(57)【要約】【課題】故障位置の特定のみならず、故障状態をも特定することができる半導体デバイスの欠陥評価方法及び欠陥評価装置を提供する。【解決手段】半導体デバイスの欠陥評価方法は、評価対象の半導体デバイスにプローブ光を照射して半導体デバイスに発生させた電流を検出する第１電流検出ステップと、発生させた電流から半導体デバイスの欠陥位置を検出する欠陥位置検出ステップと、検出した半導体デバイスの欠陥位置にプローブ光を所定範囲で波長を変化させて照射することにより、欠陥位置における電流を検出する第２電流検出ステップと、検出した欠陥位置における電流から欠陥位置の光励起準位を検出する光励起準位検出ステップと、を備える。【選択図】図１
2008046101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象の半導体デバイスにプローブ光を照射して該半導体デバイスに発生させた電流を検出する第１電流検出ステップと、
上記検出した電流から上記半導体デバイスの欠陥位置を検出する欠陥位置検出ステップと、
上記検出した半導体デバイスの欠陥位置にプローブ光を所定範囲で波長を変化させて照射することにより、該欠陥位置における電流を検出する第２電流検出ステップと、
上記検出した欠陥位置における電流から該欠陥位置の光励起準位を検出する光励起準位検出ステップと、
を備えた半導体デバイスの欠陥評価方法。
【請求項２】
上記第１電流検出ステップにおいて、上記プローブ光を上記半導体デバイスにスキャン照射することにより該半導体デバイスに電流を発生させる請求項１に記載の半導体デバイスの欠陥評価方法。
【請求項３】
上記第１電流検出ステップにおいて、上記プローブ光を上記半導体デバイスの略全面に照射することにより該半導体デバイスに電流を発生させる請求項１に記載の半導体デバイスの欠陥評価方法。
【請求項４】
評価対象の半導体デバイスが第１及び第２端子を有する電子回路を備えており、該第１端子を上記プローブ光の照射により発生した電流を検出する端子として用い、該第２端子を半導体デバイス駆動信号発生器に接続し、該第１端子で検出する電流が一定となる駆動信号を該半導体デバイスに入力した状態で該プローブ光を照射することにより該半導体デバイスに電流を発生させる請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体デバイスの欠陥評価方法。
【請求項５】
評価対象の半導体デバイスにプローブ光を照射するプローブ光源と、
上記プローブ光源からプローブ光を照射することにより上記半導体デバイスに発生した電流を検出する第１電流検出手段と、
上記第１電流検出手段で検出した電流から上記半導体デバイスの欠陥位置を検出する欠陥位置検出手段と、
上記欠陥位置検出手段で検出した上記半導体デバイスの欠陥位置にプローブ光を所定範囲で波長を変化させて照射する波長可変プローブ光源と、
上記波長可変プローブ光源からプローブ光を所定範囲で波長を変化させて照射することにより上記半導体デバイスに発生した電流を検出する第２電流検出手段と、
上記第２電流検出手段で検出した上記欠陥位置における電流から該欠陥位置の光励起準位を検出する光励起準位検出手段と、
を備えた半導体デバイスの欠陥評価装置。
【請求項６】
上記プローブ光源は、上記波長可変プローブ光源を兼ねている請求項５に記載の半導体デバイスの欠陥評価装置。
【請求項７】
上記第１電流検出手段は、上記第２電流検出手段を兼ねている請求項５に記載の半導体デバイスの欠陥評価装置。
【請求項８】
上記欠陥位置検出手段は、上記光励起準位検出手段を兼ねている請求項５に記載の半導体デバイスの欠陥評価装置。
【請求項９】
上記プローブ光源は、上記半導体デバイスにスキャン照射することにより該半導体デバイスに電流を発生させるように構成されている請求項５に記載の半導体デバイスの欠陥評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの欠陥評価方法及び欠陥評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等を構成するＴＦＴ基板の欠陥は、装置の故障の原因となる。このため、ＴＦＴ基板の欠陥の有無及びその位置を特定する必要があり、このようなＴＦＴ基板等に生じた欠陥の位置を特定する方法（欠陥評価方法）が、従来から研究・開発されている。
【０００３】
上記ＴＦＴ基板は半導体で構成されており、このような半導体デバイスの欠陥評価方法としては、一般的に、エミッション解析法、ＯＢＩＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｕｒｅｎｔ）解析法、又は、ＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ（Ｉｎｆｒａ  Ｒｅｄ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｃｈａｎｇｅ）解析法等が挙げられる。
【０００４】
エミッション解析法は、キャリア再結合による発光を検出する方法であり、ＴＦＴのゲート絶縁膜のリーク位置を特定できる。
【０００５】
ＯＢＩＣ解析法は、レーザ光（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、波長６３３ｎｍ）等を、半導体素子にスキャン照射し、サンプルの半導体層に吸収された光によって励起されたキャリアが半導体素子の外部に流れる電流によって像を画く方法である。
【０００６】
ＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ解析法は、赤外線レーザを、半導体素子にスキャン照射して、照射部分の温度を上げ、それに伴う半導体素子の変動電流を外部に取出すことにより像を画く方法である。これは、配線の抵抗異常位置の特定に特に有効である。
【０００７】
ここで、上述のような欠陥評価方法として、例えば、特許文献１では、シリコンウエーハ上に作製したＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオードについて、絶縁破壊の原因であるゲート酸化膜の欠陥評価をＯＢＩＣ解析法等によって非破壊で実施する技術が開示されている。そして、これによれば、ＭＯＳダイオードのゲート酸化膜のリーク位置を検出できる、と記載されている。
【０００８】
また、特許文献２では、半導体集積回路の内部相互配線に電流を流した状態でレーザビームを照射し、内部相互配線に流れる電流の変化を検知することで内部相互配線の欠陥を検出する装置において、チップに照射するレーザビームによって電子−正孔対が励起しないレーザビームの波長範囲を選択する、すなわち半導体素子の温度上昇に伴う電流変化によって生じた欠陥のみが検出されるようにレーザ波長を選択する技術が開示されている。そして、これによれば、半導体集積回路の内部相互配線の欠陥を短時間で破壊せずに検出することができる、と記載されている。
【特許文献１】特開２０００−８８７８２号公報
【特許文献２】特開平７−１６７９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような従来の欠陥評価方法及び欠陥評価装置では、半導体デバイスの故障位置を特定できるが、その位置における半導体デバイスの故障状態については特定することができない。本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、故障位置の特定のみならず、故障状態をも特定することができる半導体デバイスの欠陥評価方法及び欠陥評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、評価対象の半導体デバイスにプローブ光を照射して半導体デバイスに発生させた電流を検出する第１電流検出ステップと、検出した電流から半導体デバイスの欠陥位置を検出する欠陥位置検出ステップと、検出した半導体デバイスの欠陥位置にプローブ光を所定範囲で波長を変化させて照射することにより、欠陥位置における電流を検出する第２電流検出ステップと、検出した欠陥位置における電流から欠陥位置の光励起準位を検出する光励起準位検出ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、プローブ光を照射して発生した電流を検出することにより欠陥位置を特定した半導体デバイスに、再度プローブ光をその欠陥位置に照射して光励起準位を検出するため、半導体デバイスの欠陥位置、即ち故障位置のみならず、故障状態も特定することができる。
【００１２】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、第１電流検出ステップにおいて、プローブ光を半導体デバイスにスキャン照射することにより半導体デバイスに電流を発生させてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、プローブ光を半導体デバイスにスキャン照射することにより半導体デバイスに電流を発生させるため、半導体デバイスの欠陥評価を効率良く行うことができる。
【００１４】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、第１電流検出ステップにおいて、プローブ光を半導体デバイスの略全面に照射することにより半導体デバイスに電流を発生させてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、プローブ光を半導体デバイスの略全面に照射することにより半導体デバイスに電流を発生させるため、半導体デバイス略全面にわたりその欠陥位置及び故障状態を特定することができる。
【００１６】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、評価対象の半導体デバイスが第１及び第２端子を有する電子回路を備えており、第１端子をプローブ光の照射により発生した電流を検出する端子として用い、第２端子を半導体デバイス駆動信号発生器に接続し、第１端子で検出する電流が一定となる駆動信号を半導体デバイスに入力した状態でプローブ光を照射することにより半導体デバイスに電流を発生させてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、評価対象の半導体デバイスについて、それが組み込まれた液晶表示装置等の状態で、その欠陥位置及び故障状態を特定することができるため、簡便に欠陥評価できる。
【００１８】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価装置は、評価対象の半導体デバイスにプローブ光を照射するプローブ光源と、プローブ光源からプローブ光を照射することにより半導体デバイスに発生した電流を検出する第１電流検出手段と、第１電流検出手段で検出した電流から半導体デバイスの欠陥位置を検出する欠陥位置検出手段と、欠陥位置検出手段で検出した半導体デバイスの欠陥位置にプローブ光を所定範囲で波長を変化させて照射する波長可変プローブ光源と、波長可変プローブ光源からプローブ光を所定範囲で波長を変化させて照射されることにより半導体デバイスに発生した電流を検出する第２電流検出手段と、第２電流検出手段で検出した欠陥位置における電流から欠陥位置の光励起準位を検出する光励起準位検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、プローブ光を照射して発生した電流を第１電流検出手段で検出することにより欠陥位置を特定した半導体デバイスに、再度プローブ光をその欠陥位置に照射して欠陥位置検出手段で光励起準位を検出するため、半導体デバイスの欠陥位置、即ち故障位置のみならず、故障状態も特定することができる。
【００２０】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価装置は、プローブ光源が、波長可変プローブ光源を兼ねていてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、プローブ光源が、波長可変プローブ光源を兼ねているため、それぞれ別体の光源を設けなくてよく、装置の構成が簡潔となる。
【００２２】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価装置は、第１電流検出手段が、第２電流検出手段を兼ねていてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、第１電流検出手段が、第２電流検出手段を兼ねているため、それぞれ別体のものを設けなくてよく、装置の構成が簡潔となる。
【００２４】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価装置は、欠陥位置検出手段が、光励起準位検出手段を兼ねていてもよい。
【００２５】
このような構成によれば、欠陥位置検出手段が、光励起準位検出手段を兼ねているため、それぞれ別体のものを設けなくてよく、装置の構成が簡潔となる。
【００２６】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価装置は、プローブ光源が、半導体デバイスにスキャン照射することにより半導体デバイスに電流を発生させるように構成されていてもよい。
【００２７】
このような構成によれば、プローブ光源が、プローブ光を半導体デバイスにスキャン照射することにより半導体デバイスに電流を発生させるため、半導体デバイスの欠陥評価を効率良く行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る半導体デバイスの欠陥評価方法及び欠陥評価装置によれば、半導体デバイスの故障位置の特定のみならず、故障状態をも特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図を用いて詳細に説明する。
【００３０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る評価対象の半導体デバイスとして、液晶表示装置に用いられるＴＦＴ基板に形成された多数のＴＦＴのうちの、１個のＴＦＴに係る欠陥評価を行う場合を例にして説明する。
【００３１】
（欠陥評価装置１０の構成）
図１に、本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価装置１０の全体構成を示す概略図を示す。欠陥評価装置１０は、光照射部２０、電流検出部３０、信号処理部４０、及び、制御部（不図示）で構成されている。
【００３２】
光照射部２０は、波長可変レーザ光源２１（プローブ光源、波長可変プローブ光源）、ＸＹＺステージ２２、ＸＹＺステージコントローラ２３、ＸＹスキャン光学系２４、ＸＹスキャン光学系コントローラ２５、ミラー２６、ハーフミラー２７、レンズ２８、及び、サンプル観察用光学顕微鏡システム５０で構成されている。
【００３３】
波長可変レーザ光源２１は、ＸＹＺステージ２２上に設けられている。波長可変レーザ光源２１としては、例えば、半導体レーザ光源、サファイアレーザ光源等を用いることができる。波長可変レーザ光源２１は、ＸＹＺステージ２２と一体として移動するように構成されている。
【００３４】
ＸＹＺステージ２２は、光照射部２０の最下部に設けられ、平板状に形成されている。ＸＹＺステージ２２は、ＸＹＺステージコントローラ２３に電気的に接続されている。
【００３５】
ＸＹＺステージコントローラ２３は、ＸＹＺステージ２２の側方に設置されている。ＸＹＺステージコントローラ２３は、不図示の制御部に電気的に接続されている。
【００３６】
ＸＹスキャン光学系２４は、ＸＹＺステージ２２の上方で、且つ、波長可変レーザ光源２１から出射されるレーザ光が、それらの間に設けられたミラー２６によって反射されて、下方から入射するような位置に設けられている。ＸＹスキャン光学系２４は、ＸＹスキャン光学系コントローラ２５に電気的に接続されている。ＸＹスキャン光学系２４は、ＸＹスキャンミラーを有している（不図示）。ＸＹスキャン光学系２４は、その上方に、ハーフミラー２７及びレンズ２８が下方から上方へとこの順に設けられている。
【００３７】
ＸＹスキャン光学系コントローラ２５は、ＸＹスキャン光学系２４の側方に設けられている。ＸＹスキャン光学系コントローラ２５は、信号処理部４０及び制御部に、それぞれ電気的に接続されている。
【００３８】
サンプル観察用光学顕微鏡システム５０は、ＸＹスキャン光学系２４の側方に設けられている。サンプル観察用光学顕微鏡システム５０は、光源５１、ハーフミラー５２、レンズ５３、及び、ＣＣＤカメラ５４で構成されている。
【００３９】
光源５１は、照明用の光源であればどのようなものでもよく、例えば、ハロゲンランプで構成されている。
【００４０】
ハーフミラー５２は、光源５１からの光をレンズ５３へ屈折させ、且つ、ハーフミラー２７からの光をレンズ５３に反射させる位置に設けられている。
【００４１】
レンズ５３は、ハーフミラー５２の下方に設けられている。
【００４２】
ＣＣＤカメラ５４は、ハーフミラー５２の下方に設けられており、信号処理部４０に電気的に接続されている。
【００４３】
電流検出部３０は、光照射部２０の上方に設けられている。電流検出部３０は、評価対象のＴＦＴ基板６０を載置するためのサンプルステージ３１、プローブ針３２，３３，３４、マニュピレータ３５，３６，３７、電源３８、電流検出増幅器３９（第１電流検出手段、第２電流検出手段）及び、マニュピレータ用光学顕微鏡システム７０で構成されている。
【００４４】
サンプルステージ３１は、互いに間隔を空けて、評価対象のＴＦＴ基板６０の両端部を支持するように二体が設けられている。サンプルステージ３１は、その表面に吸着孔が複数形成されている。
【００４５】
プローブ針３２，３３，３４は、それぞれ対応するＴＦＴ素子、即ち、ＴＦＴ基板のソース６１、ゲート６２及びドレイン６３にそれぞれ一端が接触するように設けられている。
【００４６】
マニュピレータ３５，３６，３７は、それぞれ対応するプローブ針３２，３３，３４の他端を保持するように設けられている。
【００４７】
電源３８は、ＴＦＴ基板６０のゲート６２に接触するプローブ針３３を保持するマニュピレータ３６に電気的に接続されている。
【００４８】
電流検出増幅器３９は、その一端でＴＦＴ基板６０のドレイン６３に接触するプローブ針３４を保持するマニュピレータ３７に電気的に接続されている。電流検出増幅器３９は、その他端で信号処理部４０に電気的に接続されている。
【００４９】
マニュピレータ用光学顕微鏡システム７０は、サンプルステージ３１の上方に設けられている。マニュピレータ用光学顕微鏡システム７０は、光源７１、ハーフミラー７２、及び、レンズ７３，７４で構成されている。
【００５０】
光源７１は、照明用の光源であればどのようなものでもよく、例えば、ハロゲンランプで構成されている。
【００５１】
ハーフミラー７２は、光源７１からの光をレンズ７４へ反射させ、且つ、ドレイン６３からの反射光をレンズ７３に透過させる位置に設けられている。
【００５２】
レンズ７３，７４は、ハーフミラー７２を挟んで、それぞれドレイン６３の垂直上方に設けられている。
【００５３】
信号処理部４０は、波長可変レーザ光源２１、ＸＹスキャン光学系コントローラ２５、ＣＣＤカメラ５４、電流検出増幅器３９、及び、不図示の制御部に電気的に接続されている。信号処理部４０は、信号処理システム４１（欠陥位置検出手段、光励起準位検出手段）及びモニター４２が設けられている。
【００５４】
（欠陥評価装置１０の動作）
次に、欠陥評価装置１０の動作について説明する。
【００５５】
ＸＹＺステージコントローラ２３は、制御部からの信号によってＸＹＺステージ２２をＸＹＺ方向に移動させる。このとき、ＸＹＺステージ２２上に設けられた波長可変レーザ光源２１もＸＹＺステージ２２と一体となって移動する。ＣＣＤカメラ５４の視野内に解析領域が映るように、ＸＹＺステージ２２の位置を合わせる。
【００５６】
信号処理部４０の信号処理システム４１からの信号によって、波長可変レーザ光源２１から所定の波長のレーザ光（プローブ光）が水平方向へ出射される。波長可変レーザ光源２１から水平方向へ出射されたレーザ光は、ミラー２６によって上方へ反射される。
【００５７】
ミラー２６で反射されたレーザ光は、上方のＸＹスキャン光学系２４へ入射する。
【００５８】
ＸＹスキャン光学系２４は、信号処理部４０の信号処理システム４１からの信号を受信したＸＹスキャン光学系２４コントローラによって、ＸＹ方向に順次移動される。ＸＹスキャン光学系コントローラ２５は、ＸＹスキャン光学系２４内部のＸＹスキャンミラーを駆動させることにより、サンプルステージ３１に載置された評価対象のＴＦＴ基板６０の解析領域にレーザ光をスキャン照射することができる。また、ＣＣＤカメラ５４の視野内の解析が必要な領域をスキャン照射できる。さらに、任意の一点においてスキャンを止め、その一点にレーザ光を照射することもできる。
【００５９】
ＸＹスキャン光学系２４に入射したレーザ光は、ＸＹスキャン光学系２４内を通り、上方のハーフミラー２７へ向けて出射される。ハーフミラー２７へ入射したレーザ光は、ハーフミラー２７を透過して上方のレンズ２８へ入射する。レンズ２８へ入射したレーザ光は、上方のＴＦＴ基板６０へ向けて出射される。
【００６０】
サンプル観察用光学顕微鏡システム５０の光源５１は、水平方向に光を照射する。光源５１から照射された光は、ハーフミラー５２を透過して側方のハーフミラー２７へ入射する。ハーフミラー２７へ入射した光は、ハーフミラー２７で反射され、上方のレンズ２８へ入射する。上方のレンズ２８へ入射した光は、ＴＦＴ基板６０のレーザ光照射位置周辺を照射し、その反射光をレンズ２８へ向けて出射する。
【００６１】
レンズ２８へ出射されたＴＦＴ基板６０からの反射光は、レンズ２８を通り、ハーフミラー２７で反射されて側方のハーフミラー５２へ入射する。ハーフミラー５２へ入射したＴＦＴ基板６０からの反射光は、ハーフミラー５２で反射されて下方のレンズ５３を通り、ＣＣＤカメラ５４へ到達する。
【００６２】
ＣＣＤカメラ５４は、到達した光をＴＦＴ基板６０のレーザ光照射位置を表示する画像信号として信号処理部４０へ送る。
【００６３】
信号処理部４０へ送られたＣＣＤカメラ５４からの信号は、信号処理システム４１で所定の処理がなされてモニター４２で表示される。
【００６４】
レンズ２８から上方へ出射されたレーザ光は、上方のサンプルステージ３１に載置された評価対象のＴＦＴ基板６０へ照射される。
【００６５】
サンプルステージ３１は、その表面に形成された吸着孔からの負圧によって、ＴＦＴ基板６０をサンプルステージ３１上に強固に保持する。
【００６６】
マニュピレータ３５，３６，３７は、評価対象のＴＦＴ基板６０のソース６１、ゲート６２、及び、ドレイン６３に、それぞれプローブ針３２，３３，３４を接触させる。
【００６７】
電源３８は、プローブ針３３を通してＴＦＴ基板６０のゲート６２にゲート電圧を印加する。
【００６８】
電流検出増幅器３９は、バイアス印加機能を有し、ＴＦＴ基板６０のドレイン６３からの電流を受け、増幅した後、信号処理部４０へ送る。
【００６９】
マニュピレータ用光学顕微鏡システム７０の光源７１は、水平方向へ光を照射する。光源７１から照射された光は、側方のハーフミラー７２で反射されて下方のレンズ７４を通り、ＴＦＴ基板６０のソース６１、ゲート６２、又は、ドレイン６３周辺を照射する。ＴＦＴ基板６０のソース６１、ゲート６２、又は、ドレイン６３周辺を照射した光は、そのまま反射されて上方へ向かい、レンズ７４、ハーフミラー７２、及び、レンズ７３を通って観察者側へ出射され、ソース６１、ゲート６２、又は、ドレイン６３周辺の画像が観察される。
【００７０】
（欠陥評価装置１０を用いた半導体デバイスの欠陥評価方法）
次に、本発明の実施形態１に係る欠陥評価装置１０を用いた半導体デバイスの欠陥評価方法について説明する。
【００７１】
まず、評価対象の半導体デバイスとして、液晶表示装置等に用いられるＴＦＴ基板６０を準備する。ＴＦＴ基板６０は、ガラス基板６６上にｐ−Ｓｉ層６７が形成され、ＴＦＴ素子としてソース６１、ゲート６２及びドレイン６３が、それぞれゲート絶縁膜６８を介して形成されている。
【００７２】
次に、ＴＦＴ基板６０を、間隔を空けて設けられた２体のサンプルステージ３１上に載置し、サンプルステージ３１の吸着孔からの負圧によりＴＦＴ基板６０を強固に保持する。
【００７３】
次に、マニュピレータ用光学顕微鏡システム７０のレンズ７３，７４の位置を、ＴＦＴ基板６０のソース６１、ゲート６２、及び、ドレイン６３上に順次移動さる。そして、その都度、光源７１から光を照射させて、ソース６１、ゲート６２、及び、ドレイン６３の位置を観察しながらマニュピレータ３５，３６，３７によりプローブ針３２，３３，３４を対応するＴＦＴ素子（ソース６１、ゲート６２、又は、ドレイン６３）に、それぞれ接触させる。
【００７４】
次に、サンプル観察用光学顕微鏡システム５０の光源５１から光を照射して、ＣＣＤカメラ５４による画像を信号処理部４０のモニター４２で観察しながら、ＴＦＴ基板６０がモニター４２に映るようにＸＹＺステージ２２をＸＹＺステージコントローラ２３で移動させる。
【００７５】
次に、ＴＦＴ基板６０のゲート６２に電源３８を接続し、ゲート電圧を印加する。また、ソース６１は０電位にしておく。
【００７６】
次に、信号処理部４０からの信号により、波長可変レーザ光源２１からレーザ光を照射する。このとき、レーザ光の波長は、バンド間準位を介した光励起キャリアが発生する波長、例えば、Ｓｉのバンドギャップ１．１２ｅＶより少しエネルギーの高い値の波長である１．０３μｍ（１．２ｅＶ）に設定する。
【００７７】
このとき、レーザ光の光線直径は、μｍオーダーからサブμｍオーダーに絞っている。
【００７８】
続いて、ＸＹスキャン光学系２４を走査することにより、レーザ光をモニター４２の視野に対応するＴＦＴ基板領域にスキャン照射し、ＣＣＤカメラ５４を用いてＴＦＴ基板６０の反射像を撮影する。
【００７９】
次に、レーザ光をスキャンしながら、ＴＦＴ基板６０に発生する変動電流を、ドレイン６３からプローブ針３４を通して電流検出増幅器３９で検出する。電流検出増幅器３９は、検出した電流を増幅して変動電流として信号処理部４０へ送る。
【００８０】
次に、信号処理部４０は、レーザスキャン信号と、電流検出増幅器３９から送られた変動電流とを同期させて変動電流像をモニター４２上に画く。この変動電流像を観察することによって発生する電流が変動するＴＦＴ基板６０上の箇所がわかる。
【００８１】
例えば、ｎ−ｃｈＴＦＴ基板にドレイン電圧５Ｖ、ゲート電圧マイナス６Ｖを印加してオフ状態とした場合、ドレイン側チャネル端部の高電界領域で、ＯＢＩＣ信号が発生し、変動電流を検出する。このとき、欠陥に起因した準位が多く存在する箇所は、より多くの光励起キャリアが発生し、大きい変動電流が発生するため、この変動電流値を検討することにより、ＴＦＴ基板の欠陥位置、即ち、故障位置が特定できる。
【００８２】
続いて、以下のように、特定したＴＦＴ基板６０の故障位置の光励起準位を調べる。
【００８３】
まず、ＸＹスキャン光学系コントローラ２５によってＸＹスキャン光学系２４を固定することにより、特定した変動電流発生領域の一点に、波長可変レーザ光源２１によるレーザ光照射位置を固定する。
【００８４】
次に、波長を、例えば４μｍから０．２μｍまで変化させて、レーザ光を照射する。このとき、準位間遷移に対応する波長で変動電流が変化し、その結果より準位のエネルギーが確認できる。
【００８５】
本実施形態１では、ｐ−Ｓｉ層を有するＴＦＴ基板６０を評価対象の半導体デバイスとして用いているため、光励起準位は、ＳｉとＳｉＯ２の界面準位、ｐ−Ｓｉ層中の欠陥準位、あるいは不純物準位等が考えられる。
【００８６】
例えば、ＳｉとＳｉＯ２の界面準位が、伝導帯の下０．１ｅＶの位置、及び価電子帯の上０．１ｅＶの位置にある場合、準位間のエネルギーは、図２に示すように、１．０２ｅＶ（１．２２μｍ）、０．９２ｅＶ（１．３５μｍ）となる。ここで、エネルギー準位は、フォトンエネルギーに対する微分によるデータ処理を行えば、より明確となる。また、ＯＢＩＣ信号発生箇所の中から１箇所を選び、照射レーザの波長を変えると、ＴＦＴ基板６０のドレイン電流は、図３に示すように、０．９２ｅＶ、１．２２ｅＶ、及び、Ｓｉのバンドギャップ１．１２ｅＶで変化が生じる。このようにして光励起準位を知ることができ、ＴＦＴ基板６０の故障箇所における故障状態を知ることができる。
【００８７】
（実施形態２）
次に、評価対象の半導体デバイスとして、液晶表示装置状態の電子回路を形成したＴＦＴ基板の欠陥評価を例にして説明する。
【００８８】
（欠陥評価装置１００の構成）
図４に本発明の実施形態２に係る半導体デバイスの欠陥評価装置１００の全体構成を示す概略図を示す。欠陥評価装置１００は、光照射部２０、電流検出部１３０、信号処理部４０及び制御部（不図示）で構成される。
【００８９】
半導体デバイスの欠陥評価装置１００の構成は、電流検出部１３０のみ、上述した実施形態１に係る欠陥評価装置１０と異なる。電流検出部１３０は、光照射部２０の上方に設けられている。電流検出部１３０は評価対象の液晶表示装置１１０を載置するためのサンプルステージ３１、液晶表示装置駆動信号発生器（半導体デバイス駆動信号発生器）１２０、電流検出増幅器３９（第１電流検出手段、第２電流検出手段）で構成されている。液晶表示装置１１０は、ＴＦＴ基板１１１、カラーフィルター１１２、シール剤１１３、液晶層１１４から構成される。ＴＦＴ基板１１１には、液晶表示装置を動作させるための電子回路が形成されている。
【００９０】
サンプルステージ３１は互いに間隔を空けて、評価対象の液晶表示装置１１０の両端を支持するように二体が設けられている。サンプルステージはその表面に吸着孔が複数形成されている。
【００９１】
液晶表示装置駆動信号発生器１２０及び電流検出増幅器３９は、それぞれケーブルで液晶表示装置１１０に接続されている。
【００９２】
（欠陥評価装置１００の動作）
次に、本発明の実施形態２に係る欠陥評価装置１００の動作について説明する。
【００９３】
光照射部２０、信号処理部４０の動作は、欠陥評価装置１０と同じである。
【００９４】
電流検出部１３０の動作を以下説明する。サンプルステージ３１は、その表面に形成された吸着孔からの負圧によって、液晶表示装置１１０をサンプルステージに強固に保持する。液晶表示装置駆動信号発生器１２０は液晶表示装置１１０に接続され、任意の定常状態の信号を出力できる。電流検出増幅器３９は、バイアス機能を有し、液晶表示装置１１０の１つの端子（第１端子）に接続されている。電流検出増幅器３９は、レーザ光照射による変動電流を増幅し、信号処理部４０へ送る。
【００９５】
（欠陥評価装置１００を用いた半導体デバイスの欠陥評価方法）
次に、本発明の実施形態２に係る欠陥評価装置１００を用いた半導体デバイスの欠陥評価方法について説明する。
【００９６】
まず、液晶表示装置１１０を、間隔を空けて設けられた２体のサンプルステージ３１上に載置し、サンプルステージ３１の吸着孔からの負圧によりＴＦＴ基板１１１を強固に保持する。
【００９７】
次に、液晶表示装置１１０の端子の１つ（第１端子）を電流検出増幅器３９に接続し、液晶表示装置１１０の１つ以上のその他の端子（第２端子）を液晶表示装置駆動信号発生器１２０に接続する。次に、液晶表示装置駆動信号発生器１２０から定常状態の信号を出す。また、電流検出増幅器３９は、バイアス印加機能を有するので、所定の電圧に設定する。
【００９８】
次に、信号処理部４０からの信号により、波長可変レーザ光源２１からレーザ光を照射する。このとき、レーザ光の波長は、バンド間準位を介した光励起キャリアが発生する波長、例えば、Ｓｉのバンドギャップ１．１２ｅＶより少しエネルギーの高い値の波長である１．０３μｍ（１．２ｅＶ）に設定する。
【００９９】
このとき、レーザ光の光線直径は、μｍオーダーからサブμｍオーダーに絞っている。
【０１００】
続いて、ＸＹスキャン光学系２４を走査することにより、レーザ光を液晶表示装置１１０にスキャン照射し、ＣＣＤカメラ５４を用いて反射像を撮影する。
【０１０１】
次にレーザ光をスキャンしながら、液晶表示装置１１０に発生する変動電流を電流検出増幅器３９で検出する。電流検出増幅器３９は、検出した電流を変動電流として信号処理部４０へ送る。
【０１０２】
次に信号処理部４０は、レーザスキャン信号と、電流検出増幅器３９から送られた変動電流とを同期させて変動電流像をモニター４２上に画く。この変動電流像を観察することによって発生する電流が変動する液晶表示装置１１０の箇所がわかる。
【０１０３】
例えば、図５に示すゲートドライバ出力バッファアンプ１４０を測定した場合、各ＴＦＴのバンドの状態は図６のようであり、オフ状態ＴＦＴのドレイン側の電界の高い領域で発生したＯＢＩＣ信号が検出できる。どのＴＦＴからＯＢＩＣ信号がでているか確認することにより、動作状態を確認することができる。もし、ＯＢＩＣ信号が発生すべきＴＦＴにＯＢＩＣ信号が検出されなければ、そのＴＦＴに不具合があると考えられる。
【０１０４】
また、局所的にＯＢＩＣ信号が強い場合は、そこに不具合があることがわかる。その箇所の光励起準位を、以下のように調べる。
【０１０５】
まず、ＸＹスキャン光学系コントローラ２５によってＸＹスキャン光学系２４を固定することにより、特定した変動電流発生領域の一点に、波長可変レーザ光源２１によるレーザ照射位置を固定する。
【０１０６】
次に、波長を、例えば４μｍから０．２μｍまで変化させて、レーザ光を照射する。このとき、準位間遷移に対応する波長で変動電流が変化し、その結果より準位のエネルギーが確認できる。
【０１０７】
尚、上記実施形態１、２では、レーザ光をＸＹスキャン光学系２４およびＸＹスキャン光学系コントローラ２５でスキャン照射したが、ＸＹＺステージ２２をスキャンしても良い。この場合、ＸＹスキャン光学系２４およびＸＹスキャン光学系コントローラ２５は不要であり、ＸＹＺステージコントローラ２３の制御信号が、信号処理システム４１に入力される。
【０１０８】
また、上記実施形態１、２では、プローブ光として波長可変レーザ光を用いたが、白色光源の光を分光器で分光した光ビームを用いてもよい。
【０１０９】
また、上記実施形態１では、評価対象の半導体デバイスとして、液晶表示装置に用いられるＴＦＴ基板を例に挙げたが、これに限定されず、ＰＤＰ（plasma display panel；プラズマディスプレイパネル）、有機ＥＬ（organic electroluminescence ）、又は、ＳＥＤ（surface-conduction electron-emitter display；表面電界ディスプレイ）等のその他の表示装置に用いられるＴＦＴ基板、又は、その他の半導体デバイス等を用いてもよい。
【０１１０】
（作用効果）
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、評価対象のＴＦＴ基板６０にレーザ光を照射してＴＦＴ基板６０に発生させた電流を検出する第１電流検出ステップと、検出した電流からＴＦＴ基板６０の欠陥位置を検出する欠陥位置検出ステップと、検出したＴＦＴ基板６０の欠陥位置にレーザ光を所定範囲で波長を変化させて照射することにより、欠陥位置における電流を検出する第２電流検出ステップと、検出した欠陥位置における電流から欠陥位置の光励起準位を検出する光励起準位検出ステップと、を備えたことを特徴とする。
【０１１１】
このような構成によれば、レーザ光を照射して発生した電流を検出することにより欠陥位置を特定したＴＦＴ基板６０に、再度レーザ光をその欠陥位置に照射して光励起準位を検出するため、ＴＦＴ基板６０の欠陥位置、即ち故障位置のみならず、故障状態も特定することができる。
【０１１２】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、第１電流検出ステップにおいて、レーザ光をＴＦＴ基板６０にスキャン照射することによりＴＦＴ基板６０に電流を発生させることを特徴とする。
【０１１３】
このような構成によれば、レーザ光をＴＦＴ基板６０にスキャン照射することによりＴＦＴ基板６０に電流を発生させるため、ＴＦＴ基板６０の欠陥評価を効率良く行うことができる。
【０１１４】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、第１電流検出ステップにおいて、レーザ光をＴＦＴ基板６０の略全面に照射することによりＴＦＴ基板６０に電流を発生させることを特徴とする。
【０１１５】
このような構成によれば、レーザ光をＴＦＴ基板６０の略全面に照射することによりＴＦＴ基板６０に電流を発生させるため、ＴＦＴ基板６０略全面にわたりその欠陥位置及び故障状態を特定することができる。
【０１１６】
本発明の実施形態２に係る半導体デバイスの欠陥評価方法は、評価対象の半導体デバイスが第１及び第２端子を有する電子回路を備えており、第１端子をプローブ光の照射により発生した電流を検出する端子として用い、第２端子を半導体デバイス駆動信号発生器に接続し、第１端子で検出する電流が一定となる駆動信号を半導体デバイスに入力した状態でプローブ光を照射することにより半導体デバイスに電流を発生させてもよい。
【０１１７】
このような構成によれば、評価対象の半導体デバイスについて、それが組み込まれた液晶表示装置等の状態で、その欠陥位置及び故障状態を特定することができるため、簡便に欠陥評価できる。
【０１１８】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価装置１０は、評価対象のＴＦＴ基板６０にレーザ光を照射する波長可変レーザ光源２１と、波長可変レーザ光源２１からレーザ光を照射することによりＴＦＴ基板６０に発生した電流を検出する電流検出増幅器３９と、電流検出増幅器３９で検出した電流からＴＦＴ基板６０の欠陥位置を検出する信号処理システム４１と、を備える。さらに、波長可変レーザ光源２１は、信号処理システム４１で検出したＴＦＴ基板６０の欠陥位置にレーザ光を所定範囲で波長を変化させて照射し、電流検出増幅器３９は、波長可変レーザ光源２１からレーザ光を所定範囲で波長を変化させて照射されることによりＴＦＴ基板６０に発生した電流を検出し、信号処理システムは、電流検出増幅器３９で検出した欠陥位置における電流から欠陥位置の光励起準位を検出することを特徴とする。
【０１１９】
このような構成によれば、レーザ光を照射して発生した電流を電流検出増幅器３９で検出することにより欠陥位置を特定したＴＦＴ基板６０に、再度レーザ光をその欠陥位置に照射して信号処理システム４１で光励起準位を検出するため、ＴＦＴ基板６０の欠陥位置、即ち故障位置のみならず、故障状態も特定することができる。
【０１２０】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価装置１０は、故障位置特定のためのレーザ光を照射するレーザ光源と、故障状態特定のためのレーザ光を照射するレーザ光源とが、いずれも波長可変レーザ光源２１であることを特徴とする。
【０１２１】
このような構成によれば、故障位置特定のためのレーザ光を照射するレーザ光源と、故障状態特定のためのレーザ光を照射するレーザ光源とで、それぞれ別体の光源を設けなくてよく、装置の構成が簡潔となる。
【０１２２】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価装置１０は、故障位置特定のための電流の検出と故障状態特定のための電流の検出とを、それぞれ電流検出増幅器３９で行うことを特徴とする。
【０１２３】
このような構成によれば、故障位置特定のための電流の検出と故障状態特定のための電流の検出とで、それぞれ別体の電流検出手段を設けなくてよく、装置の構成が簡潔となる。
【０１２４】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価装置１０は、欠陥位置の検出と光励起準位の検出とを、それぞれ信号処理システム４１で行うことを特徴とする。
【０１２５】
このような構成によれば、欠陥位置の検出と光励起準位の検出とで、それぞれ別体の検出手段を設けなくてよく、装置の構成が簡潔となる。
【０１２６】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスの欠陥評価装置１０は、波長可変レーザ光源２１が、ＴＦＴ基板６０にスキャン照射することによりＴＦＴ基板６０に電流を発生させるように構成されていることを特徴とする。
【０１２７】
このような構成によれば、波長可変レーザ光源２１が、レーザ光をＴＦＴ基板６０にスキャン照射することによりＴＦＴ基板６０に電流を発生させるため、ＴＦＴ基板６０の欠陥評価を効率良く行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
以上説明したように、本発明は、半導体デバイスの欠陥評価方法及び欠陥評価装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の実施形態１に係る欠陥評価装置１０の模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るＳｉとＳｉＯ２の界面準位間エネルギーを示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る電流とフォトンエネルギーとの相関図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る欠陥評価装置１００の模式図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る液晶表示装置ゲートドライバ回路測定例の説明図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る出力バッファアンプ構成ＴＦＴバンド図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０，１００      欠陥評価装置
２０      光照射部
２１      波長可変レーザ光源
２２      ＸＹＺステージ
２３      ＸＹＺステージコントローラ
２４      ＸＹスキャン光学系
２５      ＸＹスキャン光学系コントローラ
２６      ミラー
２７，５２，７２      ハーフミラー
２８，５３，７３，７４      レンズ
３０      電流検出部
３１      サンプルステージ
３２，３３，３４      プローブ針
３５，３６，３７      マニュピレータ
３９      電流検出増幅器
４０      信号処理部
４１      信号処理システム
４２      モニター
５０      サンプル観察用光学顕微鏡システム
３８，５１，７１      光源
５４      ＣＣＤカメラ
７０      マニュピレータ用光学顕微鏡システム
１１０  液晶表示装置
１２０  液晶表示装置駆動信号発生器
１３０  電流検出部
１４０  ゲートドライバ出力バッファアンプ
１４１  ＴＦＴ１
１４２  ＴＦＴ２
１４３  ＴＦＴ３
１４４  ＴＦＴ４
１５０  ゲートドライバ回路（出力バッファアンプ前段）
【図１】
2008046101.tif 000003
【図２】
2008046101.tif 000004
【図３】
2008046101.tif 000005
【図４】
2008046101.tif 000006
【図５】
2008046101.tif 000007
【図６】
2008046101.tif 000008