JPH0590591A - 絶縁ゲートバイポーラトランジスタのテストデバイス - Google Patents

絶縁ゲートバイポーラトランジスタのテストデバイス

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JPH0590591A
JPH0590591A JP24781691A JP24781691A JPH0590591A JP H0590591 A JPH0590591 A JP H0590591A JP 24781691 A JP24781691 A JP 24781691A JP 24781691 A JP24781691 A JP 24781691A JP H0590591 A JPH0590591 A JP H0590591A
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Japan
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bipolar transistor
gate bipolar
insulated gate
latch
test device
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Toshimaro Koike
理麿 小池
Masato Nagata
眞人 永田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁ゲートバイポーラトランジスタのラッチ
アップ電流を推定でき、且つラッチアップの起こり易さ
を解析することのできるテストデバイスを提供する。 【構成】 絶縁ゲートバイポーラトランジスタのセル部
分を取り出して、寄生サイリスタを構成するトランジス
タ(PNP5,4−3,2、NPN10,4,6)を形
成し、それぞれに電極7、8、15、17、18を設け
ることによりテストデバイスを構成する。この電極の組
合せにより、1セル当りのラッチアップ電流、寄生トラ
ンジスタの電流増幅率、ベース領域の抵抗値等が測定で
き、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのラッチアップ
現象の解析を可能ならしめる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタに係り、特にそのラッチアップ現象の測定、
解析に好適な絶縁ゲートバイポーラトランジスタのテス
トデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
MOSFETの高速性及び高入力インピーダンス特性
と、バイポーラトランジスタの低飽和電圧特性とを兼ね
備えた電力スイッチング素子として広く用いられてい
る。図3は、この絶縁ゲートバイポーラトランジスタの
特性の一例であり、ゲート電圧VGをパラメータとし
て、コレクタ電圧VCEに対するコレクタ電流ICの特性
の説明図である。絶縁ゲートバイポーラトランジスタは
MOSFETとバイポーラトランジスタを組合せたもの
であるため、必然的にその構成はNPNPの4層構造と
なり、寄生サイリスタが形成される。図3に示されるよ
うに、ゲート電圧VG、 コレクタ電圧VCEを上昇してい
くと、ある電圧でサイリスタ動作を起こし、ラッチアッ
プ現象が生じる。
【0003】絶縁ゲートバイポーラトランジスタは電力
スイッチング素子として用いられるため、一般に定格電
流が大きく、ラッチアップ時の異常な大電流は、測定器
の容量には限界があり、測定器の容量をオーバーし、測
定不能となる場合がある。しかも、絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタは、20V〜数十V程度の比較的低いコ
レクタ電圧、ゲート電圧によって、容易にラッチアップ
が引き起こされる場合が有り、素子のラッチアップ耐量
をあらかじめ測定、評価しておくことは重要である。
【0004】この様に、従来、絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタのラッチアップ電流測定には、大電流の測定
器が必要であり、測定器の容量をオーバーする場合に
は、ラッチアップ電流測定が不可能であった。又、ラッ
チアップ電流を測定できたとしても、素子の構造上、ど
のように改良すれば、ラッチアップ現象が起こりにくく
なるかなどの解析は不可能であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は係る従来技術
の問題点に鑑み、小電流でラッチアップ電流が測定で
き、且つラッチアップ現象の起こり易さを解析可能な絶
縁ゲートバイポーラトランジスタのテストデバイスを提
供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】係る課題を解決するた
め、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造するウェ
ファの一部の領域等にTEGとしてテストデバイスを配
置する。テストデバイスは、絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタのセル部分を取り出して、寄生サイリスタを構
成するトランジスタと、それぞれのトランジスタに電極
を設けることにより構成される。
【0007】
【作用】このテストデバイスは、絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタの単位となるセル部分を取り出して形成し
ているため、1セル分のラッチアップ電流を測定するこ
とができ、これにより多数のセルからなるチップ全体の
ラッチアップ電流を推定することが可能となる。又、寄
生サイリスタを構成するトランジスタの電流増幅率、ベ
ース部分の抵抗値等が測定可能となり、これらはラッチ
アップ現象のキーとなるパラメータなので、ラッチアッ
プ現象の起こり易さの解析を可能ならしめる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の絶縁ゲートバイ
ポーラトランジスタのテストデバイスの断面図である。
ウェファ裏面はコレクタ電極1であり、端子C2 が設け
られている。絶縁ゲートバイポーラトランジスタの1セ
ル相当部分は図中の一点鎖線の間であり、ソース領域と
なる高濃度N型領域11,12及びドレイン領域となる
N型層4と、チャネル領域であるP型領域5とゲート電
極7によって、たて型のNチャネルエンハンスメントM
OSFETが入力段に構成される。P型領域5と、N型
層4、高濃度N型層3と、高濃度P型層2とによって、
PNP型のバイポーラトランジスタが出力段に構成され
る。端子E1(B1)のエミッタ電極8は、絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタの1セル相当分のエミッタ電極で
あり、端子C2 はコレクタ電極1であり、端子Gはゲー
ト電極7であり、これらの端子は試験対称物の絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタの1セル分の端子を構成して
いる。
【0009】P型拡散領域5と、N型層4及び高濃度N
型層3と、高濃度P型層2とは、寄生サイリスタを構成
する一つのPNPトランジスタとなる。高濃度N型領域
10とP型領域20と高濃度N型領域6とは、同様に寄
生サイリスタを構成する一つのNPNトランジスタとな
る。端子B2、E2、C1 は絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタのラッチアップの起こり易さを解析するために設
けられたものである。P型領域5には、高濃度N型領域
13とその左側にオーミックコンタクトの端子B2 とな
る電極15が設けられている。P型領域20には、高濃
度N型領域10と電極17が設けられており、電極17
は端子E2 となる。更にP型領域20の右側側方には、
P型領域20の底と高濃度N型層間の深さWn- に相当
する距離だけ離隔して高濃度N型領域6が設けられてお
り、高濃度N型領域6には電極18が配置されて、端子
1 となっている。
【0010】絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、多
数のセルから構成され、そのセル密度は、例えば100
0セル/cm2 である。ラッチアップ電流が1000A/
cm2であると仮定すると、図1に示す構造のテストデバ
イスでは、1セル分のみ取り出しているので、1セル分
のラッチアップ電流は1Aという、比較的小さな値とな
り、通常の測定器で十分測定可能である。1000セル
/cm2 のセル密度の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
のラッチアップ電流は、これを1000倍することによ
って推定が可能である。絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタの1セル分のラッチアップ電流の測定は、端子E1
(B1)、端子G、端子C2 を各々、絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタのエミッタ、ゲート、コレクタとする
ことによって、測定することができる。
【0011】ラッチアップ現象は、寄生サイリスタのN
PNトランジスタとPNPトランジスタの電流増幅率α
の関係が、 α(NPN)+α(PNP)≧1 の時に起こる。従って、各トランジスタの電流増幅率α
が判ると、ラッチアップの起こり易さが推定できる。N
PNトランジスタの電流増幅率αは、端子E2をエミッ
タとし、端子E1(B1)をベースとし、端子C1 をコレ
クタとすることによって測定できる。ここで、実際のN
PNトランジスタはたて方向に動作するので、コレクタ
のN- 層の深さが電流増幅率αに大きく影響する。この
テストデバイスでは、N- 層の深さに相当するWn-
距離だけ離隔して高濃度N型領域6をP型領域20の側
方に配置することによって、横方向に配置された高濃度
N型領域6によって、たて方向の高濃度N型層3と同じ
働きをさせることができる。PNPトランジスタの電流
増幅率αは、端子B2をエミッタとし、端子C1をベース
とし、端子C2をコレクタとすることによって測定する
ことができる。
【0012】又、ラッチアップの起こり易さを推定する
ポイントにP型拡散領域5,P型拡散領域20のベース
領域抵抗RB がある。これは、ラッチアップは、寄生N
PNトランジスタのベース領域の電位が、N+拡散領域
であるエミッタに対して0.6Vを越えると、少数キャ
リアが注入されることにより起こるからである。エミッ
タ電極8によりエミッタとベースの拡散領域はその表面
で短絡されているが、ベース領域であるP型領域20底
部ではベース領域の抵抗により電位が上昇するので、ベ
ース領域の抵抗RB はなるべく小さい程、ラッチアップ
は起こりにくい。このP型領域20の抵抗RB は、等価
なP型領域5において、端子B2 と端子E 1(B1)によ
って測定することができる。
【0013】図2は、本発明の一実施例の絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタのテストデバイスのパターン図で
ある。このパターンは、絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタを製造するウェファの数ヶ所に、例えばTEGとし
て絶縁ゲートバイポーラトランジスタと共に製造され
る。チップの周辺は、高濃度N型拡散層で囲まれてお
り、P型拡散領域5、P型拡散領域20が配置されてい
る。P型拡散領域5の中には、高濃度N型領域12、1
3が配置され、P型拡散領域の中には、高濃度N型領
域,10、11が配置され、P型領域20の側方には、
距離Wn- だけ離隔して、高濃度N型領域6が配置され
ている。
【0014】パッドは、端子E1(B1)、B2、E2、C
1、G に対応するものであり、組立工程においてワイヤ
ボンドによりパッケージのピンに接続される。又、ウェ
ファ段階の製造工程中で、パッドにプローブを当てるこ
とにより、上述の各種測定を行うことができ、製造工程
中の品質管理に用いることができる。尚、本実施例は絶
縁ゲートバイポーラトランジスタの1個のセルに相当す
る部分を1個のチップ(デバイス)に搭載している。数
個あるいは数十個のセルを1個のチップに搭載すること
も勿論可能であり、この場合はセル間の相互干渉を含め
た絶縁ゲートバイポーラトランジスタのラッチアップ現
象の解析が可能となる。更に、本実施例は、図2のパタ
ーン図に示す様に、独立したチップとして扱っている
が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの一般のTEG
パターンの中に含めてもよい。
【0015】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の絶
縁ゲートバイポーラトランジスタのテストデバイスによ
れば、セル当りのラッチアップ電流、寄生トランジスタ
の電流増幅率α、P型領域の抵抗RB を測定することが
可能である。従って、多数のセルからなる絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタでは、測定器の限界から、測定で
きない大きなラッチアップ電流も推定が可能となり、
又、ラッチアップを起こし易い諸パラメータを測定でき
るので、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのラッチア
ップ現象の解析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタのテストデバイスの断面図。
【図2】本発明の一実施例の絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタのテストデバイスのパターン図。
【図3】絶縁ゲートバイポーラトランジスタのIC−V
CE特性の説明図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁ゲートバイポーラトランジスタのセ
    ル部分に対応する寄生サイリスタを構成する2個のトラ
    ンジスタと、該トランジスタに設けられた電極とからな
    り、該電極の組合せにより、少なくとも1セル当りのラ
    ッチアップ電流、寄生トランジスタの電流増幅率、ベー
    ス領域の抵抗値が測定可能であることを特徴とする絶縁
    ゲートバイポーラトランジスタのテストデバイス。
  2. 【請求項2】 前記トランジスタの1個は、ベース領域
    の底から高濃度N型層迄の深さに相当する距離を離隔し
    て、該ベース領域の側方に配置された高濃度N型領域か
    らなるコレクタ領域を具備することを特徴とする請求項
    1の絶縁ゲートバイポーラトランジスタのテストデバイ
    ス。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302462A (ja) * 2008-06-17 2009-12-24 Denso Corp 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの検査方法
JP2012156178A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Honda Motor Co Ltd 絶縁ゲートバイポーラトランジスタの検査方法、製造方法、及びテスト回路
CN110718586A (zh) * 2019-10-24 2020-01-21 上海擎茂微电子科技有限公司 一种抗闩锁效应的沟槽型绝缘栅晶体管器件

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