CN101504438B - 绝缘膜的评价方法及测量电路 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘膜的评价方法及测量电路，通过在绝缘膜上施加电流来评价绝缘击穿，能够用短时间实施电流方向为正向和反向的测量。在两组MOS二极管中，分别使一个MOS二极管的电极与另一个MOS二极管的衬底短接来形成施加电流的电路，使流入各绝缘膜的电流方向相反，从而能够沿正反两个方向施加电流。

Description

绝缘膜的评价方法及测量电路
技术领域
本发明涉及半导体装置的绝缘膜的评价方法及其使用的测量电路。
背景技术
作为评价用于半导体装置的绝缘膜的方法，如恒压TDDB测量及恒流TDDB测量等那样，通常使用的方法是测量绝缘膜的经时绝缘击穿特性。
所谓恒压TDDB测量是利用在绝缘膜上长时间地持续施加击穿耐压以下的一定电压时绝缘膜会依赖于其施加时间而击穿的经时击穿现象的评价方法，而所谓恒流TDDB测量是利用在绝缘膜上持续施加一定量的电流时绝缘膜会依赖于其施加时间而击穿的经时击穿现象的评价方法。
图5是表示通过施加恒流来评价绝缘膜的测量电路的图。某一导电型的半导体衬底1上设有相反导电型的第一扩散层2，在第一扩散层2上层叠绝缘膜3和电极4而形成MOS二极管，该MOS二极管的电极4与端子5a相连，而扩散层2与端子5b相连。端子5a和端子5b分别经由开关6a、6b与电流源8连接，构成为可在端子5a与端子5b之间施加电流。另外，电压计7与电流源8并联连接。在该测量电路中，在上述绝缘膜上施加的电流方向为单个方向，选择正向或反向的电流进行施加，以测量绝缘击穿特性。(例如，参考专利文献1)
专利文献1：特开平6-201761号公报
但是，为了保证半导体存储装置的重写寿命，需要对MOS二极管施加正反两个方向的电流。在传统测量电路中施加两个方向的电流时，需要交替地施加正向和反向的电流，因此需要耗用长的时间。另外还存在这样的问题：由于在同一绝缘膜上沿两个方向施加，评价结果会因施加时间而不同。
发明内容
本发明的目在于：提供一种通过1次试验测量正向和反向的绝缘击穿特性，并预测各方向寿命的方法。
为了实现上述目的，本发明的绝缘膜的评价方法的特征在于，
使用由如下部分构成的测量电路：由在某一导电型的半导体衬底上形成的相反导电型的第一扩散层、在上述第一扩散层上形成的第一绝缘膜和在上述第一绝缘膜上形成的第一电极构成的第一MOS二极管；由与上述第一扩散层靠近而形成的第二扩散层、在上述第二扩散层上形成的第二绝缘膜和在上述第二绝缘膜上形成的第二电极构成的第二MOS二极管；与上述第一电极及上述第二扩散层连接的第一端子；与上述第二电极及上述第一扩散层连接的第二端子；在上述第一端子与第二端子之间设置的电流源；以及与上述电流源并联配置的电压计，
在上述第一端子与上述第二端子之间通过单向的电流，测量上述端子之间的电压变化。
另一种绝缘膜的评价方法的特征在于，
使用由如下部分构成的测量电路：由在某一导电型的半导体衬底上形成的相反导电型的第一扩散层、在上述第一扩散层上形成的第一绝缘膜和在上述第一绝缘膜上形成的第一电极构成的第一MOS二极管；由与上述第一扩散层靠近而形成的第二扩散层、在上述第二扩散层上形成的第二绝缘膜和在上述第二绝缘膜上形成的第二电极构成的第二MOS二极管；与上述第一电极连接的第一端子；与上述第二扩散层连接的第二端子；与上述第二电极连接的第三端子；与上述第一扩散层连接的第四端子；分别经由第一开关和第二开关而连接上述第一端子和上述第二端子的第一接点；分别经由第三开关和第四开关而连接上述第三端子和上述第四端子的第二接点；在上述第一接点与第二接点之间设置的电流源；以及与上述电流源并联配置的电压计，
在上述第一接点与上述第二接点之间通过单向的电流，测量上述端子之间的电压变化。
又一种绝缘膜的评价方法的特征在于，在检测到上述端子之间的电压变化后进行开关的开闭操作，以确定成为不良的MOS二极管。
再一种绝缘膜的评价方法的特征在于，上述第一MOS二极管由多个MOS二极管构成，上述第二MOS二极管由多个MOS二极管构成。
如此，能同时对被测试的绝缘膜进行正极性和负极性的绝缘击穿试验，因此可容易地缩短测量时间。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的测量电路。
图2是表示本发明的实施例2的测量电路。
图3是表示本发明的实施例3的测量电路。
图4是表示本发明的实施例4的测量电路。
图5是用于绝缘膜评价的传统测量电路。
附图标记说明
1半导体衬底
2、21、22、23、24  扩散层
3、31、32、33、34  绝缘膜
4、41、42、43、44  电极
5a、5b、5c、5d  端子
6a、6b、6c、6d  开关
7  电压计
8  电流源
9a、9b  接点
具体实施方式
下面，参照图1～图4来说明本发明的实施方式。
实施例1
如图1所示，在某一导电型的半导体衬底1上设有与该导电型相反的第一扩散层21和第二扩散层22，并将在第一扩散层21上层叠绝缘膜31及电极41而形成的第一MOS二极管和在第二扩散层22上层叠绝缘膜32及电极42而形成的第二MOS二极管靠近而配置。第一MOS二极管的电极41与扩散层22连接，并与端子5a相连。另一方面，第二MOS二极管的电极42与扩散层21连接，并与端子5b连接。端子5a和端子5b分别经由开关6a、6b与电流源8连接，从而构成为可在端子5a与端子5b之间施加电流。另外，电压计7与电流源8并联连接。
在上述测量系统中，闭合开关6a、6b，使电流从电流源8沿单向流动，例如，在氧化膜31中电流可从电极侧流向扩散层侧，而在氧化膜32中电流可从扩散层侧流向电极侧。用电压计7测量端子5a与端子5b之间的电压变化，从而能够检测出氧化膜31或氧化膜32的绝缘击穿。
在本实施例中，将开关6a、6b配置在电路上，但若在电流源8中内置了开关功能，则可认为已具有此开关功能而不必在电路上设置。
实施例2
如图2所示，在某一导电型的半导体衬底1上设有与该导电型相反的第一扩散层21和第二扩散层22，并将在上述第一扩散层21上层叠绝缘膜31及电极41而形成的第一MOS二极管和在上述第二扩散层22上层叠绝缘膜32和电极42而形成的第二MOS二极管靠近配置。与电极41连接的端子5a和与扩散层22连接的端子5d分别经由开关6a、6d与接点9a相连。另一方面，与电极42连接的端子5c和与扩散层21连接的端子5b分别经由开关6c、6b与接点9b相连。在接点9a和接点9b上连接有电流源8和电压计7。
将开关6a、6b、6c、6d闭合，使电流从电流源8朝一个方向流动，从而例如在氧化膜31中电流从电极侧流向扩散层侧，而在氧化膜32中电流从扩散层侧流向电极侧。用电压计7测量接点9a与接点9b之间的电压变化，从而能够检测出氧化膜31或氧化膜32的绝缘击穿。
在本实施例中，如果检测出氧化膜31或氧化膜32的绝缘击穿，则为了确定被绝缘击穿的氧化膜，可将开关6a、6b闭合并将开关6c、6d打开，然后施加电流而测量电压，从而可验证氧化膜31的绝缘是否已击穿。另外，也可通过相反的开关操作，验证氧化膜32的绝缘击穿。根据这些验证数据，还能够验证在从电极侧至扩散层的电流方向和从扩散层至电极侧的电流方向中绝缘膜对哪个方向的施加耐受性强。
实施例3
上述实施例1中是两个一组的MOS二极管的测量电路，但也可设置成具有更多MOS二极管的测量电路。
在图3所示的本发明的实施例3的测量电路中，某一导电型的半导体衬底1上设有与该导电型相反的第一扩散层21、第二扩散层22、第三扩散层23及第四扩散层24，具有在第一扩散层21上层叠绝缘膜31和电极41而形成的第一MOS二极管、在第二扩散层22上层叠绝缘膜32和电极42而形成的第二MOS二极管、在第三扩散层23上层叠绝缘膜33和电极43而形成的第三MOS二极管以及在第四扩散层24上层叠绝缘膜34和电极44而形成的第四MOS二极管，第二扩散层22、第四扩散层24、第一电极41和第三电极43通过第二导电膜电连接而形成第一端子5a，第一扩散层21、第三扩散层23、第二电极42和第四电极44电连接而形成第二端子5b，连接有电流源8、电压计7、开关6a和开关6b，以能够在第一端子5a和第二端子5b之间施加电流。
通过让单向的电流从电流源8流出，能够例如在氧化膜31和氧化膜33中使电流从电极侧流向扩散层侧，而在氧化膜32和氧化膜34中使电流从扩散层侧流向电极侧。用电压计7测量端子1与端子2之间的电压变化，从而能够检测出氧化膜31或氧化膜32的绝缘击穿。在本实施例中说明了四个一组的MOS二极管的示例，但也可设置成由更多的MOS二极管组合而成的电路。
在本实施例中，将开关6a、6b配置在电路上，但若在电流源8内置了开关功能，则可认为已具有此开关功能而不必在电路上设置。
实施例4
上述实施例2是两个一组的MOS二极管的测量电路，但也可以是具有更多MOS二极管的测量电路。
在图4所示的本发明的实施例4的测量电路中，在某一导电型的半导体衬底1上设有与该导电型相反的第一扩散层21、第二扩散层22、第三扩散层23和第四扩散层24；具有在第一扩散层21上层叠绝缘膜31和电极41而形成的第一MOS二极管、在第二扩散层22上层叠绝缘膜32和电极42而形成的第二MOS二极管、在第三扩散层23上层叠绝缘膜33和电极43而形成的第三MOS二极管以及在第四扩散层24上层叠绝缘膜34和电极44而形成的第四MOS二极管，具有与第一电极41和上述第三电极43连接的端子5a、与第一扩散层21和第三扩散层23连接的端子5b、与第二电极42和上述第四电极44连接的端子5c以及与第二扩散层22和上述第四扩散层24连接的端子5d；与端子5a连接的开关6a和与端子5d连接的开关6d通过接点9a而连接，另外，与端子5b连接的开关6b和与端子5c连接的开关6c通过接点9b而连接，另外，在接点9a和接点9b上连接有电压计7和电流源8。
通过将开关6a、6b、6c、6d闭合，电流从电流源8沿单向流动，例如，在氧化膜31和氧化膜33中电流可从电极侧流向扩散层侧，而在氧化膜32和氧化膜34中电流可从电极侧流向扩散层侧。用电压计7测量接点9a与接点9b之间的电压变化，从而可检测出氧化膜31或氧化膜32或氧化膜33或氧化膜34的绝缘击穿。
通过将开关6a、6b、6c、6d闭合，电流从电流源8沿单向流动，例如，在氧化膜31和氧化膜33中电流可从电极侧流向扩散层侧，而在氧化膜32和氧化膜34中电流可从扩散层侧流向电极侧。用电压计7测量接点9a与接点9b之间的电压变化，从而可检测出氧化膜31或氧化膜32或氧化膜33或氧化膜34的绝缘击穿。
在本实施例中，若已检测到氧化膜31或氧化膜32或氧化膜33或氧化膜34的绝缘击穿，则为了确定被绝缘击穿的氧化膜，将开关6a、6b闭合并将开关6c、6d打开，然后施加电流而测量电压，从而可验证氧化膜31或氧化膜33是否已绝缘击穿。由此，也能够验证在从电极侧至扩散层的电流方向和从扩散层至电极侧的电流方向中对哪个方向的施加耐受性强。
另外，对于未被绝缘击穿的氧化膜的MOS二极管群，也可继续进行试验。
在本实施例中说明了四个一组的MOS二极管的示例，但也可设置成由更多的MOS二极管组合而成的电路。

Claims (9)

1.一种绝缘膜的评价方法，其特征在于，
使用由如下部分构成的测量电路：
由在某一导电型的半导体衬底上形成的相反导电型的第一扩散层、在所述第一扩散层上形成的第一绝缘膜和在所述第一绝缘膜上形成的第一电极构成的第一MOS二极管；
由与所述第一扩散层靠近而形成的第二扩散层、在所述第二扩散层上形成的第二绝缘膜和在所述第二绝缘膜上形成的第二电极构成的第二MOS二极管；
与所述第一电极及所述第二扩散层连接的第一端子；与所述第二电极及所述第一扩散层连接的第二端子；在所述第一端子与所述第二端子之间设置的电流源；以及与所述电流源并联配置的电压计，
在所述第一端子与所述第二端子之间通过单向的电流，测量所述端子之间的电压变化。
2.如权利要求1中记载的绝缘膜的评价方法，其特征在于：
所述第一MOS二极管由多个MOS二极管构成，所述第二MOS二极管由多个MOS二极管构成。
3.一种绝缘膜的评价方法，其特征在于，
使用由如下部分构成的测量电路：
由在某一导电型的半导体衬底上形成的相反导电型的第一扩散层、在所述第一扩散层上形成的第一绝缘膜和在所述第一绝缘膜上形成的第一电极构成的第一MOS二极管；
由与所述第一扩散层靠近而形成的第二扩散层、在所述第二扩散层上形成的第二绝缘膜和在所述第二绝缘膜上形成的第二电极构成的第二MOS二极管；
与所述第一电极连接的第一端子；与所述第二扩散层连接的第二端子；与所述第二电极连接的第三端子；与所述第一扩散层连接的第四端子；第一接点，所述第一端子经由第一开关与所述第一接点连接，并且所述第二端子经由第二开关与所述第一接点连接；第二接点，所述第三端子经由第三开关与所述第二接点连接，并且所述第四端子经由第四开关与所述第二接点连接；在所述第一接点与第二接点之间设置的电流源；以及与所述电流源并联配置的电压计，
在所述第一接点与所述第二接点之间通过单向的电流，测量所述接点之间的电压变化。
4.如权利要求3中记载的绝缘膜的评价方法，其特征在于，
所述第一MOS二极管由多个MOS二极管构成，所述第二MOS二极管由多个MOS二极管构成。
5.如权利要求3中记载的绝缘膜的评价方法，其特征在于，
在检测出所述接点之间的电压变化后进行开关开闭操作，以确定成为不良的MOS二极管。
6.一种绝缘膜的测量电路，由如下部分构成：
由在某一导电型的半导体衬底上形成的相反导电型的第一扩散层、在所述第一扩散层上形成的第一绝缘膜和在所述第一绝缘膜上形成的第一电极构成的第一MOS二极管；
由与所述第一扩散层靠近而形成的第二扩散层、在所述第二扩散层上形成的第二绝缘膜和在所述第二绝缘膜上形成的第二电极构成的第二MOS二极管；
与所述第一电极及所述第二扩散层连接的第一端子；与所述第二电极及所述第一扩散层连接的第二端子；在所述第一端子与所述第二端子之间设置的电流源；以及与所述电流源并联配置的电压计。
7.如权利要求6中记载的绝缘膜的测量电路，其特征在于：
所述第一MOS二极管由多个MOS二极管构成，所述第二MOS二极管由多个MOS二极管构成。
8.一种绝缘膜的测量电路，由如下部分构成：
由在某一导电型的半导体衬底上形成的相反导电型的第一扩散层、在所述第一扩散层上形成的第一绝缘膜和在所述第一绝缘膜上形成的第一电极构成的第一MOS二极管；
由与所述第一扩散层靠近而形成的第二扩散层、在所述第二扩散层上形成的第二绝缘膜和在所述第二绝缘膜上形成的第二电极构成的第二MOS二极管；
与所述第一电极连接的第一端子；与所述第二扩散层连接的第二端子；与所述第二电极连接的第三端子；与所述第一扩散层连接的第四端子；第一接点，所述第一端子经由第一开关与所述第一接点连接，并且所述第二端子经由第二开关与所述第一接点连接；第二接点，所述第三端子经由第三开关与所述第二接点连接，并且所述第四端子经由第四开关与所述第二接点连接；在所述第一接点与第二接点之间设置的电流源；以及与所述电流源并联配置的电压计。
9.如权利要求8中记载的绝缘膜的测量电路，其特征在于：
所述第一MOS二极管由多个MOS二极管构成，所述第二MOS二极管由多个MOS二极管构成。
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