JP2004004049A - Inspection method and inspection device for semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for predicting deterioration of a semiconductor device in a short period of time and and a method for predicting deterioration of a semiconductor device with high accuracy by finding a correlation between deterioration prediction of an actual semiconductor device and a DC (Direct Current) stress test method for a simple body TEG (Test Element Group). <P>SOLUTION: An AC (Alternating Current) stress test assuming CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) operation and an AC stress test using a ring oscillator (R. O.) are performed between the DC stress test method of the simple body TEG and an aging test method. Deterioration of the semiconductor device can be predicted with high accuracy by separating off-stress and on-stress in the AC stress test assuming the CMOS operation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を有する半導体装置に用いられるトランジスタの電気特性の寿命に必要十分な各デバイスや回路の設計を行う半導体装置の信頼性ある設計システムと信頼性設計方法、及びそれを用いて設計される半導体装置に関する。また本発明は、特にホットキャリアによる薄膜トランジスタの寿命を検査、予測する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子や半導体装置における代表的な寿命に関する物理現象として、ホットキャリアによる特性劣化現象が挙げられる。ホットキャリアはデバイスの寸法が小さくなるにつれ、局所的な電界が大きくなり、動作時において重要性が増大している。その結果、半導体装置の動作不良や動作機能の低下やドレイン電圧に対するドレイン電流の低下を引き起こし、デバイス特性や性能を劣化させている。
【0003】
ここで、ホットエレクトロンによる劣化の現象を説明する。半導体素子、すなわち半導体装置を動作させると、ドレイン領域の近傍に高電界領域が形成され、この高電界領域に流れ込んだ電子は非常に高いエネルギーを有するホットエレクトロンとなる。そして、一部のホットエレクトロンはゲート酸化膜に注入されたり、Si―SiO界面に界面準位を発生させたりして素子特性の変動をもたらす。ホットキャリアとは、格子系の温度を上回る非平衡状態の正孔と電子とに起因して発生する。また上記のチャネル電子のホットエレクトロン以外に基板ホットエレクトロンもある。
【0004】
さらに衝突電離またはアバランシェ増倍で発生したキャリアが、ホットキャリアとして酸化膜中に注入されること(ドレインアバランシェホットキャリア:Drain Avalanche Hot Carrier :DAHC)や、2次衝突電離によって発生したホットエレクトロン注入(Secondarily Generated Hot Electron:SGHE)がある。なお詳細は、サブミクロンデバイスIIp121〜142(小柳光正著、丸
善株式会社出版)に記載されている。
【0005】
これらホットキャリアを代表とする劣化に対する半導体素子や半導体装置の信頼性や特性の検査及び評価は、TEG(Test Element Group)を用いて行われている。TEGは、半導体チップなどに搭載されるテスト領域に形成された複数の半導体素子からなる回路で構成される。
【0006】
検査方法としては、DCストレス試験法の一つであるトランジェント(劣化最大となるVGを基準としたDC電圧を印加する)試験が知られている。DCストレス試験法は、一定の電圧であるストレスを半導体素子にかける検査方法である。このDCストレス試験法は、単体の半導体素子に対して一定の電圧をかけることにより、短時間で半導体素子を検査し、結果を得ることができる。
【0007】
しかし、実際の半導体装置では時間によって端子間のバイアス条件が変化することにより、ホットキャリアの種類が変化するため劣化の状況が異なってしまう。ホットキャリアの種類の変化により、例えば「劣化の緩和」と「劣化の促進」がおこり、両者が同時に影響を及ぼし合い、実際の半導体装置は非常に複雑な劣化を示す。
【0008】
そこで、実際の半導体装置が受けるストレスの条件(電圧や周波数など)を考慮したACストレス試験法がある。ACストレス試験法では、TEGとして複数のTFTからなるリングオシュレータ(R.O.)やインバーターチェーンなどによる評価が行われていた。リングオシュレータとは、CMOS構造でなるインバータ回路を奇数段リング状に接続した回路であり、インバータ回路1段あたりの遅延時間を求めるのに利用される。またリングオシュレータ(R.O.)の検査方法は、特許文献1、2に開示されている。またインバーターチェーンは、複数のCMOS構造でなるインバータ回路であり、特許文献3に開示されている。
【0009】
別の検査方法として、所定の環境(温度や湿度)下で、実際の半導体装置(例えば、モジュールとなるパネル)に所定のストレスとなる電圧を印加させた状態で、長時間動作させ、半導体装置の劣化による最低駆動電圧や消費電流の変動を検査するエージング試験法がある。特に、パネルを評価する場合のエージング試験をパネルエージング試験ともいう。
【0010】
【特許文献1】特開平5−157799
【特許文献2】特開平7−325122
【特許文献3】特開平6−313787
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記エージング法は半導体装置を検査して劣化や特性の評価が得られるが、評価を得るのに何千時間もの試験時間や何ヶ月もの試験期間がかかることが問題であった。
【0012】
一方DCストレス試験法は、短時間で半導体素子を検査し、劣化や特性の評価を得ることができる方法であるが、DCストレス試験法から得られた劣化や特性の予測や評価は、実際の半導体装置とはずれてしまった。この予測や評価がずれる要因は、DCストレス試験法がストレスとして一定電圧を印加するのに対して、半導体装置への実際のストレスは交流電圧(パルス電圧)が印加されることにあると考えられた。
【0013】
また、半導体装置へのストレスである交流電圧(パルス電圧)を印加するACストレス試験を行った場合であっても、半導体装置の検査を行った結果にずれが生じることがあった。これは実際の半導体装置に生じるストレスを、的確に評価、考慮しきれていないことが原因であった。そのため、半導体装置の正確な劣化や特性の予測を得ることが難しかった。
【0014】
このように、DCストレス試験法やACストレス試験法の結果から求められる劣化や特性の予測が、単純に半導体装置の予測に当てはまるとは限らず、さらにはお互いの相関が不明確であった。
【0015】
そこで本発明はエージング試験とDCストレス試験とに相関を求め、TEGレベルで短時間に半導体装置の劣化や特性の予測を高精度に行うことを目的とする。また本発明は、得られた結果を半導体装置のプロセスや設計に取り込む半導体装置の設計方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するために、半導体装置を検査するエージング試験とDCストレス試験法とに相関を求め、短時間かつ高精度で半導体装置の劣化や特性変化の予測や評価を行う方法を提供するものである。また本発明は、ストレス試験により得られた条件を、実際の半導体装置のプロセスや設計に取り込む方法を提供するものである。
【0017】
具体的に本発明は、図1(A)に示すようにDCストレス試験法とエージング試験法との間に「CMOS動作を想定したACストレス試験」を行う段階と「リングオシュレータ(R.O.)や各種回路TEGを用いたACストレス試験」を行う段階とを設けることを特徴とする。
【0018】
より具体的に説明すると、例えば図1(B)に示すように、DCストレス試験によるオン電流劣化と、ACストレス試験によるオン電流劣化とに、相関を求める。そして半導体装置のエージング試験による電源電圧変化量と、ACストレス試験によるオン電流劣化との相関を持たせるため、リングオシュレータ(R.O.)や各種回路TEGにより電源電圧変化量(ΔVdd)に対するオン電流劣化とを求める。
【0019】
CMOS動作を想定したACストレス試験とは、図2に示すように、単体TFTのゲート領域とドレイン領域とへ交互に所定の周波数で0Vと正の電圧のパルス信号(つまり、ストレス)を外部から印加する試験である。また、インバーターチェーンを用いて0Vと正の電圧のパルス信号を外部から印加する試験である。このように印加するストレスを外部から制御するため、周波数、duty比、電圧値など多くの条件を設定できる。
【0020】
このストレス条件であるduty比を0%、100%とした状態をそれぞれオフストレス状態、オンストレス状態という。すなわちオンストレスはVg=Vdd、Vd=0Vを、オフストレスはVg=0V、Vg=Vddを印加するDCストレスの一種である。本発明は、分離して評価を行うことが難しかったオンストレス、オフストレス、及びトランジェントストレス(ドレインアバランシェホットキャリア劣化が最大となるストレスを与えるDCストレスの一種、本発明ではゲート電極にVth+1V、ソース・ドレイン電極に正の電圧を印加して評価している)とを分離して半導体装置の劣化予測や評価を行うことができる。また、本発明はストレスとなる印加電圧の立ち上がりや立ち下がりにおける劣化を分離した評価を行うことができる。さらに本発明はストレス条件である印加電圧の違いによる半導体装置の劣化を予測できる。このように本発明はACストレスによる劣化のメカニズムを解明する有効な手段を提供できるため、半導体装置において高精度な劣化予測が得られる。
【0021】
そして、DCストレス試験法から得られるDCストレスに対する半導体素子のオン電流の劣化と、CMOS動作を想定したACストレス試験から得られるACストレスに対する半導体素子のオン電流の劣化との相関が得られる。つまり、ACストレスに対するDCストレスが、どの程度加速して劣化するか(何倍の加速係数で劣化するか)を見積もれ、DCストレスとACストレスとにおける加速係数の違い、すなわち劣化速度の違いがわかることができる。
【0022】
またリングオシュレータ(R.O.)や各種回路TEGを用いたACストレス試験とは、例えば図3に示すリングオシュレータに電圧(電源電圧:Vddともいう)を印加し、リングオシュレータの半導体素子から出力される発振周波数の変化を検出する検査方法である。なお、リングオシュレータ(R.O.)以外でも、シフトレジスタやその他の回路TEGを用いて同様な評価を行える。それらの場合、初期状態の動特性を得るために必要な電源電圧の変化量(以下に示すΔVdd)の評価には、各々の回路動作でより重要となる動特性(パルス幅、遅延時間など)を用いることができる。
【0023】
そして、リングオシュレータ(R.O.)を用いたACストレス試験により、電源電圧Vddと、リングオシュレータから出力される発振周波数の関係が求まり、ΔVddが得られる。このΔVddとは、ストレス試験を行ったリングオシュレータにおいて、初期状態の発振周波数、つまり初期状態の動特性を得るために必要な電源電圧の変化量である。
【0024】
次にΔVddとオン電流の劣化との相関を得るために、各ΔVddに対する半導体素子のオン電流のストレス前後比(ストレス後のオン電流/初期のオン電流)が得られる。それを各ΔVddに対してプロットすると、オン電流のストレス前後比はΔVddに対してある関係を有する。
【0025】
そして、CMOS動作を想定したACストレス試験により得られた結果と、ΔVddとオン電流の劣化との相関から得られた結果とを対比し、オン電流の劣化率をある値(例えばオン電流の劣化率10%とする。但しこのオン電流の劣化率は適宜設定することができる)に設定する場合の、ACストレスとΔVddとの相関が得られる。
【0026】
ここまでのストレス試験結果から、DCストレス試験と、CMOS動作を想定したACストレス試験と、リングオシュレータを用いたACストレス試験と、の相関が得られる。
【0027】
次に、リングオシュレータを用いたACストレス試験とエージング試験との相関について説明する。エージング試験法では、半導体装置に正常な動作を保つことのできる駆動電圧を印加し、劣化前後で測定している。この駆動電圧は劣化に伴い変化し、その変化量は初期状態の動特性を得るために必要なリングオシュレータの電源電圧の変化量にあたいする。そのため、リングオシュレータを用いたACストレス試験から得られるΔVddとオン電流の劣化との相関が得られることにより、半導体装置の劣化特性(動特性)がどの程度変化するかを予想することができる。
【0028】
また本発明は、上述のストレス試験により得られる結果を、半導体装置のプロセスや設計にフィードバックすることが可能である。すなわち、ストレス試験を半導体装置の仕様に基づいて行い、実動作に近いストレスに対して劣化の小さい適切な条件を半導体装置のプロセスや設計にフィードバックして採用することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお以下の実施の形態で説明する薄膜トランジスタ(以下、TFTという)の極性はN型でもP型でも構わない。そしてTFTのオン電流の劣化は線形領域であっても、飽和領域であっても評価することは可能である。
【0030】
(実施の形態1)
まず本実施の形態では、TEGに形成されたTFTに対して、DC(トランジェント)ストレス試験とCMOS動作を想定したACストレス試験を行った。なお試験条件は、以下のようである。
試験温度:40℃
duty比(印加電圧のVGにおいてHighレベルの占める割合):50%
ストレス電圧:DC(トランジェント)ストレスVd=16V、ACストレス16V、0Vをゲート電極と、ソース電極とに交互に印加、
Vg:劣化最大となる値
サンプル:単体のNチャネル型TFT、チャネルサイズL/W=10/8μm
【0031】
そして各周波数のストレスにおける時間に対するオン電流の劣化率(劣化前と劣化後とのオン電流の差/劣化前のオン電流)を寿命としてプロットすると、図4の(a)〜(c)ようにlogスケールで直線的な関係を持つことがわかる。なお図4の(d)はDC(トランジェント)ストレス試験から得られる結果である。
【0032】
図4で得られた結果から、ACストレスの周波数において劣化率が10%となる時間を寿命としてプロットしたグラフを図5に示す。このとき寿命の目安となる劣化率の数値は適宜設定すればよい。図5の(a)はDC(トランジェント)ストレス試験法による結果、(b)はACストレスの劣化において、トランジェントストレスの劣化が支配的であると仮定した場合の(a)から換算した結果、(c)はACストレス試験の結果である。なおトランジェントストレス試験からの換算とは、ACストレスのRise and Fall timeの1/3の時間がトランジェントストレス時間に相当すると仮定する換算法である。
【0033】
そして、ACストレスに対するDC(トランジェント)ストレスがどの程度の加速して劣化するのかを、加速係数として見積もる。この加速係数は、DC(トランジェント)ストレス試験の結果である(a)と(c)との比でも、DC(トランジェント)ストレス試験から換算した(b)と(c)との比でも構わない。そして、得られた加速係数によりDC(トランジェント)ストレスとACストレスとにおける劣化速度の違いがわかる。例えば、周波数31kHzおよび3.9kHzにおいてACストレス試験の結果は、DC(トランジェント)ストレス試験の結果と比較して、それぞれ1.19倍および8.13倍の加速度で劣化することがわかる。
【0034】
なお本実施の形態では、印加電圧の周波数の条件について劣化を検査するが、周波数以外に、印加電圧の電圧値、印加電圧のduty比、印加電圧の波形の位相ずれ、印加電圧の波形の角度(急峻)に対する劣化を検査してもよい。
【0035】
次に図3に示すようなリングオシュレータ(R.O.)を用いたACストレス試験を行った。なお、試験条件は以下のようである。
試験温度:40℃
ストレス電圧:Vdd=12V、14V、16V
ストレス印加時間:20から100時間
サンプル:19段のリングオシュレータ(nチャネル型TFTのL/W=6/10μm、pチャネル型TFTのL/W=6/20μm)
【0036】
そして図6に示すように、リングオシュレータに入力した電圧(電源電圧)Vddと、リングオシュレータから出力される発振周波数をプロットした結果が得られる。図6の(a)は初期状態(ストレスとなる電圧を0時間印加した状態)であり、(b)はストレスを20時間印加した状態である。これらのグラフから、初期状態の動特性を得るために必要な電源電圧の増加分に値するΔVddが得られる。
【0037】
また図7の(A)や(B)に示すように、ストレス前(初期状態)とストレス後(20時間後)でのリングオシュレータの発振周波数は、電源電圧(Vdd)に依存性を有する。そのため、印加する電圧の値は、実際の半導体装置や想定する回路等を考慮して設定する必要がある。本実施の形態では、例えば10V系のCMOS回路を想定した場合、波形のなまり等による電圧降下マージンを2V程度見込んで、ΔVddを評価する初期電源電圧Vddは8Vとした。なお、本実施の形態ではリングオシュレータに電源電圧を印加する時間を20時間としているが、この印加時間は適宜設定すればよい。
【0038】
次に、ΔVddとリングオシュレータの一部を切断したTFT(図3参照)のオン電流の劣化との相関を求める。なお、評価するTFTはどれでも構わず、またオン電流の劣化を検査するTFTの数はいくつでもよい。図8には、ΔVddに対応する時間におけるTEGのオン電流のストレス前後比(ストレス後のオン電流/ストレス前(初期)のオン電流)をプロットしたグラフを示す。なお、オン電流のストレス前後比は、ACストレス試験のオン電流劣化から得ることができ、例えば図4に示すオン電流の劣化率から得ることができる。
【0039】
図8からわかるように、オン電流のストレス前後比と、ΔVddとの間に直線となる近似線を得ることができる。そして図8よりΔVdd=0.2Vにおけるオン電流のストレス前後比をみると0.7程度の値となることがわかる。このΔVddから、実際の半導体装置の動作マージンを予想することができる。なお、より実際の半導体装置に近い予測の方法は実施の形態5で説明する。
【0040】
以上の本実施の形態により、DCストレス試験とエージング試験とに相関が得ることができる。この得られた相関より、半導体装置の実動作に近い信頼性の判断基準を、TEGレベルのDCストレス試験法にも当てはめることができ、短時間のTEGレベルの検査試験により半導体装置の劣化予測を得ることが可能となる。
【0041】
(実施の形態2)
次に、オフストレスおよびオンストレスについて説明する。図9はACストレス試験において、印加する電圧の波形を示す。ある1周期中に印加する電圧が一定の領域(a)及び領域(b)と、電圧が変化する領域(c)とを有する。さらに電圧が一定の領域である領域(a)はオンストレス状態であり、領域(b)はオフストレス状態である。また領域(c)は、トランジェント状態の領域(d)を有する。
【0042】
図10(A)に示すようにオンストレス状態の劣化は、ゲート電極下に集まったキャリアがゲート絶縁膜と半導体膜との界面にトラップされて起こると考えられる。また図10(B)に示すようにオフストレス状態の劣化は、電界の高いドレイン端で加速されたキャリアが、ゲート絶縁膜に注入されて起こると考えられる。図10(c)には、ドレインアバランシェホットキャリアによる劣化が最大となる、トランジェント状態のチャネル部の図を示す。DCストレス印加時では、VG=Vth+1V前後でオン電流の劣化は最大となる。そしてACストレス印加時においても同様に、領域(d)においてオン電流の劣化が大きくなると考えられる。以上のように、ACストレスは複数の劣化状態を有し、その結果複雑な劣化が生じてしまう。
【0043】
そこで本実施の形態では、オフストレスやオンストレスの特有な劣化を考慮し、半導体装置の劣化予測を高精度に評価する方法を説明する。
【0044】
まず図11に、オフストレス試験と、オンストレス試験の結果を示す。なお、オフストレス状態とはCMOS動作を想定したACストレス試験において、duty0%の状態であり、オンストレス状態とはduty100%の状態である。この結果から、オフストレス状態とオンストレス状態によってオン電流の劣化率が異なることがわかる。なお同様に、図11で示すduty0%や100%以外のduty比(例えば0.5%や50%等)の結果を得ることも可能である。以下に、試験条件を示す。
試験温度:40℃
ストレス電圧:Vdd=22V(オフストレスVg=22V、Vd=0V、オンストレスVg=0V、Vd=22V)
サンプル:単体のNチャネル型TFT、L/W=10/8μm
【0045】
次に図12に、図11のオフストレスとオンストレスにおけるオン電流の劣化率が10%となる寿命をACストレス周波数に対してプロットしたグラフを示す。なお、オン電流の劣化率は10%に限定されず、適宜設定すればよい。また図12にはACストレス試験の結果と、DC(トランジェント)ストレス試験の結果と、DC(トランジェント)ストレス試験の結果から換算した値も示す。なお図12に示すオフストレス劣化の換算やオンストレス劣化の換算とは、各周波数に占める割合で換算することを指す。
【0046】
図12をみると、ACストレス試験の結果が、DC(トランジェント)ストレスからの換算値からずれることがわかる。このずれは、DC(トランジェント)ストレス試験の換算値とオフストレス劣化の換算値とが交わった低周波数側で起こっている。すなわち、低周波数側ではオフストレス状態の劣化による影響が現れ、相互に影響を及ぼすことがわかる。従って低周波数でのACストレス試験の劣化を評価する場合には、オフストレス状態の劣化の影響を考慮しなくてはならない。もちろんDC(トランジェント)ストレス試験の換算値がオンストレス状態の劣化と交わる場合には、オンストレス状態の劣化を考慮しなければならないことが予想される。
【0047】
以上のように低周波数側で、オフストレスやオンストレス状態の劣化を考慮して、実施の形態1と同様に図8を参照し、ΔVddとの相関を求め、劣化を予測することができる。すなわち本実施の形態により、低周波数側でオフストレスやオンストレス劣化を考慮した測定結果を得ることができ、より正確な劣化予測を行うことができる。
【0048】
このように本実施の形態のストレス試験により、ACストレスによる劣化のメカニズムを解明する有効な手段を提供できる。すなわち、オンストレスやオフストレス状態の劣化がどの程度影響するか把握することができ、半導体装置の劣化予測を高精度に行うことができる。そして実施の形態1と本実施の形態とにより、TEGレベルの短時間の検査試験で高精度な劣化予測を得ることができる。
【0049】
(実施の形態3)
本実施の形態では、図9の領域(c)におけるACストレス特有の劣化を考慮する検査方法の例を説明する。
【0050】
図13はインバーターチェーンにACストレスとなる印加電圧を印加し、立ち上がりと立ち下がり(領域(c))期間の時間に対してインバーターチェーン中の単体TFTのオン電流が10%劣化した時間を寿命としてプロットしたグラフである。なお、試験条件を以下に示す。
試験温度:40℃
ストレス電圧:0Vと22Vを交互に印加
サンプル:インバーターチェーン 11段(nチャネル型TFTのL/W=10/10μm、pチャネル型TFTのL/W=10/20μm)
【0051】
図13からホットキャリア劣化による寿命は、図9の領域(c)であるACストレスとなる印加電圧の立ち上がりと立ち下がり(以下Rise and Fallともいう)期間の長さに依存性を示すことがわかる。そしてこの領域(c)の期間が長いほど、ホットキャリア劣化による寿命が短くなる傾向があることがわかる。
【0052】
そこで本実施の形態では、ACストレスとなる印加電圧の立ち上がりと立ち下がり期間の長さの依存性を考慮して、CMOS動作を想定したACストレス試験を行う。図14には、Rise and Fallの時間を、1μsec、100nsec、15nsecとし、ACストレス周波数に対するオン電流の劣化率が10%となる時間を寿命としてプロットしたものを(△)で示す。なお、以下に試験条件を示す。
試験温度:40℃
ストレス電圧:22V
ストレス周波数:3.9kHz、31kHz、100kHz、500kHz
サンプル:インバーターチェーン11段(nチャネル型TFTのL/W=10/10μm、pチャネル型TFTのL/W=10/20μm)
【0053】
また図14には、DC(トランジェント)試験の結果と、トランジェント試験結果からの換算値も示す。なお、以下に試験条件を示す。
試験温度:40℃
ストレス電圧:Vg=Vth+1V、Vd=22V
サンプル:nチャネル型TFTのL/W=10/8μm
【0054】
この結果をみると、図14(c)のようにRise and Fallの期間が短くなるにつれ、実測値がDC(トランジェント)ストレスの結果から換算した線とずれ、DC(トランジェント)ストレス試験から換算した寿命より短くなっている。従ってRise and Fallの期間が短い、すなわち図9の領域(c)が短く、電圧の立ち上がりや下がりが急峻であるほど、ACストレス特有の劣化であるRise and Fallの期間の劣化を考慮する必要があることがわかる。
【0055】
以上のように電圧の立ち上がりや下がりが急峻であるほど、ACストレス特有の劣化であるRise and Fallの期間の劣化を考慮して、実施の形態1と同様に図8を参照し、ΔVddとの相関を求め、劣化を予測しなければならない。その結果、より正確な劣化予測を行うことができる。
【0056】
このように本実施の形態により、ACストレスによる劣化のメカニズムを解明する有効な手段を提供することができる。すなわちACストレス特有の劣化であるRise and Fallの期間がどの程度劣化に影響するか把握することができ、半導体装置の劣化予測を高精度に行うことができる。そして実施の形態1とあわせることにより、TEGレベルの短時間のストレス試験で半導体装置の劣化予測を得ることができる。
【0057】
なお本実施の形態は、実施の形態2と合わせて利用することにより、さらに高精度に半導体装置の劣化予測することができる。
【0058】
(実施の形態4)
本実施の形態では、劣化の電源電流依存性を用いて評価する方法について説明する。
【0059】
図15(A)は、DC(トランジェント)ストレス試験におけるオン電流の劣化率と時間を示すグラフであり、図15(B)は、CMOS動作を想定したACストレス試験におけるオン電流の劣化率と時間を示すグラフであり、図15(C)は、実施の形態2で説明したオフストレス試験におけるオン電流の劣化率と時間を示すグラフである。なお、以下に試験条件を示す。
試験温度:40℃
ストレス条件: (A)ゲート電極(Vg)=Vth+1V、ソース電極(Vs)=16V、14V、12V
(B)VgとVsへ0Vと17V、16V、15Vのいずれかを交互に印加、周波数3MHz
(C)Vg=0V、Vs=20V、18V、16Vサンプル:単体のNチャネル型TFT、チャネルサイズL/W=10/8μm
【0060】
図15より、各ストレス試験において、印加する電圧の値により劣化速度が異なることがわかる。そこで本実施の形態は、DC(トランジェント)ストレス試験、ACストレス試験およびオフストレス試験において印加する電圧を考慮して検査を行う例を説明する。
【0061】
まず図16に、図15(A)から(C)に基づきオン電流の劣化するドレイン電圧(Vdd)の逆数と、この逆数に対してオン電流が10%減少する時間(オン電流の劣化率は適宜設定できる)を寿命としてプロットするグラフを示す。なお図16(A)はDC(トランジェント)ストレス試験結果のグラフ、図16(B)はACストレス試験結果のグラフ、図16(C)は実施の形態3に示したRise and  Fall期間を考慮し、図16(B)に示すACストレス試験の結果を、トランジェントストレスに換算を行ったグラフ、図16(D)はオフストレス試験結果のグラフである。
【0062】
図16のDC(トランジェント)ストレス試験による結果と、ACストレス試験による結果とから、DC(トランジェント)ストレス試験のACストレス試験に対する加速係数を見積もることができる。
【0063】
さらに図16に示したように電圧による加速試験を行うことで、実際の時間をかけなくとも、各ストレス試験における10年間や20時間保証される推定保証電圧を求めることが可能となる。
【0064】
劣化の電源電圧依存性を考慮して、実施の形態1の図8を参照し、ΔVddとの相関を求め、ストレス試験における劣化を予測することができる。
【0065】
上述のように本実施の形態では劣化の電源電圧依存性を考慮することにより、長時間ストレスをかけたときの劣化の予想が可能となる。このように本実施の形態により、半導体装置の劣化予測を高精度かつ短時間に行うことができる。
【0066】
(実施の形態5)
本実施の形態では、シフトレジスタを用いた動特性評価方法について検討する。
【0067】
まず図19に示すサンプルのシフトレジスタを用いて動特性劣化試験を行った。なお、図19(A)はシフトレジスタの写真を示し、(B)は等価回路図を示す。また(A)におけるGND、SP、Vdd、CLK、CLKbはそれぞれ、接地領域、スタートパルス入力領域、電源電圧供給領域、クロック信号入力領域、反転クロック信号入力領域である。試験条件は以下の通りである。
試験温度:40℃
ストレス電圧:Vdd=20V、SPへのパルス電圧20V
ストレス印加時間:0(初期)〜100時間
サンプル:10段のシフトレジスタ 、評価部分のTFTサイズL/W=10/20μm
【0068】
そしてストレス印加前後に、シフトレジスタ3、5、7、10段目において遅延時間、及びRise Time(Rise and  Fall期間のRise期間)の電源電圧に対する依存性の測定結果を図20に示す。なお電源電圧依存特性を測定する場合には、その他のパラメータとしてパルス幅、振幅、Fall Time等があり、測定するシフトレジスタの段数は適宜設定すればよい。そして測定時間は1、6、100時間とするが、測定時間は実施者が適宜設定すればよい。
【0069】
図20(A)には、シフトレジスタ3段目における遅延時間と電源電圧との関係を示し、(B)には、シフトレジスタ3段目におけるRise Timeと電源電圧との関係を示す。
【0070】
図20(A)、(B)から、測定時の電源電圧が低いほど遅延時間及びRise Timeの値が大きく、ストレス印加後もこの傾向は変わっていないことがわかる。なお、その他の段数でも同様の結果を示していた。
【0071】
次に、図20(A)、(B)から算出した電源電圧の変化量、例えば増加量(ΔVdd)とオン電流劣化(ストレス後のオン電流/ストレス前のオン電流)の関係をそれぞれ図21(A)、(B)に示す。なお、図8に示すリングオシュレータによるΔVddも合わせて示す。
【0072】
図21から、シフトレジスタにおける遅延時間から算出したΔVdd及びRise Timeから算出したΔVddは、リングオシュレータによるΔVddと比べて、オン電流劣化に対する動作マージン(すなわちΔVdd)が大きくなっていることがわかる。シフトレジスタは、リングオシュレータよりも半導体装置内の回路に近いため、シフトレジスタ評価から得られたΔVddとオン電流の劣化との相関の方が半導体装置の劣化特性(動特性)をより正確に示していると考えられる。よってシフトレジスタを用いてΔVddを評価することにより、半導体装置により近い劣化特性を得ることが可能となる。
【0073】
更に、リングオシュレータを用いた評価と、シフトレジスタを用いた評価とに相関を求めることにより、リングオシュレータでのより簡易な評価により、正確な半導体装置の評価を行うことができる。
【0074】
また本発明は、シフトレジスタ以外の回路にも適応することが可能である。すなわち図6に示すY軸を動特性のパラメータとし、それに対する測定時のVddを求めて、ΔVddを得ることができうる回路であれば、本発明を適応することができる。
【0075】
(実施の形態6)
本実施の形態では、TEGを構成する半導体素子、例えばTFTの構造、結晶化や活性化条件、不純物領域のドーズ量等をふった条件において、実施の形態1乃至5のいずれか、又は組み合わせてストレス試験を行い、その結果を半導体装置の作製工程にフィードバックする例を説明する。
【0076】
まず図17に例示するように、作製工程にフィードバックする順序は大きく分けて二つある。一つ目の順序(a)は、半導体装置の仕様条件(例えば電源電圧や周波数等)に基づいて、設計される動作マージンをどの程度確保するかを設定する場合である。
【0077】
順序(a)では、設定された動作マージンでのオン電流の劣化率を求め、求められたオン電流の劣化率での保証電圧が半導体装置の仕様である電源電圧を超えるような修正が必要な条件を、主にプロセスへフィードバックし、修正変更するものである。設計へフィードバックしても構わない。もちろん、修正が不要な条件は、そのままプロセスや設計へフィードバックして使用することができる。
【0078】
順序(a)の例を具体的に説明すると、半導体装置の仕様である電源電圧を12Vとする。これに基づいて半導体装置の動作マージン(動特性劣化)を0.2V確保するように設計する。この半導体装置の動作マージンは、上述したようにΔVddに値し、図8よりオン電流の劣化は33%まで許容されることがわかる。ある現状プロセスを用いて試作したTEGについてDCストレス試験やACストレス試験を行うことにより、例えばオン電流が33%劣化する状態の保証電圧が10Vと求まるとする。すると、装置仕様の電源電圧12Vを超えていないことがわかる。よってこの場合、より信頼性の高いプロセスを用いる必要があるとわかるため、プロセスへフィードバックさせて信頼性の確保を図ることができる。なお、上記数値はリングオシレータを用いた場合の一例である。
【0079】
また各プロセス条件で試験を行った結果をデータベースに記録、保存しておき、複数のプロセス条件からパネルの画素部や駆動回路部という目的に応じた半導体装置の最適なプロセス条件を選択することができる。その後は、不純物領域へ変化する不純物の添加量、結晶化又は活性化条件等を、それぞれドーピング装置や、加熱炉またはレーザ照射装置へ入力できるようにすることもできる。また、半導体装置に適するゲート電極構造や低濃度不純物領域の構成を短時間に得ることができる。
【0080】
すなわち本発明の検査方法から得られた結果をデータベース化することにより、半導体装置作製の管理方法や、半導体装置製造システムを提供することができる。
【0081】
図18は、順序(a)に基づき、DC(トランジェント)ストレス試験、ACストレス試験およびオフストレスを考慮したストレス試験から予測される10年間の推定保証電圧を算出した結果を示す。なお、条件Aと条件Bとは同一の構成を有するTFTに対して、熱活性化あり(条件A)、熱活性化なし(条件B)としたものである。但し、条件Bのオフストレスを考慮したストレス試験では劣化がほとんどない結果を得ているため、表には掲載していない。このことは条件Bではオフストレスによる劣化を考慮する必要がないとも言える。
【0082】
図18をみると、装置の仕様である電源電圧が12Vであるとき、条件BのACストレス試験は推定保証電圧が12Vを満たしていないことがわかる。つまり推定保証電圧12V以上確保するには、条件Aのほうがよいことがわかる。よって、条件Aである熱活性化を行う工程を半導体装置のプロセスへ採用することができる。
【0083】
もう一つの順序(b)は、現状のプロセスで作製された半導体装置を、装置の仕様に従って10年間駆動させた場合、オン電流の劣化がどの程度となるかをTEGレベルのストレス試験で見積もる場合である。このような半導体装置の10年後の劣化を、短時間の加速試験にて評価、予測することができる。そして、見積もられたオン電流劣化によって、動特性の変動がどの程度になるかが求まる。次に求められた動特性の変動、すなわち現プロセスで予測される動特性の変動がマージンとして確保できているかを、設計へフィードバックする。もちろんプロセスへフィードバックしても構わない。
【0084】
順序(b)の例を具体的に説明する。まず現状プロセスで作製された半導体装置を仕様である電源電圧及び周波数で10年駆動させた場合、DCストレス試験やACストレス試験であるTEGレベルの加速試験から、オン電流の劣化は50%程度と見積もられる。そして図8から、オン電流の劣化50%で、動特性変動が0.3Vとなることがわかる。その後、動特性変動0.3Vを許容できる動作マージンを確保するように設計へフィードバックする。
【0085】
以上の本実施の形態により、ストレス試験より得られた結果を半導体装置の作製条件の設計指針として取り込むことにより、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。また半導体装置の電源電圧が高く得られる条件をプロセスや設計にフィードバックすることも可能である。このように本発明のストレス試験より得られた結果を、半導体装置の設計指針として取り込むことにより、信頼性が高く、特性のよい半導体装置を提供することができる。
【0086】
【発明の効果】
本発明は、DCストレス試験とエージング試験との相関を得ることができ、この得られた相関に基づいて、短時間なDCストレス試験から、エージング試験の評価を得ることができる。つまり、得られた結果の相関を求めることにより、実際の半導体装置の実動作に近い信頼性の判断基準を、TEGレベルの試験法にも当てはめることが可能となり、短時間で半導体装置の劣化や特性の予測を得ることができる。
【0087】
また本発明のACストレス試験法は、オフストレスやオンストレスによる劣化、ストレスとなる電圧の立ち上がり、立ち下がりを代表とするACストレス特有劣化を分離して評価することが可能となる。そのため、いろいろな状況、条件における半導体装置の劣化や特性の予測を高精度に行うことができる。
【0088】
さらに本発明は、得られた予測や評価を半導体装置の設計やプロセスに取り込む(フィードバックする)ことができる。例えば、本発明の検査方法により得られる実動作に近いストレスに対して劣化が小さいプロセスを採用することができる。また、半導体装置の長期動作による動特性の変化を予測することができ、この変化を動作マージンとして設計にフィードバックすることができるため、信頼性が保証された半導体装置を提供することが可能となる。さらに本発明は、要求された条件(例えば駆動電圧を指定する)に対する設計指針としても採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を示すブロック図。
【図2】本発明の検査方法の例を示す図。
【図3】本発明の検査方法の例を示す図。
【図4】本発明による検査の結果を示す図。
【図5】本発明による検査の結果を示す図。
【図6】本発明による検査の結果を示す図。
【図7】本発明による検査の結果を示す図。
【図8】本発明による検査の結果を示す図。
【図9】本発明の検査方法における印加電圧を示す図。
【図10】劣化の状態を示す図。
【図11】本発明による検査の結果を示す図。
【図12】本発明による検査の結果を示す図。
【図13】本発明による検査の結果を示す図。
【図14】本発明による検査の結果を示す図。
【図15】本発明による検査の結果を示す図。
【図16】本発明による検査の結果を示す図。
【図17】本発明の検査方法および半導体装置の作製条件を示す図。
【図18】本発明による検査の結果を示す図。
【図19】本発明の検査方法の例を示す図。
【図20】本発明による検査の結果を示す図。
【図21】本発明による検査の結果を示す図。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a semiconductor device reliable design system and method for designing devices and circuits necessary and sufficient for the life of electrical characteristics of a transistor used in a semiconductor device having a semiconductor element, and a method for designing the device. The present invention relates to a semiconductor device to be designed. In addition, the present invention particularly relates to a method for inspecting and estimating the lifetime of a thin film transistor due to hot carriers.
[0002]
[Prior art]
Typical physical phenomena related to lifetime in a semiconductor element or a semiconductor device include a characteristic deterioration phenomenon due to hot carriers. Hot carriers are becoming increasingly important in operation as local dimensions increase as device dimensions shrink. As a result, the operation failure of the semiconductor device, a decrease in the operation function, and a decrease in the drain current with respect to the drain voltage are caused, thereby deteriorating device characteristics and performance.
[0003]
Here, the phenomenon of deterioration due to hot electrons will be described. When a semiconductor element, that is, a semiconductor device is operated, a high electric field region is formed near a drain region, and electrons flowing into this high electric field region become hot electrons having extremely high energy. Then, some hot electrons are injected into the gate oxide film, or Si-SiO 2 For example, an interface level is generated at the interface, which causes a change in device characteristics. Hot carriers are generated due to holes and electrons in a non-equilibrium state exceeding the temperature of the lattice system. There are also substrate hot electrons other than the channel electron hot electrons described above.
[0004]
Furthermore, carriers generated by impact ionization or avalanche multiplication are injected into the oxide film as hot carriers (Drain Avalanche Hot Carrier: DAHC), or hot electrons injected by secondary impact ionization ( Secondarily Generated Hot Electron (SGHE). For details, see Submicron Devices IIp 121-142 (Mitsumasa Koyanagi, Maru
Zen Co., Ltd.).
[0005]
Inspection and evaluation of the reliability and characteristics of a semiconductor element and a semiconductor device against degradation typified by these hot carriers are performed using a TEG (Test Element Group). The TEG is configured by a circuit including a plurality of semiconductor elements formed in a test area mounted on a semiconductor chip or the like.
[0006]
As an inspection method, a transient (application of a DC voltage based on VG that causes the maximum deterioration) test, which is one of the DC stress test methods, is known. The DC stress test method is a test method in which a constant voltage stress is applied to a semiconductor element. In the DC stress test method, by applying a constant voltage to a single semiconductor element, the semiconductor element can be inspected in a short time and a result can be obtained.
[0007]
However, in an actual semiconductor device, when the bias condition between the terminals changes with time, the type of hot carrier changes, so that the state of deterioration differs. Due to the change in the type of hot carrier, for example, “reduction of degradation” and “promotion of degradation” occur, and both affect simultaneously, and an actual semiconductor device shows extremely complicated degradation.
[0008]
Therefore, there is an AC stress test method that takes into account the stress conditions (voltage, frequency, etc.) that the actual semiconductor device receives. In the AC stress test method, a TEG was evaluated using a ring oscillator (RO) including a plurality of TFTs, an inverter chain, or the like. The ring oscillator is a circuit in which an inverter circuit having a CMOS structure is connected in an odd-numbered stage ring shape, and is used to calculate a delay time per one stage of the inverter circuit. In addition, Patent Literatures 1 and 2 disclose ring oscillator (RO) inspection methods. The inverter chain is an inverter circuit having a plurality of CMOS structures, and is disclosed in Patent Document 3.
[0009]
As another inspection method, a semiconductor device is operated for a long time under a predetermined environment (temperature and humidity) while applying a predetermined stress voltage to an actual semiconductor device (for example, a panel as a module). There is an aging test method for examining fluctuations in the minimum drive voltage and current consumption due to deterioration of the semiconductor device. In particular, an aging test for evaluating a panel is also called a panel aging test.
[0010]
[Patent Document 1] JP-A-5-157799
[Patent Document 2] JP-A-7-325122
[Patent Document 3] JP-A-6-313787
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned aging method can evaluate a deterioration and a characteristic by inspecting a semiconductor device. However, there is a problem that it takes thousands of hours of test time and months of test period to obtain the evaluation.
[0012]
On the other hand, the DC stress test method is a method that can inspect a semiconductor element in a short time and obtain an evaluation of deterioration and characteristics. However, the prediction and evaluation of the deterioration and characteristics obtained from the DC stress test method are actual methods. It has deviated from the semiconductor device. It is considered that the cause of the deviation of the prediction and evaluation is that the DC stress test method applies a constant voltage as stress, whereas the actual stress on the semiconductor device is that an AC voltage (pulse voltage) is applied. Was.
[0013]
Further, even when an AC stress test in which an AC voltage (pulse voltage), which is a stress applied to the semiconductor device, is performed, a deviation may occur in a result of the inspection of the semiconductor device. This is because the stress generated in the actual semiconductor device has not been properly evaluated and considered. Therefore, it has been difficult to obtain accurate predictions of deterioration and characteristics of the semiconductor device.
[0014]
As described above, the prediction of the deterioration and characteristics obtained from the results of the DC stress test method and the AC stress test method does not always simply apply to the prediction of the semiconductor device, and furthermore, the correlation between them is unclear.
[0015]
Accordingly, it is an object of the present invention to obtain a correlation between an aging test and a DC stress test, and to accurately predict deterioration and characteristics of a semiconductor device at a TEG level in a short time. Another object of the present invention is to provide a method of designing a semiconductor device, which incorporates the obtained results into the process and design of the semiconductor device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention obtains a correlation between an aging test for inspecting a semiconductor device and a DC stress test method, and predicts and evaluates deterioration and characteristic change of a semiconductor device in a short time and with high accuracy. Is provided. The present invention also provides a method for incorporating conditions obtained by a stress test into an actual semiconductor device process or design.
[0017]
Specifically, according to the present invention, as shown in FIG. 1A, a step of performing an “AC stress test assuming CMOS operation” between a DC stress test method and an aging test method and a “ring oscillator (RO) .) Or an AC stress test using various circuits TEG ”.
[0018]
More specifically, for example, as shown in FIG. 1B, a correlation is obtained between the on-current deterioration by the DC stress test and the on-current deterioration by the AC stress test. Then, in order to provide a correlation between the power supply voltage change amount due to the aging test of the semiconductor device and the on-current deterioration due to the AC stress test, the power supply voltage change amount (ΔVdd) is determined by using a ring oscillator (RO) or various circuits TEG. Obtain on-current deterioration.
[0019]
As shown in FIG. 2, the AC stress test assuming CMOS operation is performed by alternately applying a pulse signal (ie, stress) of 0 V and a positive voltage at a predetermined frequency to a gate region and a drain region of a single TFT from the outside. This is a test to be applied. In addition, this is a test in which a pulse signal of 0 V and a positive voltage is externally applied using an inverter chain. Since the applied stress is externally controlled, many conditions such as a frequency, a duty ratio, and a voltage value can be set.
[0020]
The states in which the duty ratios as the stress conditions are 0% and 100% are referred to as an off-stress state and an on-stress state, respectively. That is, on-stress is a kind of DC stress applying Vg = Vdd and Vd = 0V, and off-stress is a kind of DC stress applying Vg = 0V and Vg = Vdd. The present invention provides an on-stress, an off-stress, and a transient stress (a kind of DC stress that gives a stress that causes the maximum drain avalanche hot carrier degradation, which were difficult to evaluate separately. (A positive voltage is applied to the drain electrode for evaluation), and deterioration prediction and evaluation of the semiconductor device can be performed. Further, according to the present invention, it is possible to separately evaluate deterioration at the rise and fall of the applied voltage which is a stress. Further, according to the present invention, it is possible to predict deterioration of a semiconductor device due to a difference in applied voltage which is a stress condition. As described above, the present invention can provide an effective means for elucidating the mechanism of the deterioration due to the AC stress, so that a highly accurate deterioration prediction can be obtained in the semiconductor device.
[0021]
Then, a correlation is obtained between the deterioration of the on-state current of the semiconductor element with respect to the DC stress obtained from the DC stress test method and the deterioration of the on-state current of the semiconductor element with respect to the AC stress obtained from the AC stress test assuming the CMOS operation. That is, it is possible to estimate how much the DC stress is accelerated and deteriorated with respect to the AC stress (how many times the acceleration coefficient is deteriorated), and the difference in the acceleration coefficient between the DC stress and the AC stress, that is, the difference in the deterioration speed is found. be able to.
[0022]
In an AC stress test using a ring oscillator (RO) or various circuits TEG, for example, a voltage (power supply voltage: also referred to as Vdd) is applied to the ring oscillator shown in FIG. This is an inspection method for detecting a change in the oscillation frequency output from the element. Note that, other than the ring oscillator (RO), the same evaluation can be performed by using a shift register and other circuits TEG. In those cases, the amount of change in the power supply voltage required to obtain the dynamic characteristics in the initial state (ΔV shown below) dd The evaluation of ()) can use dynamic characteristics (pulse width, delay time, etc.) that are more important in each circuit operation.
[0023]
Then, by an AC stress test using a ring oscillator (RO), the power supply voltage V dd And the oscillation frequency output from the ring oscillator is determined, and ΔV dd Is obtained. This ΔV dd Is the oscillation frequency in the initial state, that is, the amount of change in the power supply voltage required to obtain the dynamic characteristics in the initial state in the ring oscillator subjected to the stress test.
[0024]
Next, ΔV dd ΔV to obtain a correlation between dd Of the on-state current of the semiconductor element before and after stress (on-state current after stress / initial on-state current). Each ΔV dd Plotted against, the ratio of the on-current before and after the stress is ΔV dd Has a relationship to
[0025]
Then, a result obtained by an AC stress test assuming CMOS operation and ΔV dd And the result obtained from the correlation between the on-current degradation and the result obtained from the correlation between the on-current degradation and the on-current degradation rate is set to a certain value (for example, the on-current degradation rate is set to 10%. However, the on-current degradation rate must be appropriately set). AC stress and ΔV when set to dd Is obtained.
[0026]
From the stress test results so far, a correlation can be obtained between the DC stress test, the AC stress test assuming the CMOS operation, and the AC stress test using the ring oscillator.
[0027]
Next, a correlation between an AC stress test using a ring oscillator and an aging test will be described. In the aging test method, a drive voltage capable of maintaining normal operation is applied to a semiconductor device, and measurement is performed before and after deterioration. The drive voltage changes with deterioration, and the amount of change corresponds to the amount of change in the power supply voltage of the ring oscillator required to obtain the dynamic characteristics in the initial state. Therefore, ΔV obtained from an AC stress test using a ring oscillator dd The degree of change in the deterioration characteristics (dynamic characteristics) of the semiconductor device can be predicted by obtaining the correlation between the deterioration of the semiconductor device and the on-current.
[0028]
According to the present invention, a result obtained by the above-described stress test can be fed back to a process and a design of a semiconductor device. That is, a stress test is performed based on the specifications of the semiconductor device, and an appropriate condition with a small deterioration with respect to the stress close to the actual operation can be fed back to the process and design of the semiconductor device to be adopted.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the polarity of a thin film transistor (hereinafter, referred to as a TFT) described in the following embodiment may be either N-type or P-type. The deterioration of the on-current of the TFT can be evaluated whether it is in the linear region or the saturated region.
[0030]
(Embodiment 1)
First, in the present embodiment, a DC (transient) stress test and an AC stress test assuming CMOS operation are performed on the TFT formed in the TEG. The test conditions are as follows.
Test temperature: 40 ° C
Duty ratio (ratio of High level in applied voltage VG): 50%
Stress voltage: DC (transient) stress Vd = 16V, AC stress 16V, 0V are alternately applied to the gate electrode and the source electrode,
Vg: value at which deterioration becomes maximum
Sample: Single N-channel TFT, channel size L / W = 10/8 μm
[0031]
Then, when the deterioration rate of the on-current with respect to the time under the stress of each frequency (the difference between the on-current before and after the deterioration / the on-current before the deterioration) is plotted as the lifetime, as shown in FIGS. It can be seen that there is a linear relationship on the log scale. FIG. 4D shows the results obtained from a DC (transient) stress test.
[0032]
FIG. 5 is a graph in which the time at which the deterioration rate becomes 10% at the frequency of the AC stress is plotted as the lifetime from the results obtained in FIG. At this time, the numerical value of the deterioration rate, which is a measure of the life, may be set as appropriate. FIG. 5 (a) is a result obtained by a DC (transient) stress test method, and FIG. 5 (b) is a result obtained by converting from (a) when deterioration of transient stress is assumed to be dominant in deterioration of AC stress; c) is the result of the AC stress test. Note that the conversion from the transient stress test is a conversion method on the assumption that one-third of the rise and fall time of the AC stress corresponds to the transient stress time.
[0033]
Then, how much the DC (transient) stress with respect to the AC stress accelerates and deteriorates is estimated as an acceleration coefficient. This acceleration coefficient may be a ratio between (a) and (c), which is a result of a DC (transient) stress test, or a ratio between (b) and (c) converted from a DC (transient) stress test. Then, the difference in the deterioration rate between the DC (transient) stress and the AC stress can be understood from the obtained acceleration coefficient. For example, at the frequencies of 31 kHz and 3.9 kHz, the result of the AC stress test deteriorates at 1.19 times and 8.13 times the acceleration, respectively, as compared with the result of the DC (transient) stress test.
[0034]
In this embodiment, the deterioration of the condition of the frequency of the applied voltage is checked. In addition to the frequency, the voltage value of the applied voltage, the duty ratio of the applied voltage, the phase shift of the applied voltage waveform, and the angle of the applied voltage waveform (Steep) deterioration may be inspected.
[0035]
Next, an AC stress test was performed using a ring oscillator (RO) as shown in FIG. The test conditions are as follows.
Test temperature: 40 ° C
Stress voltage: Vdd = 12V, 14V, 16V
Stress application time: 20 to 100 hours
Sample: 19-stage ring oscillator (L / W of n-channel TFT = 6/10 μm, L / W of p-channel TFT = 6/20 μm)
[0036]
Then, as shown in FIG. 6, the voltage (power supply voltage) V input to the ring oscillator dd And the result obtained by plotting the oscillation frequency output from the ring oscillator is obtained. FIG. 6A shows an initial state (a state in which a stress voltage is applied for 0 hours), and FIG. 6B shows a state in which a stress is applied for 20 hours. From these graphs, it can be seen that ΔV corresponding to the increase in the power supply voltage required to obtain the dynamic characteristics in the initial state dd Is obtained.
[0037]
As shown in FIGS. 7A and 7B, the oscillation frequency of the ring oscillator before the stress (initial state) and after the stress (after 20 hours) is determined by the power supply voltage (V dd ). Therefore, the value of the applied voltage needs to be set in consideration of an actual semiconductor device, an assumed circuit, and the like. In the present embodiment, for example, assuming a 10 V-system CMOS circuit, a voltage drop margin due to a rounded waveform or the like is expected to be about 2 V, and ΔV dd To evaluate the initial power supply voltage V dd Was set to 8V. In the present embodiment, the time for applying the power supply voltage to the ring oscillator is set to 20 hours, but this application time may be set as appropriate.
[0038]
Next, ΔV dd And the deterioration of the ON current of the TFT (see FIG. 3) in which a part of the ring oscillator is cut off is obtained. Note that any TFT may be evaluated, and any number of TFTs may be used to check the deterioration of on-current. FIG. dd 7 shows a graph in which the ratio of the ON current of the TEG before and after stress (on current after stress / on current before stress (initial)) at a time corresponding to FIG. The ratio of the on-current before and after the stress can be obtained from the on-current deterioration in the AC stress test, and can be obtained from, for example, the on-current deterioration rate shown in FIG.
[0039]
As can be seen from FIG. 8, the ratio of the ON current before and after the stress and ΔV dd And an approximate line that is a straight line can be obtained. From FIG. 8, ΔV dd Looking at the ratio of the on-state current before and after the stress at 0.2 V = 0.2 V, it is understood that the value is about 0.7. This ΔV dd Accordingly, the actual operation margin of the semiconductor device can be predicted. Note that a prediction method closer to an actual semiconductor device will be described in Embodiment 5.
[0040]
According to the present embodiment described above, a correlation can be obtained between the DC stress test and the aging test. Based on the obtained correlation, it is possible to apply the reliability criterion close to the actual operation of the semiconductor device to the TEG level DC stress test method, and to predict the deterioration of the semiconductor device by a short TEG level inspection test. It is possible to obtain.
[0041]
(Embodiment 2)
Next, off-stress and on-stress will be described. FIG. 9 shows a waveform of an applied voltage in the AC stress test. There are a region (a) and a region (b) where the voltage applied during a certain period is constant, and a region (c) where the voltage changes. Further, the region (a) where the voltage is constant is in an on-stress state, and the region (b) is in an off-stress state. The area (c) has an area (d) in a transient state.
[0042]
As shown in FIG. 10A, deterioration of the on-stress state is considered to be caused by carriers collected under the gate electrode trapped at the interface between the gate insulating film and the semiconductor film. Further, as shown in FIG. 10B, deterioration of the off-stress state is considered to occur when carriers accelerated at the drain end where the electric field is high are injected into the gate insulating film. FIG. 10C shows a diagram of the channel portion in a transient state in which the deterioration due to the drain avalanche hot carrier is maximized. When DC stress is applied, the deterioration of the on-current becomes maximum around VG = Vth + 1V. Similarly, it is considered that the deterioration of the on-current is large in the region (d) even when the AC stress is applied. As described above, the AC stress has a plurality of deterioration states, and as a result, complicated deterioration occurs.
[0043]
Therefore, in this embodiment, a method for evaluating the deterioration prediction of the semiconductor device with high accuracy in consideration of the specific deterioration of off-stress and on-stress will be described.
[0044]
First, FIG. 11 shows the results of the off-stress test and the on-stress test. Note that the off-stress state is a state of 0% duty in an AC stress test assuming CMOS operation, and the on-stress state is a state of 100% duty. From this result, it can be seen that the rate of deterioration of the on-state current differs depending on the off-stress state and the on-stress state. Similarly, it is also possible to obtain the result of the duty ratio (for example, 0.5%, 50%, or the like) other than 0% or 100% shown in FIG. The test conditions are shown below.
Test temperature: 40 ° C
Stress voltage: Vdd = 22V (off-stress Vg = 22V, Vd = 0V, on-stress Vg = 0V, Vd = 22V)
Sample: Single N-channel TFT, L / W = 10/8 μm
[0045]
Next, FIG. 12 shows a graph in which the lifetime at which the rate of deterioration of the on-current in off-stress and on-stress in FIG. 11 is 10% is plotted against the AC stress frequency. Note that the rate of deterioration of the on-current is not limited to 10% and may be set as appropriate. FIG. 12 also shows the results of the AC stress test, the results of the DC (transient) stress test, and the values converted from the results of the DC (transient) stress test. Note that the conversion of the off-stress deterioration and the conversion of the on-stress deterioration shown in FIG.
[0046]
FIG. 12 shows that the result of the AC stress test deviates from the converted value from the DC (transient) stress. This shift occurs on the low frequency side where the converted value of the DC (transient) stress test and the converted value of off-stress degradation intersect. In other words, it can be seen that the influence of the deterioration of the off-stress state appears on the low frequency side, and the mutual influence is exerted. Therefore, when evaluating the deterioration of the AC stress test at a low frequency, the influence of the deterioration in the off-stress state must be considered. Of course, when the converted value of the DC (transient) stress test intersects with the deterioration of the on-stress state, it is expected that the deterioration of the on-stress state must be considered.
[0047]
As described above, in consideration of the deterioration of the off-stress and on-stress states on the low frequency side, as in the first embodiment, refer to FIG. dd , The deterioration can be predicted. That is, according to the present embodiment, it is possible to obtain a measurement result in consideration of off-stress and on-stress degradation on the low frequency side, and to perform more accurate degradation prediction.
[0048]
Thus, the stress test according to the present embodiment can provide an effective means for elucidating the mechanism of deterioration due to AC stress. That is, it is possible to grasp how much the deterioration of the on-stress or off-stress state affects, and to predict the deterioration of the semiconductor device with high accuracy. According to the first embodiment and the present embodiment, highly accurate deterioration prediction can be obtained by a short-term inspection test at the TEG level.
[0049]
(Embodiment 3)
In the present embodiment, an example of an inspection method that takes account of the deterioration peculiar to the AC stress in the region (c) of FIG.
[0050]
FIG. 13 shows an example in which an applied voltage serving as an AC stress is applied to the inverter chain, and the time during which the on-current of a single TFT in the inverter chain is degraded by 10% with respect to the time of the rise and fall (region (c)) is defined as the lifetime. It is a graph plotted. The test conditions are shown below.
Test temperature: 40 ° C
Stress voltage: 0V and 22V are applied alternately
Sample: 11 stages of inverter chain (L / W of n-channel TFT = 10/10 μm, L / W of p-channel TFT = 10/20 μm)
[0051]
FIG. 13 shows that the lifetime due to hot carrier deterioration depends on the length of the rising and falling (hereinafter also referred to as rise and fall) periods of the applied voltage serving as the AC stress in the area (c) in FIG. . It can be seen that the longer the period of this region (c), the shorter the lifetime due to hot carrier deterioration.
[0052]
Therefore, in this embodiment, an AC stress test assuming a CMOS operation is performed in consideration of the dependency of the lengths of the rising and falling periods of the applied voltage serving as the AC stress. FIG. 14 is a graph in which the time of rise and fall is set to 1 μsec, 100 nsec, and 15 nsec, and the time at which the rate of deterioration of the on-current with respect to the AC stress frequency becomes 10% is plotted as the lifetime (Δ). The test conditions are shown below.
Test temperature: 40 ° C
Stress voltage: 22V
Stress frequency: 3.9kHz, 31kHz, 100kHz, 500kHz
Sample: 11 stages of inverter chain (L / W of n-channel TFT = 10/10 μm, L / W of p-channel TFT = 10/20 μm)
[0053]
FIG. 14 also shows the results of the DC (transient) test and the values converted from the results of the transient test. The test conditions are shown below.
Test temperature: 40 ° C
Stress voltage: Vg = Vth + 1V, Vd = 22V
Sample: L / W of n-channel TFT = 10/8 μm
[0054]
Looking at the results, as shown in FIG. 14 (c), as the period of Rise and Fall becomes shorter, the measured value deviates from the line converted from the result of the DC (transient) stress, and is converted from the DC (transient) stress test. It is shorter than the life. Therefore, as the period of rise and fall is shorter, that is, as the region (c) in FIG. 9 is shorter and the rise and fall of the voltage are steeper, it is necessary to consider the deterioration of the period of rise and fall which is peculiar to the AC stress. You can see that there is.
[0055]
As described above, the steeper the rise and fall of the voltage, the deterioration of the period of Rise and Fall, which is the deterioration peculiar to the AC stress, is taken into consideration, as in Embodiment 1, with reference to FIG. dd Must be determined to predict deterioration. As a result, more accurate deterioration prediction can be performed.
[0056]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an effective means for elucidating the mechanism of deterioration due to AC stress. That is, it is possible to understand how much the rise and fall period, which is the deterioration peculiar to the AC stress, affects the deterioration, and it is possible to highly accurately predict the deterioration of the semiconductor device. By combining with the first embodiment, deterioration prediction of the semiconductor device can be obtained by a short-time stress test at the TEG level.
[0057]
Note that this embodiment can be used in combination with Embodiment 2 to more accurately predict deterioration of a semiconductor device.
[0058]
(Embodiment 4)
In this embodiment, a method for evaluating deterioration using power supply current dependency will be described.
[0059]
FIG. 15A is a graph showing the on-current deterioration rate and time in a DC (transient) stress test, and FIG. 15B is a graph showing the on-current deterioration rate and time in an AC stress test assuming CMOS operation. FIG. 15C is a graph showing the rate of deterioration of the on-state current and the time in the off-stress test described in the second embodiment. The test conditions are shown below.
Test temperature: 40 ° C
Stress conditions: (A) gate electrode (Vg) = Vth + 1V, source electrode (Vs) = 16V, 14V, 12V
(B) 0 V, 17 V, 16 V, or 15 V are alternately applied to Vg and Vs, frequency 3 MHz
(C) Vg = 0V, Vs = 20V, 18V, 16V sample: single N-channel TFT, channel size L / W = 10/8 μm
[0060]
FIG. 15 shows that in each stress test, the deterioration rate differs depending on the value of the applied voltage. Therefore, in the present embodiment, an example in which an inspection is performed in consideration of a voltage applied in a DC (transient) stress test, an AC stress test, and an off-stress test will be described.
[0061]
First, FIG. 16 shows the drain voltage (V) at which the on-current deteriorates based on FIGS. dd 7) shows a graph in which the reciprocal of ()) and the time during which the on-current decreases by 10% with respect to this reciprocal (the deterioration rate of the on-current can be set as appropriate) are plotted as the lifetime. Note that FIG. 16A is a graph of a DC (transient) stress test result, FIG. 16B is a graph of an AC stress test result, and FIG. 16C takes into account the Rise and Fall period described in Embodiment 3. FIG. 16B is a graph obtained by converting the results of the AC stress test shown in FIG. 16B into transient stress, and FIG. 16D is a graph showing the results of the off-stress test.
[0062]
The acceleration factor of the DC (transient) stress test with respect to the AC stress test can be estimated from the result of the DC (transient) stress test and the result of the AC stress test in FIG.
[0063]
Further, by performing an acceleration test using a voltage as shown in FIG. 16, it is possible to obtain an estimated guaranteed voltage that is guaranteed for 10 years or 20 hours in each stress test without taking an actual time.
[0064]
In consideration of the power supply voltage dependence of the deterioration, with reference to FIG. dd And predict the deterioration in a stress test.
[0065]
As described above, in the present embodiment, by considering the power supply voltage dependency of the deterioration, it is possible to predict the deterioration when a long-time stress is applied. As described above, according to the present embodiment, deterioration prediction of a semiconductor device can be performed with high accuracy and in a short time.
[0066]
(Embodiment 5)
In this embodiment, a dynamic characteristic evaluation method using a shift register will be considered.
[0067]
First, a dynamic characteristic deterioration test was performed using the sample shift register shown in FIG. Note that FIG. 19A shows a photograph of the shift register, and FIG. 19B shows an equivalent circuit diagram. Further, GND, SP, Vdd, CLK, and CLKb in (A) are a ground region, a start pulse input region, a power supply voltage supply region, a clock signal input region, and an inverted clock signal input region, respectively. The test conditions are as follows.
Test temperature: 40 ° C
Stress voltage: Vdd = 20V, pulse voltage to SP 20V
Stress application time: 0 (initial) to 100 hours
Sample: 10-stage shift register, TFT size L / W = 10/20 μm in evaluation portion
[0068]
FIG. 20 shows the measurement results of the delay time and the dependency of the Rise Time (Rise period of the Rise and Fall period) on the power supply voltage before and after the stress application in the shift registers 3, 5, 7, and 10. Note that when measuring the power supply voltage dependence characteristic, there are other parameters such as a pulse width, an amplitude, and a fall time, and the number of shift register stages to be measured may be set as appropriate. The measurement time is set to 1, 6, and 100 hours, and the measurement time may be appropriately set by a practitioner.
[0069]
FIG. 20A shows the relationship between the delay time and the power supply voltage in the third stage of the shift register, and FIG. 20B shows the relationship between the rise time and the power supply voltage in the third stage of the shift register.
[0070]
FIGS. 20A and 20B show that the lower the power supply voltage at the time of measurement, the larger the values of the delay time and the rise time, and this tendency does not change even after the stress is applied. It should be noted that similar results were obtained with other numbers of stages.
[0071]
Next, the change amount of the power supply voltage calculated from FIGS. 20A and 20B, for example, the increase amount (ΔV dd ) And ON current degradation (ON current after stress / ON current before stress) are shown in FIGS. 21A and 21B, respectively. Note that ΔV by the ring oscillator shown in FIG. dd Also shown.
[0072]
From FIG. 21, ΔV calculated from the delay time in the shift register dd And ΔV calculated from Rise Time dd Is ΔV by the ring oscillator dd Operating margin (ie, ΔV dd ) Is larger. Since the shift register is closer to the circuit in the semiconductor device than the ring oscillator, ΔV obtained from the shift register evaluation dd It is considered that the correlation between the on-current and the deterioration of the ON current more accurately indicates the deterioration characteristics (dynamic characteristics) of the semiconductor device. Therefore, using a shift register, ΔV dd By evaluating the above, it becomes possible to obtain a deterioration characteristic closer to the semiconductor device.
[0073]
Furthermore, by obtaining a correlation between the evaluation using the ring oscillator and the evaluation using the shift register, accurate evaluation of the semiconductor device can be performed by simpler evaluation using the ring oscillator.
[0074]
Further, the present invention can be applied to circuits other than the shift register. That is, the Y axis shown in FIG. dd , And ΔV dd The present invention can be applied to any circuit that can obtain the following.
[0075]
(Embodiment 6)
In this embodiment, any one of the first to fifth embodiments or a combination thereof is used under conditions including the structure of a semiconductor element constituting a TEG, for example, a TFT, crystallization and activation conditions, a dose amount of an impurity region, and the like. An example in which a stress test is performed and the result is fed back to a manufacturing process of a semiconductor device will be described.
[0076]
First, as illustrated in FIG. 17, the order of feeding back to the manufacturing process is roughly divided into two. The first order (a) is a case in which how much an operation margin to be designed is secured based on the specification conditions (for example, power supply voltage and frequency) of the semiconductor device.
[0077]
In the order (a), the deterioration rate of the on-current at the set operation margin is obtained, and it is necessary to correct the guaranteed voltage at the obtained deterioration rate of the on-current exceeds the power supply voltage which is the specification of the semiconductor device. The conditions are mainly fed back to the process and modified and changed. You may give feedback to the design. Of course, conditions that do not need to be modified can be directly used as feedback to the process or design.
[0078]
Explaining the example of the order (a) specifically, the power supply voltage, which is the specification of the semiconductor device, is 12V. Based on this, the semiconductor device is designed to secure an operation margin (dynamic characteristic deterioration) of 0.2 V. The operating margin of this semiconductor device is ΔV as described above. dd It can be seen from FIG. 8 that the deterioration of the on-current is allowed up to 33%. Suppose that a DC stress test or an AC stress test is performed on a TEG prototyped using a certain current process to obtain a guaranteed voltage of 10 V, for example, in a state where the on-current deteriorates by 33%. Then, it is found that the power supply voltage does not exceed the power supply voltage 12 V of the device specification. Therefore, in this case, it can be seen that it is necessary to use a process with higher reliability, and the process can be fed back to the process to ensure reliability. The above numerical values are an example when a ring oscillator is used.
[0079]
It is also possible to record and store the results of the test performed under each process condition in a database, and to select the optimum process conditions of the semiconductor device according to the purpose, such as the pixel portion of the panel and the drive circuit portion, from a plurality of process conditions. it can. After that, the addition amount of the impurity that changes into the impurity region, the crystallization or activation condition, and the like can be input to the doping device, the heating furnace, or the laser irradiation device. Further, a structure of a gate electrode structure and a low-concentration impurity region suitable for a semiconductor device can be obtained in a short time.
[0080]
That is, a database for the results obtained from the inspection method of the present invention can provide a management method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing system.
[0081]
FIG. 18 shows a result of calculating an estimated guaranteed voltage for 10 years predicted from a DC (transient) stress test, an AC stress test, and a stress test considering off-stress based on the order (a). Note that the conditions A and B are such that the TFTs having the same configuration are thermally activated (condition A) and are not thermally activated (condition B). However, the stress test considering the off-stress under the condition B has obtained a result with almost no deterioration, and is not shown in the table. This means that it is not necessary to consider the deterioration due to off-stress under the condition B.
[0082]
FIG. 18 shows that when the power supply voltage, which is the specification of the device, is 12 V, the estimated guaranteed voltage does not satisfy 12 V in the AC stress test under the condition B. That is, it is understood that the condition A is better to secure the estimated guaranteed voltage of 12 V or more. Therefore, the step of performing the thermal activation under the condition A can be employed in the process of the semiconductor device.
[0083]
Another order (b) is that when a semiconductor device manufactured by the current process is driven for 10 years in accordance with the specifications of the device, the degree of deterioration of on-current is estimated by a TEG level stress test. It is. The deterioration of such a semiconductor device after 10 years can be evaluated and predicted by a short-time acceleration test. Then, it is determined how much the dynamic characteristics fluctuate due to the estimated on-current deterioration. Next, feedback is made to the design as to whether the obtained variation in dynamic characteristics, that is, the variation in dynamic characteristics predicted in the current process, can be secured as a margin. Of course, you can give feedback to the process.
[0084]
An example of the order (b) will be specifically described. First, when a semiconductor device manufactured by the current process is driven for 10 years at the specified power supply voltage and frequency, the on-current deterioration is about 50% from the DC stress test and the TEG level acceleration test such as the AC stress test. Estimated. From FIG. 8, it can be seen that the dynamic characteristic variation becomes 0.3 V when the on-current is deteriorated by 50%. Thereafter, feedback is provided to the design so as to secure an operation margin that allows a dynamic characteristic variation of 0.3 V.
[0085]
According to the above embodiment, a highly reliable semiconductor device can be obtained by incorporating a result obtained from a stress test as a design guide for manufacturing conditions of a semiconductor device. It is also possible to feed back the conditions under which the power supply voltage of the semiconductor device can be increased to the process and design. Thus, by incorporating the results obtained from the stress test of the present invention as design guidelines for semiconductor devices, a highly reliable semiconductor device with good characteristics can be provided.
[0086]
【The invention's effect】
According to the present invention, a correlation between a DC stress test and an aging test can be obtained. Based on the obtained correlation, an evaluation of the aging test can be obtained from a short-time DC stress test. In other words, by obtaining the correlation between the obtained results, it is possible to apply the reliability criterion close to the actual operation of the actual semiconductor device to the test method at the TEG level, so that the deterioration of the semiconductor device and the A prediction of the properties can be obtained.
[0087]
Further, the AC stress test method of the present invention can separately evaluate deterioration caused by off-stress or on-stress, and specific deterioration of AC stress typified by rising and falling of a stress voltage. Therefore, deterioration and characteristics of the semiconductor device in various situations and conditions can be predicted with high accuracy.
[0088]
Further, the present invention can incorporate (feedback) the obtained prediction and evaluation into a semiconductor device design and process. For example, it is possible to adopt a process in which the deterioration is small with respect to the stress close to the actual operation obtained by the inspection method of the present invention. In addition, a change in dynamic characteristics due to long-term operation of the semiconductor device can be predicted, and this change can be fed back to the design as an operation margin, so that it is possible to provide a semiconductor device whose reliability is guaranteed. . Further, the present invention can be adopted as a design guideline for a required condition (for example, specifying a drive voltage).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of an inspection method according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an inspection method according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing applied voltages in the inspection method of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a state of deterioration.
FIG. 11 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing an inspection method and manufacturing conditions of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing an example of the inspection method of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing a result of an inspection according to the present invention.

Claims (7)

単体の半導体素子に一定の電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第1の電流値の変化量を求め、
複数の半導体素子からなる回路にパルス状の電源電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第2の電流値の変化量を求め、
前記第1の電流値の変化量と、前記第2の電流値の変化量との相関を求め、
前記複数の半導体素子からなる回路に電源電圧を印加し、時間経過後の前記電源電圧の変化量を求め、
前記第2の電流値と、前記電源電圧の変化量との相関を求めることにより半導体装置における劣化を予想することを特徴とする半導体装置の検査方法。
A constant voltage is applied to a single semiconductor element, and a change amount of a first current value of the circuit after a lapse of time is obtained,
Applying a pulsed power supply voltage to a circuit including a plurality of semiconductor elements, and calculating a change amount of a second current value of the circuit after a lapse of time,
Calculating a correlation between the amount of change in the first current value and the amount of change in the second current value;
A power supply voltage is applied to a circuit including the plurality of semiconductor elements, and a change amount of the power supply voltage after a lapse of time is obtained.
A method for inspecting a semiconductor device, wherein deterioration of the semiconductor device is predicted by obtaining a correlation between the second current value and the amount of change in the power supply voltage.
単体の半導体素子に一定の電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第1の電流値の変化量を求め、
複数の半導体素子からなる回路にパルス状の電源電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第2の電流値の変化量を求め、
前記第1の電流値の変化量と、前記第2の電流値の変化量との相関を求め、
前記複数の半導体素子からなる回路に電源電圧を印加し、時間経過後の前記電源電圧の変化量を求め、
前記第2の電流値と、前記電源電圧の変化量との相関を求めることにより半導体装置における劣化を予想する半導体装置の検査方法であって、
前記パルス状の電源電圧の立ち上がり又は立ち下がりを考慮して前記半導体装置の劣化を予想することを特徴とする半導体装置の検査方法。
A constant voltage is applied to a single semiconductor element, and a change amount of a first current value of the circuit after a lapse of time is obtained,
Applying a pulsed power supply voltage to a circuit including a plurality of semiconductor elements, and calculating a change amount of a second current value of the circuit after a lapse of time,
Calculating a correlation between the amount of change in the first current value and the amount of change in the second current value;
A power supply voltage is applied to a circuit including the plurality of semiconductor elements, and a change amount of the power supply voltage after a lapse of time is obtained.
A semiconductor device inspection method for predicting deterioration in a semiconductor device by calculating a correlation between the second current value and the amount of change in the power supply voltage,
A method for inspecting a semiconductor device, wherein deterioration of the semiconductor device is estimated in consideration of a rise or fall of the pulsed power supply voltage.
単体の半導体素子に一定の電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第1の電流値の変化量を求め、
複数の半導体素子からなる回路にパルス状の電源電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第2の電流値の変化量を求め、
前記第1の電流値の変化量と、前記第2の電流値の変化量との相関を求め、
前記複数の半導体素子からなる回路に電源電圧を印加し、時間経過後の前記電源電圧の変化量を求め、
前記第2の電流値と、前記電源電圧の変化量との相関を求めることにより半導体装置の劣化を予想する半導体装置の検査方法であって、
前記回路に対するオフストレス、オンストレス、及びトランジェントストレスとによる劣化をそれぞれ分離した状態で半導体装置の劣化を予想することを特徴とする半導体装置の検査方法。
A constant voltage is applied to a single semiconductor element, and a change amount of a first current value of the circuit after a lapse of time is obtained,
Applying a pulsed power supply voltage to a circuit including a plurality of semiconductor elements, and calculating a change amount of a second current value of the circuit after a lapse of time,
Calculating a correlation between the amount of change in the first current value and the amount of change in the second current value;
A power supply voltage is applied to a circuit including the plurality of semiconductor elements, and a change amount of the power supply voltage after a lapse of time is obtained.
A semiconductor device inspection method for predicting deterioration of a semiconductor device by obtaining a correlation between the second current value and a change amount of the power supply voltage,
A method for inspecting a semiconductor device, wherein the deterioration of the semiconductor device is predicted in a state where the deterioration of the circuit due to off-stress, on-stress, and transient stress is separated from each other.
複数の半導体素子からなる回路に一定の電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第1の電流値の変化量を求め、
前記複数の半導体素子からなる回路にパルス状の電源電圧を印加し、時間経過後の前記回路の第2の電流値の変化量を求め、
前記第1の電流値の変化量と、前記第2の電流値の変化量との相関を求め、
前記複数の半導体素子からなる回路に電源電圧を印加し、時間経過後の前記電源電圧の変化量を求め、
前記第2の電流値と、前記電源電圧の変化量との相関を求めることにより半導体装置の劣化を予想する半導体装置の検査方法であって、
前記回路に印加する電源電圧の違いによる劣化を考慮して半導体装置の劣化を予想することを特徴とする半導体装置の検査方法。
A constant voltage is applied to a circuit composed of a plurality of semiconductor elements, and a change amount of a first current value of the circuit after a lapse of time is obtained,
Applying a pulsed power supply voltage to a circuit composed of the plurality of semiconductor elements, and determining a change amount of a second current value of the circuit after a lapse of time;
Calculating a correlation between the amount of change in the first current value and the amount of change in the second current value;
A power supply voltage is applied to a circuit including the plurality of semiconductor elements, and a change amount of the power supply voltage after a lapse of time is obtained.
A semiconductor device inspection method for predicting deterioration of a semiconductor device by obtaining a correlation between the second current value and a change amount of the power supply voltage,
A method for inspecting a semiconductor device, wherein the deterioration of the semiconductor device is predicted in consideration of the deterioration due to a difference in power supply voltage applied to the circuit.
半導体装置の劣化を予測する検査装置において、
前記検査装置は第1の半導体素子に一定の電圧を印加することによる劣化度合いと、第2の半導体素子にパルス状の電圧を印加することによる劣化度合いとの相関を求める手段と、
複数の半導体素子からなる回路にパルス状の電源電圧を入力する手段と、前記電源電圧と前記半導体素子群が出力する周波数との相関を求める手段と、を有することを特徴とする検査装置。
In an inspection device for predicting deterioration of a semiconductor device,
Means for determining a correlation between the degree of deterioration caused by applying a constant voltage to the first semiconductor element and the degree of deterioration caused by applying a pulsed voltage to the second semiconductor element;
An inspection apparatus comprising: means for inputting a pulsed power supply voltage to a circuit including a plurality of semiconductor elements; and means for determining a correlation between the power supply voltage and a frequency output by the semiconductor element group.
請求項5において、前記回路はリングオシュレータ又はシフトレジスタであることを特徴とする検査装置。The inspection apparatus according to claim 5, wherein the circuit is a ring oscillator or a shift register. 請求項5または6において、前記第1の半導体素子または前記第2の半導体素子はNチャネル型薄膜トランジスタまたはPチャネル型薄膜トランジスタであることを特徴とする検査装置。7. The inspection apparatus according to claim 5, wherein the first semiconductor element or the second semiconductor element is an N-channel thin film transistor or a P-channel thin film transistor.
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JP2012510742A (en) * 2008-11-28 2012-05-10 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Compensation for degradation of semiconductor device performance due to clock duty cycle adaptation
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