(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース、ゲート、及びドレインを有するトレンチトランジスタの信頼性を試験するための方法であって、
前記ゲートに第１電圧を加える過程と、
前記ドレインを、前記第１電圧と異なる第２電圧につなげる過程と、
前記ゲートと前記ドレインとの間の漏れ電流を測定する過程と、
前記漏れ電流をしきい値電流と比較する過程と、
予め定められた時間が経過した後に、前記漏れ電流が前記しきい値電流より大きい場合、前記トレンチトランジスタを欠陥のあるトランジスタとして検出する過程とを含むことを特徴とするトレンチトランジスタの試験方法。
【請求項２】
前記第１電圧が、ゼロよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のトレンチトランジスタの試験方法。
【請求項３】
前記第１電圧が、−２２Ｖに等しいことを特徴とする請求項１に記載のトレンチトランジスタの試験方法。
【請求項４】
前記第２電圧がゼロであることを特徴とする請求項１に記載のトレンチトランジスタの試験方法。
【請求項５】
更に、前記ソースを浮遊電位にする過程を含むことを特徴とする請求項１に記載のトレンチトランジスタの試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体デバイスの信頼性の試験に関する。特に、本発明は、トレンチ構造ＭＯＳトランジスタの品質と信頼性を測定するための、バーンイン（ｂｕｒｎ−ｉｎ）の前のそれらの試験に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体トランジスタの市場は、より多くのメーカーが多様な半導体トランジスタを送り出すにつれ、益々競争が激しくなってきている。その結果、消費者が選択すべき製品も増え、従って、消費者はどのメーカーから、どのトランジスタを購入するべきかということに関してより多くの判断をしなければならなくなっている。消費者の購入の判断に影響を与える最も重要な要因の一つは、期待される寿命に於けるトランジスタの信頼性である。トランジスタの信頼性が市場に於いて有する重要性を認識しているため、メーカーは、長期使用の後にも、個々のトランジスタが元仕様を満足し続けることを保証するべく様々な試験を採用している。メーカーは、通常トランジスタのデータシートにこれらの仕様を公表し、各トランジスタが表示された仕様を満足するものであり、長期使用の後に於いてもそれらを満足し続けることを保証している。
【０００３】
あるトランジスタの信頼性を試験するためのよく知られた方法の一つでは、製造直後にトランジスタの仕様を測定し、続いて、トランジスタのバーンイン工程後に、再度、トランジスタの仕様を測定し、バーンイン工程後に測定された仕様が元仕様と一致しているかどうかを判定する。このような試験の実行に於いて、通常、メーカーは、与えられたトランジスタに対して、（１）ソース・ドレイン接合に対する順方向バイアス電圧（ＶSD）、（２）ゲート・ソース間の漏れ電流（ＩGSS）、（３）しきい値電圧（ＶTH）、（４）ドレイン・ソース間の漏れ電流（ＩDSX）、（５）トランジスタのオン抵抗（ＲDS）、及び（６）トランジスタの絶縁破壊電圧（ＶBV）を様々な組み合わせで、あるいは、これら全てを測定する。これらの仕様は、例えば、ＦＥＴＴＥＳＴ  シリーズ３６００またはシリーズ９４００メニュー駆動ダイ試験器（ｍｅｎｕ−ｄｒｉｖｅｎ  ｄｉｅ  ｔｅｓｔｅｒ）を用いることによって測定することができる。
【０００４】
元仕様が測定された後、トランジスタは炉の中に入れられ、約１５０℃以上で１６０〜１７０時間の間加熱される。この時間のかかるバーンイン工程は、トランジスタのエージング過程を模擬するものである。バーンイン工程を終えたトランジスタは炉から取り出され、上述したように仕様を測定される。バーンイン工程の後も、なお元仕様に合っているトランジスタは試験を通る。即ち、信頼できるものと判定される。従って、バーンイン工程は、トランジスタが長期信頼性に問題を有していないかどうかを判定するのに用いられている。
【０００５】
バーンイン試験は全てのトランジスタに対して行われてもよく、サンプリングされたものだけに適用することもできる。
【０００６】
トレンチトランジスタ（ｔｒｅｎｃｈ  ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）は、その高電圧、大電流特性によって、電力応用に於いて傑出している。トレンチトランジスタは、Ｂｕｌｕｃｅａらに付与された米国特許第５，０７２，２６６号明細書に記載されているように、垂直構造を用いており、トランジスタ基板にエッチングされたトレンチ（溝）の中にポリシリコンゲートが形成されている。この米国特許は、本明細書中に引証として加えられる。図１Ａ及び図１Ｂは、このような従来技術のトレンチトランジスタ１０の形成過程を示している。トレンチトランジスタ１０は、ドレインとして働くＮ＋層１２と、ドレイン１２の上に形成されたＮ−層１３と、この層１３の上に形成されたＰ＋層１４と、層１４の上に形成されたＮ層１６とを有する。層１６は、トランジスタ１０のソースとして働き、層１４はボディとして働く。層１３は、トランジスタ１０のドリフト領域として働く。トレンチ１８は、ドリフト領域１３、ボディ層１４、及びソース１６を二分するように、トランジスタ１０にエッチングにより形成される。
【０００７】
トレンチ１８のエッチングの間に形成された層１３、１４、及び１６の面は、まとめてトレンチ面１９として表される。次に、酸化物層２０がトランジスタ１０のトレンチ面１９に形成される。ポリシリコンゲート２２がトレンチ１８に形成されるが、ゲート２２は、酸化物層２０によって、ドリフト領域１３、ボディ層１４、及びソース１６から絶縁される。トレンチトランジスタ１０の構造は、半導体の表面領域をより有効に活用する結果につながり、それによって空間及び経費が節約される。
【０００８】
しかしながら、トレンチトランジスタの固有の構造は、トランジスタの長期信頼性を試験する上で問題を生ずる。再度図１Ｂを参照されたい。トレンチ１８のエッチング過程では、その過程で形成される層１３、１４、及び１６の面の品質に影響を与える様々な欠陥が生じうる。このような欠陥には、例えば、トレンチ面１９及び酸化物層２０の非均一な表面状態、ゲート２２と酸化物層２０との間または酸化物層２０とトレンチ面１９との間の応力によって生じた欠陥、ドリフト領域１３内の欠陥、接着剤の垂れ、酸化物層２０とトレンチ面１９の境界付近の不純物の存在などがある。これらの欠陥は、概ねトレンチトランジスタに固有であり、プレーナトランジスタ（ｐｌａｎａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）や他の非トレンチトランジスタ用に開発された、上述したような、機能的またはパラメータ測定による従来の電気的試験によっては効果的に検出されない。
【０００９】
従って、トレンチトランジスタの欠陥を検出するためのより良い、より精度の高い方法が必要とされている。また、上述したバーンイン工程のように時間のかからない方法が必要とされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、トレンチトランジスタの欠陥を検出するための改良された方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トレンチトランジスタのゲート／トレンチ面境界付近の欠陥を検出するのに有効である。この境界付近に存在する欠陥は、一般に長期信頼性に問題を生じさせ、また、この境界付近に電荷を蓄積させる結果となる。本発明の一実施例に従うと、これらの欠陥は以下のようにして検出される。ドレインがグランド電位に固定され、ソースが浮いた状態で、負電圧をゲートへ加える。ゲートに加えられた電圧の関数として、ゲート・ドレイン間を流れる漏れ電流を測定する。ゲート・ドレイン間漏れ電流が、特定のゲート電圧に於いて（または、ゲート電圧の増加につれて）、予め定められた値を越えるトランジスタは不合格と判定され、バーンイン試験の前に廃棄される。
【００１２】
本発明の他の実施例によると、ゲート・ドレイン間漏れ電流が、上述したように、時間の関数として測定される。ゲート・ドレインの境界の欠陥のために境界付近に蓄積された電荷によって、ゲート・ドレイン間漏れ電流が、その定常状態値に落ち着くのにより長い時間がかかるようになる。従って、もしある特定のトレンチトランジスタの漏れ電流が、予め定められた時間の間に予め定められた値へと下降しない場合、そのトランジスタは不合格とみなされ、バーンイン試験の前に廃棄される。
【００１３】
トレンチトランジスタのデータシートに公表された許容されるゲート・ドレイン間漏れ電流の最大値は、トランジスタが長期信頼性を有するということに関して、消費者に一段と保証を与えるものである。
【００１４】
上述した従来の試験は、新規なゲート・ドレイン間漏れ電流試験と共に用いることができる。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、トレンチトランジスタに固有のゲート／トレンチ面の境界付近の欠陥を有効に検出できる。
【００１６】
【実施例】
本発明は、トレンチトランジスタの品質と長期信頼性を試験するための改善された方法を提供する。この方法は、上述した従来技術の試験と共に用いることができる。
【００１７】
図１及び図２を参照して既に指摘したように、しばしば、層１３、１４、及び１６に溝１８を形成することは、ゲート２２とトレンチ面１９の間の応力と同様に、ゲート酸化物層２０とトレンチ面１９の境界に於ける欠陥につながる。このような欠陥には、例えば、酸化物層２０と／または層１３、１４、及び１６に残留するエッチング損傷、酸化物層２０と／または層１３、１４、及び１６の表面の粗さ、及びイオン状態金属による汚染などがある。更に、ドライエッチング過程で通常用いられるイオン化放射（ｉｏｎｉｚｉｎｇ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）過程が、酸化物層２０とトレンチ面１９の境界に正孔を捕獲する結果となることがある。これらの捕獲された正孔は、酸化物層２０とトレンチ面１９の境界に於ける余分な正電荷の生成あるいは捕獲の原因となる。これらの欠陥、応力、及び捕獲された正孔は、（焼き鈍しされない場合）ゲート２２とドレイン１２の間を流れる大きな漏れ電流につながり、その結果、信頼の置けないトランジスタ、即ち、長期使用の後にはそのデバイス仕様を満足しないようなトランジスタとなってしまう。
【００１８】
本発明の一実施例によると、トランジスタのゲートとドレインの間を流れるゲート・ドレイン間漏れ電流の大きさが、トランジスタの信頼性を判定するために測定される。
【００１９】
図２を参照すると、負電圧がゲート２２に加えられ、ドレイン１２はグランドに接続され、ソース１６は浮遊電位となっている。従来の回路ダイ試験器２４（例えば、ＦＥＴＴＥＳＴ  シリーズ３６００試験器など）が、トランジスタ１０に接続されており、ゲート・ドレイン間漏れ電流（以下、ＩGDOで表す）を測定するようにプログラミングされている。あるトレンチトランジスタでは、ゲート２２に加えられる負電圧は約０．１ｎＡ（ナノアンペア）のオーダのＩGDOを発生させることがわかっている。図３は、あるタイプのトレンチトランジスタについて、ゲート２２に加えられた電圧ＶGに対してＩGDOをプロットしたグラフ３０を示している。実線３２は、製造時にほとんど問題になるような欠陥が生じなかった正常なトランジスタのＶGに対するＩGDOの関係を示している。点線３４は、ドリフト領域１３、または酸化物層２０とトレンチ面１９の境界に於いてトランジスタの長期信頼性を脅かす欠陥を有している品質の劣ったトレンチトランジスタのＶGに対するＩGDOの関係を示している。ゲート２２に加える電圧を−２２Ｖを越えて下げたとき、ゲート・ドレイン間漏れ電流が約１．０ｎＡを越えた場合（図３の点線３４を参照）に、トランジスタ１０内に存在する欠陥によってトランジスタ１０の長期の品質及び信頼性が脅かされると考えるということは、適当なトレンチトランジスタに対して経験的に定められた。従って、特定のトランジスタが、このようなＶG対ＩGDO特性を示した場合、そのダイはバーンイン工程に入る前に廃棄される。一方、もし−２２Ｖを越えるゲート２２への電圧に対しても約１．０ｎＡ以下の値をＩGDOが保っている場合は、トランジスタは信頼が置けると考えられ、そのダイはパッケージングに対して準備される。
【００２０】
上述の方法に対してＩGDOに対するしきい値として約１．０ｎＡを用いた場合、上述した方法で不合格となるトレンチトランジスタの５０％が、続いて行われるバーンイン試験でも不合格となることがわかった。即ち、上述した試験で不合格になるトランジスタの５０％は、バーンイン工程の後、それらの元仕様に合わなくなってしまう。従って、上述した方法は、バーンイン試験に先だって不良トレンチトランジスタを検出するのに有効であり、更に、バーンイン試験では認められない不良トランジスタを検出するのにも有効である。従って、上述のＩGDO仕様を満たすトランジスタは、このような試験を受けなかったトランジスタよりも高い品質を有する。
【００２１】
本発明の他の実施例によると、ドレイン２２が接地され、ソース１６が浮いた状態で、ゲート２２に−２２Ｖが加えられる。ＩGDOは、例えばＦＥＴＴＥＳＴシリーズ３６００試験器２４を用いて測定され、図４に示されているように、時間に対してプロットされる。実線４２は、トレンチ構造に概ね欠陥のないトレンチトランジスタの、時間とＩGDOの関係を示している。図４からわかるように、このような信頼の置けるトランジスタに対しては、電圧がゲート２２に加えられた後、約１００ｍｓ以内に、ＩGDOが１．０ｎＡ以下に下がることがわかる。１００ｍｓの遅延の内の大部分は、試験器及び試験器のリード線による遅延によって生じている。従って、許容できる遅延として、これらの試験器による遅延を考慮すべきである。実線４２によって示されているような時間対ＩGDO特性を示すトランジスタは信頼が置けると考えられる。
【００２２】
逆に、点線４４は、トレンチ構造に関わる欠陥のために信頼性に問題のあるトレンチトランジスタの、時間対ＩGDO特性を示している。既に指摘したように、欠陥のあるトレンチ構造は、余分な正孔、従って、余分な正電荷が、酸化物層２０とトレンチ面１９の境界に蓄積される。酸化物層２０とトレンチ面１９の境界に捕獲されたこれらの余分な電荷のため、ＩGDOは、約０．１ｎＡの定常値に落ち着くのにより長い時間を必要とする。従って、点線４４によって例として示されているように、ＩGDOが１００ｍｓ以内に約１．０ｎＡ以下に下がらないような時間対ＩGDO特性は、そのトランジスタのトレンチ構造に欠陥があるということを示す。このようなトランジスタを含むダイは、従って、バーンイン試験の必要もなく廃棄される。
【００２３】
トレンチトランジスタの信頼性を試験するための、図４に示された上述の方法は、欠陥のあるトランジスタを検出するための選別過程を有効なものとする。本出願人による実験に於いては、上述の試験で不合格となるトランジスタの５０％が、バーンイン試験でも不合格となる。従って、時間のかかる、不便なバーンイン試験の代わりに、またはそれを避けるために、上述した実施例のいずれをも用いることができ、それによって時間と費用を節約できる。１６０時間以上かかるバーンイン試験に対して、本発明のどちらの実施例も数分で実行できる。
【００２４】
欠陥のあるトレンチトランジスタを選別により取り除くための合格／不合格の基準の役割を果たすＩGDOのしきい値は、試験されるダイの寸法に比例する。例えば、上述した中で用いられている、ＩGDOに対する１．０ｎＡというしきい値は、２７５，０００個の並列に接続されたトレンチトランジスタセルを含む１８７ｍｉｌ×１８７ｍｉｌのダイに対して実験的に定められた。従って、異なる数のセルを含む異なる大きさのダイが試験される場合、ＩGDOのしきい値は、長期信頼性を脅かす欠陥を有するトレンチトランジスタを精度良く選別するように調整されなければならない。
【００２５】
既に指摘したように、トランジスタの信頼性は、消費者の購入の判断に大きく影響する。消費者は、しばしばトランジスタの信頼性を評価するのに、トランジスタのデータシートを参照する。トレンチトランジスタのデータシートにＩGDO仕様を公表すること、及び長期使用の後に於いてもトランジスタがＩGDO仕様を満足することを保証することは、消費者に、更にトレンチトランジスタの長期信頼性の保証を与えることになろう。
【００２６】
上述の実施例は、Ｎチャネルトレンチトランジスタに関して説明されたが、理解されるように、本発明の実施例は、上述の極性を逆にすることにより（即ち、ゲートバイアスが、ドレインに対して正）、Ｐチャネルトレンチトランジスタの信頼性の試験にも同様に適用可能である。
【００２７】
本発明の特定の実施例について説明してきたが、当業者には明らかなように、本発明から逸脱することなく変形及び変更が可能であり、従って、添付の請求範囲は、そのような変形及び変更を、本発明の真の精神及び範囲に入るものとして、全てその中に含むものである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によると、トレンチトランジスタに固有のゲート／トレンチ面境界付近の欠陥を効果的に検出することができる上、従来のバーンイン試験と比べて時間も大幅に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、Ａ及びＢからなり、それぞれ従来のトレンチトランジスタの断面図を示している。
【図２】図２は、本発明の一実施例に従う新規な試験方法を受けている図１のトランジスタを示している。
【図３】図３は、本発明の一実施例に従う試験に於ける、正常なトランジスタと不良トランジスタのゲート電圧に対するゲート・ドレイン間漏れ電流を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の他の実施例に従う試験に於ける、正常なトランジスタと不良トランジスタの時間に対するゲート・ドレイン間漏れ電流を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  トレンチトランジスタ
１２  ドレイン
１３  ドリフト領域
１４  ボディ層
１６  ソース
１８  トレンチ
１９  トレンチ面
２０  酸化物層
２２  ゲート
２４  ダイ試験器
３０  ＶG対ＩGDO特性のグラフ
３２  正常トレンチトランジスタのＶG対ＩGDO特性
３４  欠陥を有するトレンチトランジスタのＶG対ＩGDO特性
４０  時間対ＩGDO特性のグラフ
４２  正常なトレンチトランジスタの時間対ＩGDO特性
４４  欠陥を有するトレンチトランジスタの時間対ＩGDO特性
ＩGDO  ゲート・ドレイン間漏れ電流
ＶG  ゲート電圧
【図１】
0003921248.tif 000002
【図２】
0003921248.tif 000003
【図３】
0003921248.tif 000004
【図４】
0003921248.tif 000005