(57)【要約】【課題】  ｐｎ接合部の逆バイアスリーク電流不良のような微少リーク電流不良箇所を確実に特定することができる半導体素子の評価方法及び評価装置を提供することを目的とする。【解決手段】  半導体基板に形成された半導体素子中の動作領域の不良箇所を特定する半導体素子の評価方法であって、被評価素子に電圧を印加する工程と、レーザ光を前記被評価素子の被観察箇所に照射することで、前記被観察箇所の温度を上昇させる工程と、前記被観察箇所の発光を観察する工程と、不良箇所からの発光を検知することで不良箇所を特定する工程とを有することを特徴とする半導体素子の評価方法。【選択図】  図１
2015032686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された半導体素子中の動作領域の不良箇所を特定する半導体素子の評価方法であって、
被評価素子に電圧を印加する工程と、
レーザ光を前記被評価素子の被観察箇所に照射することで、前記被観察箇所の温度を上昇させる工程と、
前記被観察箇所の発光を観察する工程と、
不良箇所からの発光を検知することで不良箇所を特定する工程と
を有することを特徴とする半導体素子の評価方法。
【請求項２】
前記動作領域がｐｎ接合部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の評価方法。
【請求項３】
前記レーザ光の波長を、前記半導体基板の材料によって変えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体素子の評価方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子の評価方法を行う半導体素子の評価装置であって、
前記半導体基板を保持する基板保持台と、
前記被評価素子に電圧を印加する電圧印加装置と、
前記被評価素子の前記被観察箇所にレーザ光を照射するレーザ装置と、
前記被観察箇所の発光を観察する撮像装置と
を有するものであることを特徴とする半導体素子の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の評価方法及び半導体素子の評価装置に関し、特に半導体基板上に作製されたデバイスの不良箇所を特定するための評価方法及び評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に形成される各種デバイスが動作不良を起こす場合、この原因解明の方法のひとつに、不良箇所を特定し、その不良箇所がどのような状態であるかを検討することが良く行われる。
このような解析において、何らかの方法で不良箇所を特定することが出来れば、収束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）による微細加工技術と、高解像度の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）技術、及びエネルギ分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）のような不純物解析技術を用いることで不良箇所を直接観察することができ、不良原因の究明を行うことが可能になる。
上述した一連の技術について各種検討がなされているが、その中でも、不良箇所特定が一番の問題である。
【０００３】
不良箇所を特定する方法としては、デバイスを動作させるか、電圧を印加して回路に電流を流した状態で、回路領域上に塗布した液晶の配向性を利用するものや、発熱をＩＲカメラで特定する方法（特許文献１）や、不良箇所からの発光をカメラで検出する方法（特許文献２）などが知られている。
【０００４】
さらに、半導体基板上に作製された素子不良の解析のために、電圧を印加しつつレーザを照射した際の抵抗変化を利用して不良箇所を特定する方法（ＯＢＩＲＣＨ法：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｃｈａｎｇｅ）（特許文献３−５）や、半導体チップの表面に光ビームを照射した際に発生する励起電流の変化を捕えることによって不良箇所を特定する方法（ＯＢＩＣ法：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）（特許文献３）、エミッション法などの手法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８８０９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３３８２号公報
【特許文献３】特開２００４−１２８４１４号公報
【特許文献４】特開２００６−０４７２９４号公報
【特許文献５】特開２００７−１８７６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発明者らが検討した結果、いずれの方法も経験的にその使用が不良箇所からのリーク電流が大きい場合などに限られており、例えば、ｐｎ接合部の逆バイアスリーク電流不良のような微少リーク電流不良箇所を捉えることは非常に困難であるという問題があることを見出した。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ｐｎ接合部の逆バイアスリーク電流不良のような微少リーク電流不良箇所であっても確実に特定することができる半導体素子の評価方法及び評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板に形成された半導体素子中の動作領域の不良箇所を特定する半導体素子の評価方法であって、被評価素子に電圧を印加する工程と、レーザ光を前記被評価素子の被観察箇所に照射することで、前記被観察箇所の温度を上昇させる工程と、前記被観察箇所の発光を観察する工程と、不良箇所からの発光を検知することで不良箇所を特定する工程とを有することを特徴とする半導体素子の評価方法を提供する。
【０００９】
このように、電圧を印加しながらレーザ光照射により被評価素子の被観察箇所の温度を局所的に上昇させることで、不良箇所のリーク電流を増加させることができるので、常温においてリーク電流が微少である場合でも検知するのに十分な発光強度が得られ、微少リーク電流不良箇所を確実に特定することができる。
【００１０】
このとき、前記動作領域をｐｎ接合部とすることができる。
本発明は、特定対象がｐｎ接合部の逆バイアスリーク電流不良のような微少リーク電流不良箇所である場合に、好適に適用することができる。
【００１１】
このとき、前記レーザ光の波長を前記半導体基板の材料によって変えることが好ましい。
レーザ光の波長として、半導体基板の材料の光吸収特性に合わせて、熱吸収効率がよい波長を選択することで、被観察箇所の温度を効率的に上昇させることができる。
【００１２】
上述した半導体素子の評価方法を行う半導体素子の評価装置は、前記半導体基板を保持する基板保持台と、前記被評価素子に電圧を印加する電圧印加装置と、前記被評価素子の前記被観察箇所にレーザ光を照射するレーザ装置と、前記被観察箇所の発光を観察する撮像装置とを有するものとすることができる。
【００１３】
このような構成の評価装置を用いれば、電圧を印加しながらレーザ光照射により被評価素子の被観察箇所の温度を局所的に上昇させることで、不良箇所のリーク電流を増加させることができるので、常温においてリーク電流が微少である場合でも検知するのに十分な発光強度が得られ、微少リーク電流不良箇所を確実に特定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、電圧を印加しながらレーザ光照射により被評価素子の被観察箇所の温度を局所的に上昇させることで、不良箇所のリーク電流を増加させることができるので、常温においてリーク電流が微少である場合でも検知するのに十分な発光強度が得られ、微少リーク電流不良箇所を確実に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の半導体素子の評価方法を示すフローである。
【図２】本発明の半導体素子の評価装置を示す図である。
【図３】実施例の電圧印加時の発光状態を示す図である。
【図４】比較例１の電圧印加時の発光状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述のように、不良箇所を特定する方法として様々な方法が知られているが、いずれの方法も経験的にその使用が不良箇所からのリーク電流が大きい場合などに限られており、例えば、ｐｎ接合部の逆バイアスリーク電流不良のような微少リーク電流不良箇所を捉えることは非常に困難であるという問題があった。
【００１７】
そこで、発明者らは、ｐｎ接合部の逆バイアスリーク電流不良のような微少リーク電流不良箇所を確実に特定することができる半導体素子の評価方法について鋭意検討を重ねた。
その結果、電圧を印加しながらレーザ光照射により被評価素子の被観察箇所の温度を局所的に上昇させることで、不良箇所のリーク電流を増加させ、常温においてリーク電流が微少である場合でも検知するのに十分な発光強度が得られ、微少リーク電流不良箇所を確実に特定できることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１８】
以下、図１及び図２を参照しながら、本発明の半導体素子の評価方法及び評価装置を説明する。
まず、図２を参照しながら、本発明の半導体素子の評価装置を説明する。
図２に示すように、本発明の半導体素子の評価装置１０は、半導体基板１を保持する基板保持台２と、半導体基板１に形成された被評価素子に電圧を印加する電圧印加装置５と、被評価素子の被観察箇所にレーザ光を照射するレーザ装置４と、被評価素子の被観察箇所の発光を観察する撮像装置６を有している。
電圧印加装置５は例えばテスタであり、撮像装置６は例えばＣＣＤカメラである。
なお、レーザ装置４は対物レンズ３を介して被評価素子の被観察箇所にレーザ光を照射する構成としてもよいし、撮像装置６は対物レンズ３を介して被評価素子の被観察箇所の発光を観察する構成としてもよい。
また、電圧印加装置５はプローブ針７を介して被評価素子に電圧を印加することができる。
【００１９】
次に、上記のような評価装置を用いた本発明の評価方法を図１を参照しながら説明する。
まず、被評価素子に電圧を印加する（図１のステップＳ１１参照）。
具体的には、半導体基板１を基板保持台２に保持し、半導体基板１に形成された被評価素子の表面のパッド電極にプローブ針７を当てて、電圧印加装置（例えば、テスタ）５から被評価素子に電圧を印加する。
【００２０】
次に、レーザ光を被評価素子の被観察箇所に照射する（図１のステップＳ１２参照）。
具体的には、被評価素子の被観察箇所にレーザ装置４によりレーザ光を照射することで、被観察箇所の温度を局所的に上昇させる。
このときに、照射するレーザ光の波長を半導体基板１の材料によって変えることが好ましい。レーザ光の波長として、半導体基板の材料の光吸収特性に合わせて、熱吸収効率がよい波長を選択することで、被観察箇所の温度を効率的に上昇させることができる。
また、照射するレーザ光を被評価素子上でスキャンさせることで、効率よくレーザ光を照射することができる。
【００２１】
次に、被観察箇所の発光を観察する（図１のステップＳ１３参照）。
具体的には、レーザ光を照射された被観察箇所の発光を、撮像装置６で観察する。このときに、撮像装置６は対物レンズ３を介して被評価素子の被観察箇所の発光を観察することができる。このようにすることで、高倍率で被観察箇所の発光を観察することができるので、発光をより確実に検知することができる。
【００２２】
次に、不良箇所からの発光を検知することで、不良箇所を特定する（図１のステップＳ１４参照）。
具体的には、撮像装置６で取得した被評価素子からの発光状態を示す画像から発光箇所を特定し、半導体素子の不良箇所を特定する。
特定対象が、例えばｐｎ接合部の逆バイアスリーク電流であれば、温度上昇によりリーク電流が増加することが知られているので、本発明の測定方法においては、この特性を利用して、被観察箇所にレーザ光を照射して被観察箇所の温度を局所的に上昇させることにより、リーク電流発生箇所を確実に特定している。
また、ステップＳ１４において、不良箇所からの発光を検知できない場合には、レーザ光照射パワーとスキャン時間とをパラメータとして変化させ、発光が検知できるまで発光の観察を行うことができる。このとき、比較的大きな面積を有するデバイスの場合は、スキャン時間を延ばして観測すると、スキャン中にレーザ光による発熱した熱が周囲に拡散してしまうことが多いので、レーザ光照射パワーを変化させてデータを取得する方が好ましい。一方、比較的小さな面積を有するデバイスの場合は、スキャン時間を変化させてデータを取得する方が好ましい。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
（実施例）
試料として、ボロンをドープした抵抗率が１０Ω・ｃｍで直径２００ｍｍのｐ型シリコンウェーハを用いた。このウェーハに１０００℃のパイロ雰囲気（高純度水蒸気雰囲気）中で３００ｎｍの厚さの酸化膜の形成を行い、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程により、１辺が２ｍｍで面積が４ｍｍ２の正方形の窓明けを行い、ＰＯＣｌ３をソースとしてリンガラスをデポし、残存する酸化膜をマスクとして１０００℃で１０分の熱処理によりリンの拡散を行うことでｎ型拡散層を形成し、ｐｎ接合素子を作製した。
この素子に逆バイアスで３Ｖの電圧を印加してリーク電流を測定したところ、１００ｐＡ程度の漏れ電流が確認された。
【００２５】
この素子中のリーク箇所を特定するために、図２に示す測定装置１０を用いて、図１に示すフローにしたがって不良箇所の特定を試みた。このとき、６３３ｎｍの波長のレーザ光を用い、１Ｗの出力でスキャンしながら、逆バイアスの電圧を印加して、ＣＣＤカメラで発光箇所の特定を試みた。
その結果、図３に示すように、素子周辺部（図中の円内の領域）で発光を検知することができた。
【００２６】
（比較例１）
実施例と同様にして、ｐｎ接合素子を作製した。
この素子に逆バイアスで３Ｖの電圧を印加してリーク電流を測定したところ、１００ｐＡ程度の漏れ電流が確認された。
この素子中のリーク箇所を特定するために、逆バイアスを印加して、ＣＣＤカメラで発光箇所の特定を試みた。ただし、被測定箇所へのレーザ光の照射は行わなかった。
その結果、図４に示すように、素子周辺部で発光を検知することができなかった。
【００２７】
（比較例２）
実施例と同様にして、ｐｎ接合素子を作製した。
この素子に逆バイアスで３Ｖの電圧を印加してリーク電流を測定したところ、１００ｐＡ程度の漏れ電流が流れることが確認された。
この素子中のリーク箇所を特定するために、ＯＢＩＲＣＨ法を適用した。すなわち、赤外線レーザ光を照射しながら、逆バイアスの電圧を印加して、レーザ光スキャンによる抵抗変化（この場合は流れる電流量の変化）をモニタした。
しかしながら、電流量に変化はなく、リーク箇所を特定することができなった。
【００２８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００２９】
１…半導体基板、  ２…基板保持台、  ３…対物レンズ、  ４…レーザ装置、
５…電圧印加装置（テスタ）、  ６…撮像装置（ＣＣＤカメラ）、  ７…プローブ針、
１０…評価装置。
【図１】
2015032686.tif 000003
【図２】
2015032686.tif 000004
【図３】
2015032686.tif 000005
【図４】
2015032686.tif 000006