JPH04338666A - Evaluating apparatus for semiconductor device - Google Patents

Evaluating apparatus for semiconductor device

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JPH04338666A
JPH04338666A JP3111558A JP11155891A JPH04338666A JP H04338666 A JPH04338666 A JP H04338666A JP 3111558 A JP3111558 A JP 3111558A JP 11155891 A JP11155891 A JP 11155891A JP H04338666 A JPH04338666 A JP H04338666A
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JP
Japan
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semiconductor device
light
light source
evaluation apparatus
deterioration
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Application number
JP3111558A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriko Tsutsu
筒 野里子
Yukiharu Uraoka
行治 浦岡
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04338666A publication Critical patent/JPH04338666A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an apparatus for evaluating a semiconductor device, which can measure reliability of the device without applying an excess power source voltage in a short time and be applied from a single transistor to a super LSI as an object to be measured. CONSTITUTION:Initial characteristics of a semiconductor device 1 are measured by using a power source 2 and a current measuring unit 3. Then, the device 1 is irradiated with a light from a light source 4 for a predetermined time and characteristics of the device are deteriorated by an optical energy, electric characteristics of the device 1 are again measured by using the power source 2 and the unit 3, and variation amounts from the initial characteristics are calculated to evaluate reliability of the device.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの評価
装置、特に半導体デバイスの不良解析及び信頼性の評価
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device evaluation system, and more particularly to a semiconductor device failure analysis and reliability evaluation system.

【0002】0002

【従来の技術】近年、半導体デバイスの微細化に伴い、
デバイスの動作時に、デバイス内に生ずる高電界により
ホットキャリアが発生し、それがゲート酸化膜に注入・
捕獲されて引き起こすデバイス特性の劣化が信頼性上の
大きな課題となっている。
[Background Art] In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices,
During device operation, hot carriers are generated due to the high electric field generated within the device, and these are injected into the gate oxide film.
Deterioration of device characteristics caused by capture is a major reliability issue.

【0003】従来、ホットキャリアによる半導体デバイ
スの特性劣化寿命は、実際に半導体デバイスにストレス
電圧を印加して、ストレス前後のデバイスの電気特性の
変化量を測定して求めていた。以下図面を参照しながら
、上記した従来の評価技術の一例について説明する。
Conventionally, the lifetime of characteristic deterioration of a semiconductor device due to hot carriers has been determined by actually applying a stress voltage to the semiconductor device and measuring the amount of change in the electrical characteristics of the device before and after the stress. An example of the conventional evaluation technique described above will be described below with reference to the drawings.

【0004】図6は従来の評価技術の測定装置を示すも
のである。図6において、1は半導体デバイス、2は電
源、3は電流測定器である。半導体デバイス1に電源2
および電流測定器3を接続する。
FIG. 6 shows a conventional evaluation technology measuring device. In FIG. 6, 1 is a semiconductor device, 2 is a power supply, and 3 is a current measuring device. Power supply 2 to semiconductor device 1
and connect the current measuring device 3.

【0005】以上のように構成された測定装置について
、以下その動作について説明する。まず、電源2及び電
流測定器3を用いて、半導体デバイス1の初期電気特性
を測定する。次に、電源2から半導体デバイス1に一定
時間、ストレス電圧を印加した後、電源2及び電流測定
器3を用いて、半導体デバイス1の電気特性を測定し、
初期特性からの変動量を計算する。半導体デバイス1の
特性の変動量が初期特性に対して一定の基準量、例えば
10%〜50%になるまで、ストレス電圧印加と電気特
性測定を数時間から数日間繰り返す。デバイス間のホッ
トキャリア耐性の比較を行う場合には、それぞれのデバ
イスに同一時間・同一電圧のストレスを印加した後、そ
れぞれのデバイスの特性の変動量を比較して、優劣を判
断する。図7と図8に上記の従来の評価技術による評価
結果を示す。評価に用いた半導体デバイスは、N−ch
 MOS トランジスタで、酸化膜厚 16nm、サイ
ズは W/L=20um/1um のものである。トラ
ンジスタ特性の閾値電圧の劣化量、△Vt の経時劣化
を評価し、劣化量の上限、つまり寿命は、△Vt=50
mV とした。図7は、作成プロセス条件の異なるサン
プルA、Bに、同じストレス電圧、Vd=7V、Vg=
1.5V を印加して△Vt の経時劣化を比較した結
果を示す。図7から、サンプルBの方が、サンプルAよ
り△Vt の劣化が少なく、従って、サンプルBの方が
信頼性寿命が長いことがわかる。図8では、デバイスに
印加するストレス電圧をかえた場合の △Vt の経時
劣化を示した。図8からわかるのように、デバイスに印
加するストレス電圧により、△Vt が 50mV の
基準を越えるまでの時間、すなわち寿命がかわる。スト
レス電圧は測定時間を短くするため、通常の電圧より2
0%から50%程度高めにしている。図9にストレス印
加電圧と寿命の関係を示す。図9に示す様に、印加電圧
の逆数と寿命の対数値が比例関係になり、このグラフか
ら通常使用する電圧での寿命を予測することができる。 (例えば、日経マグロウヒル社刊武田英次著「ホットキ
ャリア効果」)
The operation of the measuring device configured as described above will be explained below. First, the initial electrical characteristics of the semiconductor device 1 are measured using the power supply 2 and the current measuring device 3. Next, after applying a stress voltage to the semiconductor device 1 from the power supply 2 for a certain period of time, the electrical characteristics of the semiconductor device 1 are measured using the power supply 2 and the current measuring device 3,
Calculate the amount of variation from the initial characteristics. Application of the stress voltage and measurement of the electrical characteristics are repeated for several hours to several days until the amount of variation in the characteristics of the semiconductor device 1 reaches a certain reference amount, for example, 10% to 50% of the initial characteristics. When comparing hot carrier resistance between devices, after applying stress for the same time and voltage to each device, the amount of variation in the characteristics of each device is compared to determine superiority or inferiority. FIG. 7 and FIG. 8 show evaluation results using the above-mentioned conventional evaluation technique. The semiconductor device used for evaluation was N-ch
The MOS transistor has an oxide film thickness of 16 nm and a size of W/L=20 um/1 um. The amount of deterioration of the threshold voltage of the transistor characteristics, △Vt, is evaluated over time, and the upper limit of the amount of deterioration, that is, the lifetime, is △Vt = 50.
mV. FIG. 7 shows samples A and B with different production process conditions at the same stress voltage, Vd=7V, Vg=
The results of comparing the aging deterioration of ΔVt with 1.5V applied are shown. From FIG. 7, it can be seen that sample B has less ΔVt degradation than sample A, and therefore sample B has a longer reliability life. FIG. 8 shows the deterioration of ΔVt over time when the stress voltage applied to the device was changed. As can be seen from FIG. 8, the time it takes for ΔVt to exceed the 50 mV standard, that is, the lifetime, changes depending on the stress voltage applied to the device. The stress voltage is 2 times higher than the normal voltage to shorten the measurement time.
It is set high from 0% to about 50%. FIG. 9 shows the relationship between stress applied voltage and life. As shown in FIG. 9, the reciprocal of the applied voltage and the logarithm of the lifespan are in a proportional relationship, and from this graph the lifespan at the normally used voltage can be predicted. (For example, "Hot carrier effect" by Eiji Takeda, published by Nikkei McGraw-Hill)

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな方法では、半導体デバイスを劣化させるのにかかる
時間は、印加するストレス電圧に依存するため、通常の
電圧で10年の寿命を保証する場合に、数時間で寿命を
測定するためには、ストレス電圧を通常の電圧より50
%以上高めにする必要があるが、ストレス電圧をあまり
大きくしすぎると、通常動作状態に比べ半導体デバイス
の内部の電界分布状態が大きく異なることから、劣化の
メカニズムがかわってしまい、正確な寿命予測ができな
くなってしまう。例えば、図9において、Vd=9V 
では、寿命が比例直線からずれていることがわかる。し
たがって、ストレス電圧はなるべく通常電圧に近いこと
が望ましいが、あまり低すぎると寿命を求めるのに非常
に長い時間がかかってしまう。例えば、図9において、
Vd=6V では、△Vt=50mV の寿命は10日
以上である。このように従来の方法では、短時間で正確
に寿命を求めることが難しいという問題点を有していた
。また、個々のデバイスにストレス電圧を印加する必要
があるため、測定対象としては単体トランジスタに限ら
れることも問題であった。
[Problem to be Solved by the Invention] However, with the above method, the time it takes to degrade a semiconductor device depends on the applied stress voltage, so when guaranteeing a 10-year lifespan with normal voltage, , in order to measure the life in a few hours, the stress voltage should be 50° higher than the normal voltage.
% or more, but if the stress voltage is too high, the electric field distribution inside the semiconductor device will be significantly different compared to normal operating conditions, which will change the deterioration mechanism and make accurate life prediction difficult. I become unable to do so. For example, in FIG. 9, Vd=9V
It can be seen that the lifespan deviates from the proportional line. Therefore, it is desirable that the stress voltage be as close to the normal voltage as possible, but if it is too low, it will take a very long time to determine the lifespan. For example, in FIG.
At Vd=6V, the lifetime of ΔVt=50mV is more than 10 days. As described above, the conventional method has had the problem that it is difficult to accurately determine the life span in a short period of time. Another problem is that the measurement target is limited to single transistors because it is necessary to apply a stress voltage to each individual device.

【0007】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、半導体デバイスの特性劣化を短時間に測
定することができ、測定対象としては単体トランジスタ
から超LSIまで適用できる半導体デバイスの評価装置
を提供するものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to measure the characteristic deterioration of semiconductor devices in a short time, and the measurement target can be applied to semiconductor devices ranging from single transistors to very large scale integrated circuits. This provides an evaluation device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体デバイスの評価装置は、光源と、電
源と、電流測定器を備え、半導体デバイスに光を照射し
、その前後のデバイスの特性を評価する装置とするもの
である。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the semiconductor device evaluation apparatus of the present invention includes a light source, a power source, and a current measuring device, and irradiates light onto the semiconductor device. The device is intended to evaluate the characteristics of devices.

【0009】[0009]

【作用】本発明は上記した構成により、半導体デバイス
に光を照射してその光エネルギーによりデバイス特性を
劣化させ、光照射前後のデバイスの特性の変化を評価す
ることにより、半導体デバイスの信頼性を短時間に測定
でき、また、測定対象としては、個々のデバイスにスト
レス電圧を印加する必要がないため、単体トランジスタ
から超LSIまで適用できる半導体デバイスの評価装置
である。
[Operation] With the above-described configuration, the present invention improves the reliability of semiconductor devices by irradiating light onto a semiconductor device, deteriorating device characteristics with the light energy, and evaluating changes in device characteristics before and after light irradiation. Since it can be measured in a short time and there is no need to apply a stress voltage to each individual device, it is a semiconductor device evaluation device that can be applied to everything from single transistors to very large scale integrated circuits.

【0010】0010

【実施例】本発明の第1の実施例の半導体デバイスの評
価装置について、図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device evaluation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明の第1の実施例における半導
体デバイスの評価装置を示すものである。図1において
、1は半導体デバイス、2は電源、3は電流測定器、4
は光源である。半導体デバイス1に電源2および電流測
定器3を接続する。光源4は半導体デバイス1に照射で
きるよう設置する。
FIG. 1 shows a semiconductor device evaluation apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a semiconductor device, 2 is a power supply, 3 is a current measuring device, and 4
is a light source. A power source 2 and a current measuring device 3 are connected to the semiconductor device 1 . The light source 4 is installed so that it can irradiate the semiconductor device 1 .

【0012】以上のように構成された測定装置について
、以下図1を用いてその動作について説明する。
The operation of the measuring device constructed as described above will be explained below with reference to FIG.

【0013】まず、電源2及び電流測定器3を用いて、
半導体デバイス1の初期特性を測定する。次に、光源4
から半導体デバイス1に一定時間、光照射した後、再度
電源2及び電流測定器3を用いて、半導体デバイス1の
電気特性を測定し、初期特性からの変動量を計算する。 図2に本実施例による測定結果を示す。半導体デバイス
としては、N−ch MOS トランジスタで、酸化膜
厚 16nm、サイズは W/L=20um/1um 
のものを、光源は出力波長範囲 300 〜 800 
nm のハロゲンランプを用いた。図2より従来の電気
ストレス同様に光でも特性が劣化することがわかる。ま
た、光源をかえて光源の出力波長を短くして光エネルギ
ーを大きくしたり、光源の消費電力を大きくすることに
よりさらに劣化を加速することも可能である。
First, using the power source 2 and current measuring device 3,
Initial characteristics of the semiconductor device 1 are measured. Next, light source 4
After irradiating the semiconductor device 1 with light for a certain period of time, the electrical characteristics of the semiconductor device 1 are measured again using the power source 2 and the current measuring device 3, and the amount of variation from the initial characteristics is calculated. FIG. 2 shows the measurement results according to this example. The semiconductor device is an N-ch MOS transistor with an oxide film thickness of 16 nm and a size of W/L=20 um/1 um.
The light source has an output wavelength range of 300 to 800
A nm halogen lamp was used. It can be seen from FIG. 2 that the characteristics are degraded by light as well as by conventional electrical stress. It is also possible to further accelerate the deterioration by changing the light source, shortening the output wavelength of the light source to increase the optical energy, or increasing the power consumption of the light source.

【0014】本実施例のよれば、半導体デバイスに光源
4を用いて光照射で特性劣化を起こさせることにより、
簡単に短時間で過剰な電源電圧をかけることなくデバイ
スの劣化を測定することができる。また、個々のトラン
ジスタにストレス電圧を印加する必要がないため、測定
対象として、単体トランジスタから超LSIまで適用で
きる。
According to this embodiment, by irradiating the semiconductor device with light using the light source 4 to cause characteristic deterioration,
Device deterioration can be easily measured in a short time and without applying excessive power supply voltage. Furthermore, since there is no need to apply a stress voltage to each transistor, the measurement target can be applied to everything from single transistors to very large scale integrated circuits (VLSIs).

【0015】本発明の第2の実施例について図面を参照
しながら説明する。図3は本発明の第2の実施例を示す
半導体デバイスの評価装置図である。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram of a semiconductor device evaluation apparatus showing a second embodiment of the present invention.

【0016】同図において、1は半導体デバイス、2は
電源、3は電流測定器、4は光源で、以上は図1の構成
と同様なものである。
In the figure, 1 is a semiconductor device, 2 is a power source, 3 is a current measuring device, and 4 is a light source, which is the same as the configuration shown in FIG.

【0017】図1と異なるのは波長フィルタ21を光源
4に設けた点である。第2の実施例の半導体デバイスの
評価装置の動作において、第1の実施例と異なる点は波
長フィルタにより、半導体デバイスに照射する光の波長
を特定することである。図4に本実施例による測定結果
を示す。半導体デバイスは、N−ch MOSトランジ
スタで、酸化膜厚 16nm、サイズは W/L=20
um/1um のものを、光源は出力波長範囲 300
 〜 800 nm のハロゲンランプを、波長フィル
タとして、中心波長がそれぞれ、300、400、50
0、600、700nmで、半値幅 50nmのバンド
パスフィルタを用いた。図4はトランジスタに照射する
光の波長とその照射により生じたデバイスの特性パラメ
ータの劣化量の関係を示している。特性パラメータとし
て、閾値電圧、Vt、飽和電流、Ids を示した。図
4からわかるように、本実施例のよれば、光の波長を特
定することにより、特定の特性パラメータを劣化させる
ことができ、LSIにおいて特定のパラメータの劣化が
LSIの動作にどの様に影響するかを測定することがで
きる。また、照射する光のエネルギー範囲を限定するこ
とで、劣化量の光エネルギー依存性を測定することもで
きる。
The difference from FIG. 1 is that a wavelength filter 21 is provided in the light source 4. The operation of the semiconductor device evaluation apparatus of the second embodiment differs from the first embodiment in that a wavelength filter is used to specify the wavelength of light irradiated to the semiconductor device. FIG. 4 shows the measurement results according to this example. The semiconductor device is an N-ch MOS transistor with an oxide film thickness of 16 nm and a size of W/L=20.
um/1um, the light source has an output wavelength range of 300
~800 nm halogen lamps were used as wavelength filters, and the center wavelengths were 300, 400, and 50 nm, respectively.
A bandpass filter with a half width of 50 nm was used at 0, 600, and 700 nm. FIG. 4 shows the relationship between the wavelength of light irradiated to a transistor and the amount of deterioration of the characteristic parameters of the device caused by the irradiation. Threshold voltage, Vt, saturation current, and Ids are shown as characteristic parameters. As can be seen from FIG. 4, according to this embodiment, by specifying the wavelength of light, a specific characteristic parameter can be degraded, and how the degradation of a specific parameter in an LSI affects the operation of the LSI. can be measured. Furthermore, by limiting the energy range of the irradiated light, it is also possible to measure the dependence of the amount of deterioration on light energy.

【0018】尚、照射する光の波長については、動作中
の半導体デバイスから観察されるホットキャリアによる
発光の波長依存性を調べると、200nm付近の波長と
伝達コンダクタンス gm 劣化との間に強い相関が見
られることから、200nm付近の光を用いることも意
味がある。 (特願平1−293523参照)  また、シリコンの
バンドギャップ幅、1.1eV のエネルギーを持つ波
長として、約1100nm 付近の光を照射することも
有効と考えられる。
Regarding the wavelength of the irradiated light, when examining the wavelength dependence of light emission by hot carriers observed from semiconductor devices in operation, it was found that there is a strong correlation between wavelengths around 200 nm and transfer conductance gm deterioration. Since it can be seen, it is also meaningful to use light around 200 nm. (See Japanese Patent Application No. 1-293523.) It is also considered effective to irradiate light with a wavelength around 1100 nm, which has an energy of 1.1 eV, which is the band gap width of silicon.

【0019】本発明の第3の実施例について図面を参照
しながら説明する。評価装置は第1の実施例と同様の装
置を用いる。第3の実施例の半導体デバイスの評価装置
の動作において、第1の実施例と異なる点は、半導体デ
バイスに光照射すると同時にストレス電圧を印加するこ
とである。図1を用いてその動作を説明する。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As the evaluation device, the same device as in the first embodiment is used. In the operation of the semiconductor device evaluation apparatus of the third embodiment, the difference from the first embodiment is that a stress voltage is applied at the same time as the semiconductor device is irradiated with light. Its operation will be explained using FIG.

【0020】まず、電源2及び電流測定器3を用いて、
半導体デバイス1の初期特性を測定する。次に、光源4
から半導体デバイス1に一定時間、光照射すると同時に
電源2を用いてストレス電圧を印加する。その後、再度
電源2及び電流測定器3を用いて、半導体デバイス1の
電気特性を測定し、初期特性からの変動量を計算する。 この光照射及びストレス電圧印加と電気特性測定を繰り
返し、ストレス時間と特性変動量の関係を求める。本実
施例によれば、半導体デバイスに光源4を用いた光照射
と電源2を用いたストレス電圧の両方で特性劣化を起こ
させることにより、簡単に、第1の実施例よりさらに短
時間で、過剰な電源電圧をかけることなくデバイスの劣
化を測定することができる。
First, using the power source 2 and current measuring device 3,
Initial characteristics of the semiconductor device 1 are measured. Next, light source 4
At the same time, the semiconductor device 1 is irradiated with light for a certain period of time, and at the same time, a stress voltage is applied using the power source 2. Thereafter, the electrical characteristics of the semiconductor device 1 are measured again using the power supply 2 and the current measuring device 3, and the amount of variation from the initial characteristics is calculated. This light irradiation, stress voltage application, and electrical characteristic measurement are repeated to determine the relationship between the stress time and the amount of characteristic variation. According to this embodiment, by causing characteristic deterioration of the semiconductor device by both light irradiation using the light source 4 and stress voltage using the power source 2, Device deterioration can be measured without applying excessive power supply voltage.

【0021】本発明の第4の実施例について図面を参照
しながら説明する。図5は本発明の第4の実施例を示す
半導体デバイスの評価装置を示すものである。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a semiconductor device evaluation apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.

【0022】同図において、1は半導体デバイス、2は
電源、3は電流測定器、4は光源で、以上は図1の構成
と同様なものである。
In the figure, 1 is a semiconductor device, 2 is a power supply, 3 is a current measuring device, and 4 is a light source, which is the same as the configuration shown in FIG.

【0023】図1と異なるのは、半導体デバイスからの
発光を測定する微弱光測定装置として、暗室41、顕微
鏡42、光電子増倍装置43、ビデオカメラ44、コン
トローラ45、ディスプレイ46を設けた点である。微
弱光測定装置の詳細については、特願平1−29352
3に記述している。第4の実施例の半導体デバイスの評
価装置の動作において、第1の実施例と異なる点は微弱
光測定装置により、半導体デバイスの2次元発光分布を
測定し、デバイスの劣化を発光により測定することであ
る。以下図5を用いてその動作を説明する。
The difference from FIG. 1 is that a dark room 41, a microscope 42, a photomultiplier 43, a video camera 44, a controller 45, and a display 46 are provided as a weak light measuring device for measuring light emitted from a semiconductor device. be. For details of the weak light measuring device, see Japanese Patent Application No. 1-29352.
It is described in 3. The difference in the operation of the semiconductor device evaluation apparatus of the fourth embodiment from that of the first embodiment is that the two-dimensional luminescence distribution of the semiconductor device is measured by a weak light measurement device, and the deterioration of the device is measured by luminescence. It is. The operation will be explained below using FIG.

【0024】まず微弱光測定装置の動作を説明する。暗
室41内において、顕微鏡42に評価する半導体デバイ
ス1をセットし、光源4から光をあてた状態で半導体デ
バイス1の外観像を拡大して光電子増倍装置43、ビデ
オカメラ44に入力し、ディスプレイ46に表示させる
。コントローラ45は、これらの装置間の制御を行ない
、ビデオカメラ44の画像を内部メモリに記憶する。 次に光源4及び外部からの光を遮断して、半導体デバイ
ス1に必要な電圧を電源2より印加して動作させ、その
発光を顕微鏡で拡大して光電子増倍装置43に入力、高
度に増倍した発光像をビデオカメラ44でとらえてディ
スプレイ46に表示させ、コントローラ45の内部メモ
リに一定期間蓄積させる。先に、コントローラ45にお
いて記憶された半導体デバイスの外観像をこの発光の蓄
積像と重ねて表示すれば、発光の場所及び発光量分布を
検出することができる。
First, the operation of the weak light measuring device will be explained. In a dark room 41, the semiconductor device 1 to be evaluated is set on a microscope 42, and an external image of the semiconductor device 1 is magnified under light from the light source 4 and inputted to a photomultiplier 43 and a video camera 44, and then displayed on a display. 46. Controller 45 controls these devices and stores images from video camera 44 in internal memory. Next, the light source 4 and external light are shut off, the semiconductor device 1 is operated by applying the necessary voltage from the power supply 2, and the emitted light is magnified with a microscope and inputted to the photomultiplier 43, where it is highly amplified. The multiplied luminescence image is captured by a video camera 44, displayed on a display 46, and stored in an internal memory of a controller 45 for a certain period of time. First, by superimposing and displaying the external image of the semiconductor device stored in the controller 45 with the accumulated image of the light emission, the location of the light emission and the distribution of the amount of light emission can be detected.

【0025】以上のようにして動作状態の半導体デバイ
スの発光分布が測定できる。動作状態の半導体デバイス
の発光は、ホットキャリアの発生場所や、絶縁膜破壊、
PN接合破壊の生じた場所でみられる。従って、動作状
態の半導体デバイスの発光分布を観察すると、そのデバ
イスの不良箇所が光って見えるため、半導体デバイスの
不良場所の検出に用いることができる。
As described above, the emission distribution of a semiconductor device in an operating state can be measured. Light emission from a semiconductor device in an operating state depends on the location of hot carrier generation, insulation film breakdown,
This can be seen at locations where PN junction breakdown has occurred. Therefore, when observing the light emission distribution of a semiconductor device in an operating state, defective areas of the device appear to be glowing, and this can be used to detect defective areas of the semiconductor device.

【0026】次に、この微弱光測定装置を用いた、本発
明の第4実施例の説明をする。まず、さきに述べた手順
で、半導体デバイス1の発光分布を測定する。次に、光
源4から半導体デバイス1に一定時間、光照射する。そ
の後、再度微弱光測定装置を用いて、半導体デバイス1
の発光分布を測定し、初期特性からの変化を調べ、光照
射によるデバイスの劣化場所を知ることができる。本実
施例によれば、半導体デバイスに光照射で特性劣化を起
こさせることにより、デバイスの特性劣化を起こし安い
場所を簡単に短時間で過剰な電源電圧をかけることなく
みつけることができる。超LSI等、非常に多くのトラ
ンジスタで構成される半導体デバイスでは、電気ストレ
スだけで劣化を調べるには、すべてのトランジスタが動
作するような複雑な動作パターンを作成して印加しなけ
ればならないが、光照射によれば、非常に簡単にすべて
のトランジスタを同一ストレス条件のもとで同時に劣化
させることができる。さらに、デバイスの発光分布を調
べることにより、電気測定だけでは非常に見つけにくい
、回路設計上、またはプロセスの欠陥等が原因で、特性
の劣化しやすくなっているトランジスタを簡単に特定す
ることができる。以上のように、本実施例は、光照射に
よるデバイス特性劣化と発光によるデバイスの不良場所
の検出を組み合わせることにより、従来、非常に困難で
あったLSIの劣化しやすいトランジスタの検出を非常
に簡単に実施することを可能とするものである。
Next, a fourth embodiment of the present invention using this weak light measuring device will be explained. First, the luminescence distribution of the semiconductor device 1 is measured using the procedure described above. Next, the semiconductor device 1 is irradiated with light from the light source 4 for a certain period of time. After that, using the weak light measurement device again, the semiconductor device 1 is measured.
It is possible to measure the luminescence distribution of the device, examine changes from the initial characteristics, and find out where the device has deteriorated due to light irradiation. According to this embodiment, by irradiating a semiconductor device with light to cause characteristic deterioration, it is possible to easily find a location where the characteristic deterioration of the device is less likely to occur in a short time and without applying an excessive power supply voltage. In semiconductor devices such as VLSIs, which are composed of a large number of transistors, in order to examine deterioration using only electrical stress, it is necessary to create and apply a complex operation pattern that causes all transistors to operate. Light irradiation makes it very easy to degrade all transistors simultaneously under the same stress conditions. Furthermore, by examining the luminescence distribution of a device, it is possible to easily identify transistors whose characteristics tend to deteriorate due to circuit design or process defects, which are extremely difficult to detect using electrical measurements alone. . As described above, by combining the deterioration of device characteristics due to light irradiation and the detection of defective locations in the device using light emission, this embodiment greatly simplifies the detection of transistors that are prone to deterioration in LSIs, which was previously extremely difficult. This makes it possible to implement

【0027】なお、第1の実施例において、光源4はハ
ロゲンランプとしたが、光源4はタングステンランプ、
水銀ランプ等種類を選ばない。
In the first embodiment, the light source 4 was a halogen lamp, but the light source 4 was a tungsten lamp,
Can be used with any type of mercury lamp.

【0028】また、第2の実施例において、波長フィル
タ11は光源の波長出力を特定するために用いており、
波長フィルタ11のかわりに分光器を用いてもよい。
Further, in the second embodiment, the wavelength filter 11 is used to specify the wavelength output of the light source,
A spectrometer may be used instead of the wavelength filter 11.

【0029】また、第3、第4の実施例において、第2
の実施例のように波長フィルタまたは、分光器を用いて
、照射する光の波長を特定することもできる。
[0029] Furthermore, in the third and fourth embodiments, the second
It is also possible to specify the wavelength of the irradiated light using a wavelength filter or a spectroscope as in the embodiment.

【0030】また、第4の実施例では光照射だけで半導
体デバイスを劣化させたが、第3の実施例のように光照
射と同時に電気ストレスを印加してもよい。
Further, in the fourth embodiment, the semiconductor device was deteriorated by only light irradiation, but electric stress may be applied simultaneously with light irradiation as in the third embodiment.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明は、半導体デバイス
に光照射してその光エネルギーによりデバイス特性を劣
化させ、光照射前後のデバイスの特性の劣化量を評価す
ることにより、半導体デバイスの信頼性を、非常に短時
間に、簡単に測定することを可能とし、また、測定対象
としては、個々のデバイスにストレス電圧を印加する必
要がないため、単体トランジスタから超LSIまで適用
できるものである。
As described above, the present invention improves the reliability of semiconductor devices by irradiating light onto a semiconductor device, deteriorating the device characteristics with the light energy, and evaluating the amount of deterioration of the device characteristics before and after the light irradiation. It is possible to easily measure the stress in a very short time, and since it is not necessary to apply stress voltage to each individual device, it can be applied to everything from single transistors to VLSIs. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の第1の実施例における半導体デバイス
の評価装置図である。
FIG. 1 is a diagram of a semiconductor device evaluation apparatus in a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施例による N−ch MOS トランジ
スタの光照射時間と特性劣化量△Vt の関係を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the light irradiation time and the amount of characteristic deterioration ΔVt of the N-ch MOS transistor according to the same example.

【図3】本発明の第2の実施例における半導体デバイス
の評価装置図である。
FIG. 3 is a diagram of a semiconductor device evaluation apparatus in a second embodiment of the present invention.

【図4】同実施例による N−ch MOS トランジ
スタに照射した光の波長とその照射により生じた特性パ
ラメータの劣化量の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light irradiated to the N-ch MOS transistor and the amount of deterioration of characteristic parameters caused by the irradiation.

【図5】本発明の第4の実施例における半導体デバイス
の評価装置図である。
FIG. 5 is a diagram of a semiconductor device evaluation apparatus in a fourth embodiment of the present invention.

【図6】従来の半導体デバイスの評価装置図である。FIG. 6 is a diagram of a conventional semiconductor device evaluation apparatus.

【図7】従来の評価装置による、A、B、2種類の N
−ch MOS トランジスタのストレス電圧印加時間
と特性劣化量 △Vt の関係を示す図である。
[Fig. 7] A, B, and two types of N using a conventional evaluation device
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between stress voltage application time and characteristic deterioration amount ΔVt of a -ch MOS transistor.

【図8】従来の評価装置による、印加電圧を変えた場合
の N−ch MOS トランジスタのストレス電圧印
加時間と特性劣化量 △Vt の関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between stress voltage application time and characteristic deterioration amount ΔVt of an N-ch MOS transistor when the applied voltage is changed using a conventional evaluation device.

【図9】従来の評価装置による、N−ch MOS ト
ランジスタの印加電圧と △Vt=50mV となる寿
命の関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the applied voltage of an N-ch MOS transistor and the life of ΔVt=50 mV, measured by a conventional evaluation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  半導体デバイス 2  電源 3  電流測定器 4  光源 21  波長フィルタ 41  暗室 42  顕微鏡 43  光電子増倍装置 44  ビデオカメラ 45  コントローラ 46  ディスプレイ 1 Semiconductor device 2 Power supply 3 Current measuring device 4 Light source 21 Wavelength filter 41 Darkroom 42 Microscope 43 Photomultiplier 44 Video camera 45 Controller 46 Display

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  光源と、電源と、電流測定器を備え、
前記光源から半導体デバイスに一定時間、光を照射して
光エネルギーでデバイスの特性を劣化させ、前記電源及
び前記電流測定器を用いて、劣化の前後の前記半導体デ
バイスの電気特性を測定し、初期特性からの変動量を計
算し、前記半導体デバイスの信頼性を評価する半導体デ
バイスの評価装置。
[Claim 1] Comprising a light source, a power source, and a current measuring device,
The semiconductor device is irradiated with light for a certain period of time from the light source to deteriorate the characteristics of the device with light energy, and the electrical characteristics of the semiconductor device before and after deterioration are measured using the power source and the current measuring device, and the initial A semiconductor device evaluation apparatus that calculates the amount of variation from characteristics and evaluates the reliability of the semiconductor device.
【請求項2】  光源の出力範囲を、200nmから1
100nmの範囲の少なくとも一部を含むものとするこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体デバイスの評価装
置。
Claim 2: The output range of the light source is set from 200 nm to 1
2. The semiconductor device evaluation apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor device evaluation apparatus includes at least a part of a range of 100 nm.
【請求項3】  光源と、電源と、電流測定器を備え、
前記光源から半導体デバイスに一定時間、光を照射する
と同時に電圧を印加して光エネルギーと電圧の両方でデ
バイスの特性を劣化させ、前記電源及び前記電流測定器
を用いて、劣化の前後の前記半導体デバイスの電気特性
を測定し、初期特性からの変動量を計算し、前記半導体
デバイスの信頼性を評価することを特徴とする半導体デ
バイスの評価装置。
[Claim 3] Comprising a light source, a power source, and a current measuring device,
The semiconductor device is irradiated with light from the light source for a certain period of time, and at the same time a voltage is applied to degrade the characteristics of the device with both light energy and voltage. 1. A semiconductor device evaluation apparatus, characterized in that the reliability of the semiconductor device is evaluated by measuring the electrical characteristics of the device, calculating the amount of variation from the initial characteristics.
【請求項4】  光源と、電源および微弱光測定装置を
備え、前記光源から半導体デバイスに一定時間、光を照
射して光エネルギーでデバイスの特性を劣化させ、前記
電源及び前記微弱光測定装置を用いて、劣化の前後の前
記半導体デバイスの発光特性を測定し、前記半導体デバ
イスの信頼性を評価することを特徴とする半導体デバイ
スの評価装置。
4. A method comprising: a light source, a power supply, and a weak light measuring device; the semiconductor device is irradiated with light from the light source for a certain period of time to degrade the characteristics of the device with light energy; A semiconductor device evaluation apparatus characterized in that the reliability of the semiconductor device is evaluated by measuring the light emitting characteristics of the semiconductor device before and after deterioration using the semiconductor device.
【請求項5】  光源を、200nmから1100nm
の範囲を少なくとも一部含む特定の波長領域の出力が可
能なものとすることを特徴とする請求項4記載の半導体
デバイスの評価装置。
5. The light source is from 200 nm to 1100 nm.
5. The semiconductor device evaluation apparatus according to claim 4, wherein the semiconductor device evaluation apparatus is capable of outputting in a specific wavelength range that includes at least a portion of the range.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014052207A (en) * 2012-09-05 2014-03-20 Kobe Steel Ltd Characteristic change amount measuring apparatus of semiconductor element, and characteristic change amount measuring method of semiconductor element

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014052207A (en) * 2012-09-05 2014-03-20 Kobe Steel Ltd Characteristic change amount measuring apparatus of semiconductor element, and characteristic change amount measuring method of semiconductor element

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