JP2025015178A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、半導体装置の製造方法に関し、特に、炭化珪素(以下、SiCという)や窒化ガリウム(以下、GaNという)などを半導体材料とした化合物半導体装置の製造方法に好適である。 This disclosure relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and is particularly suitable for a method for manufacturing a compound semiconductor device using semiconductor materials such as silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) and gallium nitride (hereinafter referred to as GaN).
特許文献1に、半導体プロセスによる半導体素子の形成後に実施される電気特性検査の実施前に、結晶欠陥検査を実施する半導体装置の製造方法が開示されている。具体的には、予めSiC基板上にエピタキシャル膜を成長させた段階でレーザを用いた外観検査、つまり画像検出による結晶欠陥検査を実施しており、結晶欠陥検査装置を用いてエピタキシャル膜中に存在する結晶欠陥を検出している。そして、結晶欠陥検査後に、半導体ウェハに対して素子構造を形成したのちダイシングによって半導体チップに個片化した際に、結晶欠陥検査で結晶欠陥が検出されなかった半導体チップを良品候補として選別している。
半導体、特にSiCやGaNのような化合物半導体は、結晶欠陥密度が高く、後工程や品質に悪影響を与えるキラー欠陥と呼ばれる結晶欠陥が存在していることがある。そのような結晶欠陥を適切に検出し、製品化されないように出荷前にリジェクトする必要がある。 Semiconductors, especially compound semiconductors such as SiC and GaN, have a high density of crystal defects and can contain crystal defects known as killer defects that have a negative impact on downstream processes and quality. Such crystal defects must be properly detected and rejected before shipment to prevent them from being used in products.
しかしながら、結晶欠陥が存在していても、実使用上問題にならない結晶欠陥もあるし、小さな結晶欠陥であっても製品使用時に拡張してキラー欠陥になり得る結晶欠陥もあり、画像検出による結晶欠陥検査では精度が不十分である。このため、本来であればリジェクトすべきものが製品化されたり、リジェクトする必要がないものまでリジェクトしてしまう過検出が行われたりするという問題が発生し得る。 However, even if crystal defects exist, some crystal defects do not cause problems in practical use, while other crystal defects, even if small, can expand and become killer defects when the product is used, and so image detection based crystal defect inspection is not accurate enough. This can lead to problems such as products that should be rejected being made into products, or overdetection resulting in the rejection of products that do not need to be rejected.
本開示は、より適切な良不良判定を実施し、不良品をリジェクトして製品化されることを抑制しつつ、過検出を抑制して歩留まり向上を図ることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a method for manufacturing semiconductor devices that can perform more appropriate quality/failure judgments, reduce the rejection of defective products and commercialization, and reduce overdetection, thereby improving yields.
本開示の1つの観点における半導体装置の製造方法では、
半導体ウェハを用意した後、デバイス形成プロセスを実施して半導体素子を形成すること(S100)と、
前記半導体ウェハのうちチップ化される個々の半導体装置に対して電気特性を測定すること(S110)と、
前記電気特性を測定することで得た電気特性波形のグラフの任意の領域の面積および前記グラフの任意の2点を結ぶ直線の傾きの少なくとも1つを特徴量として、該特徴量を算出すること(S120)と、
前記特徴量を算出することで得た前記特徴量および判別式に基づき、前記個々の半導体装置の良不良判定を行うこと(S130)と、を含んでいる。
In one aspect of the present disclosure, a method for manufacturing a semiconductor device includes:
After preparing a semiconductor wafer, a device formation process is performed to form a semiconductor element (S100);
Measuring electrical characteristics of individual semiconductor devices to be chipped from the semiconductor wafer (S110);
calculating at least one of an area of an arbitrary region of a graph of an electrical characteristic waveform obtained by measuring the electrical characteristics and a slope of a line connecting any two points of the graph as a characteristic quantity (S120);
and determining whether each of the semiconductor devices is good or bad based on the characteristic amounts obtained by calculating the characteristic amounts and a discriminant (S130).
このように、電気特性を測定することで得た電気特性波形のグラフの任意の領域の面積および電気特性波形のグラフの傾きの少なくとも1つを特徴量とし、特徴量および判別式に基づいて、良不良判定を行っている。このため、NG品の検出率を高くしつつも、過検出率を低くできる。したがって、より適切にキラー欠陥になり得る結晶欠陥を検出し、リジェクトして製品化されることを抑制しつつ、過検出を抑制して歩留まり向上を図ることができる半導体装置の製造方法とすることが可能となる。 In this way, at least one of the area of an arbitrary region of the graph of the electrical characteristic waveform obtained by measuring the electrical characteristics and the slope of the graph of the electrical characteristic waveform is used as a feature, and a pass/fail judgment is made based on the feature and the discriminant. This makes it possible to increase the detection rate of defective products while reducing the overdetection rate. This makes it possible to provide a manufacturing method for semiconductor devices that can more appropriately detect crystal defects that could become killer defects, prevent products from being rejected and commercialized, and reduce overdetection, thereby improving yields.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference symbols in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between the component and the specific components described in the embodiments described below.
以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下に説明する他の実施形態を含めて、各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that in each embodiment, including the other embodiments described below, parts that are identical or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
本開示の第1実施形態について説明する。本実施形態では、半導体装置として、SiCを半導体材料とするSiC半導体装置を例に挙げて説明する。
First Embodiment
A first embodiment of the present disclosure will be described. In the present embodiment, a SiC semiconductor device using SiC as a semiconductor material will be described as an example of a semiconductor device.
〔SiC半導体装置の構成〕
本実施形態にかかるSiC半導体装置は、半導体素子として、図1に示すトレンチゲート構造の反転型の縦型MOSFETが形成されたものである。これらの図に示す縦型MOSFETは、SiC半導体装置のうちのセル領域に形成されており、そのセル領域を囲むように外周耐圧構造が形成されることでSiC半導体装置が構成されているが、ここでは縦型MOSFETのみ図示してある。なお、以下では、図1に示すように、互いに直交する一方向をそれぞれX方向、Y方向、Z方向として説明する。具体的には、縦型MOSFETの幅方向をX方向、X方向に対して交差する縦型MOSFETの奥行方向をY方向、縦型MOSFETの厚み方向もしくは深さ方向、つまりXY平面に対する法線方向をZ方向とする。
[Configuration of SiC semiconductor device]
The SiC semiconductor device according to this embodiment is formed with an inverted vertical MOSFET having a trench gate structure as shown in FIG. 1 as a semiconductor element. The vertical MOSFET shown in these figures is formed in a cell region of the SiC semiconductor device, and the SiC semiconductor device is configured by forming a peripheral breakdown voltage structure so as to surround the cell region, but only the vertical MOSFET is shown here. In the following, directions perpendicular to each other as shown in FIG. 1 will be described as the X direction, the Y direction, and the Z direction. Specifically, the width direction of the vertical MOSFET is the X direction, the depth direction of the vertical MOSFET intersecting the X direction is the Y direction, and the thickness direction or depth direction of the vertical MOSFET, i.e., the normal direction to the XY plane, is the Z direction.
図1に示されるように、SiC半導体装置には、n型不純物がドープされたn+型のSiC基板11が用いられている。SiC基板11は、縦型MOSFETにおけるドレイン領域を構成する部分である。SiC基板11は、例えば、(0001)Si面に対して0~8°のオフ角を有し、N(窒素)やP(リン)等のn型不純物が高濃度にドープされて構成されている。
1, the SiC semiconductor device uses an n +
SiC基板11の主表面上には、ドリフト層の一部を構成するSiCからなるn-型のバッファ層12が形成されている。バッファ層12は、SiC基板11の表面にエピタキシャル成長を行うことによって構成され、n型不純物濃度が、SiC基板11と後述する低濃度層13との間の不純物濃度とされている。また、バッファ層12の上には、SiC基板11より低濃度とされたドリフト層の一部を構成するSiCからなるn-型の低濃度層13が形成されている。
An n -
セル領域では、低濃度層13の上に、SiCからなるドリフト層の一部を構成するn型のJFET部14が形成されている。低濃度層13は、SiC基板11と反対側においてJFET部14と連結されている。さらに、低濃度層13の上には、JFET部14に加えてAl(アルミニウム)等のp型不純物がドープされたp型のディープ層15が形成されている。
In the cell region, an n-
JFET部14とディープ層15は、飽和電流抑制層を構成するものであり、共に、X方向を長手方向として延設され、Y方向において交互に繰り返し並べられて配置されている。つまり、SiC基板11の主表面に対する法線方向から見て、JFET部14の少なくとも一部とディープ層15は、それぞれ複数のライン状、換言すればストライプ状とされ、それぞれが交互に並べられたレイアウトとされている。
The
ストライプ状とされたディープ層15の各ライン状の部分は一定幅とされ、等間隔に配置されていて、深さ方向においてp型不純物濃度が一定とされている。
Each line-shaped portion of the striped
さらに、JFET部14およびディープ層15の上には、SiCからなるドリフト層の一部を構成するn型の電流分散層16が形成されている。電流分散層16は、縦型MOSFETのチャネルを通じて流れる電流がY方向に拡散できるようにする層であり、後述するゲートトレンチ21の深さ方向先端側に接して形成され、例えば、低濃度層13よりもn型不純物濃度が高くされている。
Furthermore, an n-type current spreading
なお、本実施形態では、バッファ層12、低濃度層13、JFET部14および電流分散層16によってドリフト層が構成されているが、ドリフト層の構成については任意であり、例えば、バッファ層を備えていない構造とすることもできる。
In this embodiment, the drift layer is composed of the
電流分散層16の上にはSiCからなるp型のベース領域17が形成されている。また、ベース領域17の上には、SiCからなるn+型のソース領域18が形成されている。ベース領域17は、ディープ層15よりもp型不純物濃度が低くされている。また、ソース領域18は、n型不純物濃度が電流分散層16よりも高濃度とされている。
A p-
また、ソース領域18の表面からベース領域17に達するように、ベース領域17よりもp型不純物濃度が高くされたp+型のコンタクト領域19が形成されている。本実施形態では、コンタクト領域19は、Y方向を長手方向とするライン状で構成されている。さらに、コンタクト領域19の下方には、ベース領域17とディープ層15とを繋ぐp型の連結層20が形成されている。連結層20は、コンタクト領域19と共にY方向を長手方向としてライン状に形成され、電流分散層16を挟んだ両側に配置されている。
In addition, a p +
コンタクト領域19および連結層20は、ディープ層15やベース領域17をソース電位に固定するために、ディープ層15やベース領域17と後述するソース電極25とを連結させる役割を果たす。
The
コンタクト領域19や連結層20の形成間隔は任意であるが、本実施形態では、後述するトレンチゲート構造の両側にそれぞれ形成されるようにしている。コンタクト領域19や連結層20の幅については任意であるが、ここでは隣り合うトレンチゲート構造の間隔以下としている。
The spacing between the
さらに、ソース領域18およびベース領域17を貫通して電流分散層16に達するように、所定幅かつ所定深さで形成されたゲートトレンチ21が形成されている。このゲートトレンチ21の側面と接するように上述したベース領域17やソース領域18が形成され、ゲートトレンチ21から離れるようにしてコンタクト領域19が配置されている。ゲートトレンチ21は、X方向を幅方向、JFET部14やディープ層15の長手方向と交差する方向、ここではY方向を長手方向、Z方向を深さ方向とするライン状のレイアウトで形成されている。そして、図1に示したように、ゲートトレンチ21は、複数本がX方向に等間隔に配置されたストライプ状とされており、それぞれの間にベース領域17、ソース領域18、コンタクト領域19および連結層20が配置されている。
Furthermore, a
ベース領域17のうちゲートトレンチ21の側面に位置する部分を、縦型MOSFETの作動時にソース領域18と電流分散層16との間を繋ぐチャネル領域として、チャネル領域を含むゲートトレンチ21の内壁面がゲート絶縁膜22で覆われている。ゲート絶縁膜22の表面にはドープドPoly-Siにて構成されたゲート電極23が形成されており、これらゲート絶縁膜22およびゲート電極23がゲートトレンチ21内に配置されることでトレンチゲート構造が構成されている。さらに、ゲート電極23を覆うように層間絶縁膜24が形成されている。
The portion of the
また、図1に示すように、ソース領域18の表面やゲート電極23の表面には、層間絶縁膜24を介してソース電極25などが形成されている。ソース電極25は、複数の金属、例えばNi/Al等で構成されている。そして、複数の金属のうち少なくともn型SiC、具体的にはソース領域18やn型ドープの場合のゲート電極23と接触する部分はn型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。また、複数の金属のうち少なくともp型SiC、具体的にはコンタクト領域19と接触する部分はp型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、ソース電極25は、層間絶縁膜24上に形成されることでSiC部分と電気的に絶縁されているが、層間絶縁膜24に形成されたコンタクトホール24aを通じて、ソース領域18およびコンタクト領域19と電気的に接触させられている。
As shown in FIG. 1, a
一方、SiC基板11の裏面側にはSiC基板11と電気的に接続されたドレイン電極26が形成されている。このような構造により、nチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造の縦型MOSFETが構成されている。このような縦型MOSFETが複数セル配置されることでセル領域が構成されている。そして、図示しないが、セル領域の周囲を囲むようにガードリングなどの外周耐圧構造が形成されることで、SiC半導体装置が構成されている。
On the other hand, a
このような構成のSiC半導体装置では、縦型MOSFET内に、低濃度層13やJFET部14等とディープ層15や連結層20等とのpn接合によって内蔵ダイオードが構成される。
In a SiC semiconductor device with such a configuration, a built-in diode is formed in the vertical MOSFET by a pn junction between the
以上が本実施形態に係るSiC半導体装置の基本的な構成例である。このSiC半導体装置は、例えば、縦型MOSFETをスイッチング素子として利用する三相モータ駆動用のインバータ回路などに用いられる。 The above is an example of the basic configuration of the SiC semiconductor device according to this embodiment. This SiC semiconductor device is used, for example, in an inverter circuit for driving a three-phase motor that uses a vertical MOSFET as a switching element.
ここで、上記したように、SiC半導体装置は、セル領域にトレンチゲート構造の縦型MOSFETおよびpn接合で構成される内蔵ダイオードが備えられた構造とされる。そして、SiC基板11やバッファ層12を含むドリフト層内等には基底面転位(以下、BPDという)と呼ばれる(0001)面上に転位線を有する波状転位が含まれている。SiC半導体装置には、このBPDに起因する欠陥が生じ得る。
As described above, the SiC semiconductor device has a structure in which a vertical MOSFET with a trench gate structure and an internal diode composed of a pn junction are provided in the cell region. The drift layer including the
SiC半導体装置の等価回路は、図2に示すように、縦型MOSFET30および内蔵ダイオード40を有する回路構成として示され、縦型MOSFET30がオン時にはドレイン電極26からソース電極25へのオン電流IONが生じる。なお、図2における「S」、「D」、「G」は、それぞれ、ソース電極25、ドレイン電極26、ゲート電極23に対応している。具体的には、ゲート電極23に例えば20Vなどの所定の電圧が印加されると、ベース領域17のうちのゲートトレンチ21に接している表面にチャネル領域が形成され、ソース電極25とドレイン電極26との間に流れるドレイン電流Idとして、オン電流IONが流れる。
2, an equivalent circuit of the SiC semiconductor device is shown as a circuit configuration having a
その後、SiC半導体装置は、オフ状態になると、逆バイアスが印加されて逆導通状態となるため、内蔵ダイオード40が還流ダイオードとして機能し、内蔵ダイオード40を通じてドレイン電流Idとして還流電流IOFFが流れる。このとき、図3Aに示すように、内蔵ダイオード40を構成するpn接合のp型層側からn型層側に拡散したホールとn型層中の電子とが再結合する。このホールと電子との再結合エネルギーが大きいため、図3Bに示すように、BPD50が拡張してSSF60が生じてしまう。そして、このSSF60は内蔵ダイオード40への通電ストレスが積み重なるほど拡張する。SSF60は、BPD50と比べて占有面積が広いため、オン電流IONおよび還流電流IOFFの妨げとなる。そして、内蔵ダイオード40への通電ストレスに応じてSSF60が拡張するため、製造された直後、すなわちSSF60が生じる前の段階における電気特性に対して、駆動後の電気特性が低下してしまう。
Thereafter, when the SiC semiconductor device is turned off, a reverse bias is applied to the SiC semiconductor device, and the built-in
したがって、製品として所望する電気特性が得られなくなるようなSSF60に拡張し得るBPD50が含まれたSiC半導体装置を良不良判定においてリジェクトできるようにすることが望まれる。 Therefore, it is desirable to be able to reject SiC semiconductor devices that contain BPD50 that can be expanded to SSF60, which would prevent the product from achieving the desired electrical characteristics, during quality determination.
ただし、上記したように、画像検出による結晶欠陥検査では精度が不十分であり、本来であればリジェクトすべきものが製品化されたり、リジェクトする必要がないものまでリジェクトしてしまう過検出が行われたりするという問題が発生し得る。 However, as mentioned above, the accuracy of crystal defect inspection using image detection is insufficient, and problems can arise such as products that should be rejected being manufactured into products, or overdetection resulting in the rejection of products that do not need to be rejected.
そこで、電気特性検査による結晶欠陥検出について検討を行ったが、一般的な電気特性検査として行われるリーク電流などの値を閾値と比較し、その値が閾値を超えていなければ良品、超えていれば不良品という規格判定では不十分であった。つまり、電気特性検査によって得られるリーク電流などの各値は、絶対値として得られるが、その絶対値の大きさと、SiC半導体装置を実際に使用した際に後工程や品質に悪影響を与えるキラー欠陥の存在とが必ずしも一致しない。例えば、電気特性検査時にリーク電流が閾値を超えていても、そのSiC半導体装置を実際に使用してもリーク電流がほとんど増加せず、実使用に耐え得る場合がある。また、BPD50が存在していたとしても、悪影響を与えるほどのSSF60に拡張しないBPD50である場合もある。そのような場合、単に電気特性検査時のリーク電流の絶対値を閾値と比較しただけでは、的確にキラー欠陥を有するSiC半導体装置を検出することが困難であり、精度良い良不良判定を行うことができなかった。 Therefore, we investigated the detection of crystal defects by electrical property testing, but the standard judgment that a value such as leakage current, which is generally performed in an electrical property test, is compared with a threshold value, and if the value does not exceed the threshold value, the product is good, and if it does exceed the threshold value, the product is defective, was insufficient. In other words, each value such as leakage current obtained by an electrical property test is obtained as an absolute value, but the magnitude of the absolute value does not necessarily match the presence of a killer defect that adversely affects the subsequent process or quality when the SiC semiconductor device is actually used. For example, even if the leakage current exceeds the threshold value during an electrical property test, the leakage current may not increase much when the SiC semiconductor device is actually used, and the SiC semiconductor device may be durable for practical use. In addition, even if BPD50 exists, it may not expand to SSF60 to the extent that it has an adverse effect. In such cases, it is difficult to accurately detect a SiC semiconductor device having a killer defect by simply comparing the absolute value of the leakage current during an electrical property test with a threshold value, and accurate judgment of good or bad could not be performed.
このため、更に鋭意検討を行ったところ、キラー欠陥を有するSiC半導体装置の電気特性は、ある特定の波形形状に特徴がある場合があり、その特定波形を精度良く検出すれば、的確にキラー欠陥を有するSiC半導体装置を検出できることが判った。特定の波形形状には様々なものがあることを確認したが、ここでは一例として、逆バイアス時のソース-ドレイン間電圧Vdsに対するリーク電流として流れたドレイン電流Idの電気特性について説明する。 As a result of further intensive research, it was found that the electrical characteristics of a SiC semiconductor device having a killer defect may be characterized by a specific waveform shape, and that if this specific waveform can be detected with high accuracy, it is possible to accurately detect a SiC semiconductor device having a killer defect. It was confirmed that there are various specific waveform shapes, but here, as an example, the electrical characteristics of the drain current Id that flows as a leakage current relative to the source-drain voltage Vds under reverse bias will be described.
実験により、ソース-ドレイン間電圧Vdsに対するドレイン電流Idの電気特性と、実使用を行った後にキラー欠陥を有していたSiC半導体装置の電気特性を調べた。多数の実機データを得るために、複数のSiCウェハを用いて製造したSiC半導体装置を多数用意し、ゲート電圧Vg=0V、ソース電圧Vs=0Vとして所望のソース-ドレイン間電圧Vdsを印加し、ドレイン電流Idを測定した。ソース-ドレイン間電圧Vdsについては瞬間的な印加としており、瞬間的に逆バイアス状態を発生させて、そのときに流れたドレイン電流Idをテスターにより測定した。ソース-ドレイン間電圧Vdsについては任意に設定可能であるが、ここでは100V、400V、600V、900V、1100V、1200Vの6段階とした。図4は、その結果を示している。なお、以下の説明では、図4中に示される電気特性波形のグラフを複数の領域に区画する各点、ここでは各ソース-ドレイン間電圧Vdsに対するドレイン電流Idの値の関係をノードと呼ぶ。また、印加するソース-ドレイン間電圧Vdsの低い順にノード1~ノード6と呼ぶ。
In an experiment, the electrical characteristics of the drain current Id versus the source-drain voltage Vds and the electrical characteristics of a SiC semiconductor device that had a killer defect after practical use were investigated. In order to obtain a large number of actual device data, a large number of SiC semiconductor devices manufactured using multiple SiC wafers were prepared, and the desired source-drain voltage Vds was applied with a gate voltage Vg = 0 V and a source voltage Vs = 0 V, and the drain current Id was measured. The source-drain voltage Vds was applied instantaneously, creating an instantaneous reverse bias state, and the drain current Id that flowed at that time was measured with a tester. The source-drain voltage Vds can be set arbitrarily, but here it was set to six levels: 100 V, 400 V, 600 V, 900 V, 1100 V, and 1200 V. Figure 4 shows the results. In the following explanation, each point that divides the graph of the electrical characteristics waveform shown in Figure 4 into multiple regions, here the relationship between the value of the drain current Id and each source-drain voltage Vds, is called a node. Additionally, the nodes are called
さらに、この実験の後、実験で用いたSiC半導体装置に対して、1000Vのソース-ドレイン間電圧Vdsを長時間印加した耐久試験、例えばBPD50がSSF60に拡張し得る条件の試験を行った。そして、耐久試験後に改めて電気特性検査を行い、製造された直後に対してSiC半導体装置の電気特性が低下したか否かを検査することで、キラー欠陥が存在していたか否かを判別した。例えば、縦型MOSFET30をオンさせた際にドレイン電流Idとして流れるオン電流IONが閾値未満になっていると、BPD50がSSF60に拡張して電気特性が低下したと考えられる。このため、製造された直後に対してSiC半導体装置の電気特性が低下していた場合に、キラー欠陥が存在していたと判別した。
Furthermore, after this experiment, a durability test was performed on the SiC semiconductor device used in the experiment, in which a source-drain voltage Vds of 1000V was applied for a long time, for example, a test under conditions under which BPD50 can expand to SSF60. Then, after the durability test, an electrical characteristic test was performed again to check whether the electrical characteristics of the SiC semiconductor device had deteriorated compared to immediately after manufacture, thereby determining whether a killer defect existed. For example, if the on-current I ON flowing as the drain current I d when the
図4に示されるように、多数の実機データを得たが、基本的にはソース-ドレイン間電圧Vdsが大きくなるほどドレイン電流Idが徐々に大きくなるという電気特性になる。ただし、各ノード間におけるドレイン電流Idの変化については一定にはならず、その傾きも様々であった。 As shown in Figure 4, a large amount of actual device data was obtained, and the electrical characteristics showed that the drain current Id gradually increased as the source-drain voltage Vds increased. However, the change in the drain current Id between each node was not constant, and the slope also varied.
一方、キラー欠陥が存在していたSiC半導体装置について、耐久試験前の電気特性を調べたところ、図4中の線Lkillで示した特性であった。なお、以下の説明では、キラー欠陥が存在していたと判別されたSiC半導体装置の電気特性波形をNG波形という。図4では、線LkillがNG波形である。また、キラー欠陥が存在していたと判別されていないSiC半導体装置の電気特性波形を良品波形という。図4では、線Lkill以外が良品波形である。 On the other hand, when the electrical characteristics of the SiC semiconductor device in which the killer defect was present were examined before the durability test, the characteristics were as shown by the line L kill in Fig. 4. In the following description, the electrical characteristic waveform of the SiC semiconductor device in which it was determined that the killer defect was present is referred to as an NG waveform. In Fig. 4, the line L kill is the NG waveform. Moreover, the electrical characteristic waveform of the SiC semiconductor device in which it was not determined that the killer defect was present is referred to as a pass-quality waveform. In Fig. 4, waveforms other than the line L kill are pass-quality waveforms.
NG波形と良品波形とを比較すると、各ノードでのドレイン電流Idの大きさについては、明らかな大小関係はなく、ドレイン電流Idの大きさだけに基づいてNG波形と良品波形とを区別することはできなかった。このことは、単に電気特性検査時のリーク電流の絶対値を閾値と比較しただけでは、的確にキラー欠陥を有するSiC半導体装置を検出することが困難であり、精度良い良不良判定を行うことができないことを意味している。 When comparing the NG waveform with the good waveform, there was no clear relationship between the magnitude of the drain current Id at each node, and it was not possible to distinguish between the NG waveform and the good waveform based only on the magnitude of the drain current Id. This means that it is difficult to accurately detect SiC semiconductor devices that have killer defects simply by comparing the absolute value of the leakage current during electrical characteristics testing with a threshold value, and it is not possible to accurately determine whether the device is good or bad.
例えば、ノード2について、ドレイン電流Idの大きさだけみると、キラー欠陥が存在していたと判別されたSiC半導体装置よりも、判別されていないSiC半導体装置の方のドレイン電流Idが大きい場合もある。このため、単にリーク電流の絶対値を閾値と比較したのでは、キラー欠陥が存在していないのにもかかわらず、存在していると判別されてしまうという過検出が発生し得る。逆に、キラー欠陥が存在しているのにもかかわらず、存在していないと判別されることもあり得る。
For example, when only the magnitude of the drain current Id is considered for
したがって、本実施形態では、実機データに基づいてNG波形から得られる判別式を算出しておき、製造したSiC半導体装置について、電気特性検査を行った際にその判別式に基づいて良不良判定を行うようにしている。以下、この判別式の算出方法について説明する。 Therefore, in this embodiment, a discriminant equation obtained from the NG waveform is calculated based on the actual device data, and when an electrical characteristic test is performed on the manufactured SiC semiconductor device, the good/bad judgment is made based on the discriminant equation. The method for calculating this discriminant equation is described below.
上記したように、ソース-ドレイン間電圧Vdsとドレイン電流Idとの関係として、電気特性波形が得られる。この電気特性波形を面積および直線の傾きとして捉え、面積の定量化を行うことで、電気特性波形を選別できる。ここでは、統計学で広く用いられてきたGini係数を幾何学的に解釈することで、波形形状の定量化に応用する。以降の説明におけるGini係数とは、統計学上の尺度ではなく、波形形状の定量化を行うために上記幾何学的な解釈を行った独自尺度である。さらに、電気特性波形のグラフを領域毎に区切り、領域毎に「Gini係数」を計算すると共に、グラフの任意の2点を結ぶ直線の「傾き」を計算し、2軸での線形判別に落とし込むことで精度良く特定の電気特性波形を選別する。 As described above, the electrical characteristic waveform is obtained as the relationship between the source-drain voltage Vds and the drain current Id. The electrical characteristic waveform can be selected by capturing the electrical characteristic waveform as the area and the slope of the line and quantifying the area. Here, the Gini coefficient, which has been widely used in statistics, is applied to quantifying the waveform shape by interpreting it geometrically. The Gini coefficient in the following explanation is not a statistical measure, but a unique measure that uses the above-mentioned geometric interpretation to quantify the waveform shape. Furthermore, the electrical characteristic waveform graph is divided into regions, and the "Gini coefficient" is calculated for each region, and the "slope" of the line connecting any two points on the graph is calculated, and a specific electrical characteristic waveform is accurately selected by applying this to linear discrimination on two axes.
「Gini係数」は、一般的には「偏り」もしくは「不均等さ」を数値で表した特徴量であるが、ここでは電気特性波形の形状情報を定量化するためにGini係数を用いている。図5に示すように、Gini係数は、2つの累積相対度数を用いて描かれるローレンツ曲線と均等直線とによって囲まれる領域の面積S1と、均等直線よりも下の領域の面積S2との合計S1+S2に対する面積S1の比S1/(S1+S2)として定義される。ローレンツ曲線と均等直線との差が小さく、Gini係数が0に近いほど「偏り」もしくは「不均等さ」が小さいことを表している。また、ローレンツ曲線と均等直線との差が大きく、Gini係数が1に近いほど「偏り」もしくは「不均等さ」が大きいことを表している。 The "Gini coefficient" is generally a feature that numerically expresses "bias" or "unevenness," but here we use the Gini coefficient to quantify the shape information of the electrical characteristic waveform. As shown in Figure 5, the Gini coefficient is defined as S1/(S1+S2), the ratio of area S1 to the sum S1+S2 of the area S1 surrounded by the Lorentz curve and the uniform straight line drawn using two cumulative relative frequencies and the area S2 of the area below the uniform straight line. The smaller the difference between the Lorentz curve and the uniform straight line and the closer the Gini coefficient is to 0, the smaller the "bias" or "unevenness." Also, the larger the difference between the Lorentz curve and the uniform straight line and the closer the Gini coefficient is to 1, the greater the "bias" or "unevenness."
本実施形態の場合、ソース-ドレイン間電圧Vdsとドレイン電流Idとの関係を示した電気特性波形がローレンツ曲線となる。また、横軸となるx軸のソース-ドレイン間電圧Vdsと縦軸となるy軸のドレイン電流Idについて、それぞれ最大値を1、最小値を0に規格化した場合のy=xの直線が均等直線となる。ローレンツ曲線をソース-ドレイン間電圧Vdsとドレイン電流Idとの関係を示した電気特性波形とする場合、ローレンツ曲線は、均等直線よりも必ずy座標の値が下回る曲線、つまりy<xの関係を満たす曲線となる。そして、電気特性波形の波形情報を定量化するために、ローレンツ曲線と均等直線との間の三日月状の部分の面積S1を算出している。規格化した場合、均等直線とy軸とが構成する直角三角形の面積が1/2となることから、面積S1は比S1/(S1+S2)の1/2の値となる。面積S1を2倍にした2×S1は、Gini係数を表すことになる。 In this embodiment, the electrical characteristic waveform showing the relationship between the source-drain voltage Vds and the drain current Id is a Lorentz curve. In addition, the line y=x when the source-drain voltage Vds on the x-axis (horizontal axis) and the drain current Id on the y-axis (vertical axis) are normalized to 1 for the maximum value and 0 for the minimum value, respectively, is the equal line. When the Lorentz curve is used as the electrical characteristic waveform showing the relationship between the source-drain voltage Vds and the drain current Id, the Lorentz curve is a curve whose y coordinate value is always lower than the equal line, that is, a curve that satisfies the relationship y<x. In order to quantify the waveform information of the electrical characteristic waveform, the area S1 of the crescent-shaped portion between the Lorentz curve and the equal line is calculated. When normalized, the area of the right-angled triangle formed by the equal line and the y-axis is 1/2, so the area S1 is 1/2 the ratio S1/(S1+S2). The area S1 is doubled to 2×S1, which represents the Gini coefficient.
Gini係数の演算については、複数のノードの中から連続する少なくとも3つのノードを選択して行う。具体的には、連続する少なくとも3つのノードの中で最も電気特性の絶対値が小さなノード、ここではソース-ドレイン間電圧Vdsやドレイン電流Idが最も小さなノードをMINノードとし、最も大きな値のノードをMAXノードとする。そして、MINノードのソース-ドレイン間電圧Vdsおよびドレイン電流Idを0、MAXノードのソース-ドレイン間電圧Vdsおよびドレイン電流Idを1とする規格化を行う。これにより、選択した連続する3つ以上のノードによって示されるローレンツ曲線と、y=xとなる均等直線とが描かれるGini係数のグラフが得られる。 The Gini coefficient is calculated by selecting at least three consecutive nodes from among the multiple nodes. Specifically, the node with the smallest absolute value of the electrical characteristics among the at least three consecutive nodes, in this case the node with the smallest source-drain voltage Vds and drain current Id, is taken as the MIN node, and the node with the largest values is taken as the MAX node. Then, the source-drain voltage Vds and drain current Id of the MIN node are normalized to 0, and the source-drain voltage Vds and drain current Id of the MAX node are normalized to 1. This results in a Gini coefficient graph that depicts a Lorentz curve represented by the three or more consecutive selected nodes, and an equal straight line where y = x.
例えば、6つのノードすべてを用いてGini係数を算出する場合について説明する。この場合、図4に示されるように、MAXノードのソース-ドレイン間電圧Vdsが1200Vで、そのときのドレイン電流Idが5×10-4Aであった。また、MINノードのソース-ドレイン間電圧Vdsが100Vで、そのときのドレイン電流Idが1.5×10-9Aであった。この場合、各ノードのソース-ドレイン間電圧Vdsからそれぞれ100を減じてから、1/(1200-100)倍した値が規格化後のソース-ドレイン間電圧Vdsとなる。同様に、各ノードのドレイン電流Idからそれぞれ、1.5×10-9を減じてから、1/(5×10-4-1.5×10-9)倍した値が規格化後のドレイン電流Idとなる。なお、上記変換は線形軸での波形形状を評価する際に行うものであり、対数軸の波形形状を評価する際には、規格化の計算を行う前に対数関数を適用する。例えば、ドレイン電流Idの軸を対数軸として評価する場合には、MAXノードのドレイン電流を-3.3、MINノードのドレイン電流を-8.8としてから規格化を実施する。 For example, a case where the Gini coefficient is calculated using all six nodes will be described. In this case, as shown in FIG. 4, the source-drain voltage Vds of the MAX node was 1200V, and the drain current Id at that time was 5×10 −4 A. Also, the source-drain voltage Vds of the MIN node was 100V, and the drain current Id at that time was 1.5×10 −9 A. In this case, the source-drain voltage Vds of each node is subtracted by 100, and then multiplied by 1/(1200-100) to obtain the standardized source-drain voltage Vds. Similarly, the drain current Id of each node is subtracted by 1.5×10 −9 , and then multiplied by 1/(5×10 −4 -1.5×10 −9 ) to obtain the standardized drain current Id. The above conversion is performed when evaluating the waveform shape on a linear axis, and when evaluating the waveform shape on a logarithmic axis, a logarithmic function is applied before performing the normalization calculation. For example, when evaluating the drain current Id axis as a logarithmic axis, normalization is performed after setting the drain current of the MAX node to -3.3 and the drain current of the MIN node to -8.8.
6つのノード全てを選択するのではなく、それより少ない数のノードを選択してGini係数を算出する場合も同様である。例えば、図6Aは、連続するノード2~ノード4の3つのノードを選択した場合を示している。この場合、ノード2がMINノード、ノード4がMAXノードとなる。そして、MINノードとなるノード2のソース-ドレイン間電圧Vdsおよびドレイン電流Idを0、MAXノードとなるノード4のソース-ドレイン間電圧Vdsおよびドレイン電流Idを1とする規格化を行う。これにより、図6Bに示すように、ノード2~ノード4で示されるローレンツ曲線と、y=xとなる均等直線とが描かれるGini係数のグラフが得られる。
The same applies when calculating the Gini coefficient by selecting a smaller number of nodes rather than all six nodes. For example, FIG. 6A shows the case where three consecutive nodes,
ノード1~ノード6までの6つのノードから3つ以上のノードを選択する場合、その組み合わせ数は、ノード数が3つの場合が4組、4つの場合が3組、5つの場合が2組、6つの場合が1組の合計10通りとなる。また、上記した図4では、縦軸のドレイン電流Idを対数スケールで表した電気特性波形を示しているが、縦軸のドレイン電流Idをリニア値として示すリニアスケールで表した電気特性波形とすることもできる。対数スケールの場合とリニアスケールの場合の2パターンそれぞれについてGini係数を算出できることから、それぞれのパターンで10通りずつ、合計20通りの組み合わせでGini係数を算出できる。
When three or more nodes are selected from the six nodes from
「傾き」も、電気特性波形の形状情報を定量化するために用いている。ここでいう「傾き」は、電気特性波形のグラフの任意の2点、ここでは2つのノード間を結ぶ直線の勾配を意味しており、y軸となる横軸のソース-ドレイン間電圧Vdsの変化に対するx軸となる縦軸のドレイン電流Idの変化として表される。 "Slope" is also used to quantify the shape information of the electrical characteristic waveform. "Slope" here refers to the gradient of the line connecting any two points on the electrical characteristic waveform graph, two nodes in this case, and is expressed as the change in drain current Id on the vertical axis (x-axis) relative to the change in source-drain voltage Vds on the horizontal axis (y-axis).
ノード1~ノード6までの6つのノードから任意の2つのノードを選択する場合、その組み合わせ数は、6C2=15通りとなる。また、上記した図4では、縦軸のドレイン電流Idを対数スケールで表した電気特性波形を示しているが、縦軸のドレイン電流Idをリニア値として示すリニアスケールで表した電気特性波形とすることもできる。対数スケールの場合とリニアスケールの場合の2パターンそれぞれについて傾きを算出できることから、それぞれのパターンで15通りずつ、合計30通りの組み合わせで傾きを算出できる。
When any two nodes are selected from the six nodes,
このようにして、「Gini係数」と「傾き」を算出すると、それぞれについて30通りと20通りの合計50通りの特徴量を作成することができる。この50通りの特徴量の中から精度良く良不良判定を行うことが可能な2つの特徴量を選定し、その2つを縦軸と横軸に設定して線形判別を行う。精度良く良不良判定を行うが可能となる基準は、NG品の検出率が高く、かつ、良品をNG品と誤って検出してしまう過検出率が低いこととしている。これを満たすように、線形判別に用いる判別式を算出している。より詳しくは、NG品を誤って出荷した場合に想定される修理費などの支出と、過検出で出荷されなくなる場合の損失を考慮し、支出と損失の差を見て、利益を出せるように判別式を設定すると好ましい。 In this way, by calculating the "Gini coefficient" and "slope," a total of 50 feature quantities can be created, with 30 and 20 for each. From these 50 feature quantities, two feature quantities that can accurately determine whether a product is good or bad are selected, and these two feature quantities are set on the vertical and horizontal axes to perform linear discrimination. The standard for accurate quality/bad judgment is a high detection rate for NG products and a low overdetection rate, where good products are mistakenly detected as NG products. A discriminant equation used for linear discrimination is calculated to satisfy this. More specifically, it is preferable to set the discriminant equation so that a profit can be made by considering the expected expenses such as repair costs when NG products are mistakenly shipped and the loss when products are not shipped due to overdetection, and looking at the difference between the expenses and losses.
具体的には、実験で用いたすべてのSiC半導体装置について、50通りの特徴量、ここではGini係数および傾きと、良品であったかNG品であったかのデータを学習データとして電子計算機に記憶しておく。電子計算機としては、例えばCPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えたマイクロコンピュータを適用できる。続いて、50通りの特徴量から任意の2つを選択し、一方をx軸、他方をy軸とする2軸座標を設定する。そして、記憶しておいた各SiC半導体装置のすべての特徴量の中から、先ほど選択した2つの特徴量と同じ特徴量を抽出し、各特徴量の値と対応する点を2軸座標中にプロットする。50通りの特徴量から任意の2つを選択する場合であれば、50C2の1225通りの組み合わせの2軸座標が設定され、記憶しておいた各SiC半導体装置のすべての特徴量の中から2軸と対応する特徴量が抽出されてプロットされることになる。このとき、各プロットについて、良品であったかNG品であったかが判別できるようにしておく。 Specifically, for all the SiC semiconductor devices used in the experiment, 50 types of feature quantities, here the Gini coefficient and the slope, and data on whether the product was a good product or a bad product are stored in an electronic computer as learning data. As the electronic computer, for example, a microcomputer equipped with a CPU, ROM, RAM, I/O, etc. can be applied. Next, any two of the 50 types of feature quantities are selected, and a two-axis coordinate system is set with one being the x-axis and the other being the y-axis. Then, from all the feature quantities of each stored SiC semiconductor device, feature quantities identical to the two previously selected feature quantities are extracted, and points corresponding to the values of each feature quantity are plotted in the two-axis coordinate system. In the case of selecting any two of the 50 types of feature quantities, a two-axis coordinate system of 1225 combinations of 50 C 2 is set, and feature quantities corresponding to the two axes are extracted and plotted from all the feature quantities of each stored SiC semiconductor device. At this time, it is made possible to determine whether each plot was a good product or a bad product.
図7は、その一例を示した図である。ここでは、対数スケールにおいてノード2~ノード6の連続する5つのノードを選択して算出したGini係数と、リニアスケールにおいて選択した2つのノード3とノード5を結ぶ直線の傾きを2つの特徴量として選択している。そして、前者を横軸、後者を縦軸とした2座標としている。この2軸座標中に、各SiC半導体装置におけるノード2~ノード6の連続する5つのノードを選択して算出したGini係数と、リニアスケールにおいて選択した2つのノード3とノード5を結ぶ直線の傾きの値と対応する点をプロットしている。これに基づき、NG品の検出率が高く、かつ、良品の過検出率が少なくなる直線L1を2軸座標中に描き、その直線L1を示す式y=-ax+bに基づいて、下記の判別式を算出している。
Figure 7 shows an example of this. Here, the Gini coefficient calculated by selecting five consecutive nodes from
(数1)
y≧-ax+b
ただし、数式1中において、「-a」は直線L1の傾き、「b」は直線L1の切片を示している。
(Equation 1)
y ≧ −ax + b
In
すなわち、横軸の特徴量、ここでは対数スケールにおいてノード2~ノード6の連続する5つのノードを選択して算出したGini係数をx、縦軸の特徴量、ここではリニアスケールにおいて選択した2つのノード3とノード5を結ぶ直線の傾きをyとする。そして、判別式中のx、yに各特徴量を代入したときに、y≧-ax+bを満たしていれば良品、y<-ax+bとなり、判別式を満たしていなければNG品と判別する。
In other words, the feature on the horizontal axis, here the Gini coefficient calculated by selecting five consecutive nodes from
このようにして設定する判別式は、実機データに基づく四則演算および対数演算だけで算出できる。このため、機械学習による良不良判定を行う場合と比較して、簡易な演算によって判別式を算出することが可能であり、容易に実装できる。勿論、線形判別に用いる判別式を直線L1を示す数式ではなく、非線形な曲線などを示す数式としても良い。ただし、直線L1を示す数式とすることで、より簡素にできる。そして、判別式に基づく良不良判定により、NG品の検出率を高くしつつも、過検出率を低くできる。したがって、より適切にキラー欠陥により得る結晶欠陥を検出し、リジェクトして製品化されることを抑制し信頼性の高いSiC半導体装置を製造することができる。また、過検出を抑制して歩留まり向上を図ることが可能となる。 The discriminant set in this way can be calculated using only arithmetic operations and logarithmic operations based on the actual device data. Therefore, compared to the case of performing good/bad judgment by machine learning, it is possible to calculate the discriminant by simple calculations and can be easily implemented. Of course, the discriminant used for linear discrimination may be a formula showing a nonlinear curve, etc., instead of a formula showing the straight line L1. However, by using a formula showing the straight line L1, it is possible to make it simpler. And, by the good/bad judgment based on the discriminant, it is possible to increase the detection rate of NG products while reducing the overdetection rate. Therefore, it is possible to more appropriately detect crystal defects caused by killer defects, suppress rejection and commercialization, and manufacture highly reliable SiC semiconductor devices. It is also possible to suppress overdetection and improve yield.
以上説明したようにして、判別式が得られるため、この判別式を用いてSiC半導体装置の良不良判定を行うことができる。続いて、このような良不良判定を含むSiC半導体装置の製造方法について説明する。 As described above, a discriminant equation can be obtained, which can be used to determine whether a SiC semiconductor device is good or bad. Next, a method for manufacturing a SiC semiconductor device that includes such a good or bad determination will be described.
図1に示したSiC半導体装置は、図8に示す製造工程のフローチャートにしたがって製造される。 The SiC semiconductor device shown in FIG. 1 is manufactured according to the manufacturing process flowchart shown in FIG. 8.
まず、ステップS100において、デバイス形成プロセスを実施して半導体素子を形成する。具体的には、SiC基板11を構成するSiCウェハを用意した後、エピタキシャル成長によってバッファ層12および低濃度層13を順に形成する。そして、低濃度層13の表面にJFET部14の形成予定領域が開口する図示しないマスクを形成したのち、n型不純物をイオン注入することでJFET部14を形成する。また、改めてJFET部14および低濃度層13の表面にディープ層15の形成予定領域が開口するマスクを形成したのち、p型不純物をイオン注入することでディープ層15を形成する。
First, in step S100, a device formation process is performed to form a semiconductor element. Specifically, after preparing a SiC wafer that constitutes the
続いて、低濃度層13やJFET部14およびディープ層15上に、SiCからなる電流分散層16をエピタキシャル成長させる。これにより、バッファ層12、低濃度層13、JFET部14、電流分散層16によるドリフト層が構成される。また、連結層20の形成予定領域が開口するマスクを配置したのち、p型不純物をイオン注入することで連結層20を形成する。
Next, a current spreading
さらに、電流分散層16および連結層20上に、p型不純物層をエピタキシャル成長させることでベース領域17を形成したのち、ベース領域17上に、n型不純物層をエピタキシャル成長させることでソース領域18を形成する。続いて、コンタクト領域19の形成予定領域が開口するマスクを配置したのち、p型不純物をイオン注入することでコンタクト領域19を形成する。このようにして、各不純物層が構成される。
Furthermore, a p-type impurity layer is epitaxially grown on the current spreading
この後、異方性エッチングによるゲートトレンチ21の形成工程、ゲート絶縁膜22の形成工程、ゲート電極23の形成工程を行うことでトレンチゲート構造を構成する。また、層間絶縁膜24の成膜工程、コンタクトホール24aの形成工程、ソース電極25やゲート配線の形成工程、SiC基板11の裏面側へのドレイン電極26の形成工程を行ったのち、ダイシングを行うことでチップ単位に分割して個片化する。これにより、本実施形態のSiC半導体装置のチップが製造される。
After this, a trench gate structure is constructed by performing a process of forming a
次に、ステップS110では、SiC半導体装置の各チップの電気特性を測定する。テスターなどを用いて電気特性の測定を行っている。本実施形態の場合、ソース-ドレイン間電圧Vdsに対するドレイン電流Idの電気特性について、ソース-ドレイン間電圧Vdsを複数段階に変化させて測定している。例えば、上記したように、ソース-ドレイン間電圧Vdsを100V、400V、600V、900V、1100V、1200Vの6段階に変化させて、ドレイン電流Idを測定する。 Next, in step S110, the electrical characteristics of each chip of the SiC semiconductor device are measured. The electrical characteristics are measured using a tester or the like. In the case of this embodiment, the electrical characteristics of the drain current Id versus the source-drain voltage Vds are measured by changing the source-drain voltage Vds in multiple steps. For example, as described above, the source-drain voltage Vds is changed in six steps of 100V, 400V, 600V, 900V, 1100V, and 1200V, and the drain current Id is measured.
さらに、ステップS120では、電気特性の測定結果のデータを図示しない検査装置に入力する。そして、検査装置において、電気特性の測定結果に基づき、電気特性の特徴量を算出する。このとき算出とする特徴量としては、良不良判定に用いる特徴量、つまり線形判別に用いる特徴量のみ算出すれば良い。 Furthermore, in step S120, data on the measurement results of the electrical characteristics is input to an inspection device (not shown). Then, in the inspection device, feature quantities of the electrical characteristics are calculated based on the measurement results of the electrical characteristics. At this time, it is sufficient to calculate only the feature quantities used for determining whether the product is good or bad, that is, the feature quantities used for linear discrimination.
上記したように、予め多数の実機データから得られる様々な特徴量の組み合わせに基づいて、NG品の検出率が高く、かつ、良品の過検出率が少なくできる判別式を算出している。この判別式も検査装置に記憶してある。このため、線形判別に用いる特徴量についても検査装置で把握しており、その線形判別に用いる特徴量を電気特性の測定結果から算出している。 As described above, a discriminant equation that has a high detection rate for defective products and a low overdetection rate for non-defective products is calculated based on a combination of various feature quantities obtained in advance from data on a large number of actual products. This discriminant equation is also stored in the inspection device. For this reason, the feature quantities used for linear discrimination are also known by the inspection device, and are calculated from the measurement results of electrical characteristics.
例えば、図7に示した対数スケールにおいてノード2~ノード6の連続する5つのノードを選択して算出したGini係数と、リニアスケールにおいて選択した2つのノード3とノード5を結ぶ直線の傾きが、判別式に用いられる特徴量であれば、それらを算出する。勿論、上記した50通りの特徴量をすべて算出し、その中から、判別式に用いられる特徴量を抽出することもできるが、予め検査装置側で判別式に用いる特徴量を把握しているため、その必要な特徴量のみ算出するようにすれば、計算負荷を軽減できる。
For example, if the Gini coefficient calculated by selecting five consecutive nodes,
続くステップS130において、良不良判定を行う。具体的には、1つ1つのSiC半導体装置について、算出した2つの特徴量を2軸座標におけるx軸およびy軸の値として判別式のy≧-ax+bのx、yに代入する。そして、判別式を満たしていれば良品と判別し、y<-ax+bとなり、判別式を満たしていなければNG品と判別する。この良不良判定によりNG品と判別されたSiC半導体装置については、リジェクトして廃棄処分とし、良品と判別されたSiC半導体装置については、製品として出荷する工程に移行する。 In the next step S130, a pass/fail judgment is performed. Specifically, for each SiC semiconductor device, the two calculated feature quantities are substituted for x and y in the discriminant y≧-ax+b as the x-axis and y-axis values in a two-axis coordinate system. If the discriminant satisfies the equation, the device is judged as a pass/fail product, and if y<-ax+b and the discriminant is not satisfied, the device is judged as a fail/fail product. SiC semiconductor devices judged as fail/fail products by this pass/fail judgment are rejected and disposed of, while SiC semiconductor devices judged as pass/fail products are moved to a process for shipping as products.
このような、判別式に基づく良不良判定により、NG品の検出率を高くしつつも、過検出率を低くできる。したがって、より適切な良不良判定を実施し、不良品をリジェクトできるため、リジェクトされるべきものが製品化されることを抑制できて、信頼性の高いSiC半導体装置を製造することができる。また、過検出を抑制して歩留まり向上を図ることが可能となる。 By using this type of quality judgment based on a discriminant, it is possible to increase the detection rate of defective products while reducing the overdetection rate. Therefore, more appropriate quality judgment can be performed and defective products can be rejected, preventing products that should be rejected from being commercialized, and enabling the manufacture of highly reliable SiC semiconductor devices. It is also possible to improve yield by suppressing overdetection.
(他の実施形態)
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Other Embodiments
Although the present disclosure has been described based on the above-described embodiment, it is not limited to the embodiment, and includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, and other combinations and forms including only one element, more than one element, or less than one element, are also within the scope and concept of the present disclosure.
例えば、上記実施形態では、特徴量の抽出に、縦型MOSFETがオフの際に逆バイアスが印加された時のソース-ドレイン間電圧Vdsとドレイン電流Idとの関係を示す電気特性波形を用いたが、他の電気特性波形を用いても良い。一例を挙げると、ゲート電圧Vgを印加して縦型MOSFET30をオンさせた際のゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係を示す電気特性波形を用いることができる。また、縦型MOSFET30をオンさせた際のソース-ドレイン間電圧Vdsとドレイン電流Idとの関係を示す電気特性波形を用いても良い。
For example, in the above embodiment, an electrical characteristic waveform showing the relationship between the source-drain voltage Vds and the drain current Id when a reverse bias is applied while the vertical MOSFET is off is used to extract the feature amount, but other electrical characteristic waveforms may be used. As one example, an electrical characteristic waveform showing the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id when the
さらに、上記実施形態では、電気特性の測定点を6カ所としたが、3カ所以上あれば良い。また、特徴量としてGini係数と傾きを用いたが、いずれか一方のみであっても良いし、他のパラメータとしても良い。例えば、Gini係数は、電気特性波形のグラフをノードごとに区画される各領域に分割し、その分割した各領域の面積を特徴量とする場合の一例を示したのであり、そのように分割される他の面積を特徴量とすることも可能である。 Furthermore, in the above embodiment, six points were used to measure the electrical characteristics, but three or more points may be sufficient. Also, the Gini coefficient and the slope were used as the feature quantities, but only one of them may be used, or other parameters may be used. For example, the Gini coefficient is an example of a case in which the graph of the electrical characteristics waveform is divided into regions partitioned by node, and the area of each divided region is used as the feature quantity, but other areas divided in this way can also be used as feature quantities.
具体的には、Gini係数は、ノード間において均等直線とローレンツ曲線、つまり電気特性波形のグラフとの間の三日月状の部分の面積S1であり、三日月状の部分をノードごとに区画した各領域の面積の和に相当する。換言すると、面積S1は、図9の実線ハッチングで示した面積Sa1~Sa5と、破線ハッチングで示した面積Sb1~Sb5との差の和として算出される。つまり、ノード1とノード2との間の直角二等辺三角形の面積Sa1と直角三角形の面積Sb1との差と、ノード2~ノード6のうち隣り合うノード間の台形の面積Sa2~Sa5と台形の面積Sb2~Sb5との差との合計が面積S1となる。
Specifically, the Gini coefficient is the area S1 of the crescent-shaped portion between the equal straight line and the Lorentz curve, i.e., the graph of the electrical characteristic waveform, between the nodes, and corresponds to the sum of the areas of the regions obtained by dividing the crescent-shaped portion into individual nodes. In other words, the area S1 is calculated as the sum of the differences between the areas Sa1 to Sa5 shown by solid line hatching in FIG. 9 and the areas Sb1 to Sb5 shown by dashed line hatching. In other words, the area S1 is the sum of the difference between the area Sa1 of the right-angled isosceles triangle between
これに対して、分割した面積の合計ではなく、分割した領域の面積そのもの、一例を挙げると、三日月状の部分をノードごとに分割した面積、例えば面積Sa1と面積Sb1との差を特徴量として用いることもできる。また、ノードごとの三日月状の部分以外の部分の面積Sb1~Sb5を特徴量として用いても良い。 In contrast to this, instead of the sum of the divided areas, the area of the divided regions themselves, for example the area obtained by dividing the crescent-shaped portion for each node, for example the difference between area Sa1 and area Sb1, can be used as the feature. Also, the areas Sb1 to Sb5 of the portions other than the crescent-shaped portion for each node can be used as the feature.
また、上記実施形態では、複数の特徴量の中から2つを選択し、一方をx軸、他方をy軸とする2軸座標を設定しており、選択した2軸の線形判別を行う判別式を設定して良不良判定を行っている。これに対して、2軸座標ではなく、複数の特徴量の中から3つを選択し、1つをx軸、他の1つをy軸、残りの1つをz軸とする3軸座標を設定し、選択した3軸に対する判別式を設定して良不良判定を行うようにしても良い。その場合、3軸座標に対して3つの特徴量と対応する点をプロットしていき、3軸座標中の判別式を算出すれば良い。 In the above embodiment, two of the multiple feature amounts are selected, one is set as the x-axis and the other as the y-axis, and a discriminant equation for linear discrimination between the two selected axes is set to determine whether the feature amount is good or bad. In contrast, instead of a two-axis coordinate, three of the multiple feature amounts may be selected, one as the x-axis, the other as the y-axis, and the remaining one as the z-axis, and a discriminant equation for the three selected axes may be set to determine whether the feature amount is good or bad. In that case, points corresponding to the three feature amounts are plotted on the three-axis coordinate, and the discriminant equation in the three-axis coordinate may be calculated.
また、上記実施形態では、半導体材料としてSiCを用いて半導体素子を形成しているSiC半導体装置を例に挙げて説明したが、SiCに限らず、GaN、Siなどの他の半導体材料で構成される半導体装置にも本開示を適用できる。ただし、SiCやGaNのような化合物半導体では特に結晶欠陥密度が高く、結晶欠陥がキラー欠陥となり得るため、特に化合物半導体を半導体材料として用いる半導体装置に適用すると好適である。 In the above embodiment, a SiC semiconductor device in which a semiconductor element is formed using SiC as a semiconductor material has been described as an example, but the present disclosure can also be applied to semiconductor devices made of other semiconductor materials such as GaN and Si, not limited to SiC. However, since compound semiconductors such as SiC and GaN have a particularly high density of crystal defects, and crystal defects can become killer defects, it is particularly suitable to apply the present disclosure to semiconductor devices that use compound semiconductors as semiconductor materials.
また、上記実施形態では、半導体装置に形成される半導体素子として縦型MOSFET30を例に挙げて説明したが、他の半導体素子、例えばIGBTなどが形成される半導体装置についても本開示を適用できる。
In addition, in the above embodiment, a
11…SiC基板、12…バッファ層、13…低濃度層、14…JFET部、15…ディープ層、16…電流分散層、17…ベース領域、18…ソース領域、19…コンタクト領域、20…連結層、21…ゲートトレンチ、22…ゲート絶縁膜、23…ゲート電極、24…層間絶縁膜、24a…コンタクトホール、25…ソース電極、26…ドレイン電極、30…縦型MOSFET、40…内蔵ダイオード 11...SiC substrate, 12...buffer layer, 13...low concentration layer, 14...JFET section, 15...deep layer, 16...current spreading layer, 17...base region, 18...source region, 19...contact region, 20...connection layer, 21...gate trench, 22...gate insulating film, 23...gate electrode, 24...interlayer insulating film, 24a...contact hole, 25...source electrode, 26...drain electrode, 30...vertical MOSFET, 40...built-in diode
Claims (5)
前記半導体ウェハのうちチップ化される個々の半導体装置に対して電気特性を測定すること(S110)と、
前記電気特性を測定することで得た電気特性波形のグラフの任意の領域の面積および前記グラフの任意の2点を結ぶ直線の傾きの少なくとも1つを特徴量として、該特徴量を算出すること(S120)と、
前記特徴量を算出することで得た前記特徴量および判別式に基づき、前記個々の半導体装置の良不良判定を行うこと(S130)と、を含む、半導体装置の製造方法。 After preparing a semiconductor wafer, a device formation process is performed to form a semiconductor element (S100);
Measuring electrical characteristics of individual semiconductor devices to be chipped from the semiconductor wafer (S110);
calculating at least one of an area of an arbitrary region of a graph of an electrical characteristic waveform obtained by measuring the electrical characteristics and a slope of a line connecting any two points of the graph as a characteristic quantity (S120);
and determining whether each of the semiconductor devices is good or bad based on the characteristic amount obtained by calculating the characteristic amount and a discriminant (S130).
前記良不良判定では、前記各領域において算出した前記特徴量の中から2つを選択し、前記判別式として、選択した2つを2軸に対する線形判別を行う数式を設定すると共に、選択した2つの前記特徴量および前記判別式に基づき、前記良不良判定を行う、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the calculation of the feature amount, the graph is divided into a plurality of regions, and at least one of an area of each divided region and a slope of a line connecting any two points on the graph is calculated as the feature amount;
2. The method of claim 1, wherein, in the pass/fail judgment, two of the feature amounts calculated in each of the regions are selected, and a formula for linearly discriminating the two selected feature amounts with respect to two axes is set as the discriminant, and the pass/fail judgment is made based on the two selected feature amounts and the discriminant.
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