JPH065691B2 - 半導体素子の試験方法および試験装置 - Google Patents
半導体素子の試験方法および試験装置Info
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- JPH065691B2 JPH065691B2 JP62241629A JP24162987A JPH065691B2 JP H065691 B2 JPH065691 B2 JP H065691B2 JP 62241629 A JP62241629 A JP 62241629A JP 24162987 A JP24162987 A JP 24162987A JP H065691 B2 JPH065691 B2 JP H065691B2
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- grid
- electron beam
- test
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/305—Contactless testing using electron beams
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子の試験方法および試験装置、特に半
導体基板に非接触の状態で各素子の試験を行う試験方法
および試験装置に関する。
導体基板に非接触の状態で各素子の試験を行う試験方法
および試験装置に関する。
（従来の技術） 半導体装置の信頼性を高めるためには、各半導体素子の
特性試験を行うことが非常に重要である。従来は、この
試験を行うための専用のモニタ素子を作り、このモニタ
素子の各端子に測定用プローブを機械的に接触させて電
圧を印加し、出力信号を測定することによって試験を行
っていた。
特性試験を行うことが非常に重要である。従来は、この
試験を行うための専用のモニタ素子を作り、このモニタ
素子の各端子に測定用プローブを機械的に接触させて電
圧を印加し、出力信号を測定することによって試験を行
っていた。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の試験方法には、次のような問題点
がある。
がある。
(1)機械的に金属製のプローブを端子に接触させる必要
があるため、接触による素子の破壊、損傷が発生する可
能性がある。
があるため、接触による素子の破壊、損傷が発生する可
能性がある。
(2)プローブを接触させるための十分な大きさ（通常、
６０×６０μｍ程度）をもつ端子を半導体基板上に形成
されておく必要があるため、集積化の妨げになる。
６０×６０μｍ程度）をもつ端子を半導体基板上に形成
されておく必要があるため、集積化の妨げになる。
(3)プローブを接触させるための端子を製造するプロセ
スが終了するまで、試験を行うことができない。
スが終了するまで、試験を行うことができない。
そこで、本発明は半導体基板にプローブを接触させるこ
となしに、半導体素子の特性試験を行うことができる半
導体素子の試験方法および試験装置を提供することを目
的とする。
となしに、半導体素子の特性試験を行うことができる半
導体素子の試験方法および試験装置を提供することを目
的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は半導体素子の試験方法において、 半導体基板上に形成された被試験素子に並列接触されて
キャパシタの一方の電極に、電子ビームを照射すること
により電荷を注入し、この電荷注入によって電極に所定
電圧を誘起させる電圧誘起段階と、 被試験素子の電極に接続された端子に電子ビームを照射
し、この端子から放出される二次電子を観測することに
よってこの端子の電圧を測定する電圧測定段階と、 を行い、電圧誘起段階で誘起させた電圧と、電圧測定段
階で測定した電圧と、の関係に基づいて被試験素子の試
験を行うようにしたものである。
キャパシタの一方の電極に、電子ビームを照射すること
により電荷を注入し、この電荷注入によって電極に所定
電圧を誘起させる電圧誘起段階と、 被試験素子の電極に接続された端子に電子ビームを照射
し、この端子から放出される二次電子を観測することに
よってこの端子の電圧を測定する電圧測定段階と、 を行い、電圧誘起段階で誘起させた電圧と、電圧測定段
階で測定した電圧と、の関係に基づいて被試験素子の試
験を行うようにしたものである。
また、本発明は半導体素子の試験装置において、 半導体素子が形成された半導体基板上の所定のターゲッ
トに電子ビームを照射するための電子ビーム発生手段
と、 この電子ビーム発生手段と半導体基板との間に設けられ
たグリッドと、 電子ビームの照射によってターゲットに誘起される電圧
を制御するために、グリッドに制御電圧を供給する制御
電圧供給手段と、 ターゲットから放出される二次電子を引出すために、グ
リッドに引出し電圧を供給する引出し電圧供給手段と、 グリッドに制御電圧供給手段または引出し電圧供給手段
のうちのいずれか一方を接続する切替え手段と、 グリッドを通過した二次電子の量を検出する二次電子検
出手段と、 を設けるようにしたものである。
トに電子ビームを照射するための電子ビーム発生手段
と、 この電子ビーム発生手段と半導体基板との間に設けられ
たグリッドと、 電子ビームの照射によってターゲットに誘起される電圧
を制御するために、グリッドに制御電圧を供給する制御
電圧供給手段と、 ターゲットから放出される二次電子を引出すために、グ
リッドに引出し電圧を供給する引出し電圧供給手段と、 グリッドに制御電圧供給手段または引出し電圧供給手段
のうちのいずれか一方を接続する切替え手段と、 グリッドを通過した二次電子の量を検出する二次電子検
出手段と、 を設けるようにしたものである。
（作用） 本発明に係る半導体素子の試験では、非試験素子に並列
接続されたキャパシタが利用される。このキャパシタ
は、半導体装置の製造工程において試験専用のキャパシ
タを予め形成するようにしてもよいし、装置本来の機能
を行うために設けられたキャパシタを利用するようにし
てもよい。半導体素子の特性を試験するためには、その
素子の所定の端子に電圧を供給することと、逆にその端
子の電圧を測定することと、の２つが実現できればよ
い。本発明はこの２つのことを、共にグリッドを介した
電子ビームの照射によって行っている。すなわち、被試
験素子に並列接続されたキャパシタに電子ビームを照射
して充電すると共にキャパシタに近接して対向するよう
に配置されたグリッドにバイアス電圧を与え、この電圧
を制御することによって該キャパシタからの二次電子の
追い戻し量を設定して素子の所定の端子に誘起する電圧
値を制御することができる。また、この端子に電子ビー
ムを照射すると共に同じグリッドに二次電子を引出する
ために適当な値の正電圧を印加し、そこから放出される
二次電子を観測することにより、上記素子の端子電圧を
定量的に測定することができる。
接続されたキャパシタが利用される。このキャパシタ
は、半導体装置の製造工程において試験専用のキャパシ
タを予め形成するようにしてもよいし、装置本来の機能
を行うために設けられたキャパシタを利用するようにし
てもよい。半導体素子の特性を試験するためには、その
素子の所定の端子に電圧を供給することと、逆にその端
子の電圧を測定することと、の２つが実現できればよ
い。本発明はこの２つのことを、共にグリッドを介した
電子ビームの照射によって行っている。すなわち、被試
験素子に並列接続されたキャパシタに電子ビームを照射
して充電すると共にキャパシタに近接して対向するよう
に配置されたグリッドにバイアス電圧を与え、この電圧
を制御することによって該キャパシタからの二次電子の
追い戻し量を設定して素子の所定の端子に誘起する電圧
値を制御することができる。また、この端子に電子ビー
ムを照射すると共に同じグリッドに二次電子を引出する
ために適当な値の正電圧を印加し、そこから放出される
二次電子を観測することにより、上記素子の端子電圧を
定量的に測定することができる。
従って、従来のようにプローブを機械的に接触させると
いうことなしに、素子の定量的な特性試験が可能にな
る。
いうことなしに、素子の定量的な特性試験が可能にな
る。
（実施例） 試験装置の構成 以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例に係る半導体素子の試験装置の構
成図である。半導体基板１０上には、試験対象となる被
試験素子（図示されていない）が形成されており、この
被試験素子に接続されたターゲット１１に対して電子ビ
ームが照射される。電子ビーム発生装置２０は、このタ
ーゲット１１に向けて電子ビーム２１を照射する。電子
ビーム発生装置２０とターゲット１１との間には、４つ
のグリッド３１〜３４が設けられている。電子ビーム２
１は、グリッド３４，３２，３１の順に通過してターゲ
ット１１に照射され、ターゲット１１からは二次電子２
２，２３，２４が放出される。ここで、二次電子２２は
グリッド３１で追い戻された電子であり、二次電子２３
はグリッド３２で追い戻された電子であり、二次電子２
４はグリッド３３によって偏向された電子である。二次
電子２４は二次電子検出器４１によって検出され、二次
電子検出器４１はこの検出量に応じた電圧を出力する。
この出力電圧は増幅器４２で増幅されてグリッド３２に
供給される。
図は本発明の一実施例に係る半導体素子の試験装置の構
成図である。半導体基板１０上には、試験対象となる被
試験素子（図示されていない）が形成されており、この
被試験素子に接続されたターゲット１１に対して電子ビ
ームが照射される。電子ビーム発生装置２０は、このタ
ーゲット１１に向けて電子ビーム２１を照射する。電子
ビーム発生装置２０とターゲット１１との間には、４つ
のグリッド３１〜３４が設けられている。電子ビーム２
１は、グリッド３４，３２，３１の順に通過してターゲ
ット１１に照射され、ターゲット１１からは二次電子２
２，２３，２４が放出される。ここで、二次電子２２は
グリッド３１で追い戻された電子であり、二次電子２３
はグリッド３２で追い戻された電子であり、二次電子２
４はグリッド３３によって偏向された電子である。二次
電子２４は二次電子検出器４１によって検出され、二次
電子検出器４１はこの検出量に応じた電圧を出力する。
この出力電圧は増幅器４２で増幅されてグリッド３２に
供給される。
一方、増幅器４２による増幅電圧は、比較器５１におい
て基準電源５２の発生する基準電圧Ｖｒと比較され、そ
の結果が制御電圧供給装置５３に与えられる。この制御
電圧供給装置は、入力に応じた制御電圧Ｖｃを発生す
る。一方、引出し電圧供給装置５４は、ターゲット１１
から二次電子を引出すのに適当な引出し電圧Ｖｅを発生
する。この制御電圧Ｖｃあるいは引出し電圧Ｖｅのいず
れか一方が、切替装置５５によって選択され、グリッド
３１に供給される。
て基準電源５２の発生する基準電圧Ｖｒと比較され、そ
の結果が制御電圧供給装置５３に与えられる。この制御
電圧供給装置は、入力に応じた制御電圧Ｖｃを発生す
る。一方、引出し電圧供給装置５４は、ターゲット１１
から二次電子を引出すのに適当な引出し電圧Ｖｅを発生
する。この制御電圧Ｖｃあるいは引出し電圧Ｖｅのいず
れか一方が、切替装置５５によって選択され、グリッド
３１に供給される。
電圧誘起モード この装置は、２つの動作モードを有する。第１はターゲ
ット１１に電圧を誘起させるための電圧誘起モードであ
り、第２はターゲット１１の電圧を測定する電圧測定モ
ードである。装置はいずれか一方のモードで動作する。
まず、第１の電圧誘起モードについて説明する。
ット１１に電圧を誘起させるための電圧誘起モードであ
り、第２はターゲット１１の電圧を測定する電圧測定モ
ードである。装置はいずれか一方のモードで動作する。
まず、第１の電圧誘起モードについて説明する。
この電圧誘起モードは、ターゲット１１に電子ビーム２
１を照射することにより、電荷注入を行い、その結果タ
ーゲット１１を所定の電圧に誘起するモードである。こ
のモードにおける電子ビーム２１の制御は、グリッド３
１においてなされる。この基本原理を第２図を参照して
説明する。いま、ターゲット１１に、電流Ｉｐに相当す
る電子ビーム２１を照射したものとすると、この電子ビ
ーム２１はグリッド３１を通過してターゲット１１に到
達するが、そのうちの１部分はそのままターゲット１１
の表面で反射して反射電子２５となり、一部分は二次電
子２２，２３，２４の放出に寄与し、一部分は電荷とし
て蓄積される。ここで、反射係数をη、二次電子放出比
をδとすれば、反射電子２５の量はηＩｐ、二次電子２
２，２３，２４の合計量はδＩｐで表される。ところ
が、グリッド３１に所定の電圧を印加しておくと、放出
された二次電子のうちの一部２２は、グリッド３１によ
って追い戻されてしまう。実際にグリッド３１を通過し
て放出される二次電子は２３および２４のみなのであ
る。そこで、追い戻される比率を表す追い戻し係数ｋな
るものを定義すれば、追い戻される二次電子２２の量は
ｋδＩｐ、グリッド３１を通過する二次電子２３，２４
の量は（１−ｋ）δＩｐとなる。
１を照射することにより、電荷注入を行い、その結果タ
ーゲット１１を所定の電圧に誘起するモードである。こ
のモードにおける電子ビーム２１の制御は、グリッド３
１においてなされる。この基本原理を第２図を参照して
説明する。いま、ターゲット１１に、電流Ｉｐに相当す
る電子ビーム２１を照射したものとすると、この電子ビ
ーム２１はグリッド３１を通過してターゲット１１に到
達するが、そのうちの１部分はそのままターゲット１１
の表面で反射して反射電子２５となり、一部分は二次電
子２２，２３，２４の放出に寄与し、一部分は電荷とし
て蓄積される。ここで、反射係数をη、二次電子放出比
をδとすれば、反射電子２５の量はηＩｐ、二次電子２
２，２３，２４の合計量はδＩｐで表される。ところ
が、グリッド３１に所定の電圧を印加しておくと、放出
された二次電子のうちの一部２２は、グリッド３１によ
って追い戻されてしまう。実際にグリッド３１を通過し
て放出される二次電子は２３および２４のみなのであ
る。そこで、追い戻される比率を表す追い戻し係数ｋな
るものを定義すれば、追い戻される二次電子２２の量は
ｋδＩｐ、グリッド３１を通過する二次電子２３，２４
の量は（１−ｋ）δＩｐとなる。
ここで、ターゲット１１内に時間ｔの間に蓄積される荷
電量Ｑを考えると、照射された電子ビーム２１の電荷量
Ｉｐのうち、ηＩｐは反射電子２５として失われ、（１
−ｋ）δＩｐは二次電子２３，２４として失われること
になり、結局次式が成立つ。
電量Ｑを考えると、照射された電子ビーム２１の電荷量
Ｉｐのうち、ηＩｐは反射電子２５として失われ、（１
−ｋ）δＩｐは二次電子２３，２４として失われること
になり、結局次式が成立つ。
Ｑ＝αＩｐｔ (1) α＝（１−η−（１−ｋ）δ） (2) いま、ターゲット１１が容量Ｃのキャパシタの一方の電
極であったとすると、時間ｔの経過後には、この電極に
は、 Ｖ＝−（Ｑ／Ｃ） (3) の電圧が誘起される。
極であったとすると、時間ｔの経過後には、この電極に
は、 Ｖ＝−（Ｑ／Ｃ） (3) の電圧が誘起される。
以上の各式における変数のうち、反射係数ηおよび二次
電子放出比δはターゲット１１を構成する材料によって
一義的に定まり、容量Ｃはキャパシタの構成によって一
義的に定まる。そして、追い戻し係数ｋは、グリッド３
１に与える電圧値によって制御できることがわかる。し
たがって、ターゲット１１の誘起電圧Ｖは、グリッド３
１に与える電圧によって制御できることがわかる。
電子放出比δはターゲット１１を構成する材料によって
一義的に定まり、容量Ｃはキャパシタの構成によって一
義的に定まる。そして、追い戻し係数ｋは、グリッド３
１に与える電圧値によって制御できることがわかる。し
たがって、ターゲット１１の誘起電圧Ｖは、グリッド３
１に与える電圧によって制御できることがわかる。
電圧誘起モードでは、切替装置５５は制御電圧Ｖｃを選
択してグリッド３１に供給する。したがって、ターゲッ
ト１１の誘起電圧は制御電圧供給装置５３によって制御
しうることになる。なお、この制御電圧供給装置５３の
制御動作は後に述べることにする。
択してグリッド３１に供給する。したがって、ターゲッ
ト１１の誘起電圧は制御電圧供給装置５３によって制御
しうることになる。なお、この制御電圧供給装置５３の
制御動作は後に述べることにする。
電圧測定モード 続いて、電圧測定モードの動作について説明する。電圧
測定モードでは、切替装置５５が引出し電圧Ｖｅを選択
してグリッド３１に供給する。このモードでは、グリッ
ド３１はターゲット１１からの二次電子を引出すための
引出し電極として作用し、正の電荷が印加されることに
なる。グリッド３１を通過した二次電子は加速され、縦
方向の速度成分が均一な電子ビームとしてグリッド３２
へと向かうことになる。グリッド３２は、二次電子エネ
ルギーを弁別するための阻止電界を発生する機能を果た
し、ある一定のエネルギーに満たない二次電子２３は、
グリッド３２によって追い戻されてしまう。
測定モードでは、切替装置５５が引出し電圧Ｖｅを選択
してグリッド３１に供給する。このモードでは、グリッ
ド３１はターゲット１１からの二次電子を引出すための
引出し電極として作用し、正の電荷が印加されることに
なる。グリッド３１を通過した二次電子は加速され、縦
方向の速度成分が均一な電子ビームとしてグリッド３２
へと向かうことになる。グリッド３２は、二次電子エネ
ルギーを弁別するための阻止電界を発生する機能を果た
し、ある一定のエネルギーに満たない二次電子２３は、
グリッド３２によって追い戻されてしまう。
グリッド３２を通過した二次電子２４は、グリッド３３
に印加された電圧によって偏向され、二次電子検出器４
１で検出される。グリッド３４は反射電子が電子ビーム
発生装置２０に衝突して発生させる二次電子を吸収す
る。なお、第１図ではグリッド３３，３４への電圧供給
手段は図示していない。
に印加された電圧によって偏向され、二次電子検出器４
１で検出される。グリッド３４は反射電子が電子ビーム
発生装置２０に衝突して発生させる二次電子を吸収す
る。なお、第１図ではグリッド３３，３４への電圧供給
手段は図示していない。
二次電子検出器４１は検出した二次電子量に対応する電
圧を出力し、この出力電圧は増幅器４２で増幅されてグ
リッド３２に供給される。このグリッド３２、二次電子
検出器４１、増幅器４２によってフィードバックループ
が形成されており、二次電子検出器４１で検出される二
次電子量が一定値となるようなフィードバック制御がな
される。すなわち、二次電子検出器４１で検出される二
次電子量が一定値を越えている場合には、グリッド３２
にはより高い電圧が印加され、通過する二次電子量を抑
制する方向に制御がなされる。このようなフィードバッ
ク制御を行うことにより、結局、増幅器４２の出力が、
ターゲット１１から放出される二次電子量に関連したも
のになることがわかる。この二次電子量は、ターゲット
１１の電圧に関連した量であるから、増幅器４２の出力
がそのままターゲット１１の電圧を示す値となり、電圧
測定がなされたことになる。
圧を出力し、この出力電圧は増幅器４２で増幅されてグ
リッド３２に供給される。このグリッド３２、二次電子
検出器４１、増幅器４２によってフィードバックループ
が形成されており、二次電子検出器４１で検出される二
次電子量が一定値となるようなフィードバック制御がな
される。すなわち、二次電子検出器４１で検出される二
次電子量が一定値を越えている場合には、グリッド３２
にはより高い電圧が印加され、通過する二次電子量を抑
制する方向に制御がなされる。このようなフィードバッ
ク制御を行うことにより、結局、増幅器４２の出力が、
ターゲット１１から放出される二次電子量に関連したも
のになることがわかる。この二次電子量は、ターゲット
１１の電圧に関連した量であるから、増幅器４２の出力
がそのままターゲット１１の電圧を示す値となり、電圧
測定がなされたことになる。
増幅器４２の出力は、比較器５１の一方の入力端子に与
えられており、この比較器５１において、基準電圧Ｖｒ
との比較がなされている。前述のように、増幅器４２の
出力はターゲット１１の電圧を示すものになるから、こ
の比較によって、ターゲット１１の誘起電圧が所望の設
定値（基準電圧Ｖｒに対応）より高いか低いかがわか
る。制御電圧供給装置５３は、この比較の結果に基づい
て、制御電圧Ｖｃを制御する。したがって、この電圧測
定モードにおける測定結果を利用して、次に行う電圧誘
起モードにおけるグリッド３１への供給電圧に対する補
正が可能になるのである。
えられており、この比較器５１において、基準電圧Ｖｒ
との比較がなされている。前述のように、増幅器４２の
出力はターゲット１１の電圧を示すものになるから、こ
の比較によって、ターゲット１１の誘起電圧が所望の設
定値（基準電圧Ｖｒに対応）より高いか低いかがわか
る。制御電圧供給装置５３は、この比較の結果に基づい
て、制御電圧Ｖｃを制御する。したがって、この電圧測
定モードにおける測定結果を利用して、次に行う電圧誘
起モードにおけるグリッド３１への供給電圧に対する補
正が可能になるのである。
半導体素子の試験手順 続いて、第１図に示す装置を用いた具体的な半導体素子
の試験手順を説明する。基本的には、電圧誘起モードで
所定のターゲットに電圧を誘起し、続いて電圧測定モー
ドでそのターゲットの電圧を測定することによって試験
がなされる。以下に述べる方法は、両モードを一定の周
期で繰返し行い、ターゲットの誘起電圧を一定に保つよ
うに制御を行いながら半導体基板へのリーク電流を測定
することによって試験を行っている。
の試験手順を説明する。基本的には、電圧誘起モードで
所定のターゲットに電圧を誘起し、続いて電圧測定モー
ドでそのターゲットの電圧を測定することによって試験
がなされる。以下に述べる方法は、両モードを一定の周
期で繰返し行い、ターゲットの誘起電圧を一定に保つよ
うに制御を行いながら半導体基板へのリーク電流を測定
することによって試験を行っている。
第３図は、本実施例で試験対象として用いる半導体装置
の等価回路図、第４図はこの半導体装置の構造断面図で
ある。第４図に示すように、Ｐ型の半導体基板１００上
に、素子分離用絶縁層１０１，１０２が形成されてお
り、この間にＮ＋不純物拡散層１０４が形成されてい
る。この不純物拡散層１０４と半導体基板１００との間
に形成されたＰＮ接合は、第３図の等価回路ではダイオ
ードＤに相当する。本実施例では、このダイオードＤが
被試験素子となる。このダイオードＤの試験を行うため
に、キャパシタＣが設けられている。このキャパシタＣ
は被試験素子であるダイオードＤに対して並列に設けら
れている。第４図の構造図では、このキャパシタＣを、
素子分離用絶縁層１０２と１０３との間に設けられた絶
縁膜１０５と、これをはさむ配線層１０６および半導体
基板１００によって構成している。すなわち、キャパシ
タＣの第１の電極Ｃ１が配線層１０６に相当し、第２の
電極Ｃ２が半導体基板１００に相当する。配線層１０６
は、不純物拡散層１０４に接触しており、第３図が第４
図の構造の等価回路になっていることが理解できよう。
この例では、キャパシタＣはダイオードＤの試験のため
にわざわざ形成したものであるが、一般に半導体装置で
は至るところにキャパシタが分布しているため、装置に
よっては、本来の機能を果たすために設計されたキャパ
シタをそのまま利用してもよい。
の等価回路図、第４図はこの半導体装置の構造断面図で
ある。第４図に示すように、Ｐ型の半導体基板１００上
に、素子分離用絶縁層１０１，１０２が形成されてお
り、この間にＮ＋不純物拡散層１０４が形成されてい
る。この不純物拡散層１０４と半導体基板１００との間
に形成されたＰＮ接合は、第３図の等価回路ではダイオ
ードＤに相当する。本実施例では、このダイオードＤが
被試験素子となる。このダイオードＤの試験を行うため
に、キャパシタＣが設けられている。このキャパシタＣ
は被試験素子であるダイオードＤに対して並列に設けら
れている。第４図の構造図では、このキャパシタＣを、
素子分離用絶縁層１０２と１０３との間に設けられた絶
縁膜１０５と、これをはさむ配線層１０６および半導体
基板１００によって構成している。すなわち、キャパシ
タＣの第１の電極Ｃ１が配線層１０６に相当し、第２の
電極Ｃ２が半導体基板１００に相当する。配線層１０６
は、不純物拡散層１０４に接触しており、第３図が第４
図の構造の等価回路になっていることが理解できよう。
この例では、キャパシタＣはダイオードＤの試験のため
にわざわざ形成したものであるが、一般に半導体装置で
は至るところにキャパシタが分布しているため、装置に
よっては、本来の機能を果たすために設計されたキャパ
シタをそのまま利用してもよい。
まず、第１図に示す装置を、電圧誘起モードで動作さ
せ、電極Ｃ１を所定の電圧に誘起する。このとき、電子
ビームは第４図の配線層１０６ａの部分をターゲットと
して照射するようにする。半導体基板表面とグリッド３
１との間の間隔は、２mm程度とし、電子ビームのエネル
ギーは１ｋｅＶ程度にするのが好ましい。電子ビームの
エネルギーをあまり高くすると、照射による損傷あるい
は周辺絶縁膜の充電という好ましくない現象が生じるこ
とになる。この照射によって電極Ｃ１に蓄積される電荷
量Ｑは、式(1)で定まり、所定時間経過後は、式(3)に示
す誘起電圧Ｖで飽和することになる。この誘起電圧Ｖ
は、制御電圧Ｖｃによって制御できることは前述したと
おりである。
せ、電極Ｃ１を所定の電圧に誘起する。このとき、電子
ビームは第４図の配線層１０６ａの部分をターゲットと
して照射するようにする。半導体基板表面とグリッド３
１との間の間隔は、２mm程度とし、電子ビームのエネル
ギーは１ｋｅＶ程度にするのが好ましい。電子ビームの
エネルギーをあまり高くすると、照射による損傷あるい
は周辺絶縁膜の充電という好ましくない現象が生じるこ
とになる。この照射によって電極Ｃ１に蓄積される電荷
量Ｑは、式(1)で定まり、所定時間経過後は、式(3)に示
す誘起電圧Ｖで飽和することになる。この誘起電圧Ｖ
は、制御電圧Ｖｃによって制御できることは前述したと
おりである。
続いて、この装置を電圧測定モードで動作させる。この
とき、電子ビームは第４図の配線層１０６ｂの部分をタ
ーゲットとして照射するようにする。被試験素子はキャ
パシタＣではなくダイオードＤであるから、このダイオ
ードＤの一方の端子Ｄ１における電圧を測定するために
は、１０６ａの部分よりも１０６ｂの部分で測定を行つ
た方が精度が向上するのである。前述のように、このよ
うな測定によって１０６ｂの部分の誘起電圧値が測定さ
れるが、制御電圧供給装置５３は、この測定値と基準電
圧Ｖｒとの比較値をフィードバック値として得る。
とき、電子ビームは第４図の配線層１０６ｂの部分をタ
ーゲットとして照射するようにする。被試験素子はキャ
パシタＣではなくダイオードＤであるから、このダイオ
ードＤの一方の端子Ｄ１における電圧を測定するために
は、１０６ａの部分よりも１０６ｂの部分で測定を行つ
た方が精度が向上するのである。前述のように、このよ
うな測定によって１０６ｂの部分の誘起電圧値が測定さ
れるが、制御電圧供給装置５３は、この測定値と基準電
圧Ｖｒとの比較値をフィードバック値として得る。
次に、再びこの装置を電圧誘起モードで動作させる。電
子ビームの照射位置も再び１０６ａの部分に戻す。この
とき、制御電圧供給装置５３は、与えられたフィードバ
ック量を考慮して補正した制御電圧Ｖｃを出力する。
子ビームの照射位置も再び１０６ａの部分に戻す。この
とき、制御電圧供給装置５３は、与えられたフィードバ
ック量を考慮して補正した制御電圧Ｖｃを出力する。
以上のように、電圧誘起モードと電圧測定モードとを交
互に繰返すことにより、被試験素子であるダイオードＤ
の一方の端子Ｄ１に誘起される電圧を所望の値に制御す
ることができると同時に、その電圧値を正確に測定する
ことができる。そこで、ダイオードＤに逆バイアスが印
加されるように、端子Ｄ１を誘起すれば、ダイオードＤ
には逆バイアスリーク電流が流れることになる。このリ
ーク電流を外部接続した電流計１０７で測定することに
より、ダイオードＤの特性を知ることができ、特性試験
が可能になる。
互に繰返すことにより、被試験素子であるダイオードＤ
の一方の端子Ｄ１に誘起される電圧を所望の値に制御す
ることができると同時に、その電圧値を正確に測定する
ことができる。そこで、ダイオードＤに逆バイアスが印
加されるように、端子Ｄ１を誘起すれば、ダイオードＤ
には逆バイアスリーク電流が流れることになる。このリ
ーク電流を外部接続した電流計１０７で測定することに
より、ダイオードＤの特性を知ることができ、特性試験
が可能になる。
以上、ダイオードの特性試験を例にとって説明したが、
その他の素子についても同様に試験を行うことができ
る。たとえば、ＭＯＳトランジスタでは、ゲート電極に
所望の誘起電圧を発生させて諸特性の測定を行えばよ
い。要するに、本発明に係る方法によれば、所望の電圧
を半導体基板上の所望の位置に誘起させることができ、
かつ、その誘起電圧を正確に測定することができるので
ある。しかも、これを非接触で行うことができるため、
従来の方法のようにプローブを半導体基板に機械的に接
触させる必要がなく、また、接触させるためのパッドを
形成する必要もなくなるため、半導体装置の製造工程中
のどの工程においても試験が可能である。
その他の素子についても同様に試験を行うことができ
る。たとえば、ＭＯＳトランジスタでは、ゲート電極に
所望の誘起電圧を発生させて諸特性の測定を行えばよ
い。要するに、本発明に係る方法によれば、所望の電圧
を半導体基板上の所望の位置に誘起させることができ、
かつ、その誘起電圧を正確に測定することができるので
ある。しかも、これを非接触で行うことができるため、
従来の方法のようにプローブを半導体基板に機械的に接
触させる必要がなく、また、接触させるためのパッドを
形成する必要もなくなるため、半導体装置の製造工程中
のどの工程においても試験が可能である。
以上説明したように本発明の半導体素子の試験方法によ
れば、予め、半導体基板上の測定の対象となる半導体素
子にキャパシタを接続して形成しておく。そして、半導
体素子の特性試験において、半導体基板に近接してグリ
ッドを配置し、半導体基板上の被測定素子の端子に所定
電圧を誘起する過程において、上記グリッドを通過する
電子ビームにより上記キャパシタの電極に電荷を注入す
ると共に、上記グリッドにバイアス電圧を印加して該キ
ャパシタ電極に誘起される電圧値をより正確に制御す
る。また、被測定素子の端子電圧を読取る過程におい
て、上記グリッドに二次電子を吸引するバイアス電圧を
印加しつつ、電子ビームを被測定素子の端子に与えて、
該端子からの二次電子放出量を測定して被測定素子の端
子電圧を読取る。これにより、上記被測定端子からの二
次電子放出が促進されあるいは二次電子量を検出する検
出装置の二次電子捕獲量が増して測定感度が増大し、電
圧値を正確に測定することができる。更に、かかる電圧
誘起過程と電圧測定過程とをフィードバックプロセスに
よって繰り返すことによって、被測定半導体素子の端子
電圧を所定値に正確に設定し、あるいは該端子電圧を所
定値に維持することが可能となる。従って、機械的なプ
ローブを用いずとも半導体素子の定量的な特性試験が可
能になる。
れば、予め、半導体基板上の測定の対象となる半導体素
子にキャパシタを接続して形成しておく。そして、半導
体素子の特性試験において、半導体基板に近接してグリ
ッドを配置し、半導体基板上の被測定素子の端子に所定
電圧を誘起する過程において、上記グリッドを通過する
電子ビームにより上記キャパシタの電極に電荷を注入す
ると共に、上記グリッドにバイアス電圧を印加して該キ
ャパシタ電極に誘起される電圧値をより正確に制御す
る。また、被測定素子の端子電圧を読取る過程におい
て、上記グリッドに二次電子を吸引するバイアス電圧を
印加しつつ、電子ビームを被測定素子の端子に与えて、
該端子からの二次電子放出量を測定して被測定素子の端
子電圧を読取る。これにより、上記被測定端子からの二
次電子放出が促進されあるいは二次電子量を検出する検
出装置の二次電子捕獲量が増して測定感度が増大し、電
圧値を正確に測定することができる。更に、かかる電圧
誘起過程と電圧測定過程とをフィードバックプロセスに
よって繰り返すことによって、被測定半導体素子の端子
電圧を所定値に正確に設定し、あるいは該端子電圧を所
定値に維持することが可能となる。従って、機械的なプ
ローブを用いずとも半導体素子の定量的な特性試験が可
能になる。
第１図は本発明の一実施例に係る半導体素子の試験装置
の構成図、第２図は第１図に示す装置の動作を説明する
図、第３図は本発明に係る試験方法の被試験対象となる
半導体装置の等価回路、第４図は第３図の等価回路に対
応する半導体装置の構造を示す断面図である。 １０…半導体基板、１１…ターゲット、２０…電子ビー
ム発生装置、２１…電子ビーム、２２〜２４…二次電
子、２５…反射電子、３１〜３４…グリッド、４１…二
次電子検出器、４２…増幅器、５１…比較器、５２…基
準電源、５３…制御電圧供給装置、５４…引出し電圧供
給装置、５５…切替装置、１００…半導体基板、１０１
〜１０３…素子分離絶縁層、１０４…不純物拡散層、１
０５…絶縁膜、１０６…配線層、１０７…電流計、Ｄ…
ダイオード、Ｃ…キャパシタ。
の構成図、第２図は第１図に示す装置の動作を説明する
図、第３図は本発明に係る試験方法の被試験対象となる
半導体装置の等価回路、第４図は第３図の等価回路に対
応する半導体装置の構造を示す断面図である。 １０…半導体基板、１１…ターゲット、２０…電子ビー
ム発生装置、２１…電子ビーム、２２〜２４…二次電
子、２５…反射電子、３１〜３４…グリッド、４１…二
次電子検出器、４２…増幅器、５１…比較器、５２…基
準電源、５３…制御電圧供給装置、５４…引出し電圧供
給装置、５５…切替装置、１００…半導体基板、１０１
〜１０３…素子分離絶縁層、１０４…不純物拡散層、１
０５…絶縁膜、１０６…配線層、１０７…電流計、Ｄ…
ダイオード、Ｃ…キャパシタ。
Claims (5)
- 【請求項１】半導体基板上に形成された被試験素子に並
列接続されたキャパシタの一方の電極に、電子ビームを
照射することにより電荷を注入し、この電荷注入によっ
て前記電極に所定電圧を誘起させる電圧誘起段階と、前
記キャパシタの電極に接続された前記被試験素子の端子
に電子ビームを照射し、前記端子から放出される二次電
子を観測することによって前記端子の電圧を測定する電
圧測定段階とを有し、 前記電圧誘起段階で誘起させた電圧と、前記電圧測定段
階で測定した電圧と、の関係に基づいて前記被試験素子
の試験を行う半導体装置の試験方法であって、 前記被試験素子の直上に前記電子ビームの通過を妨げな
いようにグリッドを配置し、 前記電圧誘起段階において、前記グリッドへの印加電圧
を制御することによって前記キャパシタの電極に誘起す
る電圧の制御を行い、 前記電圧測定段階において、前記グリッドに前記端子か
ら二次電子を引出すための電圧を印加することを特徴と
する半導体装置の試験方法。 - 【請求項２】半導体素子の製造工程で、試験に用いるた
めのキャパシタが素子と同時に形成されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の試験方
法。 - 【請求項３】半導体素子が形成された半導体基板上の所
定のターゲットを照射する電子ビームを発生する電子ビ
ーム発生手段と、 この電子ビーム発生手段と前記半導体基板との間に設け
られたグリッドと、 電子ビームの照射によって前記ターゲットに誘起される
電圧を制御するために、前記グリッドに供給すべき制御
電圧を発生する制御電圧供給手段と、 前記ターゲットから放出される二次電子を引出するため
に、前記グリッドに供給すべき引出し電圧を発生する引
出し電圧供給手段と、 前記グリッドに前記制御電圧供給手段及び前記引出し電
圧供給手段のうちいずれか一方を接続する切替え手段
と、 前記グリッドを通過した二次電子の量を検出する二次電
子量検出手段と、 を備えることを特徴とする半導体素子の試験装置。 - 【請求項４】前記制御電圧供給手段が、前記二次電子量
検出手段による検出結果をフィードバック量として入力
し、前記ターゲットの電位が所定値になるような制御を
行うことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導
体素子の試験装置。 - 【請求項５】前記二次電子量検出手段が、供給される電
圧に対応する運動エネルギよりも低い二次電子の通過を
制限する検出用グリッドと、この検出用グリッドを通過
した二次電子の量を検出し、この検出値に基づいた電圧
を前記検出用グリッドに供給する手段とを有することを
特徴とする特許請求の範囲第３項または第４項記載の半
導体素子の試験装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62241629A JPH065691B2 (ja) | 1987-09-26 | 1987-09-26 | 半導体素子の試験方法および試験装置 |
| US07/248,137 US4912052A (en) | 1987-09-26 | 1988-09-23 | Method of testing semiconductor elements |
| DE3850926T DE3850926T2 (de) | 1987-09-26 | 1988-09-26 | Verfahren und Apparatur zum Prüfen von Halbleiter-Elementen. |
| EP88115783A EP0309956B1 (en) | 1987-09-26 | 1988-09-26 | Method of testing semiconductor elements and apparatus for testing the same |
| US07/468,934 US5030908A (en) | 1987-09-26 | 1990-01-23 | Method of testing semiconductor elements and apparatus for testing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62241629A JPH065691B2 (ja) | 1987-09-26 | 1987-09-26 | 半導体素子の試験方法および試験装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6484629A JPS6484629A (en) | 1989-03-29 |
| JPH065691B2 true JPH065691B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=17077163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62241629A Expired - Lifetime JPH065691B2 (ja) | 1987-09-26 | 1987-09-26 | 半導体素子の試験方法および試験装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4912052A (ja) |
| EP (1) | EP0309956B1 (ja) |
| JP (1) | JPH065691B2 (ja) |
| DE (1) | DE3850926T2 (ja) |
Families Citing this family (50)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH065691B2 (ja) * | 1987-09-26 | 1994-01-19 | 株式会社東芝 | 半導体素子の試験方法および試験装置 |
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