JP2015023114A

JP2015023114A - 半導体素子の評価方法

Info

Publication number: JP2015023114A
Application number: JP2013149300A
Authority: JP
Inventors: 大槻　剛; Takeshi Otsuki; 剛大槻
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2015-02-02

Abstract

【課題】特殊な薬液や非常に高価な装置を用いることなく、不良箇所を高精度で特定できる半導体素子の評価方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体素子に電圧を印加し、不良箇所からの発熱を検知することで不良箇所を特定する半導体素子の評価方法であって、被評価素子に低融点有機材料を塗布する工程と、前記被評価素子を載置台に載せる工程と、前記被評価素子に電圧を印加し、不良箇所からの発熱により前記低融点有機材料が溶けた領域を検知することで、不良箇所を特定する工程とを有し、前記不良箇所を特定する工程において、前記被評価素子を冷却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

Description

本発明は、半導体素子の評価方法に関し、特に半導体基板上に作製された各種デバイスの不良箇所を特定するための評価方法に関するものである。

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として、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解析することがよく行われる。
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できれば、収束イオンビーム（ＦＩＢ：ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ）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。
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。

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方法（特許文献１）や、発熱をＩＲカメラで特定する方法（特許文献２）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３）などが知られている。

特開２００４−３６１１６９号公報特開２００９−２８８０９０号公報特開平０９−０５５４０８号公報

しかしながら、上述したいずれの方法も特殊な薬液や非常に高価な装置を使用することから、簡便に不良箇所を特定することができない。
一方、非常に簡単な方法として、デバイス表面にワセリンのような低融点有機材料を薄く塗布して、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すと、不良箇所からの局所的発熱により局所的にワセリンが溶解し、ワセリンが溶解した領域を検知することで不良箇所を特定する方法が考えられる。

しかしながら、発明者が検討した結果、この方法では発熱により必要以上に低融点有機材料が溶解し、不良箇所の位置特定の精度が悪くなるという問題があることを見出した。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、特殊な薬液や非常に高価な装置を用いることなく、不良箇所を高精度で特定できる半導体素子の評価方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、半導体素子に電圧を印加し、不良箇所からの発熱を検知することで不良箇所を特定する半導体素子の評価方法であって、被評価素子に低融点有機材料を塗布する工程と、前記被評価素子を載置台に載せる工程と、前記被評価素子に電圧を印加し、不良箇所からの発熱により前記低融点有機材料が溶けた領域を検知することで、不良箇所を特定する工程とを有し、前記不良箇所を特定する工程において、前記被評価素子を冷却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。

このように、不良箇所を特定する工程において、被評価素子を冷却して、不良箇所からの熱を吸収させて低融点有機材料が溶けすぎないようにすることで、低融点有機材料が必要以上に溶解することを防ぐことが可能になり、位置特定の精度を向上させることができる。

ここで、前記載置台を冷却することで、前記被評価素子を冷却することが好ましい。
このように、被評価素子を載せている載置台を冷却することで、より効率的に被評価素子を冷却することができる。

また、載置台の温度が０±３℃となるように前記載置台を冷却することが好ましい。
載置台の温度を上記の温度範囲内に制御することで、不良箇所からの熱を適度に吸収することができ、不良箇所近傍の低融点有機材料のみを溶解させることができる。

ここで、ペルチェ素子を用いて前記載置台を冷却することが好ましい。
載置台の冷却手段としてペルチェ素子を用いることで、簡素な構成で安定して載置台を冷却することができる。

また、前記低融点有機材料として、ワセリンを用いることができる。
このように、低融点有機材料として、安価で人体に無害なワセリンを好適に用いることができる。

以上のように、本発明によれば、電圧を印加して不良箇所を特定する工程において、被評価素子を冷却して、不良箇所からの熱を吸収させて低融点有機材料が溶けすぎないようにすることで、低融点有機材料が必要以上に溶解することを防ぐことが可能になり、不良箇所の位置特定の精度を向上させることが可能になる。

本発明の半導体素子の評価方法を示すフローである。本発明の半導体素子の評価を行うときに用いる評価装置を示す図である。実施例の電圧印加後のウェーハ表面を示す図である。比較例の電圧印加後のウェーハ表面を示す図である。

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、特殊な薬液や非常に高価な装置を使用することなく、簡便に不良箇所を特定する方法として、不良箇所からの局所的発熱により局所的にワセリンが溶解した領域を検知することで不良箇所を特定する方法が考えられるが、この方法では、発熱により必要以上に低融点有機材料が溶解し、不良箇所の位置特定の精度が悪くなるという問題があった。

そこで、発明者は、特殊薬液や非常に高価な装置を用いることなく、高精度で不良箇所を特定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、電圧を印加して不良箇所を特定する工程において、被評価素子を冷却して、不良箇所からの熱を吸収させて低融点有機材料が溶けすぎないようにすることで、低融点有機材料が必要以上に溶解することを防ぐことができ、不良箇所の位置特定の精度を向上させることができることを見出し、本発明をなすに至った。

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を説明する。
まず、被評価素子に低融点有機材料を薄く塗布する（図１のステップＳ１１参照）。
具体的には、被評価素子１の表面上に、低融点有機材料４を塗布する。低融点有機材料４として、例えば、安価で人体に無害なワセリンを用いることができる。

次に、被評価素子を載置台に載せる（図１のステップＳ１２参照）。
具体的には、ステップＳ１２で低融点有機材料４を塗布された被評価素子１を評価装置１０の載置台２に載せる。
載置台２は、冷却機構が付いていることが好ましい。また、載置台２は、ペルチェ素子を用いて冷却されることが好ましい。載置台２の冷却手段としてペルチェ素子を用いることで、簡素な構成で安定して載置台２を冷却することができる。
ここで、ペルチェ素子とは、２種類の金属の接合部に電流を流すと一方の金属から他方の金属へ熱が移動するというペルチェ効果を利用した板状の半導体素子である。

次に、被評価素子の冷却を開始する（図１のステップＳ１３参照）。
具体的には、載置台２に載せた被評価素子１の冷却を開始する。ここで被評価素子１の冷却は、載置台２を冷却することで行うことが好ましい。
載置台２を冷却することで被評価素子１の冷却を行う場合、載置台２は０℃近傍、具体的には、０±３℃で温度制御することが好ましい。
上記の温度範囲であれば、不良箇所から発生する熱の一部を吸収することで低融点有機材料４が溶けすぎないようにすることができるとともに、冷却しすぎて不良箇所からの発熱が全て吸収されてしまい、低融点有機材料４の溶解が起こらず、低融点有機材料４での位置特定が不可能になることを防止することができる。

次に、被評価素子に電圧を印加する（図１のステップＳ１４参照）。
具体的には、評価装置１０の載置台２上に載せた被評価素子１の表面に形成された電極パッドにプローブ針６を当てて、電圧印加装置（例えば、テスタ）５からプローブ針６を介して被評価素子１に電圧を印加する。

次に、不良箇所からの発熱により低融点有機材料が溶けた領域を検知することで半導体素子の不良箇所を特定する（図１のステップＳ１５参照）。
具体的には、被評価素子１に電圧を印加した状態で、撮像装置（例えば、カメラ）３により被評価素子１の表面を観察する。撮像装置３によって取得された画像から低融点有機材料４が溶けた領域を検知し、半導体素子の不良箇所を特定する。
このときに、被評価素子１は冷却されているので、不良箇所から発生する熱の一部を吸収することで低融点有機材料４が溶けすぎないようにすることができ、不良箇所の特定を高精度で行うことができる。

半導体素子の不良箇所の特定が完了したら、被評価素子の冷却を終了させる（図１のステップＳ１６参照）。

上記のようにして、図２の評価装置１０を用いて、図１に示すフローに従って半導体素子の不良箇所を特定することができる。

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。

（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の厚さのゲート酸化膜形成を行い、これにリンドープされたポリシリコンを堆積させ、その後フォトリソグラフィー工程、エッチング工程により、ポリシリコンを電極パターンに加工し、ＭＯＳキャパシタを作製した。

ＭＯＳキャパシタが形成されたウェーハについて、図２に示す評価装置１０を用いて図１に示すフローに従って不良箇所の特定を行った。なお、低融点有機材料４としてワセリンを用いた。
また、載置台２を冷却することでウェーハの冷却を行い、載置台２の温度が０℃となるように温度制御した。
さらに、電圧の印加については、ＭＯＳキャパシタのポリシリコン電極に電圧を０Ｖから３００Ｖまでステップ状に昇圧した。昇圧速度は１Ｖ／ｓｅｃとし、１Ｖステップで３００Ｖまで昇圧した。
電圧印加後に、酸化膜が破壊された箇所の特定を試みた。その結果を図３に示す。
図３に示すように破壊箇所が非常にピンポイントで観察されていることがわかる。

（比較例）
実施例と同様にしてＭＯＳキャパシタを作製した。
ＭＯＳキャパシタが形成されたウェーハについて、実施例と同様にして不良箇所の特定を行った。ただし、ウェーハの冷却は行わずに、載置台２の温度は室温とした。
電圧印加後に、酸化膜が破壊された箇所の特定を試みた。その結果を図４に示す。
図４に示すように破壊箇所からの発熱量が大きすぎてワセリンが広範囲で溶解してしまい（図４の円内の領域を参照）、破壊箇所の特定の精度が悪くなっていることがわかる。

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。

１…被評価素子、２…載置台（冷却機能付き載置台）、３…撮像装置（カメラ）、
４…低融点有機材料（ワセリン）、５…電圧印加装置（テスタ）、
６…プローブ針、１０…評価装置。

Claims

半導体素子に電圧を印加し、不良箇所からの発熱を検知することで不良箇所を特定する半導体素子の評価方法であって、
被評価素子に低融点有機材料を塗布する工程と、
前記被評価素子を載置台に載せる工程と、
前記被評価素子に電圧を印加し、不良箇所からの発熱により前記低融点有機材料が溶けた領域を検知することで、不良箇所を特定する工程と
を有し、
前記不良箇所を特定する工程において、前記被評価素子を冷却することを特徴とする半導体素子の評価方法。
前記載置台を冷却することで、前記被評価素子を冷却することを特徴とする半導体素子の評価方法。
前記載置台の温度が０±３℃となるように前記載置台を冷却することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の評価方法。
ペルチェ素子を用いて前記載置台を冷却することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体素子の評価方法。
前記低融点有機材料として、ワセリンを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体素子の評価方法。