JPS6148656B2 - - Google Patents
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- JPS6148656B2 JPS6148656B2 JP53138418A JP13841878A JPS6148656B2 JP S6148656 B2 JPS6148656 B2 JP S6148656B2 JP 53138418 A JP53138418 A JP 53138418A JP 13841878 A JP13841878 A JP 13841878A JP S6148656 B2 JPS6148656 B2 JP S6148656B2
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、金属一酸化膜−シリコン
（MOS）構造におけるシリコン酸化膜に代表され
るごとき導体電極と半導体にはさまれた絶縁体中
の電荷捕獲中心（以下トラツプと称する）の特性
測定方法に関するものである。
（MOS）構造におけるシリコン酸化膜に代表され
るごとき導体電極と半導体にはさまれた絶縁体中
の電荷捕獲中心（以下トラツプと称する）の特性
測定方法に関するものである。
集積回路の高密度化がLSIから超LSIへと進展
するにつれ、それに使用されるMOSトランジス
タのチヤネル長も短縮されつつあるが、それに伴
いソース・ドレイン電界が強くなるためにチヤネ
ル中の電荷担体（以下キヤリヤと称する）が高エ
ネルギーを得て衝突電離の確率が増大する。この
衝突電離により増殖したキヤリヤがチヤネル表面
近傍のシリコン酸化膜中に注入されトラツプに捕
獲されると、固定電荷としてMOSトランジスタ
のしきい値電圧の変動をきたし、MOS・LSIおよ
び超LSIの不安定性の要因となる。このため、シ
リコン酸化膜中における前記トラツプの捕獲断面
積その他の諸特性を知ることが工業上重要な測
定、評価方法となつている。
するにつれ、それに使用されるMOSトランジス
タのチヤネル長も短縮されつつあるが、それに伴
いソース・ドレイン電界が強くなるためにチヤネ
ル中の電荷担体（以下キヤリヤと称する）が高エ
ネルギーを得て衝突電離の確率が増大する。この
衝突電離により増殖したキヤリヤがチヤネル表面
近傍のシリコン酸化膜中に注入されトラツプに捕
獲されると、固定電荷としてMOSトランジスタ
のしきい値電圧の変動をきたし、MOS・LSIおよ
び超LSIの不安定性の要因となる。このため、シ
リコン酸化膜中における前記トラツプの捕獲断面
積その他の諸特性を知ることが工業上重要な測
定、評価方法となつている。
トラツプの捕獲断面積測定法として従来用いら
れている方法は、MOSダイオードを用いて何ら
かの方法でシリコン酸化膜中にキヤリヤを注入
し、それらのキヤリヤのうち酸化膜中のトラツプ
に捕獲された量を容量−電圧特性によつて測定す
る方法があり、キヤリヤの注入法としては、
MOSダイオードにパルス電圧を加え、シリコン
基板の少数キヤリヤを酸化膜中になだれ注入する
方法、MOSダイオードに２〜5eVの光子エネル
ギーの光を照射することによつてゲート電極もし
くはシリコンから酸化膜中にキヤリヤを注入する
方法、MOSダイオードに10〜17eVの光子エネ
ルギーの光を照射して酸化膜中に電子−正孔対を
生成させる方法等がある。
れている方法は、MOSダイオードを用いて何ら
かの方法でシリコン酸化膜中にキヤリヤを注入
し、それらのキヤリヤのうち酸化膜中のトラツプ
に捕獲された量を容量−電圧特性によつて測定す
る方法があり、キヤリヤの注入法としては、
MOSダイオードにパルス電圧を加え、シリコン
基板の少数キヤリヤを酸化膜中になだれ注入する
方法、MOSダイオードに２〜5eVの光子エネル
ギーの光を照射することによつてゲート電極もし
くはシリコンから酸化膜中にキヤリヤを注入する
方法、MOSダイオードに10〜17eVの光子エネ
ルギーの光を照射して酸化膜中に電子−正孔対を
生成させる方法等がある。
しかし、においてはシリコン基板がｎ形のと
きに正孔、ｐ形のときに電子の注入しか行えない
こと、においては光を透過させるような半透明
のゲート電極を設ける必要があり、また、正孔の
注入が難しいこと、においてはよりもさらに
薄い半透明ゲート電極を要し、また、ガラス，石
英，空気中での吸収の著しい波長領域の光を用い
るので取扱いが面倒なこと等の難点がある。この
他にMOS電界効果トランジスタに類似した構造
によつて、キヤリヤの注入を行う方法もあるが、
試料の構造やバイアス電圧の加え方が複雑になる
欠点がある。
きに正孔、ｐ形のときに電子の注入しか行えない
こと、においては光を透過させるような半透明
のゲート電極を設ける必要があり、また、正孔の
注入が難しいこと、においてはよりもさらに
薄い半透明ゲート電極を要し、また、ガラス，石
英，空気中での吸収の著しい波長領域の光を用い
るので取扱いが面倒なこと等の難点がある。この
他にMOS電界効果トランジスタに類似した構造
によつて、キヤリヤの注入を行う方法もあるが、
試料の構造やバイアス電圧の加え方が複雑になる
欠点がある。
この発明はこのような従来法の欠点を取除くた
めになされたもので、通常のMOSダイオードを
用いて電子および正孔の双方に対するトラツプの
捕獲断面積の測定を可能とするものである。以下
第１図および第２図に従つてこの発明の一実施例
を説明する。
めになされたもので、通常のMOSダイオードを
用いて電子および正孔の双方に対するトラツプの
捕獲断面積の測定を可能とするものである。以下
第１図および第２図に従つてこの発明の一実施例
を説明する。
第１図はこの発明の測定方法における試料の構
造および測定回路の例であつて、MOSダイオー
ド１のゲートとなる金属電極１ｃにこの金属電極
１ｃを透過して酸化膜１ｂの表面からわずかに入
つたところまで達する程度のエネルギーをもつた
電子ビーム２を照射して、酸化膜１ｂの表面近傍
のみに電子−正孔対を発生せしめ、直流電源４に
より抵抗体６、切換スイツチ３を介して金属電極
１ｃに正または負の電圧を印加することによつて
正孔または電子の所望のキヤリヤを酸化膜内部に
到達させる。この際の電圧は従来法のようになだ
れ注入を起すほど大きい必要はない。MOSダイ
オードを流れる試料電流は従来法における注入電
流にあたるもので、シリコン基板１ａに接続した
電流計５によつて測定される。次に、電子ビーム
の照射を止め、Ｃ−Ｖメータ７によつてこの
MOSダイオードの容量−電圧特性を測定し、フ
ラツト・バンド電圧ＶFBを求める。トラツプによ
るキヤリヤの捕獲とこのＶFBとの関係式は、なだ
れ注入等を用いた従来法と同一であつて、例え
ば、ジエー・エム・エイツケン（J.M.Aitken）
とデイー・アール・ヤング（D.R.Young）による
「ジヤーナル・オブ・アプライド・フイジクス」
（Journal of Applied Physics）誌47巻３号
（1976年３月）、1196ページから1198ページに所載
の論文に示されている。
造および測定回路の例であつて、MOSダイオー
ド１のゲートとなる金属電極１ｃにこの金属電極
１ｃを透過して酸化膜１ｂの表面からわずかに入
つたところまで達する程度のエネルギーをもつた
電子ビーム２を照射して、酸化膜１ｂの表面近傍
のみに電子−正孔対を発生せしめ、直流電源４に
より抵抗体６、切換スイツチ３を介して金属電極
１ｃに正または負の電圧を印加することによつて
正孔または電子の所望のキヤリヤを酸化膜内部に
到達させる。この際の電圧は従来法のようになだ
れ注入を起すほど大きい必要はない。MOSダイ
オードを流れる試料電流は従来法における注入電
流にあたるもので、シリコン基板１ａに接続した
電流計５によつて測定される。次に、電子ビーム
の照射を止め、Ｃ−Ｖメータ７によつてこの
MOSダイオードの容量−電圧特性を測定し、フ
ラツト・バンド電圧ＶFBを求める。トラツプによ
るキヤリヤの捕獲とこのＶFBとの関係式は、なだ
れ注入等を用いた従来法と同一であつて、例え
ば、ジエー・エム・エイツケン（J.M.Aitken）
とデイー・アール・ヤング（D.R.Young）による
「ジヤーナル・オブ・アプライド・フイジクス」
（Journal of Applied Physics）誌47巻３号
（1976年３月）、1196ページから1198ページに所載
の論文に示されている。
第２図ａ，ｂはこの関係を示すグラフである
が、ｔなる延べ時間のあいだ電子ビームを照射し
た後のＶFBの変化分ΔＶFBは電子トラツプの場
合、 ΔＶFB（ｔ）＝ΔＶFB（∞） 〔１−exp（−Ｊσｔ／ｑ）〕 …(1) と表わされ第２図ａに示すような曲線になる。こ
こにσはトラツプの捕獲断面積，Ｊは注入電流密
度、ｑは電子電荷であり、ΔＶFB（∞）はｔが十
分大きいとき（ほとんどすべてのトラツプが電子
を捕獲したとき）のΔＶFBの値である。従つて、
1n〔ΔＶFB（∞）−ΔＶFB（ｔ）〕をｔに対して
プロツトすると第２図ｂに示すごとく直線にな
り、その勾配から捕獲断面積σが求められる。
が、ｔなる延べ時間のあいだ電子ビームを照射し
た後のＶFBの変化分ΔＶFBは電子トラツプの場
合、 ΔＶFB（ｔ）＝ΔＶFB（∞） 〔１−exp（−Ｊσｔ／ｑ）〕 …(1) と表わされ第２図ａに示すような曲線になる。こ
こにσはトラツプの捕獲断面積，Ｊは注入電流密
度、ｑは電子電荷であり、ΔＶFB（∞）はｔが十
分大きいとき（ほとんどすべてのトラツプが電子
を捕獲したとき）のΔＶFBの値である。従つて、
1n〔ΔＶFB（∞）−ΔＶFB（ｔ）〕をｔに対して
プロツトすると第２図ｂに示すごとく直線にな
り、その勾配から捕獲断面積σが求められる。
この発明の実施に当つて注意すべき点は、電子
ビーム２の照射によつて酸化膜１ｂ中に新たに照
射損傷によるトラツプを生じないようにすること
である。そのためには電子ビーム２のエネルギー
を小さくすればよい。これは、電子ビーム２の酸
化膜１ｂ中への侵入距離をなるべく小さくしたい
という要請とも一致するものである。一例をあげ
れば、金属電極１ｃとして厚さ2500Åのアルミニ
ウムを用いた場合、電子ビーム２の加速電圧を
5KVとすると、電子ビーム２は酸化膜１ｂの表面
から44Åまでしか侵入せず、酸化膜１ｂの表面で
の電子ビーム２の平均エネルギーは50eVであ
る。このエネルギーは酸化膜１ｂ中に衝突電離に
よつて一組の電子・正孔対を定常的に作り出すの
に必要なエネルギー約27eVよりは大きく、か
つ、酸化膜１ｂ中に照射損傷を生じない程度に小
さい値である。なお、電子ビーム２の電流量は、
第１図および第２図の電流計５で測られる試料電
流が、10-9A程度となるように設定するのが適当
である。この試料電流が照射中にトラツプの帯電
に伴つて変動する場合には、電流計５の読みを直
流電源４もしくは抵抗体６にフイードバツクする
ことによつて、試料電流をあらかじめ設定した一
定値に保つことも可能である。
ビーム２の照射によつて酸化膜１ｂ中に新たに照
射損傷によるトラツプを生じないようにすること
である。そのためには電子ビーム２のエネルギー
を小さくすればよい。これは、電子ビーム２の酸
化膜１ｂ中への侵入距離をなるべく小さくしたい
という要請とも一致するものである。一例をあげ
れば、金属電極１ｃとして厚さ2500Åのアルミニ
ウムを用いた場合、電子ビーム２の加速電圧を
5KVとすると、電子ビーム２は酸化膜１ｂの表面
から44Åまでしか侵入せず、酸化膜１ｂの表面で
の電子ビーム２の平均エネルギーは50eVであ
る。このエネルギーは酸化膜１ｂ中に衝突電離に
よつて一組の電子・正孔対を定常的に作り出すの
に必要なエネルギー約27eVよりは大きく、か
つ、酸化膜１ｂ中に照射損傷を生じない程度に小
さい値である。なお、電子ビーム２の電流量は、
第１図および第２図の電流計５で測られる試料電
流が、10-9A程度となるように設定するのが適当
である。この試料電流が照射中にトラツプの帯電
に伴つて変動する場合には、電流計５の読みを直
流電源４もしくは抵抗体６にフイードバツクする
ことによつて、試料電流をあらかじめ設定した一
定値に保つことも可能である。
また、この発明の測定方法を実施するための装
置は、走査形電子顕微鏡をわずかに改造するだけ
で実現可能であり、照射電子ビームの寸法設定や
試料上の測定個所の選択、操作者による確認など
は走査形電子顕微鏡の通常の機能を利用して行う
ことができる。
置は、走査形電子顕微鏡をわずかに改造するだけ
で実現可能であり、照射電子ビームの寸法設定や
試料上の測定個所の選択、操作者による確認など
は走査形電子顕微鏡の通常の機能を利用して行う
ことができる。
なお、この発明の測定方法は、シリコンとその
酸化膜に限らず、一般に半導体と絶縁性薄膜との
組合わせをもつた構造物に適用可能である。
酸化膜に限らず、一般に半導体と絶縁性薄膜との
組合わせをもつた構造物に適用可能である。
以上説明したようにこの発明の測定方法は、シ
リコン酸化膜等の絶縁体中のトラツプの諸特性に
関する従来の測定方法の欠点を除き、電子トラツ
プ，正孔トラツプの双方の測定に適用できるので
実用上有用な価値を有するものである。
リコン酸化膜等の絶縁体中のトラツプの諸特性に
関する従来の測定方法の欠点を除き、電子トラツ
プ，正孔トラツプの双方の測定に適用できるので
実用上有用な価値を有するものである。
第１図はこの発明の一実施例を説明するための
酸化膜中のトラツプの捕獲断面積測定回路図、第
２図は測定されたフラツトバンド電圧の時間変化
から捕獲断面積を算出する方法を示す説明図であ
る。 図中、１はMOSダイオード、１ａはシリコン
基板、１ｂは酸化膜、１ｃは金属電極、２は電子
ビーム、３は切換スイツチ、４は直流電源、５は
電流計、６は抵抗体、７はＣ−Ｖメータである。
酸化膜中のトラツプの捕獲断面積測定回路図、第
２図は測定されたフラツトバンド電圧の時間変化
から捕獲断面積を算出する方法を示す説明図であ
る。 図中、１はMOSダイオード、１ａはシリコン
基板、１ｂは酸化膜、１ｃは金属電極、２は電子
ビーム、３は切換スイツチ、４は直流電源、５は
電流計、６は抵抗体、７はＣ−Ｖメータである。
Claims (1)
- １ 導体電極と半導体とにはさまれた絶縁体中の
電荷捕獲中心の捕獲断面積の測定に際し、前記導
体電極を通過しかつ前記絶縁体の表面近傍のみに
侵入しうる程度のエネルギーをもつ電子線もしく
は電離放射線を照射して前記絶縁体中に電子およ
び正孔を発生せしめ、これら電子および正孔のい
ずれか一方の電荷担体を前記導体電極に直流電圧
を印加して前記絶縁体内部に到達せしめ、前記電
荷担体のうち電荷捕獲中心に捕獲された数を前記
絶縁体の帯電量の変化として測定し、この値から
前記電荷捕獲中心の捕獲断面積を得ることを特微
とする絶縁体中の電荷捕獲中心の特性測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13841878A JPS5565145A (en) | 1978-11-11 | 1978-11-11 | Characteristic measuring method for charge trap center in insulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13841878A JPS5565145A (en) | 1978-11-11 | 1978-11-11 | Characteristic measuring method for charge trap center in insulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5565145A JPS5565145A (en) | 1980-05-16 |
| JPS6148656B2 true JPS6148656B2 (ja) | 1986-10-25 |
Family
ID=15221493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13841878A Granted JPS5565145A (en) | 1978-11-11 | 1978-11-11 | Characteristic measuring method for charge trap center in insulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5565145A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5559359A (en) * | 1994-07-29 | 1996-09-24 | Reyes; Adolfo C. | Microwave integrated circuit passive element structure and method for reducing signal propagation losses |
| JPH08102481A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Ｍｉｓ型半導体装置の評価方法 |
| CN111261708B (zh) * | 2020-02-11 | 2022-09-23 | 捷捷微电(上海)科技有限公司 | 一种半导体功率器件结构 |
| CN111855705B (zh) * | 2020-07-28 | 2023-03-28 | 哈尔滨工业大学 | 电子器件中氧化物层辐射诱导缺陷的检测方法 |
-
1978
- 1978-11-11 JP JP13841878A patent/JPS5565145A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5565145A (en) | 1980-05-16 |
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