on the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, the p + -type base region 3 is selected for the surface layer of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 on the side opposite to the n + -type silicon carbide substrate 1 side (the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). is provided The p + -type base region 3 is formed by doping a p-type impurity such as aluminum (Al).

n型炭化珪素エピタキシャル層2におけるn+型炭化珪素基板1とは反対側にはp型ベース層(第2導電型の第2半導体層)4が堆積される。p型ベース層4にはn+型ソース領域(第1導電型の第1半導体領域)5、p+型コンタクト領域6、n型ウェル領域7が選択的に設けられる。p型ベース層4はp型炭化珪素エピタキシャル層である。p型ベース層4の不純物濃度は、p+型ベース領域3の不純物濃度よりも低い。p型ベース層4は、アルミニウムなどのp型の不純物をドーピングすることにより形成される。 A p-type base layer (second conductivity type second semiconductor layer) 4 is deposited on the side of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 opposite to n + -type silicon carbide substrate 1 . An n + -type source region (first conductivity type first semiconductor region) 5 , a p + -type contact region 6 and an n-type well region 7 are selectively provided in the p-type base layer 4 . P-type base layer 4 is a p-type silicon carbide epitaxial layer. The impurity concentration of p-type base layer 4 is lower than that of p + -type base region 3 . The p-type base layer 4 is formed by doping a p-type impurity such as aluminum.

+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6は互いに接する。n+型ソース領域5は、p+型コンタクト領域6の外周に配置されている。n型ウェル領域7は、n型炭化珪素エピタキシャル層2のうちp+型ベース領域3が形成されていない部分に接する位置に設けられ、深さ方向にp型ベース層4を貫通するように設けられている。n型ウェル領域7は、n型炭化珪素エピタキシャル層2とともにドリフト領域を構成する。ゲート絶縁膜8は、p型ベース層4に接触するように設けられている。 The n + -type source region 5 and the p + -type contact region 6 are in contact with each other. The n + -type source region 5 is arranged around the p + -type contact region 6 . N-type well region 7 is provided at a position in contact with a portion of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 where p + -type base region 3 is not formed, and is provided so as to penetrate p-type base layer 4 in the depth direction. It is N-type well region 7 constitutes a drift region together with n-type silicon carbide epitaxial layer 2 . Gate insulating film 8 is provided so as to be in contact with p-type base layer 4 .

p型ベース層4およびn+型ソース領域5の表面には、ゲート絶縁膜8を介してゲート電極9が設けられている。また、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6の表面にはソース電極(第1電極)10が設けられている。ゲート電極9は、ゲート絶縁膜8を介して、n型ウェル領域7の表面に設けられていてもよい。 A gate electrode 9 is provided on the surfaces of the p-type base layer 4 and the n + -type source region 5 with a gate insulating film 8 interposed therebetween. A source electrode (first electrode) 10 is provided on the surface of the n + -type source region 5 and the p + -type contact region 6 . Gate electrode 9 may be provided on the surface of n-type well region 7 via gate insulating film 8 .

炭化珪素半導体基体のおもて面側の全面には、ゲート電極9を覆うように層間絶縁膜(不図示)が設けられている。ソース電極10は、層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6に接する。ソース電極10は、層間絶縁膜によってゲート電極9と電気的に絶縁されている。また、ソース電極10には外部装置と接続するためのソース電極端子13が設けられている。上述の内蔵ダイオードは、例えば、ソース電極10と、p+型コンタクト領域6と、p+型ベース領域3と、n型炭化珪素エピタキシャル層2と、n+型炭化珪素基板1と、ドレイン電極11と、により構成される。 An interlayer insulating film (not shown) is provided over the entire front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate so as to cover gate electrode 9 . The source electrode 10 is in contact with the n + -type source region 5 and the p + -type contact region 6 through a contact hole opened in the interlayer insulating film. Source electrode 10 is electrically insulated from gate electrode 9 by an interlayer insulating film. Also, the source electrode 10 is provided with a source electrode terminal 13 for connection with an external device. The built-in diode described above includes, for example, a source electrode 10, a p + -type contact region 6, a p + -type base region 3, an n-type silicon carbide epitaxial layer 2, an n + -type silicon carbide substrate 1, and a drain electrode 11. and

(連続パルスの周波数とMOSFETのしきい値電圧の変化率との関係)
図2は、連続パルスの周波数とMOSFETのしきい値電圧の変化率との関係の一例を示すグラフである。図2の横軸は、例えば図1に示したステップS3によりMOSFETのゲート電極に印加する連続パルスの周波数(kHz)である。図2の縦軸は、例えば図1に示したステップS5により算出されるMOSFETのしきい値電圧の変化率(%)である。
(Relationship between frequency of continuous pulses and change rate of threshold voltage of MOSFET)
FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the frequency of continuous pulses and the change rate of the threshold voltage of a MOSFET. The horizontal axis of FIG. 2 is the frequency (kHz) of the continuous pulse applied to the gate electrode of the MOSFET in step S3 shown in FIG. 1, for example. The vertical axis in FIG. 2 is the change rate (%) of the threshold voltage of the MOSFET calculated in step S5 shown in FIG. 1, for example.

適格品特性21は、裏面側に欠陥がないMOSFET(適格品)における、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数に対するMOSFETのしきい値電圧の変化率の特性である。適格品特性21に示すように、裏面側に欠陥がないMOSFETにおいては、0kHz以上1000kHz以下のいずれの周波数の連続パルスをゲート電極に印加しても、MOSFETのしきい値電圧の変化率はほぼ0%になる。 Qualified product characteristics 21 are the characteristics of the rate of change of the threshold voltage of a MOSFET (qualified product) with no defects on the back side thereof with respect to the frequency of continuous pulses applied to the gate electrode. As shown in qualifying product characteristics 21, in a MOSFET with no defect on the back side, even if a continuous pulse of any frequency from 0 kHz to 1000 kHz is applied to the gate electrode, the change rate of the threshold voltage of the MOSFET is almost 0%.

不適格品特性22は、裏面側に欠陥があるMOSFET(不適格品)における、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数に対するMOSFETのしきい値電圧の変化率の特性である。不適格品特性22に示すように、裏面側に欠陥があるMOSFETにおいては、0kHz以上1000kHz以下のいずれの周波数の連続パルスをゲート電極に印加しても、MOSFETのしきい値電圧の変化率は1%以上になる。 The ineligible product characteristic 22 is the characteristic of the rate of change of the threshold voltage of the MOSFET with a defect on the back side (non-eligible product) with respect to the frequency of continuous pulses applied to the gate electrode. As shown in ineligible product characteristics 22, in a MOSFET with a defect on the back side, even if a continuous pulse of any frequency from 0 kHz to 1000 kHz is applied to the gate electrode, the change rate of the threshold voltage of the MOSFET 1% or more.

したがって、図1に示したステップS6において、少なくともMOSFETのしきい値電圧の変化率が1%以上か否かを判定することにより、そのMOSFETが適格品であるか不適格品であるかを判断することができる。 Therefore, in step S6 shown in FIG. 1, it is determined whether the MOSFET is a qualified product or an unqualified product by determining whether or not the change rate of the threshold voltage of the MOSFET is 1% or more. can do.

また、不適格品特性22に示すように、裏面側に欠陥があるMOSFETにおいては、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数が高くなるほど、MOSFETのしきい値電圧の変化率は高くなる。これは、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数が高くなるほど、裏面側に欠陥があるMOSFETにおける過度熱抵抗が大きくなるためである。 In addition, as shown in the ineligible product characteristic 22, in a MOSFET with a defect on the back side, the rate of change in the threshold voltage of the MOSFET increases as the frequency of the continuous pulse applied to the gate electrode increases. This is because the higher the frequency of the continuous pulse applied to the gate electrode, the greater the excessive thermal resistance in the MOSFET with defects on the back side.

(連続パルスの周波数とMOSFETの順方向電圧との関係)
図3は、連続パルスの周波数とMOSFETの順方向電圧との関係の一例を示すグラフである。図3の横軸は、例えば図1に示したステップS3によりMOSFETのゲート電極に印加する連続パルスの周波数(kHz)である。図3の縦軸は、例えば図1に示したステップS5により算出されるMOSFETの順方向電圧の変化率(%)である。
(Relationship between frequency of continuous pulse and forward voltage of MOSFET)
FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the frequency of continuous pulses and the forward voltage of a MOSFET. The horizontal axis of FIG. 3 represents the frequency (kHz) of continuous pulses applied to the gate electrode of the MOSFET in step S3 shown in FIG. 1, for example. The vertical axis in FIG. 3 is the change rate (%) of the forward voltage of the MOSFET calculated in step S5 shown in FIG. 1, for example.

適格品特性31は、裏面側に欠陥がないMOSFET(適格品)における、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数に対するMOSFETの順方向電圧の変化率の特性である。適格品特性31に示すように、裏面側に欠陥がないMOSFETにおいては、0kHz以上1000kHz以下のいずれの周波数の連続パルスをゲート電極に印加しても、MOSFETの順方向電圧の変化率はほぼ0%になる。 Qualified product characteristics 31 are the characteristics of the rate of change in the forward voltage of the MOSFET with respect to the frequency of continuous pulses applied to the gate electrode in a MOSFET (qualified product) with no defects on the back side. As shown in qualifying product characteristics 31, in a MOSFET with no defect on the back side, the change rate of the forward voltage of the MOSFET is almost 0 even if a continuous pulse of any frequency from 0 kHz to 1000 kHz is applied to the gate electrode. %become.

不適格品特性32は、裏面側に欠陥があるMOSFET(不適格品)における、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数に対するMOSFETの順方向電圧の変化率の特性である。不適格品特性32に示すように、裏面側に欠陥があるMOSFETにおいては、0kHz以上1000kHz以下のいずれの周波数の連続パルスをゲート電極に印加しても、MOSFETの順方向電圧の変化率は1%以上になる。 The ineligible product characteristic 32 is the characteristic of the change rate of the forward voltage of the MOSFET with a defect on the back side (non-eligible product) with respect to the frequency of continuous pulses applied to the gate electrode. As shown in ineligible product characteristics 32, in a MOSFET with a defect on the back side, the rate of change in the forward voltage of the MOSFET is 1 even if a continuous pulse of any frequency from 0 kHz to 1000 kHz is applied to the gate electrode. % or more.

したがって、図1に示したステップS6において、少なくともMOSFETの順方向電圧の変化率が1%以上か否かを判定することにより、そのMOSFETが適格品であるか不適格品であるかを判断することができる。 Therefore, in step S6 shown in FIG. 1, it is determined whether the MOSFET is an acceptable product or an unacceptable product by determining whether or not the rate of change in the forward voltage of the MOSFET is 1% or more. be able to.

また、不適格品特性32に示すように、裏面側に欠陥があるMOSFETにおいては、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数が高くなるほど、MOSFETの順方向電圧の変化率は高くなる。これは、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数が高くなるほど、裏面側に欠陥があるMOSFETにおける過度熱抵抗が大きくなるためである。 Further, as shown in the ineligible product characteristic 32, in a MOSFET with a defect on the back side, the rate of change in the forward voltage of the MOSFET increases as the frequency of the continuous pulse applied to the gate electrode increases. This is because the higher the frequency of the continuous pulse applied to the gate electrode, the greater the excessive thermal resistance in the MOSFET with defects on the back side.

(連続パルスの周波数と内蔵ダイオードの順方向電圧との関係)
図4は、連続パルスの周波数と内蔵ダイオードの順方向電圧との関係の一例を示すグラフである。図4の横軸は、例えば図1に示したステップS3によりMOSFETのゲート電極に印加する連続パルスの周波数(kHz)である。図4の縦軸は、例えば図1に示したステップS5により算出される内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率(%)である。
(Relationship between frequency of continuous pulse and forward voltage of built-in diode)
FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the frequency of continuous pulses and the forward voltage of the built-in diode. The horizontal axis of FIG. 4 represents the frequency (kHz) of the continuous pulse applied to the gate electrode of the MOSFET in step S3 shown in FIG. 1, for example. The vertical axis of FIG. 4 is the change rate (%) of the forward voltage of the built-in diode calculated in step S5 shown in FIG. 1, for example.

適格品特性41は、裏面側に欠陥がないMOSFET(適格品)における、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数に対する内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率の特性である。適格品特性41に示すように、裏面側に欠陥がないMOSFETにおいては、0kHz以上1000kHz以下のいずれの周波数の連続パルスをゲート電極に印加しても、内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率はほぼ0%になる。 A qualifying product characteristic 41 is a characteristic of the rate of change of the forward voltage of the built-in diode with respect to the frequency of continuous pulses applied to the gate electrode in a MOSFET (qualifying product) with no defect on the back side. As shown in qualifying product characteristic 41, in a MOSFET with no defect on the back side, even if a continuous pulse of any frequency from 0 kHz to 1000 kHz is applied to the gate electrode, the change rate of the forward voltage of the built-in diode is almost 0%.

不適格品特性42は、裏面側に欠陥があるMOSFET(不適格品)における、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数に対する内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率の特性である。不適格品特性42に示すように、裏面側に欠陥があるMOSFETにおいては、0kHz以上1000kHz以下のいずれの周波数の連続パルスをゲート電極に印加しても、内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率は1%以上になる。 The ineligible product characteristic 42 is the characteristic of the change rate of the forward voltage of the built-in diode with respect to the frequency of continuous pulses applied to the gate electrode in a MOSFET with a defect on the back side (ineligible product). As shown in the ineligible product characteristic 42, in a MOSFET with a defect on the back side, even if a continuous pulse of any frequency from 0 kHz to 1000 kHz is applied to the gate electrode, the change rate of the forward voltage of the built-in diode is 1% or more.

したがって、図1に示したステップS6において、少なくとも内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率が1%以上か否かを判定することにより、そのMOSFETが適格品であるか不適格品であるかを判断することができる。 Therefore, in step S6 shown in FIG. 1, it is determined whether the MOSFET is a qualified product or a non-qualified product by determining whether or not the forward voltage change rate of at least the built-in diode is 1% or more. can do.

また、不適格品特性42に示すように、裏面側に欠陥があるMOSFETにおいては、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数が高くなるほど、内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率は高くなる。これは、ゲート電極に印加する連続パルスの周波数が高くなるほど、裏面側に欠陥があるMOSFETにおける過度熱抵抗が大きくなるためである。 Further, as shown in the ineligible product characteristic 42, in a MOSFET with a defect on the back side, the higher the frequency of the continuous pulse applied to the gate electrode, the higher the change rate of the forward voltage of the built-in diode. This is because the higher the frequency of the continuous pulse applied to the gate electrode, the greater the excessive thermal resistance in the MOSFET with defects on the back side.

(実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造の他の例)
図5は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造の他の一例を示す断面図である。図5に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、トレンチ構造を設けたMOSFETであってもよい。チャネルが基板表面に対して平行に形成されるプレーナ構造(例えば図6参照)と比べて、基板表面に対して垂直に形成されるトレンチ構造は、単位面積当たりのセル密度を増やすことができる。このため、単位面積当たりの電流密度を増やすことができ、コスト面から有利である。
(Another example of structure of silicon carbide semiconductor device according to embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. As shown in FIG. 5, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment may be a MOSFET having a trench structure. Compared to a planar structure in which channels are formed parallel to the substrate surface (see, eg, FIG. 6), a trench structure in which the channels are formed perpendicular to the substrate surface can increase the cell density per unit area. Therefore, the current density per unit area can be increased, which is advantageous in terms of cost.

図5において、炭化珪素半導体基体の第1主面側(p型ベース層4側)には、トレンチ18を含むトレンチ構造が形成されている。具体的には、トレンチ18は、p型ベース層4におけるn+型炭化珪素基板1側とは反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面からp型ベース層4を貫通してn型炭化珪素エピタキシャル層2の内部に達する。 In FIG. 5, a trench structure including a trench 18 is formed on the first main surface side (p-type base layer 4 side) of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, trench 18 penetrates p-type base layer 4 from the surface of p-type base layer 4 opposite to n + -type silicon carbide substrate 1 (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). reaches the inside of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 .

トレンチ18の内壁に沿って、トレンチ18の底部および側壁にゲート絶縁膜8が形成されており、トレンチ18内のゲート絶縁膜8の内側にゲート電極9が形成されている。ゲート絶縁膜8により、ゲート電極9がn型炭化珪素エピタキシャル層2およびp型ベース層4から絶縁されている。ゲート電極9の一部は、トレンチ18の上方(ソース電極端子13が設けられている側)からソース電極端子13側に突出していてもよい。 A gate insulating film 8 is formed on the bottom and sidewalls of trench 18 along the inner wall of trench 18 , and gate electrode 9 is formed inside gate insulating film 8 in trench 18 . Gate insulating film 8 insulates gate electrode 9 from n-type silicon carbide epitaxial layer 2 and p-type base layer 4 . A portion of the gate electrode 9 may protrude from above the trench 18 (the side where the source electrode terminal 13 is provided) toward the source electrode terminal 13 .

n型炭化珪素エピタキシャル層2におけるn+型炭化珪素基板1とは反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面層には、p+型ベース領域3が選択的に設けられている。p+型ベース領域3の下端部(ドレイン側端部)は、トレンチ18の底部よりもドレイン側に位置する。 A p + -type base region 3 is selectively provided in a surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 on the side opposite to n + -type silicon carbide substrate 1 (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). there is The lower end (drain-side end) of p + -type base region 3 is positioned closer to the drain than the bottom of trench 18 .

また、n型炭化珪素エピタキシャル層2の内部には、第2p+型領域3aが選択的に設けられている。第2p+型領域3aは、トレンチ18の底に接するように設けられている。第2p+型領域3aは、p型ベース層4とn型炭化珪素エピタキシャル層2との界面よりもドレイン側の位置から、n+型炭化珪素基板1とn型炭化珪素エピタキシャル層2との界面に達しない深さで設けられている。 Further, inside n-type silicon carbide epitaxial layer 2, second p + -type region 3a is selectively provided. Second p + -type region 3 a is provided so as to contact the bottom of trench 18 . Second p + -type region 3a extends from the interface between n + -type silicon carbide substrate 1 and n-type silicon carbide epitaxial layer 2 from a position closer to the drain than the interface between p-type base layer 4 and n-type silicon carbide epitaxial layer 2. provided at a depth that does not reach

図5に示すMOSFETの他の構造は、図6に示すMOSFETの構造と同様であるため説明を省略する。トレンチ構造を設けたMOSFETにおいても、裏面側の欠陥が拡大すると、電気特性全般が悪化してしまうため、本発明の選別方法が有効である。 Other structures of the MOSFET shown in FIG. 5 are the same as those of the MOSFET shown in FIG. Even in a MOSFET having a trench structure, if the defect on the back surface side expands, the electrical characteristics in general deteriorate, so the screening method of the present invention is effective.

実施の形態にかかる選別方法をMOSFETに適用する場合について説明したが、実施の形態にかかる選別方法はSiCを用いたIGBTやSBD(Schottky Barrier Diode:ショットキーバリアダイオード)にも適用可能である。SBDの場合は、例えばアノード電極に正電圧のパルス信号を印加することで、順方向電圧の変化率でSBDを選別することが可能である。 Although the case where the selection method according to the embodiment is applied to a MOSFET has been described, the selection method according to the embodiment can also be applied to IGBTs and SBDs (Schottky Barrier Diodes) using SiC. In the case of SBDs, for example, by applying a positive voltage pulse signal to the anode electrode, it is possible to select SBDs based on the forward voltage change rate.

例えばSiCを用いたIGBTについては、上述の連続パルスの周波数を10kHz以上50kHz以下程度にすることでMOSFETと同様の選別が可能である。SiCを用いたSBDについては、例えばアノード電極に正電圧の連続パルスを印加することによるSBDの順方向電圧の変化率を算出することでMOSFETと同様の選別が可能である。 For example, IGBTs using SiC can be selected in the same manner as MOSFETs by setting the frequency of the continuous pulse to about 10 kHz or more and 50 kHz or less. For SBDs using SiC, for example, by applying a continuous pulse of positive voltage to the anode electrode and calculating the change rate of the forward voltage of the SBD, it is possible to select the same as the MOSFET.

以上に説明したように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法によれば、炭化珪素半導体装置を所定温度に調整し、ゲート電極に連続パルスを所定時間印加することによる過度熱抵抗に応じて変化する特性値の変化率を算出することができる。この特性値は、炭化珪素半導体装置の順方向電圧、炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードの順方向電圧および炭化珪素半導体装置のしきい値電圧の少なくともいずれかである。 As described above, according to the silicon carbide semiconductor device sorting method according to the embodiment, the silicon carbide semiconductor device is adjusted to a predetermined temperature, and the overheat resistance is reduced by applying continuous pulses to the gate electrode for a predetermined time. It is possible to calculate the rate of change of the characteristic value that changes accordingly. This characteristic value is at least one of the forward voltage of the silicon carbide semiconductor device, the forward voltage of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device, and the threshold voltage of the silicon carbide semiconductor device.

そして、算出した変化率が1%より低いか否かを判定することにより、炭化珪素半導体装置のゲート電極に連続パルスを所定時間印加することによる炭化珪素半導体装置の過度熱抵抗の大きさを判定することができる。これにより、裏面側の欠陥がない炭化珪素半導体装置を選別することができ、長時間使用しても信頼性が低下しにくい炭化珪素半導体装置をスクリーニングすることができる。 Then, by determining whether or not the calculated rate of change is lower than 1%, the magnitude of the overheat resistance of the silicon carbide semiconductor device caused by applying continuous pulses to the gate electrode of the silicon carbide semiconductor device for a predetermined period of time is determined. can do. Thereby, it is possible to select silicon carbide semiconductor devices that do not have defects on the back surface side, and to screen silicon carbide semiconductor devices that are less likely to deteriorate in reliability even after long-term use.

また、上述の選別にかかる時間は、裏面側に欠陥がある炭化珪素半導体装置のゲート電極に連続パルスを印加することにより上述の特性値の変化率が1%を超えるまでの時間である。このため、短い時間で炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる。 Further, the time required for the above selection is the time until the change rate of the above characteristic value exceeds 1% by applying continuous pulses to the gate electrode of the silicon carbide semiconductor device having a defect on the back surface side. Therefore, silicon carbide semiconductor devices can be screened in a short time.

以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体として炭化珪素を用いた場合を例に説明しているが、炭化珪素以外の例えば窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。また、実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 The present invention can be modified in various ways without departing from the scope of the present invention, and in the above-described embodiments, for example, the dimensions and impurity concentration of each part can be set variously according to the required specifications. In addition, in the above-described embodiments, the case of using silicon carbide as a wide bandgap semiconductor is described as an example, but the present invention can also be applied to wide bandgap semiconductors other than silicon carbide, such as gallium nitride (GaN) and diamond. It is possible. In addition, although the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type in the embodiments, the present invention can be similarly applied even if the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. .

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、例えば炭化珪素半導体装置にダイオードを逆並列で接続したインバータ回路で用いられる炭化珪素半導体装置に有用である。 The method for selecting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention is useful, for example, for silicon carbide semiconductor devices used in inverter circuits in which diodes are connected in anti-parallel to silicon carbide semiconductor devices.

1 n+型炭化珪素基板
2 n型炭化珪素エピタキシャル層
3 p+型ベース領域
3a 第2p+型領域
4 p型ベース層
5 n+型ソース領域
6 p+型コンタクト領域
7 n型ウェル領域
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
10 ソース電極
11 ドレイン電極
12 ドレイン電極端子
13 ソース電極端子
18 トレンチ
21,31,41 適格品特性
22,32,42 不適格品特性
1 n + type silicon carbide substrate 2 n type silicon carbide epitaxial layer 3 p + type base region 3a second p + type region 4 p type base layer 5 n + type source region 6 p + type contact region 7 n type well region 8 gate Insulating film 9 Gate electrode 10 Source electrode 11 Drain electrode 12 Drain electrode terminal 13 Source electrode terminal 18 Trench 21, 31, 41 Acceptable product characteristics 22, 32, 42 Unacceptable product characteristics

Claims (9)

MOSFETを備える炭化珪素半導体装置の選別方法であって、
前記MOSFETは、炭化珪素基板のおもて面側に設けられた第1電極およびゲート電極と、
前記炭化珪素基板の裏面側に設けられた第2電極と、を備え、
前記MOSFETの温度を所定温度にする第1工程と、
前記所定温度における、前記MOSFETの順方向電圧を測定する第2工程と、
前記第2工程の後に、前記MOSFETのオン電圧よりも高い正の電圧を前記第2電極に印加した状態で、前記ゲート電極に連続パルスを所定時間印加する第3工程と、
前記第3工程の後に、前記所定温度における、前記第2工程によって測定した前記MOSFETの順方向電圧を再度測定する第4工程と、
前記第2工程によって測定した前記順方向電圧に対する、前記第4工程によって測定した前記順方向電圧の変化率を算出する第5工程と、
前記第5工程によって算出した前記変化率が所定値より低いか否かを判定する第6工程と、
を含み、
前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、前記MOSFETのしきい値電圧以上の電圧を前記ゲート電極に印加した状態で前記第2電極から前記第1電極への電流を流すことにより前記MOSFETの順方向電圧を測定することを特徴とする炭化珪素半導体装置の選別方法。
A method for selecting a silicon carbide semiconductor device comprising a MOSFET , comprising:
The MOSFET includes a first electrode and a gate electrode provided on a front surface side of a silicon carbide substrate;
a second electrode provided on the back surface side of the silicon carbide substrate,
a first step of setting the temperature of the MOSFET to a predetermined temperature;
a second step of measuring the forward voltage of the MOSFET at the predetermined temperature;
After the second step, a third step of applying a continuous pulse to the gate electrode for a predetermined time while a positive voltage higher than the ON voltage of the MOSFET is applied to the second electrode ;
After the third step, a fourth step of measuring again the forward voltage of the MOSFET measured in the second step at the predetermined temperature;
a fifth step of calculating the rate of change of the forward voltage measured in the fourth step with respect to the forward voltage measured in the second step;
a sixth step of determining whether the rate of change calculated in the fifth step is lower than a predetermined value;
including
In each of the second step and the fourth step, the above-described A method for selecting a silicon carbide semiconductor device, comprising measuring a forward voltage of a MOSFET .
MOSFETを備える炭化珪素半導体装置の選別方法であって、
前記MOSFETは、炭化珪素基板のおもて面側に設けられた第1電極およびゲート電極と、
前記炭化珪素基板の裏面側に設けられた第2電極と、を備え、
前記MOSFETの温度を所定温度にする第1工程と、
前記所定温度における前記MOSFETの特性値として、前記MOSFETのしきい値電圧を測定する第2工程と、
前記第2工程の後に、前記MOSFETのオン電圧よりも高い正の電圧を前記第2電極に印加した状態で、前記ゲート電極に連続パルスを所定時間印加する第3工程と、
前記第3工程の後に、前記所定温度における、前記第2工程によって測定した前記MOSFETの特性値として、前記MOSFETのしきい値電圧を再度測定する第4工程と、
前記第2工程によって測定した前記特性値に対する、前記第4工程によって測定した前記特性値の変化率を算出する第5工程と、
前記第5工程によって算出した前記変化率が所定値より低いか否かを判定する第6工程と、
を含み、
前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、前記第2電極に正の電圧を印加した状態で前記ゲート電極に電圧を印加することにより前記MOSFETのしきい値電圧を測定することを特徴とする炭化珪素半導体装置の選別方法。
A method for selecting a silicon carbide semiconductor device comprising a MOSFET , comprising:
The MOSFET includes a first electrode and a gate electrode provided on a front surface side of a silicon carbide substrate;
a second electrode provided on the back surface side of the silicon carbide substrate,
a first step of setting the temperature of the MOSFET to a predetermined temperature;
a second step of measuring a threshold voltage of the MOSFET as a characteristic value of the MOSFET at the predetermined temperature;
After the second step, a third step of applying a continuous pulse to the gate electrode for a predetermined time while a positive voltage higher than the ON voltage of the MOSFET is applied to the second electrode ;
After the third step, a fourth step of measuring again the threshold voltage of the MOSFET as the characteristic value of the MOSFET measured in the second step at the predetermined temperature;
a fifth step of calculating a rate of change of the characteristic value measured in the fourth step with respect to the characteristic value measured in the second step;
a sixth step of determining whether the rate of change calculated in the fifth step is lower than a predetermined value;
including
In each of the second step and the fourth step, the threshold voltage of the MOSFET is measured by applying a voltage to the gate electrode while applying a positive voltage to the second electrode. A method for selecting a silicon carbide semiconductor device.
記特性値は、前記MOSFETの順方向電圧をさらに含み、
前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、前記MOSFETのしきい値電圧以上の電圧を前記ゲート電極に印加した状態で前記第2電極から前記第1電極への電流を流すことにより前記MOSFETの順方向電圧も測定し、
前記第5工程においては、複数の前記特性値のそれぞれについて、前記第2工程によって測定した前記特性値に対する、前記第4工程によって測定した前記特性値の変化率を算出し、
前記第6工程においては、前記第5工程によって複数の前記特性値のそれぞれについて算出した前記変化率の少なくともいずれかが前記所定値より低いか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。
The characteristic value further includes a forward voltage of the MOSFET ,
In each of the second step and the fourth step, the above-described Also measure the forward voltage of the MOSFET,
In the fifth step, for each of the plurality of characteristic values, the rate of change of the characteristic value measured in the fourth step with respect to the characteristic value measured in the second step is calculated;
In the sixth step, determining whether at least one of the rate of change calculated for each of the plurality of characteristic values in the fifth step is lower than the predetermined value;
3. The method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to claim 2, wherein:
前記特性値は、前記MOSFETの内蔵ダイオードの順方向電圧をさらに含み、The characteristic value further includes a forward voltage of a built-in diode of the MOSFET,
前記第2工程および前記第4工程のそれぞれにおいては、電流密度が0.1A/cmIn each of the second step and the fourth step, the current density is 0.1 A/cm 22 以上で1V以上の電圧を前記第1電極に印加して前記第1電極から前記第2電極への電流を流すことにより前記MOSFETの内蔵ダイオードの順方向電圧を測定し、measuring the forward voltage of the built-in diode of the MOSFET by applying a voltage of 1 V or more to the first electrode to flow a current from the first electrode to the second electrode;
前記第5工程においては、複数の前記特性値のそれぞれについて、前記第2工程によって測定した前記特性値に対する、前記第4工程によって測定した前記特性値の変化率を算出し、In the fifth step, for each of the plurality of characteristic values, the rate of change of the characteristic value measured in the fourth step with respect to the characteristic value measured in the second step is calculated;
前記第6工程においては、前記第5工程によって複数の前記特性値のそれぞれについて算出した前記変化率の少なくともいずれかが前記所定値より低いか否かを判定する、In the sixth step, determining whether at least one of the rate of change calculated for each of the plurality of characteristic values in the fifth step is lower than the predetermined value;
ことを特徴とする請求項2または3に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。4. The method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to claim 2 or 3, characterized in that:
前記MOSFETは、The MOSFET is
前記炭化珪素基板のおもて面に設けられた第1導電型の第1半導体層と、a first conductivity type first semiconductor layer provided on the front surface of the silicon carbide substrate;
前記第1半導体層における、前記炭化珪素基板側とは反対側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、a second conductivity type second semiconductor layer provided on a side of the first semiconductor layer opposite to the silicon carbide substrate;
前記第2半導体層の内部に選択的に設けられた、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第1半導体領域と、a first conductivity type first semiconductor region selectively provided inside the second semiconductor layer and having an impurity concentration higher than that of the silicon carbide substrate;
前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer;
をさらに備え、further comprising
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜における前記第2半導体層と接触する面とは反対側の表面に設けられ、the gate electrode is provided on a surface of the gate insulating film opposite to a surface in contact with the second semiconductor layer;
前記第1電極は、前記第1半導体領域と前記第2半導体層の表面に設けられる、The first electrode is provided on the surface of the first semiconductor region and the second semiconductor layer,
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。The method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
前記MOSFETは、前記第2半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備え、The MOSFET further comprises a trench penetrating the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer,
前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられている、The gate electrode is provided inside the trench via the gate insulating film,
ことを特徴とする請求項5に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。6. The method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to claim 5, wherein:
前記所定温度は300℃以下の温度であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。7. The method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to claim 1, wherein said predetermined temperature is a temperature of 300.degree. C. or less. 前記所定値は1%であることを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。8. The method for sorting silicon carbide semiconductor devices according to claim 1, wherein said predetermined value is 1%. 前記連続パルスの周波数は100kHz以上500kHz以下であることを特徴とする請求項1~8のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。9. The method for selecting silicon carbide semiconductor devices according to claim 1, wherein the frequency of said continuous pulse is 100 kHz or more and 500 kHz or less.
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