特許 5806989 半導体素子の特性変化量測定装置、及び半導体素子の特性変化量測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5806989

(24)【登録日】2015年9月11日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】半導体素子の特性変化量測定装置、及び半導体素子の特性変化量測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/26 20140101AFI20151021BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20151021BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/26 H

   H01L29/78 624

   G01R31/26 C

   G01R31/26 B

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-195042(P2012-195042)

(22)【出願日】2012年9月5日

(65)【公開番号】特開2014-52207(P2014-52207A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2014年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100111453

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻井 智

(72)【発明者】

【氏名】林 和志

(72)【発明者】

【氏名】小坂 修司

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０２８７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７１６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３３８６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１６６５３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６，２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体接合を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する装置であって、
前記半導体素子に光を照射する光照射部と、
前記半導体素子における前記半導体接合を挟んで一方側の部位に設けられた電極と他方側の部位に設けられた電極との間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、
前記半導体素子の接合容量を測定する接合容量測定部と、
測定された接合容量の変化に基づいて前記半導体素子の電気的特性の変化量を求める演算部と、を備え、
前記演算部は、光の照射が停止された後の前記半導体素子にバイアス電圧が印加された状態で当該半導体素子の接合容量が測定されたときに前記接合容量の値が変化する過渡応答が生じるバイアス電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める半導体素子の特性変化量測定装置。

【請求項2】

前記演算部は、光を照射される前の前記半導体素子から得られる接合容量−バイアス電圧特性において接合容量が立ち上がるバイアス電圧であるしきい値電圧と、印加されるバイアス電圧を変えつつ、変化させたバイアス電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子の接合容量が測定されたときの前記過渡応答が生じたバイアス電圧の下限値と、から前記電気的特性の変化量を求める請求項１に記載の半導体素子の特性変化量測定装置。

【請求項3】

ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する装置であって、
前記半導体素子に光を照射する光照射部と、
前記ゲート電極にゲート電圧を印加するゲート電圧印加部と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に引出電圧を印加する引出電圧印加部と、
前記半導体素子における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れるドレイン電流を測定するドレイン電流測定部と、
測定されたドレイン電流の変化に基づいて前記半導体素子の電気的特性の変化量を求める演算部と、を備え、
前記演算部は、光の照射が停止された後の前記半導体素子にゲート電圧が印加されると共に所定の引出電圧が印加された状態で当該半導体素子を流れるドレイン電流が測定されたときに前記ドレイン電流の値が変化する過渡応答が生じるゲート電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める半導体素子の特性変化量測定装置。

【請求項4】

前記演算部は、光を照射される前の前記半導体素子から得られるドレイン電流−ゲート電圧特性においてドレイン電流が立ち上がるゲート電圧であるしきい値電圧と、印加されるゲート電圧を変えつつ、変化させたゲート電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子におけるドレイン電流が測定されたときの前記過渡応答が生じたゲート電圧の下限値と、から前記電気的特性の変化量を求める請求項３に記載の半導体素子の特性変化量測定装置。

【請求項5】

半導体接合を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する方法であって、
光の照射が停止された後に、前記半導体素子の前記半導体接合を挟んで一方側の部位に設けられた電極と他方側の部位に設けられた電極との間にバイアス電圧を印加した状態で前記半導体素子の接合容量を測定し、この測定結果における前記接合容量の値が変化する過渡応答が生じるバイアス電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める半導体素子の特性変化量測定方法。

【請求項6】

前記半導体素子の接合容量−バイアス電圧特性を測定し、この接合容量−バイアス電圧特性において接合容量が立ち上がるバイアス電圧であるしきい値電圧を求める工程と、
印加されるバイアス電圧を変えつつ、変化させたバイアス電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子の接合容量を測定し、前記過渡応答が生じたバイアス電圧の下限値を求める工程と、
前記しきい値電圧と前記過渡応答が生じたバイアス電圧の下限値とから前記電気的特性の変化量を求める工程と、を備える請求項５に記載の半導体素子の特性変化量測定方法。

【請求項7】

ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する方法であって、
光の照射が停止された後に、前記半導体素子において前記ゲート電極にゲート電圧を印加すると共に前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に所定の引出電圧を印加した状態で当該半導体素子における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れるドレイン電流を測定し、この測定結果における前記ドレイン電流の値が変化する過渡応答が生じるゲート電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める半導体素子の特性変化量測定方法。

【請求項8】

前記半導体素子のドレイン電流−ゲート電圧特性を測定し、このドレイン電流−ゲート電圧特性においてドレイン電流が立ち上がるゲート電圧であるしきい値電圧を求める工程と、
印加されるゲート電圧を変えつつ、変化させたゲート電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子におけるドレイン電流を測定し、前記過渡応答が生じたゲート電圧の下限値を求める工程と、
前記しきい値電圧と前記過渡応答が生じたゲート電圧の下限値とから前記電気的特性の変化量を求める工程と、を備える請求項７に記載の半導体素子の特性変化量測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体素子に光の照射や電圧の印加等のストレスが加えられることにより生じる電気的特性の変化量を測定する特性変化量測定装置及び特性変化量測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、トランジスタ等の半導体素子に光を照射し続けたりゲート電圧を印加し続けたりすること（即ち、半導体素子に光の照射や電圧の印加等によるストレスが加え続けられること）によって、ＩＶ特性（ドレイン電流−ゲート電圧特性：ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化）においてしきい値電圧がシフトする等の半導体素子の電気的特性が変化することが知られている（特許文献１参照）。

【0003】

半導体素子（例えば、トランジスタ）においてしきい値電圧がシフトすると、正常なＯＮ／ＯＦＦ制御ができなくなる場合があるため、当該半導体素子を用いた液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置における信頼性の低下を招く。このため、半導体素子の材料の開発やプロセスの最適化を行なう際に、前記ストレスによる半導体素子の電気的特性の変化量を正確に測定（推定）する必要があった。

【0004】

この半導体素子における前記ストレスによって生じる半導体素子の劣化（即ち、電気的特性の変化）は、例えば、ＮＢＴＩ（Negative Bias Temperature Instability）試験によって測定（評価）されていた。

【0005】

ＮＢＴＩ試験では、半導体素子にストレスを与える（例えば、所定のゲート電圧を所定時間印加する）工程と、ＩＶ特性を測定する工程とを交互に繰り返すことによって、半導体素子にストレスが加わることによって生じる電気的特性の変化（しきい値電圧のシフト量）を測定（評価）していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−１９２０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、上記の測定方法では、電気的特性の変化量を精度よく測定するために、半導体素子へのストレスの付与と、半導体素子の電気的特性の測定とを交互に多数回繰り返す必要があり、このため、一つの半導体素子における電気的特性の変化量の測定には、例えば、１０００秒以上の時間が必要であった。

【0008】

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、半導体素子の電気的特性の変化量を短時間で測定することができる半導体素子の特性変化量測定装置、及び特性変化量測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明の一態様に係る半導体素子の特性変化量測定装置は、半導体接合を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する装置であって、前記半導体素子に光を照射する光照射部と、前記半導体素子における前記半導体接合を挟んで一方側の部位に設けられた電極と他方側の部位に設けられた電極との間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、前記半導体素子の接合容量を測定する接合容量測定部と、測定された接合容量の変化に基づいて前記半導体素子の電気的特性の変化量を求める演算部と、を備える。そして、前記演算部は、光の照射が停止された後の前記半導体素子にバイアス電圧が印加された状態で当該半導体素子の接合容量が測定されたときに前記接合容量の値が変化する過渡応答が生じるバイアス電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める。

【0010】

また、本発明の他の態様に係る半導体素子の特性変化量測定方法は、半導体接合を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する方法であって、光の照射が停止された後に、前記半導体素子の前記半導体接合を挟んで一方側の部位に設けられた電極と他方側の部位に設けられた電極との間にバイアス電圧を印加した状態で前記半導体素子の接合容量を測定し、この測定結果における前記接合容量の値が変化する過渡応答が生じるバイアス電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める。

【0011】

これらの構成によれば、半導体接合を有する半導体素子における光の照射による電気的特性の変化量（例えば、ＣＶ特性（バイアス電圧の変化に対する接合容量の変化）において半導体素子への光の照射によって接合容量が変化するバイアス電圧の範囲）を接合容量の過渡応答の有無によって検出することにより、短時間で測定することができる。

【0012】

即ち、光の照射によって変化した接合容量は光の照射を停止することで元の値に戻るため、この接合容量の挙動を、バイアス電圧を変えつつ電圧値毎の光照射停止後の接合容量を測定することで過渡応答（接合容量の値の変化）として検出することにより、ＣＶ特性において光の照射によって接合容量が変化するバイアス電圧の範囲を精度よく検出することができる。そして、半導体素子への光照射後（光の照射を停止した後）に接合容量が時間の経過に伴って変化するか否かだけで過渡応答の有無が判断できるため、各電圧値での接合容量の測定時間を短くする（例えば、０．００１秒から１０秒程度にする）ことができ、その結果、半導体素子の電気的特性の変化量を短時間で測定することができる。

【0013】

具体的に、過渡応答が生じるバイアス電圧の範囲に基づいて電気的特性の変化量を測定する装置では、前記演算部は、光を照射される前の前記半導体素子から得られる接合容量−バイアス電圧特性において接合容量が立ち上がるバイアス電圧であるしきい値電圧と、印加されるバイアス電圧を変えつつ、変化させたバイアス電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子の接合容量が測定されたときの前記過渡応答が生じたバイアス電圧のしきい値と、から前記電気的特性の変化量を求めてもよい。

【0014】

また、具体的に、過渡応答が生じるバイアス電圧の範囲に基づいて電気的特性の変化量を測定する方法では、前記半導体素子の接合容量−バイアス電圧特性を測定し、この接合容量−バイアス電圧特性において接合容量が立ち上がるバイアス電圧であるしきい値電圧を求める工程と、印加されるバイアス電圧を変えつつ、変化させたバイアス電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子の接合容量を測定し、前記過渡応答が生じたバイアス電圧のしきい値を求める工程と、前記しきい値電圧と前記過渡応答が生じたバイアス電圧のしきい値とから前記電気的特性の変化量を求める工程と、を備えてもよい。

【0015】

これらの構成によれば、光を照射する前の半導体素子から得られたＣＶ特性（接合容量−バイアス電圧特性）におけるしきい値電圧と、光を照射することによって過渡応答が生じるバイアス電圧の下限値とを検出すればよいため、即ち、バイアス電圧を予想されるしきい値電圧のシフト量よりも十分広く振った上で各電圧値での接合容量の過渡応答の有無を全て調べる必要がないため）、半導体素子の電気的特性の変化量をより短時間で測定することができる。

【0016】

また、本発明の他の態様に係る半導体素子の特性変化量測定装置は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する装置であって、前記半導体素子に光を照射する光照射部と、前記ゲート電極にゲート電圧を印加するゲート電圧印加部と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に引出電圧を印加する引出電圧印加部と、前記半導体素子における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れるドレイン電流を測定するドレイン電流測定部と、測定されたドレイン電流の変化に基づいて前記半導体素子の電気的特性の変化量を求める演算部と、を備える。そして、前記演算部は、光の照射が停止された後の前記半導体素子にゲート電圧が印加されると共に所定の引出電圧が印加された状態で当該半導体素子を流れるドレイン電流が測定されたときに前記ドレイン電流の値が変化する過渡応答が生じるゲート電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める。

【0017】

また、本発明の他の態様に係る半導体素子の特性変化量測定方法は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する半導体素子の電気的特性の変化量を測定する方法であって、光の照射が停止された後に、前記半導体素子において前記ゲート電極にゲート電圧を印加すると共に前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に所定の引出電圧を印加した状態で当該半導体素子における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れるドレイン電流を測定したときに前記ドレイン電流の値が変化する過渡応答が生じるゲート電圧の範囲に基づいて前記電気的特性の変化量を求める。

【0018】

これらの構成によれば、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する半導体素子における光の照射による電気的特性の変化量（例えば、ＩＶ特性（ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化）において光の照射によってドレイン電流が変化するゲート電圧の範囲）をドレイン電流の過渡応答の有無によって検出することにより、短時間で測定することができる。

【0019】

即ち、光の照射によって変化したドレイン電流は光の照射を停止することで元の値に戻るため（リカバリ効果）、このドレイン電流の挙動を、ゲート電圧を変えつつ電圧値毎に光照射停止後のドレイン電流を測定することで過渡応答（ドレイン電流の値の変化）として検出することにより、ＩＶ特性において光の照射によってドレイン電流が変化するゲート電圧の範囲を精度よく且つ確実に検出することができる。そして、半導体素子への光照射後（光の照射を停止した後）にドレイン電流が時間の経過に伴って変化するか否かだけで過渡応答の有無が判断できるため、十分な光量の光を半導体素子へ照射したあとにドレイン電流を測定することで、各電圧値でのドレイン電流の測定時間を短くする（例えば、０．００１秒から１０秒程度にする）ことができ、その結果、半導体素子の電気的特性の変化量を短時間で測定することができる。

【0020】

具体的に、過渡応答が生じるゲート電圧の範囲に基づいて電気的特性の変化量を測定する装置では、前記演算部は、光を照射される前の前記半導体素子から得られるドレイン電流−ゲート電圧特性においてドイレン電流が立ち上がるゲート電圧であるしきい値電圧と、印加されるゲート電圧を変えつつ、変化させたゲート電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子におけるドレイン電流が測定されたときの前記過渡応答が生じたゲート電圧のしきい値と、から前記電気的特性の変化量を求めてもよい。

【0021】

また、具体的に、過渡応答が生じるゲート電圧の範囲に基づいて電気的特性の変化量を測定する方法では、前記半導体素子のドレイン電流−ゲート電圧特性を測定し、このドレイン電流−ゲート電圧特性においてドレイン電流が立ち上がるゲート電圧であるしきい値電圧を求める工程と、印加されるゲート電圧を変えつつ、変化させたゲート電圧の電圧値毎に光が照射された後の前記半導体素子におけるドレイン電流を測定し、前記過渡応答が生じたゲート電圧のしきい値を求める工程と、前記しきい値電圧と前記過渡応答が生じたゲート電圧のしきい値とから前記電気的特性の変化量を求める工程と、を備えてもよい。

【0022】

また、具体的に、過渡応答が生じるゲート電圧の範囲に基づいて電気的特性の変化量を測定する方法では、前記半導体素子のドレイン電流−ゲート電圧特性を測定し、このドレイン電流−ゲート電圧特性においてドレイン電流が立ち上がるゲート電圧であるしきい値電圧を求める工程と、印加されるゲート電圧を変えつつ、変化させたゲート電圧の電圧値毎に光の照射が停止された後の前記半導体素子におけるドレイン電流を測定し、前記過渡応答が生じたゲート電圧のしきい値を求める工程と、前記しきい値電圧と前記過渡応答が生じたゲート電圧のしきい値とから前記電気的特性の変化量を求める工程と、を備えてもよい。

【発明の効果】

【0023】

以上より、本発明によれば、半導体素子の電気的特性の変化量を短時間で測定することができる半導体素子の特性変化量測定装置、及び特性変化量測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態に係る半導体素子の特性変化量測定装置の概略構成図である。

【図2】前記特性変化量測定装置においてＭＯＳダイオードのしきい値電圧のシフト量を求めるときのフローを示す図である。

【図3】ＣＶ特性を示す図である。

【図4】第１実施形態における過渡応答を説明するための図である。

【図5】第２実施形態に係る半導体素子の特性変化量測定装置の概略構成図である。

【図6】前記特性変化量測定装置においてＴＦＴのしきい値電圧のシフト量を求めるときのフローを示す図である。

【図7】第２実施形態における過渡応答を説明するための図である。

【図8】ＩＶ特性を示す図である。

【図9】他実施形態に係る半導体素子の電気的特性の変化量の求め方を説明するための図である。

【図10】他実施形態に係る半導体素子の電気的特性の変化量の求め方を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の第１実施形態について、図１を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る半導体素子の特性変化量測定装置の概略構成図である。

【0026】

本実施形態に係る半導体素子の特性変化量測定装置（以下、単に「測定装置」とも称する。）１０は、クライオスタット１２と、光照射部１４と、バイアス電圧印加部１６と、接合容量測定部１８と、制御装置２０と、を備え、ＭＯＳダイオード（半導体素子）５０に光を照射することによって生じる電気的特性の変化量（本実施形態では、ＣＶ特性におけるしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量）を測定する。ここで、ＣＶ特性（接合容量−バイアス電圧特性）とは、バイアス電圧Ｖ_Ｂの変化に対する接合容量Ｃの変化である。また、しきい値電圧Ｖ_ｔｈとは、各種定義があるが、本実施形態の例では、ＣＶ特性のグラフにおいて接合容量Ｃが立ち上がる位置のバイアス電圧Ｖ_Ｂ（バイアス電圧Ｖ_Ｂが変化したときに接合容量Ｃが変化し始める位置、より詳しくは、金属膜５２中に広がった空乏層が変化し始める電位である（図３のＶ_ｔｈ参照）。尚、当該測定装置１０での測定においては、ＣＶカーブの平行移動量（シフト量）を正確に求めることができれば、具体的なしきい値電圧Ｖ_ｔｈのとり方（定義の仕方）は限定されない。

【0027】

測定装置１０の測定対象であるＭＯＳダイオード５０は、半導体層（半導体）５６と、半導体層５６上に設けられた絶縁層（絶縁体）５４と、絶縁層５４の上面に設けられた金属膜５２と、を備える。このＭＯＳダイオード５０は、電圧の変化によって接合容量を生じる構造である半導体接合を有する。ＭＯＳダイオード５０において、絶縁層５４を挟んで金属膜５２側の端部と半導体層５６側の端部とには、それぞれ電極５１が設けられている。このＭＯＳダイオード５０では、金属膜５２として、Ｍｏ（モリブデン）やＴｉ（チタン）等の高融点金属が用いられる。また、絶縁層５４としては、ＳｉＯ_２等が用いられるが、ＳｉＯ_２とＳｉＮとが積層されたものが用いられてもよい。また、半導体層５６としては、任意の半導体でよく、例えば、酸化物半導体が用いられるが、Ｓｎ（スズ）を用いたもの等でもよい。尚、半導体５６としては、酸化物半導体のなかでも、特に、インジウム、ガリウム、亜鉛、及び酸素からなるアモルファス酸化物半導体（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ：ＩＧＺＯ）が非常に高いキャリア移動度を有するため好ましい。

【0028】

クライオスタット１２は、ＭＯＳダイオード５０への不純物の付着を防ぐと共にＭＯＳダイオード５０を所定の温度に保つためにその内部にＭＯＳダイオード５０を収容可能な容器である。クライオスタット１２は、制御装置２０に接続され、制御装置２０からの温度制御信号に基づいて内部の温度を調整する。このクライオスタット１２には、レーザ（光）照射用の窓１３が設けられている。本実施形態のクライオスタット１２は、ＭＯＳダイオード５０を、例えば、３３３Ｋに保つ。尚、この温度は任意であるが、一般的なストレス試験に用いられる温度が望ましい。

【0029】

光照射部１４は、窓１３を通じてクライオスタット１２内に収容（配置）されたＭＯＳダイオード５０に光を照射する。この光照射部１４は、紫外線等のレーザや紫外線又は白色のＬＥＤ等の光源を有し、例えば、ＭＯＳダイオード５０のバンドギャップ以上の波長の光を含む光を出力する。尚、光照射部１４は、ＭＯＳダイオード５０を構成する酸化物半導体に含まれる欠陥準位に相当するエネルギー以上の光を出力できればよい。本実施形態の光照射部１４は、３７１ｎｍのレーザ光を出力する。

【0030】

バイアス電圧印加部１６は、ＭＯＳダイオード５０の両電極５１、５１間にバイアス電圧Ｖ_Ｂを印加する。このバイアス電圧印加部１６は、制御装置２０に接続され、制御装置２０からの指示信号によってバイアス電圧Ｖ_Ｂ（電圧値）を変更可能に構成される。

【0031】

接合容量測定部１８は、ＭＯＳダイオード５０の接合容量を測定する。本実施形態の接合容量測定部１８は、例えば、半導体素子の接合容量Ｃを測定可能な、いわゆる容量計である。この接合容量測定部１８は、制御装置２０に接続され、測定結果に応じた容量信号を出力する。

【0032】

制御装置２０は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子、及びその周辺回路を備えたマイクロコンピュータ等によって構成される。この制御装置２０は、例えば、ＭＯＳダイオード５０への光の照射の停止（終了）後にバイアス電圧Ｖ_Ｂを印加した状態でＭＯＳダイオード５０の接合容量Ｃを測定することによってＭＯＳダイオード５０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を導出可能な電気的特性の変化量測定プログラムの実行によって、機能的に、演算制御部（演算部）２２を備える。また、制御装置２０は、測定結果や各種情報等を表示可能な表示部（出力部）２４を有する。

【0033】

演算制御部２２は、光の照射を停止された後（即ち、光を照射された後）のＭＯＳダイオード５０にバイアス電圧Ｖ_Ｂが印加された状態で接合容量Ｃが測定されたときに、過渡応答（測定された接合容量Ｃが時間の経過に伴って変化する状態）が生じるバイアス電圧Ｖ_Ｂの範囲に基づいてしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）を求める。例えば、演算制御部２２は、光照射部１４、バイアス電圧印加部１６、及び接合容量測定部１８を制御し、バイアス電圧印加部１６がＭＯＳダイオード５０に印加するバイアス電圧Ｖ_Ｂと接合容量測定部１８によって測定されたＭＯＳダイオード５０の接合容量Ｃとから、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）を求める。そして、演算制御部２２は、求めたしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を表示部２４に出力して表示させる。尚、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を測定するときの演算制御部２２の動作（制御及び演算）についての詳細は、以下の測定装置１０によるＭＯＳダイオード５０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量の測定の説明において述べる。

【0034】

以上のような測定装置１０では、以下のようにしてＭＯＳダイオード５０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を測定する。図２は、測定装置においてＭＯＳダイオードのしきい値電圧のシフト量を求めるときのフローを示す図であり、図３は、ＣＶ特性を示す図であり、図４は、第１実施形態における過渡応答を説明するための図である。

【0035】

測定対象のＭＯＳダイオード５０がクライオスタット１２内に配置され（ステップＳ１）、制御装置２０が温度制御信号を出力してクライオスタット１２内の温度を３３３Ｋに制御する。

【0036】

クライオスタット１２内の温度が３３３Ｋになると、演算制御部２２は、ＭＯＳダイオード５０に印加されるバイアス電圧Ｖ_Ｂをスイープ（走査）させつつ接合容量Ｃを測定し、これにより得られたＣＶ特性からしきい値電圧Ｖ_ｔｈ（本実施形態では、例えば、６Ｖ）を求める（ステップＳ２）。

【0037】

しきい値電圧Ｖ_ｔｈが求められると、演算制御部２２は、ＭＯＳダイオード５０に、所定時間、光（本実施形態では３７１ｎｍのレーザ光）を照射し（ステップＳ３）、光の照射停止後、所定のバイアス電圧Ｖ_Ｂ１を印加しつつ接合容量Ｃを所定時間（本実施形態では、０．００１秒から１０秒程度の範囲内における所定時間）測定する（ステップＳ４）。このときＭＯＳダイオード５０に印加されるバイアス電圧Ｖ_Ｂ１は、予測されるＭＯＳダイオード５０でのしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量よりもマイナス側に十分大きく変化させた電圧値Ｖ_Ｂ１（本実施形態では、例えば、−１Ｖ）である。

【0038】

演算制御部２２は、ステップＳ４において接合容量Ｃを所定時間測定したときに、図４（Ａ）に示されるように、過渡応答が生じていなければ、即ち、接合容量Ｃが略一定であれば（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ３と同様に、ＭＯＳダイオード５０に所定時間光を照射し（ステップＳ６）、光の照射停止後、電圧値をＶ_Ｂ１から所定の電圧値だけ上げたバイアス電圧Ｖ_Ｂ２を印加しつつ接合容量Ｃを所定時間測定する（ステップＳ７）。本実施形態では、電圧値をＶ_Ｂ１（−１Ｖ）から１Ｖ上げた電圧値Ｖ_Ｂ２（０Ｖ）を印加する。

【0039】

ここで、本実施形態における過渡応答とは、接合容量Ｃを測定したときに、図４（Ｂ）に示されるように、時間ｔの経過に伴って接合容量Ｃが変化（変動）する状態をいう。この過渡応答は、光の照射によって変化したＭＯＳダイオード（半導体素子）５０の接合容量Ｃが光の照射を停止することで元の値に戻る特性（リカバリ効果）に起因して生じる。詳しくは、次の通りである。図３に示されるように、光の照射によって、ＭＯＳダイオード５０（半導体素子）のしきい値電圧がＶ_ｔｈからＶ_Ｂｎにシフトする。そして、光の照射を停止すると、リカバリ効果によってしきい値電圧がＶ_ＢｎからＶ_ｔｈに戻る。このとき、Ｖ_ＢｎとＶ_ｔｈとの間の電圧値であるＶ_ａのバイアス電圧を印加した状態で接合容量Ｃを測定すると、しきい値電圧がＶ_ＢｎからＶ_ｔｈに戻るときに接合容量もＣ_２からＣ_１まで変化する（図３の矢印Ａ参照）。本実施形態では、この変化を過渡応答とする。

【0040】

演算制御部２２は、ステップＳ６において接合容量Ｃを所定時間測定したときに過渡応答が生じていなければ（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ６に戻り、接合容量Ｃの測定結果に過渡応答が現れるまで、ステップＳ６〜Ｓ８を繰り返す。

【0041】

接合容量Ｃの測定結果に過渡応答が現れると（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、演算制御部２２は、ステップＳ２で求めたしきい値電圧Ｖ_ｔｈと、この過渡応答が最初に現れた（生じた）バイアス電圧Ｖ_Ｂｎとから、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を求める（ステップＳ９）。具体的に、演算制御部２２は、最初に求めたしきい値電圧Ｖ_ｔｈと、前記過渡応答が最初に現れたバイアス電圧Ｖ_Ｂｎと、の差を求め、この差の値をしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（｜Ｖ_ｔｈ−Ｖ_Ｂｎ｜）とする。

【0042】

このように、バイアス電圧Ｖ_Ｂを所定の電圧値（本実施形態では、例えば、１Ｖ）だけ上げながら、電圧値Ｖ_Ｂ１、Ｖ_Ｂ２、…Ｖ_Ｂｎ毎に接合容量Ｃを所定時間測定し、最初に過渡応答が生じたバイアス電圧（過渡応答が生じるバイアス電圧のしきい値又は下限値）Ｖ_Ｂｎと、しきい値電圧Ｖ_ｔｈとからしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を求めることで、前記最初に過渡応答が生じたバイアス電圧Ｖ_Ｂｎより大きな電圧値Ｖ_Ｂｎ+１、Ｖ_Ｂｎ+２、…での接合容量Ｃの測定を行なわずにしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を求めることができるため、当該測定装置１０における電気的特性の変化量の測定時間を短くすることができる。即ち、図３に示されるように、光の照射を停止した後、リカバリ効果によって接合容量Ｃが時間とともに元に戻るバイアス電圧Ｖ_Ｂの範囲を、過渡応答（接合容量Ｃの変化）が生じるバイアス電圧Ｖ_Ｂの範囲として検出することができるが、この過渡応答の生じるバイアス電圧Ｖ_Ｂの範囲を全て検出するのではなく、過渡応答の生じるバイアス電圧の下限値（しきい値）Ｖ_Ｂｎのみを検出すればよいため、当該測定装置１０では電気的特性の変化量の測定時間を短くすることができる。

【0043】

一方、ステップＳ５において、過渡応答が生じていれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、演算制御部２２は、ＭＯＳダイオード５０に光を所定時間照射し、光の照射を停止した後、ステップＳ４において印加したバイアス電圧よりも所定の値（例えば、３Ｖ）だけマイナス側に振った電圧値のバイアス電圧Ｖ_Ｂを印加しつつ接合容量Ｃの測定を行ない（ステップＳ１０）、過渡応答が生じているか否かを判断する（ステップＳ５）。

【0044】

以上の測定装置１０によれば、半導体接合を有するＭＯＳダイオード５０における光の照射による電気的特性の変化量（ＣＶ特性において、光の照射によってシフトするしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量）を接合容量Ｃの過渡応答の有無によって検出することにより、短時間で且つ精度よく測定することができる。

【0045】

即ち、光の照射によって変化した接合容量Ｃは、光の照射を停止することで元の値に戻るため（リカバリ効果により）、この接合容量Ｃの挙動を、バイアス電圧Ｖ_Ｂを変えつつ電圧値Ｖ_Ｂ１、Ｖ_Ｂ２、…、Ｖ_Ｂｎ毎の光照射停止後の接合容量Ｃを測定することで過渡応答（接合容量Ｃの値の変化）として検出することにより、ＣＶ特性において光の照射によって接合容量Ｃが変化するバイアス電圧Ｖ_Ｂの範囲を精度よく検出することができる。しかも、ＭＯＳダイオード５０への光照射後（光の照射を停止した後）に接合容量Ｃが時間の経過に伴って変化するか否かだけで過渡応答の有無が判断できるため、各電圧値Ｖ_Ｂ１、Ｖ_Ｂ２、…、Ｖ_Ｂｎでの接合容量Ｃの測定時間を短くする（例えば、０．００１秒から１０秒程度にする）ことができ、その結果、ＭＯＳダイオード５０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）を短時間で測定することができる。

【0046】

しかも、本実施形態の測定装置１０では、光を照射する前の半導体素子から得られたＣＶ特性におけるしきい値電圧Ｖ_ｔｈと、光を照射することによって過渡応答が生じるバイアス電圧の下限値Ｖ_Ｂｎとを検出すればよいため（即ち、バイアス電圧Ｖ_Ｂを予想されるしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量よりも十分広く振った上で各電圧値Ｖ_Ｂ１、Ｖ_Ｂ２、…、Ｖ_Ｂｎ、…での接合容量Ｃの過渡応答の有無を全て調べる必要がないため）、ＭＯＳダイオード５０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）をより短時間で測定することができる。

【0047】

次に、本発明の第２実施形態について図５を参照しつつ説明するが、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。ここで、図５は、第２実施形態に係る半導体素子の特性変化量測定装置の概略構成図である。

【0048】

測定装置１１０は、クライオスタット１２と、光照射部１４と、ゲート電圧印加部３０と、引出電圧印加部３２と、ドレイン電流測定部３４と、制御装置２０と、を備え、薄膜トランジスタ（半導体素子）６０に光を照射することによって生じる電気的特性の変化量（本実施形態では、ＩＶ特性におけるしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量）を測定する。ここで、ＩＶ特性（ドレイン電流−ゲート電圧特性）とは、ゲート電圧Ｖ_Ｇの変化に対するドレイン電流Ｉの変化である。また、しきい値電圧Ｖ_ｔｈは、各種定義があるが、本実施形態の例では、簡単のために、ＩＶ特性のグラフにおいてドレイン電流Ｉが立ち上がる位置のゲート電圧Ｖ_Ｇ（ゲート電圧Ｖ_Ｇが変化したときにドレイン電流Ｉが変化し始める位置、より詳しくは、ＴＦＴ６０において、チャネルの形成がはじまるゲート電圧Ｖ_Ｇとする（図７のＶ_ｔｈ参照）。

【0049】

測定装置１１０の測定対象である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６０は、ガラス基板６１と、ガラス基板６１上にされたゲート電極６２と、ゲート電極６２を覆うゲート絶縁膜６３と、ゲート絶縁膜６３上に形成される酸化物半導体層６４と、酸化物半導体層６４上に間隔を空けて設けられる一対のオーミック電極（ソース電極６５及びドレイン電極６６）と、酸化物半導体層６４の露出部分を覆う保護膜（絶縁膜）６７と、を備える。

【0050】

ゲート電極６２、ソース電極６５、及びドレイン電極６６は、例えば、高融点材料のＭｏやＴｉ、電気抵抗率の低いＡｌ（アルミニウム）やＣｕ（銅）の金属、又はこれらの合金等によって形成されている。ゲート絶縁膜６３及び保護膜６７としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等が用いられる。また、ゲート絶縁膜６３及び保護膜６７は、Ａｌ_２Ｏ_３やＹ_２Ｏ_３等の酸化物や、これらを積層したものでもよい。酸化物半導体層６４は、例えば、ＩＧＺＯによって形成されている。

【0051】

ゲート電圧印加部３０は、ゲート電極６２にゲート電圧Ｖ_Ｇを印加する。このゲート電圧印加部３０は、制御装置２０に接続され、制御装置２０からの指示信号によってゲート電圧（電圧値）を変更可能に構成される。

【0052】

引出電圧印加部３２は、ソース電極６５とドレイン電極６６との間に引出電圧Ｖ_Ｄを印加する。この引出電圧印加部３２は、制御装置２０に接続され、制御装置２０からの指示信号によって引出電圧（電圧値）を変更可能に構成される。

【0053】

ドレイン電流測定部３４は、ＴＦＴ６０におけるソース電極６５とドレイン電極６６との間を流れるドレイン電流Ｉを測定する。本実施形態のドレイン電流測定部３４は、例えば、いわゆる電流計である。このドレイン電流測定部３４は、制御装置２０に接続され、測定結果に応じた電流値信号を出力する。

【0054】

制御装置２０は、例えば、ＴＦＴ６０への光の照射の停止（終了）後にゲート電圧Ｖ_Ｇと引出電圧Ｖ_Ｄとを印加した状態でドレイン電流Ｉを測定することによってＴＦＴ６０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を導出可能な電気的特性の変化量測定プログラムの実行によって、機能的に、演算制御部（演算部）２６を備える。

【0055】

演算制御部２６は、光の照射を停止した後（即ち、光を照射された後）のＴＦＴ６０にゲート電圧Ｖ_Ｇが印加されると共に所定の引出電圧Ｖ_Ｄが印加された状態でドレイン電流Ｉが測定されたときに過渡応答（測定されたドレイン電流Ｉが時間ｔの経過に伴って変可する状態）が生じるゲート電圧Ｖ_Ｇの範囲に基づいてしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）を求める。例えば、演算制御部２６は、光照射部１４、ゲート電圧印加部３０、引出電圧印加部３２、及びドレイン電流測定部３４を制御し、ゲート電圧印加部３０がゲート電極６２に印加するゲート電圧Ｖ_Ｇと、引出電圧印加部３２がソース電極６５及びドレイン電極６６間に印加する引出電圧Ｖ_Ｄと、ドレイン電流測定部３４によって測定されたドレイン電流Ｉとから、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）を求める。そして、演算制御部２６は、求めたしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を表示部２４に出力して表示させる。尚、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を測定するときの演算制御部２６の動作（制御及び演算）についての詳細は、以下の測定装置１１０によるＴＦＴ６０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量の測定の説明において述べる。

【0056】

以上のような測定装置１１０では、以下のようにしてＴＦＴ６０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を測定する。図６は、測定装置においてＴＦＴのしきい値電圧のシフト量を求めるときのフローを示す図であり、図７は、ＩＶ特性を示す図であり、図８は、第２実施形態における過渡応答を説明するための図である。

【0057】

測定対象のＴＦＴ６０がクライオスタット１２内に配置され（ステップＳ１１）、制御装置２０が温度制御信号を出力してクライオスタット１２内の温度を３３３Ｋにする。

【0058】

クライオスタット１２内の温度が３３３Ｋになると、演算制御部２６は、ソース電極６５とドレイン電極６６との間に所定の引出電圧Ｖ_Ｄ（本実施形態では、例えば、１０Ｖ）を印加した状態で、ゲート電極６２に印加されるゲート電圧Ｖ_Ｇをスイープさせつつドレイン電流Ｉを測定し、これにより得られたＩＶ特性からしきい値電圧Ｖ_ｔｈ（本実施形態では、例えば、０Ｖ）を求める（ステップＳ１２）。

【0059】

しきい値電圧Ｖ_ｔｈが求められると、演算制御部２６は、ＴＦＴ６０に、所定時間、光（本実施形態では３７１ｎｍのレーザ光）を照射し（ステップＳ１３）、光の照射停止後、前記所定の引出電圧Ｖ_Ｄ（１０Ｖ）を印加したまま、所定のゲート電圧Ｖ_Ｇ１を印加しつつドレイン電流Ｉを所定時間（本実施形態では、０．００１秒から１０秒程度の範囲内における所定時間）測定する（ステップＳ１４）。このときゲート電極６２に印加されるゲート電圧Ｖ_Ｇは、予測されるＴＦＴ６０でのしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量よりもマイナス側に十分大きく変化させた電圧値Ｖ_Ｇ１（本実施形態では、例えば、−５Ｖ）である。

【0060】

尚、光がＴＦＴに照射されている最中のゲート電圧Ｖ_Ｇは任意である。例えば、光がＴＦＴに照射されている最中のゲート電圧Ｖ_Ｇを大きなマイナスの電圧値とすることで、光照射時のＴＦＴに加わるマイナス電圧ストレスを見積もることが可能になる。

【0061】

演算制御部２６は、ステップＳ１４においてドレイン電流Ｉを所定時間測定したときに、図８（Ａ）に示されるように、過渡応答が生じていなければ、即ち、ドレイン電流Ｉが略一定であれば（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１３と同様に、ＴＦＴ６０に所定時間光を照射し（ステップＳ１６）、光の照射停止後、電圧値をＶ_Ｇ１から所定の電圧値だけ上げたゲート電圧Ｖ_Ｇ２を印加しつつドレイン電流Ｉを所定時間測定する（ステップＳ１７）。このとき、引出電圧Ｖ_Ｄは、１０Ｖのままである。本実施形態では、電圧値をＶ_Ｇ１（−５Ｖ）から１Ｖ上げた電圧値Ｖ_Ｇ２（−４Ｖ）を印加する。尚、図８（Ａ）における１０^−３〜１０^−１秒の間の電流値Ｉの乱れは、ノイズである。

【0062】

ここで、本実施形態における過渡応答とは、ドレイン電流Ｉを測定したときに、図９（Ｂ）に示されるように、時間の経過に伴ってドレイン電流Ｉが変化（変動）する状態をいう。この過渡応答は、光の照射によって変化したＴＦＴ（半導体素子）６０のドレイン電流Ｉが光の照射を停止することで元の値に戻る特性（リカバリ効果）に起因して生じる。詳しくは、次の通りである。図７に示されるように、光の照射によって、ＴＦＴ６０（半導体素子）のしきい値電圧がＶ_ｔｈからＶ_Ｇｎにシフトする。そして、光の照射を停止すると、リカバリ効果によってしきい値電圧がＶ_ＧｎからＶ_ｔｈに戻る。このとき、Ｖ_ＧｎとＶ_ｔｈとの間の電圧値であるＶ_ｂのゲート電圧を印加した状態でドレイン電流Ｉの測定が行なわれると、しきい値電圧がＶ_ＧｎからＶ_ｔｈに戻るときにドレイン電流もＩ_２からＩ_１まで変化する（図７の矢印Ｂ参照）。本実施形態では、この変化を過渡応答とする。

【0063】

演算制御部２６は、ステップＳ１６においてドレイン電流Ｉを所定時間測定したときに過渡応答が生じていなければ（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１６に戻り、ドレイン電流Ｉの測定結果に過渡応答が現れるまで、ステップＳ１６〜Ｓ１８を繰り返す。

【0064】

ドレイン電流Ｉの測定結果に過渡応答が現れると（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、演算制御部２６は、ステップＳ１２で求めたしきい値電圧Ｖ_ｔｈと、この過渡応答が最初に現れた（生じた）ゲート電圧Ｖ_Ｇｎと、からしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を求める（ステップＳ１９）。具体的に、演算制御部２６は、最初に求めたしきい値電圧Ｖ_ｔｈと、前記過渡応答が最初に現れたゲート電圧Ｖ_Ｇｎと、の差を求め、この差の値をしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（｜Ｖ_ｔｈ−Ｖ_Ｇｎ｜）とする。

【0065】

このように、ゲート電圧Ｖ_Ｇを所定の電圧値（本実施形態では１Ｖ）だけ上げながら、電圧値Ｖ_Ｇ１、Ｖ_Ｇ２、…Ｖ_Ｇｎ毎にドレイン電流Ｉを所定時間測定し、最初に過渡応答が生じたゲート電圧（過渡応答が生じるゲート電圧のしきい値又は下限値）Ｖ_Ｇｎと、しきい値電圧Ｖ_ｔｈとからしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を求めることで、前記最初に過渡応答が生じたゲート電圧Ｖ_Ｇｎより大きな電圧値Ｖ_Ｇｎ+１、Ｖ_Ｇｎ+２、…でのドレイン電流Ｉの測定を行なわずにしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を求めることができるため、当該測定装置１１０における電気的特性の変化量の測定時間を短くすることができる。即ち、図７に示されるように、光の照射を停止した後、リカバリ効果によってドレイン電流Ｉが時間とともに元に戻るゲート電圧Ｖ_Ｇの範囲を、過渡応答（ドレイン電流Ｉの変化）が生じるゲート電圧Ｖ_Ｇの範囲として検出することができるが、この過渡応答の生じるゲート電圧Ｖ_Ｇの範囲を全て検出するのではなく、過渡応答の生じるゲート電圧の下限値（しきい値）Ｖ_Ｂｎのみを検出すればよいため、当該測定装置１１０では電気的特性の変化量の測定時間を短くすることができる。

【0066】

一方、ステップＳ１５において、過渡応答が生じていれば（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、演算制御部２６は、ＴＦＴ６０に光を所定時間照射し、光の照射を停止した後、ステップＳ１４において印加したゲート電圧Ｖ_Ｇ１よりも所定の値（例えば、３Ｖ）だけマイナス側に振った電圧値のゲート電圧Ｖ_Ｇを印加しつつドレイン電流Ｉの測定を行ない（ステップＳ２０）、過渡応答が生じているか否かを判断する（ステップＳ１５）。

【0067】

以上の測定装置１１０によれば、ゲート電極６２、ソース電極６５及びドレイン電極６６を有するＴＦＴ６０における光の照射による電気的特性の変化量（例えば、ＩＶ特性において光の照射によってドレイン電流Ｉが変化するゲート電圧Ｖ_Ｇの範囲）をドレイン電流Ｉの過渡応答の有無によって検出することにより、短時間で且つ精度よく測定することができる。

【0068】

即ち、光の照射によって変化したドレイン電流Ｉは光の照射を停止することで元の値に戻るため（リカバリ効果）、このドレイン電流Ｉの挙動を、ゲート電圧Ｖ_Ｇを変えつつ電圧値Ｖ_Ｇ１、Ｖ_Ｇ２、…、Ｖ_Ｇｎ毎に光照射停止後のドレイン電流Ｉを測定することで過渡応答（ドレイン電流Ｉの値の変化）として検出することにより、ＩＶ特性において光の照射によってドレイン電流Ｉが変化するゲート電圧Ｖ_Ｇの範囲を精度よく且つ確実に検出することができる。しかも、ＴＦＴ６０への光照射後（光の照射を停止した後）にドレイン電流Ｉが時間の経過に伴って変化するか否かだけで過渡応答の有無が判断できるため、各電圧値Ｖ_Ｇ１、Ｖ_Ｇ２、…、Ｖ_Ｇｎでのドレイン電流Ｉの測定時間を短くする（例えば、０．００１秒から１０秒程度にする）ことができ、その結果、ＴＦＴ６０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）を短時間で測定することができる。

【0069】

しかも、本実施形態の測定装置１１０では、光を照射する前の半導体素子から得られたＩＶ特性におけるしきい値電圧Ｖ_ｔｈと、光を照射することによって過渡応答が生じるゲート電圧の下限値Ｖ_Ｇｎとを検出すればよいため（即ち、ゲート電圧Ｖ_Ｇを予想されるしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量よりも十分広く振った上で各電圧値Ｖ_Ｇ１、Ｖ_Ｇ２、…、Ｖ_Ｇｎでのドレイン電流Ｉの過渡応答の有無を全て調べる必要がないため）、ＴＦＴ６０のしきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量（電気的特性の変化量）をより短時間で測定することができる。

【0070】

尚、本発明の半導体素子の特性変化量測定装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【0071】

電気的特性の変化量（上記第１及び第２実施形態では、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量）の具体的な求め方は限定されない。上記第１及び第２実施形態では、光の照射前の半導体素子５０（又は６０）のＣＶ特性（又はＩＶ特性）におけるしきい値電圧Ｖ_ｔｈと、過渡応答が生じるバイアス電圧Ｖ_Ｂ（又はゲート電圧Ｖ_Ｇ）の最小値とから、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量を求めているが、この方法に限定されず、過渡応答が生じているバイアス電圧Ｖ_Ｂ（又はゲート電圧Ｖ_Ｇ）の範囲に基づいて半導体素子の電気的特性の変化量が求められれば、他の方法でもよい。例えば、以下の例のように求められてもよい。

【0072】

先ず、光の照射前の半導体素子のＣＶ特性を測定し、得られたＣＶ特性から、図９においてγで示すＣＶ特性の変化の幅を求める。次に、バイアス電圧Ｖ_Ｂを前記変化の幅γが十分に含まれる範囲Ｖ_Ｂ１〜Ｖ_Ｂｍ（図９に示す例では、−１Ｖ〜１１Ｖの範囲）で広く振ると共に、振ったバイアス電圧の電圧値Ｖ_Ｂ１、Ｖ_Ｂ２、…、Ｖ_Ｂｍ毎に、光照射後の半導体素子の接合容量Ｃを所定時間測定する。得られた各接合容量Ｃを１次のサイン波を用いたフーリエ変換を行なうことで、変極点（時定数）の見積もりを行なう。その結果を図１０に示す。この結果において、過渡応答は、バイアス電圧Ｖ_Ｂの電圧値が時間の経過に伴って変化する状態である。即ち、図１０に示す例では、バイアス電圧Ｖ_Ｂが３Ｖ〜１０Ｖの範囲において過渡応答が現れて（生じて）いる。

【0073】

これらの測定結果において、過渡応答が生じるバイアス電圧Ｖ_Ｂの最小値αが３Ｖ、最大値βが１０Ｖ、光照射前の半導体素子におけるＣＶ特性の変化の幅γが４Ｖである。ここで、しきい値電圧のシフト量は、図９より｜α−β＋γ｜の式で得られることが分かる。この式に上記の各値α、β、γをそれぞれ代入することで、しきい値電圧Ｖ_ｔｈのシフト量が３Ｖ（具体的には、｜３−１０＋４｜＝３Ｖ）であることが求められる。

【0074】

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

【符号の説明】

【0075】

１０、１１０ 半導体素子の特性変化量測定装置
１４ 光照射部
１６ バイアス電圧印加部
１８ 接合容量測定部
２０ 制御装置
２２、２６ 演算制御部（演算部）
３０ ゲート電圧印加部
３２ 引出電圧印加部
３４ ドレイン電流測定部
５０ ＭＯＳダイオード（半導体素子）
５１ 電極
６０ ＴＦＴ（半導体素子）
６２ ゲート電極
６５ ソース電極
６６ ドレイン電極
Ｃ 接合容量
Ｉ ドレイン電流
Ｖ_Ｂ バイアス電圧
Ｖ_Ｂｎ 過渡応答が生じるバイアス電圧の下限値
Ｖ_Ｄ 引出電圧
Ｖ_Ｇ ゲート電圧
Ｖ_Ｇｎ 過渡応答が生じるゲート電圧の下限値
Ｖ_ｔｈ しきい値電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】