DE3805800C2 - Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Belastung von MIS-Strukturen bei der Herstellung von MIS-Strukturen enthaltenden Bauelementen auf einem Substrat - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Belastung von MIS-Strukturen bei der Herstellung von MIS-Strukturen enthaltenden Bauelementen auf einem SubstratInfo
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- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der elek
trischen Belastung von MIS-Strukturen bei der Herstellung von
MIS-Strukturen enthaltenden Bauelementen auf einem Substrat.
Im Herstellungsprozeß und bei der Montage unterliegen Bauele
mente in MIS-Schaltungen an unterschiedlichen Stellen Strom
belastungen. Kritische Schritte sind zum Beispiel die Ionen
implantation, das Trockenätzen, Plasmaverfahren und Aufladun
gen bei Handling, Montage und Bonden. Die daraus resultieren
den elektrischen Belastungen schädigen die Dielektrika irre
versibel. Es ist bekannt (siehe zum Beispiel J. J. van der
Schoot, D. R. Wolters, "Current induced dielectric breakdown"
in "Insulating films on semiconductors", J. F. Verweÿ, D. R.
Wolters (editors), Elsevier Science Publishers B. V. (North-
Holland), 1983, Seiten 270 bis 273), daß die Schäden sich ku
mulieren und bis zur vollständigen Zerstörung führen können.
Dielektrische Schichten, die noch nicht durchgebrochen sind,
können daher schon eine Reihe von Vorschäden erfahren haben,
die nicht nachgewiesen werden und die zum vorzeitigen Ausfall
der Bauelemente im Betrieb führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Bestimmung der elektrischen Belastung von MIS-Strukturen bei
der Herstellung anzugeben, mit dem schädigende elektrische
Belastungen an Dielektrika nachgewiesen werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteran
sprüchen hervor.
Ein Zusammenhang zwischen der gemessenen Änderung der charak
teristischen elektrischen Größe und der Strombelastung des
Mehrschichtdielektrikums wird durch definierte Ladungsinjek
tion an Kontrollstrukturen hergestellt. Auf diesem Wege steht
eine Referenz- oder Umrechnungskurve für das verwendete Mehr
schichtdielektrikum zur Verfügung.
Es ist fertigungstechnisch günstig, das Mehrschichtdielektri
kum aus SiO₂ und Si₃N₄ aufzubauen, da diese Materialien in
den Fertigungsprozessen für MOS-Schaltungen sowieso verwendet
werden. Es ist bekannt (siehe zum Beispiel
R. Baunach, A. Spitzer, Appl. Surf. Sci. 30 (1987) 180),
daß Mehrschichtdielektrika bestehend aus SiO₂, CVD (=
chemical vapor deposition)-Si₃N₄ und SiO₂ (sog. ONO-
Schicht), wobei die beiden SiO₂-Schichten dicker als 3 nm
sind, in der mittleren Si₃N₄-Schicht einen hohen Einfang
querschnitt für die Ladungsträger bei der Strombelastung
aufweisen. Die Traps in dieser Schichtkombination sind so
beschaffen, daß die eingefangenen Ladungsträger durch den
Stromfluß nicht mehr entfernt werden. Diese Erkenntnis
macht sich die Erfindung zunutze.
Das Meßverfahren wird besonders einfach, wenn als
MIS-Struktur ein Kondensator, dessen Flachbandspannung
gemessen wird, oder ein Transistor, dessen Einsatz
spannung gemessen wird, verwendet wird. Es hat sich ge
zeigt, daß bei der Verwendung von Kondensatoren mit einem
ONO-Dielektrikum die einmal eingefangene Ladung weder durch
Temperaturbehandlung noch durch Bestrahlung mit UV-Licht
wieder beseitigt werden kann. Bei Lagerung ist die Ladung
über Wochen stabil. Es ist bislang kein Verfahren bekannt,
mit dem das Gedächtnis einer ONO-Schicht gelöscht werden
kann. ONO-Schichten sind daher besonders gut geeignet, als
Monitor für Strombelastungen eingesetzt zu werden.
Es ist besonders günstig, die als Monitor verwendete
MIS-Struktur direkt im Bauelement, dessen Schädigung unter
sucht werden soll, zu realisieren. Das vermeidet Probleme
durch unterschiedliche Geometrien oder ähnliche Effekte, da
das zu untersuchende Bauelement direkt als Meßgerät ver
wendet wird. Das Verfahren stellt eine "in situ-Methode"
dar zur Erfassung aller am Bauelement auftretenden Strombe
lastungen. Es liefert eine quantitative Aussage über die
Größe der Strombelastung und kann auch kleine Strombe
lastungen (Werte im Bereich ab etwa 10-8 C cm-2) sicher
nachweisen. Die Herstellung von ONO-Schichten lassen sich
in die Herstellprozesse von VLSI-Schaltkreisen einfach
einfügen.
Da die Dicke des Mehrschichtdielektrikums die Einsatz
spannung des Stromflusses beeinflußt (siehe z. B. R.
Baunach, A. Spitzer, Appl. Surf. Sci. 30 (1987) 180), kann
über die Variation der Gesamtdicke des Mehrschichtdielek
trikums zwischen einer Belastung mit einer Stromquelle und
einer Belastung mit einer bestimmten Spannung unterschieden
werden. So kann z. B. bei einer Spannungsbelastung über
eine Versuchsreihe mit unterschiedlich dicken Mehrschicht
dielektrika die auftretende Spannung ermittelt werden.
In der Fig. ist eine ONO-Schicht, wie sie gemäß der Erfin
dung verwendet wird, dargestellt.
Dabei ist ein Substrat 1 dargestellt, das z. B. aus
Silizium besteht. Auf dem Substrat 1 ist ein Mehrschicht
dielektrikum 2 angeordnet. Das Mehrschichtdielektrikum 2
enthält eine erste SiO₂-Schicht 21. Die erste SiO₂-Schicht
21 hat eine Dicke von mehr als etwa 3 nm. Auf die erste
SiO₂-Schicht 21 ist durch CVD (=chemical vapor deposition)
eine Siliziumnitridschicht (Si₃N₄-Schicht) 22 abgeschieden,
die eine Dicke von etwa 10 nm aufweist. Auf die Si₃N₄-
Schicht 22 folgt eine zweite SiO₂-Schicht 23, die eine
Dicke größer als etwa 3 nm aufweist. Diese drei Schichten
bilden gemeinsam das Mehrschichtdielektrikum 2. Das Mehr
schichtdielektrikum 2 wird mit einer leitenden Schicht 3
belegt, welche bei der Messung als Elektrode dient. Die
leitende Schicht 3 besteht z. B. aus Aluminium oder
dotiertem Polysilizium und hat eine Dicke von etwa
0.2-1 µm.
Claims (5)
1. Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Belastung von
MIS-Strukturen bei der Herstellung von MIS-Strukturen enthal
tenden Bauelementen auf einem Substrat,
- - bei dem auf dem Substrat (1) zusätzlich zu den Bauelementen zu Beginn des Herstellungsprozesses mindestens eine Test struktur erzeugt wird, die ein Mehrschichtdielektrikum (2) mit drei Schichten (21, 22, 23) enthält, wobei die beiden äußeren Schichten (21, 23) aus SiO₂ mit einer Dicke von mindestens 3 nm und die mittlere Schicht aus CVD-Si₃N₄ her gestellt werden und wobei diese Schichten in Dicke und Zu sammensetzung so aufeinander abgestimmt werden, daß die mittlere der drei Schichten einen hohen Einfangquerschnitt für Ladungsträger bei einer Strombelastung aufweist und dabei diese eingefangenen Ladungsträger durch den Stromfluß nicht mehr entfernt werden,
- - bei dem durch definierte Ladungsinjektion in Kontrollstruk turen Eichwerte festgelegt werden,
- - bei dem nach Abschluß des Herstellungsprozesses das Mehr schichtdielektrikum (2) elektrisch charakterisiert wird und die elektrischen Meßgrößen mit den Eichwerten verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die das Mehrschichtdielektrikum (2) enthaltende MIS-
Struktur in einem zu untersuchenden Bauelement erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
bei dem das Mehrschichtdielektrikum (2) in einem Kondensator
erzeugt wird und bei dem die Veränderung der Flachbandspan
nung des Kondensators gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
bei dem das Mehrschichtdielektrikum (2) in einem Transistor
erzeugt wird und bei dem die Veränderung der Einsatzspannung
bei dem Transistor gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
bei dem ein Mehrschichtdielektrikum (2) verwendet wird, wel
ches in verschiedenen Bauelementen der gleichen Art eine un
terschiedliche Dicke aufweist, wodurch die Einsatzspannung
des Stromflusses beeinflußt wird, und bei dem aus dieser Ab
hängigkeit der auftretenden Spannung von der Schichtdicke
zwischen einer Belastung mit einer Stromquelle und einer Be
lastung mit einer bestimmten Spannung unterschieden wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3805800A DE3805800C2 (de) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Belastung von MIS-Strukturen bei der Herstellung von MIS-Strukturen enthaltenden Bauelementen auf einem Substrat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3805800A DE3805800C2 (de) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Belastung von MIS-Strukturen bei der Herstellung von MIS-Strukturen enthaltenden Bauelementen auf einem Substrat |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3805800A1 DE3805800A1 (de) | 1989-09-07 |
DE3805800C2 true DE3805800C2 (de) | 1995-12-07 |
Family
ID=6348079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3805800A Expired - Fee Related DE3805800C2 (de) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Belastung von MIS-Strukturen bei der Herstellung von MIS-Strukturen enthaltenden Bauelementen auf einem Substrat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3805800C2 (de) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4250206A (en) * | 1978-12-11 | 1981-02-10 | Texas Instruments Incorporated | Method of making non-volatile semiconductor memory elements |
DE3067386D1 (en) * | 1980-11-28 | 1984-05-10 | Ibm | Capacitor with four-pole structure, the integrity of which can be controlled by direct current tests |
-
1988
- 1988-02-24 DE DE3805800A patent/DE3805800C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3805800A1 (de) | 1989-09-07 |
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