JPH0894703A - 半導体電気的特性測定装置 - Google Patents

半導体電気的特性測定装置

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JPH0894703A
JPH0894703A JP6225171A JP22517194A JPH0894703A JP H0894703 A JPH0894703 A JP H0894703A JP 6225171 A JP6225171 A JP 6225171A JP 22517194 A JP22517194 A JP 22517194A JP H0894703 A JPH0894703 A JP H0894703A
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JP
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stress
measurement
measured
time
voltage
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JP6225171A
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Mikihiro Kimura
幹広 木村
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子の電気的特性の測定において、特
にストレスを印加した際のリーク電流の時間依存性を求
める測定の場合に、ストレス印加時間に対するリーク電
流の推移をより正確に求め表示することを目的とする。 【構成】 積算部30により制御部20の内部クロック
をカウントすることにより真のストレス印加時間Tstお
よび測定時間Tmをそれぞれ分離して求め、RAM4a
に測定値と共にこれらの値を記録する。そして測定結果
を表示する場合には、このストレス印加時間Tstと測定
値のデータに基づいてプロットした結果を表示部6に表
示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子の電気的
特性を測定するための半導体電気的特性測定装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】図10はこの種の半導体電気的特性測定
装置を含むシステムの一般的構成を示す図である。図に
おいて100はソース・メジャー・ユニット装置、20
0はテスト・フィクスチャ、300はホストコンピュー
タである。
【0003】ソース・メジャー・ユニット装置100は
電気的特性の測定のための電源ユニットおよび測定ユニ
ットと共に、これらを制御して測定を行わせるマイクロ
コントローラおよび測定により得られたデータを記録し
ておくローカル・メモリ等を搭載した装置である。この
ソース・メジャー・ユニット装置100は、ホストコン
ピュータ300からのコマンドに従ってマイクロコント
ローラの制御により所定の測定を行い、測定データはロ
ーカル・メモリに記録する。また、これらの測定データ
を表示する場合には、例えばホストコンピュータ300
で表示する。
【0004】そしてこのソース・メジャー・ユニット装
置100には、被測定試料である半導体素子が装着され
るテスト・フィクスチャ200が接続されている。この
発明は特にソース・メジャー・ユニット装置100の部
分に関するものである。
【0005】図11は従来の半導体電気的特性測定装置
の構成を示す図である。図11において、100は半導
体電気的特性測定装置(図10のソース・メジャー・ユ
ニット装置に対応する)、1は電源ユニットおよび測定
ユニットを構成するソース・メジャー・ユニット(以下
SMUとする)、2はこのSMU1の動作を含む装置全
体の制御を行うマイクロコンピュータ等からなる制御
部、3は制御部2を動作させるための制御プログラムが
格納されたROM、4は各種測定データを記憶させてお
くRAMである。
【0006】5は外部から入力を行うためのキーボー
ド、6は測定結果等を表示するための表示部、7はSM
U1でのアナログ信号と制御部2でのディジタル信号と
の間の相互の変換を行うアナログ/ディジタル変換器
(以下A/D変換器とする)、8はタイマである。そして
9は半導体素子である被測定試料である。
【0007】また、SMU1において、1aは電圧源、
1bは電流源、1cは電流計、1dは電圧計、1eは切
替スイッチである。切替スイッチ1eが図示のように電
圧源1a側に接続されている場合は、電圧源1aからの
電圧が印加された状態での電流が電流計1cにより測定
され、切替スイッチ1eが電流源1b側に接続されてい
る場合には、電流源1bからの電流が供給されている状
態における電圧が電圧計1dにより測定される。なお、
図11にはSMU1は1つしか図示されていないが、実
際には多数設けられており、制御部2はこれらを統括し
て制御する。
【0008】次に、動作について説明する。被測定試料
9の電気的特性の測定は、ROM3内の制御プログラム
に従って制御部2の制御により行われる。ここでは、被
測定試料9にストレス電圧を印加した時のリーク電流の
ストレス印加時間に対する推移の測定を例に挙げて説明
する。
【0009】まず、切替スイッチ1eが電圧源1a側に
接続され、電圧源1aから予め定められた値のストレス
電圧が被測定試料9に与えられる。そして所定の時間経
過毎に電流計1cによりリーク電流を測定し、これをR
AM4に記録する。RAM4内では例えば図12に示す
ようにリーク電流が測定値として記録されると共に、測
定が行われた時刻も記録される。そして測定終了後、要
求に従って、リーク電流のストレス印加時間に対する推
移を、これらの測定値と測定時刻のデータをもとにスト
レス印加時間とリーク電流の特性曲線として表示部6に
表示する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体電気的特
性測定装置は以上のように構成されてたが、ストレス印
加時間Tstと測定時間Tmとを分離して考慮していなか
った。このため、例えば上述のような所定時間ストレス
電圧を印加した後のリーク電流を求める測定等の場合に
は、例えば図13のプロット例に示したように、真のス
トレス印加時間Tstに対するリーク電流Iの推移ではな
く、真のストレス印加時間Tstに測定時間Tmが加えら
れた時間に対するリーク電流Iの推移が記録され、これ
が表示部6に示されるため、誤差が生じていた。
【0011】特に最近、この種の半導体素子の信頼性評
価のための測定においては、測定時間が短くなっている
ため、このような測定時間Tmが含まれることによる誤
差は、大きな誤差となる。
【0012】また従来の半導体電気的特性測定装置で
は、ストレス電圧印加用の電源と測定時印加用の電源と
を1つの電源で共用しているため、例えばストレス電圧
と測定時印加電圧とが異なる場合には、電圧源の電圧を
頻繁に切り替える必要があったが、これは測定時間が長
くなってしまうと共に上記誤差が増大してしまい、さら
に制御部での制御がより複雑になる等の問題があった。
従来の半導体電気的特性測定装置には以上のような問題
点があった。
【0013】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、半導体素子の電気的特性の測
定において、電気的特性の時間依存性をより正確に求め
ることを可能にした半導体電気的特性測定装置を提供す
ること等を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明の第1の発明は、半導体素子の電気的特性を測定す
るための半導体電気的特性測定装置であって、被測定試
料に電気的ストレスを印加すると共に、これにより上記
被測定試料で発生した電流および電圧を測定するストレ
ス印加/測定手段と、このストレス印加/測定手段によ
るストレス印加時間および測定時間を分離してそれぞれ
求める時間測定手段と、上記ストレス印加/測定手段で
求められた測定値および上記時間測定手段で求められた
少なくともストレス印加時間を記録するメモリ手段と、
このメモリ手段の記録に基づいて測定結果を表示する表
示手段と、上記各手段を制御して上記被測定試料の電気
的特性の測定を行わせる制御手段と、を備えた半導体電
気的特性測定装置にある。
【0015】また、この発明の第2の発明は、上記スト
レス印加/測定手段が、上記被測定試料に電気的ストレ
スを印加するストレス電源ユニットと、測定時に上記被
測定試料に所定の電圧および電流のいずれかを印加した
状態で発生する電流および電圧のいずれかを測定するソ
ース・メジャー・ユニットと、これらを切り替えて上記
被測定試料に接続するストレス/測定切替スイッチと、
を備えた請求項1の半導体電気的特性測定装置にある。
【0016】
【作用】この発明の第1の発明では、時間測定手段によ
りストレス印加時間および測定時間を分離してそれぞれ
正確に求めるようにし、より正確にストレス印加時間に
対する測定値の推移を求めるようにした。
【0017】また、この発明の第2の発明では、被測定
試料に電気的ストレスを印加するストレス電源ユニット
と、測定時に被測定試料に所定の電圧および電流のいず
れかを印加した状態で発生する電流および電圧のいずれ
かを測定するソース・メジャー・ユニットとを、ストレ
ス/測定切替スイッチにより切り替えて被測定試料に接
続するようにした。
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に従って説明す
る。 実施例1.図1はこの発明の一実施例による半導体電気
的特性測定装置の構成を示す図である。図1において、
110は半導体電気的特性測定装置、1は電源ユニット
および測定ユニットを構成するソース・メジャー・ユニ
ット(以下SMUとする)、20はこのSMU1の動作を
含む装置全体の制御を行うマイクロコンピュータ等から
なる制御部、3aは制御部20を動作させるための制御
プログラムが格納されたROM、4aは各種測定データ
等を記憶させておくRAMである。
【0019】5は外部から入力を行うためのキーボー
ド、6は測定結果等を表示するための表示部、7はSM
U1でのアナログ信号と制御部20でのディジタル信号
との間の相互の変換を行うアナログ/ディジタル変換器
(以下A/D変換器とする)、8はタイマである。また、
30は例えば制御部20の内部クロックをカウントしこ
れを積算することにより真のストレス印加時間Tstおよ
び測定時間Tmをそれぞれに求めるための積算部であ
り、例えば真のストレス印加時間Tst用および測定時間
Tm用の2つのカウンタからなる。そして9は半導体素
子である被測定試料である。
【0020】また、SMU1において、1aは電圧源、
1bは電流源、1cは電流計、1dは電圧計、1eは切
替スイッチである。切替スイッチ1eが図示のように電
圧源1a側に接続されている場合は、電圧源1aからの
電圧が印加された状態での電流が電流計1cにより測定
され、切替スイッチ1eが電流源1b側に接続されてい
る場合には、電流源1bからの電流が供給されている状
態における電圧が電圧計1dにより測定される。また、
従来と同様に実際にはSMU1は多数設けられており、
制御部20はこれらを統括して制御する。
【0021】なお、この実施例では、SMU1がストレ
ス印加/測定手段を構成し、積算部30が時間測定手段
を構成し、RAM4aがメモリ手段を構成し、表示部6
が表示手段を構成し、制御部20、ROM3a、キーボ
ード5、A/D変換器7およびタイマ8が制御手段を構
成する。
【0022】次に、動作について説明する。被測定試料
9の電気的特性の測定は、ROM3a内の制御プログラ
ムに従って制御部20の制御により行われる。そこで、
従来と同様に被測定試料9にストレス電圧を印加した時
のリーク電流のストレス印加時間に対する推移の測定を
例に挙げて説明する。
【0023】まず、切替スイッチ1eが電圧源1a側に
接続され、電圧源1aから予め定められた値のストレス
電圧が被測定試料9に与えられる。そしてタイマ8の時
間に基づき所定の時間経過毎に電流計1cによりリーク
電流を測定し、これをRAM4aに記録する。RAM4
a内では例えば図2に示すようにリーク電流が測定値と
して記録される。またこれと並行して制御部20は、ス
トレス印加中および測定中の内部クロックを積算部30
にそれぞれカウントさせて、真のストレス印加時間Tst
および測定時間Tmを求めており、これらも各測定値に
対してRAM4aにそれぞれ記録される。ストレス印加
時間Tstは、間の測定期間の間はカウントが停止された
ものが積算されて求められる。
【0024】従って測定終了後、半導体素子のリーク電
流Iの時間的推移を表示部6に表示する場合には、図3
のプロット例に示すように真のストレス印加時間Tstに
対する半導体素子のリーク電流Iの推移として表示する
ことができることになる。これにより、半導体素子のリ
ーク電流の正確なストレス印加時間Tstに対する依存性
を知ることができる。
【0025】なお、上記実施例では真のストレス印加時
間Tstおよび測定時間Tmを求めるためにハードウエア
としての積算部30を設けたが、制御部20においてプ
ログラムによるカウンタを構成し、これによりストレス
印加時間Tstおよび測定時間Tmを求めるようにしても
同様な効果が得られる。
【0026】また、上記実施例ではストレス印加時間T
stと測定時間Tmとを求めているが、ストレス印加時間
Tstだけを求めてもよい。
【0027】また、上記説明では電圧を印加した時の電
流の測定を行う場合について説明したが、別の測定とし
てSMU1の切替スイッチ1eを切り替えて、電流源1
bで電流を供給した時の電圧を電圧計1dで測定する場
合についても同様の効果が得られる。
【0028】以上のようにこの実施例では、真のストレ
ス印加時間Tstおよび測定時間Tmを求めるための積算
部30を設け、真のストレス印加時間Tstおよび測定時
間Tmを分離して正確に求めるようにしたので、従来の
ものに比べてより正確にリーク電流のストレス印加時間
に対する時間的推移を求めることができる。
【0029】実施例2.また、図4はこの発明の別の実
施例による半導体電気的特性測定装置の構成を示す図で
ある。図4の半導体電気的特性測定装置120におい
て、実施例1の装置110と構造的に異なるところは、
被測定試料9にストレス電圧或はストレス電流を供給す
るための専用のストレス電源ユニット11(以下SSU
とする)、および被測定試料9にこのSSU11とSM
U1を切り替えて接続するストレス/測定切替スイッチ
12を設けたことである。
【0030】また、測定時の動作が実施例1と異なるた
め、制御部に符号21を付した。従って、ROM3aに
格納された制御プログラムの内容は実施例1のものと異
なっている。SSU11において、11aは電圧可変の
ストレス電圧源、11bはストレス電流源、そして11
cはこれらを切り替えて接続する切替スイッチである。
なお、SMU1、SSU11およびストレス/測定切替
スイッチ12からなる部分は実際には多数組み設けられ
ており、制御部21はこれらを統括して制御する。
【0031】次に、動作について説明する。この実施例
でも実施例1と同様に、被測定試料9にストレス電圧を
印加した時のリーク電流のストレス印加時間に対する推
移の測定を例に挙げて説明する。
【0032】この実施例の装置120では、被測定試料
9にストレス電圧と測定時印加電圧を独立して印加する
ことが可能である。従ってストレス電圧Vstと測定時印
加電圧Vmが異なる場合にも、SSU11とSMU1を
ストレス/測定切替スイッチ12により切り替えるだけ
で、迅速に、容易にかつ正確に測定を行うことができ
る。
【0033】まず、ストレス/測定切替スイッチ12が
図示のようにSSU11側に接続される。SSU11の
切替スイッチ11cは図示のようにストレス電圧源11
a側に切り替えられている。これにより被測定試料9に
はストレス電圧源11aからストレス電圧Vstが印加さ
れる。
【0034】そしてタイマ8の時間に基づき所定の時間
経過後、切替スイッチ12がSMU1側に切り替えられ
る。SMU1の切替スイッチ1eは図示のように電圧源
1a側に切り替えておく。これにより、電圧源1aから
の測定時印加電圧Vm1が印加された状態での被測定試料
9のリーク電流Iが電流計1cにより測定され、これが
RAM4aに記録される。RAM4a内には実施例1と
同様に、図2に示すようにリーク電流が測定値として記
録されると共に、積算部30でクロックがカウントされ
て求められたストレス印加時間Tstおよび測定時間Tm
が測定値に対してそれぞれ記録される。
【0035】次に、切替スイッチ12が再びSSU11
側に切り替えられ、再度、ストレス電圧源11aからス
トレス電圧Vstが印加される。そして所定の時間経過
後、切替スイッチ12がSMU1側に切り替えられ、測
定時印加電圧Vm1における被測定試料9のリーク電流I
が電流計1cにより測定される。そしてRAM4aにリ
ーク電流すなわち測定値、ストレス印加時間Tstおよび
測定時間Tmが記録される。
【0036】そしてこれを繰り返すことにより、ストレ
ス電圧Vstと測定時印加電圧Vmとが異なる場合のリー
ク電流のストレス印加時間に対する時間的推移を求める
ことができる。
【0037】また、測定時印加電圧Vmを変えることに
より、例えば図5にプロット例を示すように、測定時印
加電圧Vm1によるリーク電流Im1のストレス印加時間T
stに対する推移と、測定時印加電圧Vm2によるリーク電
流Im2のストレス印加時間Tstに対する推移とを求め、
これを表示部6に表示することもできる。これによりよ
り詳細にかつ正確な結果を求めることができる。
【0038】一方、図6には図4の装置120により、
半導体素子の誘電体膜におけるリーク電流の測定を行う
場合の構成を示した。被測定試料9aにおいて、91は
ゲート電極、92は誘電体膜としての絶縁膜、93は半
導体基板を示す。そしてゲート電極91と半導体基板9
3の間にストレス電圧を印加した時の、絶縁膜92での
ストレス印加時間Tstに対する誘電体膜リーク電流Iox
の推移を測定する。
【0039】図7にはストレス電圧Voxstを印加した時
の、測定時印加電圧Voxm1による誘電体膜リーク電流I
oxm1のストレス印加時間Tstに対する推移と、測定時印
加電圧Voxm2による誘電体膜リーク電流Ioxm2のストレ
ス印加時間Tstに対する推移とをプロットし、これを表
示部6に表示した例を示す。これにより、誘電体膜リー
ク電流Ioxのストレス印加時間Tstに対する推移がより
詳細にかつ正確に得られる。
【0040】さらに図8には図4の装置120により、
半導体素子のPN接合部におけるリーク電流の測定を行
う場合の構成を示した。被測定試料9bにおいて、94
はN型領域、95はP型半導体基板を示す。そしてN型
領域94とP型半導体基板95の間にストレス電圧を印
加した時の、接合部でのストレス印加時間Tstに対する
接合リーク電流Ijの推移を測定する。
【0041】図9にはストレス電圧Vjstを印加した時
の、測定時印加電圧Vjm1による接合リーク電流Ijm1の
ストレス印加時間Tstに対する推移と、測定時印加電圧
Vjm2による接合リーク電流Ijm2のストレス印加時間T
stに対する推移とをプロットし、これを表示部6に表示
した例を示す。これにより、接合リーク電流Ijのスト
レス印加時間Tstに対する推移がより詳細にかつ正確に
得られる。
【0042】なお、この実施例においても、ストレス印
加時間Tstおよび測定時間Tmを求めるカウンタは、制
御部21においてプログラムにより構成してもよい。ま
た、ストレス印加時間Tstだけを求めるようにしても、
リーク電流のストレス印加時間Tstに対する正確な推移
を求めることはできる。さらに、上記説明においてはス
トレスとして電圧を印加した時の電流の測定を行う場合
について説明したが、ストレスとして電流を供給し、こ
の時の電流或は電圧を測定する等の場合についても同様
の効果が得られる。
【0043】以上のようにこの実施例では特に、ストレ
ス電圧或はストレス電流を印加するためのSSU11
と、測定を行うためのSMU1を別々に設け、これらを
ストレス/測定切替スイッチ12により切り替えるよう
にしたので、ストレス電圧Vstと測定時印加電圧Vmと
が異なる場合に、従来のものに比べてより迅速に、容易
にかつより正確にリーク電流のストレス印加時間に対す
る推移を求めることができる。
【0044】
【発明の効果】以上のようにこの発明の第1の発明で
は、真のストレス印加時間Tstおよび測定時間Tmを求
めるための積算部30を設け、真のストレス印加時間T
stおよび測定時間Tmを分離して正確に求めるようにし
たので、従来のものに比べてより正確にリーク電流のス
トレス印加時間に対する時間的推移を求めることができ
る。これにより、より信頼性の高い測定が行える半導体
電気的特性測定装置を提供できる効果が得られる。
【0045】また、この発明の第2の発明では、ストレ
ス電圧或はストレス電流を印加するためのSSU11
と、測定を行うためのSMU1を別々に設け、これらを
ストレス/測定切替スイッチ12により切り替えるよう
にしたので、特にストレス電圧Vstと測定時印加電圧V
mとが異なる場合に、従来のものに比べてより迅速に、
容易にかつより正確にリーク電流のストレス印加時間に
対する時間的推移を求めることができる。これにより、
より迅速で信頼性の高い測定が行える半導体電気的特性
測定装置を提供できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例による半導体電気的特性
測定装置の構成を示す図である。
【図2】 図1のRAM内の記録内容の一例を示す図で
ある。
【図3】 図1の装置の測定結果のプロット例を示す図
である。
【図4】 この発明の別の実施例による半導体電気的特
性測定装置の構成を示す図である。
【図5】 図4の装置の測定結果のプロット例を示す図
である。
【図6】 図4の装置で誘電体膜における誘電体膜リー
ク電流を測定する場合の構成を示す図である。
【図7】 図6の装置の測定結果のプロット例を示す図
である。
【図8】 図4の装置で半導体素子のPN接合部におけ
る接合リーク電流を測定する場合の構成を示す図であ
る。
【図9】 図8の装置の測定結果のプロット例を示す図
である。
【図10】 この種の半導体電気的特性測定装置を含む
システムの一般的構成を示す図である。
【図11】 従来の半導体電気的特性測定装置の構成を
示す図である。
【図12】 図11のRAM内の記録内容の一例を示す
図である。
【図13】 図11の装置の測定結果のプロット例を示
す図である。
【符号の説明】
1 SMU、3a ROM、4a RAM、5 キーボ
ード、6 表示部、7A/D変換器、8 タイマ、9
被測定試料、11 SSU、12 ストレス/測定切替
スイッチ、20、21 制御部、30 積算部、11
0、120 半導体電気的特性測定装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子の電気的特性を測定するため
    の半導体電気的特性測定装置であって、 被測定試料に電気的ストレスを印加すると共に、これに
    より上記被測定試料で発生した電流および電圧を測定す
    るストレス印加/測定手段と、 このストレス印加/測定手段によるストレス印加時間お
    よび測定時間を分離してそれぞれ求める時間測定手段
    と、 上記ストレス印加/測定手段で求められた測定値および
    上記時間測定手段で求められた少なくともストレス印加
    時間を記録するメモリ手段と、 このメモリ手段の記録に基づいて測定結果を表示する表
    示手段と、 上記各手段を制御して上記被測定試料の電気的特性の測
    定を行わせる制御手段と、 を備えた半導体電気的特性測定装置。
  2. 【請求項2】 上記ストレス印加/測定手段が、上記被
    測定試料に電気的ストレスを印加するストレス電源ユニ
    ットと、測定時に上記被測定試料に所定の電圧および電
    流のいずれかを印加した状態で発生する電流および電圧
    のいずれかを測定するソース・メジャー・ユニットと、
    これらを切り替えて上記被測定試料に接続するストレス
    /測定切替スイッチと、を備えた請求項1の半導体電気
    的特性測定装置。
JP6225171A 1994-09-20 1994-09-20 半導体電気的特性測定装置 Pending JPH0894703A (ja)

Priority Applications (2)

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