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JP5719182B2 - Insulated gate bipolar transistor inspection method, manufacturing method, and test circuit - Google Patents

Insulated gate bipolar transistor inspection method, manufacturing method, and test circuit Download PDF

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JP5719182B2 JP2011011804A JP2011011804A JP5719182B2 JP 5719182 B2 JP5719182 B2 JP 5719182B2 JP 2011011804 A JP2011011804 A JP 2011011804A JP 2011011804 A JP2011011804 A JP 2011011804A JP 5719182 B2 JP5719182 B2 JP 5719182B2
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Description

本発明は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBTと言う)の性能を検査する検査技術に関する。   The present invention relates to an inspection technique for inspecting the performance of an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT).

大電力を駆動、及び制御するパワートランジスタの1つとして、IGBTが知られている。IGBTは、NチャネルパワーMOSFETのドレイン側にPコレクタ層を設けた構造であって、NチャネルパワーMOSFETとPNP形BJT(BJT:バイポーラトランジスタ)とを1つの半導体素子に構成したものである。
かかるIGBTの性能指標値のうち、Pコレクタ層からNベース層へのホール密度に左右されるものとして、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧(「オン電圧」とも呼ばれる)特性と、ターンオフ損失特性とが知られている。
具体的には、飽和電圧特性は、Pコレクタ層からNベース層(NチャネルパワーMOSFETのn−エピタキシャル層)に注入されるホール(正孔)密度による伝導度変調が支配的であり、飽和電圧特性はPコレクタ層からNベース層へのホール密度が高いほど良くなる。
また、ターンオフ損失は、Pコレクタ層からNベース層に注入された残留ホール密度が支配的であり、ターンオフ損失特性はPコレクタ層からNベース層への残留ホール密度が高いほど悪くなる。
このように、飽和電圧特性とターンオフ損失特性とは、ホール密度に関してトレードオフ関係にあることが知られている。ホール密度は、Pコレクタ層のキャリア濃度に比例することから、IGBTの製造時には、飽和電圧特性とターンオフ損失特性とを共に良好にするPコレクタ層のキャリア濃度を予め求めておき、このキャリア濃度でIGBTを製造することとしている。
An IGBT is known as one of power transistors that drive and control large power. The IGBT has a structure in which a P collector layer is provided on the drain side of an N-channel power MOSFET, and the N-channel power MOSFET and a PNP-type BJT (BJT: bipolar transistor) are configured in one semiconductor element.
Among the performance index values of the IGBT, the saturation voltage (also referred to as “on voltage”) characteristic between the collector and the emitter and the turn-off loss characteristic are assumed to depend on the hole density from the P collector layer to the N base layer. Are known.
Specifically, the saturation voltage characteristic is dominated by conductivity modulation due to the density of holes injected from the P collector layer into the N base layer (n-epitaxial layer of the N-channel power MOSFET). The characteristics improve as the hole density from the P collector layer to the N base layer increases.
The turn-off loss is dominated by the residual hole density injected from the P collector layer to the N base layer, and the turn-off loss characteristic becomes worse as the residual hole density from the P collector layer to the N base layer increases.
As described above, it is known that the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic have a trade-off relationship with respect to the hole density. Since the hole density is proportional to the carrier concentration of the P collector layer, when manufacturing the IGBT, the carrier concentration of the P collector layer that improves both the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic is obtained in advance. An IGBT is to be manufactured.

IGBTの製造後には性能検査が行われる。性能検査の技術としては、例えばIGBTを製造する半導体ウエハの一部の領域にTEG(test element group)を構成し、このTEGの特性を測定することでIGBTの性能を検査する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   A performance test is performed after the IGBT is manufactured. As a technology for performance inspection, for example, a technology is known in which a TEG (test element group) is formed in a partial region of a semiconductor wafer for manufacturing an IGBT, and the performance of the IGBT is inspected by measuring the characteristics of the TEG. (For example, refer to Patent Document 1).

特許第3101364号公報Japanese Patent No. 3101364

ところで、IGBTは、大電力で使用されるパワートランジスタであることから、上記飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性の性能検査も大電流を通電して行う必要がある。したがって、従来、これらの性能検査は、IGBTのコレクタ及びエミッタのそれぞれに、大電流を通電するためコレクタ電極、及びエミッタ電極を形成し、パワーモジュール実装した状態で行われている。
しかしながら、性能検査がパワーモジュール実装した後に行われるため、飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性不良が発見されても、これらの特性に影響を与えるPコレクタ層のキャリア濃度を調整することはできず、そのまま廃棄するしかなかった。この結果、IGBTの製造コスト、パワーモジュールの部材及び実装コストが無駄になっていた。
By the way, since the IGBT is a power transistor used with high power, it is necessary to conduct a performance test of the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic by passing a large current. Therefore, conventionally, these performance inspections are performed in a state where a collector electrode and an emitter electrode are formed in order to pass a large current to each of the collector and emitter of the IGBT, and the power module is mounted.
However, since the performance inspection is performed after the power module is mounted, even if a saturation voltage characteristic and a turn-off loss characteristic defect are found, the carrier concentration of the P collector layer that affects these characteristics cannot be adjusted. There was no choice but to discard it. As a result, the manufacturing cost of the IGBT, the members of the power module, and the mounting cost are wasted.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、大電流を流さなくとも飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性を検査できる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、及びテスト回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an inspection method, a manufacturing method, and a test circuit for an insulated gate bipolar transistor capable of inspecting a saturation voltage characteristic and a turn-off loss characteristic without passing a large current. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明は、第1導電型の半導体層の主面に、第2導電型のベース領域、当該ベース領域に形成された第1導電型のエミッタ領域、及び当該エミッタ領域に隣接した絶縁ゲートをそれぞれ設け、前記半導体層の他主面側に、第2導電型のコレクタ層を設けた絶縁ゲートバイポーラトランジスタの検査方法において、前記絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときの電子電流と、前記コレクタ層から前記半導体層に注入されるホールによるホール電流とを測定し、前記電子電流に前記ホール電流を加えたコレクタ電流に対する前記ホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性のそれぞれとの相関に基づいて予め求められた、前記飽和電圧特性及び前記ターンオフ特性が良品となる良品判定範囲に、前記コレクタ電流に対する前記ホール電流の比の測定値が入るか否かを判定し、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a second conductivity type base region, a first conductivity type emitter region formed in the base region, and the emitter on the main surface of the first conductivity type semiconductor layer. In an inspection method of an insulated gate bipolar transistor in which an insulated gate adjacent to each region is provided and a second conductivity type collector layer is provided on the other main surface side of the semiconductor layer, a gate voltage is applied to the insulated gate. The electron current and the hole current due to holes injected from the collector layer into the semiconductor layer are measured, the ratio of the hole current to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current, the saturation voltage characteristic, and the turn-off characteristic of it obtained in advance based on the correlation between each of the non-defective determination range where the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic is good, the collector It determines whether the measured value of the ratio of the hole current enters for flow, characterized by inspecting the quality of the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics.

本発明によれば、絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときの電子電流と、コレクタ層から半導体層に注入されるキャリアによるホール電流とを測定し、電子電流にホール電流を加えたコレクタ電流に対するホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性との相関に基づいて、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査するため、大電流を実際に流さなくとも飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査できる。
これにより、大電流を流すためのパワーモジュール等を実装する前の未実装の状態で飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査できる。
According to the present invention, the electron current when a gate voltage is applied to the insulated gate and the hole current due to carriers injected from the collector layer into the semiconductor layer are measured, and the hole with respect to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current is measured. Based on the correlation between the current ratio and the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics, the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics are inspected. Therefore, the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics can be inspected without actually passing a large current. .
Thereby, the quality of the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic can be inspected in an unmounted state before mounting a power module or the like for flowing a large current.

また上記目的を達成するために、本発明は、第1導電型の半導体ウエハの主面に、第2導電型のベース領域、当該ベース領域に形成された第1導電型のエミッタ領域、及び当該エミッタ領域に隣接した絶縁ゲートをそれぞれ設け、前記半導体ウエハの他主面側に、不純物を拡散して第2導電型のコレクタ層を設ける絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法において、前記絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときの電子電流と、前記コレクタ層から前記半導体ウエハに注入されるホールによるホール電流とを測定し、前記電子電流に前記ホール電流を加えたコレクタ電流に対する前記ホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性のそれぞれとの相関に基づいて予め定められた前記飽和電圧特性及び前記ターンオフ特性が良品となる良品判定範囲に、前記コレクタ電流に対する前記ホール電流の比の測定値が入るか否かを判定し、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査し、前記比の測定値が前記良品判定範囲に入っていない場合には、前記比の測定値と前記良品判定範囲の大小に基づいて前記コレクタ層のキャリア数を増減することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a second conductivity type base region, a first conductivity type emitter region formed in the base region, and a main surface of the first conductivity type semiconductor wafer, In the method of manufacturing an insulated gate bipolar transistor, in which an insulated gate is provided adjacent to the emitter region, and a second conductivity type collector layer is formed by diffusing impurities on the other main surface side of the semiconductor wafer, a gate voltage is applied to the insulated gate. Measures the electron current when the voltage is applied and the hole current due to the holes injected from the collector layer into the semiconductor wafer, the ratio of the hole current to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current, and saturation is predetermined based on the correlation between the respective voltage characteristics and turn-off characteristics, the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristics and good The non-defective determination range that determines whether the measured value of the ratio of the hole current to the collector current enters, checks the quality of the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics, measurements of the ratio to the non-defective determination range If not, the number of carriers in the collector layer is increased or decreased based on the measured value of the ratio and the size of the non-defective product determination range .

本発明によれば、絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときの電子電流と、コレクタ層から半導体ウエハに注入されるキャリアによるホール電流とを測定し、電子電流にホール電流を加えたコレクタ電流に対するホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性との相関に基づいて、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査するため、大電流を実際に流さなくとも飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査できる。
また、検査の結果が否の場合には、コレクタ層のキャリア数を調整することで、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造工程の中で、性能検査と、結果に応じた調整とを行うことができ、歩留まりを向上させることができる。
According to the present invention, the electron current when the gate voltage is applied to the insulated gate and the hole current due to the carriers injected from the collector layer into the semiconductor wafer are measured, and the hole with respect to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current is measured. Based on the correlation between the current ratio and the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics, the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics are inspected. Therefore, the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics can be inspected without actually passing a large current. .
If the result of the inspection is negative, by adjusting the number of carriers in the collector layer, performance inspection and adjustment according to the result can be performed in the manufacturing process of the insulated gate bipolar transistor, Yield can be improved.

また上記目的を達成するために、本発明は、上記の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの検査方法、又は上記の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法における前記電子電流、及び前記ホール電流の測定に用いられるテスト回路であって、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタに並設され、当該絶縁ゲートバイポーラトランジスタと同一構造を有する同一構造体と前記同一構造体の絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときに前記同一構造体のエミッタ領域に流れる電子電流を検出するための電子電流プローブ用電極、及び前記同一構造体のベース領域であって前記同一構造体のエミッタ領域の外に流れるホール電流を検出するためのホール電流プローブ用電極と、を備え、前記電子電流プローブ用電極、及び前記ホール電流プローブ用電極を通じて、前記電子電流と、前記ホール電流とが測定されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a test circuit used for measuring the electron current and the hall current in the method for inspecting the insulated gate bipolar transistor or the method for producing the insulated gate bipolar transistor. The same structure having the same structure as that of the insulated gate bipolar transistor and the emitter region of the same structure when a gate voltage is applied to the insulated gate of the same structure. An electron current probe electrode for detecting an electron current flowing through the electrode, and a hole current probe electrode for detecting a hole current flowing outside the emitter region of the same structure in the base region of the same structure , wherein the electron current probe electrode, and the hole current probe Through use electrodes, characterized in that said electron current, and the said hole current is measured.

本発明によれば、絶縁ゲートにゲート電圧を印加して、電子電流プローブ用電極から電子電流を検出し、ホール電流プローブ用電極からホール電流を検出することで、前記電子電流に前記ホール電流を加えたコレクタ電流に対するホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性との相関に基づいて、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査することができる。 According to the present invention, by applying a gate voltage to the insulated gate, detecting the electron current from the electron current probe electrode, and detecting the hole current from the hole current probe electrode, the hole current is added to the electron current. The quality of the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic can be inspected based on the correlation between the ratio of the hall current to the added collector current and the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic.

本発明によれば、絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときの電子電流と、コレクタ層から半導体層に注入されるキャリアによるホール電流とを測定し、電子電流にホール電流を加えたコレクタ電流に対するホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性との相関に基づいて、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査するため、大電流を実際に流さなくとも飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査できる。これにより大電流を流すためのパワーモジュール等を実装する前の未実装の状態で飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査できる。
また、検査の結果が否の場合には前記コレクタ層のキャリア数を調整することで、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造工程の中で、性能検査と、結果に応じた調整とを行うことができ、歩留まりを向上させることができる。
また絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときにエミッタ領域に流れる電子電流を検出するための電子電流プローブ用電極、及びベース領域であってエミッタ領域の外に流れるホール電流を検出するためのホール電流プローブ用電極とを備えるテスト回路を構成することで、絶縁ゲートにゲート電圧を印加して、電子電流プローブ用電極から電子電流を検出し、ホール電流プローブ用電極からホール電流を検出して、電子電流にホール電流を加えたコレクタ電流に対するホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性との相関に基づいて、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査することができる。
According to the present invention, the electron current when a gate voltage is applied to the insulated gate and the hole current due to carriers injected from the collector layer into the semiconductor layer are measured, and the hole with respect to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current is measured. Based on the correlation between the current ratio and the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics, the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics are inspected. Therefore, the saturation voltage characteristics and turn-off characteristics can be inspected without actually passing a large current. . As a result, it is possible to check whether the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic are good or not in an unmounted state before mounting a power module or the like for flowing a large current.
Further, if the result of the inspection is negative, by adjusting the number of carriers of the collector layer, in the manufacturing process of the insulated gate bipolar transistor, performance inspection and adjustment according to the result can be performed, Yield can be improved.
Also, an insulated gate bipolar transistor, an electrode for an electron current probe for detecting an electron current flowing in the emitter region when a gate voltage is applied to the insulated gate, and a hole current in the base region that flows outside the emitter region are detected. A test circuit having a hole current probe electrode for detecting the electron current, applying a gate voltage to the insulated gate, detecting the electron current from the electron current probe electrode, and generating the hole current from the hole current probe electrode. The quality of the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic can be inspected based on the correlation between the ratio of the hole current to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current and the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic.

本発明の実施形態に係る性能検査の対象となるIGBTを含むパワー半導体装置の構造を模式的に示す一部切断斜視図である。1 is a partially cut perspective view schematically showing a structure of a power semiconductor device including an IGBT to be a target of performance inspection according to an embodiment of the present invention. IGBT、及びTEGが形成されたシリコンウエハを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the silicon wafer in which IGBT and TEG were formed. 薄型のIGBTを含むパワー半導体装置1の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the power semiconductor device 1 containing thin IGBT. P+コレクタ層からN−ベース層への注入ホール数と飽和電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of injection | pouring holes from a P + collector layer to a N- base layer, and a saturation voltage. ターンオフ時のターンオフ電流とコレクタ−エミッタ間電圧の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the turn-off current at the time of turn-off, and the collector-emitter voltage. P+コレクタ層からN−ベース層への注入ホール数とターンオフ損失の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of injection | pouring holes from a P + collector layer to an N- base layer, and a turn-off loss. αPNPと飽和電圧及びターンオフ損失の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (alpha) PNP, saturation voltage, and turn-off loss. 性能検査のテストパターンたるTEGの構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of TEG which is a test pattern of a performance test.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1はパワー半導体装置1の構造を模式的に示す一部切断斜視図である。
パワー半導体装置1は、本実施形態の性能検査の対象となるIGBT2と、性能検査後のIGBT2に実装されたエミッタ電極21、及びコレクタ電極22を有している。
IGBT2は、第1導電型の半導体基板としてのn型のN−層10の主面10A側に、第2導電型のベース領域としてのp型のP−ベース領域11が選択的にストライプ状に形成され、このP−ベース領域11の領域内に第1導電型であるn型のN+エミッタ領域12がP−ベース領域11のストライプ方向と同一方向に延ばして選択的に形成され、このN+エミッタ領域12に隣接して絶縁層13を介してゲート14を設けた絶縁ゲート15が形成され、また、N−層10の他主面10B側に、第2導電型のコレクタ層としてのp型のP+コレクタ層16が形成されて構成されている。かかる構成により、P+コレクタ層16、N−層10及びP−ベース領域11は、寄生サイリスタを構成する1つのPNP形BJTとなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially cut perspective view schematically showing the structure of the power semiconductor device 1.
The power semiconductor device 1 includes an IGBT 2 that is a target of performance inspection of the present embodiment, an emitter electrode 21 and a collector electrode 22 that are mounted on the IGBT 2 after the performance inspection.
In the IGBT 2, a p-type P− base region 11 as a second conductivity type base region is selectively striped on the main surface 10 </ b> A side of the n-type N− layer 10 as a first conductivity type semiconductor substrate. An n type N + emitter region 12 of the first conductivity type is selectively formed in the region of the P− base region 11 so as to extend in the same direction as the stripe direction of the P− base region 11. An insulated gate 15 provided with a gate 14 is formed adjacent to the region 12 through an insulating layer 13, and a p-type p-type collector layer of the second conductivity type is formed on the other main surface 10 </ b> B side of the N− layer 10. A P + collector layer 16 is formed. With this configuration, the P + collector layer 16, the N− layer 10, and the P− base region 11 become one PNP type BJT that forms a parasitic thyristor.

IGBT2の絶縁層13には、N+エミッタ領域12を露出させるコンタクト開口18がN+エミッタ領域12と平行してストライプ状に延びて設けられている。
上記エミッタ電極21は、IGBT2の主面10A側を覆うように設けられ、コンタクト開口18を通じてN+エミッタ領域12とコンタクトする。また、上記コレクタ電極22は、P+コレクタ層16を覆うようにN−層10(半導体基板)の他主面10Bの側(裏面側)に設けられている。
なお、図1には、エミッタ電極21で覆われたコンタクト開口18が露出するように切断した状態を示している。
A contact opening 18 exposing the N + emitter region 12 is provided in the insulating layer 13 of the IGBT 2 so as to extend in a stripe shape in parallel with the N + emitter region 12.
The emitter electrode 21 is provided so as to cover the main surface 10A side of the IGBT 2 and is in contact with the N + emitter region 12 through the contact opening 18. The collector electrode 22 is provided on the other main surface 10B side (back surface side) of the N− layer 10 (semiconductor substrate) so as to cover the P + collector layer 16.
FIG. 1 shows a state where the contact opening 18 covered with the emitter electrode 21 is exposed so as to be exposed.

図1において、コンタクト開口18の両側に、それぞれ1個のIGBT2のセルが形成され、このセルの多数の集合により、半導体チップたるIGBT2が構成される。かかるIGBT2の製造時には、図2に示すように、半導体基板(上記N−層10に相当)たるシリコンウエハ30に多数個のIGBT2が同時に形成される。また、IGBT2の製造時には、シリコンウエハ30に、IGBT2の性能検査のためのテスト回路であるTEG40がIGBT2ごとに併設される。TEG40は、後述するαPNPを測定するための回路パターンであり、その構成については、性能検査の説明と併せて後述する。   In FIG. 1, one IGBT2 cell is formed on each side of the contact opening 18, and an IGBT2 as a semiconductor chip is configured by a large number of these cells. At the time of manufacturing the IGBT 2, as shown in FIG. 2, a large number of IGBTs 2 are simultaneously formed on the silicon wafer 30 that is a semiconductor substrate (corresponding to the N− layer 10). Further, when manufacturing the IGBT 2, a TEG 40, which is a test circuit for performance inspection of the IGBT 2, is provided on the silicon wafer 30 for each IGBT 2. The TEG 40 is a circuit pattern for measuring αPNP, which will be described later, and the configuration thereof will be described later together with the description of the performance inspection.

ところで、IGBTは、P+コレクタ層16の厚みに応じて従来型と薄層型とに分類され、従前型のIGBTではP+コレクタ層16が約200μmの厚みであるのに対し、薄層型のIGBTではP+コレクタ層16が約0.5μmの厚みとなり非常に薄くなる。
これら従来型と薄層型のIGBTは、製造工程においても違いがあり、従来型のIGBTでは、P+コレクタ層が裏面に形成されたサブウエハ(厚み200μm以上)の表面にN−ベース層、或いはN+層及びN−ベース層をエピタキシャル成長させて、P+コレクタ層及びN−ベース層を備えるウエハを形成する。これに対して、薄層型のIGBTでは、N−のウエハ(厚み400μm以上)の裏面にイオン注入し熱処理することでP+コレクタ層及びN−ベース層を備えるウエハを形成する。
本実施形態では、性能検査の結果に応じてP+コレクタ層16のキャリア濃度を容易に調整できることから、IGBT2として薄層型のIGBTを用いることとしている。
By the way, the IGBT is classified into a conventional type and a thin layer type according to the thickness of the P + collector layer 16. In the conventional IGBT, the P + collector layer 16 has a thickness of about 200 μm, whereas the IGBT is a thin layer type IGBT. Then, the P + collector layer 16 has a thickness of about 0.5 μm and is very thin.
These conventional type and thin layer type IGBTs are also different in the manufacturing process. In the conventional type IGBT, an N− base layer or N + layer is formed on the surface of a sub-wafer (thickness of 200 μm or more) having a P + collector layer formed on the back surface. The layer and the N− base layer are epitaxially grown to form a wafer comprising a P + collector layer and an N− base layer. On the other hand, in a thin layer type IGBT, a wafer including a P + collector layer and an N− base layer is formed by ion implantation and heat treatment on the back surface of an N− wafer (thickness of 400 μm or more).
In the present embodiment, since the carrier concentration of the P + collector layer 16 can be easily adjusted according to the result of the performance inspection, a thin layer type IGBT is used as the IGBT 2.

図3は、薄型のIGBT2を含むパワー半導体装置1の製造工程を示す図である。
先ず、IGBT2の製造においては、上記シリコンウエハ30として、第1導電型であるn型のシリコンウエハ30が用いられる。そして、シリコンウエハ30の主面(表面)側に、図1に示したP−ベース領域11、N+エミッタ領域12、絶縁ゲート15、エミッタ電極21などの表面構造を形成する(ステップS1)。
次いで、シリコンウエハ30の裏面側を研削(バックグラインド)し、シリコンウエハ30の厚さを薄くする(ステップS2)。一例を挙げると、厚み400μm以上のシリコンウエハ30を約100μm程度まで研削する。そして、研削によって生じたひずみなどのダメージが生じた層を除去するため、シリコンウエハ30の裏面側をエッチングにより除去する(ステップS3)。
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the power semiconductor device 1 including the thin IGBT 2.
First, in manufacturing the IGBT 2, an n-type silicon wafer 30 that is a first conductivity type is used as the silicon wafer 30. Then, on the main surface (front surface) side of the silicon wafer 30, surface structures such as the P-base region 11, the N + emitter region 12, the insulating gate 15, and the emitter electrode 21 shown in FIG. 1 are formed (step S1).
Next, the back surface side of the silicon wafer 30 is ground (back grind) to reduce the thickness of the silicon wafer 30 (step S2). For example, a silicon wafer 30 having a thickness of 400 μm or more is ground to about 100 μm. Then, the back side of the silicon wafer 30 is removed by etching in order to remove a layer in which damage such as strain caused by grinding has occurred (step S3).

次いで、エッチングが完了し清浄なシリコンウエハ30の裏面側に、P+コレクタ層16を形成する(ステップS4)。P+コレクタ層16の形成は、例えばシリコンウエハ30の裏面側にイオンを所定濃度で拡散注入した後(ステップS4A)、活性化のためのレーザアニールによる熱処理(ステップS4B)により行われる。
そして、シリコンウエハ30のTEG40に対し、性能検査を行い(ステップS5)、良品判定が行われる(ステップS6)。この性能検査にあっては、コレクタ電極22を設けない状態で飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性について検査されるが、詳細については後述する。
Next, the P + collector layer 16 is formed on the back side of the clean silicon wafer 30 after the etching is completed (step S4). The P + collector layer 16 is formed, for example, by ion-implanting ions at a predetermined concentration on the back side of the silicon wafer 30 (step S4A) and then by heat treatment by laser annealing for activation (step S4B).
Then, a performance inspection is performed on the TEG 40 of the silicon wafer 30 (step S5), and a non-defective product determination is performed (step S6). In this performance inspection, the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic are inspected in a state where the collector electrode 22 is not provided. The details will be described later.

性能検査の結果、良品である場合には(ステップS6:Yes)、シリコンウエハ30の裏面(すなわち、P+コレクタ層16の表面)に、例えば金属を蒸着またはスパッタにて積層してコレクタ電極22を形成する(ステップS7)。
そして、シリコンウエハ30をチップダイシングすることで各IGBT2を切り離し(ステップS8)、それぞれのIGBT2をトレーにマウントし、ワイヤ等をボンディングすることでパワー半導体装置1を製造する。
As a result of the performance inspection, if it is a non-defective product (step S6: Yes), for example, metal is deposited on the back surface of the silicon wafer 30 (that is, the surface of the P + collector layer 16) by vapor deposition or sputtering, and the collector electrode 22 is formed. Form (step S7).
Then, each IGBT 2 is separated by chip dicing of the silicon wafer 30 (step S8), each IGBT 2 is mounted on a tray, and wires and the like are bonded to manufacture the power semiconductor device 1.

一方、性能検査の結果、良品でない場合には(ステップS6:No)、飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性はP+コレクタ層16のキャリア濃度に依存することから、P+コレクタ層16へのイオン注入(ステップS4A)、及び熱処理(ステップS4B)を行うことで、P+コレクタ層16のキャリア濃度を増やして、飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性を調整した後、再度、ステップS5にて性能検査が行われることとなる。   On the other hand, if the result of the performance inspection is not good (step S6: No), since the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic depend on the carrier concentration of the P + collector layer 16, ion implantation into the P + collector layer 16 ( By performing step S4A) and heat treatment (step S4B), the carrier concentration of the P + collector layer 16 is increased to adjust the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic, and then the performance inspection is performed again in step S5. It will be.

飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性とP+コレクタ層16のキャリア濃度の関係について詳述する。
飽和電圧Vce(sat)は、オンしたときのドリフト層たるN−層10のドリフト電圧VNdriftに比例し、このドリフト電圧VNdriftは、次式(1)により表される。
The relationship between the saturation voltage characteristic, the turn-off loss characteristic, and the carrier concentration of the P + collector layer 16 will be described in detail.
The saturation voltage Vce (sat) is proportional to the drift voltage V Ndrift of the N− layer 10 that is the drift layer when turned on, and this drift voltage V Ndrift is expressed by the following equation (1).

Figure 0005719182
ただし、式(1)において、Dは拡散定数、τはライフタイム、Jcは電流密度、WNはオン状態のPN接合(P−ベース領域11とN−層10との接合部)の空乏層幅、qは電子の電荷量、p0はP+コレクタ層16からN−層10への注入ホール数、μnは電子移動度、μpはホール移動度、f1(τ)、f2(τ)はそれぞれライフタイムの多項式である。
Figure 0005719182
In Equation (1), D is a diffusion constant, τ is a lifetime, Jc is a current density, and W N is a depletion layer of an on-state PN junction (a junction between the P-base region 11 and the N-layer 10). width, q is the electron charge quantity, p0 is injection hole number into N- layer 10 from the P + collector layer 16, mu n is the electron mobility, mu p is the hole mobility, f1 (τ), f2 ( τ) is Each is a lifetime polynomial.

式(1)によれば、ドリフト電圧VNdriftが注入ホール数p0に反比例することが分かる。したがって、図4に示すように、注入ホール数p0が多くなるほど、飽和電圧Vce(sat)も小さくなり、さらに注入ホール数p0が測定されれば、飽和電圧Vce(sat)が導出(或いは予測)できることになる。
注入ホール数p0は、P+コレクタ層16のキャリア数に比例することから、飽和電圧特性はP+コレクタ層16のキャリア濃度に依存することが分かる。すなわち飽和電圧特性が悪い場合には、P+コレクタ層16のキャリア濃度を高めてキャリア数を増やすことで改善できる。
According to equation (1), it can be seen that the drift voltage V Ndrift is inversely proportional to the number of injected holes p0. Therefore, as shown in FIG. 4, as the number of injection holes p0 increases, the saturation voltage Vce (sat) also decreases. If the number of injection holes p0 is measured, the saturation voltage Vce (sat) is derived (or predicted). It will be possible.
Since the number of injected holes p0 is proportional to the number of carriers in the P + collector layer 16, it can be seen that the saturation voltage characteristic depends on the carrier concentration in the P + collector layer 16. That is, when the saturation voltage characteristic is bad, it can be improved by increasing the carrier concentration of the P + collector layer 16 and increasing the number of carriers.

一方、ターンオフ損失Eoffについて説明すると、図5に示すように、ターンオフ時には、時間経過と共に減衰するターンオフ電流Ioffが流れ、これに伴いコレクタ−エミッタ間電圧Vceが生じる。ターンオフ損失Eoffは、ターンオフ電流Ioffと、コレクタ−エミッタ間電圧Vceとの積を、ターンオフ期間(ターンオフからターンオフ電流Ioffがゼロになるまで)で時間積分することで求められ、更にターンオフ電流Ioffは、次式(2)により表される。 On the other hand, the turn-off loss Eoff will be described. As shown in FIG. 5, at the time of turn-off, a turn-off current I off that decays with time flows and a collector-emitter voltage Vce is generated. The turn-off loss Eoff is obtained by time-integrating the product of the turn-off current I off and the collector-emitter voltage Vce in the turn-off period (from the turn-off until the turn-off current I off becomes zero). off is expressed by the following equation (2).

Figure 0005719182
ただし、τ’はP+コレクタ層16からホールが引き抜かれる時定数、Iaoffはターンオフ電流Ioffの初期値である。
Figure 0005719182
However, τ ′ is a time constant for extracting holes from the P + collector layer 16, and Ia off is an initial value of the turn-off current I off .

ターンオフ電流の初期値Iaoffは、次式(3)により表される。 The initial value Ia off of the turn-off current is expressed by the following equation (3).

Figure 0005719182
ただし、Aは定数、αPNPはホール電流/コレクタ電流である。なお、ホール電流はP+コレクタ層16からN−層10に注入されるキャリアであるホールによる電流であって、N−層10からP+コレクタ層16に移動するキャリアである電子による電子電流と等しく、これらホール電流及び電子電流の和がコレクタ電流となる。
Figure 0005719182
However, A is a constant, and αPNP is a Hall current / collector current. The hole current is a current due to holes that are carriers injected from the P + collector layer 16 to the N− layer 10, and is equal to an electron current due to electrons that are carriers moving from the N− layer 10 to the P + collector layer 16. The sum of the Hall current and the electron current becomes the collector current.

これら式(2)、(3)によれば、ターンオフ電流Ioffが注入ホール数p0に比例することが分かる。したがって、図6に示すように、注入ホール数p0が多くなるほど、ターンオフ損失Eoffも増加し、また注入ホール数p0が測定されれば、ターンオフ損失Eoffが導出(或いは予測)できることになる。
上述の通り、注入ホール数p0は、P+コレクタ層16のキャリア数に比例することから、ターンオフ損失特性はP+コレクタ層16のキャリア濃度に依存することが分かり、ターンオフ損失特性が悪い場合には、P+コレクタ層16を削る等して体積を減らしてキャリア数を減らすことで改善できる。
According to these equations (2) and (3), it can be seen that the turn-off current I off is proportional to the number of injected holes p0. Therefore, as shown in FIG. 6, as the number of injection holes p0 increases, the turn-off loss Eoff also increases. If the number of injection holes p0 is measured, the turn-off loss Eoff can be derived (or predicted).
As described above, since the number of injected holes p0 is proportional to the number of carriers in the P + collector layer 16, it can be seen that the turn-off loss characteristic depends on the carrier concentration in the P + collector layer 16, and when the turn-off loss characteristic is poor, This can be improved by cutting the P + collector layer 16 to reduce the volume and the number of carriers.

以上のように、飽和電圧Vce(sat)、及びターンオフ損失Eoffは、注入ホール数p0が測定されれば導出(或いは予測)されることが分かる。この注入ホール数p0は、コレクタ電流Icに対するホール電流Ihの割合を示すαPNPとして間接的に求めることができることから、このαPNPを測定することで、IGBT2に大電流を実際に流さなくとも、これらの性能検査を実施できる。   As described above, it can be seen that the saturation voltage Vce (sat) and the turn-off loss Eoff are derived (or predicted) if the number of injected holes p0 is measured. Since the number of injected holes p0 can be obtained indirectly as αPNP indicating the ratio of the hole current Ih to the collector current Ic, by measuring this αPNP, these currents can be obtained without actually passing a large current through the IGBT 2. Performance inspection can be performed.

すなわち、飽和電圧Vce(sat)、及びターンオフ損失Eoffは、互いにトレードオフの関係にあることから、これらとαPNPとの関係は、図7に示すようになる。したがって、飽和電圧Vce(sat)、及びターンオフ損失Eoffがそれぞれ良品領域に入るαPNPの範囲(以下、良品判定範囲Kと言う)が一意に求められることから、この良品判定範囲Kを予め実験等により求めておき、IGBT2の性能検査においては、前掲図3に示すように、αPNPを測定し(ステップS5A)、良品判定範囲Kに入っているか否かを判定することで(ステップS6)、IGBT2の良品が判定できる。
そして、判定の結果、αPNPが良品判定範囲Kから小さい方に外れている場合、すなわち飽和電圧特性が悪い場合には、図3のステップS4に処理を戻し、P+コレクタ層16に更にイオン注入及び熱処理してキャリア数を高めることでαPNPが良品判定範囲Kに収まるように調整することとなる。
なお、αPNPが良品判定範囲Kから大きい方に外れている場合には、すなわちターンオフ損失特性が悪い場合には、P+コレクタ層16の厚みをエッチング等により減らすことでキャリア数を減らし、αPNPが良品判定範囲Kに収まるように調整できる。
That is, the saturation voltage Vce (sat) and the turn-off loss Eoff are in a trade-off relationship with each other, and the relationship between these and αPNP is as shown in FIG. Accordingly, since the range of αPNP in which the saturation voltage Vce (sat) and the turn-off loss Eoff are respectively in the non-defective region (hereinafter referred to as the non-defective product determination range K) is uniquely obtained, In the performance test of the IGBT 2, as shown in FIG. 3, the αPNP is measured (step S5A), and it is determined whether or not the product is in the non-defective product determination range K (step S6). A good product can be judged.
As a result of the determination, if αPNP deviates from the non-defective product determination range K, that is, if the saturation voltage characteristic is poor, the process returns to step S4 in FIG. By adjusting the number of carriers by heat treatment, αPNP is adjusted to be within the non-defective product determination range K.
When αPNP deviates from the non-defective product determination range K, that is, when the turn-off loss characteristic is poor, the number of carriers is reduced by reducing the thickness of the P + collector layer 16 by etching or the like, and αPNP is non-defective. Adjustment can be made so as to be within the determination range K.

図8は、性能検査のテストパターンたるTEG40の構造を模式的に示す図である。
性能検査時のαPNPの測定は、シリコンウエハ30に設けられたTEG40に対して行われる。TEG40は、図8に示すように、IGBT2と同一構造を備える。ただし、αPNPの測定時には、電子電流Ieとホール電流Ihとを計測することから、P−ベース領域11の表面には、エミッタ電極21に代えて、電子電流プローブ用電極41と、ホール電流プローブ用電極42とがそれぞれ設けられている。
電子電流プローブ用電極41は、ゲート電圧Vgを印加したときの電子電流Ieを検出するための電極であって、N+エミッタ領域12の直上に設けられている。また、ホール電流プローブ用電極42は、ゲート電圧Vgを印加したときのホール電流を検出するための電極であって、P−ベース領域11のうちN+エミッタ領域12の外に設けられている。ただしホール電流プローブ用電極42の直下には、濃度が高いP+半導体層43が形成されている。このP+半導体層43では、ホールのキャリア密度が高いため、フェルミ準位が価電子帯に近づくことでホールが流れやすく、ホール電流プローブ用電極42でホール電流Ihが検出できる。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the structure of the TEG 40, which is a test pattern for performance inspection.
The measurement of αPNP at the time of performance inspection is performed on the TEG 40 provided on the silicon wafer 30. As shown in FIG. 8, the TEG 40 has the same structure as the IGBT 2. However, since the electron current Ie and the hole current Ih are measured during the measurement of αPNP, an electron current probe electrode 41 and a hole current probe electrode are used on the surface of the P-base region 11 instead of the emitter electrode 21. An electrode 42 is provided.
The electron current probe electrode 41 is an electrode for detecting the electron current Ie when the gate voltage Vg is applied, and is provided immediately above the N + emitter region 12. The hole current probe electrode 42 is an electrode for detecting a hole current when the gate voltage Vg is applied, and is provided outside the N + emitter region 12 in the P− base region 11. However, a P + semiconductor layer 43 having a high concentration is formed immediately below the Hall current probe electrode 42. In this P + semiconductor layer 43, since the hole carrier density is high, holes easily flow when the Fermi level approaches the valence band, and the hole current probe electrode 42 can detect the hole current Ih.

そして、性能検査時(図3のステップS5)のαPNPの測定では、これら電子電流プローブ用電極41と、ホール電流プローブ用電極42とのそれぞれに電流プローブ50、51を接触させ、また、シリコンウエハ30の裏面のP+コレクタ層16に所定電圧のコレクタ電圧Vcを印加するためのコレクタ電圧印加用プローブ52を接触させる。
そして所定ボルトのゲート電圧Vgを印加した状態で、コレクタ電圧Vcを例えば0〜10の間で段階的に変化させ、TEG40にエミッタ電流を生じさせる。このとき、P+コレクタ層16の表面にはコレクタ電極22が形成されていないが、既にイオン注入及び熱処理が施されているため、小電流でも十分オーミックコンタクトができる。
In the measurement of αPNP at the time of performance inspection (step S5 in FIG. 3), the current probes 50 and 51 are brought into contact with the electron current probe electrode 41 and the hole current probe electrode 42, respectively, and the silicon wafer A collector voltage application probe 52 for applying a collector voltage Vc of a predetermined voltage is brought into contact with the P + collector layer 16 on the back surface of 30.
Then, with the gate voltage Vg of a predetermined volt applied, the collector voltage Vc is changed stepwise between, for example, 0 to 10, and an emitter current is generated in the TEG 40. At this time, the collector electrode 22 is not formed on the surface of the P + collector layer 16, but since the ion implantation and the heat treatment have already been performed, sufficient ohmic contact can be made even with a small current.

エミッタ電流は、上記電子電流プローブ用電極41とホール電流プローブ用電極42とにより、電子電流Ieとホール電流Ihとに分けて検出され、電子電流Ieとホール電流Ihとを加算して求められるコレクタ電流Icとホール電流Ihの比に基づいて、αPNP=ホール電流Ih/コレクタ電流Icにより、コレクタ電圧VcごとにαPNPを算出する。かかるαPNPの算出は、ゲート電圧Vgを例えば7〜17ボルトの間で段階的に変えて行われる。そして、それぞれでのαPNPの平均値、或いは全てのαPNPが良品判定範囲Kに含まれるか否かに基づいて、良品判定が行われることとなる。   The emitter current is detected by the electron current probe electrode 41 and the hole current probe electrode 42 separately from the electron current Ie and the hole current Ih, and is obtained by adding the electron current Ie and the hole current Ih. Based on the ratio of the current Ic and the hall current Ih, αPNP is calculated for each collector voltage Vc by αPNP = hall current Ih / collector current Ic. The calculation of αPNP is performed by changing the gate voltage Vg stepwise between, for example, 7 to 17 volts. Then, the non-defective product determination is performed based on the average value of αPNPs in each case or whether all αPNPs are included in the non-defective product determination range K.

このように、本実施形態によれば、コレクタ電流Icに対するホール電流Ihの比であるαPNPと、飽和電圧特性及びターンオフ特性との相関に基づいて、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査するため、IGBT2に大電流を実際に流さなくとも飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査できる。これによりIGBT2に大電流を流すためのパワーモジュール等を実装する前の未実装の状態で飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査でき、検査不良であったときのパワーモジュール実装分が無駄になることがない。   As described above, according to the present embodiment, the quality of the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic is inspected based on the correlation between αPNP, which is the ratio of the hole current Ih to the collector current Ic, and the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic. The quality of the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic can be inspected without actually passing a large current through the IGBT 2. As a result, it is possible to inspect whether the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic are good or not in an unmounted state before mounting a power module or the like for flowing a large current to the IGBT 2, and the power module mounting amount when the inspection is defective is wasted. There is nothing.

特に本実施形態によれば、性能検査の結果が否の場合には、P+コレクタ層16のキャリア数をイオン注入や削るなどして調整することで、IGBT2の製造工程の中で、性能検査と、その検査結果に応じた調整とを行うこととしたため、不良品を良品にすることが可能となり、歩留まりを向上させることができる。   In particular, according to the present embodiment, when the result of the performance inspection is negative, the number of carriers in the P + collector layer 16 is adjusted by ion implantation or cutting, so that the performance inspection can be performed in the manufacturing process of the IGBT 2. Since the adjustment according to the inspection result is performed, the defective product can be made non-defective and the yield can be improved.

また本実施形態によれば、IGBT2の製造時には、シリコンウエハ30に、IGBT2とともに、当該IGBT2の構造と、電子電流プローブ用電極41、及びホール電流プローブ用電極42とを備えるテスト回路としてのTEG40を構成した。
これにより、TEG40の絶縁ゲート15にゲート電圧Vgを印加して、電子電流プローブ用電極41から電子電流Ieを検出し、ホール電流プローブ用電極42からホール電流Ihを検出して、電子電流Ieにホール電流Ihを加えたコレクタ電流Icに対するホール電流Ihの比たるαPNP、飽和電圧特性及びターンオフ特性との相関に基づいて、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査することができる。
Further, according to the present embodiment, when manufacturing the IGBT 2, the TEG 40 as a test circuit including the IGBT 2, the structure of the IGBT 2, the electron current probe electrode 41, and the hole current probe electrode 42 is provided on the silicon wafer 30. Configured.
Thus, the gate voltage Vg is applied to the insulated gate 15 of the TEG 40, the electron current Ie is detected from the electron current probe electrode 41, the hole current Ih is detected from the hole current probe electrode 42, and the electron current Ie is detected. The quality of the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic can be inspected based on the correlation between αPNP, which is the ratio of the hole current Ih to the collector current Ic to which the hole current Ih is added, the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic.

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。   The above-described embodiments are merely examples of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、薄層型のIGBT2について、飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性を検査する場合を説明したが、同様にして、従前型のIGBT2についても飽和電圧特性、及びターンオフ損失特性を検査することができる。
また例えば、上述した実施形態では、IGBT2の構成として、第1導電型のn型、第2導電型をp型として説明したが、これに限らず、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても良い。
また例えば、上述した実施形態では、ノンパンチスルー型(NPT)のIGBTとして説明したが、これに限らず、パンチスルー型(PT)でも本発明を適用可能である。
For example, in the above-described embodiment, the case where the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic are inspected for the thin-layer IGBT 2 has been described. Similarly, the saturation voltage characteristic and the turn-off loss characteristic for the conventional IGBT 2 are also described. Can be inspected.
For example, in the above-described embodiment, the IGBT 2 has been described as having the first conductivity type n-type and the second conductivity type p-type. However, the present invention is not limited to this, and the first conductivity type is p-type and the second conductivity type. The type may be n-type.
For example, in the above-described embodiment, the non-punch through type (NPT) IGBT has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a punch through type (PT).

1 パワー半導体装置
2 IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)
10 N−層(第1導電型の半導体層、第1導電型の半導体ウエハ)
11 P−ベース領域
12 N+エミッタ領域
13 絶縁層
14 ゲート
15 絶縁ゲート
16 P+コレクタ層
21 エミッタ電極
22 コレクタ電極
30 シリコンウエハ(第1導電型の半導体ウエハ)
40 TEG(テスト回路)
41 電子電流プローブ用電極
42 ホール電流プローブ用電極
43 P+ベース層
Eoff ターンオフ損失
Ic コレクタ電流
Ie 電子電流
Ih ホール電流
K 良品判定範囲
p0 注入ホール数
Vce(sat) 飽和電圧
1 Power Semiconductor Device 2 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
10 N-layer (first conductivity type semiconductor layer, first conductivity type semiconductor wafer)
11 P-base region 12 N + emitter region 13 Insulating layer 14 Gate 15 Insulating gate 16 P + collector layer 21 Emitter electrode 22 Collector electrode 30 Silicon wafer (first conductivity type semiconductor wafer)
40 TEG (test circuit)
41 Electron current probe electrode 42 Hall current probe electrode 43 P + base layer Eoff Turn-off loss Ic Collector current Ie Electron current Ih Hall current K Non-defective product judgment range p0 Number of injected holes Vce (sat) Saturation voltage

Claims (3)

第1導電型の半導体層の主面に、第2導電型のベース領域、当該ベース領域に形成された第1導電型のエミッタ領域、及び当該エミッタ領域に隣接した絶縁ゲートをそれぞれ設け、前記半導体層の他主面側に、第2導電型のコレクタ層を設けた絶縁ゲートバイポーラトランジスタの検査方法において、
前記絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときの電子電流と、前記コレクタ層から前記半導体層に注入されるホールによるホール電流とを測定し、
前記電子電流に前記ホール電流を加えたコレクタ電流に対する前記ホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性のそれぞれとの相関に基づいて予め求められた、前記飽和電圧特性及び前記ターンオフ特性が良品となる良品判定範囲に、前記コレクタ電流に対する前記ホール電流の比の測定値が入るか否かを判定し、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査する
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検査方法。
A main surface of the first conductivity type semiconductor layer is provided with a second conductivity type base region, a first conductivity type emitter region formed in the base region, and an insulated gate adjacent to the emitter region, respectively. In an inspection method for an insulated gate bipolar transistor in which a collector layer of a second conductivity type is provided on the other main surface side of the layer,
Measuring an electron current when a gate voltage is applied to the insulated gate, and a hole current due to holes injected from the collector layer into the semiconductor layer;
The saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic obtained in advance based on the correlation between the ratio of the hole current to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current and the saturation voltage characteristic and the turn- off characteristic are non-defective products. A method for inspecting an insulated gate bipolar transistor, comprising: determining whether a measured value of the ratio of the Hall current to the collector current is in a non-defective product determination range, and inspecting whether the saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic are good .
第1導電型の半導体ウエハの主面に、第2導電型のベース領域、当該ベース領域に形成された第1導電型のエミッタ領域、及び当該エミッタ領域に隣接した絶縁ゲートをそれぞれ設け、前記半導体ウエハの他主面側に、不純物を拡散して第2導電型のコレクタ層を設ける絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法において、
前記絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときの電子電流と、前記コレクタ層から前記半導体ウエハに注入されるホールによるホール電流とを測定し、
前記電子電流に前記ホール電流を加えたコレクタ電流に対する前記ホール電流の比と、飽和電圧特性及びターンオフ特性のそれぞれとの相関に基づいて予め定められた前記飽和電圧特性及び前記ターンオフ特性が良品となる良品判定範囲に、前記コレクタ電流に対する前記ホール電流の比の測定値が入るか否かを判定し、飽和電圧特性及びターンオフ特性の良否を検査し、
前記比の測定値が前記良品判定範囲に入っていない場合には、前記比の測定値と前記良品判定範囲の大小に基づいて前記コレクタ層のキャリア数を増減する
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製造方法。
A main surface of a first conductivity type semiconductor wafer is provided with a second conductivity type base region, a first conductivity type emitter region formed in the base region, and an insulated gate adjacent to the emitter region, respectively. In the method of manufacturing an insulated gate bipolar transistor in which impurities are diffused on the other main surface side of the wafer to provide a collector layer of the second conductivity type,
Measuring an electron current when a gate voltage is applied to the insulated gate, and a hole current caused by holes injected from the collector layer into the semiconductor wafer;
The saturation voltage characteristic and the turn-off characteristic determined in advance based on the correlation between the ratio of the hole current to the collector current obtained by adding the hole current to the electron current and the saturation voltage characteristic and the turn- off characteristic are non-defective products. To determine whether or not the measured value of the ratio of the Hall current to the collector current enters the non-defective product determination range, inspecting the quality of the saturation voltage characteristics and the turn-off characteristics
Insulated gate bipolar, wherein the number of carriers in the collector layer is increased or decreased based on the measured value of the ratio and the size of the non-defective product determination range when the measured value of the ratio is not within the non-defective product determination range A method for manufacturing a transistor.
請求項1に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの検査方法、又は請求項2に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法における前記電子電流、及び前記ホール電流の測定に用いられるテスト回路であって、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタに並設され、当該絶縁ゲートバイポーラトランジスタと同一構造を有する同一構造体と
前記同一構造体の絶縁ゲートにゲート電圧を印加したときに前記同一構造体のエミッタ領域に流れる電子電流を検出するための電子電流プローブ用電極、及び前記同一構造体のベース領域であって前記同一構造体のエミッタ領域の外に流れるホール電流を検出するためのホール電流プローブ用電極と、
を備え、
前記電子電流プローブ用電極、及び前記ホール電流プローブ用電極を通じて、前記電子電流と、前記ホール電流とが測定される
ことを特徴とするテスト回路。
A test circuit used for measuring the electron current and the hall current in the method for inspecting an insulated gate bipolar transistor according to claim 1 or the method for producing an insulated gate bipolar transistor according to claim 2,
The same structure that is arranged in parallel with the insulated gate bipolar transistor and has the same structure as the insulated gate bipolar transistor,
The same said same structure electronic current probe electrode for detecting the electron current flowing to the emitter region, and said a base region of the same structure when a gate voltage is applied to the insulated gate of the same structure A hole current probe electrode for detecting a hole current flowing outside the emitter region of the structure;
With
The test circuit , wherein the electron current and the hole current are measured through the electron current probe electrode and the hole current probe electrode .
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5547121B2 (en) * 2011-03-22 2014-07-09 新電元工業株式会社 Semiconductor device inspection circuit and semiconductor device inspection method
CN117092478B (en) * 2023-10-18 2023-12-19 成都高投芯未半导体有限公司 IGBT saturation voltage drop measurement system and method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2526960B2 (en) * 1988-01-11 1996-08-21 日本電装株式会社 Conduction modulation type MOSFET
JP3101364B2 (en) * 1991-09-26 2000-10-23 三洋電機株式会社 Test device for insulated gate bipolar transistor
JPH1050993A (en) * 1996-08-02 1998-02-20 Denso Corp Semiconductor device with current detecting function

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110265477A (en) * 2019-06-28 2019-09-20 电子科技大学 IGBT device with PNP break-through triode
CN110265477B (en) * 2019-06-28 2020-12-29 电子科技大学 IGBT devices with PNP punch-through transistors

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