JPH09152463A - Method for testing degradation life of compound semiconductor device and method for evaluating reliability of compound semiconductor device - Google Patents

Method for testing degradation life of compound semiconductor device and method for evaluating reliability of compound semiconductor device

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Publication number
JPH09152463A
JPH09152463A JP31176195A JP31176195A JPH09152463A JP H09152463 A JPH09152463 A JP H09152463A JP 31176195 A JP31176195 A JP 31176195A JP 31176195 A JP31176195 A JP 31176195A JP H09152463 A JPH09152463 A JP H09152463A
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JP
Japan
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gate
bias
deterioration
stress
semiconductor device
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Application number
JP31176195A
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Japanese (ja)
Inventor
Eigo Tange
英吾 丹下
Takeshi Yokoyama
健 横山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly detect in a short time a change when a gate is deteriorated and broken, by repeatedly impressing a stress-impressing bias to a transistor and impressing a lower bias thereby measuring a deterioration characteristic until the gate is deteriorated. SOLUTION: A test apparatus consists of a CPU 1, a measuring device 2, an input device 3, a main memory device 4, etc. A semiconductor device is set to the measuring device 2. A stress bias is impressed to the semiconductor device and a characteristic of the semiconductor device is measured. When a stress is impressed, the stress bias is applied for a predetermined time to a transistor. When a deterioration characteristic is measured, a measuring circuit is switched, so that a deterioration characteristicmeasuring bias lower than the stress bias is applied between a gate and a drain of the transistor thereby measuring a gate current. The impressing of the stress and the measuring of the deterioration characteristic are repeatedly carried out until the gate is deteriorated. The dependency of the gate current and an accumulated time when the stress is impressed is obtained, which is displayed in a graph or the like at a display 6.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体装置の
劣化寿命試験方法、特に半絶縁性ガリウム砒素(GaA
s)基板に形成したHIGFET(Heterostructure In
sulated Gate Field-Effect Transistor:ヘテロ構造絶
縁ゲート電界効果トランジスタ)の劣化寿命試験に適用
して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for testing the deterioration life of a compound semiconductor device, and more particularly to semi-insulating gallium arsenide (GaA).
s) HIGFET (Heterostructure In) formed on the substrate
sulated Gate Field-Effect Transistor: a technology effective when applied to the deterioration life test of a heterostructure insulated gate field effect transistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置(半導体デバイス)は、製造
後、製品の良否を判定するためにスクリーニング等の信
頼性試験(信頼度評価)が行われる。また、製品の劣化
寿命を知るために、製品が破壊するまでの状態を測定す
る劣化寿命試験が行われている。
2. Description of the Related Art A semiconductor device (semiconductor device) is subjected to a reliability test (reliability evaluation) such as screening after manufacturing in order to determine the quality of the product. Further, in order to know the deterioration life of the product, a deterioration life test for measuring the state until the product is broken is performed.

【0003】前記信頼性試験や劣化寿命試験等では、半
導体装置に電圧ストレスを印加して試験を行う。劣化寿
命試験等では、破壊寿命にバイアス依存性があり、スト
レス印加バイアスが高いほど破壊寿命時間が短縮できる
ことから、試験時間の短縮化のため大きなストレス印加
バイアスを半導体装置に印加して劣化寿命試験等の加速
評価を行っている。
In the reliability test and the deterioration life test, the semiconductor device is tested by applying voltage stress. In the degradation life test, the breakdown life has a bias dependency, and the higher the stress application bias, the shorter the breakdown life time.Therefore, in order to shorten the test time, a large stress application bias is applied to the semiconductor device to perform the degradation life test. Etc. are being accelerated.

【0004】なお、信頼性試験については、たとえば、
オーム社発行「電子情報通信ハンドブック」1988年3月
30日発行、P973〜P975に記載されている。
Regarding the reliability test, for example,
"Electronic Information and Communication Handbook" published by Ohmsha, March 1988
Issued 30 days, described in P973 to P975.

【0005】また、半導体集積回路の環境試験方法及び
耐久性試験方法については、JIS−C−7022-1979 に
記載されている。
The environmental test method and durability test method for semiconductor integrated circuits are described in JIS-C-7022-1979.

【0006】半導体装置としては、シリコン基板を用い
たもの、半絶縁性ガリウム砒素基板等の化合物半導体基
板を用いたものが知られている。
Known semiconductor devices are those using a silicon substrate and those using a compound semiconductor substrate such as a semi-insulating gallium arsenide substrate.

【0007】半絶縁性ガリウム砒素基板を用いた半導体
装置として、ヘテロ構造絶縁ゲート電界効果トランジス
タ(HIGFET)が知られている。GaAsHIGF
ETについては、培風館発行「超高速化合物半導体デバ
イス」P120およびP121に記載されている。
A heterostructure insulated gate field effect transistor (HIGFET) is known as a semiconductor device using a semi-insulating gallium arsenide substrate. GaAsHIGF
ET is described in "Ultra High Speed Compound Semiconductor Devices", P120 and P121, published by Baifukan.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本出願人においても、
前記のような従来の劣化寿命試験方法によって、GaA
sHIGFETのゲート信頼度の評価を行っている。
The applicant of the present invention also
According to the conventional deterioration life test method described above, GaA
The gate reliability of sHIGFET is evaluated.

【0009】すなわち、GaAsHIGFETのゲート
の信頼度を評価する場合、FETののゲート−ドレイン
間電圧(Vdg)に電圧加速するために、ゲートとドレ
イン間に大きなバイアスを印加しながらゲート電流(I
g)をモニタし、ゲートの劣化,破壊の評価を行ってい
る。
That is, when the reliability of the gate of the GaAs HIGFET is evaluated, in order to accelerate the voltage to the gate-drain voltage (Vdg) of the FET, the gate current (I) is applied while applying a large bias between the gate and the drain.
g) is monitored to evaluate the deterioration and breakdown of the gate.

【0010】この場合、図8に示すストレス印加バイア
スと破壊寿命時間の相関を示すグラフにおいて、評価を
行うバイアス領域aは、ストレス印加バイアスが高い領
域、たとえば、ゲート長(Lg)が0.3μmのGaA
sHIGFETの場合、7〜8Vの高バイアス領域で劣
化寿命試験を行っている。
In this case, in the graph showing the correlation between the stress applying bias and the breakdown life time shown in FIG. 8, the bias region a to be evaluated is a region where the stress applying bias is high, for example, the gate length (Lg) is 0.3 μm. GaA
In the case of sHIGFET, the deterioration life test is performed in the high bias region of 7 to 8V.

【0011】一方、本発明者等はGaAsHIGFET
の電圧ストレス印加試験において、種々分析検討した結
果、新しい特性劣化現象(劣化モード)を知見した。
On the other hand, the present inventors have found that GaAs HIGFET
As a result of various analysis and examination in the voltage stress application test, the new characteristic deterioration phenomenon (degradation mode) was found.

【0012】この新しい劣化モードは、ゲート−ドレイ
ン間電圧(Vdg)が大きい領域でのゲート電流(I
g)の変化が小さく、ゲート−ドレイン間電圧(Vd
g)が小さい領域でのゲート電流(Ig)の変化が大き
いという特徴を有する。
This new degradation mode is characterized by the gate current (I) in the region where the gate-drain voltage (Vdg) is large.
g) is small, and the gate-drain voltage (Vd
It is characterized in that the change of the gate current (Ig) is large in the region where g) is small.

【0013】すなわち、本発明者等においては、ストレ
ス印加バイアスを加える前後のゲート−ドレイン間電圧
(Vdg)とゲート電流(Ig)との相関を調べた。
That is, the present inventors investigated the correlation between the gate-drain voltage (Vdg) and the gate current (Ig) before and after applying the stress application bias.

【0014】図9が本発明者等によって得たVdg−I
gの相関を示すグラフである。このグラフから分かるよ
うに、ゲートの劣化が発生する製品では、低いゲート電
圧領域でゲート電流が大きく増大(たとえば、数mA程
度)する事実を見出した。この場合、ゲート−ドレイン
間電圧(Vdg)が高い部分(たとえば、7〜8V程
度)でゲート電流(Ig)をモニターする従来の高バイ
アス印加による信頼性試験では、ゲート電流の変化は小
さく、ゲート劣化の検出は困難なものであることが分か
る。
FIG. 9 shows Vdg-I obtained by the present inventors.
It is a graph which shows the correlation of g. As can be seen from this graph, it was found that the gate current greatly increases (for example, about several mA) in the low gate voltage region in the product in which the gate deterioration occurs. In this case, in the reliability test by the conventional high bias application in which the gate current (Ig) is monitored at the portion where the gate-drain voltage (Vdg) is high (for example, about 7 to 8 V), the change in the gate current is small, It can be seen that the detection of deterioration is difficult.

【0015】このようなことから、ストレス印加バイア
スを高バイアスとする従来の劣化寿命試験方法では、ゲ
ート劣化開始を見出すことは困難であり、ゲートが完全
に破壊される状態に近くなるまで劣化を確認できず、劣
化寿命試験に多大の時間を要することになる。
From the above, it is difficult to find the start of the gate deterioration by the conventional deterioration life test method in which the stress applying bias is set to a high bias, and the deterioration is performed until the gate is almost completely destroyed. It cannot be confirmed, and the deterioration life test requires a lot of time.

【0016】そこで、本発明者は、FETに高バイアス
を印加した後、FETに劣化が明瞭に分かる低バイアス
でゲート電流(Ig)の増大の有無を検出するすること
によって、早い時点でゲート劣化を知ることができると
の考えのもとに本発明をなした。
Therefore, the present inventor applies a high bias to the FET, and then detects the presence or absence of an increase in the gate current (Ig) at a low bias, which clearly shows the deterioration of the FET, whereby the gate is degraded at an early point. The present invention has been made on the basis that it is possible to know.

【0017】本発明の目的は、化合物半導体電界効果ト
ランジスタのゲート劣化・破壊の推移を正確に検出でき
る劣化寿命試験技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a deterioration life test technique capable of accurately detecting the transition of gate deterioration / breakdown of a compound semiconductor field effect transistor.

【0018】本発明の他の目的は、化合物半導体電界効
果トランジスタのゲート劣化評価を短時間に検出できる
信頼度評価方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a reliability evaluation method capable of detecting gate deterioration evaluation of a compound semiconductor field effect transistor in a short time.

【0019】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

【0021】(1)GaAsHIGFETのゲートとド
レイン間にストレス印加バイアスを印加しかつゲート電
流をモニタしてゲートの劣化寿命試験を行う化合物半導
体装置の劣化寿命試験方法であって、前記トランジスタ
にストレス印加バイアスを所定時間印加するストレス印
加段階と、測定回路を切り換えて前記ストレス印加バイ
アスよりも低い劣化特性測定バイアスをトランジスタの
ゲートとドレイン間に印加してゲート電流を測定する劣
化検出段階と、前記ストレス印加段階と劣化特性測定段
階をゲート劣化を起こすまで繰り返しながら前記ゲート
電流とストレス印加累計時間の依存性を求める段階とを
有する。最初にストレス印加バイアスよりも低い劣化特
性測定バイアスをゲートとドレイン間に印加して初期の
ゲート電流を検出し、その後ストレス印加バイアスをト
ランジスタに印加する。前記ストレス印加バイアスとし
てゲートに逆方向電圧を加え、前記劣化特性測定バイア
スとして前記ストレス印加バイアスより低い逆方向バイ
アスまたは順方向バイアスを加える。
(1) A deterioration life test method for a compound semiconductor device, wherein a stress application bias is applied between a gate and a drain of a GaAs HIGFET and a gate current is monitored to perform a deterioration life test of the gate. A stress applying step of applying a bias for a predetermined time, a deterioration detecting step of switching a measurement circuit to measure a deterioration characteristic lower than the stress applying bias, and measuring a gate current by applying a bias between a gate and a drain of a transistor; The step of determining the dependency between the gate current and the cumulative stress application time is repeated by repeating the applying step and the deterioration characteristic measuring step until the gate is deteriorated. First, a deterioration characteristic measurement bias lower than the stress application bias is applied between the gate and the drain to detect the initial gate current, and then the stress application bias is applied to the transistor. A reverse voltage is applied to the gate as the stress application bias, and a reverse bias or a forward bias lower than the stress application bias is applied as the deterioration characteristic measurement bias.

【0022】(2)GaAsHIGFETのゲートとド
レイン間にストレス印加バイアスを印加しかつゲート電
流をモニタしてゲートの劣化・破壊の良否評価を行う化
合物半導体装置の信頼度評価方法であって、前記トラン
ジスタにストレス印加バイアスを所定時間印加するスト
レス印加段階と、前記ストレス印加バイアスよりも低い
劣化検出バイアスをトランジスタのゲートとドレイン間
に印加してゲート電流を測定する劣化特性測定段階と、
前記ゲート電流から電界効果トランジスタの良否を評価
する評価段階とを有する。前記ストレス印加バイアスと
してゲートに逆方向電圧を加え、前記劣化特性測定バイ
アスとして前記ストレス印加バイアスより低い逆方向バ
イアスまたは順方向バイアスを加える。
(2) A reliability evaluation method for a compound semiconductor device, wherein a stress application bias is applied between the gate and the drain of a GaAs HIGFET and the gate current is monitored to evaluate the quality of the deterioration / destruction of the gate. A stress applying step of applying a stress applying bias for a predetermined time, and a deterioration characteristic measuring step of measuring a gate current by applying a deterioration detection bias lower than the stress applying bias between the gate and drain of the transistor,
An evaluation step of evaluating the quality of the field effect transistor from the gate current. A reverse voltage is applied to the gate as the stress application bias, and a reverse bias or a forward bias lower than the stress application bias is applied as the deterioration characteristic measurement bias.

【0023】前記(1)の手段によれば、GaAsHI
GFETのゲートとドレイン間にストレス印加バイアス
を所定時間印加した後、測定回路を切り換えて前記スト
レス印加バイアスよりも低い劣化特性測定バイアスをト
ランジスタのゲートとドレイン間に印加してゲート電流
を測定し、かつ前記ストレス印加段階と劣化特性測定段
階をゲート劣化を起こすまで繰り返しながらゲート電流
とストレス印加累計時間の依存性を求めることから、求
めたゲート電流−ストレス印加累計時間のグラフからゲ
ート(ゲート絶縁膜)の劣化・破壊の状態(推移)を正
確に測定できる。
According to the above-mentioned means (1), GaAsHI
After applying a stress applying bias between the gate and the drain of the GFET for a predetermined time, the measurement circuit is switched to apply a deterioration characteristic measuring bias lower than the stress applying bias between the gate and the drain of the transistor to measure the gate current, Moreover, since the dependency of the gate current and the cumulative time of stress application is obtained by repeating the stress applying step and the deterioration characteristic measuring step until the gate is deteriorated, the gate (gate insulating film The deterioration (deterioration) of () can be accurately measured.

【0024】前記(2)の手段によれば、GaAsHI
GFETのゲートとドレイン間にストレス印加バイアス
を所定時間印加した後、測定回路を切り換えて前記スト
レス印加バイアスよりも低い劣化特性測定バイアスをト
ランジスタのゲートとドレイン間に印加してゲート電流
を測定し、この段階でゲート電流の増大の有無によって
製品の良否を評価できるため、高バイアスを印加しなが
らゲート電流をモニターする従来の信頼度評価方法に比
較して短時間にゲート良否の評価ができ、生産性が高く
なる。
According to the above-mentioned means (2), GaAsHI
After applying a stress applying bias between the gate and the drain of the GFET for a predetermined time, the measurement circuit is switched to apply a deterioration characteristic measuring bias lower than the stress applying bias between the gate and the drain of the transistor to measure the gate current, At this stage, the quality of the product can be evaluated based on whether or not the gate current has increased, so it is possible to evaluate the quality of the gate in a shorter time than the conventional reliability evaluation method that monitors the gate current while applying a high bias. Will be more likely.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0026】なお、発明の実施の形態を説明するための
全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。
In all the drawings for explaining the embodiments of the invention, components having the same function are designated by the same reference numeral, and the repeated description thereof will be omitted.

【0027】図1は本発明の一実施形態である化合物半
導体装置の劣化寿命試験方法を示すフローチャート、図
2は本実施形態の劣化寿命試験方法によって得られたゲ
ート電流とストレス印加累計時間の相関を示すグラフ、
図3は本実施形態の試験装置の構成ブロック図、図4は
本実施形態におけるストレス印加バイアス時の回路図、
図5は本実施形態における劣化特性測定バイアス時の回
路図、図6は本実施形態におけるバイアス印加回路部を
示す回路図である。
FIG. 1 is a flow chart showing a deterioration life test method of a compound semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a correlation between a gate current and a cumulative stress application time obtained by the deterioration life test method of this embodiment. Showing the graph,
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the test apparatus of this embodiment, FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram when a deterioration characteristic measurement bias is used in the present embodiment, and FIG. 6 is a circuit diagram showing a bias applying circuit section in the present embodiment.

【0028】本実施形態では、図3に示す試験装置が使
用される。試験装置は、中央処理装置(CPU)1と、
このCPU1にそれぞれ接続される測定器2,入力装置
3,主記憶装置4,補助記憶装置5および出力装置とな
るディスプレイ6とプリンタ7とからなっている。
In this embodiment, the test apparatus shown in FIG. 3 is used. The test device is a central processing unit (CPU) 1,
It comprises a measuring instrument 2, an input device 3, a main storage device 4, an auxiliary storage device 5, and a display 6 and a printer 7 which are output devices, which are respectively connected to the CPU 1.

【0029】前記測定器2の測定部であるソケット等に
半導体装置が取り付けられ、ストレス印加バイアスが印
加される。また、印加バイアス時の半導体装置の特性を
測定する。
A semiconductor device is attached to a socket or the like, which is the measuring section of the measuring device 2, and a stress applying bias is applied. In addition, the characteristics of the semiconductor device when an applied bias is measured.

【0030】測定条件等は入力装置3によってあらかじ
め入力される。また、測定結果はディスプレイ6に表示
されるとともに、必要に応じてプリンタ7からプリント
アウトされる。
Measurement conditions and the like are input in advance by the input device 3. The measurement result is displayed on the display 6 and is printed out from the printer 7 if necessary.

【0031】前記測定器2には、図6に示すようなバイ
アス印加回路が構成されている。すなわち、被測定物と
なる半導体装置9、たとえば、ゲート長が0.3μmと
なるGaAsHIGFET(Q)が、ソケット等の測定
部10に取り付けられる。
The measuring device 2 has a bias applying circuit as shown in FIG. That is, the semiconductor device 9 to be measured, for example, a GaAs HIGFET (Q) having a gate length of 0.3 μm is attached to the measuring section 10 such as a socket.

【0032】測定部10のソース(S)用端子11S
は、配線12によってグランド20に接続されている。
The source (S) terminal 11S of the measuring section 10
Are connected to the ground 20 by the wiring 12.

【0033】測定部10のドレイン(D)用端子11D
に接続される配線13の先端には、切替えスイッチ14
が接続されている。この切替えスイッチ14は、その切
替えによって、配線13をグランド20に接続される配
線13a、または高電源15が組み込まれた配線13b
に接続されるようになっている。
Drain (D) terminal 11D of the measuring section 10
At the tip of the wire 13 connected to
Is connected. The changeover switch 14 has a wiring 13a for connecting the wiring 13 to the ground 20 or a wiring 13b in which a high power source 15 is incorporated by the switching.
Is to be connected to.

【0034】測定部10のゲート(G)用端子11Gと
グランド20との間の配線16間には、電流計17と可
変電源18が組み込まれている。
An ammeter 17 and a variable power supply 18 are incorporated between the wiring 16 between the gate (G) terminal 11G of the measuring section 10 and the ground 20.

【0035】このようなバイアス印加回路部にGaAs
HIGFET9が取り付けられてゲート評価が行われ
る。
GaAs is applied to such a bias applying circuit section.
The HIGFET 9 is attached and gate evaluation is performed.

【0036】本実施形態の劣化寿命試験方法は、図1で
示すフローチャートによって試験が行われる。すなわ
ち、図6に示す測定部10にGaAsHIGFET9を
取り付ける。
The deterioration life test method of the present embodiment is carried out according to the flow chart shown in FIG. That is, the GaAs HIGFET 9 is attached to the measuring section 10 shown in FIG.

【0037】つぎに、フローチャートで示すように初期
特性が測定される。この初期特性は、たとえば、図5の
回路図に示すように、GaAsHIGFET9のゲート
(G)のみに可変電源18によって低電圧(逆方向電
圧)を印加してゲート電流(Ig)を測定する。前記電
圧は、たとえば2Vである。また、この場合、印加する
バイアスは順方向電圧であっても良い。いずれの場合も
ゲート劣化や破壊がなければ、ゲート電流(Ig)は流
れない。
Next, the initial characteristics are measured as shown in the flow chart. For this initial characteristic, for example, as shown in the circuit diagram of FIG. 5, a low voltage (reverse voltage) is applied to only the gate (G) of the GaAs HIGFET 9 by the variable power source 18 to measure the gate current (Ig). The voltage is, for example, 2V. Further, in this case, the bias applied may be a forward voltage. In either case, the gate current (Ig) does not flow unless the gate is deteriorated or destroyed.

【0038】つぎに、前記GaAsHIGFET9に、
所定の時間、たとえば数時間〜数十時間に亘ってストレ
スを印加する(ストレス印加段階)。
Next, in the GaAs HIGFET 9,
The stress is applied for a predetermined time, for example, several hours to several tens of hours (stress applying step).

【0039】すなわち、GaAsHIGFET9のドレ
インには、高電源15によってプラスの高い電圧がドレ
インに印加されるとともに、ゲートには可変電源18に
よって低電圧(逆方向電圧)が印加される。前記高電源
15によって、たとえば6Vが印加され、可変電源18
によって、たとえば1Vが印加されることから、ゲート
−ドレイン間電圧(Vdg)には7Vの電圧が印加され
ることになる。
That is, a high positive voltage is applied to the drain of the GaAs HIGFET 9 by the high power supply 15, and a low voltage (reverse voltage) is applied to the gate by the variable power supply 18. For example, 6V is applied by the high power source 15, and the variable power source 18
As a result, for example, 1V is applied, so a voltage of 7V is applied to the gate-drain voltage (Vdg).

【0040】つぎに、測定回路を切り換えて劣化特性測
定を行う(劣化特性測定段階)。
Next, the measuring circuit is switched to measure the deterioration characteristic (deterioration characteristic measuring step).

【0041】すなわち、図5に示すような回路によって
GaAsHIGFET9のゲートにのみに可変電源18
によって低電圧(逆方向電圧)を印加してゲート電流
(Ig)を測定する。前記電圧は、たとえば2Vであ
る。この電圧は、本発明者等が知見した新しい劣化モー
ドから、劣化が顕著に現れる電圧域、すなわち、図9の
領域bの電圧域の電圧とする。
That is, the variable power supply 18 is provided only to the gate of the GaAs HIGFET 9 by the circuit as shown in FIG.
A low voltage (reverse voltage) is applied to measure the gate current (Ig). The voltage is, for example, 2V. This voltage is set to a voltage range in which the deterioration is remarkable in the new deterioration mode found by the present inventors, that is, a voltage in the voltage range of the area b in FIG.

【0042】本実施形態では、前記ストレス印加段階と
劣化特性測定段階を、素子(トランジスタ)が破壊する
まで繰り返して行う。また、前記劣化特性測定段階での
測定結果から、ゲート電流−ストレス印加累計時間依存
性を求める。
In this embodiment, the stress applying step and the deterioration characteristic measuring step are repeated until the element (transistor) is destroyed. Further, the gate current-stress application cumulative time dependency is obtained from the measurement result at the deterioration characteristic measuring stage.

【0043】図2が、ゲート電流(Ig)とストレス累
計印加時間との相関を示すグラフである。このグラフ
は、ディスプレイ6に表示されるとともに、プリンタ7
からプリントアウトされる。
FIG. 2 is a graph showing the correlation between the gate current (Ig) and the cumulative stress application time. This graph is displayed on the display 6 and the printer 7
Printed out from

【0044】このグラフによれば、時間Bのときにゲー
トの特性劣化が開始していることが分かる。初期特性測
定時のゲート電流がIO とした場合、たとえば、時間が
C,Dと経過するに連れてゲート電流はIC ,ID と増
加し、時間Pでゲート電流がIP となり、ゲートが破壊
する。
According to this graph, it can be seen that the characteristic deterioration of the gate has started at time B. When the gate current at the time of measuring the initial characteristics is I O , for example, the gate current increases to I C and I D as time passes C and D, and the gate current becomes I P at time P, Will destroy.

【0045】このグラフを分析検討することによって、
ゲート(ゲート絶縁膜)の劣化や破壊の推移を正確に知
ることができる。
By analyzing and examining this graph,
It is possible to accurately know the transition of deterioration and breakdown of the gate (gate insulating film).

【0046】本実施形態の劣化寿命試験方法によれば、
従来の測定方法では確認できなかったゲートの特性劣化
寿命の推移を確認できる。
According to the deterioration life test method of the present embodiment,
It is possible to confirm the transition of the characteristic deterioration life of the gate, which could not be confirmed by the conventional measurement method.

【0047】本実施形態においては、劣化特性測定でス
トレス印加バイアスよりも低い逆方向バイアスをゲート
に印加してゲート電流を測定したが、ゲートに順方向バ
イアスを印加してゲート電流を測定するようにしても良
い。
In the present embodiment, the gate current is measured by applying the reverse bias lower than the stress application bias to the gate in the deterioration characteristic measurement, but the forward current bias is applied to the gate to measure the gate current. You can

【0048】また、劣化特性測定で、ゲート電流を検出
する代わりにゲート電圧を測定してゲート劣化を測定し
ても良い。また、ゲート電流およびゲート電圧の両方を
測定しても良い。
In the deterioration characteristic measurement, gate deterioration may be measured by measuring the gate voltage instead of detecting the gate current. Further, both the gate current and the gate voltage may be measured.

【0049】本実施形態では、ストレス印加段階と劣化
特性測定段階をゲート劣化を起こすまで繰り返して行う
ことでトランジスタのゲート劣化寿命試験を行ったが、
所定時間ストレス印加を行った後、劣化特性測定を行っ
てトランジスタのゲート劣化寿命試験を行うようにして
も良い。
In this embodiment, the gate deterioration life test of the transistor is performed by repeating the stress application step and the deterioration characteristic measurement step until the gate deterioration occurs.
After applying stress for a predetermined time, deterioration characteristic measurement may be performed to perform a gate deterioration life test of the transistor.

【0050】図7は本発明の他の実施形態である化合物
半導体装置の信頼度評価方法を示すフローチャートであ
る。
FIG. 7 is a flowchart showing a reliability evaluation method for a compound semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【0051】本実施形態は、図2に示すゲート電流(I
g)とストレス累計印加時間との相関を示すグラフを利
用した、化合物半導体装置をスクリーニングする信頼度
評価方法である。
In this embodiment, the gate current (I
This is a reliability evaluation method for screening compound semiconductor devices, which utilizes a graph showing the correlation between g) and the cumulative stress application time.

【0052】前記化合物半導体装置の劣化寿命試験方法
によって、GaAsHIGFETの特性劣化現象が解明
できることから、その解明結果からエージング時間を設
定し、その時間において一定のゲート電流(閾値)以上
のものをゲート劣化が起きた不良品とし、ゲート電流の
増大が殆どないものをゲート劣化が起きない良品と評価
できる。
Since the characteristic deterioration phenomenon of the GaAs HIGFET can be clarified by the deterioration life test method of the compound semiconductor device, the aging time is set from the clarification result, and at the time, a gate current (threshold value) equal to or more than a constant gate deterioration is caused. A defective product in which the gate current has occurred is evaluated as a non-defective product in which gate deterioration does not occur.

【0053】図2のグラフにおいて、印加時間D経過し
た状態のGaAsHIGFETにおいて、閾値をIC
すれば、製品の特性バラツキを考慮しても、良品か不良
品かの選別評価はできる。
In the graph of FIG. 2, in the GaAs HIGFET in the state where the application time D has elapsed, if the threshold value is I C , it is possible to select and evaluate whether the product is a non-defective product or a defective product, even if the characteristic variation of the product is taken into consideration.

【0054】本実施形態の信頼度評価方法では、測定部
10にGaAsHIGFET9を取り付けた後、図7の
フローチャートで示すように信頼度評価を開始する。
In the reliability evaluation method of this embodiment, after the GaAs HIGFET 9 is attached to the measuring section 10, the reliability evaluation is started as shown in the flowchart of FIG.

【0055】すなわち、前記実施形態と同様の方法、す
なわち、図4に示す回路図で示す方法で高バイアスをG
aAsHIGFET9のゲートとドレイン間に所定の時
間(D時間)印加し(ストレス印加段階)、その後、図
5の回路図で示されるようにゲートにのみ低バイアスを
印加してゲート電流(Ig)を測定する(劣化特性測定
段階)。その後、測定したゲート電流(Ig)が閾値
(IC )以上のものを不良品と判定し、閾値に到達しな
いものを良品として判定し、製品の良否の選別を行う
(評価段階)。
That is, the high bias is set to G by the same method as in the above embodiment, that is, the method shown in the circuit diagram of FIG.
A gate current (Ig) is measured by applying a low bias only to the gate as shown in the circuit diagram of FIG. 5, after applying a predetermined time (D time) between the gate and drain of the aAsHIGFET 9. Yes (degradation characteristic measurement stage). After that, a product having a measured gate current (Ig) of a threshold value (I C ) or more is determined as a defective product, and a product of which the threshold current (Ig) does not reach the threshold value is determined as a good product, and the quality of the product is selected (evaluation stage).

【0056】これによって、短時間に製品の良否選別
(スクリーニング)が行えることになる。
As a result, the quality of products can be selected (screening) in a short time.

【0057】すなわち、従来の方法では、時間P経過し
ないと、ゲート劣化の有無が判定できず、信頼度評価に
長時間を要していたが、本実施形態によれば時間Pに至
らない単時間Dでスクリーニングが行えることになり、
生産性が高くなる。
That is, in the conventional method, the presence or absence of gate deterioration cannot be determined until the time P has elapsed, and it takes a long time to evaluate the reliability. However, according to the present embodiment, the time P is not reached. Screening can be done at time D,
Increases productivity.

【0058】本実施形態においても、劣化特性測定でゲ
ート電流の測定に代えてゲート電圧の測定を行うように
しても良い。
Also in this embodiment, the gate voltage may be measured instead of the gate current in the deterioration characteristic measurement.

【0059】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえ
ば、本発明は半絶縁性ガリウム砒素基板を使用する他の
電界効果トランジスタ、すなわち、IG(InsulatedGat
e)FETやMES(Metal-Semiconductor)FET等他
の電界効果トランジスタの評価測定にも同様に適用で
き、同様の効果を奏する。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say, for example, the present invention provides another field effect transistor using a semi-insulating gallium arsenide substrate, namely, an IG (Insulated Gat).
e) It can be similarly applied to the evaluation measurement of other field effect transistors such as FET and MES (Metal-Semiconductor) FET, and the same effect is obtained.

【0060】[0060]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0061】(1)GaAsHIGFETのゲートとド
レイン間にストレス印加バイアスを所定時間印加した
後、測定回路を切り換えて前記ストレス印加バイアスよ
りも低い劣化特性測定バイアスをトランジスタのゲート
とドレイン間に印加してゲート電流を測定し、かつ前記
ストレス印加段階と劣化特性測定段階をゲート破壊を起
こすまで繰り返しながらゲート電流とストレス印加累計
時間の依存性を求めることから、求めたゲート電流−ス
トレス印加累計時間のグラフからゲート(ゲート絶縁
膜)の劣化・破壊の推移を正確に測定できる。
(1) After applying a stress applying bias between the gate and the drain of the GaAs HIGFET for a predetermined time, the measuring circuit is switched to apply a deterioration characteristic measuring bias lower than the stress applying bias between the gate and the drain of the transistor. A graph of the obtained gate current-cumulative stress application time obtained by measuring the gate current and determining the dependency of the gate current and cumulative stress application time by repeating the stress applying step and the deterioration characteristic measuring step until the gate is destroyed. Therefore, it is possible to accurately measure the transition of deterioration and breakdown of the gate (gate insulating film).

【0062】(2)GaAsHIGFETのゲートとド
レイン間にストレス印加バイアスを所定時間印加した
後、測定回路を切り換えて前記ストレス印加バイアスよ
りも低い劣化特性測定バイアスをトランジスタのゲート
とドレイン間に印加してゲート電流を測定し、この段階
でゲート電流の増大の有無によって製品の良否を評価で
きるため、高バイアスを印加しながらゲート電流をモニ
ターする従来の信頼度評価方法に比較して短時間にゲー
ト良否の評価ができ、生産性が高くなる。
(2) After applying a stress applying bias between the gate and drain of the GaAs HIGFET for a predetermined time, the measuring circuit is switched to apply a deterioration characteristic measuring bias lower than the stress applying bias between the gate and drain of the transistor. Since the quality of the product can be evaluated by measuring the gate current and checking whether the gate current has increased or not at this stage, the gate quality can be evaluated in a short time compared to the conventional reliability evaluation method that monitors the gate current while applying a high bias. Can be evaluated and productivity will be increased.

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

【図1】本発明の一実施形態である化合物半導体装置の
劣化寿命試験方法を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a method for testing a deterioration life of a compound semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施形態の化合物半導体装置の劣化寿命試験
方法によって得られたゲート電流とストレス印加累計時
間の相関を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a correlation between a gate current and a cumulative stress application time, which is obtained by the method of testing the deterioration life of the compound semiconductor device of the present embodiment.

【図3】本実施形態の試験装置の構成ブロック図であ
る。
FIG. 3 is a configuration block diagram of a test apparatus of this embodiment.

【図4】本実施形態の化合物半導体装置の劣化寿命試験
におけるストレス印加バイアス時の回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram when a stress application bias is applied in a deterioration life test of the compound semiconductor device of the present embodiment.

【図5】本実施形態の化合物半導体装置の劣化寿命試験
における劣化特性測定バイアス時の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram when a deterioration characteristic measurement bias is applied in a deterioration life test of the compound semiconductor device of the present embodiment.

【図6】本実施形態の化合物半導体装置の劣化寿命試験
におけるバイアス印加回路部を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a bias applying circuit section in a deterioration life test of the compound semiconductor device of the present embodiment.

【図7】本発明の他の実施形態である化合物半導体装置
の信頼度評価方法を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a reliability evaluation method of a compound semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図8】化合物半導体装置の破壊寿命時間とストレス印
加バイアスとの相関を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a correlation between a breakdown lifetime of a compound semiconductor device and a stress application bias.

【図9】本発明者等によって知見されたストレス印加前
後の化合物半導体装置におけるゲート電流とゲート−ド
レイン間電圧の相関を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the correlation between the gate current and the gate-drain voltage in the compound semiconductor device before and after the stress application, which is found by the present inventors.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…中央処理装置(CPU)、2…測定器、3…入力装
置、4…主記憶装置、5…補助記憶装置、6…ディスプ
レイ、7…プリンタ、9…半導体装置、10…測定部、
11D…ドレイン用端子、11G…ゲート用端子、11
S…ソース用端子、12…配線、13,13a,13b
…配線、14…切替えスイッチ、15…高電源、16…
配線、17…電流計、18…可変電源、20…グラン
ド。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Central processing unit (CPU), 2 ... Measuring device, 3 ... Input device, 4 ... Main storage device, 5 ... Auxiliary storage device, 6 ... Display, 7 ... Printer, 9 ... Semiconductor device, 10 ... Measuring part,
11D ... Drain terminal, 11G ... Gate terminal, 11
S ... Source terminal, 12 ... Wiring, 13, 13a, 13b
… Wiring, 14… Changeover switch, 15… High power supply, 16…
Wiring, 17 ... Ammeter, 18 ... Variable power supply, 20 ... Ground.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化合物半導体に形成された電界効果トラ
ンジスタのゲートとドレイン間にストレス印加バイアス
を印加しかつゲート電流をモニタしてゲート劣化寿命試
験を行う化合物半導体装置の劣化寿命試験方法であっ
て、前記トランジスタにストレス印加バイアスを所定時
間印加するストレス印加段階と、測定回路を切り換えて
前記ストレス印加バイアスよりも低い劣化特性測定バイ
アスをトランジスタのゲートとドレイン間に印加してゲ
ート電流またはゲート電圧を測定する劣化検出段階とを
有することを特徴とする化合物半導体装置の劣化寿命試
験方法。
1. A deterioration life test method for a compound semiconductor device, comprising applying a stress applying bias between a gate and a drain of a field effect transistor formed in a compound semiconductor and monitoring a gate current to perform a gate deterioration life test. , A stress applying step of applying a stress applying bias to the transistor for a predetermined time, and a measuring circuit is switched to apply a deterioration characteristic measuring bias lower than the stress applying bias between the gate and the drain of the transistor to obtain a gate current or a gate voltage. A method of testing deterioration life of a compound semiconductor device, comprising: a deterioration detection step of measuring.
【請求項2】 化合物半導体に形成された電界効果トラ
ンジスタのゲートとドレイン間にストレス印加バイアス
を印加しかつゲート電流をモニタしてゲートの劣化寿命
試験を行う化合物半導体装置の劣化寿命試験方法であっ
て、前記トランジスタにストレス印加バイアスを所定時
間印加するストレス印加段階と、測定回路を切り換えて
前記ストレス印加バイアスよりも低い劣化特性測定バイ
アスをトランジスタのゲートとドレイン間に印加してゲ
ート電流またはゲート電圧を測定する劣化検出段階と、
前記ストレス印加段階と劣化特性測定段階をゲート劣化
を起こすまで繰り返しながら前記ゲート電流または/お
よびゲート電圧とストレス印加累計時間の依存性を求め
る段階とを有することを特徴とする化合物半導体装置の
劣化寿命試験方法。
2. A deterioration life test method for a compound semiconductor device, wherein a stress application bias is applied between a gate and a drain of a field effect transistor formed in a compound semiconductor and a gate life is monitored to perform a deterioration life test of the gate. Then, a stress applying step of applying a stress applying bias to the transistor for a predetermined time and a measuring circuit are switched to apply a deterioration characteristic measuring bias lower than the stress applying bias between the gate and the drain of the transistor to obtain a gate current or a gate voltage. A deterioration detection stage for measuring
Degradation life of the compound semiconductor device, characterized in that the stress application step and the deterioration characteristic measurement step are repeated until the gate deterioration occurs, and the dependency of the gate current or / and the gate voltage and the cumulative time of stress application is obtained. Test method.
【請求項3】 最初にストレス印加バイアスよりも低い
劣化特性測定バイアスをゲートとドレイン間に印加して
初期のゲート電流または/およびゲート電圧を検出し、
その後ストレス印加バイアスをトランジスタに印加する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の化合物
半導体装置の劣化寿命試験方法。
3. First, a deterioration characteristic measurement bias lower than the stress application bias is applied between the gate and the drain to detect an initial gate current or / and gate voltage,
Then, a stress application bias is applied to the transistor, and the deterioration life test method for a compound semiconductor device according to claim 1 or 2, is applied.
【請求項4】 前記ストレス印加バイアスとしてゲート
に逆方向電圧を加え、前記劣化特性測定バイアスとして
前記ストレス印加バイアスより低い逆方向バイアスまた
は順方向バイアスを加えることを特徴とする請求項1乃
至請求項3のいずれか1項記載の化合物半導体装置の劣
化寿命試験方法。
4. A reverse bias voltage is applied to the gate as the stress applying bias, and a reverse bias or a forward bias lower than the stress applying bias is applied as the deterioration characteristic measuring bias. 4. The deterioration life test method for a compound semiconductor device according to any one of 3 above.
【請求項5】 化合物半導体に形成された電界効果トラ
ンジスタのゲートとドレイン間にストレス印加バイアス
を印加しかつゲート電流をモニタしてゲートの良否評価
を行う化合物半導体装置の信頼度評価方法であって、前
記トランジスタにストレス印加バイアスを所定時間印加
するストレス印加段階と、測定回路を切り換えて前記ス
トレス印加バイアスよりも低い劣化検出バイアスをトラ
ンジスタのゲートとドレイン間に印加してゲート電流ま
たは/およびゲート電圧を測定する劣化特性測定段階
と、前記ゲート電流または/およびゲート電圧から電界
効果トランジスタの良否を評価する評価段階とを有する
ことを特徴とする化合物半導体装置の信頼度評価方法。
5. A reliability evaluation method for a compound semiconductor device, comprising applying a stress application bias between a gate and a drain of a field effect transistor formed in a compound semiconductor and monitoring the gate current to evaluate the quality of the gate. A stress applying step of applying a stress applying bias to the transistor for a predetermined time, and a deterioration detection bias lower than the stress applying bias is applied between the gate and the drain of the transistor by switching the measurement circuit to a gate current or / and a gate voltage. And a reliability characteristic evaluation method for a compound semiconductor device, comprising: a deterioration characteristic measurement step for measuring the field effect transistor; and an evaluation step for evaluating the quality of the field effect transistor from the gate current and / or the gate voltage.
【請求項6】 前記ストレス印加バイアスとしてゲート
に逆方向電圧を加え、前記劣化特性測定バイアスとして
前記ストレス印加バイアスより低い逆方向バイアスまた
は順方向バイアスを加えることを特徴とする請求項5記
載の化合物半導体装置の信頼度評価方法。
6. The compound according to claim 5, wherein a reverse voltage is applied to the gate as the stress applying bias, and a reverse bias or a forward bias lower than the stress applying bias is applied as the deterioration characteristic measuring bias. Semiconductor device reliability evaluation method.
JP31176195A 1995-11-30 1995-11-30 Method for testing degradation life of compound semiconductor device and method for evaluating reliability of compound semiconductor device Pending JPH09152463A (en)

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