(57)【要約】      （修正有）【課題】経時的絶縁膜破壊試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保する手段の提供。【解決手段】電流Ｉ１を発生する定電流回路１１と、電流Ｉ２を発生する定電流回路１２と、プローブ３が有し、プローブ３と定電流回路１１とを接続するプローブ接続部３ａと、プローブ４が有し、プローブ４と定電流回路１２とを接続するプローブ接続部４ａと、電極Ｆ＋と接続されるプローブ１３と、電極Ｆ−と接続されるプローブ１４と、定電流回路１１とプローブ１３との間を開閉するスイッチＳ１と、定電流回路１２とプローブ１４との間を開閉するスイッチＳ２と、電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の何れか１つの電極上において絶縁膜が成長する所定時間が経過する前はスイッチＳ１及びスイッチＳ２を開き、上記所定時間の経過後に、スイッチＳ１及びスイッチＳ２を閉じる制御回路１０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハに形成された第１の電極及び第２の電極にそれぞれ接続される第１のプローブ及び第２のプローブと、
上記ウェーハを加熱し、上記ウェーハの温度を一定に保つ高温チャックと、
上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電流を流すと共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に生じる電圧を測定する、若しくは上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電圧を印加すると共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に流れる電流を測定する計測手段とを備える半導体評価装置において、
第１の定電流を発生する第１の定電流手段と、
第２の定電流を発生する第２の定電流手段と、
上記第１のプローブが有し、上記第１のプローブと、上記第１の定電流手段とを接続する第１のプローブ接続手段と、
上記第２のプローブが有し、上記第２のプローブと、上記第２の定電流手段とを接続する第２のプローブ接続手段と、
上記第１の電極と接続される第３のプローブと、
上記第２の電極と接続される第４のプローブと、
上記第１の定電流手段と上記第３のプローブとの間を開閉する第１のスイッチ手段と、
上記第２の定電流手段と上記第４のプローブとの間を開閉する第２のスイッチ手段と、
上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段の開閉を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする半導体評価装置。
【請求項２】
ウェーハに形成された第１の電極及び第２の電極にそれぞれ接続される第１のプローブ及び第２のプローブと、
上記ウェーハを加熱し、上記ウェーハの温度を一定に保つ高温チャックと、
上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電流を流すと共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に生じる電圧を測定する、若しくは上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電圧を印加すると共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に流れる電流を測定する計測手段とを備える半導体評価装置において、
定電流を発生する定電流手段と、
上記第１のプローブが有する第１のプローブ接続手段と、
上記第２のプローブが有する第２のプローブ接続手段と、
上記第１のプローブ接続手段と上記定電流手段とを接続するか、上記第２のプローブ接続手段と上記定電流手段とを接続するかを切り替える第１のリレー手段と、
上記第１の電極と接続される第３のプローブと、
上記第２の電極と接続される第４のプローブと、
上記第３のプローブと上記定電流手段とを接続するか、上記４のプローブと上記定電流手段とを接続するかを切り替える第２のリレー手段と、
上記第１のリレー手段及び上記第２のリレー手段の接続を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする半導体評価装置。
【請求項３】
上記第１の定電流手段に上記第１のスイッチ手段が内蔵され、上記第２の定電流手段に上記第２のスイッチ手段が内蔵されることを特徴とする請求項１に記載の半導体評価装置。
【請求項４】
上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段は、メカニカルリレーにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体評価装置。
【請求項５】
上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段は、半導体リレーにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体評価装置。
【請求項６】
上記第１のプローブないし上記第４のプローブは、タングステンレニウムで製作されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体評価装置。
【請求項７】
上記第１のプローブないし上記第４のプローブは、プラチナで製作されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクト・プローブの接触の信頼性を確保する半導体評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセス評価の分野、及び半導体材料評価の分野において、高温にてウェーハ上の評価サンプルを評価する際には、コンタクト・プローブ（以降単にプローブと称する）と呼ばれる極細径の金属針をウェーハ上に設けられた電極に接触させる。これにより計測器と評価サンプルとを電気的に接続している。
【０００３】
図１０（ａ）は、従来のウェーハレベルでＴＤＤＢ試験が可能な半導体評価装置１０１の斜視図である。ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験は、非常に高抵抗である、ウェーハの絶縁膜（酸化膜）の絶縁性の信頼性を判断する試験である。
【０００４】
ＴＤＤＢ試験は、電圧印加試験と電流印加試験とに大別される。電圧印加試験としては、ステップ電圧測定試験、ソフトブレイクダウン測定試験及び定電界測定試験があり、電流印加試験としては、定電流ストレス測定試験、ツーステップストレス測定試験及びステップストレス測定試験がある。
【０００５】
図１０（ａ）の半導体評価装置１０１は、高温チャック１０２、プローブ１０３、プローブ１０４、計測器１０５を備えている。また、高温チャック１０２の上にウェーハ１０６が配置されている。ウェーハ１０６は、表面、即ち高温チャック１０２と接触しない面に、電極Ｆ＋、電極Ｆ−が形成されている。なお、ウェーハ１０６は、サンプルの劣化する速度を速くするため、高温チャック１０２により上限１５０℃を超えないように加熱される。評価試験の間中、ウェーハの温度は一定に保たれる。ウェーハの温度を何度とするかは、各メーカーが実験に基づき定めている。
【０００６】
プローブ１０３の一端は、計測器１０５の＋端子に接続されている。プローブ１０４の一端は、計測器１０５の−端子に接続されている。プローブ１０３の他端は、電極Ｆ＋に接続されている。プローブ１０４の他端は、電極Ｆ−に接続されている。
【０００７】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の半導体評価装置１０１においてウェーハの形成された半導体内部の評価サンプルをＴＤＤＢ試験にて評価する場合の回路図である。評価サンプル１０８が絶縁膜（酸化膜）である。
【０００８】
上述したように、ＴＤＤＢ試験は、電圧印加試験と電流印加試験とに大別され、電圧印加試験を行う場合は、計測器１０５から電極Ｆ＋と電極Ｆ−との間に所定の電圧を印加し、計測器１０５により評価サンプル１０８に流れる電流を測定する。測定結果より、ゲート電流−電圧特性、電流密度−電界強度特性、破壊電界強度、破壊までの時間等を得る。
【０００９】
電流印加試験を行う場合は、計測器１０５の＋端子→プローブ１０３→電極Ｆ＋→配線１０７→評価サンプル１０８→配線１０９→電極Ｆ−→プローブ１０４→計測器１０５の−端子の経路で電流を流し、電極Ｆ＋と電極Ｆ−との間の電圧を計測器１０５により測定する。測定結果より、ゲート電圧−時間特性、初回ゲート電圧−時間特性、２回目ゲート電圧−時間特性、電界強度−時間特性、破壊までの注入電荷量、破壊の起こった電界強度等を得る。
【００１０】
図１０の半導体評価装置と同様にウェーハ上のサンプルに対してＴＤＤＢ試験を行うものとして、非特許文献１では、ウェーハ上のTEG（Test Element Group）のＴＤＤＢ試験を行うＴＤＤＢ（酸化膜経時破壊）評価システムが開示されている。
【非特許文献１】“ＴＤＤＢ（酸化膜経時破壊）評価システム 詳細仕様”、［online］、エスペック株式会社、［２００８年２月２２日検索］、インターネット〈URL：http://www.espec.co.jp/products/measure-sys/tddb/detail.html〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１０の半導体評価装置では、電極Ｆ＋及び電極Ｆ−にはアルミニウム等の酸化しやすい金属が用いられている。各プローブと各電極とを電気的に接触させるには、プローブの先端が電極において成長する酸化膜を突き破る程度の力で押し付けられる必要がある。しかし、ウェーハ上の評価サンプルが長期にわたって高温下にさらされた場合、上記酸化膜が成長し続ける結果、各プローブと各電極との間の電気的導通が得られなくなってしまう。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる半導体評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の半導体評価装置は、上記課題を解決するために、ウェーハに形成された第１の電極及び第２の電極にそれぞれ接続される第１のプローブ及び第２のプローブと、上記ウェーハを加熱し、上記ウェーハの温度を一定に保つ高温チャックと、上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電流を流すと共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に生じる電圧を測定する、若しくは上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電圧を印加すると共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に流れる電流を測定する計測手段とを備える半導体評価装置において、第１の定電流を発生する第１の定電流手段と、第２の定電流を発生する第２の定電流手段と、上記第１のプローブが有し、上記第１のプローブと、上記第１の定電流手段とを接続する第１のプローブ接続手段と、上記第２のプローブが有し、上記第２のプローブと、上記第２の定電流手段とを接続する第２のプローブ接続手段と、上記第１の電極と接続される第３のプローブと、上記第２の電極と接続される第４のプローブと、上記第１の定電流手段と上記第３のプローブとの間を開閉する第１のスイッチ手段と、上記第２の定電流手段と上記第４のプローブとの間を開閉する第２のスイッチ手段と、上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段の開閉を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
上記発明によれば、上記制御手段からの信号により上記第１のスイッチ手段を閉じることにより、上記第１の定電流手段の＋端子→上記第１のプローブ接続手段→上記第１のプローブ→絶縁膜→上記第１の電極→絶縁膜→上記第３のプローブ→上記第１のスイッチ手段→上記第１の定電流手段の−端子の経路で上記第１の定電流を流すことが可能となる。同様に、上記制御手段からの信号により上記第２のスイッチ手段を閉じることにより、上記第２の定電流手段の＋端子→上記第２のプローブ接続手段→上記第２のプローブ→絶縁膜→上記第２の電極→絶縁膜→上記第４のプローブ→上記第２のスイッチ手段→上記第２の定電流手段の−端子の経路で上記第２の定電流を流すことが可能となる。
【００１５】
これにより、上記第１の電極及び上記第２の電極の何れか１つの電極上において絶縁膜が成長した場合でも、上述した各経路に各定電流を流し、上記絶縁膜を破壊出来るので、上記絶縁膜の発生と成長を防止出来る。
【００１６】
また、上記絶縁膜が成長する前においても、上述した各経路において絶縁膜が無い経路、または上述した各経路において絶縁膜の成長の度合いが小さい経路に各定電流を流し、上記絶縁膜の発生と成長を防止出来る。
【００１７】
従って、高温でかつウェーハ上の電極にプローブを、数百時間、より具体的には２００時間〜５００時間という長時間接触させて行う、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の半導体評価装置は、上記課題を解決するために、ウェーハに形成された第１の電極及び第２の電極にそれぞれ接続される第１のプローブ及び第２のプローブと、上記ウェーハを加熱し、上記ウェーハの温度を一定に保つ高温チャックと、上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電流を流すと共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に生じる電圧を測定する、若しくは上記第１の電極及び上記第２の電極の間に電圧を印加すると共に上記第１の電極及び上記第２の電極の間に流れる電流を測定する計測手段とを備える半導体評価装置において、定電流を発生する定電流手段と、上記第１のプローブが有する第１のプローブ接続手段と、上記第２のプローブが有する第２のプローブ接続手段と、上記第１のプローブ接続手段と上記定電流手段とを接続するか、上記第２のプローブ接続手段と上記定電流手段とを接続するかを切り替える第１のリレー手段と、上記第１の電極と接続される第３のプローブと、上記第２の電極と接続される第４のプローブと、上記第３のプローブと上記定電流手段とを接続するか、上記４のプローブと上記定電流手段とを接続するかを切り替える第２のリレー手段と、上記第１のリレー手段及び上記第２のリレー手段の接続を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
上記発明によれば、上記制御手段からの信号により、上記定電流手段の＋端子→上記第１のリレー手段→上記第１のプローブ接続手段→上記第１のプローブ→絶縁膜→上記第１の電極→絶縁膜→上記第３のプローブ→上記第２のリレー手段→上記定電流手段の−端子の経路で上記定電流を流すことが可能となる。同様に、上記制御手段からの信号により、上記定電流手段の＋端子→上記第１のリレー手段→上記第２のプローブ接続手段→上記第２のプローブ→絶縁膜→上記第２の電極→絶縁膜→上記第４のプローブ→上記第２のリレー手段→上記定電流手段の−端子の経路で上記定電流を流すことが可能となる。
【００２０】
よって、１つの上記定電流手段で２つの経路に上記定電流を流すことが可能となり、半導体評価装置の小型化が実現できる。
【００２１】
従って、高温でかつウェーハ上の電極にプローブを、数百時間、より具体的には２００時間〜５００時間という長時間接触させて行う、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる。
【００２２】
上記半導体評価装置では、上記第１の定電流手段に上記第１のスイッチ手段が内蔵され、上記第２の定電流手段に上記第２のスイッチ手段が内蔵されてもよい。
【００２３】
上記半導体評価装置では、上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段は、メカニカルリレーにより構成されてもよい。
【００２４】
また、上記半導体評価装置では、上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段は、半導体リレーにより構成されてもよい。
【００２５】
上記半導体評価装置では、上記第１のプローブないし上記第４のプローブは、タングステンレニウムで製作されてもよい。
【００２６】
また、上記半導体評価装置では、上記第１のプローブないし上記第４のプローブは、プラチナで製作されてもよい。
【００２７】
これらの構成により、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の半導体評価装置は、以上のように、第１の定電流を発生する第１の定電流手段と、第２の定電流を発生する第２の定電流手段と、第１のプローブが有し、上記第１のプローブと、上記第１の定電流手段とを接続する第１のプローブ接続手段と、第２のプローブが有し、上記第２のプローブと、上記第２の定電流手段とを接続する第２のプローブ接続手段と、第１の電極と接続される第３のプローブと、第２の電極と接続される第４のプローブと、上記第１の定電流手段と上記第３のプローブとの間を開閉する第１のスイッチ手段と、上記第２の定電流手段と上記第４のプローブとの間を開閉する第２のスイッチ手段と、上記第１の電極及び上記第２の電極の何れか１つの電極上において絶縁膜が成長する所定時間が経過する前は上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段を開き、上記所定時間の経過後に、上記第１のスイッチ手段及び上記第２のスイッチ手段を閉じる制御手段とを備えているものである。
【００２９】
また、本発明の半導体評価装置は、以上のように、定電流を発生する定電流手段と、第１のプローブが有する第１のプローブ接続手段と、第２のプローブが有する第２のプローブ接続手段と、上記第１のプローブ接続手段と上記定電流手段とを接続するか、上記第２のプローブ接続手段と上記定電流手段とを接続するかを切り替える第１のリレー手段と、第１の電極と接続される第３のプローブと、第２の電極と接続される第４のプローブと、上記第１のリレー手段及び上記第２のリレー手段の接続を制御する制御手段とを備えているものである。
【００３０】
それゆえ、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる半導体評価装置を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３２】
図１（ａ）は、本実施の形態に係るウェーハレベルでＴＤＤＢ試験が可能な半導体評価装置１の斜視図である。
【００３３】
図１（ａ）の半導体評価装置１は、大略的には高温チャック２、プローブ３、プローブ４、計測器５、定電流回路１１、定電流回路１２、プローブ１３、プローブ１４、スイッチＳ１、スイッチＳ２及び制御回路１０を備えている。また、高温チャック２の上にウェーハ６が配置されている。
【００３４】
ウェーハ６は、表面、即ち高温チャック２と接触しない面に、電極Ｆ＋、電極Ｆ−が形成されている。なお、ウェーハ６は、サンプルの劣化する速度を速くするため、高温チャック２により上限１５０℃を超えないように加熱される。評価試験の間中、ウェーハの温度は一定に保たれる。ウェーハの温度を何度とするかは、各メーカーが実験に基づき定めている。
【００３５】
プローブ３の一端は、計測器５の＋端子に接続されている。プローブ４の一端は、計測器５の−端子に接続されている。プローブ３の他端は、電極Ｆ＋に接続されている。プローブ４の他端は、電極Ｆ−に接続されている。
【００３６】
プローブ３はプローブ接続部３ａを有している。プローブ接続部３ａの一端は、接続点Ａにおいてプローブ３に接続され、プローブ接続部３ａの他端は、定電流回路１１の＋端子に接続される。プローブ４はプローブ接続部４ａを有している。プローブ接続部４ａの一端は、接続点Ｂにおいてプローブ４に接続され、プローブ接続部４ａの他端は、定電流回路１２の＋端子に接続される。
【００３７】
定電流回路１１の−端子は、配線１５によりスイッチＳ１の一端に接続され、スイッチＳ１の他端は、プローブ１３により電極Ｆ＋に接続されている。定電流回路１２の−端子は、配線１６によりスイッチＳ２の一端に接続され、スイッチＳ２の他端は、プローブ１４により電極Ｆ−に接続されている。
【００３８】
定電流回路１１は、所定の電流Ｉ１を発生し、定電流回路１２は、所定の電流Ｉ２を発生する。定電流回路１１及び定電流回路１２は、定電圧源と、該定電圧源に直列に接続された電流制限用の抵抗とから構成されてもよく、電荷を充電したコンデンサを用いて構成されても良い。
【００３９】
スイッチＳ１を閉じる、即ちオンすると、プローブ１３と配線１５とが接続され、スイッチＳ１を開く、即ちオフすると、プローブ１３と配線１５との接続が遮断される。同様に、スイッチＳ２を閉じる、即ちオンすると、プローブ１４と配線１６とが接続され、スイッチＳ２を開く、即ちオフすると、プローブ１４と配線１６との接続が遮断される。
【００４０】
なお、本実施の形態において、スイッチＳ１及びスイッチＳ２のオン・オフの切り替えは、制御回路１０からスイッチＳ１及びスイッチＳ２へ出力される信号により制御される。また、スイッチＳ１及びスイッチＳ２は、メカニカルリレーにより構成されることが一般的であるが、半導体リレーにより構成されても良い。
【００４１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体評価装置１においてウェーハの形成された半導体内部の評価サンプルをＴＤＤＢ試験にて評価する場合の回路図である。評価サンプル８が絶縁膜（酸化膜）である。
【００４２】
ＴＤＤＢ試験を行う際には、計測器５は、電極Ｆ＋と電極Ｆ−との間に所定の印加電圧Ｖを印加することが可能である。また、計測器５は、計測器５の＋端子→プローブ３→電極Ｆ＋→配線７→評価サンプル８→配線９→電極Ｆ−→プローブ４→計測器５の−端子の経路で所定の印加電流Ｉ’を流すことが可能である。印加電圧Ｖ及び印加電流Ｉ’については後述する。
【００４３】
ＴＤＤＢ試験の詳細については後述するが、ＴＤＤＢ試験は電圧印加試験と電流印加試験とに大別される。電圧印加試験を行う場合は、計測器５から電極Ｆ＋と電極Ｆ−との間に所定の印加電圧Ｖを印加し、計測器５により評価サンプル８に流れる測定電流Ｉを測定する。
【００４４】
電流印加試験を行う場合は、計測器５の＋端子→プローブ３→電極Ｆ＋→配線７→評価サンプル８→配線９→電極Ｆ−→プローブ４→計測器５の−端子の経路で印加電流Ｉ’を流し、電極Ｆ＋と電極Ｆ−との間の測定電圧Ｖ’を計測器５により測定する。
【００４５】
ＴＤＤＢ試験を行い、プローブ３と電極Ｆ＋との間に絶縁膜が成長した場合は、制御回路１０からの信号によりスイッチＳ１をオンする。スイッチＳ１は、例えば計測器５が電流印加または電圧印加を行っている、即ちＴＤＤＢ試験の最中にオンされる。しかし、これに限定されるものではなく、スイッチＳ１は、ＴＤＤＢ試験の最中ではないタイミングでオンされてもよい。
【００４６】
スイッチＳ１をオンすることにより、定電流回路１１の＋端子→プローブ接続部３ａ→接続点Ａ→プローブ３→絶縁膜→電極Ｆ＋→絶縁膜→プローブ１３→スイッチＳ１→定電流回路１１の−端子の経路で電流Ｉ１を流し、絶縁膜を破壊することが出来る。
【００４７】
また、上記絶縁膜が成長する前、または上記絶縁膜の成長の度合いが小さい時においても、定電流回路１１の＋端子→プローブ接続部３ａ→接続点Ａ→プローブ３→電極Ｆ＋→プローブ１３→スイッチＳ１→定電流回路１１の−端子の経路で電流Ｉ１を流し、上記絶縁膜の発生と成長を防止出来る。
【００４８】
同様にプローブ４と電極Ｆ−との間に絶縁膜が成長した場合は、制御回路１０からの信号によりスイッチＳ２をオンする。スイッチＳ２をオンすることにより、定電流回路１２の＋端子→プローブ接続部４ａ→接続点Ｂ→プローブ４→絶縁膜→電極Ｆ−→絶縁膜→プローブ１４→スイッチＳ２→定電流回路１２の−端子の経路で電流Ｉ２を流し、絶縁膜を破壊することが出来る。
【００４９】
また、上記絶縁膜が成長する前、または上記絶縁膜の成長の度合いが小さい時においても、定電流回路１２の＋端子→プローブ接続部４ａ→接続点Ｂ→プローブ４→電極Ｆ−→プローブ１４→スイッチＳ２→定電流回路１２の−端子の経路で電流Ｉ２を流し、上記絶縁膜の発生と成長を防止出来る。
【００５０】
なお、プローブ接続部３ａの他端を、定電流回路１１の−端子に接続し、定電流回路１１の＋端子を、配線１５によりスイッチＳ１の一端に接続してもよい。同様に、プローブ接続部４ａの他端を、定電流回路１２の−端子に接続し、定電流回路１２の＋端子を、配線１６によりスイッチＳ２の一端に接続してもよい。この場合、電流Ｉ１及び電流Ｉ２の向きが逆になる。
【００５１】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）の半導体評価装置１におけるスイッチＳ１及びスイッチＳ２のオン・オフのタイミングを示すタイミングチャートの一例である。
【００５２】
図２（ａ）及び図２（ｂ）において、スイッチをオンする周期Ｔは、絶縁膜の成長の度合いにより通常１時間から１０時間の間で定めるが、１０時間を越えても良い。また、各電極と各プローブとの間の絶縁膜を破壊するために必要な、スイッチＳ１及びスイッチＳ２のオン時間ｔ’は、数ミリ秒程度であれば十分である。なお、図２（ａ）では、スイッチＳ１をオンするタイミングとスイッチＳ２をオンするタイミングとを異ならせているが、これに限定されず、図２（ｂ）に示すようにスイッチＳ１及びスイッチＳ２を同時にオンしても良い。この場合、接続点Ａと電極Ｆ＋との間の電圧Ｖ１と、接続点Ｂと電極Ｆ−との間の電圧Ｖ２とが打ち消し合い、評価サンプル８への印加電圧Ｖが変化しない。
【００５３】
さらに、本実施形態におけるスイッチの切り替えのタイミングは、図２（ａ）及び図２（ｂ）のタイミングチャートと異なるタイミングでもよい。例えば、絶縁膜の成長による抵抗値の変化を検出し、所定の抵抗値以上になればスイッチの切り替えを始めてもよい。また、データにより周期Ｔを決定してもよい。さらに、電気的パラメータの計測に影響を及ぼさないタイミングでスイッチの切り替えを始めてもよい。さらに、定期的にスイッチの切り替えを行ってもよい。
【００５４】
以上のように、半導体評価装置１では、スイッチＳ１をオンすることにより電流Ｉ１を流し、電極Ｆ＋とプローブ３との間、及び電極Ｆ＋とプローブ１３との間の両方で成長した絶縁膜を破壊出来る。同様に、スイッチＳ２をオンすることにより電流Ｉ２を流し、電極Ｆ−とプローブ４との間、及び電極Ｆ−とプローブ１４との間の両方で絶縁膜を破壊出来る。このように、半導体評価装置１では絶縁膜の発生と成長を防止出来るので、高温でかつウェーハ上の電極にプローブを、数百時間、より具体的には２００時間〜５００時間という長時間接触させて行う、ＴＤＤＢ試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態において、プローブ３及びプローブ４の材料としては、タングステンレニウム（ＷＲｅ）を使用する場合が多いが、プラチナ（Ｐｔ）を用いても良い。
【００５６】
なお、本実施の形態において、半導体評価装置１は定電流回路１１、定電流回路１２、スイッチＳ１及びスイッチＳ２を備えているが、定電流回路１１にスイッチＳ１が内蔵され、定電流回路１２にスイッチＳ２が内蔵されてもよい。
【００５７】
また、本実施の形態において、半導体評価装置１は定電流回路１１、定電流回路１２、スイッチＳ１及びスイッチＳ２を備えている。しかしこれに代えて、図３の半導体評価装置１７に示されるように、１つの定電流回路２０と、定電流回路２０の入出力に接続された２つのリレー回路２１，２２とを備え、各電極へ接続されたプローブへの電流供給を切り替えてもよい。
【００５８】
上記構成によれば、制御回路１０からの信号により、リレー回路２１，２２が有するスイッチを切り替えることにより、定電流回路２０の＋端子→リレー回路２１→プローブ接続部３ａ→プローブ３→絶縁膜→電極Ｆ＋→絶縁膜→プローブ１３→リレー回路２２→定電流回路２０の−端子の経路で電流Ｉ１を流すことが可能となる。同様に、制御回路１０からの信号により、リレー回路２１，２２が有するスイッチを切り替えることにより、定電流回路２０の＋端子→リレー回路２１→プローブ接続部４ａ→プローブ４→絶縁膜→電極Ｆ−→絶縁膜→プローブ１４→リレー回路２２→定電流回路２０の−端子の経路で電流Ｉ２を流すことが可能となる。
【００５９】
これにより、１つの定電流回路２０で複数の経路に電流Ｉ１，Ｉ２を流すことが可能となり、半導体評価装置１の小型化が可能となる。リレー回路２１，２２は、制御回路１０からの制御信号に基づき制御される。
【００６０】
〔ＴＤＤＢ試験〕
以下では実施の形態１において述べたＴＤＤＢ試験について、図４〜図９を用いてより詳細に説明する。
【００６１】
ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験は、非常に高抵抗である、ウェーハの絶縁膜（酸化膜）の絶縁性の信頼性を判断する試験である。
【００６２】
ＴＤＤＢ試験は、電圧印加試験と電流印加試験とに大別される。電圧印加試験としては、ステップ電圧測定試験、ソフトブレイクダウン測定試験及び定電界測定試験があり、電流印加試験としては、定電流ストレス測定試験、ツーステップストレス測定試験及びステップストレス測定試験がある。以下それぞれの試験について説明する。
【００６３】
図４は、ステップ電圧測定試験時の印加電圧Ｖの波形図である。ステップ電圧測定試験では、印加電圧Ｖを階段状に増加させ、各印加電圧における測定電流Ｉを測定する。印加電圧Ｖを階段状に増加させる動作は、所定の回数繰り返される。
【００６４】
図５は、ソフトブレイクダウン測定試験時の印加電圧Ｖの波形図である。ソフトブレイクダウン測定試験では、ストレス電圧と測定電圧とを変えて電流等のデータを取得する。測定電圧は５段階の設定が可能である。
【００６５】
図６（ａ）は、定電界測定試験時の印加電圧Ｖの波形図であり、図６（ｂ）は、定電界測定試験時の測定電流Ｉの波形図である。定電界測定試験では一定電圧Ｖｃを印加して測定電流Ｉを測定する。図６では時刻ｔ１において絶縁膜が破壊した例を示しており、時刻ｔ１で測定電流Ｉが急激に上昇している。時間ｔ＝ｔｍａｘ１〔秒〕が経過しても破壊が検出されない場合は試験を終了する。
【００６６】
図７（ａ）は、定電流ストレス測定試験時の印加電流Ｉ’の波形図であり、図７（ｂ）は、定電流ストレス測定試験時の測定電圧Ｖ’の波形図である。定電流ストレス測定試験では一定電流Ｉｃを印加して測定電圧Ｖ’を測定する。図７では時刻ｔ２において絶縁膜が破壊した例を示しており、測定電圧Ｖ’の連続する２つの測定値の差がΔＶ１以上で、且つ電界が、プレブレイクダウン判定電界ＥＰＢＤ以下で絶縁膜が破壊したとする。時間ｔ＝ｔｍａｘ２〔秒〕が経過しても破壊が検出されない場合は試験を終了する。
【００６７】
図８（ａ）は、ツーステップストレス測定試験時の印加電流Ｉ’の波形図であり、図８（ｂ）は、ツーステップストレス測定試験時の測定電圧Ｖ’の波形図である。ツーステップストレス測定試験では一定電流Ｉｃ１を時間ｔｍａｘ３〔秒〕印加して測定電圧Ｖ’を測定する。その後一定電流Ｉｃ２を時間ｔｍａｘ４〔秒〕印加して測定電圧Ｖ’を測定する。図８では時刻ｔ３において絶縁膜が破壊した例を示しており、測定電圧Ｖ’の連続する２つの測定値の差がΔＶ２以上で絶縁膜が破壊したとする。時間ｔ＝ｔｍａｘ４が経過しても破壊が検出されない場合は試験を終了する。
【００６８】
図９（ａ）は、ステップストレス測定試験時の印加電流Ｉ’の波形図であり、図９（ｂ）は、ステップストレス測定試験時の測定電圧Ｖ’の波形図である。ステップストレス測定試験では、印加電流Ｉ’を階段状に増加させ、測定電圧Ｖ’の時間的変化を測定する。図９では時刻ｔ４において絶縁膜が破壊した例を示しており、測定電圧Ｖ’の連続する２つの測定値の差がΔＶ３以上で絶縁膜が破壊したとする。時間ｔ＝ｔｍａｘ５〔秒〕が経過しても破壊が検出されない場合は試験を終了する。
【００６９】
〔実施形態の総括〕
本発明の実施形態に係る半導体評価装置１は、ウェーハ６に形成された電極Ｆ＋及び電極Ｆ−にそれぞれ接続されるプローブ３及びプローブ４と、ウェーハ６を加熱し、ウェーハ６の温度を一定に保つ高温チャック２と、電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に電流を流すと共に電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に生じる電圧を測定する、若しくは電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に電圧を印加すると共に電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に流れる電流を測定する計測器５とを備える半導体評価装置において、電流Ｉ１を発生する定電流回路１１と、電流Ｉ２を発生する定電流回路１２と、プローブ３が有し、プローブ３と定電流回路１１とを接続するプローブ接続部３ａと、プローブ４が有し、プローブ４と定電流回路１２とを接続するプローブ接続部４ａと、電極Ｆ＋と接続されるプローブ１３と、電極Ｆ−と接続されるプローブ１４と、定電流回路１１とプローブ１３との間を開閉するスイッチＳ１と、定電流回路１２とプローブ１４との間を開閉するスイッチＳ２と、スイッチＳ１及びスイッチＳ２の開閉を制御する制御回路１０とを備えている。
【００７０】
上記構成によれば、制御回路１０からの信号によりスイッチＳ１を閉じることにより、定電流回路１１の＋端子→プローブ接続部３ａ→プローブ３→絶縁膜→電極Ｆ＋→絶縁膜→プローブ１３→スイッチＳ１→定電流回路１１の−端子の経路で電流Ｉ１を流すことが可能となる。同様に、制御回路１０からの信号によりスイッチＳ２を閉じることにより、定電流回路１２の＋端子→プローブ接続部４ａ→プローブ４→絶縁膜→電極Ｆ−→絶縁膜→プローブ１４→スイッチＳ２→定電流回路１２の−端子の経路で電流Ｉ２を流すことが可能となる。
【００７１】
これにより、電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の何れか１つの電極上において絶縁膜が成長した場合でも、上述した各経路に電流を流し、上記絶縁膜を破壊出来るので、上記絶縁膜の発生と成長を防止出来る。
【００７２】
また、上記絶縁膜が成長する前においても、上述した各経路において絶縁膜が無い経路、または上述した各経路において絶縁膜の成長の度合いが小さい経路に電流Ｉ１，Ｉ２を流し、上記絶縁膜の発生と成長を防止出来る。
【００７３】
従って、高温でかつウェーハ上の電極にプローブを、数百時間、より具体的には２００時間〜５００時間という長時間接触させて行う、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる。
【００７４】
また、本発明の実施形態に係る半導体評価装置１７は、ウェーハ６に形成された電極Ｆ＋及び電極Ｆ−にそれぞれ接続されるプローブ３及びプローブ４と、ウェーハ６を加熱し、ウェーハ６の温度を一定に保つ高温チャック２と、電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に電流を流すと共に電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に生じる電圧を測定する、若しくは電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に電圧を印加すると共に電極Ｆ＋及び電極Ｆ−の間に流れる電流を測定する計測器５とを備える半導体評価装置において、定電流を発生する定電流回路２０と、プローブ３が有するプローブ３ａと、プローブ４が有するプローブ４ａと、プローブ３ａと上記定電流手段とを接続するか、プローブ４ａと定電流回路２０とを接続するかを切り替えるリレー回路２１と、電極Ｆ＋と接続されるプローブ１３と、電極Ｆ−と接続されるプローブ１４と、プローブ１３と定電流回路２０とを接続するか、プローブ１４と定電流回路２０とを接続するかを切り替えるリレー回路２２と、上記第１のリレー回路及び上記第２のリレー回路の接続を制御する制御回路１０とを備えている。
【００７５】
上記構成によれば、制御回路１０からの信号により、リレー回路２１，２２が有するスイッチを切り替えることにより、定電流回路２０の＋端子→リレー回路２１→プローブ接続部３ａ→プローブ３→絶縁膜→電極Ｆ＋→絶縁膜→プローブ１３→リレー回路２２→定電流回路２０の−端子の経路で電流Ｉ１を流すことが可能となる。同様に、制御回路１０からの信号により、リレー回路２１，２２が有するスイッチを切り替えることにより、定電流回路２０の＋端子→リレー回路２１→プローブ接続部４ａ→プローブ４→絶縁膜→電極Ｆ−→絶縁膜→プローブ１４→リレー回路２２→定電流回路２０の−端子の経路で電流Ｉ２を流すことが可能となる。
【００７６】
よって、１つの定電流回路２０で２つの経路に電流Ｉ１，Ｉ２を流すことが可能となり、半導体評価装置１の小型化が実現できる。
【００７７】
また、高温でかつウェーハ上の電極にプローブを、数百時間、より具体的には２００時間〜５００時間という長時間接触させて行う、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる。
【００７８】
上記半導体評価装置では、定電流回路１１にスイッチＳ１が内蔵され、定電流回路１２にスイッチＳ２が内蔵されてもよい。
【００７９】
上記半導体評価装置では、スイッチＳ１及びスイッチＳ２は、メカニカルリレーにより構成されてもよい。
【００８０】
また、上記半導体評価装置では、スイッチＳ１及びスイッチＳ２は、半導体リレーにより構成されてもよい。
【００８１】
上記半導体評価装置では、プローブ３、プローブ４、プローブ１３及びプローブ１４は、タングステンレニウムで製作されてもよい。
【００８２】
また、上記半導体評価装置では、プローブ３、プローブ４、プローブ１３及びプローブ１４は、プラチナで製作されてもよい。
【００８３】
これらの構成により、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の半導体評価装置は、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown：経時的絶縁膜破壊）試験等のウェーハレベル信頼性試験において、長期にわたって良好な電気的接触を確保することが可能となるので、ＴＤＤＢ（酸化膜経時破壊）評価システムに好適に利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る、ウェーハレベルでＴＤＤＢ試験が可能な半導体評価装置の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体評価装置においてウェーハの形成された半導体内部の評価サンプルをＴＤＤＢ試験にて評価する場合の回路図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１（ａ）の半導体評価装置における各スイッチのオン・オフのタイミングを示すタイミングチャートの一例である。
【図３】本発明の実施の形態に係る、ウェーハレベルでＴＤＤＢ試験が可能な他の半導体評価装置の回路図である。
【図４】ステップ電圧測定試験時の印加電圧の波形図である。
【図５】ソフトブレイクダウン測定試験時の印加電圧の波形図である。
【図６】図６（ａ）は、定電界測定試験時の印加電圧の波形図であり、図６（ｂ）は、定電界測定試験時の測定電流の波形図である。
【図７】図７（ａ）は、定電流ストレス測定試験時の印加電流の波形図であり、図７（ｂ）は、定電流ストレス測定試験時の測定電圧の波形図である。
【図８】図８（ａ）は、ツーステップストレス測定試験時の印加電流の波形図であり、図８（ｂ）は、ツーステップストレス測定試験時の測定電圧の波形図である。
【図９】図９（ａ）は、ステップストレス測定試験時の印加電流Ｉ’の波形図であり、図９（ｂ）は、ステップストレス測定試験時の測定電圧Ｖ’の波形図である。
【図１０】図１０（ａ）は、従来のウェーハレベルでＴＤＤＢ試験が可能な半導体評価装置の斜視図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の半導体評価装置においてウェーハの形成された半導体内部の評価サンプルをＴＤＤＢ試験にて評価する場合の回路図である。
【符号の説明】
【００８６】
１、１７  半導体評価装置
２  高温チャック
３  プローブ（第１のプローブ）
３ａ  プローブ接続部（第１のプローブ接続手段）
４  プローブ（第２のプローブ）
４ａ  プローブ接続部（第２のプローブ接続手段）
５  計測器（計測手段）
６  ウェーハ
７、１５、１６  配線
８  評価サンプル
９  配線
１０  制御回路（制御手段）
１１  定電流回路（第１の定電流手段）
１２  定電流回路（第２の定電流手段）
１３  プローブ（第３のプローブ）
１４  プローブ（第４のプローブ）
２０  定電流回路（定電流手段）
２１  リレー回路（第１のリレー手段）
２２  リレー回路（第２のリレー手段）
Ａ、Ｂ  接続点
ＥＰＢＤ  プレブレイクダウン判定電界
Ｆ＋  電極（第１の電極）
Ｆ−  電極（第２の電極）
Ｉ  測定電流
Ｉ’  印加電流
Ｉ１  電流（第１の定電流、定電流）
Ｉ２  電流（第２の定電流、定電流）
Ｉｃ、Ｉｃ１、Ｉｃ２  一定電流
Ｓ１  スイッチ（第１のスイッチ手段）
Ｓ２  スイッチ（第２のスイッチ手段）
Ｔ  周期
Ｖ  印加電圧
Ｖ’  測定電圧
Ｖｃ  一定電圧
Ｖ１、Ｖ２  電圧
ｔ、ｔｍａｘ１〜ｔｍａｘ５  時間
ｔ’  オン時間
ｔ１〜ｔ４  時刻
【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】
2010147278.tif 000009
【図８】
2010147278.tif 000010
【図９】
2010147278.tif 000011
【図１０】
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