特開 2021-181950 電流電圧特性の測定方法、測定装置、品質管理方法および製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-181950(P2021-181950A)

(43)【公開日】2021年11月25日

(54)【発明の名称】電流電圧特性の測定方法、測定装置、品質管理方法および製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 27/02 20060101AFI20211029BHJP

   G01R 27/08 20060101ALI20211029BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20211029BHJP

【ＦＩ】

   G01R27/02 R

   G01R27/08

   H01L21/66 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2020-87991(P2020-87991)

(22)【出願日】2020年5月20日

(71)【出願人】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(72)【発明者】

【氏名】土屋 敬志

(72)【発明者】

【氏名】西岡 大貴

(72)【発明者】

【氏名】寺部 一弥

【テーマコード（参考）】

2G028

4M106

【Ｆターム（参考）】

2G028AA01

2G028AA02

2G028AA03

2G028BB20

2G028CG02

2G028HN07

2G028HN12

4M106AA01

4M106CA10

4M106DH09

4M106DH51

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電極と試料との界面における電気特性を簡便に、かつ高い精度で測定できる測定方法および装置を提供すること。
【解決手段】直線状に第１から第６の探針が順番に配置された探針セットを有し、電流値ｉ_ｊ（ｊは１からｎまでの整数）を変えて、（Ａ）第２探針と第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して第２探針と第３探針、第２探針と第４探針、第２探針と第５探針のそれぞれの電位Ｖ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）を測定し、（Ｂ）第１探針と第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して第２探針と第３探針の電位Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定し、（Ｃ）第２探針と第６探針の間に電流ｉ_ｊを印加して第４探針と第５探針の電位Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定し、（Ｄ）Ｖ_２′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）および（Ｅ）Ｖ_５′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を計算する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線状に第１探針、第２探針、第３探針、第４探針、第５探針および第６探針が順番に配置された探針セットを有し、
以下のステップ（Ａ）から（Ｅ）を、電流値ｉ_ｊ（ｊは１からｎまでの整数）を変えて行う、電流電圧特性の測定方法。
（Ａ）前記第２探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記第２探針と前記第３探針、前記第２探針と前記第４探針、前記第２探針と前記第５探針のそれぞれの電位Ｖ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）を測定する。
（Ｂ）前記第１探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記第２探針と前記第３探針の電位Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定する。
（Ｃ）前記第２探針と前記第６探針の間に電流ｉ_ｊを印加し、前記第４探針と前記第５探針の電位Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定する。
（Ｄ）Ｖ_２′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を計算する。
（Ｅ）Ｖ_５′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を計算する。

【請求項2】

試料の電流電圧特性を測定する測定装置であって、
探針部、可変電流電源部、電圧測定部、制御部および解析部を有し、
前記探針部は、第１探針、第２探針、第３探針、第４探針、第５探針および第６探針が順番に直線状に配置された探針セットを有し、
前記可変電流電源部は、前記第２探針と前記第５探針の間、前記第１探針と前記第５探針の間、および前記第２探針と前記第６探針の間に電流を供給する手段を有し、
前記電圧測定部は、前記第２探針と前記第３探針の間、前記第２探針と前記第４探針の間、前記第２探針と前記第５探針の間、および前記第４探針と前記第５探針の間の電圧を測定する手段を有し、
前記制御部は、前記第１探針から前記第６探針までの探針の前記試料への電気的接触、非接触の制御、前記可変電流電源部から所定の探針への電流供給の制御、前記電圧測定部による所定の探針の電圧測定の制御を行う機能を有し、
前記解析部は、前記可変電流電源部から所定の探針への供給した電流と、前記電圧測定部によって所定の探針で測定された電圧を基に演算を行って、電流電圧特性を計算する機能を有する、測定装置。

【請求項3】

前記第１探針から前記第６探針は等間隔に配列されている、請求項２記載の測定装置。

【請求項4】

前記可変電流電源部は、１つの可変電流源を有し、前記第２探針と前記第５探針の間、前記第１探針と前記第５探針の間、および前記第２探針と前記第６探針の間への電流供給はスイッチ切り替えによって行われる、請求項２または３記載の測定装置。

【請求項5】

前記電圧測定部は、１つの電圧計を有し、前記第２探針と前記第３探針の間、前記第２探針と前記第４探針の間、前記第２探針と前記第５探針の間、および前記第４探針と前記第５探針の間の電圧測定はスイッチ切り替えによって行われる、請求項２から４の何れか１記載の測定装置。

【請求項6】

前記電圧計の内部抵抗は１００ＭΩ以上１０ＰΩ以下である、請求項５記載の測定装置。

【請求項7】

各電流値ｉ_ｊ（ｊは１からｎまでの整数）に対して下記ステップ（α）から（ε）の動作を備えた、請求項２から６の何れか１記載の測定装置。
（α）前記可変電流電源部により前記第２探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記電圧測定部により前記第２探針と前記第３探針、前記第２探針と前記第４探針、前記第２探針と前記第５探針のそれぞれの電位Ｖ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）を測定するステップ。
（β）前記可変電流電源部により前記第１探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記電圧測定部により前記第２探針と前記第３探針の電位Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定するステップ。
（γ）前記可変電流電源部により前記第２探針と前記第６探針の間に電流ｉ_ｊを印加し、前記電圧測定部により前記第４探針と前記第５探針の電位Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定するステップ。
（δ）前記解析部によりＶ_２′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を計算するステップ。
（ε）前記解析部によりＶ_５′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を計算するステップ。

【請求項8】

被測定試料に対して請求項１記載の測定方法によって電流電圧特性を測定し、前記電流電圧特性が予め定めた範囲内に収まっているかいないかを判断基準にして、被測定試料の品質管理を行う、品質管理方法。

【請求項9】

前記被測定試料は直線状に並んだ６個以上の金属パッドが並んだ金属パッド列を有する半導体装置であり、前記金属パッド列のうちの６個のパッドに前記第１探針から前記第６探針を接触させて前記電流電圧特性を測定する、請求項８記載の品質管理方法。

【請求項10】

前記金属パッドはアライメントマークである、請求項９記載の品質管理方法。

【請求項11】

製造工程の途中で請求項８から１０の何れか１記載の品質管理方法による品質管理を実施し、予め定めた電流電圧特性の範囲に入るもののみ製造工程を進める、製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流電圧特性の測定方法、測定装置、品質管理方法および製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子素子の性能や品質を高めるためには、精度の高い電流電圧特性の測定が必須であり、かつ簡便にその測定が行われることが求められている。このために様々な取り組みがなされている（特許文献１、２参照）。

【0003】

高精度な電流電圧測定を行う上での難しさの１つは、バルク抵抗と界面抵抗をともに正確に測定することである。
試料に電流を流すと、試料自身のバルク抵抗と電極／試料界面における界面抵抗によって電圧降下が生じる。これまでは、バルク抵抗と界面抵抗の両方を簡便かつ正確に測定することが難しかったため、バルク抵抗測定用の試料と界面抵抗用の試料を準備して、各々を測定し、その結果から両者の抵抗を推察するという手法がよく用いられてきた。すなわち、バルク抵抗用測定試料では、オーミックコンタクトでかつ抵抗の低い電極を用いてバルク抵抗主体に測定し、界面抵抗測定試料では、バルク抵抗が小さい試料を用いて界面抵抗主体に測定し、その結果を持ち寄って抵抗特性を評価するという方法がよく用いられていた。この従来の方法では、試料の制約および測定精度の不確実性があり、また測定も簡便とは言い難いという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−１９７０５６

【特許文献2】特開平４−３１６３４４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、上記背景のところで述べた問題を解決し、電極と試料との界面を含めた電気特性を、簡便かつ高い精度で測定できる測定方法および装置を提供することである。具体的には、バルク抵抗が高い試料でも、またオーミック接触を形成できない試料でも、簡便かつ高精度に界面抵抗、バルク抵抗を分離計測できる測定方法および装置を提供することである。
また、高い精度で界面電気特性を把握したことをフィードバックして、製品の品質を高める品質管理方法および製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

課題を解決するための本発明の構成を下記に示す。
（構成１）
直線状に第１探針、第２探針、第３探針、第４探針、第５探針および第６探針が順番に配置された探針セットを有し、
以下のステップ（Ａ）から（Ｅ）を、電流値ｉ_ｊ（ｊは１からｎまでの整数）を変えて行う、電流電圧特性の測定方法。
（Ａ）前記第２探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記第２探針と前記第３探針、前記第２探針と前記第４探針、前記第２探針と前記第５探針のそれぞれの電位Ｖ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）を測定する。
（Ｂ）前記第１探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記第２探針と前記第３探針の電位Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定する。
（Ｃ）前記第２探針と前記第６探針の間に電流ｉ_ｊを印加し、前記第４探針と前記第５探針の電位Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定する。
（Ｄ）Ｖ_２′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を計算する。
（Ｅ）Ｖ_５′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を計算する。
（構成２）
試料の電流電圧特性を測定する測定装置であって、
探針部、可変電流電源部、電圧測定部、制御部および解析部を有し、
前記探針部は、第１探針、第２探針、第３探針、第４探針、第５探針および第６探針が順番に直線状に配置された探針セットを有し、
前記可変電流電源部は、前記第２探針と前記第５探針の間、前記第１探針と前記第５探針の間、および前記第２探針と前記第６探針の間に電流を供給する手段を有し、
前記電圧測定部は、前記第２探針と前記第３探針の間、前記第２探針と前記第４探針の間、前記第２探針と前記第５探針の間、および前記第４探針と前記第５探針の間の電圧を測定する手段を有し、
前記制御部は、前記第１探針から前記第６探針までの探針の前記試料への電気的接触、非接触の制御、前記可変電流電源部から所定の探針への電流供給の制御、前記電圧測定部による所定の探針の電圧測定の制御を行う機能を有し、
前記解析部は、前記可変電流電源部から所定の探針への供給した電流と、前記電圧測定部によって所定の探針で測定された電圧を基に演算を行って、電流電圧特性を計算する機能を有する、測定装置。
（構成３）
前記第１探針から前記第６探針は等間隔に配列されている、構成２記載の測定装置。
（構成４）
前記可変電流電源部は、１つの可変電流源を有し、前記第２探針と前記第５探針の間、前記第１探針と前記第５探針の間、および前記第２探針と前記第６探針の間への電流供給はスイッチ切り替えによって行われる、構成２または３記載の測定装置。
（構成５）
前記電圧測定部は、１つの電圧計を有し、前記第２探針と前記第３探針の間、前記第２探針と前記第４探針の間、前記第２探針と前記第５探針の間、および前記第４探針と前記第５探針の間の電圧測定はスイッチ切り替えによって行われる、構成２から４の何れか１記載の測定装置。
（構成６）
前記電圧計の内部抵抗は１００ＭΩ以上１０ＰΩ以下である、構成５記載の測定装置。
（構成７）
各電流値ｉ_ｊ（ｊは１からｎまでの整数）に対して下記ステップ（α）から（ε）の動作を備えた、構成２から６の何れか１記載の測定装置。
（α）前記可変電流電源部により前記第２探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記電圧測定部により前記第２探針と前記第３探針、前記第２探針と前記第４探針、前記第２探針と前記第５探針のそれぞれの電位Ｖ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）を測定するステップ。
（β）前記可変電流電源部により前記第１探針と前記第５探針の間に電流ｉ_ｊを印加して、前記電圧測定部により前記第２探針と前記第３探針の電位Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定するステップ。
（γ）前記可変電流電源部により前記第２探針と前記第６探針の間に電流ｉ_ｊを印加し、前記電圧測定部により前記第４探針と前記第５探針の電位Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定するステップ。
（δ）前記解析部によりＶ_２′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を計算するステップ。
（ε）前記解析部によりＶ_５′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を計算するステップ。
（構成８）
被測定試料に対して構成１記載の測定方法によって電流電圧特性を測定し、前記電流電圧特性が予め定めた範囲内に収まっているかいないかを判断基準にして、被測定試料の品質管理を行う、品質管理方法。
（構成９）
前記被測定試料は直線状に並んだ６個以上の金属パッドが並んだ金属パッド列を有する半導体装置であり、前記金属パッド列のうちの６個のパッドに前記第１探針から前記第６探針を接触させて前記電流電圧特性を測定する、構成８記載の品質管理方法。
（構成１０）
前記金属パッドはアライメントマークである、構成９記載の品質管理方法。
（構成１１）
製造工程の途中で構成８から１０の何れか１記載の品質管理方法による品質管理を実施し、予め定めた電流電圧特性の範囲に入るもののみ製造工程を進める、製造方法。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、バルク抵抗が高い試料でも、またオーミック接触を形成できない試料でも、電極と試料との界面における電気特性を高い精度で測定できる測定方法および装置を提供することが可能になる。
また、高い精度で界面電気特性を把握したことをフィードバックして、製品の品質を高める品質管理方法および製造方法を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の装置の要部構成を示す装置構成図である。

【図2】探針セットの構造を示す断面図である。

【図3】試料構造を示す断面図である。

【図4】測定工程を示したフローチャート図である。

【図5】測定中の電気回路状態を示す説明図である。

【図6】測定中の電気回路状態を示す説明図である。

【図7】測定中の電気回路状態を示す説明図である。

【図8】測定部であるアライメントマークの配置を示すウェハの平面視図である。

【図9】実施例における電気特性図である。

【図10】実施例における電気特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

【0010】

（第１の実施の形態）
＜装置＞
第１の実施の形態（実施の形態１）の装置構成を図１に示す。
本実施の形態の装置は、探針部１０２、可変電流電源部１０３、電圧測定部１０４、制御部１０５および解析部１０６を有する。なお、図１中の１０１は試料である。

【0011】

探針部１０２は、図２に示すように、試料と接触するその先端に、導電性を有する第１探針５１、第２探針５２、第３探針５３、第４探針５４、第５探針５５および第６探針５６が基板５０上に順番に直線状に配置された探針セット１０２ａを有する。
ここで、基板５０は少なくともその主表面が電気的絶縁性を有し、かつ第１探針５１から第６探針５６を試料に接触させたとき十分な電気的接触が得られる形状を保持する適度な剛性をもつものが使用される。基板５０としては、具体的には、表面に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜あるいは酸窒化シリコン膜などの絶縁膜がが形成されたシリコン基板、アルミニウムなどの金属あるいはアルミニウムなどの金属を含む合金の上に絶縁膜が形成された金属基板、溶融石英などのガラス基板、ポリカーボネイト、アクリル、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂基板を挙げることができる。

【0012】

第１探針５１から第６探針５６までの探針は、同一の材料からなり、その試料と接触する面の面積は第１探針５１から第６探針５６まで同一にしておくことが好ましい。また、第１探針５１から第６探針５６までの探針は、大きさと形を統一しておくことが好ましい。試料と接触する面の面積が第１探針５１から第６探針５６までの探針で異なるときは、その面積を求めておいて、抵抗を計算するときに反映させる。このため、その面積を同一にしておくと、その計算工程が省けるとともに、面積の差に基づく測定誤差、擾乱を抑制することが可能になる。
また、第１探針５１から第６探針５６までの探針は、等間隔に配列されていることが好ましい。不等間隔の場合は、バルク抵抗計算の際にその間隔を計算に組み込めば界面抵抗、バルク抵抗ともに求めることができるが、その場合は計算工程が必要になるとともに、探針間隔に基づく計測誤差要因を持ち込むことになる。
また、第１探針５１から第６探針５６までの探針は、同じ接触圧力で資料に接触することが好ましい。このため、第１探針５１から第６探針５６までの探針の試料との接触面の高さ位置は、接触する試料の高さ位置と一致していることが好ましい。

【0013】

第１探針５１から第６探針５６までの探針は、探針を直接基板５０に接触させて測定を行うときは界面抵抗特性を含めて測定したい金属、合金、半金属などとする。一方、試料上に電極が形成されていて、その電極に探針を接触させて測定を行うときは、試料側の電極との接触面で接触抵抗が少なく整流特性をもたない材料とすることが好ましい。
すなわち、図３に示すように、測定試料１０１ａが基板１０上に第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、第４電極１４、第５電極１５および第６電極１６を有する場合は、第１探針５１から第６探針５６までの探針は、第１電極１１から第６電極１６と接触抵抗が少なく整流特性をもたない材料とすることが好ましく、電極材料と同じ材料としておくことがより好ましい。また、第１探針５１から第６探針５６に金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）というような表面酸化が起こりにくく、経時安定性の高い金属や合金が用いられることは、経時安定性向上という観点から好ましい。また、タングステン（Ｗ）や炭化タングステン（ＷＣ）など硬度の高い金属、金属化合物、合金を用いると、探針と試料との機械的接触に対して高い耐久性が得られるので好ましい。

【0014】

可変電流電源部１０３は、第２探針５２と第５探針５５の間、第１探針５１と第５探針５５の間、および第２探針５２と第６探針５６の間に電流を供給する手段を有するもので、可変直流電源と電流計からなる。
ここで、可変電流電源部１０３は、可変直流電源と電流計各１個からなり、スイッチにより第２探針５２と第５探針５５の間、第１探針５１と第５探針５５の間、および第２探針５２と第６探針５６の間に電流を供給してもよいし、可変直流電源と電流計を複数有して、第２探針５２と第５探針５５の間、第１探針５１と第５探針５５の間、および第２探針５２と第６探針５６の間に電流を供給してもよい。可変直流電源と電流計各１個からなり、スイッチにより電流を流す探針を選択する方式は、部品点数を抑えることができ、装置の低コスト化およびコンパクト化の観点で好ましい。

【0015】

電圧測定部１０４は、第２探針５２と第３探針５３の間、第２探針５２と記第４探針５４の間、第２探針５２と第５探針５５の間、および第４探針５４と第５探針５５の間の電圧を測定する手段を有する。
ここで、電圧測定部１０４は、電圧計１個からなり、スイッチにより第２探針５２と第３探針５３の間、第２探針５２と記第４探針５４の間、第２探針５２と第５探針５５の間、および第４探針５４と第５探針５５の間の電圧を測定してもよいし、電圧計を複数有して、第２探針５２と第３探針５３の間、第２探針５２と記第４探針５４の間、第２探針５２と第５探針５５の間、および第４探針５４と第５探針５５の間の電圧を測定してもよい。電圧計１個からなり、スイッチにより電圧測定をする探針を選択する方式は、部品点数を抑えることができ、装置の低コスト化およびコンパクト化の観点で好ましい。
また、電圧計の内部抵抗は１００ＭΩ以上１０ＰΩ以下が好ましい。電圧計の内部抵抗が１００ＭΩ以上、さらに好ましくは１０ＧΩ以上であると、電圧計を流れるバイパス電流が少なくなって測定精度が上がる。電圧計の内部抵抗が１０ＰΩ以下、さらに好ましくは１ＰΩ以下とすると、電圧測定のコストパフォーマンスが優れる。

【0016】

制御部１０５は、第１探針５１から第６探針５６までの探針の試料への電気的接触、非接触の制御、可変電流電源部１０３から所定の探針への電流供給の制御、電圧測定部１０４による所定の探針の電圧測定の制御を行う機能を有する。
また、解析部１０６は、可変電流電源部１０３から所定の探針への供給した電流と、電圧測定部１０４によって所定の探針で測定された電圧を基に演算を行って、電流電圧特性を計算する機能を有する。

【0017】

本実施の形態の装置は、図４のフローチャートに示す動作に基づいて測定を行う。
（α）可変電流電源部１０３により第２探針５２と第５探針５５の間に電流ｉ_ｊ（ｊは１からｎまでの整数）を印加して、電圧測定部１０４により第２探針５２と第３探針５３、第２探針５２と第４探針５４、第２探針５２と第５探針５５のそれぞれの電位Ｖ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）を測定する（ステップＳ１２）。
（β）可変電流電源部１０３により第１探針５１と第５探針５５の間に電流ｉ_ｊを印加して、電圧測定部１０４により第２探針５２と第３探針５３の電位Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定する（ステップＳ１３）。
（γ）可変電流電源部１０３により第２探針５２と第６探針５６の間に電流ｉ_ｊを印加し、電圧測定部１０４により第４探針５４と第５探針５５の電位Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定する（ステップＳ１４）。
（δ）解析部１０６によりＶ_２′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を計算する（ステップＳ１５）。
（ε）解析部１０６によりＶ_５′（ｉ_ｊ）＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を計算する（ステップＳ１６）。
以上のステップにより、第２電極と基板との界面および第５電極と基板との界面におけるショットキー接合の電流電圧特性を求めることができ、また、このことから界面のショットキー抵抗および基板内バルク抵抗が求まる。

【0018】

＜測定方法＞
測定方法は、上記の（α）から（ε）のステップからなる。ここでは、試料として、基板１０の上に第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、第４電極１４、第５電極１５および第６電極１６が形成されている場合を例示として示すが、第１電極１１から第６電極１６を設けず、第１電極１１から第６電極１６の代わりに第１探針５１から第６探針５６を基板１０に接触させて測定してもよい。ここで、後者の場合は、探針の材料と基板１０との界面抵抗および基板１０のバルク抵抗が測定対象になる。

【0019】

まず、第２電極１２と第５電極１５に電流電源装置２３（図１では電源部１０３で表記）からの電流ｉ_ｊ（ｊは１からｎまでの整数）が印加されるように、第２探針５２および第５探針５５をそれぞれ第２電極１２と第５電極１５に接触させる。そして、第３探針５３および第４探針５４をそれぞれ第３電極１３と第４電極１４に接触させて、電圧計を用いて各電流値ｉ_ｊに対する、第２電極１２と第３電極１３、第２電極１２と第４電極１４、第２電極１２と第５電極１５間の電圧をＶ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）として測定する。このときの測定回路を図５に示す。ここで、Ｓ_２およびＳ_５は、それぞれ第２電極１２および第５電極１５と基板１０との界面のショットキーダイオードであり、Ｒ_２３、Ｒ_３４、Ｒ_４５は、それぞれ第２電極１２と第３電極１３間、第３電極１３と第４電極１４間、第４電極１４と第５電極１５間の基板１０のバルク抵抗を表す。また、電流電源装置２３は直流電源２１と電流計２２からなる。各電圧を測定する際は、図５に示すように３つの電圧計３１，３２，３３をを用いてもよいし、１つの電圧計を使用しスイッチ等で該当する電圧を測定してもよい。

【0020】

次に、第１電極１１と第５電極１５に電流電源装置２３を取り付け、上記のプロセスと同様の直流電流ｉ_ｊを印加し、第２電極１２と第３電極１３間の電圧Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定する。具体的には、第１探針５１および第５探針５５をそれぞれ第１電極１１と第５電極１５に接触させて電流電源装置２３により電流ｉ_ｊを印加し、第２探針５２および第３探針５３をそれぞれ第２電極１２と第３電極１３に接触させて電圧計３４を用いて各電流値ｉ_ｊに対する、第２電極１２と第３電極１３の電圧をＶ_２３（ｉ_ｊ）として測定する。このときの測定回路を図６に示す。ここで、図６のＳ_１は第１電極１１と基板１０との界面のショットキーダイオードであり、Ｒ_１２、Ｒ_３５はそれぞれ第１電極１１と第２電極１２間、第３電極１３と第５電極１５間の基板１０のバルク抵抗である。

【0021】

その後、図７のように、第２電極１２と第６電極１６に電流電源装置２３を取り付け、上記のプロセスと同様の直流電流ｉ_ｊを印加し、第４電極１４と第５電極１５間の電圧Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定する。具体的には、第２探針５２および第６探針５６をそれぞれ第２電極１２と第６電極１６に接触させて電流電源装置２３により電流ｉ_ｊを印加し、第４探針５４および第５探針５５をそれぞれ第４電極１４と第５電極１５に接触させて電圧計３５を用いて各電流値ｉ_ｊに対する、第４電極１４と第５電極１５の電圧をＶ_４５（ｉ_ｊ）として測定する。ここで、図７のＳ_６は第６電極１６と基板１０との界面のショットキーダイオードであり、Ｒ_２４、Ｒ_５６はそれぞれ第２電極１２と第４電極１４間、第５電極１５と第６電極１６間の基板１０のバルク抵抗である。

【0022】

しかる後、以上の測定結果を用いて、Ｖ_２′＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）として第２電極１２と基板１０の界面に電流ｉ_ｊを印加した際の電圧降下Ｖ_２′を得ることができる。また、Ｖ_５′＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）として第５電極１５と基板１０の界面に電流ｉ_ｊを印加した際の電圧降下Ｖ_５′を得ることができる。
また、電流ｉ_ｊに対する電圧降下特性が調べられることから、電極と基板１０との界面抵抗（ショットキー抵抗）および基板１０のバルク抵抗を求めることができる。
したがって、本方法によれば、ショットキー接触となる金属電極のみを用いても、それぞれの電極界面における電流の整流性を独立に測定することができる。

【0023】

実施の形態１に示した本発明の方法は、試料１０に対して６個の探針、または試料上に設置した６つの電極を用い、上記手順でそれぞれに電流を印加、各電極間の電圧降下を測定し、これらを演算処理することで、目的の電極／試料における電圧降下のみを測定することができる。
複数の電極を設け電圧測定を行うことで、除外したいバルク抵抗や界面抵抗による電圧降下を直接測定し、これを除外する方法であるため、測定の精度が高く材料の制約が極めて少ない。
本発明の方法を応用することで、これまで測定が困難であった材料の界面の電気的特性の測定が可能となる。さらに、試料の状態に関わらず高精度で電極／試料界面の電気的特性が測定できるため、実施の形態２で述べる半導体ウェハの品質管理などへの応用も可能である。

【0024】

従来の方法では、電極と試料界面の電流電圧特性を測定するためには、他の部分の寄与を減らすため、材料自身のバルク抵抗を低くし、電極と材料の接触抵抗が低くなるようにオーミック接触となる電極を選択するなどの工夫が必要であった。つまり、これらの制約を満足する電極と材料の組み合わせでの測定となり、適用が限られていた。
なお、従来の方法でも、ショットキー材料とオーミック材料を組み合わせて多数の測定を行い、その結果を用いて界面抵抗およびバルク抵抗を計算により求めることは可能ではあった。しかしながら、従来の方法は、装置も複雑で測定時間もかかり、さらに測定誤差要因も増えることから、測定精度も高いとは言い難かった。

【0025】

本発明の方法では、こうした制約なしに界面の電流電圧特性を測定できるため、バルク抵抗の大きな材料や、オーミック接触を取れない材料でも界面の電気特性を測定することができる。

【0026】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態（実施の形態２）は、実施の形態１による測定方法の品質管理および製品の製造方法への適用に関するものである。
この品質管理方法では、品質管理の対象となる試料に対して実施の形態１の測定方法によって電流電圧特性を測定し、電流電圧特性が予め定めた範囲内に収まっているかいないかを判断基準にして試料の品質管理を行う。簡便かつ高精度な電流電圧特性測定およびその管理が行えるため、高い品質管理を行うことができる。
また、この品質管理方法による品質管理を実施し、予め定めた電流電圧特性の範囲に入るもののみ製造工程を進めると、高い品質の製品を効率よく製造することが可能になる。

【0027】

例えば、試料が直線状に並んだ６個以上の金属パッドが並んだ金属パッド列を有する半導体装置の場合、その金属パッド列のうちの６個のパッドに第１探針５１から第６探針５６を接触させて電流電圧特性を測定する。この場合、試料がバルク抵抗の大きな材料やオーミック接触を取れない材料の場合でも、製品の品質を大きく左右することが多い界面の電気特性を簡便かつ正確に測定できる。このため、所望の特性を有するもののみの選別が容易に可能になって、高い品質管理が可能になる。

【0028】

この品質管理では、半導体装置の製造を行うとき用いられるメタル工程時に作製したアライメントマークを活用することも可能である。
図８は、ウエハ２０１に素子チップ２０２が形成されたときの平面図である。スクライブライン２０３にアライメントマーク２０４、２０５が配置されており、そのマークを参照したアライメント（合わせ）を伴うリソグラフィを行いながら素子が作製される。
メタル工程あるいはドープトポリ工程で作製されたアライメントマークは導電性の電極として活用することができる。アライメントマークとしては、アライメントマーク２０４にみられるように、等ピッチに配置された繰り返し矩形パターンアライメントマークパターンＢ（２０４ｂ）とそれとは異なる形状のアライメントマークパターンＡ（２０４ａ）の組み合わせ、あるいはアライメントマーク２０５にみられるように、マトリックス状に配置された繰り返し矩形パターン（アライメントマークパターンＣ、２０５ａ）などが多用される。この繰り返しパターンのうちの直線状に並んだ６個、すなわちアライメントマークパターンＢ（２０４ｂ）のうちの隣接する６個、あるいはマトリックス状に並んだアライメントマーク２０５の中の直線状に並んだ６個（アライメントマークパターンＣ、２０５ｂ）を第１電極１１から第６電極１６として活用すると、領域を無駄にすることなく、また品質管理上の特別なパターンを配置する必要なく品質管理を行うことが可能となる。

【実施例】

【0029】

以下では実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、この実施例はあくまで本発明の理解を助けるためここに挙げたものであり、本発明をこれに限定するものではない。

【0030】

（実施例１）
実施例１では、ニッケル（Ｎｉ）電極が形成されたｎ型シリコン基板を試料としてその電流電圧特性を測定した。

【0031】

測定装置は、図１に示すように、探針部１０２、可変電流電源部１０３、電圧測定部１０４、制御部１０５および解析部１０６からなる。
探針部１０２の試料側先端には第１探針５１から第６探針５６が等間隔かつ直線状に配置されている。第１探針５１から第６探針５６までの各パッドは、同じ形状、同じサイズで幅５０μｍ長さ５０μｍ厚さ５０μｍのタングステンからなっている。配置のピッチは２００μｍで、したがって各パッド間の間隔は１５０μｍである。
可変電流電源部１０３は、１個の可変電流源（６２２０型ＤＣ電流源、ケースレー製）およびスイッチからなり、電圧測定部１０４は、１個の電圧計（２１８２Ａ型ナノボルトメータ、ケースレー製）とスイッチからなる。ここで、電圧計の内部抵抗はカタログ値で１０ＧΩである。
解析部１０６は、コンピュータを備えており、アルゴリズムにしたがって、測定されたデータから電流電圧特性、界面抵抗、バルク抵抗が計算されるようになっている。

【0032】

試料は、基板１０上に第１から第６までの電極が形成された図３（ａ）の１０１ａの構造のものとした。ここで、基板１０はリンをドーパントにしたｎ型シリコン基板とした。その不純物量は１０^１５原子／ｃｍ^３で、カタログ抵抗値は１−１０Ω・ｃｍである。また、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、第４電極１４、第５電極１５および第６電極１６は電子ビーム蒸着法によって形成したニッケル（Ｎｉ）電極とし、その形状は幅１００μｍ、長さ１００μｍ、高さ０．１μｍの直方体とした。これらの電極は直線状に等間隔で配置されている。パターンピッチは２００μｍであり、したがって電極間間隔は１００μｍである。

【0033】

次に、測定手順を説明する。
最初に、第２電極１２と第５電極１５に電流電源装置２３（図１の１０３）を取り付け、直流電流ｉ_ｊを−２μＡから２μＡまで１μＡ刻みで印加した。そして、電圧計を用いて各電流値ｉ_ｊに対する、第２電極と第３電極、第２電極と第４電極、第２電極と第５電極間の電圧をＶ_３（ｉ_ｊ）、Ｖ_４（ｉ_ｊ）、Ｖ_５（ｉ_ｊ）として測定した（工程Ｓ１２）。ここで、電流電源装置２３は直流電源２１と電流計２２からなる。ここで、直流電源２１は可変電流源である。
このときの測定回路を図５に示す。各電圧を測定する際は図５のように電圧計を３つ用いてもよいが、実施例１では１つの電圧計を使用し、スイッチを用いて該当する電圧を測定した。したがって、同図中の３１、３２および３３としては同じ電圧計が用いられている。

【0034】

次に、図６のように、第１電極と第５電極に電流電源装置を取り付け、上記のプロセスと同様の直流電流ｉ_ｊを印加し、第２電極と第３電極間の電圧Ｖ_２３（ｉ_ｊ）を測定した。
次に、図７のように、第２電極と第６電極に電流電源装置を取り付け、上記のプロセスと同様の直流電流i_jを印加し、第４電極と第５電極間の電圧Ｖ_４５（ｉ_ｊ）を測定した。

【0035】

これらの測定結果を用いて、Ｖ_２′＝Ｖ_３（ｉ_ｊ）−Ｖ_２３（ｉ_ｊ）として第２電極とＳｉ基板の界面に電流i_jを印加した際の電圧降下Ｖ_２′を得た。また、Ｖ_５′＝Ｖ_５（ｉ_ｊ）−Ｖ_４（ｉ_ｊ）−Ｖ_４５（ｉ_ｊ）として第５電極とＳｉ基板の界面に電流ｉ_ｊを印加した際の電圧降下Ｖ_５′を得た。各印加電流値ｉ_ｊに対するＶ_２′およびＶ_５′をプロットしたものを図９および図１０に示す。これらは、それぞれ第２電極のＮｉ／Ｓｉ界面と第５電極のＮｉ／Ｓｉ界面におけるショットキー接合の電流電圧特性に対応する。ショットキー接触となる金属電極のみを用いて、それぞれの電極界面における電流の整流性を独立に測定することができた。
なお、ここで用いた第１から第６のＮｉ電極（１１〜１６）とｎ型半導体シリコン基板１０はショットキー接触であり、通常はオーミック接触となる他の電極を使わない限り、Ｎｉ／Ｓｉ界面の電流電圧特性を測定することは困難である。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明によれば、試料の電流電圧特性、言い換えれば、試料のバルク抵抗および界面抵抗特性をともに簡便かつ高精度に測定する方法およびそのための装置が提供される。
界面を含めた試料の電流電圧特性は、高品質で性能の高い電気素子、電気製品を供給する上で欠かせない特性なので、その特性を簡便かつ高精度に測定できる本発明は、基盤技術として、大いに産業界で活用されることが期待される。
また、高い精度で界面電気特性を把握したことをフィードバックして、製品の品質を高める品質管理方法および製造方法を提供することが可能になるので、この観点からも大いに産業界で活用されることが期待される。

【符号の説明】

【0037】

１０：基板（ｎ型半導体シリコン基板）
１１：第１電極
１２：第２電極
１３：第３電極
１４：第４電極
１５：第５電極
１６：第６電極
２１：直流電源
２２：電流計
２３：可変電流電源部
３１：電圧計
３２：電圧計
３３：電圧計
３４：電圧計
３５：電圧計
５０：探針基板
５１：第１探針
５２：第２探針
５３：第３探針
５４：第４探針
５５：第５探針
５６：第６探針
１０１：試料
１０１ａ：試料
１０１ｂ：試料
１０２：探針部
１０２ａ：探針セット
１０３： 電源部（可変電流電源）
１０４：電圧測定部
１０５：解析部
１０６：制御部
２０１：ウェハ
２０２：素子チップ
２０３：スクライブライン
２０４：アライメントマーク
２０４ａ：アライメントマークパターンＡ
２０４ｂ：アライメントマークパターンＢ
２０５：アライメントマーク
２０５ａ：アライメントマークパターンＣ
２０５ｂ：アライメントマークパターンＣ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】