JPH0786356A - Evaluating device for semiconductor characteristic - Google Patents

Evaluating device for semiconductor characteristic

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JPH0786356A
JPH0786356A JP22915193A JP22915193A JPH0786356A JP H0786356 A JPH0786356 A JP H0786356A JP 22915193 A JP22915193 A JP 22915193A JP 22915193 A JP22915193 A JP 22915193A JP H0786356 A JPH0786356 A JP H0786356A
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JP
Japan
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oxide film
silicon wafer
lifetime
measured
gate oxide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP22915193A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Masui
昇一 桝井
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

PURPOSE:To measure the life time of silicon wafer in a highly efficient manner and to contrive high reliability of the silicon wafer by a method wherein, when the life time of the silicon wafer is measured, the resistvity of an oxide film is measured before measrement of C-t characteristics, and the present or not of leakage on a gate oxide film is confirmed. CONSTITUTION:A probe 6 is placed on the MOS capacitor 5 on the specific position of a silicon wafer, a current-voltage characteristics measuring device 8 is selected by a change-over switch 7, and the resistivity of a gate oxide film is measured. Whether this resistivity is higher than the prescribed value, which is determined by referring to the formula I, is judged by a control computer, and if it is in excess of the prescribed value, a capacitance meter 9 is selected by a changeover switch 7, and the life time is computed by measuring Ct characteristics. If the specific resistance is lower than the prescribed value, the specific data showing the presence of an oxide film leakage is written in as the data of life time while the change-over switch is being maintained in the current-voltage characteristic measuring device 8.

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、シリコンウエハのライ
フタイム測定の効率化、および、高信頼化に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to efficiency and high reliability of lifetime measurement of silicon wafers.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のシリコンウエハのライフタイム測
定は、図2に示したフローチャートにしたがって、シリ
コンウエハ上にMOSキャパシタを作成した後、C−t
特性の測定を行い、Zerbst解析などによってライ
フタイムを計算するという手順をとっている。
2. Description of the Related Art The conventional lifetime measurement of a silicon wafer is performed according to the flow chart shown in FIG.
The characteristic is measured, and the lifetime is calculated by Zerbst analysis or the like.

【0003】ここで、MOSキャパシタは図3に示す構
造を持っており、ゲート1、ゲート酸化膜2、シリコン
ウエハ3、および、裏面電極4から構成されている。図
2の手順でシリコンウエハのライフタイムを評価すると
き、ゲート酸化膜2にリークが存在しない場合には、図
4に示すような通常のC−t曲線が得られる。しかしな
がら、MOSキャパシタの製造工程の異常などによって
ゲート酸化膜2にリークが存在するとC−t特性は図5
のように変化する。
Here, the MOS capacitor has a structure shown in FIG. 3, and is composed of a gate 1, a gate oxide film 2, a silicon wafer 3, and a back surface electrode 4. When the lifetime of the silicon wafer is evaluated by the procedure of FIG. 2, a normal Ct curve as shown in FIG. 4 is obtained when the gate oxide film 2 has no leak. However, if there is a leak in the gate oxide film 2 due to an abnormality in the manufacturing process of the MOS capacitor, the C-t characteristic is as shown in FIG.
It changes like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】我々の解析によれば、
図5はゲート酸化膜2にリークが存在するために、シリ
コンウエハ3の内部で発生した少数キャリアが、酸化膜
を通してゲート1に流れ込んでしまい、見かけ上のライ
フタイムは無限大の大きさになる現象を示していること
がわかった。
According to our analysis,
In FIG. 5, since there is a leak in the gate oxide film 2, minority carriers generated inside the silicon wafer 3 flow into the gate 1 through the oxide film, and the apparent lifetime becomes infinite. It turned out that it showed a phenomenon.

【0005】このように、ゲート酸化膜2にリークが存
在し、比抵抗が小さくなると、シリコンウエハのライフ
タイムを測定することは不可能となり、C−t測定する
こと自体が無駄なことになる。加えて、酸化膜にリーク
が存在する場合でも、C−t特性のみの測定でゲート酸
化膜のリークの有無を判断しようとすると、最低でも5
点以上の測定が必要であり、評価に時間がかかってしま
う。さらには、測定設備に関するなんらかの異常がある
場合(たとえばゲート電圧がうまく印加されない場合)
にも図5の波形が観測されうるので、図5の波形が得ら
れた時に装置起因なのか、被測定物起因なのかを特定す
ることができなかった。
As described above, when the gate oxide film 2 has a leak and the specific resistance becomes small, it becomes impossible to measure the lifetime of the silicon wafer, and the Ct measurement itself becomes useless. . In addition, even if there is a leak in the oxide film, it is at least 5 if the presence or absence of a leak in the gate oxide film is determined by measuring only the Ct characteristic.
It is necessary to measure more than the points and it takes time to evaluate. Furthermore, if there is something wrong with the measurement equipment (for example, if the gate voltage is not applied properly).
However, since the waveform of FIG. 5 can be observed, it was not possible to specify whether the waveform was caused by the apparatus or the object to be measured when the waveform shown in FIG. 5 was obtained.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、シリコンウエ
ハのライフタイムを測定する際に、C−t特性の測定前
に酸化膜の比抵抗を測定し、ゲート酸化膜のリークの有
無、つまり、シリコンウエハのライフタイムが測定可能
であることを確認することを特徴とする。
According to the present invention, when measuring the lifetime of a silicon wafer, the specific resistance of the oxide film is measured before measuring the Ct characteristic to determine whether or not there is a leak in the gate oxide film. It is characterized by confirming that the lifetime of the silicon wafer can be measured.

【0007】[0007]

【作用】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0008】本発明のライフタイム評価のフローチャー
トを図1に示す。特徴となるのは、C−t特性の測定前
にゲート酸化膜の比抵抗を測定し、比抵抗が所定値以上
であればC−t特性を測定し、それよりも小さければラ
イフタイムを測定しないことである。これが請求項1の
内容である。
A flowchart of the lifetime evaluation of the present invention is shown in FIG. The feature is that the specific resistance of the gate oxide film is measured before the measurement of the Ct characteristic, the Ct characteristic is measured if the specific resistance is equal to or more than a predetermined value, and the lifetime is measured if it is smaller than that. Do not do it. This is the content of claim 1.

【0009】ここで、最も重要なのが上記の所定値の決
定についてであり、我々の導出した所定値の決定方法を
以下で詳細に説明する。
Here, the most important thing is the above-described determination of the predetermined value, and the method of determining the predetermined value that we have derived will be described in detail below.

【0010】まず、シリコンウエハ3空乏層から生成し
て反転層を形成する少数キャリアアによる(拡散)電流
成分Igen は、
First, the (diffused) current component Igen due to minority carriers generated from the depletion layer of the silicon wafer 3 to form the inversion layer is

【0011】[0011]

【数2】 [Equation 2]

【0012】と表わされる。ここで、qは電子の電荷
量、ni はシリコンの真性キャリア濃度、tdep はオー
ヴァ・デイプリーション状態(C−t特性測定時に、最
終的に反転層を形成するために印加されるバイアス電圧
によって、最初にMOSキャパシタがおちいる熱的に非
平衡なディプリーション状態をさす)の空乏層厚さ、A
cap はMOSキャパシタの面積、τはシリコンウエハ中
の少数キャリアの生成ライフタイムを示している。この
時、空乏層の横方向へのひろがりは無視している。この
近似は空乏層厚さに比べて大きなサイズを持つMOSキ
ャパシタで成立するわけであるが、通常の空乏層厚さは
せいぜい1μmのオーダー、MOSキャパシタの大きさ
は1mmのオーダーであるため、通常この近似は成立す
る。また、酸化膜中のリーク電流Ileakは、
It is represented by Here, q is the electron charge amount, n i is the intrinsic carrier concentration of silicon, t dep is the over-depletion state (the bias applied to finally form the inversion layer when measuring the Ct characteristics). The depletion layer thickness of the thermally non-equilibrium depletion state where the MOS capacitor first falls depending on the voltage), A
cap represents the area of the MOS capacitor, and τ represents the generation lifetime of minority carriers in the silicon wafer. At this time, the lateral expansion of the depletion layer is ignored. This approximation holds for a MOS capacitor having a size larger than the depletion layer thickness, but the normal depletion layer thickness is on the order of 1 μm at most, and the size of the MOS capacitor is on the order of 1 mm. This approximation holds. The leak current I leak in the oxide film is

【0013】[0013]

【数3】 [Equation 3]

【0014】と表わされる。ここで、Vodはオーヴァ・
ディプリーション電圧、toxはゲート酸化膜厚、ρは酸
化膜の比抵抗である。
Is represented by Where V od is Ova
Depletion voltage, tox is the gate oxide film thickness, and ρ is the specific resistance of the oxide film.

【0015】反転層が形成されるためにはIgen >I
leakでなければならないわけであるが、ここで、反転層
が得られるため確保されるべき酸化膜の比抵抗について
考えてみよう。最も反転層が得やすい条件は、Vodとし
てシリコウエハ表面に反転層を形成できる最小の電圧、
つまり、しきい値電圧を印加した場合である。Vodをこ
れよりも大きくすると、Igen はVodの平方根にほぼ比
例して増加するが、IleakはVodに比例するため反転は
起こりにくくなる。このときのシリコンウエハに広がる
空乏層の厚さtdep は、
In order for the inversion layer to be formed, I gen > I
It must be a leak , but let's think about the specific resistance of the oxide film that must be secured because an inversion layer is obtained. The condition that the inversion layer is most easily obtained is the minimum voltage as V od that can form the inversion layer on the silicon wafer surface.
That is, the case where the threshold voltage is applied. When V od is made larger than this, I gen increases almost in proportion to the square root of V od , but I leak is in proportion to V od , so that inversion is less likely to occur. At this time, the thickness t dep of the depletion layer spreading on the silicon wafer is

【0016】[0016]

【数4】 [Equation 4]

【0017】と与えられる。ここで、εsiはシリコンの
誘導率である。また、この時の酸化膜にかかるオーヴァ
・ディプリーション電圧Vodは、
Is given. Here, ε si is the inductivity of silicon. Further, the over depletion voltage V od applied to the oxide film at this time is

【0018】[0018]

【数5】 [Equation 5]

【0019】となる。Vfbは、MOSキャパシタのフラ
ット・バンド電圧、Coxはゲート酸化膜の単位面積あた
りの静電容量で、二酸化シリコンの誘電率をεoxとする
とCox=εox/toxと与えられる量である。
It becomes V fb is the flat band voltage of the MOS capacitor, C ox is the capacitance per unit area of the gate oxide film, and the amount given as C ox = ε ox / t ox , where ε ox is the dielectric constant of silicon dioxide. Is.

【0020】Igen =Ileakという条件において、シリ
コンウエハで生じうるライフタイムの最大値をτmax
し、(4)〜(6)を電流の式に代入すると、ライフタ
イムの測定を可能にするゲート酸化膜の最小値ρとして
次式が得られる。
Under the condition of I gen = I leak , if the maximum value of the lifetime that can occur in the silicon wafer is τ max and (4) to (6) are substituted into the current equation, the lifetime can be measured. The following equation is obtained as the minimum value ρ of the gate oxide film.

【0021】[0021]

【数6】 [Equation 6]

【0022】実際のライフタイム測定時にはρの値に余
裕を持たせるために、図1に示される所定値にはこの値
より大きな値を使用することになることになる。これが
請求項2の内容である。
In order to allow a margin for the value of ρ at the time of actually measuring the lifetime, a value larger than this value will be used as the predetermined value shown in FIG. This is the content of claim 2.

【0023】[0023]

【実施例】以下本発明を図面を使用して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図6は、シリコンウエハに多数作成された
MOSキャパシタを測定し、ライフタイムのシリコウエ
ハ面内分布を評価することを目的とした装置である。
FIG. 6 shows an apparatus for measuring a large number of MOS capacitors formed on a silicon wafer and evaluating the in-plane distribution of the lifetime of the silicon wafer.

【0025】シリコンウエハ中に多数作成されたMOS
キャパシタは、この図では被測定物5として表わされて
いる。MOSキャパシタのゲートにはプローブ6が接続
されており、裏面側は接地されている。プローブ6から
の結線は切り替えスイッチ7を通じて酸化膜の比抵抗を
測定するための電流−電圧特性測定装置8、および、C
−t特性を測定するためのキャパシタンスメータ9につ
ながれている。そして、プローブ6、切り替えスイッチ
7、電流−電圧特性測定装置8、キャパシタンスメータ
9は、制御用コンピュータ10によって、図1のフロー
チャートを実現できるように制御されている。図6で、
破線の矢印は制御用コンピュータ10と被制御対象との
命令とデータのやりとりを模式的に示している。
MOS formed in large numbers in a silicon wafer
The capacitor is represented as device under test 5 in this figure. A probe 6 is connected to the gate of the MOS capacitor, and the back side is grounded. The connection from the probe 6 is a current-voltage characteristic measuring device 8 for measuring the specific resistance of the oxide film through a changeover switch 7, and C
It is connected to a capacitance meter 9 for measuring the -t characteristic. The probe 6, the changeover switch 7, the current-voltage characteristic measuring device 8, and the capacitance meter 9 are controlled by the control computer 10 so that the flowchart of FIG. 1 can be realized. In FIG.
The dashed arrows schematically show the exchange of instructions and data between the control computer 10 and the controlled object.

【0026】図1のフローチャートにしたがってライフ
タイムを評価するために、まず、シリコンウエハ上の特
定の位置のMOSキャパシタにプローブを置き、切り替
えスイッチ7によって電流−電圧特性測定装置8を選択
し、ゲート酸化膜の比抵抗を測定する。この比抵抗が、
(6)式を参考にして決定された所定値以上であるかを
制御用コンピュータが判断し、もし、所定値以上であれ
ば切り替えスイッチ7によってキャパシタスメータ9を
選択して、C−t特性の測定を行ってライフタイムを計
算する。もし、所定値以下であれば、切り替えスイッチ
7は電流−電圧特性測定装置8に保ったまま、ライフタ
イムのデータとして酸化膜リークの存在を示す特有のデ
ータを書き込む。続いては、別のMOSキャパシタを測
定するために、プローブを別の位置に動かし、同様な手
段によってライフタイムの評価を行う。
In order to evaluate the lifetime according to the flow chart of FIG. 1, first, a probe is placed on a MOS capacitor at a specific position on a silicon wafer, a current-voltage characteristic measuring device 8 is selected by a changeover switch 7, and a gate is selected. The specific resistance of the oxide film is measured. This resistivity is
The control computer determines whether the value is equal to or higher than the predetermined value determined by referring to the equation (6). If the value is equal to or higher than the predetermined value, the capacitor meter 9 is selected by the changeover switch 7 to obtain the Ct characteristic. To calculate the lifetime. If the value is less than the predetermined value, the changeover switch 7 writes the peculiar data indicating the existence of the oxide film leak as the lifetime data while keeping the current-voltage characteristic measuring device 8. Subsequently, in order to measure another MOS capacitor, the probe is moved to another position, and the lifetime is evaluated by the same means.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によって、シリコンウエハのライ
フタイムの測定における無駄なC−t特性評価を省略で
き、また、酸化膜リークの存在によるライフタイム測定
が不可能なことを得ることによって、評価の効率化と高
信頼化を実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to omit the unnecessary Ct characteristic evaluation in the measurement of the lifetime of the silicon wafer, and to obtain the fact that the lifetime measurement due to the existence of the oxide film leak is impossible. It is possible to achieve higher efficiency and higher reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のシリコンウエハのライフタイム評価装
置の特徴を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flow chart showing the features of a silicon wafer lifetime evaluation apparatus of the present invention.

【図2】従来のシリコンウエハのライフタイム評価装置
の特徴を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the features of a conventional silicon wafer lifetime evaluation apparatus.

【図3】MOSキャパシタの断面構造図である。FIG. 3 is a cross-sectional structure diagram of a MOS capacitor.

【図4】正常なC−t特性の測定例である。FIG. 4 is a measurement example of a normal Ct characteristic.

【図5】ゲート酸化膜のリーク等によって異常を示した
C−t特性の測定例である。
FIG. 5 is a measurement example of Ct characteristics showing an abnormality due to leakage of a gate oxide film and the like.

【図6】本発明のシリコンウエハのライフタイム評価装
置の一実施例を示す装置構成図である。
FIG. 6 is a device configuration diagram showing an embodiment of a lifetime evaluation device for a silicon wafer according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ゲート 2:ゲート酸化膜 3:シリコンウエハ 4:裏面電極 5:被測定物 6:プローブ 7:切り替えスイッチ 8:電流−電圧測定測定装置 9:キャパシタンスメーター 10:制御用コンピュータ 1: Gate 2: Gate oxide film 3: Silicon wafer 4: Backside electrode 5: Object to be measured 6: Probe 7: Changeover switch 8: Current-voltage measurement and measurement device 9: Capacitance meter 10: Control computer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MOSキャパシタのC−t特性を測定す
ることによってシリコンウエハのライフタイムを評価す
る装置において、 C−t測定の前に酸化膜の比抵抗を測定し、 この比抵抗がライフタイムの上限値から決定される所定
値ρ以上であればC−t測定を行い、 それよりも小さければC−t測定を行わないことを特徴
とするシリコンウエハのライフタイム評価装置。
1. An apparatus for evaluating the lifetime of a silicon wafer by measuring the Ct characteristic of a MOS capacitor, wherein the resistivity of an oxide film is measured before the Ct measurement, and this resistivity is the lifetime. An apparatus for evaluating lifetime of a silicon wafer, wherein Ct measurement is performed when the value is equal to or larger than a predetermined value ρ determined from the upper limit value of Ct, and Ct measurement is not performed when the value is smaller than that.
【請求項2】 比抵抗の所定値ρが、 【数1】 以上であることを特徴とする、請求項1記載のライフタ
イム評価装置。ここで、VfbはMOSキャパシタのフラ
ットバンド電圧、qは電子の電荷量、εsiはシリコンの
誘電率、Nsub はシリコンウエハ中の不純物濃度、ΦF
はシリコンウエハのフェルミ・ポテンシャルでボルツマ
ン定数をk,絶対温度をT、シリコンの真性キャリア濃
度をni とするとΦF =(KT/q)ln(Nsub
i)と与えられる量であり、Coxはゲート酸化膜の単
位面積あたりの静電容量で、二酸化シリコンの誘電率を
εox、ゲート酸化膜圧厚をtoxとするとCox=εox/t
oxと与えれる量であり、τmax は測定したいライフタイ
ムの上限値である。
2. The predetermined value ρ of the specific resistance is given by: The lifetime evaluation device according to claim 1, which is the above. Here, V fb is the flat band voltage of the MOS capacitor, q is the charge amount of electrons, ε si is the dielectric constant of silicon, N sub is the impurity concentration in the silicon wafer, and Φ F
Is the Fermi potential of the silicon wafer, where Φ F = (KT / q) ln (N sub / where Boltzmann constant is k, absolute temperature is T, and intrinsic carrier concentration of silicon is n i.
n i) an amount given and, C ox is the capacitance per unit area of the gate oxide film, the dielectric constant of silicon dioxide epsilon ox, the gate oxide film圧厚and t ox C ox = ε ox / T
It is a quantity given as ox, and τ max is the upper limit value of the lifetime to be measured.
JP22915193A 1993-09-14 1993-09-14 Evaluating device for semiconductor characteristic Withdrawn JPH0786356A (en)

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