JP2016092076A - Evaluation device for semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To evaluate plasma (process) included damage (PID) based on Vth shift to a device under test (DUT) in the substantial same area as an existent MISFET by applying a structure and a measurement technique to which well-known charge based capacitance measurement (CBCM) capable of performing minute capacitance measurement is applied.SOLUTION: When evaluating the PID including a pseudo inverter and a CBCM circuit including a gate capacitance DUT, a counter electrode is provided for an antenna that becomes a PID source and by supplying a clock signal of the same phase as a DUT gate, floating capacitance of the antenna is cancelled. The present technology may be applicable to CMOS.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本技術は、半導体装置の評価装置、および半導体装置に関し、特に、公知の微小容量測定可能なCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路を応用することで、既存のMISFETとほぼ同じ面積のDUT(Device Under Test)に対するVthシフトによるPID(Plasma (Process) Induced Damage)の評価を可能にする半導体装置の評価装置、および半導体装置に関する。   The present technology relates to a semiconductor device evaluation device and a semiconductor device, and in particular, by applying a known CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit capable of measuring a minute capacitance, a DUT (Device Under) having almost the same area as an existing MISFET. The present invention relates to a semiconductor device evaluation apparatus that enables evaluation of PID (Plasma (Process) Induced Damage) due to a Vth shift with respect to Test), and a semiconductor device.

MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)などの半導体集積回路の薄膜デバイス製造には、エッチング、アッシング、イオン注入、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)など多くのプラズマプロセスが用いられている。   Many thin-film devices such as etching, ashing, ion implantation, and plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) are used to manufacture thin film devices for semiconductor integrated circuits such as MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistors).

従来、こうしたプラズマプロセスにおいて、電荷がMISFETのゲート電極に流入し、その際にゲート絶縁膜に強電界が印加されるために大電流が流れ、ゲート絶縁膜中やSi(シリコン)層など半導体界面に欠陥やキャリアトラップ準位を生成することが分かっている。また、微細化とともにゲート絶縁膜が薄膜化してきていることに伴い、近年この現象が及ぼす影響が深刻になってきている。   Conventionally, in such a plasma process, electric charge flows into the gate electrode of the MISFET and a strong electric field is applied to the gate insulating film at that time, causing a large current to flow, and a semiconductor interface such as in the gate insulating film or Si (silicon) layer. Are known to generate defects and carrier trap levels. In addition, as the gate insulating film becomes thinner with miniaturization, the effect of this phenomenon has become serious in recent years.

この半導体界面に欠陥やキャリアトラップ準位が生成されることにより生じるダメージはPID(Plasma (Process) Induced Damage)と呼ばれている。このPIDは、MISFET特性劣化に影響を及ぼすものであり、特に、PIDの程度を示す指標としてゲートリークとVthシフトとがある。   Damage caused by the generation of defects and carrier trap levels at the semiconductor interface is called PID (Plasma (Process) Induced Damage). This PID affects MISFET characteristic deterioration, and in particular, there are a gate leak and a Vth shift as indices indicating the degree of PID.

このPIDの評価は、アンテナ(Antenna)と呼ばれる、配線工程のPID源であるMetalやViaにおけるMetal面積やVia数が小さい場合をリファレンスとして、より大きなアンテナ(Antenna)の場合、および、より大きなアンテナ(Antenna)であって保護ダイオードを有するもの(保護ダイオードはプラズマプロセス中の電荷を逃がしゲート酸化膜にダメージを与え難くする効果がある)の場合のそれぞれの、ゲートリーク増加やVthシフトに基づいてなされる。   This PID evaluation is referred to as an antenna (Antenna), where the metal area or the number of Vias in the wiring process PID source Metal or Via is a small reference, with a larger antenna (Antenna) or a larger antenna (Antenna) based on the increase in gate leakage and Vth shift in case of having a protection diode (the protection diode has the effect of releasing charge during the plasma process and making it difficult to damage the gate oxide film) Made.

ゲートリークは、ゲート電極とウェル電極およびソース-ドレイン電極間に電圧を印加したとき、ゲート電極またはウェル電極でモニタされる電流に基づいて得られるものである。   The gate leak is obtained based on a current monitored by the gate electrode or the well electrode when a voltage is applied between the gate electrode, the well electrode, and the source-drain electrode.

Vthシフトは、一般に、MISFETのVg(ゲート電極印加電圧)-Id(ドレイン電流)特性から算出されるものであるが、Cg(ゲート絶縁膜容量)-Vg測定(以下、CV測定とも称する)から算出することも可能である。   Vth shift is generally calculated from Vg (gate electrode applied voltage) -Id (drain current) characteristics of MISFET, but from Cg (gate insulating film capacitance) -Vg measurement (hereinafter also referred to as CV measurement). It is also possible to calculate.

従来、一般的にLCRメータやインピーダンスアナライザによりCV測定(インピーダンス測定)がなされている。   Conventionally, CV measurement (impedance measurement) is generally performed by an LCR meter or an impedance analyzer.

また、近年、微小容量測定手法としてCharge Based Capacitance Measurement回路(以下、CBCM回路とも称する)も主に配線間微小容量測定に用いられており(非特許文献1参照)、ゲート絶縁膜容量の測定に適用した例も報告されている(非特許文献2参照)。   In recent years, a Charge Based Capacitance Measurement circuit (hereinafter also referred to as a CBCM circuit) is also mainly used for measuring a minute capacitance between wirings (see Non-Patent Document 1) as a minute capacitance measurement method. An applied example has also been reported (see Non-Patent Document 2).

PIDのMISFETへの影響を評価する上で、ゲート絶縁膜とSiなど半導体界面におけるPIDに由来すると思われるキャリアトラップ界面準位もまた重要な指標の一つである。   In evaluating the influence of PID on MISFET, the carrier trap interface state, which is thought to be derived from PID at the semiconductor interface such as gate insulating film and Si, is also an important index.

界面準位を評価する手法はいくつかあるが、そのうちの一つにチャージポンピング法がある(非特許文献3参照)。   There are several methods for evaluating the interface state, and one of them is a charge pumping method (see Non-Patent Document 3).

PIDのMISFETへの影響を評価する上で、MetalやViaなどの様々なアンテナ(Antenna)に対して、ある特定のアンテナ(Antenna)のみの影響を適切に評価できる試料の製造も重要である。例えば、特定の工程以降からは、プラズマダメージがTEG(Test Element Group)のゲート絶縁膜に加わることを抑制できる半導体装置の製造方法に関する例が報告されている(特許文献1参照)。   In evaluating the influence of PID on MISFET, it is also important to manufacture a sample that can appropriately evaluate the influence of only a specific antenna (Antenna) against various antennas (Antenna) such as Metal and Via. For example, an example relating to a manufacturing method of a semiconductor device capable of suppressing plasma damage from being applied to a gate insulating film of a TEG (Test Element Group) has been reported after a specific process (see Patent Document 1).

J. C. Chen, B. W. McGaughy, D. Sylvester, and C. Hu, “An on-chip attofarad interconnect charge-based capacitance measurement (CBCM) technique,” in IEDM Tech. Dig., 1996, pp. 3.4.1-3.4.4./ Yao-Wen Chang, Hsing-Wen Chang, Chung-Hsuan Hsieh, Han-Chao Lai, Tao-Cheng Lu, Wenchi Ting, Joseph Ku, and Chih-Yuan Lu, "A Novel Simple CBCM Method Free From Charge Injection-Induced Errors" in IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 25, NO. 5, MAY 2004 pp.262-264JC Chen, BW McGaughy, D. Sylvester, and C. Hu, “An on-chip attofarad interconnect charge-based capacitance measurement (CBCM) technique,” in IEDM Tech. Dig., 1996, pp. 3.4.1-3.4. 4. / Yao-Wen Chang, Hsing-Wen Chang, Chung-Hsuan Hsieh, Han-Chao Lai, Tao-Cheng Lu, Wenchi Ting, Joseph Ku, and Chih-Yuan Lu, "A Novel Simple CBCM Method Free From Charge Injection -Induced Errors "in IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 25, NO. 5, MAY 2004 pp.262-264 Bernhard Sell, Alejandro Avellan, and Wolfgang H. Krautschneider,"Charge-Based Capacitance Measurements (CBCM) on MOS Devices" in IEEE TRANSACTIONS ON DEVICE AND MATERIALS RELIABILITY, VOL. 2, NO. 1, MARCH 2002 pp.9-12Bernhard Sell, Alejandro Avellan, and Wolfgang H. Krautschneider, "Charge-Based Capacitance Measurements (CBCM) on MOS Devices" in IEEE TRANSACTIONS ON DEVICE AND MATERIALS RELIABILITY, VOL. 2, NO. 1, MARCH 2002 pp.9-12 G.Groeseneken, H.E.Meas, N.Beltran, and R.T.DeKeersmaecher,”A Reliable Approach to Charge-Pumping Measurements in MOS Transistors,” IEEE Trans. Electron. Dev., Vol.ED-31, pp.42-53, 1984.G. Groeseneken, HEMeas, N. Beltran, and RTDeKeersmaecher, “A Reliable Approach to Charge-Pumping Measurements in MOS Transistors,” IEEE Trans. Electron. Dev., Vol.ED-31, pp.42-53, 1984 .

特開2007−123691号公報JP 2007-123691 A

ところで、PIDのMISFET特性への影響として、ゲートリーク変化、またはVthシフト、またはその両方が観測される。このうち、Vthシフトのみが観測される場合において、CV測定によるVthシフト観測とダメージによる界面準位密度変化観測が可能であるが、従来PIDの影響を受けた微小なMISFETに対してCV測定と界面準位密度評価を同時に実現することは以下の理由により困難であった。   By the way, as an influence on the MISFET characteristics of PID, a change in gate leak and / or a Vth shift are observed. Of these, when only the Vth shift is observed, it is possible to observe the Vth shift by CV measurement and the interface state density change due to damage. It was difficult to realize the interface state density evaluation simultaneously for the following reasons.

すなわち、一般的なCV測定では数pF以上の容量が必要でゲート容量およびアンテナ(Antenna)がいずれも大面積になり実装が困難であった。また、微小容量測定可能な従来のCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路を用いた手法だけでは疑似インバータの出力部のジャンクションが保護ダイオードの役割を果たし、PIDの影響を適切に評価することができなかった。   That is, in general CV measurement, a capacitance of several pF or more is required, and both the gate capacitance and the antenna are large and difficult to mount. Moreover, the junction of the output part of the pseudo-inverter serves as a protection diode only by the method using the conventional Charge Based Capacitance Measurement (CBCM) circuit capable of measuring a minute capacity, and the influence of PID cannot be evaluated appropriately. It was.

さらに、チャージポンピング法はゲート絶縁膜の界面準位評価手法としてよく用いられる手法であるが、PIDによるゲート絶縁膜界面評価を考えたとき、チャージポンピング法を実施するDUT(Device Under Test)でCV測定を実施するためには少なくとも数pF以上の容量が必要であり、大面積のゲート容量DUTが必要となる上、数pF以上の大面積ゲート容量DUTにPIDを誘起するためにはMetal Antennaの面積も大面積となり大規模なDUTでなくては評価できなかった。   In addition, the charge pumping method is often used as an interface state evaluation method for gate insulating films. When considering gate insulating film interface evaluation by PID, a CV is used in a device under test (DUT) that implements the charge pumping method. A capacitance of at least several pF is required to perform the measurement, and a large area gate capacitance DUT is required.In addition, in order to induce PID in a large area gate capacitance DUT of several pF or more, Metal Antenna's The area became large and could not be evaluated without a large DUT.

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、公知の微小容量測定可能なCBCM回路を応用することで、既存のMISFETとほぼ同じ面積のDUTに対するVthシフトによるPIDの評価を可能にするものである。   This technology has been made in view of such a situation, and in particular, by applying a known CBCM circuit capable of measuring minute capacitance, PID evaluation by Vth shift for a DUT having almost the same area as an existing MISFET Is possible.

本技術の一側面の評価装置は、疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する評価装置であって、前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続される。   An evaluation apparatus according to one aspect of the present technology includes a CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit having a pseudo inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) serving as a DUT (Device Under Test). An evaluation apparatus for evaluating PID (Plasma (Process) Induced Damage), wherein a gate of the DUT and an antenna are connected in parallel.

前記アンテナと前記疑似インバータの出力とは、前記アンテナよりも上層の配線で接続されるようにすることができる。   The antenna and the output of the pseudo-inverter can be connected by an upper layer wiring than the antenna.

前記DUTおよび前記疑似インバータのゲートが形成された後に、前記DUTに接続する前記アンテナが形成され、その後に前記アンテナよりも上層で接続されるようにすることができる。   After the DUT and the gate of the pseudo inverter are formed, the antenna connected to the DUT is formed, and thereafter, the antenna is connected in an upper layer than the antenna.

前記アンテナの対向電極をさらに含ませるようにすることができる。   A counter electrode of the antenna may be further included.

前記DUTの容量は数fF乃至数十fF程度とすることができる。   The capacity of the DUT can be about several fF to several tens of fF.

前記疑似インバータは、PMISFET(P-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:以下、PMISとも称する)とNMISFET(N-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:以下、NMISとも称する)で構成されるようにすることができる。   The pseudo inverter is configured by a PMISFET (P-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor: hereinafter also referred to as PMIS) and an NMISFET (N-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor: hereinafter also referred to as NMIS). Can do.

前記疑似インバータは、Transfer Gate(CMISFET(Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Switch)で構成されるようにすることができる。   The pseudo inverter can be configured by a transfer gate (CMISFET (Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Switch).

前記アンテナは、積層チップからなる積層チップ構造における貫通孔とすることができる。   The antenna may be a through hole in a laminated chip structure composed of laminated chips.

前記アンテナは、積層チップからなる積層チップ構造とすることができ、前記疑似インバータと前記DUTとは、前記積層チップの各チップに配置されるようにすることができる。   The antenna may have a laminated chip structure including laminated chips, and the pseudo inverter and the DUT may be arranged on each chip of the laminated chip.

前記アンテナに対して対向して配置されるアンテナ対向電極をさらに含ませるようにすることができ、前記アンテナ対向電極には、前記DUTのゲートと同相のクロック信号が入力されるようにすることができる。   An antenna counter electrode arranged to face the antenna may be further included, and a clock signal having the same phase as the gate of the DUT may be input to the antenna counter electrode. it can.

前記アンテナ対向電極に入力されるクロック信号、および前記CBCM回路に入力される2系統のクロック信号を、1のクロック信号より分岐生成する回路をさらに含ませるようにすることができる。   The clock signal input to the antenna counter electrode and the two systems of clock signals input to the CBCM circuit may further include a circuit that generates a branch from one clock signal.

前記DUTのSource/Drain端子とWell端子とが分離されているようにすることができる。   The Source / Drain terminal and Well terminal of the DUT may be separated.

前記Well端子の電圧が、前記DUTのゲートの電圧よりも高く、前記MISFETに実効的に負電圧が印加されるようにすることができる。   The voltage of the Well terminal is higher than the voltage of the gate of the DUT, and a negative voltage can be effectively applied to the MISFET.

前記チャージポンピング電流を測定する電流測定部をさらに含ませるようにすることができる。   A current measuring unit that measures the charge pumping current may be further included.

本技術の一側面の半導体装置は、疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する評価装置を含む半導体装置であって、前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続され、前記PIDとしてVthシフトを検知した後、前記Vthシフトが大きいチップのみヒューズによるトリミングにより内部電源電圧を昇圧させる補正部を含む。   A semiconductor device according to one aspect of the present technology includes a CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit having a pseudo inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) serving as a DUT (Device Under Test). A semiconductor device including an evaluation device for evaluating PID (Plasma (Process) Induced Damage), wherein a gate and an antenna of the DUT are connected in parallel, and after detecting a Vth shift as the PID, a chip having a large Vth shift Only includes a correction unit that boosts the internal power supply voltage by trimming with a fuse.

前記補正部には、前記Vthシフトが所定値よりも大きいチップのみ内部電源電圧を昇圧させるようにすることができる。   The correction unit may boost the internal power supply voltage only for chips in which the Vth shift is greater than a predetermined value.

前記補正部には、前記PID耐性が強い回路を予め実装しておき、前記Vthシフトが所定値よりも大きいチップに対してはPID耐性が弱い回路をヒューズで切断し、耐性強い回路へ切り替えさせるようにすることができる。   In the correction unit, the circuit with strong PID resistance is mounted in advance, and for the chip with the Vth shift larger than a predetermined value, the circuit with low PID resistance is cut with a fuse and switched to a circuit with high resistance. Can be.

前記補正部には、前記Vthシフトが前記所定値よりも大きいチップに対して、前記PID耐性弱い回路から耐性強い回路へ切り替えるようにさせることができる。   The correction unit may be configured to switch from the circuit with weak PID tolerance to the circuit with strong tolerance for a chip having the Vth shift larger than the predetermined value.

本技術の一側面の半導体装置は、疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する評価装置であって、前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続され、評価結果に基づいて、決定されたプラズマプロセス条件により製造される。   A semiconductor device according to one aspect of the present technology includes a CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit having a pseudo inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) serving as a DUT (Device Under Test). An evaluation apparatus for evaluating PID (Plasma (Process) Induced Damage), wherein the gate of the DUT and the antenna are connected in parallel, and are manufactured under the plasma process conditions determined based on the evaluation result.

本技術の一側面においては、疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)が評価され、前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続される。   In one aspect of the present technology, a CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit having a pseudo inverter is connected to a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) serving as a DUT (Device Under Test), and the PID ( Plasma (Process) Induced Damage) is evaluated, and the gate of the DUT and the antenna are connected in parallel.

本技術の一側面の評価装置は、独立した装置であっても良いし、評価装置として機能するブロックであっても良い。   The evaluation device according to one aspect of the present technology may be an independent device or a block that functions as an evaluation device.

本技術の一側面によれば、既存のMISFETとほぼ同じ面積のDUT(Device Under Test)に対するVthシフトによるPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価することが可能となる。   According to one aspect of the present technology, it is possible to evaluate a PID (Plasma (Process) Induced Damage) due to a Vth shift with respect to a DUT (Device Under Test) having almost the same area as an existing MISFET.

PIDの発生原理を説明する図である。It is a figure explaining the generation principle of PID. PIDの評価方法の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the evaluation method of PID. PIDを評価するためのCV測定方法を説明する図である。It is a figure explaining the CV measuring method for evaluating PID. CBCM回路の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of a CBCM circuit. チャージポンプ法によるPIDの評価方法を説明する図である。It is a figure explaining the evaluation method of PID by the charge pump method. 本技術のPIDの評価装置の第1の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 1st Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 図6のCBCM回路の動作方法を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement method of the CBCM circuit of FIG. 本技術のPIDの評価装置の第2の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 2nd Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 図6の評価装置による評価方法における効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect in the evaluation method by the evaluation apparatus of FIG. 図8の評価装置による評価方法における効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect in the evaluation method by the evaluation apparatus of FIG. 本技術のPIDの評価装置の第3の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 3rd Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第4の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 4th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第5の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 5th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第6の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 6th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第7の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 7th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第8の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 8th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第9の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 9th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第10の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 10th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第11の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 11th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第12の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 12th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 本技術のPIDの評価装置の第13の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 13th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 図21の評価装置を内蔵した半導体装置と測定部とによる、半導体装置の歩留まりを改善するための第1の補正処理を説明するフローチャートである。FIG. 22 is a flowchart for describing a first correction process for improving the yield of a semiconductor device by a semiconductor device incorporating the evaluation device of FIG. 21 and a measurement unit; 図22の第1の補正処理による効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect by the 1st correction process of FIG. 本技術のPIDの評価装置の第14の実施の形態の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 14th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique. 図24の評価装置を内蔵した半導体装置と測定部とによる、半導体装置の歩留まりを改善するための第2の補正処理を説明するフローチャートである。FIG. 25 is a flowchart for describing a second correction process for improving the yield of a semiconductor device by a semiconductor device incorporating the evaluation device of FIG. 24 and a measurement unit. 本技術のPIDの評価装置の第15の実施の形態の構成例を説明する図であって、1のクロックを3系統のクロックに変換する構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of 15th Embodiment of the evaluation apparatus of PID of this technique, Comprising: It is a figure explaining the structural example which converts 1 clock into 3 systems of clocks.

<評価装置の概要>
半導体集積回路の薄膜デバイス製造には、エッチング、アッシング、イオン注入、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)など多くのプラズマプロセスが用いられている。
<Outline of evaluation device>
Many plasma processes such as etching, ashing, ion implantation, and plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) are used for manufacturing a thin film device of a semiconductor integrated circuit.

このプラズマプロセス中の電荷がMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート電極に流入し、その際にゲート絶縁膜に強電界が印加されるために大電流が流れ、ゲート絶縁膜中やSi(シリコン)など半導体界面に欠陥やキャリアトラップ準位を生成することが分かっている。   The electric charge in this plasma process flows into the gate electrode of MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), and at that time, a strong electric field is applied to the gate insulating film, causing a large current to flow. It has been found that defects and carrier trap levels are generated at the semiconductor interface such as silicon.

より詳細には、電荷流入となる要因の1つがプラズマの空間的な不均一性が挙げられる。被プロセスウェハ面内でプラズマ(プラズマ電位・電子密度・電子温度など)に不均一があると、図1の状態Aで示される様に、プラズマからウェハに流入する電子電流とイオン電流の平衡状態が局所的に崩れる。これにより、上部電極(トランジスタのゲート電極にあたる)に電荷が蓄積される。   More specifically, one of the factors that cause charge inflow is the spatial non-uniformity of the plasma. If the plasma (plasma potential, electron density, electron temperature, etc.) is non-uniform within the surface of the wafer to be processed, as shown by state A in FIG. 1, the equilibrium state between the electron current flowing from the plasma into the wafer and the ion current Collapses locally. As a result, charges are accumulated in the upper electrode (corresponding to the gate electrode of the transistor).

また、もう一つの要因は、「電子シェーディング効果」である。図1の状態Bで示される様に、プロセス途中のウェハ上には、絶縁膜(例えば、フォトレジスト・酸化膜など)を被った高アスペクト比の微細パターンが存在する。このとき、電子とイオンの空間的な運動量の違いにより、微細パターン上部に電子が付着し電子電流が遮へいされる。結果として、電子電流とイオン電流の平衡状態が崩れ、電荷蓄積が誘起される。電子シェーディング効果による電荷蓄積は、プラズマが空間的に均一な場合にも起こりうる現象である。   Another factor is the “electronic shading effect”. As shown in the state B of FIG. 1, a fine pattern with a high aspect ratio covering an insulating film (for example, a photoresist / oxide film) exists on the wafer in the middle of the process. At this time, due to the difference in the spatial momentum between electrons and ions, the electrons adhere to the top of the fine pattern and the electron current is blocked. As a result, the balance between the electron current and the ionic current is lost, and charge accumulation is induced. Charge accumulation due to the electron shading effect is a phenomenon that can occur even when the plasma is spatially uniform.

このような電荷蓄積が起こると、トランジスタのゲート酸化膜に高電界がかかりトンネル電流が流れるため、ゲート酸化膜の破壊や劣化が生じる。このゲート酸化膜の破壊や劣化に基づいたダメージがPID(Plasma (Process) Induced Damage)である。このPIDは、トランジスタの不良や製造歩留まりの低下に直結する。   When such charge accumulation occurs, a high electric field is applied to the gate oxide film of the transistor and a tunnel current flows, so that the gate oxide film is destroyed or deteriorated. Damage based on the destruction and deterioration of the gate oxide film is PID (Plasma (Process) Induced Damage). This PID is directly connected to a defective transistor and a decrease in manufacturing yield.

そこで、このPID(Plasma (Process) Induced Damage)によるMISFET特性劣化を測定することで、製品を評価することが考えられている。   Therefore, it is considered to evaluate a product by measuring MISFET characteristic deterioration due to this PID (Plasma (Process) Induced Damage).

より具体的には、PIDを評価するにあたって、その指標としてゲートリークとVthシフトとがある。   More specifically, when evaluating PID, there are gate leak and Vth shift as indicators.

<従来のPID評価構造>
図2は、従来のPID評価構造の模式図を示したものである。配線工程のPID源であるMetalやViaをアンテナ(Antenna)と呼ぶ。PIDの評価は、このアンテナ12のMetal面積やVia数が、例えば、図2の左部で示されるように、小さい場合をリファレンスとする。そして、図2の中部で示されるようなアンテナ12が大の場合、または、図2の右部で示される様なアンテナ12が大で、かつ、保護ダイオード13を有するもの(保護ダイオードはプラズマプロセス中の電荷を逃がしゲート酸化膜にダメージを与えにくくする効果がある)に関して、ゲートリークやVthシフトの観測結果に基づいたものとされる。
<Conventional PID evaluation structure>
FIG. 2 shows a schematic diagram of a conventional PID evaluation structure. Metal and Via, which are PID sources in the wiring process, are called antennas. For the evaluation of the PID, the case where the metal area or the number of Vias of the antenna 12 is small as shown in the left part of FIG. When the antenna 12 as shown in the middle part of FIG. 2 is large, or the antenna 12 as shown in the right part of FIG. 2 is large and has a protective diode 13 (the protective diode is a plasma process). It is based on the observation results of gate leak and Vth shift, with the effect of releasing the charge inside and making it difficult to damage the gate oxide film).

ゲートリークは、ゲート電極とウェル電極およびソース-ドレイン電極間に電圧を印加して電流をゲート電極またはウェル電極でモニタすることで得られる。   The gate leak is obtained by applying a voltage between the gate electrode, the well electrode, and the source-drain electrode and monitoring the current with the gate electrode or the well electrode.

図2においては、ソースおよびドレインを接地し、アンテナ12を介して、ゲートに電源より電圧Vを印加し、電流計Aによりゲート容量DUT(Device Under Test)11のゲートリークがモニタされる。ここで、図2の左部においては、アンテナ12の面積が小さな状態であるが、図2の中部には、アンテナ12’が接続されて、より大きな面積となる様に構成されている。さらに、図2の右部においては、保護ダイオード13が設けられている。   In FIG. 2, the source and drain are grounded, a voltage V is applied from the power source to the gate via the antenna 12, and the gate leak of the gate capacitance DUT (Device Under Test) 11 is monitored by the ammeter A. Here, the area of the antenna 12 is small in the left part of FIG. 2, but the antenna 12 'is connected to the middle part of FIG. 2 so as to have a larger area. Further, a protection diode 13 is provided on the right side of FIG.

Vthシフトは、MISFETのVg(ゲート電極印加電圧)-Id(ドレイン電流)特性から算出する方法が一般的であるが、Cg(ゲート絶縁膜容量)-Vg測定(以下、CV測定と称する)から算出することも可能である。   The Vth shift is generally calculated from the Vg (gate electrode applied voltage) -Id (drain current) characteristics of the MISFET, but from Cg (gate insulating film capacitance) -Vg measurement (hereinafter referred to as CV measurement). It is also possible to calculate.

<CV測定の概略>
ここで、図3を参照して、従来一般的に使用されていたLCRメータやインピーダンスアナライザによるCV測定(インピーダンス測定)の概略について説明する。
<Outline of CV measurement>
Here, with reference to FIG. 3, an outline of CV measurement (impedance measurement) using an LCR meter or an impedance analyzer, which has been generally used conventionally, will be described.

図3で示される様に、CV測定においては、発振器OC、電源V、DUT、および電流計Aが直列に接続されており、これをモニタし、算出することにより、Vthが算出される。   As shown in FIG. 3, in the CV measurement, an oscillator OC, a power supply V, a DUT, and an ammeter A are connected in series, and Vth is calculated by monitoring and calculating them.

また、近年微小容量測定手法としてCharge Based Capacitance Measurement(以下CBCM法と称する)も主に配線間微小容量測定に用いられており(非特許文献1参照)、ゲート絶縁膜容量へ適用した例も報告されている(非特許文献2参照)。   In recent years, Charge Based Capacitance Measurement (hereinafter referred to as CBCM method) has also been used mainly for inter-wiring microcapacitance measurement as a microcapacitance measurement method. (See Non-Patent Document 2).

ここで、図4を参照して、従来のCBCM回路の構成について説明する。CBCM回路30は、疑似インバータ31、およびゲート容量DUT32より構成されている。   Here, the configuration of a conventional CBCM circuit will be described with reference to FIG. The CBCM circuit 30 includes a pseudo inverter 31 and a gate capacitor DUT 32.

疑似インバータ31は、PMISFET(P-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:以下、PMISとも称する)からなるトランジスタTr11、およびNMISFET(N-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:以下、NMISとも称する)からなるトランジスタTr12より構成される。トランジスタTr11乃至Tr12のそれぞれの出力がゲート容量DUT32に接続されている。   The pseudo inverter 31 includes a transistor Tr11 composed of PMISFET (P-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor: hereinafter also referred to as PMIS) and a transistor composed of NMISFET (N-type Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor: hereinafter also referred to as NMIS). It consists of Tr12. The outputs of the transistors Tr11 to Tr12 are connected to the gate capacitor DUT32.

このPMISとNMISとからなるトランジスタTr11,Tr12のゲート電極(PMISゲート電極:CLK1/NMISゲート電極:CLK2)にオーバーラップしない(PMISがOnのとき、NMISはOff、NMISがOnのとき、PMISはOffになっていてPMISおよびNMISが同時Onしない)パルス状の電圧(以下、CLKと称する)を加えることで、DUTが充電/放電を繰り返すことを利用し、Vds電極またはVgnd電極で電流をモニタし、得られた電流を積分することで充放電電荷を算出する。ここで、PMISからなるTr11およびNMISからなるTr12をそれぞれTranfer Gate(CMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Switch)で置き換えてもよい。   It does not overlap with the gate electrodes (PMIS gate electrode: CLK1 / NMIS gate electrode: CLK2) of the transistors Tr11 and Tr12 composed of PMIS and NMIS (when PMIS is On, NMIS is Off, and when NMIS is On, PMIS is By applying a pulse voltage (hereinafter referred to as CLK) that is off and PMIS and NMIS do not turn on at the same time, the current is monitored by the Vds electrode or Vgnd electrode using the fact that the DUT repeatedly charges and discharges. Then, the charge / discharge charge is calculated by integrating the obtained current. Here, the Tr11 made of PMIS and the Tr12 made of NMIS may be replaced with Tranfer Gates (CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Switches), respectively.

<チャージポンピング法>
PIDのMISFETの影響を評価する上で、ゲート絶縁膜とSiなど半導体界面におけるPIDに由来すると思われるキャリアトラップ界面準位もまた重要な指標の一つである。界面準位を評価する手法はいくつかあるが、そのうちの一つに図5に示すチャージポンピング法がある(非特許文献3参照)。
<Charge pumping method>
In evaluating the influence of MISFET in PID, the carrier trap interface state which is thought to be derived from PID at the semiconductor interface such as gate insulating film and Si is also an important index. There are several methods for evaluating the interface state, and one of them is the charge pumping method shown in FIG. 5 (see Non-Patent Document 3).

基本的にMISFETのゲート電極Gにはトランジスタを蓄積状態から反転状態に繰り返し切り替えるためのパルスジェネレータが接続されている。そのゲート電極Gにパルスが印加されている間パルスの立上り、立下りのタイミングで多数キャリアと少数キャリアの再結合が起こり、その結果通常のドレインD-ソースS間の電流と反対方向の電流が発生する。この電流はチャージポンピング電流ICPと呼ばれ、MISFETのバルクもしくは基板電極に高感度の電流計を接続することにより測定できる。このチャージポンピング電流ICPを電流計Aにおいて計測することにより、以下の式(1)で示されるようにキャリアトラップ電荷密度Nitが求められるので、これを利用して、キャリアトラップ界面準位を評価することができる。 Basically, a pulse generator for repeatedly switching the transistor from the accumulation state to the inversion state is connected to the gate electrode G of the MISFET. While the pulse is applied to the gate electrode G, the recombination of majority carriers and minority carriers occurs at the rising and falling timing of the pulse, and as a result, a current in the direction opposite to the current between the normal drain D and source S is generated. Occur. This current is called charge pumping current I CP and can be measured by connecting a highly sensitive ammeter to the bulk or substrate electrode of the MISFET. By measuring the charge pumping current I CP in the ammeter A, the carrier trap charge density Nit is obtained as shown in the following equation (1). By using this, the carrier trap interface state is determined. Can be evaluated.

Figure 2016092076
・・・(1)
Figure 2016092076
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<Vthシフトの影響>
ところで、近年、MISFETの生産現場において、配線工程中のPIDによるMISFETの特性変動としてVthシフトによる影響が大きなものになっており、例えば、PIDによるVthシフトは回路の動作マージンを狭め最悪誤動作を引き起す恐れがある。
<Influence of Vth shift>
By the way, in recent years, at the MISFET production site, the influence of the Vth shift has become large as a characteristic change of the MISFET due to the PID during the wiring process. For example, the Vth shift due to the PID narrows the operation margin of the circuit and causes the worst malfunction. There is a risk of it happening.

このPIDによるVthシフトによる影響を低減することが急務であるが、それ以前にPIDによるVthシフトを定量的にモニタリングする必要がある。逆に言えば、Vthシフトを精度よくモニタリングする手法があれば、プロセス、デバイス、構造および回路等による有効な対策を打てる可能性があると考えられる。   There is an urgent need to reduce the effects of the Vth shift due to PID, but it is necessary to quantitatively monitor the Vth shift due to PID before that. In other words, if there is a method for accurately monitoring the Vth shift, it is considered that there is a possibility that an effective measure by the process, device, structure, circuit, etc. can be taken.

ゲートリークが観測されずVthシフトのみが観測される場合(以下、VthシフトモードPIDと称する)、MISFETのVg-Id静特性からVthシフトを算出する手法に加えて、図3に代表されるようなCV測定によりVthシフトを算出する手法も一般的である。   When no gate leak is observed and only a Vth shift is observed (hereinafter referred to as Vth shift mode PID), in addition to the method of calculating the Vth shift from the Vg-Id static characteristics of the MISFET, as represented by FIG. A technique for calculating the Vth shift by simple CV measurement is also common.

しかしながら、このLCRメータまたはインピーダンスアナライザを利用したCV測定においては、測定するDUT(Device Under Test)の容量が主に測定系の外来ノイズの影響を受けないように最低でも数pF以上の容量が必要である。   However, in CV measurement using this LCR meter or impedance analyzer, a capacitance of at least several pF is required so that the capacitance of the DUT (Device Under Test) to be measured is not affected by external noise of the measurement system. It is.

図3を参照して説明した測定方法でVthシフトモードPIDを測定するにはDUTとなるMISFETのゲート面積もかなりの大面積になり、加えてPIDの影響を効果的に評価するためにはPIDを誘起するためのアンテナ(Antenna)もそれに応じて大面積になる。   In order to measure the Vth shift mode PID by the measurement method described with reference to FIG. 3, the gate area of the MISFET serving as the DUT also becomes a considerably large area. In addition, in order to effectively evaluate the influence of the PID, the PID The antenna (Antenna) for inducing this also has a large area accordingly.

すなわち、スクライブラインや製品チップ(Chip)に実装するには非現実的な面積となるだけでなく、製品チップを構成するMISFETと乖離した大面積構造での評価にならざるをえないということになる。   In other words, it is not only an unrealistic area for mounting on a scribe line or product chip (Chip), but also has to be evaluated with a large area structure that deviates from the MISFET constituting the product chip. Become.

数pF以上の容量を確保するためにDUTの面積を大きくしすぎない手段として、図4を参照して説明したCBCM回路を利用する手法がある。   As a means for preventing the DUT area from becoming too large in order to secure a capacitance of several pF or more, there is a technique using the CBCM circuit described with reference to FIG.

この測定方法では、上述した様に、疑似インバータ31と呼ばれるPMISとNMISの出力にDUTが接続されており、PMISとNMISのゲート電極(PMISゲート電極:CLK1/NMISゲート電極:CLK2)にオーバーラップしない(PMISがOnのとき、NMISはOff、NMISがOnのとき、PMISはOffになっており、PMISおよびNMISが同時Onしない)パルス状の電圧(以下CLK信号と称する)を加えることで、DUTが充電/放電を繰り返すことを利用し、Vds電極またはVgnd電極で電流をモニタし、得られた電流を積分することで充放電電荷を算出することができる。   In this measurement method, as described above, the DUT is connected to the PMIS and NMIS outputs called the pseudo inverter 31 and overlaps with the PMIS and NMIS gate electrodes (PMIS gate electrode: CLK1 / NMIS gate electrode: CLK2). (When PMIS is On, NMIS is Off, and when NMIS is On, PMIS is Off and PMIS and NMIS are not on simultaneously) By applying a pulse voltage (hereinafter referred to as CLK signal), Utilizing the fact that the DUT is repeatedly charged / discharged, the current is monitored by the Vds electrode or the Vgnd electrode, and the charge / discharge charge can be calculated by integrating the obtained current.

より詳細には、Vds電極またはVgnd電極を流れるモニタ電流をI[A]、疑似インバータのゲート電極に入力するCLK周期をf[Hz]、DUTのゲート絶縁膜に印加される電圧をV[V](Vds-Vsdb)、求めたい容量をC[F]とすると、以下の式(2)により容量Cを算出できる。   More specifically, the monitor current flowing through the Vds electrode or the Vgnd electrode is I [A], the CLK period input to the gate electrode of the pseudo inverter is f [Hz], and the voltage applied to the gate insulating film of the DUT is V [V ] (Vds-Vsdb), where C [F] is the desired capacity, the capacity C can be calculated by the following equation (2).

Figure 2016092076

・・・(2)
Figure 2016092076

... (2)

式(2)から分かるように、CBCM回路では疑似インバータに入力するCLK信号の周期を速くすることで測定電流を大きくすることができ、数fF乃至数十fF程度の微小な容量でも測定可能であることが大きな特徴である。   As can be seen from equation (2), in the CBCM circuit, the measurement current can be increased by increasing the period of the CLK signal input to the pseudo inverter, and even a small capacitance of several fF to several tens fF can be measured. It is a big feature.

しかしながら、疑似インバータの出力ジャンクション(図4におけるトランジスタTr11,Tr12における点線で囲まれた部位)がDUTゲートに接続されており、このジャンクションが保護ダイオードとして働きDUTゲートにプラズマプロセス中のチャージが十分誘起できないため、このままのCBCM回路の構造ではPID評価には使えない。   However, the output junction of the pseudo inverter (the part surrounded by the dotted line in the transistors Tr11 and Tr12 in FIG. 4) is connected to the DUT gate, and this junction acts as a protective diode and induces sufficient charge during the plasma process on the DUT gate. Because it is not possible, the structure of the CBCM circuit cannot be used for PID evaluation.

加えて、アンテナ(Antenna)となるMetalまたはViaはゲート容量DUTを測定する際には寄生容量として観測されてしまう。現在、実測評価した構造では数十fFのDUTゲート容量に対して1pF程度の寄生容量が観測されている。   In addition, Metal or Via serving as an antenna is observed as a parasitic capacitance when measuring the gate capacitance DUT. Currently, in the structure that has been measured and evaluated, a parasitic capacitance of about 1 pF is observed for a DUT gate capacitance of several tens of fF.

PIDを評価する指標として、前述のゲートリークやVthシフトに加えてゲート絶縁膜-半導体(Siなど)界面の界面準位密度がある。   As an index for evaluating PID, in addition to the above-described gate leak and Vth shift, there is an interface state density at the gate insulating film-semiconductor (Si, etc.) interface.

この界面準位密度を抽出する評価手法としてチャージポンピング法がある。前述のCBCM回路を用いてVthシフトを抽出し、同じDUT(Device Under Test)でチャージポンピング法による界面準位密度を抽出できればPIDに対する解析性が向上し考察も深まると考えられる。   There is a charge pumping method as an evaluation method for extracting the interface state density. If the Vth shift is extracted using the above-mentioned CBCM circuit and the interface state density by the charge pumping method can be extracted by the same DUT (Device Under Test), the analysis for PID will be improved and the discussion will be deepened.

しかしながら、CBCM回路を利用したMISFETに対してチャージポンピング法をそのまま適用できない。   However, the charge pumping method cannot be directly applied to the MISFET using the CBCM circuit.

すなわち、図5を参照して説明したように、チャージポンピング法は、チャネルが蓄積状態から反転状態へ遷移する過程(またはその逆)でゲート絶縁膜-半導体界面付近のキャリア捕獲準位(これを界面準位と呼んでいる)にキャリアが捕獲、放出され、その際の捕獲放出電流が半導体基板への注入電流として観測されることを利用したものである。   That is, as described with reference to FIG. 5, the charge pumping method uses the carrier trap level (this is the vicinity of the gate insulating film-semiconductor interface) in the process of the channel transitioning from the accumulation state to the inversion state (or vice versa). This is based on the fact that carriers are captured and released at the interface state) and the trapped emission current at that time is observed as an injection current into the semiconductor substrate.

したがって、チャージポンピング法ではMISFETのチャネル部が蓄積状態から反転状態へと変化するようにゲート電極に入力するパルス状の電圧を制御する必要がある。つまり、このパルス状電圧を負から正、または正から負へと変化させて印加する必要がある。   Therefore, in the charge pumping method, it is necessary to control the pulse voltage input to the gate electrode so that the channel portion of the MISFET changes from the accumulation state to the inversion state. That is, it is necessary to apply this pulse voltage by changing it from negative to positive or from positive to negative.

しかしながら、この電圧をそのままCBCM回路に適用しようとすると、VdsまたはVgndに負電圧を印加する必要があるが、その場合、疑似インバータ31のn+拡散層とPwellとが順バイアスになってしまいDUTのゲートに所望の電圧印加ができない。正電圧を印加する場合においても電圧条件(Vds or Vgnd>電源電圧)によってはp+拡散層とNwellとが順バイアスになってしまう可能性もある。   However, if this voltage is applied to the CBCM circuit as it is, it is necessary to apply a negative voltage to Vds or Vgnd. In this case, the n + diffusion layer of the pseudo inverter 31 and the Pwell become forward biased, and the DUT A desired voltage cannot be applied to the gate. Even when a positive voltage is applied, the p + diffusion layer and Nwell may become forward biased depending on the voltage condition (Vds or Vgnd> power supply voltage).

以上、整理すると、以下のようになる。   The summary is as follows.

<1>PIDによるVthシフトを定常的にかつ定量的にモニタリングする手法が確立しておらず有効な対策を打つことができていない。   <1> A method for constantly and quantitatively monitoring the Vth shift due to PID has not been established, and effective measures have not been taken.

<2>図3の従来CV測定(LCRメータ)ではpF以上の容量が必要でDUTもアンテナ(Antenna)も大面積になってしまい製品チップのMISFETの構造を反映しているとは言えない。   <2> The conventional CV measurement (LCR meter) shown in FIG. 3 requires a capacitance of pF or more, and the DUT and the antenna are both large, so it cannot be said that it reflects the MISFET structure of the product chip.

<3>従来のCBCM構造ではDUTゲートが疑似インバータジャンクションへ接続され保護ダイオードの役割を果たしてしまいDUTゲートに対して所望のPIDを誘起できない   <3> In the conventional CBCM structure, the DUT gate is connected to the pseudo-inverter junction and acts as a protective diode, so that the desired PID cannot be induced to the DUT gate.

<4>アンテナ(Antenna)となるMetalまたはViaの容量が寄生容量として余計に観測されてしまう。   <4> The capacitance of Metal or Via serving as an antenna is excessively observed as parasitic capacitance.

<5>従来のCBCM回路にチャージポンピング測定法を適用することを考えた場合において、DUTゲートに負電圧を印加しようとすると疑似インバータのジャンクションが順バイアスになってしまいDUTゲートに負電圧を印加することができない。   <5> When considering applying the charge pumping measurement method to the conventional CBCM circuit, applying a negative voltage to the DUT gate causes the junction of the pseudo inverter to become a forward bias and apply a negative voltage to the DUT gate. Can not do it.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第1の構成例>
本技術はVthシフトモードPIDを評価する上で有効なCBCM回路とモニタリング手法を提案するものである。
<First configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
This technology proposes an effective CBCM circuit and monitoring method for evaluating Vth shift mode PID.

まず、図6を参照して、本技術を適用したVthシフトモードPIDを評価する上で有効な評価装置の等価回路および断面構造について説明する。この図6の評価装置は、本技術の第1の特徴および第2の特徴を備えている。尚、図6の左部は、本技術の評価装置の等価回路を示しており、図6の右部は、評価装置の断面構造を示している。尚、図6以降において、図1乃至図5のいずれかを参照して説明した構成と同一の機能を備えた構成については、同一の符号、および同一の名称を付しており、その説明は省略するものとする。   First, an equivalent circuit and a cross-sectional structure of an evaluation apparatus effective for evaluating a Vth shift mode PID to which the present technology is applied will be described with reference to FIG. The evaluation apparatus of FIG. 6 includes the first feature and the second feature of the present technology. In addition, the left part of FIG. 6 has shown the equivalent circuit of the evaluation apparatus of this technique, and the right part of FIG. 6 has shown the cross-section of the evaluation apparatus. In FIG. 6 and subsequent figures, components having the same functions as those described with reference to any of FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals and names, and the description thereof is as follows. Shall be omitted.

図6の右部の断面構造に示されるように、本技術の第1の特徴は、CBCM回路においてアンテナ(Antenna)50となるMetalまたはViaよりも上層のMetal工程が疑似インバータ31と接続されていることである。   As shown in the cross-sectional structure on the right side of FIG. 6, the first feature of the present technology is that the metal process that is the metal or via that is the antenna 50 in the CBCM circuit is connected to the pseudo inverter 31. It is that you are.

すなわち、図6の右部においては、アンテナ50が、上層部の配線52を介して、端子Vds、CLK1,CLK2,Vgnd、反転回路In11,In12、およびトランジスタTr11乃至Tr14、配線52乃至54により構成される疑似インバータ31に並列に接続されている。   That is, in the right part of FIG. 6, the antenna 50 is configured by terminals Vds, CLK1, CLK2, Vgnd, inverting circuits In11, In12, transistors Tr11 to Tr14, and wirings 52 to 54 via wiring 52 in the upper layer part. Connected in parallel to the pseudo inverter 31.

尚、図6の右部においては、さらに、アンテナ50が、対向電極51−1,51−2により挟み込まれており(対向電極51−1, 51−2には図6左部のCLKmが入力される)、上面において配線52に接続され、下面において配線54に接続されている。配線54は、DUTのゲートであり、DUTのソース-ドレイン端子は、それぞれ接地されている。また、図6の左部においては、アンテナ(Antenna)50の容量がCmで示されており、回路の寄生容量がCpとして示されている。   In the right part of FIG. 6, the antenna 50 is further sandwiched between the counter electrodes 51-1 and 51-2 (CLKm in the left part of FIG. 6 is input to the counter electrodes 51-1 and 51-2. The upper surface is connected to the wiring 52 and the lower surface is connected to the wiring 54. The wiring 54 is the gate of the DUT, and the source and drain terminals of the DUT are grounded. In the left part of FIG. 6, the capacitance of the antenna 50 is indicated by Cm, and the parasitic capacitance of the circuit is indicated by Cp.

このことによりアンテナ(Antenna)からのPIDチャージはDUTゲートである端子54に流れ込み、アンテナ(Antenna)50が形成された以降のPIDチャージは疑似インバータ31のジャンクションが保護ダイオードの役割を果たし逃がしてくれるため、この構造でCV測定を実施することでアンテナ(Antenna)50のみに対するVthシフトモードPIDが評価可能となる。   As a result, the PID charge from the antenna flows into the terminal 54 which is the DUT gate, and the PID charge after the antenna 50 is formed allows the junction of the pseudo inverter 31 to function as a protective diode and escape. Therefore, the Vth shift mode PID for only the antenna 50 can be evaluated by performing the CV measurement with this structure.

図7は、対向電極入力CLKmと疑似インバータ入力CLK1,CLK2との関係を模式的に示したものである。   FIG. 7 schematically shows the relationship between the counter electrode input CLKm and the pseudo inverter inputs CLK1 and CLK2.

これはCharge Injection-induced-Error-Free CBCM (CIEF-CBCM) (Yao-Wen Chang, Hsing-Wen Chang, Chung-Hsuan Hsieh, Han-Chao Lai, Tao-Cheng Lu, Wenchi Ting, Joseph Ku, and Chih-Yuan Lu, "A Novel Simple CBCM Method Free From Charge Injection-Induced Errors" in IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 25, NO. 5, MAY 2004 pp.262-264)に記載の技術を応用したものである。   This is Charge Injection-induced-Error-Free CBCM (CIEF-CBCM) (Yao-Wen Chang, Hsing-Wen Chang, Chung-Hsuan Hsieh, Han-Chao Lai, Tao-Cheng Lu, Wenchi Ting, Joseph Ku, and Chih. -Yuan Lu, "A Novel Simple CBCM Method Free From Charge Injection-Induced Errors" in IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 25, NO. 5, MAY 2004 pp.262-264) .

第2の特徴は、図6および図7で示されるように、この構造においてアンテナ(Antenna)50のMetalまたはViaに対して対向電極51−1,51−2を設置し、このアンテナ(Antenna)対向電極51−1,51−2に常にDUTゲートと同相の対向電極入力CLKmを入力することでアンテナ(Antenna)50の寄生容量が観測されないようにしたモニタリング手法である。   As shown in FIGS. 6 and 7, the second feature is that, in this structure, the counter electrodes 51-1 and 51-2 are installed on the metal or via of the antenna 50, and the antenna (Antenna). This is a monitoring method in which the parasitic capacitance of the antenna 50 is not observed by always inputting the counter electrode input CLKm having the same phase as the DUT gate to the counter electrodes 51-1 and 51-2.

つまり、疑似インバータ入力CLK1がONする前に対向電極入力CLKmを電圧Vgndから電圧Vdsへと変化させ、疑似インバータ入力CLK2がONする前に対向電極入力CLKmを電圧Vdsから電圧Vgndへと変化するように対向電極51−1,51−2に入力するように制御する。これにより、対向電極入力CLKmの電位は常にDUTゲート54の電位と同電位(同位相)になり、アンテナ(Antenna)50に電位差が発生せず寄生容量Cmが観測されない。   That is, the counter electrode input CLKm is changed from the voltage Vgnd to the voltage Vds before the pseudo inverter input CLK1 is turned ON, and the counter electrode input CLKm is changed from the voltage Vds to the voltage Vgnd before the pseudo inverter input CLK2 is turned ON. To be input to the counter electrodes 51-1 and 51-2. As a result, the potential of the counter electrode input CLKm is always the same potential (same phase) as that of the DUT gate 54, no potential difference is generated in the antenna 50, and no parasitic capacitance Cm is observed.

尚、以上においては、疑似インバータ31においては、Transfer Gate(CMIS Switch)により構成される例が示されているが、同様に機能するものであれば、その他の構成であってもよく、例えば、図4で示すPMISからなるトランジスタTr11およびNMISからなるトランジスタTr12で構成されるようにしてもよい。   In the above, in the pseudo inverter 31, an example configured by a transfer gate (CMIS Switch) is shown, but other configurations may be used as long as they function similarly, for example, The transistor Tr11 made of PMIS and the transistor Tr12 made of NMIS shown in FIG. 4 may be used.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第2の構成例>
次に、図8を参照して、CBCM回路を用いたチャージポンピング法によるモニタリング手法を用いた評価装置について説明する。図8の評価装置は、本技術における第3の特徴を備えている。
<Second configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
Next, with reference to FIG. 8, an evaluation apparatus using a monitoring method based on a charge pumping method using a CBCM circuit will be described. The evaluation apparatus in FIG. 8 includes the third feature of the present technology.

すなわち、本技術の第3の特徴は、図8で示されるように、DUTのウェル端子(Vwell)とソース-ドレイン端子(VSD)とを分離し、DUTゲート絶縁膜に負電圧を印加したい場合には、ウェル端子電位Vwell>ゲート電位Vdsとなるようにウェル端子電位Vwellを調整することで実効的にゲート絶縁膜に負電圧を印加するというものである。このDUTゲートのウェル端子とソース-ドレイン端子を別端子とする構成と本モニタリング手法によりCBCM回路でもチャージポンピング電流を測定することが可能である。   That is, the third feature of the present technology is that, as shown in FIG. 8, the well terminal (Vwell) and the source-drain terminal (VSD) of the DUT are separated and a negative voltage is applied to the DUT gate insulating film. In this method, a negative voltage is effectively applied to the gate insulating film by adjusting the well terminal potential Vwell so that the well terminal potential Vwell> the gate potential Vds. The charge pumping current can be measured even with the CBCM circuit by using this DUT gate well terminal and source-drain terminal as separate terminals and this monitoring method.

<効果について>
次に、図9,図10を参照して、図6および図8の構成例によるCV測定結果およびチャージポンピング測定結果について説明する。
<About effects>
Next, CV measurement results and charge pumping measurement results according to the configuration examples of FIGS. 6 and 8 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

図9の左部は、アンテナ(Antenna)50の寄生容量をキャンセリングする前のCV測定結果であり、図9の右部は本技術の手法を適用してアンテナ(Antenna)50の寄生容量をキャンセリングしたCV測定結果である。いずれも、縦軸が左部はゲート容量DUT32の容量Cgにアンテナ50の容量Cmおよび回路の寄生容量Cpを加えたトータルの容量C_all、および右部は図6,図7を参照して説明したモニタリング手法によりCmをキャンセルしさらに別手法(例えば非特許文献1に記載のゲート容量DUTを接続しない構造においてCpのみを抽出する手法があり、例えばCharge Injection-induced-Error-Free CBCM (CIEF-CBCM) (Yao-Wen Chang, Hsing-Wen Chang, Chung-Hsuan Hsieh, Han-Chao Lai, Tao-Cheng Lu, Wenchi Ting, Joseph Ku, and Chih-Yuan Lu, "A Novel Simple CBCM Method Free From Charge Injection-Induced Errors" in IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 25, NO. 5, MAY 2004 pp.262-264)に記載の手法でCpのみを抽出する手法がある)によりCpをキャンセルした後に算出されるゲート容量DUT32のゲート容量Cgであり、横軸が疑似インバータの出力を介して印加されるゲート容量DUT32のゲート電位Vdsである。   The left part of FIG. 9 shows the CV measurement result before canceling the parasitic capacitance of the antenna 50, and the right part of FIG. 9 shows the parasitic capacitance of the antenna 50 by applying the technique of the present technology. It is a CV measurement result after cancelling. In both cases, the left part of the vertical axis is the total capacity C_all obtained by adding the capacity Cm of the antenna 50 and the parasitic capacity Cp of the circuit to the capacity Cg of the gate capacity DUT 32, and the right part is described with reference to FIGS. Cm is canceled by the monitoring method and there is another method (for example, a method of extracting only Cp in a structure in which the gate capacitance DUT described in Non-Patent Document 1 is not connected. For example, Charge Injection-induced-Error-Free CBCM (CIEF-CBCM ) (Yao-Wen Chang, Hsing-Wen Chang, Chung-Hsuan Hsieh, Han-Chao Lai, Tao-Cheng Lu, Wenchi Ting, Joseph Ku, and Chih-Yuan Lu, "A Novel Simple CBCM Method Free From Charge Injection- Induced Errors "in IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 25, NO. 5, MAY 2004 pp.262-264)), the gate capacitance calculated after canceling Cp. This is the gate capacitance Cg of DUT32, and the horizontal axis shows the output of the pseudo inverter. This is the gate potential Vds of the gate capacitance DUT32 applied via the gate capacitance DUT32.

すなわち、図9の左部では1pF程度の寄生容量が支配的でゲート容量を観測し難くしているのに対して、本技術手法適用の図9の右部では数fF乃至数十fF程度のゲート容量を十分抽出することができることが示されている。   That is, the parasitic capacitance of about 1 pF is dominant in the left part of FIG. 9 and it is difficult to observe the gate capacitance, whereas the right part of FIG. 9 to which the present technique is applied has several fF to several tens of fF. It has been shown that the gate capacitance can be extracted sufficiently.

図10は、図8の構成例を参照して説明したモニタリング手法によってアンテナ比(AR:Antenna Ratio)別に測定した結果である。CLK振幅一定の下、横軸がベース電圧、縦軸がチャージポンピング電流Icpである。図10では、アンテナ比が大きくなるにつれてIcpが増加している、すなわち界面準位密度が増加していることが分かる。つまり、本技術手法適用によりアンテナ比に応じて界面準位密度を抽出できていることが示されている。   FIG. 10 shows a result of measurement for each antenna ratio (AR) by the monitoring method described with reference to the configuration example of FIG. Under constant CLK amplitude, the horizontal axis is the base voltage, and the vertical axis is the charge pumping current Icp. In FIG. 10, it can be seen that Icp increases as the antenna ratio increases, that is, the interface state density increases. That is, it is shown that the interface state density can be extracted according to the antenna ratio by applying this technique.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第3の構成例>
アンテナ50は、例えば、図11で示されるように、Metalからなるアンテナ50Aであってもよい。
<Third configuration example of an evaluation device including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
The antenna 50 may be an antenna 50A made of metal, for example, as shown in FIG.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第4の構成例>
アンテナ50は、例えば、図12で示されるように、Viaからなるアンテナ50Bであってもよい。
<Fourth configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
The antenna 50 may be, for example, an antenna 50B made of Via as shown in FIG.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第5の構成例>
アンテナ50は、例えば、図13で示されるように、TSV(Through Silicon Via)などの貫通孔からなるアンテナ50Cであってもよく、また、チップ積層構造であって、DUTと疑似インバータが、それぞれ異なる層L1,L2に設けられるようにしてもよい。
<Fifth configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
For example, as shown in FIG. 13, the antenna 50 may be an antenna 50C made of a through hole such as TSV (Through Silicon Via), or a chip stack structure, in which the DUT and the pseudo inverter are respectively It may be provided in different layers L1 and L2.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第6の構成例>
アンテナ50は、例えば、図14で示されるように、TSV(Through Silicon Via)などの貫通孔からなるアンテナ50Dであってもよく、また、チップ積層構造であって、アンテナ50Dが層L1に設けられ、DUTと疑似インバータとが、同一の層L2に設けられるようにしてもよい。
<Sixth configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
For example, as shown in FIG. 14, the antenna 50 may be an antenna 50D formed of a through hole such as TSV (Through Silicon Via), or has a chip laminated structure, and the antenna 50D is provided in the layer L1. The DUT and the pseudo inverter may be provided in the same layer L2.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第7の構成例>
アンテナ50は、例えば、図15で示されるように、層L1の貼り合わせ面Fを貫通しているTSV(Through Silicon Via)2などの貫通孔からなるアンテナ50Eであってもよく、また、チップ積層構造であって、アンテナ50Eが層L1に設けられ、DUTと疑似インバータとが、異なる同一の層に設けられるようにしてもよい。尚、この例におけるTSV1およびTSV2の構成については、特開2014−082514号公報を参照されたい。
<Seventh configuration example of an evaluation device including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
For example, as shown in FIG. 15, the antenna 50 may be an antenna 50E formed of a through hole such as TSV (Through Silicon Via) 2 penetrating the bonding surface F of the layer L1, or a chip. The antenna 50E may be provided in the layer L1, and the DUT and the pseudo inverter may be provided in the same different layer. For the configuration of TSV1 and TSV2 in this example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-082514.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第8の構成例>
アンテナ50は、例えば、図16で示されるように、層L1の貼り合わせ面Fを貫通していないTSV(Through Silicon Via)1などの貫通孔からなるアンテナ50Fであってもよく、また、チップ積層構造であって、アンテナ50FとDUTとが層L1に設けられ、疑似インバータとが、異なる層に設けられるようにしてもよい。尚、この例におけるTSV1およびTSV2の構成については、特開2014−082514号公報を参照されたい。
<Eighth configuration example of evaluation device including CBCM circuit to which this technology is applied>
For example, as shown in FIG. 16, the antenna 50 may be an antenna 50F formed of a through hole such as TSV (Through Silicon Via) 1 that does not penetrate the bonding surface F of the layer L1, or a chip. In the stacked structure, the antenna 50F and the DUT may be provided in the layer L1, and the pseudo inverter may be provided in different layers. For the configuration of TSV1 and TSV2 in this example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-082514.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第9の構成例>
アンテナ50は、例えば、図17で示されるように、層L1乃至L3の多層構造であってMetalからなるアンテナ50Gであってもよく、また、チップ積層構造であって、アンテナ50GとDUTとが層L1に設けられ、疑似インバータとが、異なる層L3に設けられるようにしてもよい。
<Ninth configuration example of evaluation device including CBCM circuit to which this technology is applied>
For example, as shown in FIG. 17, the antenna 50 may be a multi-layer structure of layers L1 to L3 and may be an antenna 50G made of metal, or may be a chip stack structure, and the antenna 50G and the DUT are arranged. The pseudo inverter may be provided in a different layer L3 provided in the layer L1.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第10の構成例>
通常CBCM法により容量測定のみ実施する場合、図18で示されるようにMISFETのSource/Drain/Well端子を共通化してもよい。尚、この構成は、図6で示される構成と同一である。
<Tenth configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
When performing only capacitance measurement by the normal CBCM method, the Source / Drain / Well terminals of the MISFET may be shared as shown in FIG. This configuration is the same as the configuration shown in FIG.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第11の構成例>
また、通常CBCM法により容量測定、およびチャージポンピング測定の両方を実施する場合、図19で示されるようにMISFETのSource/DrainとWell端子を分離する構成とされる。
<Eleventh configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
Further, when both capacitance measurement and charge pumping measurement are performed by the normal CBCM method, the source / drain and well terminals of the MISFET are separated as shown in FIG.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第12の構成例>
さらに、電流-電圧特性を測定する場合、図20で示されるようにMISFETのSource、Drain、Well端子全てを分離する構成とされる。
<Twelfth configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
Further, when measuring the current-voltage characteristics, as shown in FIG. 20, all the Source, Drain, and Well terminals of the MISFET are separated.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第13の構成例>
本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置を半導体装置であるチップに内蔵するようにしてもよい。
<13th configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
An evaluation device including a CBCM circuit to which the present technology is applied may be built in a chip which is a semiconductor device.

図21は、本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置を半導体装置であるチップと、評価結果に応じて補正処理を実行させる外部測定部の構成例を示している。   FIG. 21 shows a configuration example of a chip that is a semiconductor device as an evaluation device including a CBCM circuit to which the present technology is applied, and an external measurement unit that executes correction processing according to the evaluation result.

チップ(Chip)101は、ウェハ141(図23)に複数に構成されて、最終的にダイシングされることで製造されるものであり、CBCM回路30、本体回路111、内部基準電圧制御部112、および内部基準電圧生成部113を備えている。   A plurality of chips 101 are formed on the wafer 141 (FIG. 23) and finally manufactured by dicing. The CBCM circuit 30, the body circuit 111, the internal reference voltage control unit 112, And an internal reference voltage generator 113.

外部測定部102は、ウェハ141(図23)に設けられた個々のチップ101に対して、内部基準電圧を調整するものであり、Vthモニタ部131、Vth判定部132、および内部基準電圧上昇命令部133を備えている。   The external measurement unit 102 adjusts the internal reference voltage for each chip 101 provided on the wafer 141 (FIG. 23), and includes a Vth monitor unit 131, a Vth determination unit 132, and an internal reference voltage increase command. Part 133 is provided.

本体回路111は、各種の機能を実現する回路である。CBCM回路30は、上述した一連の回路構成のいずれかである。内部基準電圧制御部112は、外部測定部102からの命令に基づいて、内部基準電圧生成部113とを結ぶヒューズF1乃至Fn(複数のヒューズからなるヒューズ群)を切断することによりトリミングして、内部基準電圧を調整し、適切な基準電圧を本体回路111に供給させる。   The main circuit 111 is a circuit that realizes various functions. The CBCM circuit 30 is one of the series of circuit configurations described above. The internal reference voltage control unit 112 performs trimming by cutting the fuses F1 to Fn (fuse groups composed of a plurality of fuses) connecting the internal reference voltage generation unit 113 based on a command from the external measurement unit 102. The internal reference voltage is adjusted, and an appropriate reference voltage is supplied to the main circuit 111.

外部測定部102のVthモニタ131は、CBCM回路30に出力信号に基づいてCV測定を行い、Vthシフトを求め、Vth判定部132に供給する。   The Vth monitor 131 of the external measurement unit 102 performs CV measurement on the CBCM circuit 30 based on the output signal, obtains a Vth shift, and supplies the Vth determination unit 132 with it.

Vth判定部132は、Vthシフトが所定値よりも大きいか否かを判定して、判定結果を内部基準電圧上昇命令部133に供給する。   The Vth determination unit 132 determines whether or not the Vth shift is larger than a predetermined value, and supplies the determination result to the internal reference voltage increase command unit 133.

内部基準電圧上昇命令部133は、Vth判定部132より供給されてくる判定結果に基づいて、Vthシフトが所定値よりも大きい場合、対象となるチップ101の内部基準電圧制御部122に対して内部基準電圧を上昇させる命令となる信号を出力する。この命令に基づいて、内部基準電圧制御部122は、複数のヒューズF1乃至Fnを適正な電圧になるように切断することでトリミングする。   When the Vth shift is larger than a predetermined value based on the determination result supplied from the Vth determination unit 132, the internal reference voltage increase command unit 133 is internally connected to the internal reference voltage control unit 122 of the target chip 101. Outputs a signal that is a command to raise the reference voltage. Based on this command, the internal reference voltage control unit 122 performs trimming by cutting the plurality of fuses F1 to Fn so as to have appropriate voltages.

<第1の補正処理>
次に、図22のフローチャートを参照して、図21のチップ101と外部測定部102とによる本技術の測定手法をチップの歩留りを向上させる第1の補正処理について説明する。
<First correction processing>
Next, a first correction process for improving the yield of the chip will be described with reference to the flowchart of FIG. 22 using the measurement technique of the present technology by the chip 101 and the external measurement unit 102 of FIG.

ステップS11において、上述した評価装置であるCBCM回路30によりVthシフトをモニタするのに必要とされる信号がCV測定により測定されてVthモニタ部131に出力される。   In step S <b> 11, a signal necessary for monitoring the Vth shift by the CBCM circuit 30, which is the evaluation device described above, is measured by CV measurement and output to the Vth monitor unit 131.

ステップS12において、Vthモニタ部131は、検出結果に基づいて、上述した手法によりVthシフトを検出してVth判定部132に出力する。   In step S <b> 12, the Vth monitor unit 131 detects the Vth shift by the above-described method based on the detection result, and outputs it to the Vth determination unit 132.

ステップS13において、Vth判定部132は、Vthシフトが所定値よりも大きいか否かを判定し、判定結果を内部基準電圧上昇命令部132に対して出力する。内部基準電圧上昇命令部132は、Vthシフトが所定値よりも大きいチップ101であると判定された場合、チップ101の内部基準電圧制御部112に対して、内部基準電圧を上昇するように命令を送る。内部基準電圧制御部112は、この命令に基づいて、例えば、内部基準電圧を上昇するようにヒューズFnを溶断するなどしてトリミングする。これにより、内部基準電圧生成部113は、内部基準電圧を上昇して本体回路111に供給する。   In step S13, the Vth determination unit 132 determines whether or not the Vth shift is larger than a predetermined value, and outputs the determination result to the internal reference voltage increase command unit 132. The internal reference voltage increase command unit 132 instructs the internal reference voltage control unit 112 of the chip 101 to increase the internal reference voltage when it is determined that the chip 101 has a Vth shift larger than a predetermined value. send. Based on this command, the internal reference voltage control unit 112 performs trimming, for example, by blowing the fuse Fn so as to increase the internal reference voltage. As a result, the internal reference voltage generation unit 113 raises the internal reference voltage and supplies it to the main circuit 111.

すなわち、図23で示されるように、ウェハ141平面上にアレイ状に配置されたチップ101−1乃至101−x(xは、ウェハ141に配置されているチップの個数)のうち、Vthシフトが所定値よりも大きい、例えば、点線で囲まれるような範囲のチップ101−1乃至101−4について、内部基準電圧を上昇するように命令を送る。これに基づいて、チップ101−1乃至101−4の各内部基準電圧制御部112は、この命令に基づいて、例えば、内部基準電圧を上昇するようにヒューズFnを溶断するなどしてトリミングする。結果として、内部基準電圧生成部113は、内部基準電圧を上昇して本体回路111に供給する。   That is, as shown in FIG. 23, among the chips 101-1 to 101-x arranged in an array on the plane of the wafer 141 (x is the number of chips arranged on the wafer 141), the Vth shift is For the chips 101-1 to 101-4 in a range larger than the predetermined value, for example, surrounded by a dotted line, a command is sent to increase the internal reference voltage. Based on this, the internal reference voltage control units 112 of the chips 101-1 to 101-4 perform trimming based on this command, for example, by blowing the fuse Fn so as to increase the internal reference voltage. As a result, the internal reference voltage generation unit 113 raises the internal reference voltage and supplies it to the main circuit 111.

これにより、PIDによるVthシフトに起因した動作不良品とされる製品チップを良品として救済することが可能となる。   As a result, a product chip that is regarded as a defective product due to a Vth shift due to PID can be remedied as a non-defective product.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第14の構成例>
以上においては、Vthシフトが所定値よりも大きいチップに対して、内部基準電圧を上昇させるようにしたが、PID耐性の高い(強い)機能ブロックに置換するようにしてもよい。
<Fourteenth configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
In the above description, the internal reference voltage is increased for a chip having a Vth shift larger than a predetermined value. However, it may be replaced with a functional block having high (strong) PID resistance.

図24は、CBCM回路を含む評価装置を半導体装置であるチップと、評価結果に応じて補正処理を実行させ、PID耐性の高い機能ブロックに置換するようにした外部測定部の構成例を示している。尚、図24において、図21の構成と同一の機能を備えた構成については、同一の名称、および同一の符号を付しており、その説明は省略するものとする。   FIG. 24 shows a configuration example of a chip that is a semiconductor device as an evaluation device including a CBCM circuit, and an external measurement unit that performs correction processing according to the evaluation result and replaces it with a functional block having high PID resistance. Yes. 24, components having the same functions as those in FIG. 21 are denoted by the same names and the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

すなわち、図24において、図21と異なるのは、チップ101において、内部電圧制御部112、および内部基準電圧生成部113に代えて、PID耐性機能切替制御部151、並びに(PID耐性が弱い=一般的なPID耐性である)機能ブロック152および(PID耐性が強い=一般的なPID耐性よりも高い)機能ブロック153を設けた点である。また、外部測定部102においては、内部基準電圧上昇命令部133に代えて、PID耐性機能ブロック切替命令部161を設けた点である。   That is, FIG. 24 is different from FIG. 21 in that, in the chip 101, instead of the internal voltage control unit 112 and the internal reference voltage generation unit 113, the PID tolerance function switching control unit 151 and (PID tolerance is weak = general The functional block 152 and the functional block 153 (higher PID resistance = higher than general PID resistance) are provided. The external measurement unit 102 is provided with a PID tolerance function block switching command unit 161 instead of the internal reference voltage increase command unit 133.

すなわち、PID耐性機能ブロック切替命令部161は、Vth判定部132の判定結果に基づいて、Vthシフトが所定値よりも大きい場合については、より高い耐性のPID耐性機能ブロックに切り替える命令をチップ101のPID耐性機能ブロック切替制御部151に供給する。   That is, based on the determination result of the Vth determination unit 132, the PID tolerance function block switching instruction unit 161 instructs the chip 101 to switch to a higher tolerance PID tolerance function block when the Vth shift is larger than a predetermined value. This is supplied to the PID resistant function block switching control unit 151.

PID耐性機能ブロック切替制御部151は、PID耐性機能ブロック切替命令部161からの命令に基づいて、(PID耐性が弱い)機能ブロック152、および(PID耐性が強い)機能ブロック153のそれぞれが本体回路111と接続されているヒューズF101,F102のうち、いずれかを切断(例えば、溶断)することで切り替える。   Based on the instruction from the PID tolerance functional block switching instruction section 161, the PID tolerance function block switching control section 151 is configured such that each of the function block 152 (low PID tolerance) and the function block 153 (strong PID tolerance) is a main circuit. Switching is performed by cutting (for example, fusing) one of the fuses F101 and F102 connected to 111.

より詳細には、PID耐性機能ブロック切替制御部151は、PID耐性機能ブロック切替命令部161からの命令がない場合、PID耐性が高い必要がないと判断し、PID耐性の高い機能ブロック153が接続されているヒューズF102を切断して、PID耐性の低い機能ブロック152と本体回路111とをヒューズF101を介して接続した状態とする。すなわち、この場合、一般的なPID耐性の機能ブロック152が、本体回路111に接続された状態となる。   More specifically, when there is no command from the PID resistant function block switching instruction unit 161, the PID resistant function block switching control unit 151 determines that the PID resistant need not be high, and the functional block 153 with high PID resistant is connected. The fuse F102 is cut, and the functional block 152 with low PID resistance and the main circuit 111 are connected via the fuse F101. That is, in this case, a general PID-resistant functional block 152 is connected to the main body circuit 111.

一方、PID耐性機能ブロック切替制御部151は、PID耐性機能ブロック切替命令部161からの命令がある場合、PID耐性が高くする必要があると判断し、PID耐性の低い機能ブロック152が接続されているヒューズF101を切断して、PID耐性の高い機能ブロック153と本体回路111とをヒューズF102を介して接続した状態とする。すなわち、この場合、一般的なPID耐性よりも高い耐性の機能ブロック153が、本体回路111に接続された状態となる。結果として、適切なPID耐性の機能ブロックを選択的に接続することが可能となり、PIDによるVthシフトに起因した動作不良品とされる製品チップを良品として救済することが可能となる。   On the other hand, when there is an instruction from the PID resistant functional block switching instruction unit 161, the PID resistant functional block switching control unit 151 determines that the PID resistant needs to be increased, and the functional block 152 having a low PID resistant is connected. The fuse F101 is disconnected, and the functional block 153 having high PID resistance and the main body circuit 111 are connected via the fuse F102. That is, in this case, the functional block 153 having higher tolerance than general PID tolerance is connected to the main circuit 111. As a result, it becomes possible to selectively connect an appropriate PID-resistant functional block, and it is possible to relieve a product chip that is considered to be defective due to a Vth shift due to PID as a good product.

<第2の補正処理>
次に、図25のフローチャートを参照して、図24のチップ101と外部測定部102とによる、Vthシフトまたは界面準位密度が所定値よりも大きいチップに対して、PID耐性の高い(強い)機能ブロックに置換するようにした第2の補正処理について説明する。
<Second correction process>
Next, referring to the flowchart of FIG. 25, a chip with a Vth shift or interface state density larger than a predetermined value by the chip 101 and the external measurement unit 102 of FIG. 24 has high (strong) PID resistance. The second correction process that replaces the functional block will be described.

すなわち、ステップS31,S32の処理により、上述した図22におけるステップS11,S12の処理と同様に、Vthシフトまたは界面準位密度が測定されると、ステップS33において、Vthシフトまたは界面準位密度が所定値よりも大きいチップ101の場合、PID耐性機能ブロック切替命令部161は、PID耐性機能ブロック切替制御部151にPID耐性の高い機能ブロックに切り替える様に命令を送る。これにより、PID耐性機能ブロック切替命令部161は、PID耐性機能ブロック切替命令部161からの命令に基づいて、ヒューズF101を切断して、PID耐性の高い機能ブロック153と本体回路111とをヒューズF102を介して接続することにより、PID耐性の高い機能ブロック153に置換する。   That is, when the Vth shift or the interface state density is measured by the processes of steps S31 and S32 as in the processes of steps S11 and S12 in FIG. 22 described above, the Vth shift or interface state density is determined in step S33. In the case of the chip 101 larger than the predetermined value, the PID resistant function block switching command unit 161 sends an instruction to the PID resistant function block switching control unit 151 so as to switch to a functional block having high PID resistance. As a result, the PID resistant function block switching instruction unit 161 cuts the fuse F101 based on the instruction from the PID resistant function block switching instruction unit 161 to connect the functional block 153 having high PID resistance and the main circuit 111 to the fuse F102. Is connected to the function block 153 having high PID resistance.

一方、ステップS33において、Vthシフトまたは界面準位密度が所定値よりも大きくないチップ101の場合、PID耐性機能ブロック切替命令部161は、PID耐性機能ブロック切替制御部151にPID耐性の弱い機能ブロックに切り替える命令を送らない。これにより、PID耐性機能ブロック切替命令部161は、ヒューズF102を切断して、PID耐性の弱い機能ブロック152を、ヒューズF101を介して本体回路111に接続したままの状態とする。   On the other hand, in step S33, in the case of the chip 101 whose Vth shift or interface state density is not larger than a predetermined value, the PID resistant function block switching instruction unit 161 sends a function block having weak PID resistance to the PID resistant function block switching control unit 151. Do not send a command to switch to. As a result, the PID tolerance functional block switching instruction unit 161 cuts the fuse F102 and keeps the functional block 152 with weak PID tolerance connected to the main circuit 111 via the fuse F101.

結果として、以上の処理においても、PIDによるVthシフトに起因した動作不良品とされる製品チップを良品として救済することが可能となる。   As a result, even in the above processing, a product chip that is regarded as a malfunctioning product due to a Pth Vth shift can be relieved as a non-defective product.

以上においては、図22または図25の各ステップを外部測定部102と半導体装置であるチップ101とで協働して実行する例について説明してきたが、同様の機能を製品チップ101内に実装して、チップ101内で単独で実行するようにしてもよい。また、内部基準電圧のトリミングまたはPID耐性強い機能ブロックへの切り替えはヒューズを切断することにより実行することにしたが、切り替え機能を有する別の機能ブロックに置き換えるようにしてもよい。さらに、以上においては、Vthシフトが所定値よりも高い場合と低い場合との2つの場合について説明してきたが、複数の閾値を設定し、それらの閾値単位で、複数の種別の内部基準電圧のトリミングまたはPID耐性強い機能ブロックへの切り替えを実現する様にすることで、より適切に不良品となる製品チップを良品として救済する様にしても良い。   In the above, the example in which each step of FIG. 22 or FIG. 25 is executed in cooperation with the external measurement unit 102 and the chip 101 which is a semiconductor device has been described, but the same function is mounted in the product chip 101. Thus, it may be executed alone in the chip 101. Further, the trimming of the internal reference voltage or the switching to the functional block having a strong PID resistance is executed by cutting the fuse, but it may be replaced with another functional block having a switching function. Furthermore, in the above description, two cases, the case where the Vth shift is higher than the predetermined value and the case where the Vth shift is lower, have been described. By implementing trimming or switching to a functional block with strong PID tolerance, a product chip that becomes a defective product may be more appropriately relieved as a non-defective product.

<本技術を適用したCBCM回路を含む評価装置の第15の構成例>
以上においては、クロック信号の入力が3系統である例について説明してきたが、1系統のクロックのみの入力を3系統に分離して動作させるようにしてもよい。
<Fifteenth configuration example of an evaluation apparatus including a CBCM circuit to which the present technology is applied>
In the above, an example in which the input of the clock signal is three systems has been described. However, an input of only one clock may be separated into three systems and operated.

図26は、1系統のクロックのみの入力を3系統に分離するようにした評価装置の構成例が示されている。尚、図6の構成と同一の機能を備えた構成については、同一の名称および同一の符号を付しており、その説明は適宜省略するものとする。   FIG. 26 shows a configuration example of an evaluation apparatus in which an input of only one system clock is separated into three systems. In addition, about the structure provided with the same function as the structure of FIG. 6, the same name and the same code | symbol are attached | subjected, and the description shall be abbreviate | omitted suitably.

すなわち、図26の評価装置の回路構成において、図6の構成と異なるのは、1系統のみの疑似インバータ入力のCLK端子であり、CLK_ENABLE端子、およびAntenna_Cap_Cancelling_ENABLE端子が設けられている。また、端子Vds,Vgndに代えて、端子Vds1,Vgnd1,Vds2,Vgnd2が設けられ、さらに、NAND回路171、インバータ172乃至176、NAND回路177,178、NOR回路179、NAND回路180、インバータ181乃至183、並びに、トランジスタTr31乃至Tr34より構成されている。   That is, the circuit configuration of the evaluation apparatus of FIG. 26 is different from the configuration of FIG. 6 in only one system of the pseudo-inverter input CLK terminal, which is provided with a CLK_ENABLE terminal and an Antenna_Cap_Cancelling_ENABLE terminal. Further, instead of the terminals Vds and Vgnd, terminals Vds1, Vgnd1, Vds2 and Vgnd2 are provided. 183 and transistors Tr31 to Tr34.

これにより、1系統のクロック信号で、3系統のクロック信号の処理を実現することが可能となり、上述したCBCM回路を駆動させることが可能となる。   As a result, it is possible to realize processing of three clock signals with one clock signal, and to drive the CBCM circuit described above.

以上によれば、公知の微小容量測定可能なCBCM回路に本技術の構造および測定手法を適用することで、製品チップで使用されているMISFETとほぼ同じ面積のDUTに対するVthシフトモードPIDモニタが可能となる。   Based on the above, by applying the structure and measurement method of this technology to a well-known CBCM circuit capable of measuring minute capacitance, Vth shift mode PID monitoring is possible for DUTs with almost the same area as MISFETs used in product chips It becomes.

また、同一DUTで界面準位密度モニタも可能であるため、同一DUTでのVthシフトと界面準位密度の相関取得が可能となる。これによりPIDメカニズム究明やプロセス改善への指針提示および製品特性との相関取得の効果が期待できる。   Further, since the interface state density can be monitored with the same DUT, the correlation between the Vth shift and the interface state density with the same DUT can be obtained. As a result, we can expect the effect of investigating PID mechanism, presenting guidelines for process improvement, and obtaining correlation with product characteristics.

さらに、実装面積が小さく製品チップへの搭載が可能なため、VthシフトモードPIDの時系列傾向管理ができるだけでなく、Vthシフトが大きいチップのみ内部電圧を昇圧するなど製品の歩留り向上の指標としても活用が期待できる。   In addition, because the mounting area is small and can be mounted on product chips, not only can you manage the time-series trend of Vth shift mode PID, but it can also be used as an index to improve product yield, such as boosting the internal voltage only for chips with a large Vth shift. We can expect utilization.

なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The embodiments of the present technology are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present technology.

また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。   In addition, each step described in the above flowchart can be executed by being shared by a plurality of apparatuses in addition to being executed by one apparatus.

さらに、1つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その1つのステップに含まれる複数の処理は、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。   Further, when a plurality of processes are included in one step, the plurality of processes included in the one step can be executed by being shared by a plurality of apparatuses in addition to being executed by one apparatus.

尚、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
(1) 疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する評価装置において、
前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続される
評価装置。
(2) 前記アンテナと前記疑似インバータの出力とは、前記アンテナよりも上層の配線で接続される
(1)に記載の評価装置。
(3) 前記DUTおよび前記疑似インバータのゲートが形成された後に、前記DUTに接続する前記アンテナが形成され、その後に前記アンテナよりも上層で接続される
(2)に記載の評価装置。
(4) 前記アンテナの対向電極をさらに含む
(1)乃至(3)のいずれかに記載の評価装置。
(5) 前記DUTの容量は数fF乃至数十fF程度である
(1)乃至(4)のいずれかに記載の評価装置。
(6) 前記疑似インバータは、PMISFETとNMISFETで構成される
(1)乃至(5)のいずれかに記載の評価装置。
(7) 前記疑似インバータは、Transfer Gate(CMISFET Switch)で構成される
(1)乃至(6)のいずれかに記載の評価装置。
(8) 前記アンテナは、積層チップからなる積層チップ構造における貫通孔である
(1)乃至(7)のいずれかに記載の評価装置。
(9) 前記アンテナは、積層チップからなる積層チップ構造であり、
前記疑似インバータと前記DUTとは、前記積層チップの各チップに配置される
(1)乃至(8)のいずれかに記載の評価装置。
(10) 前記アンテナに対して対向して配置されるアンテナ対向電極をさらに含み、
前記アンテナ対向電極には、前記DUTのゲートと同相のクロック信号が入力される
(1)乃至(9)のいずれかに記載の評価装置。
(11) 前記アンテナ対向電極に入力されるクロック信号、および前記CBCM回路に入力される2系統のクロック信号を、1のクロック信号より分岐生成する回路をさらに含む
(1)乃至(10)のいずれかに記載の評価装置。
(12) 前記DUTのSource/Drain端子とWell端子とが分離されている
(1)乃至(11)のいずれかに記載の評価装置。
(13) 前記Well端子の電圧が、前記DUTのゲートの電圧よりも高く、前記MISFETに実効的に負電圧が印加される
(1)乃至(12)に記載の評価装置。
(14) 前記チャージポンピング電流を測定する電流測定部をさらに含む
(1)乃至(13)に記載の評価装置。
(15) 疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する評価装置を含む半導体装置であって、
前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続され、
前記PIDとしてVthシフトを検知した後、前記Vthシフトが大きいチップのみヒューズによるトリミングにより内部電源電圧を昇圧させる補正部を含む
半導体装置。
(16) 前記補正部は、前記Vthシフトが所定値よりも大きいチップのみ内部電源電圧を昇圧する
(15)に記載の半導体装置。
(17) 前記補正部は、前記PID耐性が強い回路を予め実装しておき、前記Vthシフトが所定値よりも大きいチップに対してはPID耐性が弱い回路をヒューズで切断し、耐性強い回路へ切り替える
(15)に記載の半導体装置。
(18) 前記Vthシフトが前記所定値よりも大きいチップに対して、前記PID耐性弱い回路から耐性強い回路へ切り替える
(15)に記載の半導体装置。
(19) 疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する半導体装置において、
前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続される
評価装置の評価結果に基づいて、決定されたプラズマプロセス条件により製造される
半導体装置。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1) A CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit having a pseudo inverter is connected to a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) serving as a DUT (Device Under Test), and the MISFET PID (Plasma (Process) Induced In an evaluation device for evaluating (Damage),
An evaluation apparatus in which a gate of the DUT and an antenna are connected in parallel.
(2) The evaluation device according to (1), wherein the antenna and the output of the pseudo inverter are connected by a wiring higher than the antenna.
(3) The evaluation apparatus according to (2), wherein after the gates of the DUT and the pseudo inverter are formed, the antenna connected to the DUT is formed and then connected in an upper layer than the antenna.
(4) The evaluation apparatus according to any one of (1) to (3), further including a counter electrode of the antenna.
(5) The evaluation device according to any one of (1) to (4), wherein the capacity of the DUT is approximately several fF to several tens fF.
(6) The evaluation apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the pseudo inverter includes a PMISFET and an NMISFET.
(7) The evaluation apparatus according to any one of (1) to (6), wherein the pseudo inverter includes a transfer gate (CMISFET Switch).
(8) The evaluation device according to any one of (1) to (7), wherein the antenna is a through hole in a multilayer chip structure including a multilayer chip.
(9) The antenna has a multilayer chip structure composed of multilayer chips,
The evaluation apparatus according to any one of (1) to (8), wherein the pseudo inverter and the DUT are arranged on each chip of the multilayer chip.
(10) It further includes an antenna counter electrode disposed to face the antenna,
The evaluation device according to any one of (1) to (9), wherein a clock signal in phase with the gate of the DUT is input to the antenna counter electrode.
(11) The circuit further includes a circuit for branching and generating a clock signal input to the antenna counter electrode and two clock signals input to the CBCM circuit from one clock signal (1) to (10) The evaluation apparatus of crab.
(12) The evaluation apparatus according to any one of (1) to (11), wherein a source / drain terminal and a well terminal of the DUT are separated.
(13) The evaluation device according to any one of (1) to (12), wherein a voltage of the Well terminal is higher than a voltage of the gate of the DUT, and a negative voltage is effectively applied to the MISFET.
(14) The evaluation device according to any one of (1) to (13), further including a current measurement unit that measures the charge pumping current.
(15) A CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit having a pseudo inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) serving as a DUT (Device Under Test) are connected, and the PID (Plasma (Process) Induced of the MISFET A semiconductor device including an evaluation device for evaluating (Damage),
The gate of the DUT and the antenna are connected in parallel,
A semiconductor device comprising: a correction unit that boosts an internal power supply voltage by trimming only a chip having a large Vth shift after detecting a Vth shift as the PID.
(16) The semiconductor device according to (15), wherein the correction unit boosts an internal power supply voltage only for a chip in which the Vth shift is larger than a predetermined value.
(17) The correction unit mounts a circuit with strong PID tolerance in advance, and cuts a circuit with low PID resistance with a fuse for a chip with the Vth shift larger than a predetermined value, to make a circuit with high resistance. Switch The semiconductor device according to (15).
(18) The semiconductor device according to (15), wherein a circuit with a weaker PID resistance is switched from a circuit with a weaker PID tolerance to a chip with a larger Vth shift than the predetermined value.
(19) A CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit having a pseudo inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) serving as a DUT (Device Under Test) are connected, and the PID (Plasma (Process) Induced of the MISFET In a semiconductor device to evaluate damage)
A semiconductor device manufactured under a plasma process condition determined based on an evaluation result of an evaluation device in which a gate and an antenna of the DUT are connected in parallel.

11 ゲート容量DUT(Device Under Test), 12,12’ アンテナ(antenna), 13 保護ダイオード, 30 CBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路, 31 疑似インバータ, 32 ゲート容量DUT(Device Under Test), 50,50A乃至50G アンテナ(antenna), 51,51−1,51−2 対向電極, 52乃至54 電極, 101 チップ(Chip), 102 外部測定部, 111 本体回路, 112 内部基準電圧制御部, 113 内部基準電圧生成部, 131 Vthモニタ部, 132 Vth判定部, 133 内部基準電圧上昇命令部, 141 ウェハ, 151 PID耐性機能ブロック切替制御部, 152 (PID耐性が弱い)機能ブロック, 153 (PID耐性が強い)機能ブロック, 161 PID耐性機能ブロック切替命令部   11 Gate Capacitance DUT (Device Under Test), 12, 12 'Antenna, 13 Protection Diode, 30 CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) Circuit, 31 Pseudo Inverter, 32 Gate Capacitance DUT (Device Under Test), 50, 50A Through 50G antenna, 51, 51-1, 51-2 counter electrode, 52 through 54 electrode, 101 chip, 102 external measurement unit, 111 body circuit, 112 internal reference voltage control unit, 113 internal reference voltage Generation unit, 131 Vth monitor unit, 132 Vth determination unit, 133 internal reference voltage increase command unit, 141 wafer, 151 PID tolerance function block switching control unit, 152 (weak PID tolerance) function block, 153 (strong PID tolerance) Functional block, 161 PID tolerance functional block switching command part

Claims (19)

疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する評価装置において、
前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続される
評価装置。
A CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit with a pseudo-inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) that is a DUT (Device Under Test) are connected, and the PID (Plasma (Process) Induced Damage) of the MISFET In the evaluation device to evaluate,
An evaluation apparatus in which a gate of the DUT and an antenna are connected in parallel.
前記アンテナと前記疑似インバータの出力とは、前記アンテナよりも上層の配線で接続される
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein the antenna and the output of the pseudo inverter are connected to each other by wiring above the antenna.
前記DUTおよび前記疑似インバータのゲートが形成された後に、前記DUTに接続する前記アンテナが形成され、その後に前記アンテナよりも上層で接続される
請求項2に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 2, wherein after the gates of the DUT and the pseudo inverter are formed, the antenna connected to the DUT is formed and then connected in an upper layer than the antenna.
前記アンテナの対向電極をさらに含む
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a counter electrode of the antenna.
前記DUTの容量は数fF乃至数十fF程度である
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein a capacity of the DUT is approximately several fF to several tens fF.
前記疑似インバータは、PMISFETとNMISFETで構成される
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein the pseudo inverter includes a PMISFET and an NMISFET.
前記疑似インバータは、Transfer Gate(CMISFET Switch)で構成される
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein the pseudo inverter includes a transfer gate (CMISFET Switch).
前記アンテナは、積層チップからなる積層チップ構造における貫通孔である
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein the antenna is a through hole in a multilayer chip structure including a multilayer chip.
前記アンテナは、積層チップからなる積層チップ構造であり、
前記疑似インバータと前記DUTとは、前記積層チップの各チップに配置される
請求項1に記載の評価装置。
The antenna has a multilayer chip structure composed of multilayer chips,
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein the pseudo inverter and the DUT are arranged on each chip of the multilayer chip.
前記アンテナに対して対向して配置されるアンテナ対向電極をさらに含み、
前記アンテナ対向電極には、前記DUTのゲートと同相のクロック信号が入力される
請求項1に記載の評価装置。
An antenna counter electrode disposed opposite to the antenna;
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein a clock signal having the same phase as that of the gate of the DUT is input to the antenna counter electrode.
前記アンテナ対向電極に入力されるクロック信号、および前記CBCM回路に入力される2系統のクロック信号を、1のクロック信号より分岐生成する回路をさらに含む
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, further comprising: a circuit that branches and generates a clock signal input to the antenna counter electrode and two clock signals input to the CBCM circuit from one clock signal.
前記DUTのSource/Drain端子とWell端子とが分離されている
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein a source / drain terminal and a well terminal of the DUT are separated.
前記Well端子の電圧が、前記DUTのゲートの電圧よりも高く、前記MISFETに実効的に負電圧が印加される
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein a voltage of the Well terminal is higher than a voltage of a gate of the DUT, and a negative voltage is effectively applied to the MISFET.
前記チャージポンピング電流を測定する電流測定部をさらに含む
請求項1に記載の評価装置。
The evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a current measurement unit that measures the charge pumping current.
疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する評価装置を含む半導体装置であって、
前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続され、
前記PIDとしてVthシフトを検知した後、前記Vthシフトが大きいチップのみヒューズによるトリミングにより内部電源電圧を昇圧させる補正部を含む
半導体装置。
A CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit with a pseudo-inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) that is a DUT (Device Under Test) are connected, and the PID (Plasma (Process) Induced Damage) of the MISFET A semiconductor device including an evaluation device for evaluation,
The gate of the DUT and the antenna are connected in parallel,
A semiconductor device comprising: a correction unit that boosts an internal power supply voltage by trimming only a chip having a large Vth shift after detecting a Vth shift as the PID.
前記補正部は、前記Vthシフトが所定値よりも大きいチップのみ内部電源電圧を昇圧する
請求項15に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 15, wherein the correction unit boosts an internal power supply voltage only for a chip in which the Vth shift is larger than a predetermined value.
前記補正部は、前記PID耐性が強い回路を予め実装しておき、前記Vthシフトが所定値よりも大きいチップに対してはPID耐性が弱い回路をヒューズで切断し、耐性強い回路へ切り替える
請求項15に記載の半導体装置。
The correction unit is mounted in advance with a circuit with strong PID tolerance, and for a chip with the Vth shift larger than a predetermined value, a circuit with weak PID resistance is cut with a fuse and switched to a circuit with high resistance. 15. The semiconductor device according to 15.
前記Vthシフトが前記所定値よりも大きいチップに対して、前記PID耐性弱い回路から耐性強い回路へ切り替える
請求項15に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 15, wherein a circuit with a weaker PID tolerance is switched from a circuit with a weaker PID tolerance to a chip with a larger Vth shift than the predetermined value.
疑似インバータを有するCBCM(Charge Based Capacitance Measurement)回路と、DUT(Device Under Test)となるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor)とが接続され、前記MISFETのPID(Plasma (Process) Induced Damage)を評価する半導体装置において、
前記DUTのゲートとアンテナとが並列接続され、
評価装置の評価結果に基づいて、決定されたプラズマプロセス条件により製造される
半導体装置。
A CBCM (Charge Based Capacitance Measurement) circuit with a pseudo-inverter and a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor) that is a DUT (Device Under Test) are connected, and the PID (Plasma (Process) Induced Damage) of the MISFET In the semiconductor device to be evaluated,
The gate of the DUT and the antenna are connected in parallel,
A semiconductor device manufactured under the plasma process conditions determined based on the evaluation result of the evaluation device.
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