SU1114992A1 - Method of testing semiconductor devices having mis structures - Google Patents
Method of testing semiconductor devices having mis structures Download PDFInfo
- Publication number
- SU1114992A1 SU1114992A1 SU823506960A SU3506960A SU1114992A1 SU 1114992 A1 SU1114992 A1 SU 1114992A1 SU 823506960 A SU823506960 A SU 823506960A SU 3506960 A SU3506960 A SU 3506960A SU 1114992 A1 SU1114992 A1 SU 1114992A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- temperature
- voltage
- charge
- heating
- polarization
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010998 test method Methods 0.000 title description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 25
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С МДП-СТРУКТУРОЙ, включающий нагрев структуры с последующим охлаждением до комнатной температуры и измерение электрических параметров испытуемой структуры, отличающийс тем, что. с целью повышени точности испытаний, на структуру одновременно с нагревом подают напр жение, величина которого лежит в диапазоне от максимального рабочего напр жени до О, 9 напр жени пробо диэлектрического сло , нагрев провод т до температуры, лежащей в интервале от максимальной рабочей температуры до температуры эвтектики, вьщерживают структуру 3-45 мин при этой teMnepaType, затем структуру охлаждают до комнатной температуры, после чего снимают напр жение и провод т линейный нагрев структуры со скоростью 0,1-0,6 град/с с одновременной регистрацией температурной зависимости тока депол ризации, по которой определ ют значение зар да в окисле и сравнивают с установленными нормами этого зар да.A METHOD FOR TESTING SEMICONDUCTOR DEVICES WITH A MIS STRUCTURE, including heating the structure and then cooling it to room temperature and measuring the electrical parameters of the structure under test, characterized in that. In order to increase the test accuracy, a voltage is applied to the structure simultaneously with heating, the value of which lies in the range from the maximum operating voltage to 0, 9 the voltage of the dielectric layer, the heating is carried out to a temperature lying in the range from the maximum working temperature to the temperature eutectics, hold the structure for 3-45 min at this teMnepaType, then the structure is cooled to room temperature, then the voltage is removed and the structure is linearly heated at a rate of 0.1-0.6 degrees / s at the same time th recording the temperature dependence of the current depolarization, which is determined by the value of the charge in the oxide and is compared to the established norms of the charge.
Description
I Изобретение относитс к микроэлектронике и 1ожат быть использовано дл отработки технологии изготовлени , проведени промежуточного контрол , анализа отказов, прогнозировани надежности полупроводниковьк приборов с встроенной структурой металл - диэлектрик - полупроводник. Известен способ определени зар .довой нестабильности по изменению характеристик полупроводниковых приборов , измер емых в изотермическом режиме до и прсле термообработки с приложенным электрическим полем, вкл чающим измерение в полупроводнике в изотермическом режиме интегрального зар да отображени , св занного с образованием и переносом зар да в диэлектрическом слое ВДП-структуры, а также с изменением зар да поверхностных состо ний на границах раздела диэлектрик - металл и диэлектрик полупроводник 13. Недостатки данного устройства низка чувствительность и невозможность интерпретации полученных резул татов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс способ испытани полупроводниковых приборов с МДП-структурой, согласно которому соедин ют накоротко затворы приборов с остальными электродами, затем приборы нагревают до температуры, величину и врем выдержки которой выби рают достаточными дл перераспределени зар да в диэлектрике и изменени параметд)ов испытуемого прибора под воздействием электрического пол вызванного контактной разностью потенциалов , и охлаждают до комнатной температуры. Сравнение результатов измерений параметров приборов до и после такого воздействи полем и температурой позвол ет судить о надежности МДП-структур 2. Недостатком известного способа вл етс низка точность проведени испытаний МДП-структур за счет небольшой величины и-недостаточной нос приимчивости контактной разности потенциалов, под действием которой осуществл етс пол ризаци исследуемой структуры. Цель изобретени - повышение точности испытаний приборов. Поставленна цель достигаетс тем Что согласно способу испытани полупроводниковых приборов с НЦП-структурой , включающему нагрев структуры с последующим охлаждением до комнатной температуры и измерение электри .ческих параметров испытуемой структуры , одновременно с нагревом на структуру подают напр жение,величина которого лежит в диапазоне от максимального рабочего напр жени до 0,9 напр жени пробо диэлектрического сло , нагрев провод т до температуры,лежащей в интервале от максимальной рабочей температуры до температуры эвтектики, вьщерживают структуру 3 45 мин при этой температуре, затем структуру охлаждают до комнатной температуры,после чего снимают напр жение и провод т линейный нагрев структуры со скоростью 0,1-0,6 град/с с одновременной регистрацией температурной зависимости тока депол ризации , по которой определ ют значение зар да в окисле и сравнивают с установленными нормами этого зар да. На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - типична зависимость тока депол ризации от температуры при линейном нагреве (скорость нагрева 0,5 град/с) МДП-структуры . При анализе температурной зависимости тока депол ризации определ ют величину зар да в диэлектрической пленке, характеризующего зар довую нестабильность, энергию активации отдельных релаксационных процессов, ответственных за зар довую нестабильность . Врем пол ризации выбираетс таким, чтобы зар д пол ризации (определ емый по площади по кривой вре- менной зависимости тока пол ризации) перестал увеличиватьс с дальнейшим ростом времени пол ризации. Такое состо ние образца соответствует полной пол ризации диэлектрика. В. качестве нижнего предела температуры пол ризации выбираетс максимально допустима рабоча темпрратура издели , так как при более низких температурах пол ризации некоторые механизмы электрической релаксации, присущие данному прибору в рабочем диапазоне температур, не включаютс в пол ризационный процесс и соответственно не про вл ютс в токе депол ризации . Последнее приводит к тому,I The invention relates to microelectronics and can be used to develop manufacturing technology, conduct intermediate control, failure analysis, predict the reliability of semiconductor devices with built-in metal-dielectric-semiconductor structure. There is a known method for determining the salinity of instability by changing the characteristics of semiconductor devices measured in the isothermal mode before and after heat treatment with an applied electric field, including the measurement in the semiconductor in the isothermal mode of the integral display mapping associated with the formation and transfer of charge in the dielectric layer of the VDP-structure, as well as a change in the charge of the surface states at the interfaces of the dielectric - metal and dielectric semiconductor 13. The disadvantages of this device va low sensitivity and inability to interpretation of the results. The closest to the invention to the technical essence is a method for testing semiconductor devices with a MOS structure, according to which the gates of devices are connected to the remaining electrodes, then the devices are heated to a temperature, the magnitude and dwell time of which is chosen to redistribute the charge in the dielectric and changes in the parameters of the tested device under the influence of an electric field caused by a contact potential difference, and cooled to room temperature. Comparing the results of measuring the parameters of the devices before and after such exposure by field and temperature makes it possible to judge the reliability of MIS structures 2. A disadvantage of this method is the low accuracy of testing MIS structures due to the small size and lack of susceptibility of the contact potential difference which is the polarization of the structure under study. The purpose of the invention is to improve the accuracy of testing instruments. The goal is achieved by the fact that according to the method of testing semiconductor devices with an NCP structure, which includes heating the structure and then cooling it to room temperature and measuring the electrical parameters of the structure under test, simultaneously with the heating, the structure is supplied with a voltage voltage up to 0.9 voltage of the dielectric layer, the heating is carried out to a temperature lying in the range from the maximum operating temperature to the temperature ev The structure is retained at 3 to 45 minutes at this temperature, then the structure is cooled to room temperature, then the voltage is removed and the structure is linearly heated at a rate of 0.1–0.6 K / s with simultaneous recording of the temperature dependence of the depolarization current, by which the value of the charge in the oxide is determined and compared with the established norms of this charge. Figure 1 presents the block diagram of the device that implements the proposed method; Fig. 2 shows a typical dependence of the depolarization current on temperature during linear heating (heating rate 0.5 deg / s) of the MIS structure. When analyzing the temperature dependence of the depolarization current, the charge in the dielectric film, which characterizes the charge instability, and the activation energy of individual relaxation processes responsible for the charge instability, are determined. The polarization time is chosen such that the polarization charge (determined by the area from the curve of the time dependence of the polarization current) stops increasing with a further increase in the polarization time. This state of the sample corresponds to the polarization of the dielectric. B. As the lower limit of the polarization temperature, the maximum permissible operating temperature of the product is chosen, since at lower polarization temperatures some of the electrical relaxation mechanisms inherent in this device in the operating temperature range are not included in the polarization process and therefore do not appear in current. depolarization. The latter leads to
что предлагаемый способ контрол дает заниженную оценку зар довой нестабильности изделий.that the proposed control method gives an underestimation of the charge instability of the products.
Верхн граница температурной пол ризации обусловлена тем, что при температуре, больше температуры эвтектики металл - кремний, происходит деградаци свойств ЩП-структуры из-за образовани растворов с повышенной проводимостью.The upper limit of temperature polarization is due to the fact that at a temperature greater than the metal-silicon eutectic temperature, the properties of the AHP structure degrade due to the formation of solutions with increased conductivity.
Верхний предел напр жени пол ризации выбираетс 0,., где Uppoff. - напр жение пробо диэлектрического сло , на основании результатов исследовани МДП-структур. The upper limit of the polarization voltage is 0,., Where Uppoff. - the voltage of the dielectric layer breakdown, based on the results of the study of MIS structures.
Увеличение прикладываемого к МДП-структуре напр жени выше 0,9Unpo приводит к резкому возрастанию веро тности пробо диэлектрика. В тако случае способ контрол становитс .разрушающим. Если же напр жение 0,9Unpa f. ) то веро тность пробо превьш1ает 10%. Ограничивать верхний предел напр жени пол ризации еще более низким уровнем не целесообразно , так как полезный сигнал (ток пол ризации ) пропорционален напр жению пол ризации.An increase in the voltage applied to the MIS structure above 0.9Unpo leads to a sharp increase in the probability of dielectric breakdown. In such a case, the control method becomes destructive. If the voltage is 0.9Unpa f. ) then the probability is 10%. It is not advisable to limit the upper limit of the polarization voltage to an even lower level, since the useful signal (polarization current) is proportional to the polarization voltage.
Пример. Пластины кремни окислены в кислороде в режиме Сухой - влажный - сухой при 1150 С, при этом толщина образованного окисла SiO составл ет 0,5 мкм. Окисел с нижней стороны пластины удал ют. Контакты нанос тс путем напылени алю- мини в вакууме круглыми диаметром 1-2 мм на окисел и сплошной слой на .нижнюю сторону.Example. Silicon wafers are oxidized in oxygen in the Dry-wet-dry mode at 1150 ° C, while the thickness of the formed SiO oxide is 0.5 µm. The oxide from the underside of the plate is removed. The contacts are deposited by sputtering aluminum in vacuum with a circular diameter of 1-2 mm on the oxide and a continuous layer on the lower side.
« Исследуема МДП-структура помещаетс в измерительную чейку 1 (фиг.1). После подсоединени зондов контактирующего устройства посредство блока 2 предварительного контрол образцов устанавливаетс факт подсоединени к измерительной схеме устройства и отсутствие короткого замыкани у исследуемой НЦП-структуры (контроль ведетс по величине емкости подсоедин емого образца, котора должна соответствовать некоторому интервалу значений, например 90-115 пФ) По команде с блока 3 программатора при помощи терморегул тора 4 и нагревательного элемента 5 производитс нагрев МДП-структуры до некоторой температуры пол ризации (например, +125 С - верхн граница рабочих температур полупроводниковых приборов ) . Факт достижени образцом температуры пол ризации устанавливаетс посредством термопары 6. После достижени температуры пол ризации терморегул тор 4 поддерживает температуру образца в течение времени, необходимого дл пол ризации, а блок 3 программатора посредством блока 7 коммутации подает на исследуемую структуру напр жение пол ризации (например, 10 В), которое задаетс блоком 8 стабилизированного источника напр жени пол ризации. В случае пробо НЦПструктуры при пол ризации на блоке 8 осуществл етс индикаци пробо и с него подаетс команда на блок 3 программатора дл отключени напр жени пол ризации и охлаждени образца до комнатной температуры. После выдержк НЦП-структуры при температуре пол ризации с приложенным полем в течение времени, достаточного дл полной пол ризации (например, 5 мин), образец охлаждают с приложением напр жени пол ризации до исходной температуры, а затем напр жение пол ризации снимаетс и образец закорачиваетс на измеритель 9 тока. Ток депол ризации измер етс в процессе линейного нагрва НЦП-структуры (например, со ско .ростью нагрева 0,5 град/с),который осуществл етс при помощи терморегул тора 4. Температурна зависимость депол ризации фиксируетс при помощи самопишущего прибора 10. Интегриру площадь под кривой тока депол ризации , можно определить зар д, приход щийс на единицу площади НДП-структуры , гAn "Investigated MIS structure is placed in measuring cell 1 (Fig. 1). After connecting the probes of the contacting device through the unit 2 of the preliminary control of the samples, the fact of connection to the measuring circuit of the device and the absence of a short circuit at the studied NCP structure is established (control is conducted according to the capacitance of the connected sample, which must correspond to a certain range of values, for example 90-115 pF) On command from block 3 of the programmer, using the thermostat 4 and the heating element 5, the MOS structure is heated to a certain temperature polarization (e.g., 125 C - the upper limit of working temperature of semiconductor devices). The fact that the sample has reached the polarization temperature is established by the thermocouple 6. After the polarization temperature is reached, the thermostat 4 maintains the sample temperature for the time required for the polarization, and the programmer block 3 supplies the polarization voltage to the structure under test block 7 (for example, 10 B), which is set by the stabilized voltage source unit 8 of the polarization voltage. In case of a breakdown of the NCP structure during polarization, block 8 displays the sample and a command is sent from it to block 3 of the programmer to switch off the polarization voltage and cool the sample to room temperature. After holding the NCP structure at a polarization temperature with an applied field for a time sufficient to fully polarize (for example, 5 minutes), the sample is cooled with the application of polarization voltage to the initial temperature, and then the polarization voltage is removed and the sample is short-circuited on the meter 9 current. The depolarization current is measured during the linear heating of the NCP structure (for example, with a heating rate of 0.5 deg / s), which is carried out using the thermostat 4. The temperature dependence of the depolarization is recorded using a self-recording device 10. Integrated area under the depolarization current curve, one can determine the charge per unit area of the NDP structure, g
Q.4SiQ.4Si
где I (О - температурна зависимостьwhere I (Oh - temperature dependence
тока депол ризации. Если величина 0, измеренна предлагаемым способом, не превышает некоторой критической величины Q «рит дл данной группы приборов, то структура считаетс годной по зар довой стабильности, в противном случае негодной .depolarization current. If the value 0, measured by the proposed method, does not exceed a certain critical value Q "for this group of devices, then the structure is considered suitable for charge stability, otherwise unsuitable.
Дл данной серии образцов д(пустимый зар р в окисле (величина допустимого зар да в окисле зайисит от толщины диэлектрика и технологии изготовлени ). В результате измерений получают зар д в окисле ( - ±0,5)-10 и, следовательно , контролируема парти пропускаетс на следующую технологическую операцию .For this series of samples, d (empty charge in oxide (the amount of permissible charge in oxide depends on dielectric thickness and fabrication technology). As a result of measurements, charge in oxide is obtained (± ± 0.5) -10 and, therefore, controlled skipped to the next process step.
Энерги активации определ етс по The activation energy is determined by
3 формуле 3 formulas
ТаTa
.. кт.. ct
где 3-0 1where 3-0 1
начальное значение тока; ток депол ризации на начальном участке нагрева; посто нна Больцмана; initial value of current; depolarization current at the initial heating section; constant Boltzmann;
к Т - температура. Дл данной серии образцов Е 0,4 эВ.K T - temperature. For this series of samples, E is 0.4 eV.
Введение в технологию изготовлени МДП-транэисторов между маршрутами Изготовление пластины и Сборка и испытание МДП-устройства промежуточного контрол тестовых ОДП-структур по параметру Зар дова стабильность (путем экспресс-измерени неизотермического тока депол ризации) позволит исключить из дальнейшего технологического процесса кристаллы с низкой зар довой стабильностью, которые по существующей технологии вы вл ютс и отбраковываютс лишь на финишном контроле готовых приборов по результатам температурных испытаний (термополева отбраковка). Результаты промежуточного контрол по параметру Зар дова стабильность могут быть использованы также дл корректировки или отработки технологического процесса изготовлени пластин не только ЩП-транзисторов, но и бипол рных приборов.Introduction to the technology of manufacturing MDP transistors between routes Manufacturing a plate and Assembling and testing an MOS device for intermediate control of test NDC structures by the parameter Stability stability (by express measurement of nonisothermal depolarization current) will make it possible to exclude low-charge crystals from the further technological process stability, which according to the existing technology is detected and rejected only at the final control of finished devices according to the results of temperature tests (term Poleva rejection). The results of the intermediate control on the parameter Charging stability can also be used to correct or refine the technological process of manufacturing plates of not only SchP transistors, but also of bipolar devices.
/Л / L
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU823506960A SU1114992A1 (en) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | Method of testing semiconductor devices having mis structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU823506960A SU1114992A1 (en) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | Method of testing semiconductor devices having mis structures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1114992A1 true SU1114992A1 (en) | 1984-09-23 |
Family
ID=21034167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU823506960A SU1114992A1 (en) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | Method of testing semiconductor devices having mis structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1114992A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA027679B1 (en) * | 2014-12-23 | 2017-08-31 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Method of testing integrated circuits for thermal-field stability |
-
1982
- 1982-10-20 SU SU823506960A patent/SU1114992A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Корзо В.Ф., Черн ев В.Н. Диэлектрические пленки в микроэлектронике. 1977, с. 55-62. 2. Авторское свидетельство СССР № 376735, кл. G 01 R 31/26, 1972. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA027679B1 (en) * | 2014-12-23 | 2017-08-31 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Method of testing integrated circuits for thermal-field stability |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4978915A (en) | Method of manufacturing semiconductor devices involving the detection of impurities | |
| US6593761B1 (en) | Test handler for semiconductor device | |
| US5309088A (en) | Measurement of semiconductor parameters at cryogenic temperatures using a spring contact probe | |
| Djurek et al. | Specific-Heat Critical Exponents near the Nematic—Smectic-A Phase Transition | |
| Stocker | Phenomenology of switching and memory effects in semiconducting chalcogenide glasses | |
| US20020121914A1 (en) | Non-contact method for determining soft breakdown in dielectrics | |
| Chang et al. | Heat capacities of cis-1, 4-polyisoprene from 2 to 360 K | |
| Yarlagadda et al. | Low temperature thermal conductivity, heat capacity, and heat generation of PZT | |
| RU2018148C1 (en) | Method for checking semiconductor integrated circuits | |
| De Antonis et al. | Measuring the bulk resistivity of CdZnTe single crystal detectors using a contactless alternating electric field method | |
| US7072782B2 (en) | Thermoelectric measuring method and thermoelectric measuring apparatus using thereof | |
| US3320529A (en) | Method for testing a dielectric liquid | |
| US3680358A (en) | Method for determining transition temperature of dielectric | |
| EP0219266B1 (en) | Method for evaluating the breakdown time of an insulating film | |
| Ur | Analysis and interpretation of the impedance blood coagulation curve | |
| US3414811A (en) | Method and apparatus for testing the resistance characteristics of selfheated electrical resistors | |
| JPH0774218A (en) | Test method of ic and its probe card | |
| WO2022254350A1 (en) | Measurement system and method of electric permittivity at 0 hz | |
| SU1516926A1 (en) | Method of measuring heat capacity | |
| JP2002141388A (en) | Method and apparatus for evaluating semiconductor device | |
| Periera et al. | Low-temperature thermal expansion of copper: Search for specimen-dependent effects | |
| König et al. | Temperature, pressure, and concentration dependence of the viscosity of liquid− 4 3 He mixtures at low temperatures | |
| SU620880A1 (en) | Method of checking alloy heterogeneity | |
| JPH09306962A (en) | Method and apparatus for evaulating semiconductor | |
| Beck | Use of liquid‐crystal thermography for defect location on semiconductor devices |