(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、
前記主面側の電流端子電極が、下層の第１金属層とメッキによって形成される上層の第２金属層とからなり、
前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極上に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第１金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続され、前記接続孔の上方における前記第２金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなる半導体装置のスクリーニング方法であって、
前記主面側の電流端子電極に対して前記ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加した後、前記ゲート電極に正の所定電位を印加して前記電流端子電極に流れる電流を検出し、前記検出電流値から前記第２金属層の最下点の高さの良否を判定することを特徴とする半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項２】
前記負の所定電位が、−５［Ｖ］以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項３】
前記負の所定電位が、−３０［Ｖ］以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項４】
前記負の所定電位が、−２０［Ｖ］以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項５】
前記負の所定電位の印加を、室温以上、２００［℃］以下の高温下で行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項６】
前記負の所定電位の印加を、１００［℃］以上、１５０［℃］以下の高温下で行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項７】
前記所定時間が、１０［ｍｉｎ］以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項８】
前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を２点の電位値で行い、各検出電流値から前記半導体装置の良否を判定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項９】
前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を１点の電位値で行い、検出電流値と基準電流値を比較して前記半導体装置の良否を判定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置のスクリーニング方法。
【請求項１０】
半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、
前記主面側の電流端子電極が、下層の第１金属層とメッキによって形成される上層の第２金属層とからなり、
前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極上に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第１金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続されてなる半導体装置であって、
前記接続孔の上方における前記第２金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなり、
前記ゲート電極が、−１０［Ｖ］以下の耐圧を有してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記ゲート電極が、−２０［Ｖ］以下の耐圧を有してなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１金属層が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２金属層が、ニッケルまたはニッケル合金からなることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記絶縁ゲート型トランジスタが、ＩＧＢＴであり、
前記主面側の電流端子電極が、前記ＩＧＢＴのエミッタ電極であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記ゲート電極が、トレンチ構造のゲート電極であることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法、およびスクリーニングされる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置が、例えば、特開２００２−１１０９８１号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示された半導体装置９０の模式的な断面図である。
【０００４】
図６に示す半導体装置９０は、大電力用のＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ（Metal Oxide Semiconductor transistor）からなる半導体装置である。半導体装置９０は、Ｎ＋半導体基板９１と、このＮ＋半導体基板９１上に形成されたＮ型ドレイン層９３と、Ｎ型ドレイン層９３の表面部に形成されたＰ型ベース層９５と、Ｐ型ベース層９５の表面部に形成されたＮ型ソース層９７とを備える。また、半導体装置９０は、主面側に、トレンチ型のゲート配線層１３と、ソースに接続されたＡＬ電極層１７と、ＡＬ電極層１７の表面にはんだ付け可能な金属材料で形成された金属メッキ層（メッキ電極）３７とを備え、裏面側には、ドレイン電極１９が形成されている。半導体装置９０においては、金属メッキ層３７を介してパッケージのリード端子をはんだ接続することができ、低抵抗の半導体装置となっている。
【特許文献１】特開２００２−１１０９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７は、図６の半導体装置９０と類似のメッキ電極を有したＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）からなる半導体装置について冷熱耐久試験を行い、劣化の発生したサンプルのサブスレッショルド（subthreshold）特性（Ｖｇ−Ｉｃ）について、冷熱サイクル数をパラメータにして示した図である。
【０００６】
図７に示すように、特性劣化の発生したサンプルでは、初期に較べて閾値電圧が大きく低減して明確な閾値電圧を示さないようになり、規定より低いゲート電圧Ｖｇで漏れのコレクタ電流Ｉｃが流れるようになってしまう。このような特性劣化の発生するサンプルは出荷前の検査でスクリーニング（除去）する必要があるが、出荷前の冷熱サイクル試験によるスクリーニングは１週間以上の試験期間を要し、工程内在庫を多く抱えることとなる。
【０００７】
そこで本発明は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法であって、短時間で冷熱耐久試験と同等のスクリーニング結果を得ることができるスクリーニング方法、および該スクリーニング方法の利用に好適な半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、前記主面側の電流端子電極が、下層の第１金属層とメッキによって形成される上層の第２金属層とからなり、前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極上に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第１金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続され、前記接続孔の上方における前記第２金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなる半導体装置のスクリーニング方法であって、前記主面側の電流端子電極に対して前記ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加した後、前記ゲート電極に正の所定電位を印加して前記電流端子電極に流れる電流を検出し、前記検出電流値から前記第２金属層の最下点の高さの良否を判定することを特徴としている。
【０００９】
メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置は、金属メッキ層を介してパッケージのリード端子をはんだ接続することができるため、低抵抗の半導体装置とすることができる。一方、該半導体装置は、冷熱耐久試験で劣化するサンプルがある。該サンプルのサブスレッショルド特性では、閾値電圧が初期に較べて大きく低減して明確な閾値電圧がみられなくなり、規定より低いゲート電圧Ｖｇで漏れのコレクタ電流Ｉｃが流れるようになってしまう。
【００１０】
発明者らは、下層の第１金属層とメッキによって形成される上層の第２金属層とからなる電流端子電極を有した半導体装置であって、ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極上に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第１金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続され、前記接続孔の上方における前記第２金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなる半導体装置について、上記した冷熱耐久試験を行った。その結果、サブスレッショルド特性に劣化が発生したサンプルでは、半導体素子のある微小領域において低いＶｇにおいて電流が流れることを見出し、かつその箇所では接続孔の上方における第２金属層の最下点の高さが、設計では層間絶縁膜の高さより高く設定されているにも係わらず、第２金属層の最下点の高さが層間絶縁膜の高さより低くなっており、第２金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んでいた。また、接続孔の内部まで入り込んだ第２金属層は、接続孔に対して傾いた状態で内部に入り込んでおり、接続孔の周囲の層間絶縁膜に接触していた。
【００１１】
該半導体装置において、第２金属層の最下点の高さが設計では層間絶縁膜の高さより高く設定されているにも係わらず、第２金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んだサンプルが発生する原因には、次の２つが考えられる。すなわち、層間絶縁膜に形成された接続孔への下層の第１金属層の埋め込みが不十分であること、また、メッキによる上層の第２金属層形成の前工程において、表面洗浄液等によって先に形成した第１金属層がエッチングされたりすることが起因していると考えられる。また、第２金属層が接続孔に対して傾いた状態で内部に入り込み、第２金属層が接続孔の周囲の層間絶縁膜に接触したサンプルにおいてサブスレッショルド特性が劣化した理由は、第２金属層と第１金属層の硬さが異なるため、冷熱サイクルによって相対的に第２金属層が動き、接続孔に対して傾いた状態となり、層間絶縁膜に接触した第２金属層が近傍にあるゲート電極に対して応力を及ぼしていることが原因していると考えられる。
【００１２】
本発明の半導体装置のスクリーニング方法は、上記冷熱耐久試験においてサブスレッショルド特性が劣化するサンプルの特徴を逆に利用するものである。上記スクリーニング方法では、上層がメッキによる第２金属層からなる主面側の電流端子電極に対して、ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加して、第２金属層の最下点の高さの良否を判定する。すなわち、第２金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んだサンプルでは、ゲート電極に負の所定電位を所定時間印加することで、第２金属層の最下点付近に残留するナトリウムイオン（Ｎａ＋）等のメッキ液に含まれていた陽イオンがゲート電極の負の電位に引かれてゲート絶縁膜中に引き込まれ、サブスレッショルド特性を劣化させる。これによって、第２金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易いサンプルをスクリーニングすることができる。該スクリーニング方法によれば、冷熱耐久試験を行う必要がないため、短時間で評価が終了し、工程内在庫を抱えることもない。
【００１３】
以上のようにして、上記半導体装置のスクリーニング方法は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法であって、短時間で冷熱耐久試験と同等のスクリーニング結果を得ることができるスクリーニング方法となっている。
【００１４】
上記スクリーニング方法においては、請求項２に記載のように、前記負の所定電位が、−５［Ｖ］以下であることが好ましい。これにより、第２金属層の最下点付近に残留するメッキ液に含まれていた陽イオンがゲート絶縁膜中に引き込まれ易くして、サブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。
【００１５】
逆に、上記スクリーニング方法においては、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極に負の所定電位を印加するため、印加電圧が大きすぎると、ゲート電極の寿命劣化につながる。このため、上記スクリーニング方法においては、請求項３に記載のように、前記負の所定電位が、−３０［Ｖ］以上であることが好ましく、特に請求項４に記載のように、前記負の所定電位が、−２０［Ｖ］以上であることが好ましい。これにより、上記スクリーニング方法によるゲート電極の寿命劣化を抑制することができる。
【００１６】
上記スクリーニング方法においては、請求項５に記載のように、前記負の所定電位の印加を、室温以上、２００［℃］以下の高温下で行うことが好ましい。これによっても、第２金属層の最下点付近に残留するメッキ液に含まれる陽イオンを動き易くしてサブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。
【００１７】
特に請求項６に記載のように、前記負の所定電位の印加を、１００［℃］以上、１５０［℃］以下の高温下で行う場合には、パッケージされた状態の上記半導体装置をスクリーニングすることができる。
【００１８】
上記スクリーニング方法においては、請求項７に記載のように、前記所定時間が、１０［ｍｉｎ］以下であってもよい。ゲート電極に印加する負の電位と環境温度を適宜設定することにより、印加時間が１０［ｍｉｎ］以下の短時間であっても、第２金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易いサンプルを確実にスクリーニングすることができる。
【００１９】
上記スクリーニング方法における半導体装置の良否判定については、前記半導体装置のサブスレッショルド特性を測定してもよいが、測定時間を短縮するため、請求項８に記載のように、前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を２点の電位値で行い、各検出電流値から前記半導体装置の良否を判定することが好ましい。これにより、規定より低いゲート電圧Ｖｇで漏れのコレクタ電流Ｉｃが流れるようになったサブスレッショルド特性の劣化サンプルを、短時間で確実にスクリーニングすることができる。尚、当該良否判定では、２点の電位と検出電流値で良否判定を行うため、該半導体装置の初期の閾値電圧に多少のばらつきがある場合であっても、劣化サンプルのみを確実にスクリーニングすることができる。
【００２０】
一方、該半導体装置の初期の閾値電圧にほとんどばらつきがない場合にあっては、請求項９に記載のように、前記良否の判定において、前記正の所定電位の印加を１点の電位値で行い、検出電流値と基準電流値を比較して前記半導体装置の良否を判定することで、スクリーニングに要する時間をより短縮することができる。
【００２１】
請求項１０〜１５に記載の発明は、上記スクリーニング方法の利用に好適な半導体装置の発明である。
【００２２】
請求項１０に記載の半導体装置は、半導体基板の主面側に、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極と、そのゲート電極上及び前記半導体基板上に層間絶縁膜が形成されると共に、少なくとも一方の電流端子電極が前記層間絶縁膜上に形成され、前記主面側の電流端子電極が、下層の第１金属層とメッキによって形成される上層の第２金属層とからなり、前記ゲート電極の近傍において、前記ゲート電極上に形成されている層間絶縁膜に形成された接続孔を介して、前記第１金属層が前記ゲート電極に隣接する所定領域に接続されてなる半導体装置であって、前記接続孔の上方における前記第２金属層の最下点の高さが、前記層間絶縁膜の高さより高く設定されてなり、前記ゲート電極が、−１０［Ｖ］以下の耐圧を有してなることを特徴としている。
【００２３】
上記半導体装置においては、設計段階で接続孔の上方における第２金属層の最下点の高さをゲート電極上に形成されている層間絶縁膜の高さより高く設定して、第２金属層の最下点が基本的に接続孔の内部まで入り込まないようにして、冷熱耐久後のサブスレッショルド特性の劣化を抑制している。また、接続孔への第１金属層の埋め込みが不十分であったり、メッキによる第２金属層形成の前工程において表面洗浄液等による第１金属層のエッチングが発生したりして、第２金属層の最下点が接続孔の内部まで入り込んでしまった場合には、上述したスクリーニング方法により、該サンプルをスクリーニングすることができる。上記半導体装置においては、ゲート電極が−１０［Ｖ］以下の耐圧を有しているため、−５〜−１０［Ｖ］の負の電位をゲート電極に印加しても、ゲート電極の寿命劣化を抑制することができる。
【００２４】
以上のようにして、上記半導体装置は、上述したスクリーニング方法の利用に好適な半導体装置となっている。
【００２５】
特に上記半導体装置においては、請求項１１に記載のように、前記ゲート電極が、−２０［Ｖ］以下の耐圧を有してなることが好ましい。該半導体装置においては、−１０〜−２０［Ｖ］の負の電位をゲート電極に印加しても、ゲート電極の寿命劣化を抑制することができると共に、短時間で確実に劣化サンプルをスクリーニングすることができる。
【００２６】
上記半導体装置における前記第１金属層は、例えば請求項１２に記載のように、安価で高い導電性を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができる。
【００２７】
また、上記半導体装置における前記第２金属層は、例えば請求項１３に記載のように、  安価で良好なはんだ付け性を有するニッケルまたはニッケル合金とすることができる。
【００２８】
上記半導体装置は、例えば前記絶縁ゲート型トランジスタが、ＭＯＳトランジスタであり、前記主面側の電流端子電極が、ソース電極とドレイン電極であるように構成することができる。しかしながらこれに限らず、上記半導体装置は、例えば請求項１４に記載のように、前記絶縁ゲート型トランジスタが、ＩＧＢＴであり、前記主面側の電流端子電極が、前記ＩＧＢＴのエミッタ電極であってもよい。
【００２９】
また、上記半導体装置におけるゲート電極は、一般的な平面構造のゲート電極であってよい。しかしながらこれに限らず、請求項１５に記載のように、前記ゲート電極が、トレンチ構造のゲート電極であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
【００３１】
最初に、図７に示した冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化したサンプルについて、内部構造を調査した結果を説明する。
【００３２】
図１（ａ），（ｂ）は、冷熱耐久試験前の半導体装置１００の内部構造を示す模式的な断面図で、図１（ａ）は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化しない正常サンプル１００の状態であり、図１（ｂ）は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化する異常サンプル１００ａの状態である。また、図２は、サブスレッショルド特性が劣化した異常サンプル１００ｂの冷熱耐久試験後の状態を示す模式的な断面図である。
【００３３】
図７の冷熱耐久試験に供した半導体装置は、図１（ａ）に示すように、Ｎ−領域４を主体とする半導体基板に、トレンチゲート構造のＩＧＢＴが形成されてなる半導体装置である。ＩＧＢＴからなる半導体装置１００では、半導体基板（Ｎ−領域）４の主面側に、チャネル形成領域であるＰ−領域３、エミッタ領域であるＮ＋領域１、およびチャネル形成領域の電位を固定するためのＰ＋領域２が形成されている。また、半導体基板（Ｎ−領域）４の裏面側には、コレクタ領域であるＰ領域５が形成されている。
【００３４】
半導体基板４の主面側に形成された半導体装置（ＩＧＢＴ）１００のゲート電極８は、トレンチ構造のゲート電極となっており、ゲート酸化膜である側壁酸化膜７を介して、トレンチ６内にゲート電極であるポリシリコン７等が埋め込まれた構造を有している。また、半導体基板４の主面側には、半導体装置（ＩＧＢＴ）１００の一方の電流端子電極であるエミッタ電極１０，１２が形成され、半導体基板４の裏面側には、半導体装置（ＩＧＢＴ）１００のもう一方の電流端子電極であるコレクタ電極１１が形成されている。半導体装置１００の主面側のエミッタ電極は、下層の第１金属層１０とメッキによって形成される上層の第２金属層１２とからなる。第１金属層１０は、例えば安価で高い導電性を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができ、例えば４μｍの厚さを有している。また、第２金属層１２は、例えば安価で良好なはんだ付け性を有するニッケルまたはニッケル合金とすることができる。エミッタ電極１０，１２は、ゲート電極８の近傍において、半導体基板４上の例えば８００ｎｍの厚さを有する層間絶縁膜９に形成された接続孔ｈを介して、半導体基板４の所定領域（Ｎ＋領域１およびＰ＋領域２）に接続されている。
【００３５】
以上のように、図１（ａ）に示す半導体装置１００は、メッキ電極（第２金属層１２）を有した半導体装置である。このメッキ電極（第２金属層１２）を有したＩＧＢＴからなる半導体装置１００は、金属メッキ層（第２金属層１２）を介してパッケージのリード端子をはんだ接続することができるため、低抵抗の半導体装置とすることができる。一方、図７に示したように、図１（ａ）の半導体装置１００は、冷熱耐久試験で劣化するサンプルがある。該サンプルのサブスレッショルド特性では、閾値電圧が初期に較べて大きく低減して明確な閾値電圧がみられなくなり、規定より低いゲート電圧Ｖｇで漏れのコレクタ電流Ｉｃが流れるようになってしまう。
【００３６】
冷熱耐久試験後にサブスレッショルド特性が劣化したサンプルの低いＶｇで漏れ電流が流れる箇所の断面は、図２に示す異常サンプル１００ｂの状態となっていることが判明した。
【００３７】
図１（ｂ）の異常サンプル１００ａでは、接続孔ｈの上方における第１金属層１０の表面に存在するスリットやボイドによって、第２金属層１２が楔状に形成され、第２金属層１２の最下点の高さが、層間絶縁膜９の高さより低くなっており、第２金属層１２の最下点が層間絶縁膜９に形成された接続孔ｈの内部まで入り込んでいた。また、図２の冷熱耐久試験後にサブスレッショルド特性が劣化したサンプル１００ｂでは、接続孔ｈの内部まで入り込んだ第２金属層１２が、接続孔ｈに対して傾いた状態で内部に入り込んでおり、接続孔ｈの周囲の層間絶縁膜９に接触していた。
【００３８】
上記半導体装置１００において、第２金属層１２の最下点の高さが、設計では図１（ａ）に示すように層間絶縁膜９高さより高く設定されているにも係わらず、図１（ｂ）に示すように第２金属層１２の最下点が接続孔ｈの内部まで入り込んだサンプル１００ａが発生する原因には、次の２つが考えられる。すなわち、層間絶縁膜９に形成された接続孔ｈへの下層の第１金属層１０の埋め込みが不十分であること、また、メッキによる上層の第２金属層１２形成の前工程において、表面洗浄液等によって先に形成した第１金属層１０がエッチングされたりすることが起因していると考えられる。
【００３９】
また、図２に示す第２金属層１２が接続孔ｈに対して傾いた状態で内部に入り込み、第２金属層１２が接続孔ｈの周囲の層間絶縁膜９に接触したサンプル１００ｂにおいて、図７に示すようにサブスレッショルド特性が劣化した理由は、以下のように考えられる。すなわち、図１（ｂ）に示す第２金属層１２の最下点が接続孔ｈの内部まで入り込んだサンプル１００ａにおいて、第２金属層１２が冷熱サイクルによって図中に黒塗り矢印で示したように基板面に水平な方向に移動し、接続孔ｈに入り込んだ第２金属層１２が冷熱サイクル中に接続孔ｈに対して傾いた状態となる。さらに移動すると、冷熱サイクル中に層間絶縁膜９に接触した第２金属層１２は、近傍にあるゲート電極８に対して応力を及ぼし、これによって図７に示すようにサブスレッショルド特性が劣化すると考えられる。
【００４０】
次に、本発明の半導体装置１００のスクリーニング方法を説明する。
【００４１】
図３は、半導体装置１００のスクリーニング試験を模式的に示した図である。図４は、図３のスクリーニング試験の結果、サブスレッショルド特性が劣化したサンプルについて、初期とスクリーニング試験後のサブスレッショルド特性を比較して示した図である。また、図５は、図４の特性劣化の検出原理を模式的に示した図である。
【００４２】
図３と図４に示す半導体装置１００のスクリーニング方法は、上記冷熱耐久試験においてサブスレッショルド特性が劣化する図１（ｂ）のサンプル１００ａの特徴を逆に利用するものである。図３と図４に示すスクリーニング方法では、図３のスクリーニング試験で半導体装置１００の上層がメッキによる第２金属層１２からなる主面側の電流端子電極（エミッタ電極）に対してゲート電極８に負の所定（バイアス）電位Ｖｓを所定時間印加した後、例えば図４のサブスレッショルド特性を測定して、半導体装置１００の良否を判定する。ゲート電極８に負の所定電位Ｖｓを所定時間印加することで、図１（ｂ）に示す第２金属層１２の最下点が接続孔ｈの内部まで入り込んだサンプル１００ａでは、図５に示すように、第２金属層の最下点付近に残留するナトリウムイオン（Ｎａ＋）等のメッキ液に含まれる陽イオンｉがゲート電極８の負の電位Ｖｓに引かれてゲート絶縁膜７中に引き込まれ、図４のようにサブスレッショルド特性を劣化させる。
【００４３】
図４に示す初期状態と図３のスクリーニング試験後のサブスレッショルド特性は、図７に示す初期状態と冷熱サイクル後のサブスレッショルド特性と類似の傾向を示している。従って、図３と図４に示すスクリーニング方法により、第２金属層１２の最下点が接続孔ｈの内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易い図１（ｂ）のサンプルをスクリーニングすることができる。上記スクリーニング方法によれば、冷熱耐久試験を行う必要がないため、短時間で評価が終了し、工程内在庫を抱えることもない。
【００４４】
図３のスクリーニング試験においては、半導体装置１００のゲート電極８に印加する負の所定電位Ｖｓが、−５［Ｖ］以下であることが好ましい。これにより、第２金属層１２の最下点付近に残留するメッキ液に含まれる陽イオンｉがゲート絶縁膜７中に引き込まれ易くして、サブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。
【００４５】
逆に、図３のスクリーニング試験においては、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極８に負の所定電位Ｖｓを印加するため、印加電圧が大きすぎると、ゲート電極８の寿命劣化につながる。このため、上記スクリーニング方法においては、負の所定電位Ｖｓが、−３０［Ｖ］以上であることが好ましく、特に、−２０［Ｖ］以上であることが好ましい。これにより、上記スクリーニング方法によるゲート電極８の寿命劣化を抑制することができる。
【００４６】
例えば、ゲート電極８が−１０［Ｖ］以下の耐圧を有する半導体装置１００をスクリーニング試験に用いる場合には、−５〜−１０［Ｖ］の負の電位Ｖｓをゲート電極８に印加しても、ゲート電極８の寿命劣化を抑制することができる。特に、ゲート電極８が−２０［Ｖ］以下の耐圧を有する半導体装置１００をスクリーニング試験に用いる場合には、−１０〜−２０［Ｖ］の負の電位Ｖｓをゲート電極８に印加しても、ゲート電極８の寿命劣化を抑制することができると共に、短時間で確実に劣化サンプルをスクリーニングすることができる。
【００４７】
また、図３のスクリーニング試験においては、負の所定電位Ｖｓの印加を、室温以上、２００［℃］以下の高温下で行うことが好ましい。これによっても、第２金属層１２の最下点付近に残留するメッキ液に含まれる陽イオンｉを動き易くしてサブスレッショルド特性の劣化を促進し、スクリーニング結果をより確実なものにすると共に、試験時間を短縮することができる。特に、負の所定電位Ｖｓの印加を、１００［℃］以上、１５０［℃］以下の高温下で行う場合には、パッケージされた状態の半導体装置１００をスクリーニングすることができる。
【００４８】
図３および図４に例示したように、上記スクリーニング方法においては、負の所定電位Ｖｓの印加時間は、１０［ｍｉｎ］以下であってもよい。ゲート電極８に印加する負の電位と環境温度を適宜設定することにより、印加時間が１０［ｍｉｎ］以下の短時間であっても、図１（ｂ）に示す第２金属層１２の最下点が接続孔ｈの内部まで入り込み、サブスレッショルド特性が劣化し易いサンプル１００ａを確実にスクリーニングすることができる。
【００４９】
また、上記スクリーニング方法における半導体装置１００の良否判定については、図４のように、半導体装置１００のサブスレッショルド特性を測定すればよい。しかしながらこれに限らず、測定時間を短縮するためには、正の所定電位Ｖｇの印加を例えば図４中に一点鎖線Ａ，Ｂで示した２点の電位値で行い、各検出電流値から半導体装置１００の良否を判定することが好ましい。これにより、規定より低いゲート電圧Ｖｇで漏れのコレクタ電流Ｉｃが流れるようになったサブスレッショルド特性の劣化サンプルを、短時間で確実にスクリーニングすることができる。尚、当該良否判定では、２点の電位と検出電流値で良否判定を行うため、半導体装置１００の初期の閾値電圧に多少のばらつきがある場合であっても、劣化サンプルのみを確実にスクリーニングすることができる。
【００５０】
一方、半導体装置１００の初期の閾値電圧にほとんどばらつきがない場合にあっては、正の所定電位Ｖｇの印加を例えば図４中に一点鎖線Ａで示した１点の電位値で行い、検出電流値と基準電流値を比較して半導体装置１００の良否を判定することで、スクリーニングに要する時間をより短縮することができる。
【００５１】
以上のようにして、図３および図４に示す半導体装置１００のスクリーニング方法は、メッキ電極を有した絶縁ゲート型トランジスタからなる半導体装置のスクリーニング方法であって、短時間で冷熱耐久試験と同等のスクリーニング結果を得ることができるスクリーニング方法となっている。
【００５２】
尚、実施例および図１ではＮチャネル型のＩＧＢＴで示したが、Ｎ型領域とＰ型領域を入れ替えたＰチャネル型のＩＧＢＴやＭＯＳであってもよい。その時は文中の電圧印加の正負は逆となる。また図３と図４では、スクリーニングの対象がＩＧＢＴからなる半導体装置１００で、評価部分が主面側の電流端子電極であるエミッタ電極であったが、評価部分が主面側の電流端子電極であるソース電極とドレイン電極であってもよい。このように、上記した本発明の半導体装置のスクリーニング方法は、スクリーニングの対象が任意の絶縁ゲート型トランジスタで、評価部分が主面側のメッキにより形成された任意の電流端子電極であってよい。また、半導体装置１００のゲート電極８はトレンチ構造のゲート電極であったが、一般的な平面構造のゲート電極を有する半導体装置にも、上記本発明のスクリーニング方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】冷熱耐久試験前の半導体装置１００の内部構造を示す模式的な断面図で、（ａ）は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化しない正常サンプル１００の状態であり、（ｂ）は、冷熱耐久試験によりサブスレッショルド特性が劣化する異常サンプル１００ａの状態である。
【図２】サブスレッショルド特性が劣化した異常サンプル１００ｂの冷熱耐久試験後の状態を示す模式的な断面図である。
【図３】半導体装置１００のスクリーニング試験を模式的に示した図である。
【図４】図３のスクリーニング試験の結果、サブスレッショルド特性が劣化したサンプルについて、初期とスクリーニング試験後のサブスレッショルド特性を比較して示した図である。
【図５】図４の特性劣化の検出原理を模式的に示した図である。
【図６】特許文献１に開示された半導体装置９０の模式的な断面図である。
【図７】図６の半導体装置９０と類似のメッキ電極を有したＩＧＢＴからなる半導体装置について冷熱耐久試験を行い、劣化の発生したサンプルのサブスレッショルド特性について、冷熱サイクル数をパラメータにして示した図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  半導体装置（正常サンプル）
１００ａ  半導体装置（異常サンプル）
１００ｂ  半導体装置（サブスレッショルド特性が劣化した異常サンプル）
１  Ｎ＋領域
２  Ｐ＋領域
３  Ｐ−領域
４  Ｎ−領域
５  Ｐ領域
６  トレンチ
７  ゲート酸化膜
８  ゲート電極
９  層間絶縁膜
１０  第１金属層（エミッタ電極）
１１  コレクタ電極
１２  第２金属層（エミッタ電極）
ｉ  陽イオン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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