JP4675043B2

JP4675043B2 - バイポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタの特性変動モデル式特定方法、及びバイポーラトランジスタの良否判定方法

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Publication number: JP4675043B2
Application number: JP2003433563A
Authority: JP
Inventors: 行彦渡辺; 友幸吉田; 明田井; 喜明中山; 敬志中野; 祥司水野
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005191434A

Description

本発明は、トランジスタにかかり、電圧が印加されかつ絶縁膜を介して離間する第１の電極から第２の電極に向って所定シリコン層内を電流が流れるトランジスタトランジスタに関する。

従来、トランジスタは、種々の回路例えば集積回路などに用いられ、重要な役割を有している。従って、トランジスタの動作に不具合が生じると、集積回路が正常に動作しないので、トランジスタの良否の判定が重要になっていた。従来、トランジスタの良否判定は、トランジスタに所定時間、例えば、１０００時間（４０日以上）連続して電流を流し、トランジスタからの出力電流の判定開始時からの変動量が、所定の許容範囲を越えているか否か判断することによって、行なわれている。

なお、関連する背景技術としは以下の特許文献１〜３がある。
特開平06-204234号公報特開2001-332598号公報特開2003-142613号公報

しかしながら、従来のトランジスタの良否判定は、上記のように長時間トランジスタに電流を流さなければ判定する事ができないので、早期に判定をしたいという要請にこたえることはできない。

本発明は、長期事実に鑑みなされたもので、トランジスタの良否判定を短時間に行うことのできるトランジスタ、トランジスタの良否判定、及びトランジスタの特性変動モデル式特定方法を提供する事を目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明にかかるバイポーラトランジスタは、電圧が印加されかつ絶縁膜を介して離間するコレクタ電極である第１の電極からエミッタ
電極である第２の電極に向って所定シリコン層内を電流が流れるバイポーラトランジスタであって、前記電流の流れを制御するベース電極である第３の電極を有し、前記所定シリコン層内の電流が流れる経路を少なくとも前記絶縁膜を介して覆うように配置された第４の電極を更に備えたことを特徴とする。

即ち、本発明のバイポーラトランジスタは、電圧が印加されかつ絶縁膜を介して離間するコレクタ電極である第１の電極からエミッタ電極である第２の電極に向って所定シリコン層内を電流が流れるものである。ベース電極である第３の電極は、前記電流の流れを制御する。

そして、本発明にかかるバイポーラトランジスタは、前記所定シリコン層内の前記電流が流れる経路を少なくとも前記絶縁膜を介して覆うように配置された第４の電極を備えている。

この第４の電極には電圧が印加可能である。

なお、第４の電極は、金属電極、例えば、アルミニウム、ポリシリコン、クロムシリコン等を用いることができる。

ベース電極に電流が流れると、第１の電極（コレクタ電極）から第２の電極（エミッタ
電極）に向って流れる電流が流れるが、この場合、第４の電極は、ベース電極とエミッタ電極との間の所定シリコン層内を電流が流れる経路を少なくとも絶縁膜を介して覆うように配置する。

ところで、第１の電極及び第２の電極間の絶縁膜中の電荷移動状態が変動する原因は、トランジスタを稼動させたときに、絶縁膜中に電荷が移動することであると考えられる。即ち、絶縁膜中への電荷の移動により、第１の電極から第２の電極に向って所定シリコン層内を流れる電流の大きさが変動すると考えられる。

そこで、本発明者は、この考えに基づいて、今回、第１の電極及び第２の電極間の電荷移動状態を表す特性変動モデル式を、上記第４の電極に印加する電圧を考慮して、実験により発見した。この特性変動モデル式は、所定の係数により規定される。この係数としては、上記第４の電極に印加する電圧に対する電界加速係数、雰囲気温度に対する活性化エネルギー、及び時間に依存する特徴パラメータである。

そこで、請求項２記載の発明にかかるバイポーラトランジスタの特性変動モデル式特定方法は、複数の雰囲気温度各々の状態で、請求項１に記載のバイポーラトランジスタの前記第４の電極に複数の電圧各々を印加しかつ前記バイポーラトランジスタを稼動させながら、所定時間毎に、前記バイポーラトランジスタ内の第１の電極及び第２の電極間の絶縁膜中の電荷移動状態を表す物理量を測定する。

そして、前記電荷移動状態を表す予め定められた特性変動モデル式と、前記測定された物理量と、に基づいて、該特性変動モデル式を規定する係数を特定することにより、バイポーラトランジスタの特性変動モデル式を特定する。
請求項３記載の発明では、請求項２の発明において、前記絶縁膜中の電荷移動状態を表す物理量としての電流の変化量をΔＩｃとすると、前記特性変動モデル式は、
ΔＩｃ＝α（ｔ）＊ｅｘｐ（β＊Ｖ_2A1−Ｅａ／（ｋ*Ｔ））
α（ｔ）＝α₀＊ｌｎ（１＋ｔ／ｔ_０）
であり、
前記係数は、前記第４の電極に印加する電圧Ｖ_2A1に対する電界加速係数β、前記温度Ｔに対する活性化エネルギーＥａ、及び前記時間ｔに依存する特徴パラメータα（ｔ）であることを特徴とする。

請求項４記載の発明にかかるバイポーラトランジスタ良否判定方法は、請求項２又は請求項３記載のバイポーラトランジスタの特性変動モデル式特定方法により特定された特性変動モデル式に基づいて定まりかつ前記第４の電極に電圧を印加せずに、所定の雰囲気温度で第１の時間稼動させる基準状態のときの前記バイポーラトランジスタが良好と判断される電荷移動状態を表す良好物理量に基づいて、前記第４の電極に電圧を印加した場合の前記物理量が該良好物理量になるまでの第１の時間より短い第２の時間を求め、前記バイポーラトランジスタを前記求めた第２の時間稼動させ、前記良好物理量と、前記バイポーラトランジスタを前記第２の時間稼動させた後の前記物理量と、に基づいて、前記バイポーラトランジスタの良否を判定するものである。

即ち、本発明にかかるバイポーラトランジスタ良否判定方法では、まず、請求項２又は請求項３記載のバイポーラトランジスタの特性変動モデル式特定方法により特定された特性変動モデル式に基づいて定まりかつ前記第４の電極に電圧を印加せずに、所定の雰囲気温度で第１の時間稼動させる基準状態のときの前記バイポーラトランジスタが良好と判断される電荷移動状態を表す良好物理量に基づいて、前記第４の電極に電圧を印加した場合の前記物理量が該良好物理量になるまでの第１の時間より短い第２の時間を求める。

従来、トランジスタの良否を判定する場合には、所定の雰囲気温度で第１の時間稼動させる基準状態のときの前記トランジスタが良好と判断される電荷移動状態を表す物理量を定めている。例えば、第１の時間として１０００時間、トランジスタを稼動させ、トランジスタが良好と判断される電荷移動状態を表す物理量として、第１の電極（例えば、コレクタ電極）から第２の電極（例えば、エミッタ電極）に向って流れる電流の変動量を、０．２１μＡと定めている。したがって、従来では、１０００時間、トランジスタを稼動させて始めてその良否を判定することができていた。

しかし、上記のように、特性変動モデル式が特定されると、基準状態のときのバイポーラトランジスタが良好と判断される電荷移動状態を表す良好物理量に基づいて、第４の電極に電圧を印加した場合の前記物理量が該良好物理量になるまでの第１の時間より短い第２の時間を求めることができる。

即ち、上記のように第１の電極及び第２の絶縁膜中の電極間の電荷移動状態が変動する原因は、トランジスタを稼動させたときに、絶縁膜中の電荷が移動することであると考えられるので、前記第４の電極に電圧を印加することにより、絶縁膜中の電荷を積極的に移動させ、即ち、電荷の移動を加速させることができ、よって、第１の時間より短い第２の時間を求めることができる。

そこで、本発明では、上記バイポーラトランジスタを、上記のように求めた第２の時間稼動させ、上記良好物理量と、バイポーラトランジスタを第２の時間稼動させた後の上記物理量と、に基づいて、バイポーラトランジスタの良否を判定する。

以上説明したように、前記バイポーラトランジスタ内の第１の電極及び第２の電極間の電荷移動状態を表す特性変動モデル式を特定し、基準状態のときのバイポーラトランジスタが良好と判断される電荷移動状態を表す良好物理量に基づいて、第４の電極に電圧を印加した場合の物理量が該良好物理量になるまでの第１の時間より短い第２の時間を求め、バイポーラトランジスタを、求めた第２の時間稼動させ、上記良好物理量と、バイポーラトランジスタを第２の時間稼動させた後の上記物理量と、に基づいて、バイポーラトランジスタの良否を判定する。よって、バイポーラトランジスタの良否を早く判定することができる。

以上説明したように本発明は、バイポーラトランジスタに所定シリコン層内の電流が流れる経路を少なくとも絶縁膜を介して覆うように第４の電極を配置され、この第４の電極に電圧を印加することにより、この絶縁膜中に、積極的に電荷を移動させることができ、よって、第４の電極に電圧を印加しない第１の時間より短い第２の時間を求めることができ、バイポーラトランジスタの良否を早く判定することができる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態では、２つのトランジスタ、すなわち、第１のトランジスタ１２及び第２のトランジスタ１４を備えている。第１のトランジスタ１２及び第２のトランジスタ１４は、ベース電極１２Ｂ、１４Ｂに電流が流れると第１の電極としてのコレクタ電極１２Ｃ、１４Ｃから第２の電極としてのエミッタ電極１２Ｅ、１４Ｅに向かって電流が流れるトランジスターである。本実施の形態では、第１のトランジスタ１２及び第２のトランジスタ１４は、バイポーラトランジスタである。

そして、第１のトランジスタ１２は、さらに、第４の電極としての電極１６を備えている。この電極１６は、アルミニウム、ポリシリコン、クロムシリコンなどの金属電極で構成することができる。なお、以下は、電極１６は、アルミニウム電極を用いた例を説明する。

第１のトランジスタ１２及び第２のトランジスタ１４は、第１のトランジスタ１２が電極１６を備えている以外は同様の構成であるので、以下、第１のトランジスタ１２のみを説明し、第２のトランジスタ１４の構成の説明を省略する。

図２に示すように、第１のトランジスタ１２は、所定のシリコン層としてのＮ型シリコン層２２、Ｐ型シリコン層２０を備えており、Ｐ型シリコン層２０には、ベース電極１２Ｂ、エミッター電極１２Ｅが配置され、Ｎ型シリコン層２２には、コレクター電極１２Ｃが設けられている。ベース電極１２Ｂ、エミッター電極１２Ｅ、およびコレクター電極１２Ｃは、層間絶縁膜１８を介して離間して配置されている。電極１６は、少なくともベース電極１２Ｂとエミッター電極１２Ｅとの間のＰ型シリコン層２０内を電流が流れる経路を少なくとも層間絶縁膜１８を介して覆うように配置されている。本実施の形態では、電極１６は、電流が流れる全ての経路を層間絶縁膜１８を介して覆うように配置されている。

図３に示すように、本実施の形態にかかるトランジスタの良否判定装置は、前述した第１のトランジスタ１２および第２のトランジスタ１４をミラー回路で接続している。また、トランジスタの良否判定装置は、第１のトランジスタ１２のコレクター電流を計測する電流計２６、第１のトランジスタ１２および第２のトランジスタ１４の雰囲気温度を制御するヒーター２８を備えている。電流計２６およびヒーター２８は計測装置３０に接続され、計測装置３０には、表示装置３２が接続されている。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

図４には、本実施の形態にかかるトランジスタの特性変動モデル式の特定処理プログラムを示したフローチャートが示されている。第１のトランジスタ１２のコレクタ電極１２Ｃおよび第２のトランジスタ１４のコレクタ電極１４Ｃに電圧を印加し、図示しない所定のスタートボタンがＯＮされると、本プログラムがスタートし、ステップ４２で、コレクター電流の変化量を測定し、ステップ４４で、特性変動モデル式の各係数を計算する。
ここで、特性変動モデル式を説明する。特性変動モデル式は以下の式により与えられる。

上記式で、βは、電極１６に印加する電圧に対する電界加速係数である。Ｅａは、雰囲気温度に対する活性化エネルギーである。α（ｔ）は、層間絶縁膜１８に移動する電荷量に比例し、時間に依存する特徴パラメータである。α0、ｔ0は、係数である。

この特性変動モデル式は、今回発明者が多数の実験により新しく見出した式である。

上記ステップ４２のコレクター電流の変化量の測定処理を、図５を参照して説明する。まず、ステップ５２で、本処理で使用する変数を初期化する。すなわち、雰囲気温度ＴをＴ₀に初期化し、電極１６に印加する電圧Ｖ_2AlをＶ₀に初期化し、時間ｔを０に初期化する。たとえば、雰囲気温度Ｔを、１００℃に設定し、電極１６に印加する電圧Ｖ_2Alを、５Ｖに初期化する。

ステップ５４で、雰囲気温度Ｔを制御する。すなわちヒーター２８を制御して雰囲気温度をＴ℃に制御する。なお、温度検出センサーを備え、フィードバック制御するようにしても良い。

ステップ５６で、電極１６に電圧Ｖ_2Alを印加する。ステップ５８で、所定時間、例えば、３秒経過したか否かを判断する。Ｔ₀経過したと判断した場合に、ステップ６０で、電流計２６を介して、第１のトランジスタ１２のコレクター電流の変化量ΔＩ_Cを測定する。すなわち、本プログラムがスタートした時からのコレクター電流Ｉ_Cの大きさからの変化量を測定する。なお、本プログラムがスタートした時は、第１のトランジスタ１２及び第２のトランジスタ１４のコレクタ電流Ｉ_C、Ｉ_Bは等しい。

ステップ６２で、時間ｔに所定時間ｔ₀を加算したものを時間ｔと設定し、ステップ６４で、時間ｔがあらかじめ定めた最大測定時間ｔ_maxより大きいか否かを判断し、時間ｔが最大測定時間ｔ_maxより大きくないと判断された場合には、いまだ、予め定めた測定時間コレクター電流の変化量ΔＩ_Cを測定していないので、ステップ５８に戻って以上の処理（ステップ５８〜ステップ６４）を実行する。一方、時間ｔが最大測定時間ｔ_maxより大きいと判断された場合には、ステップ６６で、電圧Ｖ_2AlにΔＶ（たとえば、５Ｖ）を加算したものを電圧Ｖ_2Alと設定し、ステップ６８で、電圧Ｖ_2Alが、予め定めた電圧の最大値Ｖ_maxより大きいか否かを判断する。電圧Ｖ_2Alが最大電圧Ｖ_maxより大きくないと判断された場合には、ステップ５６に戻って、以上の処理（ステップ５６〜ステップ６８）を実行する。一方、電圧Ｖ_2Alが最大電圧Ｖ_maxを超えていると判断された場合には、ステップ７０で温度ＴにΔＴ（２５℃）を加算したものを温度Ｔと設定し、ステップ７２で、温度Ｔが、予め定めた最大温度Ｔ_maxを超えているか否かを判断する。温度Ｔが最大温度Ｔ_maxを超えていないと判断された場合には、ステップ５４に戻って、以上の処理（ステップ５４〜ステップ７２）を実行し、温度Ｔが温度Ｔが最大温度Ｔ_maxを超えていると判断された場合には、本処理を終了する。

以上説明したコレクター電流の変化量の測定処理により、複数の雰囲気温度各々の状態で、第１のトランジスタ１２の電極１６に複数の電圧各々を印加しかつ第１のトランジスタ１２を稼動させながら、所定時間ごとに、第１のトランジスタ１２内のエミッター電極１２Ｅおよびコレクター電極１２Ｃ間の電荷移動状態を表す物理量、本実施の形態では、コレクター電流の変化量を測定することができる。

このように処理することによって、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示すように、各雰囲気温度ごと、すなわち、１００℃（図６（Ｄ））、１２５℃（図６（Ｃ））、１５０℃（図６（Ｂ））、および１７５℃（図６（Ａ））の電極１６に印加する電圧Ｖ_2Alを５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖに変えた各々の場合の所定時間ごとのコレクター電流の変化を測定することができる。

次に、ステップ４４の特性変動モデル式の係数計算処理を、図７に示したフローチャートを参照して説明する。

ステップ８２で、上記ステップ４２で測定したコレクター電流の変化量ΔＩ_Cのサンプルを抽出し、ステップ８４で、コレクター電流の変化量ΔＩ_Cと電圧Ｖ_2Alとの関係を、図８に示すように、時間および温度を定数としてプロットする。すなわち、これは、数１で示したコレクター電流の変化量ΔＩ_Cを、以下の式でフィッテングすることである。

このように時間および温度を定数として、コレクター電流の変化量ΔＩ_Cと電圧Ｖ_2Alとの関係をプロットする。これより、実際には図９に示すように、コレクター電流の変化量ΔＩ_Cと電圧Ｖ_2Alとの関係が1次式として得られる。次のステップ８６で、このコレクター電流の変化量ΔＩ_Cと電圧Ｖ_2Alとの1次式の関係から傾きを計算し、ステップ８８で、各関係の切片Ａを計算する。切片Ａは以下の式により定まる。

ステップ９０で、切片Ａと温度Ｔとの関係を、図１０に示すように時間を定数としてフィッテングしてプロットする。これより、実際には図１１に示すように、切片Ａと温度Ｔとの関係が1次式として得られる。ステップ９２で、切片Ａと温度Ｔとの関係の傾き（Ｅａ／ｋ）を計算し、ステップ９４で、傾き（Ｅａ／ｋ）にｋをかけることにより係数Ｅａを計算する。

ステップ９６で、切片αを計算する。切片αは以下の式により定まる。

ステップ９８で、切片αと時間との関係を、図１２に示すようにプロットする。これにより実際には、例えば、図１３に示すように、切片αと時間との関係が得られる。そして、ステップ１００で、係数α₀、ｔ₀を計算する。

以上説明した特性変動モデル式の特定処理により、上記数１で示した各係数が定まる。これにより、特性変動モデル式を特定することができる。具体的には、例えば、図１５に示すように、Ｅa=0.3、β=0.15、α₀=7.9×e^-5、t₀=177が得られる。

次に、図１４を参照して、トランジスタの良否判定処理を説明する。図示しない所定のスタートボタンがＯＮされると、本プログラムがスタートし、ステップ１１２で、上記特性変動モデル式にもとづいて、基準状態（電圧Ｖ_2Al＝０）の時のコレクター電流の変動量が所定の許容値になるまでの第１の時間を特定する。具体的には、図１５に示すように、電圧Ｖ_2Al＝０、温度(temp)=150℃の基準状態で、コレクター電流の変動量ΔＩ_Cが許容値=2.21064×e^-7：0.21μＡ（変動率ΔＩ_C／Ｉ_C％は4.24％）になるまでの時間(time)=3,600,000（秒）（1000時間）が求められる。なお、α(t)=7.9×e^-5、t₀=177も得られる。

ステップ１１４で、特性変動モデル式にもとづいて、電圧Ｖ_2Alを所定値印可した時のコレクター電流の変動量が上記所定の許容値になるまでの第２の時間を特定する。例えば、図１５に示すように、電圧Ｖ_2Alを20(Ｖ)印加し、温度(temp)=150℃、コレクター電流の変動量が上記所定の許容値（2.21064×e^-7；0.21μＡ）になるまでの第２の時間は、1.13×e²：１００秒となる。よって、第１の時間（1000時間）より第２の時間（１００秒）が短い。

ステップ１１６で、上記電極１６に、電圧Ｖ_2Al（所定値）を印可し、第２の時間、トランジスタを稼動する。ステップ１１８で、第２の時間トランジスタを稼動した後のコレクター電流の変動量を測定する。ステップ１２０で、ステップ１１８で測定されたコレクター電流の変動量が上記許容値より大きいか否かを判断することにより、トランジスタの良否を判定する。すなわち、ステップ１１８で測定されたコレクター電流の変動量が許容値より大きい場合には、ステップ１２４で、表示装置３２に不良品と表示し、ステップ１１８で測定されたコレクター電流の変動量が許容値以下である場合には、ステップ１２２で、表示装置３２に良品と表示する。

以上説明したように第１の実施の形態では、エミッタ電極からコレクタ電極へのコレクタ電流が変動する原因は、トランジスタを稼動させたときに、層間絶縁膜中の電荷が移動し、これによりコレクタ電流が変動すると考えられ、この場合、層間絶縁膜中の電荷の移動が多い場合には、トランジスタが不良品と判定している。即ち、従来では、自然状態（基準状態（電極１６に電圧を印加しない状態））のときにトランジスタを所定時間動させた後のコレクタ電流の変動量をみていた。

しかし、本実施の形態では、ベース電極とエミッタ電極との間のシリコン層を電流がながれる経路を、層間絶縁膜を介して覆うように配置した電極１６に電圧を印加することにより、層間絶縁膜中の電荷を積極的に移動させ、即ち、自然状態よりも電荷の移動を加速させることができる。よって、自然状態（基準状態（電極１６に電圧を印加しない状態））のときに判定するのに必要であった時間より短い時間で、トランジスタの良否を判定することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

図１６に示すように、本実施の形態にかかるトランジスタの良否判定装置は、トランジスタ１５０、本実施の形態では、フィールドＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）を備えている。また、トランジスタの良否判定装置は、前述した電流計２６、ヒーター２８を備えるとともに、フィールドＭＯＳＦＥＴ１５０のゲート電圧ＶＧを測定する電圧計３１を備えている。電流計２６、ヒーター２８、電圧計３１は、計測装置３０に接続され、計測装置３０には表示装置３２が接続されている。

図１７に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１５０は、ドレイン電極１５４およびソース電極１５６を備えている。ドレイン電極１５４およびソース電極１５６は、Ｐ型シリコン層１６０に形成され、層間絶縁膜１５８を介して離間している。ドレイン電極１５４およびソース電極１５６の間のＰ型シリコン層１６０に電流が流れる経路を層間絶縁膜１５８を介して覆うように電極１５２が設けられている。

尚、電極１５２は、金属電極であればよく、第１の実施の形態のように、たとえば、アルミニウム電極、ポリシリコン電極、クロムシリコン電極などを用いることができる。

次に、本実施例の作用を説明する。

図１８には、フィールドＭＯＳＦＥＴ１５０のしきい値電圧の測定処理ルーティンが示されている。フィールドＭＯＳＦＥＴ１５０のドレイン電極１５４に所定の電圧Ｖ_Dを印加して図示しないスタートボタンがＯＮされると、本プログラムがスタートし、ステップ１７２で、本処理により使用される変数を初期化する。すなわち、雰囲気温度ＴをＴ₀（たとえば、１００℃）に初期化し、電極１５２に印加する電圧Ｖ_2AlをＶ₀（たとえば、１００Ｖ）に初期化し、時間ｔを０に初期化する。

ステップ１７４で、雰囲気温度Ｔをヒーター２８を介して制御する。尚、第１の実施の形態のようにフィードバック制御するようにしても良い。

ステップ１７６で、ドレイン電圧Ｖ_D（たとえば、０．５Ｖ）を印加し、ステップ１７８で電極１５２に電圧Ｖ_2Alを印加する。

ステップ１８０で、ドレイン電流Ｉ_Dと電圧Ｖ_2Alとの関係を測定する。ステップ１８２で、上記ステップ１８２で測定されたドレイン電流Ｉ_Dと電圧Ｖ_2Alとの関係にもとづいて、ドレイン電流Ｉ_Dが所定値であるときの電圧であるしきい値電圧を導出する。

ステップ１８４で、ドレイン電圧Ｖ_Dの印加を停止し、ステップ１８６で所定時間ｔ₀経過するのを待ち、ステップ１８８で、時間ｔに所定時間ｔ₀を加算したものを時間ｔとして設定し、ステップ１９０で、時間ｔが予め定められた最大測定時間ｔ_maxより大きいか否かを判断しする。時間ｔが最大測定時間ｔ_maxより大きいくないと判断されたが場合には、ステップ１７６に戻って、以上の処理（ステップ１７６〜ステップ１９０）を実行する。

これにより、図１９に示すように、所定時間毎に、複数のゲート電圧とゲート電流との関係K₁、K₂、K₃、、、を測定することができかつしきい値電圧を導出することができる。

一方、時間ｔが最大測定時間ｔ_maxより大きいと判断された場合には、ステップ１９２で、電圧Ｖ_2Alに所定ボルトΔＶ（たとえば、５Ｖ）を加算したものを電圧Ｖ_2Alと設定し、ステップ１９４で、電圧Ｖ_2Alが最大電圧Ｖ_maxを超えているか否かを判断し、電圧Ｖ_2Alが最大電圧Ｖ_maxを超えていないと判断された場合には、ステップ１７６に戻って、以上の処理（ステップ１７６〜ステップ１９４）を実行する。一方、電圧Ｖ_2Alが最大電圧Ｖ_maxより大きいと判断された場合には、ステップ１９６で、温度Ｔに所定温度ΔＴ（たとえば、２５℃）を加算したものを温度Ｔと設定し、ステップ１９８で、温度Ｔが最大温度Ｔ_maxより大きいか否かを判断し、温度Ｔが最大温度Ｔ_maxより大きくないと判断された場合には、ステップ１７４に戻って、以上の処理（ステップ１７４〜ステップ１９８）を実行し、温度Ｔが最大温度Ｔ_maxより大きいと判断された場合には本処理を終了する。

以上説明したようにフィールドＭＯＳＦＥＴ１５０のしきい値電圧が測定された場合には、測定したしきい値電圧から、しきい値電圧の特性変動モデル式を特定する。なお、しきい値電圧の特性変動モデル式は、以下の式から得られる。

なお、図２１に示すように、しきいち電圧の変動量は、コレクター電流の変動量と比例関係を有するので、しきい値電圧の特性変動モデル式は、コレクター電流の変化量の特性変動モデル式と同様な式となっている。よって、第２の実施の形態におけるしきい値電圧の特性変動モデル式の特定方法も、コレクター電流の変化量の特性変動モデル式の特定方法と同様に行う。即ち、コレクター電流の変化量に代えて上記しきい値電圧を用いて、上記ステップ４４（図７参照）を実行する。

そして、このように、しきい値電圧の特性変動モデル式を特定することができた場合には、フィールドＭＯＳＦＥＴの良否判定は、前述した第１の実施の形態と同様に行う。即ち、自然状態（基準状態（電極１５３に電圧を印加しない状態））のときに判定するのに必要であった時間、フィールドＭＯＳＦＥＴを稼動させたときのしきいち電圧の変動量の許容値を定め、特性変動モデル式を用いて、電極１５３に電圧を印加する場合の、フィールドＭＯＳＦＥＴの良否を判定するための、フィールドＭＯＳＦＥＴに電流を流す時間（自然状態より短い時間）を定め、この時間、フィールドＭＯＳＦＥＴを稼動させた後のしきち電圧の変動量が、上記許容値より大きいか否かにより、フィールドＭＯＳＦＥＴの良否を判定する。

なお、図２１に示すように、しきいち電圧の変動量は、電流の変動量と比例関係を有するので、第２の実施の形態のようにしきい値電圧を用いても、電流変動に基づくバイポーラトランジスタの良否判定と実質的には同一である。

即ち、コレクタ電流が５％変化するときのしきい値電圧の変化量は３（Ｖ）である。従って、例えば、温度１５０℃で、電極１５２に印加する電圧Ｖ_2Alを、２０（Ｖ）にした場合には、２００秒（第２の時間）が定まり、２００秒、フィールドＭＯＳＦＥＴを稼動したときのしきい値電圧の変動量が３（Ｖ）以下であると、このフィールドＭＯＳＦＥＴは良品と判定する。

第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを示した図である。第１のトランジスタの断面図である。トランジスタの良否判定装置のブロック図である。特性変動モデル式の特定処理プログラムを示すフローチャートである。ステップ４２のコレクター電流の変化量の測定処理プログラムを示したフローチャートである。（Ａ）〜（Ｄ）は、長時間トランジスタを動作させた時の雰囲気温度および電圧Ｖ_2Alを変えたときのコレクター電流の実測値を示すグラフである。ステップ４４の特定変動モデル式の係数計算処理プログラムを示すフローチャートである。コレクター電流の変化量ΔＩ_Cと電圧Ｖ_2Alとの関係をプロットすることを説明する説明図である。コレクター電流の変化量ΔＩ_Cと電圧Ｖ_2Alとの関係を実測したグラフである。ステップ８４で求められたコレクター電流の変化量ΔＩ_Cと電圧Ｖ_2Alとの関係のグラフの切片Ａと温度Ｔとの関係をプロットすることを説明する説明図である。切片Ａと温度Ｔとの関係の実測値を示すグラフである。ステップ９０で求められた切片Ａと温度Ｔとの関係を示すグラフの切片Ａと時間との関係をプロットすることを説明する説明図である。切片αと時間との関係の実測値を示すグラフである。トランジスタの良否判定処理プログラムを示すフローチャートである。第１の実施の形態の実測値を示す表である。第２の実施の形態にかかるトランジスタの良否判定処理装置のブロック図である。フィールドＭＯＳＦＥＴの断面図である。フィールドＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧の測定処理プログラムを示すフローチャートである。ドレイン電流とゲート電圧との関係を示すグラフである。フィールドＭＯＳＦＥＴを長時間動作させた時の雰囲気温度およびゲート電圧Ｖ_2Alを変えたときのしきい値電圧の変化を示すグラフである。電荷移動量（ΔＩ_C）としきい値電圧（ΔＶ_th）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１２第１のトランジスタ
１４第２のトランジスタ
１２Ｂベース電極
１２Ｅエミッター電極
１２Ｃコレクター電極
１６電極
２０Ｐ型シリコン層
２２Ｎ型シリコン層
１８層間絶縁膜
２６電流計
２８ヒーター
３０計算装置
３２表示装置
１５０フィールドＭＯＳＦＥＴ
１５２電極
１５４ドレイン電極
１５６ソース電極
１５８層間絶縁膜
１６０Ｐ型シリコン層

Claims

電圧が印加されかつ絶縁膜を介して離間するコレクタ電極である第１の電極からエミッタ電極である第２の電極に向って所定シリコン層内を電流が流れるバイポーラトランジスタであって、
前記電流の流れを制御するベース電極である第３の電極を有し、
前記所定シリコン層内の電流が流れる経路を少なくとも前記絶縁膜を介して覆うように配置された第４の電極を更に備えたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
複数の雰囲気温度各々の状態で、請求項１に記載のバイポーラトランジスタの前記第４の電極に複数の電圧各々を印加しかつ前記バイポーラトランジスタを稼動させながら、所定時間毎に、前記バイポーラトランジスタ内の第１の電極及び第２の電極間の前記絶縁膜中の電荷移動状態を表す物理量を測定し、
前記電荷移動状態を表す予め定められた特性変動モデル式と、前記測定された物理量と、に基づいて、該特性変動モデル式を規定する係数を特定することにより、バイポーラトランジスタの特性変動モデル式を特定する、
バイポーラトランジスタの特性変動モデル式特定方法。
前記絶縁膜中の電荷移動状態を表す物理量としての電流の変化量をΔＩｃとすると、
前記特性変動モデル式は、
ΔＩｃ＝α（ｔ）＊ｅｘｐ（β＊Ｖ_2A1−Ｅａ／（ｋ*Ｔ））
α（ｔ）＝α₀＊ｌｎ（１＋ｔ／ｔ_０）
であり、
前記係数は、前記第４の電極に印加する電圧Ｖ_2A1に対する電界加速係数β、前記温度Ｔに対する活性化エネルギーＥａ、及び前記時間ｔに依存する特徴パラメータα（ｔ）であることを特徴とする請求項２記載のバイポーラトランジスタの特性変動モデル式特定方法。
請求項２又は請求項３記載のバイポーラトランジスタの特性変動モデル式特定方法により特定された特性変動モデル式に基づいて定まりかつ前記第４の電極に電圧を印加せずに、所定の雰囲気温度で第１の時間稼動させる基準状態のときの前記バイポーラトランジスタが良好と判断される電荷移動状態を表す良好物理量に基づいて、前記第４の電極に電圧を印加した場合の前記物理量が該良好物理量になるまでの第１の時間より短い第２の時間を求め、
前記バイポーラトランジスタを前記求めた第２の時間稼動させ、
前記良好物理量と、前記バイポーラトランジスタを前記第２の時間稼動させた後の前記物理量と、に基づいて、前記バイポーラトランジスタの良否を判定する、
バイポーラトランジスタ良否判定方法。