Способ испытания полупроводниковых приборов с мдп- структурой

Способ испытания полупроводниковых приборов с мдп- структурой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С МДП-СТРУКТУРОЙ, включающий нагрев структуры с последующим охлаждением до комнатной температуры и измерение электрических параметров испытуемой структуры, отличающийся тем, что. с целью повышения точности испытаний, на структуру одновременно с нагревом подают напряжение, величина которого лежит в диапазоне от максимального рабочего напряжения до О, 9 напряжения пробоя диэлектрического слоя, нагрев проводят 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 напряжение и проводят линейный нагрев структуры со скоростью 0,1-0,6 град/с с одновременной регистрацией температурной зависимости тока деполяризации, по которой определяют значение заряда в окисле и сравнивают с установленными нормами этого заряда.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зло G 01 R 31/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм из06Ретений и ОтнРытий (21) 3506960/18-21 (22) 20.10.82 (46) 23.09.84. Бюл. ¹ 35. . (72) Ю.А. Гороховатс чй, В.И. М(цанок, A.Ï. Пономарев, . Осокин и В.M. Тулуевский (53) 621 ° 382.6(088.8) (56) 1. Корзо В.Ф., Черняев B.Н.

Диэлектрические пленки в микроэлектронике. 1977, с. 55-62.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 376735, кл. G 01 R 31/26, 1972. (54)(57) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С ИДП-СТРУКТУРОЙ, включающий нагрев структуры с последующим охлаждением до комнатнои температуры и измерение электрических параметров испытуемой структуры, отличающийся тем, что, „„SU„„111 992 А с целью повышения точности испытаний, на структуру одновременно с нагревом подают напряжение, величина которого лежит в диапазоне от максимального рабочего напряжения до 0,9 напряжения пробоя диэлектрического слоя, нагрев проводят до температуры, лежащей в интервале от максимальной рабочей температуры до температуры эвтектики, выдерживают структуру 3 — 45 мин при этой температуре, затем структуру охлаждают до комнатной температуры, после чего снимают напряжение и проводят линейный нагрев структуры со скоростью 0,1-0,6 град/с с одновременной регистрацией температурной зависимости тока деполяризации, по которой определяют значение заряда в окисле и сравнивают с установленными нормами этого заряда.

1114992

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для отработки технологии изготовления, проведения промежуточного контроля, анализа отказов, прогнозирования надежности полупроводниковых приборов с встроенной структурой металл — диэлектрик — полупроводник.

Известен способ определения заря.довой нестабильности по изменению характеристик полупроводниковых приборов, измеряемых в изотермическом режиме до и после термообработки с приложенным электрическим полем, включающим измерение в полупроводнике в изотермическом режиме интегрального заряда отображения, связанного с образованием и переносом заряда в диэлектрическом слое ИДП-структуры, а также с изменением заряда поверх- Zp костных состояний на границах раздела диэлектрик — металл и диэлектрик— полупроводник (1).

Недостатки данного устройства— низкая чувствительность и невозмож- 25 ность интерпретации полученных результатов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ испытания полупроводниковых приборов 3р с МДП-структурой, согласно которому соединяют накоротко затворы приборов с остальными электродами, затем приборы нагревают до температуры, величину и время выдержки которой выбирают достаточными для перераспределения заряда в диэлектрике и изменения параметров испытуемого прибора под воздействием электрического поля, вызванного контактной разностью по- 4О тенциалов,и охлаждают до комнатной температуры. Сравнение результатов измерений параметров приборов до и после такого воздействия полем и температурой позволяет судить о на- 45 дежности ИДП-структур f2).

Недостатком известного способа является низкая точность проведения испытаний ИДП-структур за счет небольшой величины и-недостаточной вос— приимчивости контактной разности потенциалов, под действием которой осуществляется поляризация исследуемой структуры.

Цель изобретения — повышение точ- 55 ности испытаний приборов.

Поставленная цель достигается тем, Что согласно способу испытания полупроводниковых приборов с ИДП-структурой, включающему нагрев структуры с последующим охлаждением до комнатной температуры и измерение электри.ческих параметров испытуемой структуры, одновременно с нагревом на струк/ туру подают напряжение, величина которого лежит в диапазоне от максимального рабочего напряжения до 0,9 напряжения пробоя диэлектрического слоя, нагрев проводят до температуры,лежащей в интервале от максимальной рабочей температуры до температуры эвтектики, выдерживают структуру 3

45 мин при этой температуре, затем структуру охлаждают до комнатной температуры, после чего снимают напряжение и проводят линейный нагрев структуры со скоростью 0,1-0,б град/с с одновременной регистрацией температурной зависимости тока деполяризации, по которой определяют значение заряда в окисле и сравнивают с установленными нормами этого заряда.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 — типичная зависимость тока деполяризации от темl пературы при линейном нагреве (скорость нагрева 0,5 град/с) МДП-структуры.

При анализе температурной зависимости тока деполяризации определяют величину заряда в диэлектрической пленке, характеризующего зарядовую нестабильность, энергию активации отдельных релаксационных процессов, ответственных за зарядовую нестабильность.

Время поляризации выбирается таким, чтобы заряд поляризации (опредепяемый по площади по кривой вре-— менной зависимости така поляризации) перестал увеличиваться с дальнейшим ростом времени поляризации, Такое состояние образца соответствует полной поляризации диэлектрика.

В.качестве нижнего предела температуры поляризации выбирается максимально допустимая рабочая температура изделия, так как при более низких температурах поляризации некоторые механизмы электрической релаксации, присущие данному. прибору в рабочем диапазоне температур, не включаются в поляризационный процесс и соответственно не проявляются в токе депо" ляризации. Последнее приводит к тому, 1114

3 что предлагаемый способ контроля дает заниженную оценку зарядовой нестабильности изделий.

Верхняя граница температурной поляризации обусловлена тем, что при температуре, больше температуры эвтектики металл — кремний, происходит деградация свойств ИДП-структуры иэ-за образования растворов с повышенной проводимостью.

Верхний предел напряжения поляризации выбирается 0,9 ". qpo6. где

0 л 6 — напряжение пробоя диэлектрического слоя, на основании результатов исследования ИДП-структур.

Увеличение прикладываемого к

ИДП-структуре напряжения выше 0,9U„ . приводит к резкому возрастанию вероятности пробоя диэлектрика. В таком

/ случае способ контроля становится разрушающим. Если же напряжение 0,90 «g., то вероятность пробоя превышает 10Х. Ограничивать верхний предел напряжения поляризации еще более низким уровнем не целесообраз- 2> но, так как полезный сигнал (ток поляризации) пропорционален напряжению поляризации.

Пример. Пластины кремния окислены в кислороде в режиме "Су- ЗО хой — влажный — сухой" при 1150 С, при этом толщина образованного окисла

6 О составляет 0,5 мкм. Окисел с нижней стороны пластины удаляют. Контакты наносятся путем напыления алю- З миния в вакууме круглыми диаметром

1-2 мм на окисел и сплошной слой на нижнюю сторону.

1 Исследуемая ИДП-структура помещается в измерительную ячейку 1 40 (фиг.1). После подсоединения зондов контактирующего устройства посредством блока 2 предварительного контроля образцов устанавливается факт подсоединения к измерительной схеме устрой-4 ства и отсутствие короткого замыкания у исследуемой ИДП-структуры (контроль ведется по величине емкости подсоединяемого образца, которая должна соответствовать некоторому ин-gO тервалу значений, например 90-115 пФ).

По команде с блока 3 программатора при помощи терморегулятора 4 и нагревательного элемента 5 производится нагрев ИДП-стрУктуры до некоторой у температуры поляризации (например, о

+125 С вЂ” верхняя граница рабочих температур полупроводниковых прибо992 ров). Факт достижения образцом температуры поляризации устанавливается посредством термопары 6. После достижения температуры поляризации терморегулятор 4 поддерживает температуру образца в течение времени, необходи-. мого для поляризации, а блок 3 программатора посредством блока 7 коммутации подает на исследуемую структуру напряжение поляризации (например, 10 В), которое задается блоком 8 стабилизированного источника напряжения поляризации. В случае пробоя ИДПструктуры при поляризации на блоке 8 осуществляется индикация пробоя н с него подается команда на блок 3 программатора для отключения напряжения поляризации и охлаждения образца до комнатной температуры. После выдержки

ИДП-структуры при температуре поляризаций с приложенным полем в течение времени, достаточного для полной поляризации (например,. 5 мин), образец охлаждают с приложением напряжения поляризации до исходной температуры, а затем напряжение поляризации снимается и образец закорачивается на измеритель 9 тока. Ток деполяризации измеряется в процессе линейного нагрева ИДП-структуры (например, со скоростью нагрева 0,5 град/с),который осуществляется при помощи терморегулятора 4. Температурная зависимость деполяризации фиксируется при помощи самопишущего прибора 10. Интегрируя площадь под кривой тока деполяризации, можно определить заряд, приходящийся на единицу площади ИДП-структуры а 5z(+l аа где Т (() — температурная зависимость тока деполяризации.

Если величина 0, измеренная предлагаемым способом, не превышает некоторой критической величины О гит для данной группы приборов, то структура считается годной по зарядовой стабильности, в противном случаенегодной.

Для данной серии образцов д< пустимый заряд в окисле 3.101 см- (величина допустимого заряда в окисле зависит от толщины диэлектрика и технологии изготовления). В результате измерений получают заряд в окисле (1,5 — й0,5) ° 10 см и, следовательН но, контролируемая партия пропускает1114992

80 / фиг. 2

Составитель Т. Иванова

Редактор И. Шулла Техред Ж. Кастелевич

Корректор E. Сирохман

Заказ 6764/32 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ся на следующую технологическую операцию.

Энергия активации определяется по формуле

Зо 5

E =- — т кт где Зт — начальное значение тока; ток деполяризации на начальном участке нагрева;

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” температура.

Для данной серии образцов E =

-"0,4 эВ.

Введение в технологию изготовления МДП-транзисторов между маршрутами "Изготовление пластины" и "Сборка и испытание" МДП-устройства промежуточного контроля тестовых МДП-структур по параметру "Зарядовая стабильность (путем экспресс-измерения не. изотермического тока деполяризации) позволит исключить из дальнейшего технологического процесса кристаллы с низкой зарядовой стабильностью, которые по существующей технологии выявляются и отбраковываются лишь на финишном контроле готовых приборов по результатам температурных испытаний (термополевая отбраковка). Результаты промежуточного контроля по параметру "Зарядовая стабильность" могут быть использованы также для корректировки или отработки технологического процесса изготовления пластин не только МДП-транзисторов, но и биполярных приборов.