JP7153272B2 - 電気特性測定装置及び電気特性測定方法 - Google Patents
電気特性測定装置及び電気特性測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7153272B2 JP7153272B2 JP2019056966A JP2019056966A JP7153272B2 JP 7153272 B2 JP7153272 B2 JP 7153272B2 JP 2019056966 A JP2019056966 A JP 2019056966A JP 2019056966 A JP2019056966 A JP 2019056966A JP 7153272 B2 JP7153272 B2 JP 7153272B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- measuring
- resistor
- pulsed light
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
特許文献1に開示される評価方法では、同一基板上の複数の半導体素子における絶縁膜の絶縁破壊の検出を、半導体基板表面を複数の半導体素子を含む複数の測定領域に分け、この複数の測定領域においてそれぞれ行う。複数の測定領域において順次絶縁破壊の検出を行うにあたり、各測定領域において、測定領域内に流れる電流値が常時同一値となるように電流が印加される。
このように特許文献1に開示された評価方法では、測定領域単位での絶縁破壊の検出を行うことで、1素子ずつ測定する場合よりも迅速に評価を行うものである。
この特許文献3に開示される評価方法は、理想的なMISキャパシタについて測定されたC-V特性に基づき、基板表面容量Csと基板表面電位φsとについてフラットバンド状態より蓄積状態側において、シリコン酸化膜換算電界Eox依存性を考慮した量子補正項を導入した表現式を用いて、理想C-V特性を作成する。
具体的には、パルス光伝導法(pulse photoconductivitymethod :PPCM)を用いた評価方法が提案される。
パルス光伝導法を用いた測定装置の等価回路を図8に示し、測定シーケンスのタイミング図を図9に示す。
尚、前記電極内には、光ファイバが通され、前記パルス電圧の印加と同時に、試料12に対し紫外線(UV)のパルス光を照射できるように構成されている。
また、測定部15には、負荷抵抗(測定用抵抗)RLが接続されている。測定時においては、前記充電抵抗Rcを測定回路から除くと同時に負荷抵抗RLに切り替えることで、試料12の内部電界を緩和し、測定可能な状態を作るように構成されている。
その過程において試料12の酸化膜(誘電体膜)上から、パルス状の紫外光を照射する。このパルス光はトリガ入力となり、酸化膜の下にあるシリコン中で電子を光励起させ、励起させた光電子が電界に従って酸化膜からリーク電流を流す。このリーク電流が光信号として測定部15(オシロスコープ)において観測される。
尚、パルス光(トリガ入力)を照射するタイミングtdに対する光信号ΔV(td)は、式1で与えられる。
誘電体膜の誘電率εinsulと電気伝導率σinsulと光伝導信号ΔV(td)との関係は、下記式2で表すことができる。
特許文献4に開示された方法は、パルス光伝導法により、半導体ウェーハに形成された酸化膜の電気伝導率を計測し、その結果から酸化膜中の金属不純物濃度を推定するものである。
しかしながら、半導体デバイスの製造現場では、プロセスで形成した誘電体膜の絶縁特性を迅速に評価して、プロセス装置の状態などに迅速にフィードバックすることが求められており、このように長い時間がかかっていては、実用に適さないという課題があった。
図1は、本発明に係る電気特性測定装置の構成を模式的に示すブロック図である。図2は、図1の電気特性測定装置の等価回路である。
尚、図1、図2において、図8で示した回路と同じ構成部材については同じ符号で示す。
また、同軸ケーブル13の他端側に測定部15を有し、測定部15の信号はプリアンプ(内部抵抗Rin)14により増幅されている。また、測定部15はオシロスコープ7に接続され、測定波形を確認できるように構成されている。
また、測定部15には、負荷抵抗(測定用抵抗)RLが接続されている。測定時においては、前記充電リレー16の切替操作により、前記充電抵抗Rcを測定回路から除くと同時に負荷抵抗RLに切り替えることで、試料12の内部電界を緩和し、測定可能な状態を作ることができる。
前記制御部20は、例えば演算部20aと、充電リレー16の動作を制御するコンピュータプログラムを記録した記憶部20bとを有する。即ち、記憶部20bに記憶されたコンピュータプログラムを演算部20aに実行させることにより充電リレー16のスイッチング動作を制御する。
電気特性測定装置1における基本的な測定シーケンスは、図3に示すように、試料12に対し電圧印加して試料12を充電し、充電リレー16をオフにして試料12の電界を緩和する。
ここで、試料12からのリーク電流(光信号)を測定するには、試料12の電界を緩和するタイミングと、紫外線光のパルス照射(光トリガ入力)のタイミングを同時に行う必要がある。
制御部20は、前記充電リレー16のスイッチング制御を行う際、光トリガ入力のタイミングtdに基づいて、図3のリレー制御を破線で示すように、リレーの動作時間を考慮した遅延時間trで制御する。
先ず、図4のフローに示すように、例えばf=1Hzで測定周期を設定する(ステップS1)。
次いで、光トリガ入力(紫外線光パルス入力)の遅延時間tdの範囲(td1~tdn)と、間隔を設定する(ステップS2)。
次いで、制御部20の制御により電極間に与えるパルス電圧、光を照射するトリガ入力、リレー制御信号を出力し(ステップS5)、光伝導信号を観測する(ステップS6)。
また、光トリガ入力の遅延タイミングtd1~tdnまで、ステップS5、S6の工程(1測定サイクル)を所定回数(n回)繰り返し行う(ステップS7)。
実施例1では、実機確認により充電リレー制御機能を検証した。
図6(a)は、測定周波数1.0Hz、遅延時間(td)13.9msとした場合のリレー制御動作を実機確認した結果を示すタイミング図である。このタイミング図は、充電リレーの制御信号、印加電圧信号(電界印加)、測定信号、光トリガ入力信号をそれぞれ示す。
また、図6(b)は、図6(a)の条件に対し、光トリガ信号の入力遅延時間(td)を、27.7msとした場合の結果である。
即ち、本発明に係る電気特性測定方法により、測定効率及び測定精度を向上することができると確認した。
実施例2では、強反転状態の確認シーケンスについて検証した。
試料としてN型シリコンの上に厚さ8nmの酸化膜を形成した試料を用いて強反転状態を確認するシーケンスを以下の手順で実施した。
(2)横軸印加電圧、縦軸光信号強度の電圧値のグラフを作成する。
(3)前記グラフ上で、線形の傾きが大きくなる点(変曲点)を確認する。
2 電極
3 光ファイバ
4 紫外線パルス発光部(パルス光照射手段)
7 オシロスコープ
11 パルス電圧印加部(パルス電圧印加手段)
12 試料
13 同軸ケーブル
14 プリアンプ
15 測定点
16 充電リレー
20 制御部
Claims (6)
- 誘電体膜が形成された半導体ウェーハの試料から生じる光伝導信号をパルス光伝導法により測定する電気特性測定装置であって、
前記試料の誘電体膜に対し所定のギャップを空けて配置された電極と、前記電極から前記試料に対し矩形波状のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、前記電極の位置から前記試料に対し紫外線のパルス光を照射するパルス光照射手段と、前記試料を挟んで前記電極とは反対側において、前記試料を保持する為の金属製の試料ステージに接続された測定回路のケーブルと、前記印加された電圧により前記試料を充電するため、前記測定回路のケーブル寄生容量と並列に設けられた充電用抵抗と、前記充電用抵抗のオンオフを切り替える充電リレーと、前記測定回路において前記試料ステージが一端に接続された前記ケーブルの他端側に接続された測定用抵抗と、前記パルス光照射手段の動作と前記充電リレーの動作とを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記試料が充電された後、前記パルス光照射手段により前記試料に紫外線のパルス光を照射させるとともに、該照射のタイミングに基づいて前記充電リレーにより前記充電用抵抗をオフにして前記測定用抵抗のみに切り替えることを特徴とする電気特性測定装置。 - 前記請求項1に記載された電気特性測定装置を用いて、パルス光伝導法により試料から生じる光伝導信号を測定する電気特性測定方法であって、
前記パルス電圧印加手段により前記試料の誘電体膜側に矩形波状のパルス電圧を印加する工程と、
前記印加された電圧により前記試料が充電された後、前記パルス光照射手段により前記試料に紫外線のパルス光を照射させるとともに、該照射のタイミングに基づいて前記充電リレーにより前記充電用抵抗をオフにして前記測定用抵抗のみに切り替える工程と、
前記試料から生じる光伝導信号を前記測定用抵抗で測定する工程と、を備えることを特徴とする電気特性測定方法。 - 前記パルス電圧印加手段により前記試料の誘電体膜側に矩形波状のパルス電圧を印加する工程から、
前記試料から生じる光伝導信号を前記測定用抵抗で測定する工程まで、を1測定サイクルとして、所定回数の測定サイクルを繰り返し、
前記印加された電圧により前記試料が充電された後、前記パルス光照射手段により前記試料に紫外線のパルス光を照射開始させるタイミングを、各測定サイクルにおいてずらすことを特徴とする請求項2に記載された電気特性測定方法。 - 前記印加された電圧により前記試料が充電された後、前記パルス光照射手段により前記試料に紫外線のパルス光を照射させるとともに、該照射のタイミングに基づいて前記充電リレーにより前記充電用抵抗をオフにして前記測定用抵抗のみに切り替える工程において、
前記パルス光の照射のタイミングに対し、所定時間早いタイミングで前記充電リレーをオフに切り替える制御を行うことを特徴とする請求項2または請求項3に記載された電気特性測定方法。 - 前記パルス電圧印加手段により前記試料の誘電体膜側に矩形波状のパルス電圧を印加する工程の前に、
予め測定した印加電圧と光信号電圧の関係に基づき、任意の印加電圧の閾値を境に変曲点を検出し、その変曲点以上の印加電圧を強反転状態として印加電圧を設定することを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載された電気特性測定方法。 - 前記試料から生じる光伝導信号を前記測定用抵抗で測定する工程の後、
測定した光伝導信号に基づき、試料に形成された誘電体膜の電気伝導率、或いは、誘電体膜と半導体からなる界面の界面準位密度を求める工程を備えることを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれかに記載された電気特性測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019056966A JP7153272B2 (ja) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 電気特性測定装置及び電気特性測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019056966A JP7153272B2 (ja) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 電気特性測定装置及び電気特性測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020161556A JP2020161556A (ja) | 2020-10-01 |
JP7153272B2 true JP7153272B2 (ja) | 2022-10-14 |
Family
ID=72643676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019056966A Active JP7153272B2 (ja) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 電気特性測定装置及び電気特性測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7153272B2 (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060066323A1 (en) | 2004-09-28 | 2006-03-30 | Solid State Measurements, Inc. | Method and apparatus for determining concentration of defects and/or impurities in a semiconductor wafer |
JP2017199775A (ja) | 2016-04-27 | 2017-11-02 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | 金属汚染濃度分析方法 |
-
2019
- 2019-03-25 JP JP2019056966A patent/JP7153272B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060066323A1 (en) | 2004-09-28 | 2006-03-30 | Solid State Measurements, Inc. | Method and apparatus for determining concentration of defects and/or impurities in a semiconductor wafer |
JP2017199775A (ja) | 2016-04-27 | 2017-11-02 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | 金属汚染濃度分析方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Masaaki Furuta et al,Noncontact evaluation for interface states by photocarrier counting,Japanese Journal of Applied Physics,57,日本,2018年 |
Yuya Nishi et al,Nondestructive Measurement of Nonlinear Conduction of Nanoscale Materials, Nanoscale SiO2, and K0.3MoO3 by Pulse Photoconductive Method,Japanese Journal of Applied Physics,50,日本,2011年 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020161556A (ja) | 2020-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6680621B2 (en) | Steady state method for measuring the thickness and the capacitance of ultra thin dielectric in the presence of substantial leakage current | |
JP2004500707A (ja) | コロナ放電を用いて応力誘電リーク電流を測定する方法とゲート誘電体の完全性を測定する方法 | |
Lin et al. | A single pulse charge pumping technique for fast measurements of interface states | |
Suñé et al. | Nondestructive multiple breakdown events in very thin SiO2 films | |
Servati et al. | Modeling of the static and dynamic behavior of hydrogenated amorphous silicon thin-film transistors | |
Hatta et al. | Energy distribution of positive charges in gate dielectric: Probing technique and impacts of different defects | |
US6047243A (en) | Method for quantifying ultra-thin dielectric reliability: time dependent dielectric wear-out | |
Andreev et al. | Multilevel current stress technique for investigation thin oxide layers of MOS structures | |
US6771092B1 (en) | Non-contact mobile charge measurement with leakage band-bending and dipole correction | |
Zhang et al. | Two-Pulse $ C $–$ V $: A New Method for Characterizing Electron Traps in the Bulk of $\hbox {SiO} _ {2}/\hbox {high-}\kappa $ Dielectric Stacks | |
Gao et al. | As-grown-generation model for positive bias temperature instability | |
Wilson et al. | The present status and recent advancements in corona-Kelvin non-contact electrical metrology of dielectrics for IC-manufacturing | |
Lagowski et al. | Contact potential difference methods for full wafer characterization of oxidized silicon | |
KR100413134B1 (ko) | 박막 트랜지스터의 전기적 특성의 모델링 | |
JP7153272B2 (ja) | 電気特性測定装置及び電気特性測定方法 | |
Young et al. | The Pulsed I d-V g methodology and Its Application to the Electron Trapping Characterization of High-κ gate Dielectrics | |
Huang et al. | Lateral nonuniformity of effective oxide charges in MOS capacitors with Al/sub 2/O/sub 3/gate dielectrics | |
JPH0450674A (ja) | 絶縁破壊評価用試験素子 | |
JP2609728B2 (ja) | Mis界面評価法及び装置 | |
Drummond et al. | Measurement of effective carrier lifetime at the semiconductor–dielectric interface by Photoconductive Decay (PCD) Method | |
Ryan et al. | On the contribution of bulk defects on charge pumping current | |
US12027430B1 (en) | Semiconductor doping characterization method using photoneutralization time constant of corona surface charge | |
Palumbo et al. | Electrical correlation of double-diffused metal–oxide–semiconductor transistors exposed to gamma photons, protons, and hot carriers | |
JP6867627B2 (ja) | 界面準位密度測定装置 | |
Nishi et al. | Nondestructive measurement of nonlinear conduction of nanoscale materials, nanoscale SiO2, and K0. 3MoO3 by pulse photoconductivity method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211008 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220810 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220818 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220905 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220913 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220921 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7153272 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |