(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁膜に欠陥が存在する場合、初期電圧に対する電圧−電流特性の変動により絶縁膜の欠陥を検出できる検査装置を提供する。【解決手段】絶縁膜欠陥検査装置は、半導体基板上１に形成されたショットキー電極２と、半導体基板上１に形成され、ショットキー電極２と導通しないオーミック電極３と、ショットキー電極２上に形成された絶縁膜４とを有する半導体素子の絶縁膜に生じた欠陥を検査する装置であって、絶縁膜上４に電解液５を滴下し、電解液に浸漬した電極板６とショットキー電極２との間に所定の電圧を印加し、ショットキー電極２とオーミック電極３との間の電圧と流れる電流の初期値特性からの変化を計測することで半導体素子の絶縁膜４に生じた欠陥を検査する装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、前記半導体基板と接する面の対面に絶縁膜を有するショットキー電極と、
前記半導体基板上に形成され、前記ショットキー電極と導通しないオーミック電極とを備えた半導体素子の前記絶縁膜に生じた欠陥を検査する装置であって、
前記絶縁膜上に電解液を滴下し、前記電解液に少なくとも一部が接触するように設けられた電極板と前記ショットキー電極との間に所定の電圧を印加し、前記ショットキー電極と前記オーミック電極との間の電圧と電流の初期値からの差に基づいて前記絶縁膜に生じた欠陥を検査する検査装置。
【請求項２】
前記ショットキー電極が白金（Ｐｔ）、鉛（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、または、ニッケル（Ｎｉ）で形成された単一膜から成ることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記ショットキー電極が白金（Ｐｔ）、鉛（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、または、ニッケル（Ｎｉ）の内少なくとも１つを含む積層膜から成ることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
半導体基板上に形成され、前記半導体基板と接する面の対面に絶縁膜を有するショットキー電極と、
前記半導体基板上に形成され、前記ショットキー電極と導通しないオーミック電極とを備えた半導体素子の前記絶縁膜に生じた欠陥を検査する方法であって、
前記ショットキー電極と前記オーミック電極との間の電圧と電流の初期値の特性を測定する工程と、
前記絶縁膜上に電解液を滴下し、前記電解液に少なくとも一部が接触するように設けられた電極板と前記ショットキー電極との間に所定の電圧を印加する工程と、
前記ショットキー電極と前記オーミック電極との間に印加される電圧と、該印加される電圧に伴い流れる電流とを計測する工程とを備え、
前記ショットキー電極と前記オーミック電極との間の電圧と電流の初期値からの差に基づいて前記絶縁膜に生じた欠陥を検査する検査方法。
【請求項５】
前記絶縁膜上に電解液を滴下し、前記電解液に少なくとも一部が接触するように設けられた電極板と前記ショットキー電極との間に所定の電圧を印加する工程と、
前記ショットキー電極と前記オーミック電極との間に印加される電圧と、該印加される電圧に伴い流れる電流とを計測する工程とを同時に行わないことを特徴とする請求項４記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板の表面に形成した絶縁膜の欠陥を検査する装置、および、その方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の表面に形成された絶縁膜の欠陥は、半導体の性能を大きく損なうものであり、見ただけではわからないため、その検査方法の確立が要望されている。
【０００３】
そこで、従来の検査方法としては、半導体基板である導電性基板の表面に形成した絶縁膜に存在するピンホールに対し、直流電源の二極のうちの第一極に絶縁膜を形成した導電性基板を接続し、第二極を電極に接続して、これらの導電性基板と電極を電解質溶液中に浸し、ピンホールにおいて反応を起こさせ、その反応または反応生成物を観察することを特徴とする絶縁性薄膜のピンホール検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６７８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような欠陥検査装置においては、ピンホールが微小な場合には、変色部が電解液中に拡散するために、目視での検出が難しいとの問題があった。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決したものであり、半導体基板上に白金（Ｐｔ、以下Ｐｔとのみ記載する場合がある）など水素分解触媒作用を有する金属で形成されたショットキー電極とオーミック電極とが配置され、ショットキー電極が絶縁膜で覆われた構成の半導体素子において、絶縁膜上に滴下した電解液に電圧印加する機構、および、ショットキー電極とオーミック電極との間の電気特性を計測する機構を備えるものである。
【０００７】
ショットキー電極とオーミック電極間に電圧を印加し、半導体に印加する電圧とその電圧印加時に流れる電流を測定し、その時の電圧と電流の特性（以下、電圧−電流特性と記載する場合がある）を得る。絶縁膜に滴下した電解液電極板を接触し、電極板を正極、ショットキー電極を負極として電極板とショットキー電極間に水の電気分解が発生し得る程度の電圧を印加する。さらに、ショットキー電極とオーミック電極間の電圧−電流特性を得る。この時、電極板とショットキー電極間の電圧印加は一定時間以上行い、一定量以上の水素を発生させる。ショットキー電極とオーミック電極間の電圧−電流特性を求めて、電圧−電流特性の初期特性からの変動があれば保護膜の欠陥ありとして検出する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る検査装置は、半導体基板上に形成され、半導体基板と接する面の対面に絶縁膜を有するショットキー電極と、半導体基板上に形成され、ショットキー電極と導通しないオーミック電極とを備えた半導体素子の前記絶縁膜に生じた欠陥を検査する装置であって、絶縁膜上に電解液を滴下し、電解液に少なくとも一部が接触するように設けられた電極板とショットキー電極との間に所定の電圧を印加し、ショットキー電極とオーミック電極との間の電圧と電流の初期値からの差に基づいて絶縁膜に生じた欠陥を検査する装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、絶縁膜に欠陥が存在する場合、初期電圧に対する電圧−電流特性の変動により絶縁膜の欠陥を検出できる。
【００１０】
また、欠陥が非常に微小な場合であっても、水の電気分解を一定時間行うことによって発生する水素量を増加させ、電圧−電流特性の変動により欠陥を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による絶縁膜欠陥検査装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１による絶縁膜欠陥検査方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１によるショットキー電極とオーミック電極間の電圧‐電流特性測定結果である。
【図４】本発明の実施の形態１によるショットキー電圧とオーミック電極間の電流量の経時変化測定結果である。
【図５】本発明の実施の形態１による絶縁膜欠陥検査装置を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１による絶縁膜欠陥検査装置を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２による検査素子の断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態３による検査素子の断面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態４による絶縁膜欠陥検査装置を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態４による絶縁膜欠陥検査方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態１による絶縁膜欠陥検査装置を模式的に示した図である。半導体１に接触するようにＰｔで作製したショットキー電極２とオーミック電極３を形成する。半導体１は窒化ガリウム(ＧａＮ)、ガリウムヒ素(ＧａＡｓ)、並びに、インジウムリン(ＩｎＰ)などの化合物半導体、および、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）などの化合物半導体を含む物質を想定している。オーミック電極３の材質は規定しないが、金(Ａｕ)などが望ましい。
【００１４】
ショットキー電極２は絶縁膜４で覆われており、オーミック電極３とは接触させない構成とする。絶縁膜４の材質は特に規定しないが、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、及び、酸窒化シリコン膜などで構成されるものとする。絶縁膜４の欠陥を検査する場合、検査する場所に電解液５を滴下し、電極板６を電解液５に少なくとも一部が接触するように浸漬（少なくとも一部が接する場合も含む）させ、絶縁膜４との間に電解液５が存在するように設置する。電解液５は導電率が１０μＳ／ｃｍ以上の水溶液で絶縁膜４を溶解したり劣化させたりするものでなければよく、酸性、中性、及び、塩基性のいずれを用いてもよい。次に、電極板６が正極、ショットキー電極２が負極となるように直流電源７を接続し、水の電気分解回路１４を形成する。さらに、ショットキー電極２が正極、オーミック電極３を負極として直流電源８を接続し、電気特性測定回路１５を形成する。このとき、直流電源８とオーミック電極３との間に電流計９を設置する。
【００１５】
図２は、この発明の実施の形態１による絶縁膜欠陥検査方法のフローチャートを示す図である。最初のＳ１工程は、水の電気分解前の初期電気特性として、ショットキー電極２とオーミック電極３との間の電気特性の測定を行う工程である。次のＳ２工程は、電気特性の測定を行いながら、電極板６とショットキー電極２との間に所定の直流電圧を印加する工程である。この時の所定電圧とは、水の電気分解が起こる１．５Ｖ以上、理想的には４Ｖから５０Ｖ程度の電圧を印加する。
【００１６】
次のＳ３工程は、電気特性の変動をモニタリングする工程である。絶縁膜４に欠陥１１が存在すると、電解液５がショットキー電極２に接触して水の電気分解が起こり、負極であるショットキー電極２表面では水素１２が発生する。ショットキー電極２の表面での反応は、電解液が酸性と中性の場合には、２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２であり、塩基性の場合には、２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２ＯＨ−である。ショットキー電極２はＰｔで形成しており、Ｐｔは分子状水素を原子状水素に分解する水素分解触媒作用を持つ。すなわち、水の電気分解によりショットキー電極２の表面で生成した水素１２は原子水素に分解され、ショットキー電極２と半導体界面とで分極層１３を形成する。分極層１３はショットキー電極２と半導体１とのショットキー障壁を下げるため、分極層１３の形成によってショットキー電極２とオーミック電極３との間の電気特性が変化する。
【００１７】
次のＳ４工程は、所定時間経過後の電気特性の変化の有無を検出する工程である。一定時間水の電気分解を実施しながらショットキー電極２とオーミック電極３との間の電気特性を測定し、水の電気分解を開始する前の初期電気特性と比較する。欠陥１１が絶縁膜４に存在すると電気分解後の電気特性が初期電気特性と比べて変化するので、この変動を欠陥として検出する。
【００１８】
次に、分極層１３の形成時の電気特性測定方法について説明する。図３はショットキー電極２とオーミック電極３との間の電圧‐電流特性の測定結果を示す図である。図において、破線で示される初期特性を示すグラフ２０は電気分解を実施する前に測定した電圧と電流との関係を示す。水素１２によって分極層１３が形成されると電圧‐電流特性は、電気分解後に実線で示される特性のグラフ２１のように変動する。つまり、一定電圧Ｖａを印加し、水の電気分解によって水素１２が発生し分極層１３が形成されると、電流はＩ０からＩ１に増加する。このとき、電流の増加量ΔＩは発生した水素量に比例する。すなわち、絶縁膜４に存在する欠陥１１が、これまでは検出できない微小なものであっても、電気分解を行う時間を長くすることによって、水素１２の発生量を増加させて電気特性の変化として検出できることとなる。
【００１９】
図４は、一定電圧を印加しながら測定したショットキー電極２とオーミック電極３との間の電流量の経時変化を測定した結果を示す図である。ショットキー電極２とオーミック電極３との間に、所定の電圧Ｖａを印加すると、初期電流Ｉ０が流れる。水の電気分解を開始すると、絶縁膜４に存在する欠陥１１が十分大きければ、電気分解開始後直ちに電流は増加するが、欠陥１１が小さいと水素１２の発生量がきわめて少ないため、電気分解直後に形成される分極層１３も小さく、電流の増分によっては、欠陥１１を検出することが困難となる。
【００２０】
そこで、微小な欠陥１１ａ、１１ｂを検出するためには、水の電気分解を行う時間を長くする必要がある。微小な欠陥１１ａが存在するときの電圧‐電流特性は、そのときの電圧‐電流特性を示すグラフ２２ａとなり、水の電気分解を行うと電気分解時間に従って、電流量が初期電流Ｉ０と比べて増加する。微小な欠陥１１ａを検出する場合には、所定の時間（ここではｔａ時間）水の電気分解を行うことによって、電流値Ｉ１が、初期電流Ｉ０と比較して有意な差をもち、欠陥が存在すると判定できる。微小な欠陥１１ａよりも、さらに小さい微小な欠陥１１ｂが存在する場合には、電圧‐電流特性は、電圧‐電流特性を示すグラフ２２ｂとなり、ｔａよりも更に長い所定の時間（ここではｔｂ時間）電気分解をすることにより、欠陥として検出することができる。
【００２１】
このように、図２の手順に従って水の電気分解を行いながら電気特性の測定を行うことにより、通常の方法では検出できない微小な欠陥を検出することが可能となる。電気分解を行う時間は、検出すべき欠陥の大きさによって変わることは自明であるが、５分〜１００時間、通常は５分から２４時間程度行えば十分である。
【００２２】
絶縁膜２に欠陥１１が存在しなければ、電解液５はショットキー電極３と接触しないので、水の電気分解回路１４は導通しないこととなる。そのため、電極板６とショットキー電極３との間の電圧印加時間を長くしてもショットキー電極３の表面での水の電気分解は起きず、水素１２は発生しないので既定の時間以上電気分解を行って電気特性の変動がない場合、絶縁膜２に欠陥１１は存在しないと判定できる。
【００２３】
なお、ここでは、電圧‐電流特性の変化を測定することにより欠陥を検出する方法について述べたが、電気分解により生成した水素が、ショットキー電極の表面で原子状に分解されることによって変動する特性によって欠陥が検出できるものであればよく、例えば、キャパシタンスを測定することにより欠陥の有無を判定してもよい。
【００２４】
また、ここでは半導体の裏面にオーミック電極を設置して欠陥を検出する例を挙げたが、半導体を介してショットキー電極とオーミック電極が接続されていればよく、特に構造については規定しない。例えば、図５に示すように、半導体の同一面にショットキー電極とオーミック電極を接触しないように配置してもよい。また、例えば、図６に示すように、ソース電極２４、ドレイン電極２５、及び、ゲート電極２６を配置し、ソース電極２４とドレイン電極２５とが接続した状態で、ゲート電極２６とソース電極２４との間に電圧を印加したとき、ソース電極２４及びドレイン電極２５とゲート電極２６との間に流れる電流値を測定してもよい。
【００２５】
この発明によれば、絶縁膜に欠陥が存在する場合には、電極板とショットキー電極との間に電圧を印加すると、陰極であるショットキー電極の表面に水の電気分解による水素が発生する。ここで発生した水素は、水素分解触媒作用を持つショットキー電極の表面で原子状水素に分解し、ショットキー電極と半導体との界面で分極層を形成し、ショットキー電極とオーミック電極との間の電圧‐電流特性を変化させる。そのため、初期電圧に対する電圧‐電流特性の変動を計測することで、絶縁膜の欠陥を検出できる。
【００２６】
また、微小な欠陥の場合、水の電気分解を開始した初期段階では、水素の発生量が少なく、ショットキー電極とオーミック電極との間の電圧‐電流特性の変動は微量であるが、水の電気分解に係る時間を長くすることにより、ショットキー電極の表面で発生する水素量が増加する。これにより通常の電気特性の変化では検出できない絶縁膜の微小な欠陥も、水の電気分解を一定時間行うことによって、発生する水素量を増加させ、電気特性の変動による欠陥検出が可能となる。
【００２７】
実施の形態２．
上記の実施の形態１では、ショットキー電極２としてＰｔを用いたが、特にＰｔに限るものではない。以下、上記実施の形態で説明したものと同一番号で示された部分は、同様な構成を示すものとして、ここでは説明を省略する。
【００２８】
図７は、この発明の実施の形態２による検査素子の断面模式図である。構成については、上記実施の形態で説明した構成と同様であるが、図のショットキー電極２には、Ｐｔ電極以外の水素分解触媒作用を有する金属、具体的には鉛（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、または、ニッケル（Ｎｉ）などが用いられている。
【００２９】
実施の形態３．
上記の実施の形態１では、ショットキー電極２としてＰｔを用いたが、特にＰｔに限るものではなく、水素分解触媒作用を有する金属を含む積層膜でもよい。以下、上記実施の形態で説明したものと同一番号で示された部分は、同様な構成を示すものとして、ここでは説明を省略する。
【００３０】
図８は、この発明の実施の形態３による検査素子の断面模式図である。上記の実施の形態１では、ショットキー電極２としてＰｔからなる電極を用いたが、少なくとも２層を有する積層膜を用いてもよく、例えば２層とした場合、第一のショットキー電極２ａ、及び、第二のショットキー電極２ｂの少なくとも一方が、白金（Ｐｔ）、鉛（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、または、ニッケル（Ｎｉ）で形成されていてもよい。
【００３１】
実施の形態４．
上記の実施の形態では、水の電気分解を行いながら電気特性の測定を行うことにより、通常の方法では検出できない微小な欠陥を検出する方法について説明したが、水の電気分解と電気特性の測定とを同時に行わなくても上記実施の形態の効果を奏する場合がある。以下、上記実施の形態で説明したものと同一番号で示された部分は、同様な構成を示すものとして、ここでは説明を省略する。
【００３２】
図９は、この発明の実施の形態４による絶縁膜欠陥検査装置を示す模式図である。水の電気分解回路１４と電気特性測定回路１５とに、それぞれの回路を開閉するスイッチ２７ａ及びスイッチ２７ｂを設けている。図１０は、この発明の実施の形態４による絶縁膜欠陥検査方法のフローチャートを示す図である。
【００３３】
最初のＳ１１工程は、スイッチ２７ａをショートした状態で水の電気分解前の初期電気特性として、ショットキー電極２とオーミック電極３との間の電気特性の測定を行う工程である。次のＳ１２工程は、スイッチ２７ａをショートした状態でスイッチ２７ｂをオープンにし、電極板６を電解液５に少なくとも一部が接触するように浸漬（少なくとも一部が接する場合も含む）させ、絶縁膜４との間に電解液５が存在するように設置し、電極板６とショットキー電極２との間に所定の時間に直流電圧を印加する工程である。
【００３４】
次のＳ１３工程は、スイッチ２７ａをオープンにし、電解液５に接触させた電極板６とショットキー電極２との間の直流電圧の印加を終了する工程である。
【００３５】
次のＳ１４工程は、電気特性の変動をモニタリングする工程である。なお、一定時間電圧を印加したのち、スイッチ２７ａをオープンにし水の電気分解を停止する。絶縁膜２に欠陥１１が存在すると、スイッチ２７ａをショートした状態で電解液５がショットキー電極３に接触して水の電気分解が起こり、負極であるショットキー電極２表面では水素１２が発生し、ショットキー電極２と半導体界面で分極層１３を形成する。その後、スイッチ２７ｂをショートした状態でショットキー電極２とオーミック電極３との間の電気特性の変化を計測する。
【００３６】
次のＳ１５工程は、所定時間経過後の電気特性の変化の有無を検出する工程である。スイッチ２７ｂをショートした状態で所定時間経過後のショットキー電極２とオーミック電極３との間の電気特性を測定し、水の電気分解を開始する前の初期電気特性と比較する。欠陥１１が絶縁膜４に存在すると電気分解後の電気特性が初期電気特性と比べて変化するので、この変動を欠陥として検出する。
【００３７】
以上説明したように、ショットキー電極２とオーミック電極３との間の通電と、水の電気分解は同時に行う必要はなく、電気分解によってショットキー電極２の表面で水素１２が発生すれば、水の電気分解後の電気特性は変動する。この構造によれば、ショットキー電極２とオーミック電極３に通電し続けることによる突発的な故障を防止でき、欠陥による電流増加のみを検出でき、欠陥検出の精度が向上する。
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体、２  ショットキー電極、３  オーミック電極、４  絶縁膜、５  電解液、６  電極板、７  直流電源、８  直流電源、９  電流計、１１  欠陥、１２  水素、１３  分極層、１４  電気分解回路、１５  電気特性測定回路、２０  初期特性、２１  電気分解後特性、２２  電圧‐電流特性、２４  ソース電極、  ２５  ドレイン電極、２６  ゲート電極、２７  スイッチ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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