半導体装置の故障位置解析方法及び装置
【課題】ＳｉＣ半導体装置における故障位置をＯＢＩＲＣＨ法により解析して特定できるようにした半導体装置の故障位置解析方法及び装置を提供する。
【解決手段】半導体装置の基板の裏面側から、該基板の表面側のデバイス及び回路に、レーザー光を走査しながら照射して加熱すると共に、前記デバイス及び回路に電流を流し、電流の変化によって抵抗値変化を検出して、故障位置を解析する半導体装置の故障位置解析方法において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いる。
【解決手段】半導体装置の基板の裏面側から、該基板の表面側のデバイス及び回路に、レーザー光を走査しながら照射して加熱すると共に、前記デバイス及び回路に電流を流し、電流の変化によって抵抗値変化を検出して、故障位置を解析する半導体装置の故障位置解析方法において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の故障位置をＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）法によって解析する半導体装置の故障位置解析方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の故障位置の特定は、液晶法、エミッション顕微鏡及びＯＢＩＲＣＨ法などにより行われている。中でも、ＯＢＩＲＣＨ法は、断線・ショート・コンタクト不良などのリーク欠陥を見出すのに有効な手法であり、欠陥部にレーザー光を照射し局所的に加熱して、生じる抵抗変化を検出し、欠陥位置を特定する方法である。
【０００３】
ＯＢＩＲＣＨ法による解析技術として、下記特許文献１には、所定の一定電流を通電した半導体集積回路等の試料にレーザービームを走査しながら照射し、前記照射に伴う前記試料の抵抗値変化を電圧値変化として測定することにより、前記試料の欠陥箇所を検査する定電流型ビーム照射加熱抵抗変化測定装置における改善技術が開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、電流を通電した試料にレーザービームを走査しながら照射し、前記照射に伴う前記試料の抵抗値変化に基づいて、前記試料の欠陥箇所を検査するビーム照射加熱抵抗変化測定装置において、前記試料に電流を供給する電源ラインに磁場検出装置を設け、前記磁場検出装置によって検出された前記電源ラインにおける磁場変化に基づいて、前記試料に通電される電流の変化量を測定することを特徴とするビーム照射加熱抵抗変化測定装置が開示されている。
【０００５】
更に、下記特許文献３には、試料の第１照射対象部にレーザー光を照射したときに生じる前記試料内の熱の分布に基づき前記第１照射対象部から所定距離離れた箇所に第２照射対象部を設定する設定部と、前記設定部によって設定された前記第１照射対象部に前記レーザー光を照射して前記第１照射対象部の検査を行い、前記第１照射対象部の検査後に、前記設定部によって設定された前記第２照射対象部に前記レーザー光を照射して前記第２照射対象部の検査を行う検査部と、を有することを特徴とする欠陥検査装置が開示されている。
【０００６】
一方、パワー半導体などの半導体装置は、デバイス表側の活性部上にメタルが全面成膜される構造であるため、ＯＢＩＲＣＨ法により検査を行う場合、レーザーをデバイスの裏面から入射させ、デバイス表面近傍の欠陥に照射する必要があった。このように、デバイスの裏面側からレーザーを照射する場合、レーザーとしては、Ｓｉ基板に対する透過性が要求されることから、Ｓｉのバンドギャップ以下である、波長１３６０ｎｍのレーザーが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１１８８８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４０３０号公報
【特許文献３】特開２００９−２３６６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、パワー半導体などの半導体装置においては、耐圧性に優れたワイドギャップ半導体、例えばＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体が利用されつつあり、特にＳｉＣ半導体は、次世代半導体として注目されている。ＳｉＣ半導体装置としては、ＮドープＳｉＣ基板を用いたものが多く採用されている。
【０００９】
しかしながら、ＮドープＳｉＣ基板を用いたＳｉＣ半導体装置で電気的にリークが発生しているサンプルを使って、ＯＢＩＲＣＨ法による従来の解析装置を用いて測定を行ってみたところ、抵抗変化が生じる位置を見つけることができず、欠陥の位置の特定ができないことがわかった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ＳｉＣ半導体装置における故障位置をＯＢＩＲＣＨ法により解析して特定できるようにした半導体装置の故障位置解析方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究した結果、ＮドープＳｉＣ基板は、光の透過性に関して、光の波長によって変化する特定のスペクトルを有していることを見出した。そして、そのスペクトルの最も高いピーク近傍の特定の波長のレーザー光を照射することにより、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することができることを発見し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の半導体装置の故障位置解析方法は、半導体装置の基板の裏面側から、該基板の表面側のデバイス及び回路に、レーザー光を走査しながら照射して加熱すると共に、前記デバイス及び回路に電流を流し、電流の変化によって抵抗値変化を検出して、故障位置を解析する半導体装置の故障位置解析方法において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置の故障位置解析方法によれば、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側から、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射することにより、基板を透過させて表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射して加熱できるようになり、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することが可能となる。
【００１４】
また、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光は、高い透過率を示すだけでなく、ＳｉＣのバンド端より低エネルギー側に離れているので、レーザー励起時にキャリアがバンドを超えて、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current)が発生する確率が激減する。このため、測定時のＳＮが向上し、欠陥部位をクリアに検出できる。
【００１５】
本発明の半導体装置の故障位置解析方法においては、前記基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、前記基板の裏面側を加工して薄板化した後、前記故障位置の解析を行うことが好ましい。
【００１６】
基板の厚さを２０〜２００μｍに調整することにより、基板の取り扱い性を損なうことなく、レーザー光の透過性を高めて、表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射することができ、ＯＢＩＲＣＨ法による故障位置の解析を容易にすることができる。
【００１７】
また、故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射するか、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すことが好ましい。
【００１８】
ＯＢＩＲＣＨ法による解析に用いる波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光の強度を高めて照射することにより、表面側のデバイス及び回路にレーザー光による熱損傷部を形成し、これをマーカーとすることができる。また、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射することにより、基板の裏面側にレーザー光による熱損傷部を形成し、これをマーカーとすることもできる。
【００１９】
また、本発明の半導体装置の故障位置解析装置は、検査すべき半導体装置を載置する試料ステージと、前記半導体装置の基板の裏面側からレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射装置と、前記半導体装置のデバイス及び回路に電流を流す通電手段と、前記デバイス及び回路に流れる電流の変化によって抵抗値変化を検出する抵抗値測定手段とを備えた半導体装置の故障位置解析装置において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光照射手段が、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置によれば、検査すべき半導体装置を試料ステージに設置し、レーザー光照射装置により、半導体装置の基板の裏面側からレーザー光を走査しながら照射すると共に、通電手段により、半導体装置のデバイス及び回路に電流を流し、抵抗値測定手段によってデバイス及び回路に流れる電流の変化による抵抗値変化を検出することにより、故障位置を解析して特定することができる。
【００２１】
そして、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側から、レーザー光照射手段により、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射することにより、基板を透過させて表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射して加熱できるようになり、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することが可能となる。また、測定時のＳＮを向上させて、欠陥部位をクリアに検出できる。
【００２２】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置においては、前記半導体装置が、その基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、該基板の裏面側を加工して薄板化されたものであることが好ましい。
【００２３】
これによれば、前述したように、基板の取り扱い性を損なうことなく、レーザー光の透過性を高めて、表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射することができ、ＯＢＩＲＣＨ法による故障位置の解析を容易にすることができる。
【００２４】
また、特定された故障位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射するか、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備えることが好ましい。
【００２５】
前述したように、レーザー光の強度を高めて照射する場合には、表面側のデバイス及び回路にレーザー光による熱損傷部を形成して、マーカーとすることができ、また、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射する場合には、基板の裏面側にレーザー光による熱損傷部を形成して、マーカーとすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側から、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射することにより、基板を透過させて表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射して加熱できるようになり、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することが可能となる。
【００２７】
また、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光は、高い透過率を示すだけでなく、ＳｉＣのバンド端より低エネルギー側に離れているので、レーザー励起時にキャリアがバンドを超えて、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current)が発生する確率を激減させ、測定時のＳＮを向上させて、欠陥部位をクリアに検出できる。
こうして故障解析が可能になるため、半導体装置の製造プロセスを最適化することにより、高品質のＳｉＣ半導体装置の量産が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による半導体装置の故障解析装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】ＮドープＳｉＣ基板の透過スペクトルを示す図表である。
【図３】ＳｉＣ基板を有するショットキーバリアダイオードの断面図である。
【図４】試験例の試料として用いた、ＳｉＣ基板を有するショットキーバリアダイオードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１には、本発明による半導体装置の故障位置解析装置の一実施形態が示されている。すなわち、この半導体装置の故障位置解析装置１０は、試料１１を設置する試料ステージ１２を有している。試料ステージ１２は、試料１１を載置した状態で、後述するレーザー光照射装置に位置合せするため、好ましくはＸ−Ｙ方向に移動可能とされており、更にＺ方向にも移動可能とされていてもよい。
【００３０】
試料ステージ１２の下方には、本発明のレーザー光照射装置としての共焦点レーザー顕微鏡１３が配置されている。ここで、共焦点レーザー顕微鏡とは、レーザービームを用いて「共焦点方式」と呼ばれる方式で、かつレーザービームを試料１１に対してＸ−Ｙ方向に走査を行うことができる機構を備えた顕微鏡である。光源から照射されるレーザーを、対物レンズを用いて焦点（ビームスポット）に絞り込み、内蔵するミラー等によって照射方向を制御して、試料面上に２次元スキャンすることによって、サンプル面からの反射や散乱光を光検出器で検出する。サンプル面上における焦点は結像面においても焦点となる。この焦点部分だけを選択して検出することから「共焦点」と呼ばれている。
【００３１】
本発明において、レーザー光照射装置としては、共焦点レーザー顕微鏡に限らず、光源としてレーザーを用い、小さく絞ったレーザー光スポットで測定試料を走査しながら照射する機能を有しているものであれば、いずれも使用できる。ただし、本発明においては、特定の波長のレーザー光を照射できる装置を用いる必要がある。これについては、後に詳しく説明する。
【００３２】
共焦点レーザー顕微鏡１３のスキャニング（走査）は、スキャニング・コントローラ２５によって制御されるようになっている。
【００３３】
また、試料１１に対して電圧を印加する電圧印加装置１４と、試料１１に接触して電流を流させるプローブ１５とが設けられており、この電圧印加装置１４及びプローブ１５が本発明における通電手段を構成している。この実施形態では、電圧印加装置１４の一方の電極が、試料１１となる半導体装置の基板の裏面側に接続され、他方の電極がプローブ１５を介して同半導体装置の基板の表面側に接続されている。ただし、通電手段としては、上記構造以外の各種の構造のものが採用できる。
【００３４】
上記通電手段の電流回路には、本発明における抵抗値測定手段としての抵抗測定装置１６が設置されている。
【００３５】
スキャニング・コントローラ２５及び抵抗測定装置１６は、イメージ・プロセッサ１７に接続され、イメージ・プロセッサ１７は、更にＰＣ（パーソナルコンピュータ）１８に接続されている。
【００３６】
スキャニング・コントローラ２５は、共焦点レーザー顕微鏡１３のスキャニングを制御すると共に、共焦点レーザー顕微鏡１３から送られてくる画像情報をイメージ・プロセッサ１７に送る。
【００３７】
抵抗測定装置１６は、共焦点レーザー顕微鏡１３によりスキャニングしつつレーザー光を照射する操作に同期して、電圧印加装置１４及びプローブ１５からなる通電手段によって流れる電流値の変化に基づいて抵抗値の変化を測定し、その情報をイメージ・プロセッサ１７に送る。
【００３８】
イメージ・プロセッサ１７は、スキャニング・コントローラ２５を介して共焦点レーザー顕微鏡１３から送られてくる画像情報上に、抵抗測定装置１６から送られてくる抵抗値の変化情報をプロットし、それらの情報をＰＣ１８に送る。
【００３９】
ＰＣ１８は、イメージ・プロセッサ１７から送られてくる画像情報上に抵抗値の変化情報がプロットされたデータに基づいて、故障箇所を解析し、その位置を画像や位置情報として、図示しない表示装置に表示したり、記憶手段に保存したり、プリンタによって印刷することができる。
【００４０】
以上の構成は、ＯＢＩＲＣＨ法による従来の半導体装置の故障位置解析装置と基本的に同じである。本発明では、ＯＢＩＲＣＨ法により故障位置を解析する装置であれば、他の構造のものも採用することができる。
【００４１】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置１０の特徴は、試料１１として、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置を対象とすること、レーザー光照射装置（この実施形態では共焦点レーザー顕微鏡１３）として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるものを用いる点にある。
【００４２】
本発明で対象とするＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置としては、例えばショットキーバリアダイオード、ＰＩＮダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワー半導体などが挙げられる。
【００４３】
ＳｉＣ基板は、ＮやＰをイオン注入することにより低抵抗のｎ型ＳｉＣ基板となり、ＡｌやＢをイオン注入することにより低抵抗のｐ型ＳｉＣ基板となる。本発明者らは、ＳｉＣ基板のレーザー光の透過性は、波長によって変化するスペクトルを有しており、しかもそのスペクトルは、注入されるイオンによっても異なっていることを発見した。
【００４４】
これまでの技術常識からすれば、適用する基板のバンドギャップ以下である波長のレーザー光を用いれば、透過性も十分に得られ、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current)の発生も抑制されると考えられていた。このため、本発明者らも、Ｓｉ基板を用いた半導体装置の故障位置解析装置として用いられている、波長１３６０ｎｍのレーザー光を照射する従来のＯＢＩＲＣＨ法による故障位置解析装置によって、ＳｉＣ基板を用いた半導体装置も同様に故障位置を解析できるだろうと推定し、実験を行ったところ、上記装置では、抵抗変化が生じる位置を見つけることができず、欠陥の位置の特定ができないことがわかった。
【００４５】
そこで、ＮドープＳｉＣ基板を用い、分光光度計により、その透過率を測定し、波長による透過スペクトルを求めたところ、図２に示されるような結果が得られた。
【００４６】
すなわち、従来の故障位置解析装置でＮドープＳｉＣ基板の欠陥位置の特定ができなかった理由は、波長１３６０ｎｍのレーザー光では、ＮドープＳｉＣ基板に対する透過率が極めて低く、それによってレーザー光による加熱が十分になされず、ＳＮを高くした抵抗変化の測定ができないことが原因であることがわかった。
【００４７】
そして、図２に示されるＮドープＳｉＣ基板の透過スペクトルに基づいて、照射するレーザー光の波長を種々選択して、故障位置の解析実験を繰り返したところ、レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いることにより、故障箇所をクリアに検出して故障位置を特定できることがわかったのである。
【００４８】
波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるレーザーとしては、６５８、６７０、６８５、７８０、８０８ｎｍなどの波長のレーザー光を安定して発振するガス又は半導体レーザーを用いることができる。特には、６８５ｎｍのレーザー光を発振する半導体レーザーが好ましく用いられる。
【００４９】
また、レーザー光の透過率を高めるため、必要に応じて、半導体装置の基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、同基板の裏面側を加工して薄板化した後、故障位置の解析を行うことが好ましい。基板の厚さが２０μｍ未満では、破損しやすくなるため、取り扱い性が悪くなる。基板の厚さが２００μｍを超えると、レーザー光の強さによっては、透過光量が不足して、効果的に加熱できなくなる可能性がある。
【００５０】
ＳｉＣ半導体装置の基板の薄板化は、基板の裏面側の電極等を、王水への浸漬等の手段で剥離し、研磨加工等の手段で処理することにより行うことができる。
【００５１】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置１０においては、更に、故障位置が特定された場合は、その位置の箇所の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射するか、もしくは前記基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を設けることが好ましい。
【００５２】
この実施形態では、レーザー光照射装置としての共焦点レーザー顕微鏡１３に、レーザー光の出力を高めて照射する手段、又はＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射する手段が設けられており、ＰＣに接続されたマーキング用レーザーコントローラ１９によって、これらが制御されるようになっている。
【００５３】
上記レーザー光の出力を高めて照射する手段としては、故障位置解析に用いる波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を発振するレーザーを用いて、パルス化等の方法によって、マーキングすべき箇所に出力を高めたレーザー光を照射する手段を用いることができる。レーザー光の出力を高めて照射する手段を用いた場合は、半導体装置の基板の表面側のデバイス及び回路にマーキングを施すことができる。
【００５４】
また、上記ＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射する手段としては、図２に示される透過スペクトルの谷の近傍に位置する波長のレーザーを照射する手段を用いることができる。具体的には、４５５〜４７０ｎｍ、１４００〜２０００ｎｍの波長のレーザー光を照射できるガス又は半導体レーザーを用いることができる。また、ＮドープＳｉＣ基板に対する透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射する手段を用いることもできる。ＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を用いた場合は、半導体装置の基板の裏面側にマーキングを施すことができる。
【００５５】
次に、本発明による半導体装置の故障位置解析方法の一実施形態について説明する。本発明による半導体装置の故障位置解析方法は、例えば上記故障位置解析装置１０を用いて行うことができる。
【００５６】
まず、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側に、レーザー光の透過を妨げる層、例えば金属電極層等が形成されている場合には、前述したような方法により、これらの層を剥離する。次に、基板の厚さが２００μｍを超える場合は、前述したような方法により、好ましくは２０〜２００μｍの厚さとなるように加工する。ただし、使用するレーザー光の強さが十分得られる場合には、２００μｍを超える厚さのものであっても解析が可能な場合もある。
【００５７】
こうして必要により薄板化した半導体装置を試料１１として、その基板の裏面側をレーザー光照射装置、この実施形態では共焦点レーザー顕微鏡１３に向けて、試料ステージ１２上に設置する。試料ステージ１２は、試料１１の検査すべき領域が共焦点レーザー顕微鏡１３に正対するように、試料１１を移動させる。
【００５８】
次いで、電圧印加装置１４の一方の電極を試料１１の基板の裏面側に接触させ、他方の電極をプローブ１５介して基板の表面側のデバイス及び回路、例えば電極層等に接触させる。その状態で、電圧印加装置１４により、所定の電圧を印加し、試料１１である半導体装置に通電を行う。
【００５９】
それと共に、スキャニング・コントローラ２５により、共焦点レーザー顕微鏡１３を制御して、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を走査しながら試料１１の基板の背面側から照射する。レーザー光が基板の表面側のデバイス及び回路に照射されると、その部分が局所的に加熱され、その部分の抵抗値が変化するため、試料１１である半導体装置を流れる電流値が変化する。この電流値の変化に基づいて、抵抗測定装置１６により抵抗値の変化が測定され、その情報がイメージ・プロセッサ１７に送られる。
【００６０】
このとき、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いるので、ＮドープＳｉＣ基板に対する透過性がよく、レーザー光が基板の表面側のデバイス及び回路に効果的に照射され、局所的な加熱を良好に行って、ＳＮの高い抵抗値変化情報を得ることができる。
【００６１】
一方、スキャニング・コントローラ２５は、共焦点レーザー顕微鏡１３によって得られる画像情報（レーザー光の照射によって生じる反射光、透過光、蛍光などに基づいて形成される画像情報）をイメージ・プロセッサ１７に送る。
【００６２】
イメージ・プロセッサ１７は、スキャニング・コントローラ２５から送られてくる画像情報上に、抵抗測定装置１６から送られてくる抵抗値の変化情報をプロットし、それらの情報をＰＣ１８に送る。
【００６３】
ＰＣ１８は、イメージ・プロセッサ１７から送られてくる画像情報上に抵抗値の変化情報がプロットされたデータに基づいて、故障箇所を解析し、その位置を画像や位置情報として、図示しない表示装置に表示したり、記憶手段に保存したり、プリンタによって印刷することができる。こうして、ＰＣ１８によって、故障箇所の位置が特定され、表示装置等にその位置が表示されることになる。
【００６４】
こうして得られる画像情報は、例えば抵抗値が高い部分は暗く、抵抗値が低い部分は明るく表示され、配線部等の正常部分は暗くなり、配線部等に断線が生じていれば、暗いパターンに中断した明るい部分が表示され、加熱によって導電性が向上するような異物が存在している場合には、その部分が極度に明るく表示されることになるので、故障箇所を特定することができる。
【００６５】
一方、故障箇所の位置が特定されると、ＰＣ１８は、マーキング用レーザーコントローラ１９に制御信号を送り、マーキング用レーザーコントローラ１９によって、共焦点レーザー顕微鏡１３からマーキング用のレーザー光が照射される。
【００６６】
このレーザー光は、前述したように、故障位置解析に用いる波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を発振するレーザーを用いて、パルス化等の方法によって、マーキングすべき箇所に出力を高めたレーザー光を照射する手段、あるいはＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射する手段からなり、前者の場合は半導体装置の基板の表面側のデバイス及び回路にマーキングを施すことができ、後者の場合は半導体装置の基板の裏面側にマーキングを施すことができる。ここでＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長は、４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍであって良いし、ＮドープＳｉＣ基板の透過率が２％以下となる波長であっても良い。
【００６７】
こうして故障位置の近傍にマーキングを施した後、そのマーキングを目印にして、電子顕微鏡等によって、内部構造を詳細に検査することにより、故障箇所の正確な位置や、故障の原因などを究明することが可能となる。
【実施例】
【００６８】
以下に本発明の実施例及び比較例を挙げて説明する。
【００６９】
[実施例１〜８] [比較例１〜４]
図３に示すショットキーバリアダイオードを常法により製造した。このショットキーバリアダイオード２０は、ＮドープＳｉＣ基板２１と、その表面側に形成されたTi/Al（TiがSiCとの界面で、その上にAlを成膜したもの）からなるアノード電極（ショットキー電極）２２と、裏面側に形成されたNi/Ti/Al（NiがSiCとの界面にあり、その上にTiとAlを成膜したもの）からなるカソード電極（オーミック電極）２３とで構成されている。ＮドープＳｉＣ基板２１は、ドリフト層２１ａと、カソード層２１ｂとで構成されている。ＮドープＳｉＣ基板２１の厚さは３５０μｍである。
【００７０】
このショットキーバリアダイオード２０のチップ表面に、φ１μｍのパターンで、高濃度（１０２１atoms/cm3）のＰを打ち込むことで、図４に示すように、アノード電極（ショットキー電極）２２の中に、オーミック接合となる部分２４を形成して試料とした。
【００７１】
この試料の裏面側のカソード電極（オーミック電極）２３を王水で剥離し、裏面側から平面研磨装置で研磨し、ＮドープＳｉＣ基板２１の板厚を２０、５０、１００、２００μｍにした各試料を作成した。また、カソード電極（オーミック電極）２３を剥離しただけの、ＮドープＳｉＣ基板２１の板厚が３５０μｍの試料も作成した。
【００７２】
これらの試料を用い、図１に示した構造の半導体装置の故障位置解析装置１０により、レーザー光の波長を変えて、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置（オーミック接合となる部分２４の位置）を解析し、故障位置の特定が可能であったか否かを調査した。
【００７３】
すなわち、下記表１に示すように、レーザー光の波長を変えると共に、基板２１の厚さを変えて、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が可能かどうかを実験した。なお、レーザー光の入射強度は、いずれも１００ｍＷとした。
【００７４】
その結果を表１に示す。表１中、◎は、故障箇所をクリアに検出できたこと、○は故障箇所を検出できたこと、×は故障箇所を検出できなかったことを表す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１の結果から、レーザー光の波長が６５８ｎｍ、６８５ｎｍ、８０８ｎｍの場合、基板の厚さが１００μｍでも、２００μｍでも、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が可能であることがわかる（実施例１〜９参照）。
【００７７】
また、レーザー光の波長が５３２ｎｍの場合、基板の厚さが１００μｍであれば、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が可能であるが、基板の厚さが２００μｍになると、検出ができないことがわかる（比較例１、３参照）。
【００７８】
更に、レーザー光の波長が１３００ｎｍの場合は、基板の厚さが１００μｍでも、２００μｍでも、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が不可能であった（比較例２、４参照）。
【００７９】
更にまた、基板の厚さが３５０μｍになると、レーザー光の波長が６８５ｎｍでも故障箇所の検出ができなかった（実施例９参照）。ただし、基板の厚さが３５０μｍでもレーザー光の強度を高めることにより、故障位置の検出は可能であった。
【符号の説明】
【００８０】
１０：半導体装置の故障位置解析装置
１１：試料（検査すべき半導体装置）
１２：試料ステージ
１３：共焦点レーザー顕微鏡
１４：電圧印加装置
１５：プローブ
１６：抵抗測定装置
１７：イメージ・プロセッサ
１８：ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
１９：マーキング用レーザーコントローラ
２５：スキャニング・コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の故障位置をＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）法によって解析する半導体装置の故障位置解析方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の故障位置の特定は、液晶法、エミッション顕微鏡及びＯＢＩＲＣＨ法などにより行われている。中でも、ＯＢＩＲＣＨ法は、断線・ショート・コンタクト不良などのリーク欠陥を見出すのに有効な手法であり、欠陥部にレーザー光を照射し局所的に加熱して、生じる抵抗変化を検出し、欠陥位置を特定する方法である。
【０００３】
ＯＢＩＲＣＨ法による解析技術として、下記特許文献１には、所定の一定電流を通電した半導体集積回路等の試料にレーザービームを走査しながら照射し、前記照射に伴う前記試料の抵抗値変化を電圧値変化として測定することにより、前記試料の欠陥箇所を検査する定電流型ビーム照射加熱抵抗変化測定装置における改善技術が開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、電流を通電した試料にレーザービームを走査しながら照射し、前記照射に伴う前記試料の抵抗値変化に基づいて、前記試料の欠陥箇所を検査するビーム照射加熱抵抗変化測定装置において、前記試料に電流を供給する電源ラインに磁場検出装置を設け、前記磁場検出装置によって検出された前記電源ラインにおける磁場変化に基づいて、前記試料に通電される電流の変化量を測定することを特徴とするビーム照射加熱抵抗変化測定装置が開示されている。
【０００５】
更に、下記特許文献３には、試料の第１照射対象部にレーザー光を照射したときに生じる前記試料内の熱の分布に基づき前記第１照射対象部から所定距離離れた箇所に第２照射対象部を設定する設定部と、前記設定部によって設定された前記第１照射対象部に前記レーザー光を照射して前記第１照射対象部の検査を行い、前記第１照射対象部の検査後に、前記設定部によって設定された前記第２照射対象部に前記レーザー光を照射して前記第２照射対象部の検査を行う検査部と、を有することを特徴とする欠陥検査装置が開示されている。
【０００６】
一方、パワー半導体などの半導体装置は、デバイス表側の活性部上にメタルが全面成膜される構造であるため、ＯＢＩＲＣＨ法により検査を行う場合、レーザーをデバイスの裏面から入射させ、デバイス表面近傍の欠陥に照射する必要があった。このように、デバイスの裏面側からレーザーを照射する場合、レーザーとしては、Ｓｉ基板に対する透過性が要求されることから、Ｓｉのバンドギャップ以下である、波長１３６０ｎｍのレーザーが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１１８８８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４０３０号公報
【特許文献３】特開２００９−２３６６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、パワー半導体などの半導体装置においては、耐圧性に優れたワイドギャップ半導体、例えばＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体が利用されつつあり、特にＳｉＣ半導体は、次世代半導体として注目されている。ＳｉＣ半導体装置としては、ＮドープＳｉＣ基板を用いたものが多く採用されている。
【０００９】
しかしながら、ＮドープＳｉＣ基板を用いたＳｉＣ半導体装置で電気的にリークが発生しているサンプルを使って、ＯＢＩＲＣＨ法による従来の解析装置を用いて測定を行ってみたところ、抵抗変化が生じる位置を見つけることができず、欠陥の位置の特定ができないことがわかった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ＳｉＣ半導体装置における故障位置をＯＢＩＲＣＨ法により解析して特定できるようにした半導体装置の故障位置解析方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究した結果、ＮドープＳｉＣ基板は、光の透過性に関して、光の波長によって変化する特定のスペクトルを有していることを見出した。そして、そのスペクトルの最も高いピーク近傍の特定の波長のレーザー光を照射することにより、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することができることを発見し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の半導体装置の故障位置解析方法は、半導体装置の基板の裏面側から、該基板の表面側のデバイス及び回路に、レーザー光を走査しながら照射して加熱すると共に、前記デバイス及び回路に電流を流し、電流の変化によって抵抗値変化を検出して、故障位置を解析する半導体装置の故障位置解析方法において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置の故障位置解析方法によれば、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側から、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射することにより、基板を透過させて表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射して加熱できるようになり、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することが可能となる。
【００１４】
また、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光は、高い透過率を示すだけでなく、ＳｉＣのバンド端より低エネルギー側に離れているので、レーザー励起時にキャリアがバンドを超えて、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current)が発生する確率が激減する。このため、測定時のＳＮが向上し、欠陥部位をクリアに検出できる。
【００１５】
本発明の半導体装置の故障位置解析方法においては、前記基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、前記基板の裏面側を加工して薄板化した後、前記故障位置の解析を行うことが好ましい。
【００１６】
基板の厚さを２０〜２００μｍに調整することにより、基板の取り扱い性を損なうことなく、レーザー光の透過性を高めて、表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射することができ、ＯＢＩＲＣＨ法による故障位置の解析を容易にすることができる。
【００１７】
また、故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射するか、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すことが好ましい。
【００１８】
ＯＢＩＲＣＨ法による解析に用いる波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光の強度を高めて照射することにより、表面側のデバイス及び回路にレーザー光による熱損傷部を形成し、これをマーカーとすることができる。また、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射することにより、基板の裏面側にレーザー光による熱損傷部を形成し、これをマーカーとすることもできる。
【００１９】
また、本発明の半導体装置の故障位置解析装置は、検査すべき半導体装置を載置する試料ステージと、前記半導体装置の基板の裏面側からレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射装置と、前記半導体装置のデバイス及び回路に電流を流す通電手段と、前記デバイス及び回路に流れる電流の変化によって抵抗値変化を検出する抵抗値測定手段とを備えた半導体装置の故障位置解析装置において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光照射手段が、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置によれば、検査すべき半導体装置を試料ステージに設置し、レーザー光照射装置により、半導体装置の基板の裏面側からレーザー光を走査しながら照射すると共に、通電手段により、半導体装置のデバイス及び回路に電流を流し、抵抗値測定手段によってデバイス及び回路に流れる電流の変化による抵抗値変化を検出することにより、故障位置を解析して特定することができる。
【００２１】
そして、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側から、レーザー光照射手段により、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射することにより、基板を透過させて表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射して加熱できるようになり、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することが可能となる。また、測定時のＳＮを向上させて、欠陥部位をクリアに検出できる。
【００２２】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置においては、前記半導体装置が、その基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、該基板の裏面側を加工して薄板化されたものであることが好ましい。
【００２３】
これによれば、前述したように、基板の取り扱い性を損なうことなく、レーザー光の透過性を高めて、表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射することができ、ＯＢＩＲＣＨ法による故障位置の解析を容易にすることができる。
【００２４】
また、特定された故障位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射するか、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備えることが好ましい。
【００２５】
前述したように、レーザー光の強度を高めて照射する場合には、表面側のデバイス及び回路にレーザー光による熱損傷部を形成して、マーカーとすることができ、また、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射するか、あるいは前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射する場合には、基板の裏面側にレーザー光による熱損傷部を形成して、マーカーとすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側から、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射することにより、基板を透過させて表面側のデバイス及び回路にレーザー光を効果的に照射して加熱できるようになり、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置を解析し特定することが可能となる。
【００２７】
また、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光は、高い透過率を示すだけでなく、ＳｉＣのバンド端より低エネルギー側に離れているので、レーザー励起時にキャリアがバンドを超えて、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current)が発生する確率を激減させ、測定時のＳＮを向上させて、欠陥部位をクリアに検出できる。
こうして故障解析が可能になるため、半導体装置の製造プロセスを最適化することにより、高品質のＳｉＣ半導体装置の量産が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による半導体装置の故障解析装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】ＮドープＳｉＣ基板の透過スペクトルを示す図表である。
【図３】ＳｉＣ基板を有するショットキーバリアダイオードの断面図である。
【図４】試験例の試料として用いた、ＳｉＣ基板を有するショットキーバリアダイオードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１には、本発明による半導体装置の故障位置解析装置の一実施形態が示されている。すなわち、この半導体装置の故障位置解析装置１０は、試料１１を設置する試料ステージ１２を有している。試料ステージ１２は、試料１１を載置した状態で、後述するレーザー光照射装置に位置合せするため、好ましくはＸ−Ｙ方向に移動可能とされており、更にＺ方向にも移動可能とされていてもよい。
【００３０】
試料ステージ１２の下方には、本発明のレーザー光照射装置としての共焦点レーザー顕微鏡１３が配置されている。ここで、共焦点レーザー顕微鏡とは、レーザービームを用いて「共焦点方式」と呼ばれる方式で、かつレーザービームを試料１１に対してＸ−Ｙ方向に走査を行うことができる機構を備えた顕微鏡である。光源から照射されるレーザーを、対物レンズを用いて焦点（ビームスポット）に絞り込み、内蔵するミラー等によって照射方向を制御して、試料面上に２次元スキャンすることによって、サンプル面からの反射や散乱光を光検出器で検出する。サンプル面上における焦点は結像面においても焦点となる。この焦点部分だけを選択して検出することから「共焦点」と呼ばれている。
【００３１】
本発明において、レーザー光照射装置としては、共焦点レーザー顕微鏡に限らず、光源としてレーザーを用い、小さく絞ったレーザー光スポットで測定試料を走査しながら照射する機能を有しているものであれば、いずれも使用できる。ただし、本発明においては、特定の波長のレーザー光を照射できる装置を用いる必要がある。これについては、後に詳しく説明する。
【００３２】
共焦点レーザー顕微鏡１３のスキャニング（走査）は、スキャニング・コントローラ２５によって制御されるようになっている。
【００３３】
また、試料１１に対して電圧を印加する電圧印加装置１４と、試料１１に接触して電流を流させるプローブ１５とが設けられており、この電圧印加装置１４及びプローブ１５が本発明における通電手段を構成している。この実施形態では、電圧印加装置１４の一方の電極が、試料１１となる半導体装置の基板の裏面側に接続され、他方の電極がプローブ１５を介して同半導体装置の基板の表面側に接続されている。ただし、通電手段としては、上記構造以外の各種の構造のものが採用できる。
【００３４】
上記通電手段の電流回路には、本発明における抵抗値測定手段としての抵抗測定装置１６が設置されている。
【００３５】
スキャニング・コントローラ２５及び抵抗測定装置１６は、イメージ・プロセッサ１７に接続され、イメージ・プロセッサ１７は、更にＰＣ（パーソナルコンピュータ）１８に接続されている。
【００３６】
スキャニング・コントローラ２５は、共焦点レーザー顕微鏡１３のスキャニングを制御すると共に、共焦点レーザー顕微鏡１３から送られてくる画像情報をイメージ・プロセッサ１７に送る。
【００３７】
抵抗測定装置１６は、共焦点レーザー顕微鏡１３によりスキャニングしつつレーザー光を照射する操作に同期して、電圧印加装置１４及びプローブ１５からなる通電手段によって流れる電流値の変化に基づいて抵抗値の変化を測定し、その情報をイメージ・プロセッサ１７に送る。
【００３８】
イメージ・プロセッサ１７は、スキャニング・コントローラ２５を介して共焦点レーザー顕微鏡１３から送られてくる画像情報上に、抵抗測定装置１６から送られてくる抵抗値の変化情報をプロットし、それらの情報をＰＣ１８に送る。
【００３９】
ＰＣ１８は、イメージ・プロセッサ１７から送られてくる画像情報上に抵抗値の変化情報がプロットされたデータに基づいて、故障箇所を解析し、その位置を画像や位置情報として、図示しない表示装置に表示したり、記憶手段に保存したり、プリンタによって印刷することができる。
【００４０】
以上の構成は、ＯＢＩＲＣＨ法による従来の半導体装置の故障位置解析装置と基本的に同じである。本発明では、ＯＢＩＲＣＨ法により故障位置を解析する装置であれば、他の構造のものも採用することができる。
【００４１】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置１０の特徴は、試料１１として、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置を対象とすること、レーザー光照射装置（この実施形態では共焦点レーザー顕微鏡１３）として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるものを用いる点にある。
【００４２】
本発明で対象とするＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置としては、例えばショットキーバリアダイオード、ＰＩＮダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワー半導体などが挙げられる。
【００４３】
ＳｉＣ基板は、ＮやＰをイオン注入することにより低抵抗のｎ型ＳｉＣ基板となり、ＡｌやＢをイオン注入することにより低抵抗のｐ型ＳｉＣ基板となる。本発明者らは、ＳｉＣ基板のレーザー光の透過性は、波長によって変化するスペクトルを有しており、しかもそのスペクトルは、注入されるイオンによっても異なっていることを発見した。
【００４４】
これまでの技術常識からすれば、適用する基板のバンドギャップ以下である波長のレーザー光を用いれば、透過性も十分に得られ、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current)の発生も抑制されると考えられていた。このため、本発明者らも、Ｓｉ基板を用いた半導体装置の故障位置解析装置として用いられている、波長１３６０ｎｍのレーザー光を照射する従来のＯＢＩＲＣＨ法による故障位置解析装置によって、ＳｉＣ基板を用いた半導体装置も同様に故障位置を解析できるだろうと推定し、実験を行ったところ、上記装置では、抵抗変化が生じる位置を見つけることができず、欠陥の位置の特定ができないことがわかった。
【００４５】
そこで、ＮドープＳｉＣ基板を用い、分光光度計により、その透過率を測定し、波長による透過スペクトルを求めたところ、図２に示されるような結果が得られた。
【００４６】
すなわち、従来の故障位置解析装置でＮドープＳｉＣ基板の欠陥位置の特定ができなかった理由は、波長１３６０ｎｍのレーザー光では、ＮドープＳｉＣ基板に対する透過率が極めて低く、それによってレーザー光による加熱が十分になされず、ＳＮを高くした抵抗変化の測定ができないことが原因であることがわかった。
【００４７】
そして、図２に示されるＮドープＳｉＣ基板の透過スペクトルに基づいて、照射するレーザー光の波長を種々選択して、故障位置の解析実験を繰り返したところ、レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いることにより、故障箇所をクリアに検出して故障位置を特定できることがわかったのである。
【００４８】
波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるレーザーとしては、６５８、６７０、６８５、７８０、８０８ｎｍなどの波長のレーザー光を安定して発振するガス又は半導体レーザーを用いることができる。特には、６８５ｎｍのレーザー光を発振する半導体レーザーが好ましく用いられる。
【００４９】
また、レーザー光の透過率を高めるため、必要に応じて、半導体装置の基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、同基板の裏面側を加工して薄板化した後、故障位置の解析を行うことが好ましい。基板の厚さが２０μｍ未満では、破損しやすくなるため、取り扱い性が悪くなる。基板の厚さが２００μｍを超えると、レーザー光の強さによっては、透過光量が不足して、効果的に加熱できなくなる可能性がある。
【００５０】
ＳｉＣ半導体装置の基板の薄板化は、基板の裏面側の電極等を、王水への浸漬等の手段で剥離し、研磨加工等の手段で処理することにより行うことができる。
【００５１】
本発明の半導体装置の故障位置解析装置１０においては、更に、故障位置が特定された場合は、その位置の箇所の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射するか、もしくは前記基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を設けることが好ましい。
【００５２】
この実施形態では、レーザー光照射装置としての共焦点レーザー顕微鏡１３に、レーザー光の出力を高めて照射する手段、又はＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射する手段が設けられており、ＰＣに接続されたマーキング用レーザーコントローラ１９によって、これらが制御されるようになっている。
【００５３】
上記レーザー光の出力を高めて照射する手段としては、故障位置解析に用いる波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を発振するレーザーを用いて、パルス化等の方法によって、マーキングすべき箇所に出力を高めたレーザー光を照射する手段を用いることができる。レーザー光の出力を高めて照射する手段を用いた場合は、半導体装置の基板の表面側のデバイス及び回路にマーキングを施すことができる。
【００５４】
また、上記ＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射する手段としては、図２に示される透過スペクトルの谷の近傍に位置する波長のレーザーを照射する手段を用いることができる。具体的には、４５５〜４７０ｎｍ、１４００〜２０００ｎｍの波長のレーザー光を照射できるガス又は半導体レーザーを用いることができる。また、ＮドープＳｉＣ基板に対する透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射する手段を用いることもできる。ＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を用いた場合は、半導体装置の基板の裏面側にマーキングを施すことができる。
【００５５】
次に、本発明による半導体装置の故障位置解析方法の一実施形態について説明する。本発明による半導体装置の故障位置解析方法は、例えば上記故障位置解析装置１０を用いて行うことができる。
【００５６】
まず、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置の基板の裏面側に、レーザー光の透過を妨げる層、例えば金属電極層等が形成されている場合には、前述したような方法により、これらの層を剥離する。次に、基板の厚さが２００μｍを超える場合は、前述したような方法により、好ましくは２０〜２００μｍの厚さとなるように加工する。ただし、使用するレーザー光の強さが十分得られる場合には、２００μｍを超える厚さのものであっても解析が可能な場合もある。
【００５７】
こうして必要により薄板化した半導体装置を試料１１として、その基板の裏面側をレーザー光照射装置、この実施形態では共焦点レーザー顕微鏡１３に向けて、試料ステージ１２上に設置する。試料ステージ１２は、試料１１の検査すべき領域が共焦点レーザー顕微鏡１３に正対するように、試料１１を移動させる。
【００５８】
次いで、電圧印加装置１４の一方の電極を試料１１の基板の裏面側に接触させ、他方の電極をプローブ１５介して基板の表面側のデバイス及び回路、例えば電極層等に接触させる。その状態で、電圧印加装置１４により、所定の電圧を印加し、試料１１である半導体装置に通電を行う。
【００５９】
それと共に、スキャニング・コントローラ２５により、共焦点レーザー顕微鏡１３を制御して、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を走査しながら試料１１の基板の背面側から照射する。レーザー光が基板の表面側のデバイス及び回路に照射されると、その部分が局所的に加熱され、その部分の抵抗値が変化するため、試料１１である半導体装置を流れる電流値が変化する。この電流値の変化に基づいて、抵抗測定装置１６により抵抗値の変化が測定され、その情報がイメージ・プロセッサ１７に送られる。
【００６０】
このとき、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いるので、ＮドープＳｉＣ基板に対する透過性がよく、レーザー光が基板の表面側のデバイス及び回路に効果的に照射され、局所的な加熱を良好に行って、ＳＮの高い抵抗値変化情報を得ることができる。
【００６１】
一方、スキャニング・コントローラ２５は、共焦点レーザー顕微鏡１３によって得られる画像情報（レーザー光の照射によって生じる反射光、透過光、蛍光などに基づいて形成される画像情報）をイメージ・プロセッサ１７に送る。
【００６２】
イメージ・プロセッサ１７は、スキャニング・コントローラ２５から送られてくる画像情報上に、抵抗測定装置１６から送られてくる抵抗値の変化情報をプロットし、それらの情報をＰＣ１８に送る。
【００６３】
ＰＣ１８は、イメージ・プロセッサ１７から送られてくる画像情報上に抵抗値の変化情報がプロットされたデータに基づいて、故障箇所を解析し、その位置を画像や位置情報として、図示しない表示装置に表示したり、記憶手段に保存したり、プリンタによって印刷することができる。こうして、ＰＣ１８によって、故障箇所の位置が特定され、表示装置等にその位置が表示されることになる。
【００６４】
こうして得られる画像情報は、例えば抵抗値が高い部分は暗く、抵抗値が低い部分は明るく表示され、配線部等の正常部分は暗くなり、配線部等に断線が生じていれば、暗いパターンに中断した明るい部分が表示され、加熱によって導電性が向上するような異物が存在している場合には、その部分が極度に明るく表示されることになるので、故障箇所を特定することができる。
【００６５】
一方、故障箇所の位置が特定されると、ＰＣ１８は、マーキング用レーザーコントローラ１９に制御信号を送り、マーキング用レーザーコントローラ１９によって、共焦点レーザー顕微鏡１３からマーキング用のレーザー光が照射される。
【００６６】
このレーザー光は、前述したように、故障位置解析に用いる波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を発振するレーザーを用いて、パルス化等の方法によって、マーキングすべき箇所に出力を高めたレーザー光を照射する手段、あるいはＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長のレーザー光を照射する手段からなり、前者の場合は半導体装置の基板の表面側のデバイス及び回路にマーキングを施すことができ、後者の場合は半導体装置の基板の裏面側にマーキングを施すことができる。ここでＮドープＳｉＣ基板に対して透過性の低い波長は、４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍであって良いし、ＮドープＳｉＣ基板の透過率が２％以下となる波長であっても良い。
【００６７】
こうして故障位置の近傍にマーキングを施した後、そのマーキングを目印にして、電子顕微鏡等によって、内部構造を詳細に検査することにより、故障箇所の正確な位置や、故障の原因などを究明することが可能となる。
【実施例】
【００６８】
以下に本発明の実施例及び比較例を挙げて説明する。
【００６９】
[実施例１〜８] [比較例１〜４]
図３に示すショットキーバリアダイオードを常法により製造した。このショットキーバリアダイオード２０は、ＮドープＳｉＣ基板２１と、その表面側に形成されたTi/Al（TiがSiCとの界面で、その上にAlを成膜したもの）からなるアノード電極（ショットキー電極）２２と、裏面側に形成されたNi/Ti/Al（NiがSiCとの界面にあり、その上にTiとAlを成膜したもの）からなるカソード電極（オーミック電極）２３とで構成されている。ＮドープＳｉＣ基板２１は、ドリフト層２１ａと、カソード層２１ｂとで構成されている。ＮドープＳｉＣ基板２１の厚さは３５０μｍである。
【００７０】
このショットキーバリアダイオード２０のチップ表面に、φ１μｍのパターンで、高濃度（１０２１atoms/cm3）のＰを打ち込むことで、図４に示すように、アノード電極（ショットキー電極）２２の中に、オーミック接合となる部分２４を形成して試料とした。
【００７１】
この試料の裏面側のカソード電極（オーミック電極）２３を王水で剥離し、裏面側から平面研磨装置で研磨し、ＮドープＳｉＣ基板２１の板厚を２０、５０、１００、２００μｍにした各試料を作成した。また、カソード電極（オーミック電極）２３を剥離しただけの、ＮドープＳｉＣ基板２１の板厚が３５０μｍの試料も作成した。
【００７２】
これらの試料を用い、図１に示した構造の半導体装置の故障位置解析装置１０により、レーザー光の波長を変えて、ＯＢＩＲＣＨ法によって故障位置（オーミック接合となる部分２４の位置）を解析し、故障位置の特定が可能であったか否かを調査した。
【００７３】
すなわち、下記表１に示すように、レーザー光の波長を変えると共に、基板２１の厚さを変えて、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が可能かどうかを実験した。なお、レーザー光の入射強度は、いずれも１００ｍＷとした。
【００７４】
その結果を表１に示す。表１中、◎は、故障箇所をクリアに検出できたこと、○は故障箇所を検出できたこと、×は故障箇所を検出できなかったことを表す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１の結果から、レーザー光の波長が６５８ｎｍ、６８５ｎｍ、８０８ｎｍの場合、基板の厚さが１００μｍでも、２００μｍでも、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が可能であることがわかる（実施例１〜９参照）。
【００７７】
また、レーザー光の波長が５３２ｎｍの場合、基板の厚さが１００μｍであれば、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が可能であるが、基板の厚さが２００μｍになると、検出ができないことがわかる（比較例１、３参照）。
【００７８】
更に、レーザー光の波長が１３００ｎｍの場合は、基板の厚さが１００μｍでも、２００μｍでも、ＯＢＩＲＣＨ法による故障箇所の検出が不可能であった（比較例２、４参照）。
【００７９】
更にまた、基板の厚さが３５０μｍになると、レーザー光の波長が６８５ｎｍでも故障箇所の検出ができなかった（実施例９参照）。ただし、基板の厚さが３５０μｍでもレーザー光の強度を高めることにより、故障位置の検出は可能であった。
【符号の説明】
【００８０】
１０：半導体装置の故障位置解析装置
１１：試料（検査すべき半導体装置）
１２：試料ステージ
１３：共焦点レーザー顕微鏡
１４：電圧印加装置
１５：プローブ
１６：抵抗測定装置
１７：イメージ・プロセッサ
１８：ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
１９：マーキング用レーザーコントローラ
２５：スキャニング・コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の基板の裏面側から、該基板の表面側のデバイス及び回路に、レーザー光を走査しながら照射して加熱すると共に、前記デバイス及び回路に電流を流し、電流の変化によって抵抗値変化を検出して、故障位置を解析する半導体装置の故障位置解析方法において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いることを特徴とする半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項２】
前記基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、前記基板の裏面側を加工して薄板化した後、前記故障位置の解析を行う請求項１記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項３】
故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射して、マーキングを施す請求項１又は２記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項４】
故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射して、マーキングを施す請求項１又は２記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項５】
故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施す請求項１又は２記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項６】
検査すべき半導体装置を載置する試料ステージと、前記半導体装置の基板の裏面側からレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射装置と、前記半導体装置のデバイス及び回路に電流を流す通電手段と、前記デバイス及び回路に流れる電流の変化によって抵抗値変化を検出する抵抗値測定手段とを備えた半導体装置の故障位置解析装置において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光照射手段が、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるものであることを特徴とする半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項７】
前記半導体装置が、その基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、該基板の裏面側を加工して薄板化されたものである請求項６記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項８】
特定された故障位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備える請求項６は７記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項９】
特定された故障位置の近傍に、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備える請求項６又は７記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項１０】
特定された故障位置の近傍に、前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備える請求項６又は７記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項１】
半導体装置の基板の裏面側から、該基板の表面側のデバイス及び回路に、レーザー光を走査しながら照射して加熱すると共に、前記デバイス及び回路に電流を流し、電流の変化によって抵抗値変化を検出して、故障位置を解析する半導体装置の故障位置解析方法において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光として、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を用いることを特徴とする半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項２】
前記基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、前記基板の裏面側を加工して薄板化した後、前記故障位置の解析を行う請求項１記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項３】
故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射して、マーキングを施す請求項１又は２記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項４】
故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射して、マーキングを施す請求項１又は２記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項５】
故障位置が特定された場合は、その位置の近傍に、前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施す請求項１又は２記載の半導体装置の故障位置解析方法。
【請求項６】
検査すべき半導体装置を載置する試料ステージと、前記半導体装置の基板の裏面側からレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射装置と、前記半導体装置のデバイス及び回路に電流を流す通電手段と、前記デバイス及び回路に流れる電流の変化によって抵抗値変化を検出する抵抗値測定手段とを備えた半導体装置の故障位置解析装置において、前記半導体装置が、ＮドープＳｉＣ基板を用いた半導体装置であり、前記レーザー光照射手段が、波長６５０〜８１０ｎｍのレーザー光を照射できるものであることを特徴とする半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項７】
前記半導体装置が、その基板の厚さが２０〜２００μｍとなるように、該基板の裏面側を加工して薄板化されたものである請求項６記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項８】
特定された故障位置の近傍に、前記レーザー光の出力を高めて照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備える請求項６は７記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項９】
特定された故障位置の近傍に、波長４５５〜４７０ｎｍ、又は１４００〜２０００ｎｍのレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備える請求項６又は７記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【請求項１０】
特定された故障位置の近傍に、前記基板の透過率が２％以下となる波長のレーザー光を照射して、マーキングを施すマーキング手段を更に備える請求項６又は７記載の半導体装置の故障位置解析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０１００９（Ｐ２０１３−１０１００９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４１０２（Ｐ２０１１−２４４１０２）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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