JPH11186351A - 絶縁膜評価方法および装置ならびにプロセス評価方法 - Google Patents
絶縁膜評価方法および装置ならびにプロセス評価方法Info
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- JPH11186351A JPH11186351A JP9357095A JP35709597A JPH11186351A JP H11186351 A JPH11186351 A JP H11186351A JP 9357095 A JP9357095 A JP 9357095A JP 35709597 A JP35709597 A JP 35709597A JP H11186351 A JPH11186351 A JP H11186351A
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- G01R31/129—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of components or parts made of semiconducting materials; of LV components or parts
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短時間に精度の高いゲート酸化膜寿命の推定
を行なう。 【解決手段】 評価用ストレス電圧を絶縁膜に印加する
（ステップＳ２３）。ストレス印加時間の経過に伴って
変化するＡモードＳＩＬＣ電流量をモニタし、log-log
スケールでプロットする（ステップＳ２４）。プロット
に直線を当てはめ、直線とＡモードＳＩＬＣ電流量の規
定値（絶縁破壊しきい値）とが交差するストレス印加時
間を求め、その時間を絶縁膜の寿命として推定する（ス
テップＳ２６）。
を行なう。 【解決手段】 評価用ストレス電圧を絶縁膜に印加する
（ステップＳ２３）。ストレス印加時間の経過に伴って
変化するＡモードＳＩＬＣ電流量をモニタし、log-log
スケールでプロットする（ステップＳ２４）。プロット
に直線を当てはめ、直線とＡモードＳＩＬＣ電流量の規
定値（絶縁破壊しきい値）とが交差するストレス印加時
間を求め、その時間を絶縁膜の寿命として推定する（ス
テップＳ２６）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は絶縁膜評価方法およ
び絶縁膜評価装置ならびにプロセス評価方法に関する。
び絶縁膜評価装置ならびにプロセス評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置の集積度の向
上に伴って、素子のサイズは縮小の一途をたどってい
る。超ＬＳＩの分野でゲート絶縁膜として用いられるシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ2）の厚さは１０ｎｍを下回って
おり、その信頼性の評価が以前にもまして重要になって
きている。ゲート絶縁膜の信頼性を評価する方法とし
て、定電圧ストレス印加方法および定電流ストレス印加
方法が広く用いられている。
上に伴って、素子のサイズは縮小の一途をたどってい
る。超ＬＳＩの分野でゲート絶縁膜として用いられるシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ2）の厚さは１０ｎｍを下回って
おり、その信頼性の評価が以前にもまして重要になって
きている。ゲート絶縁膜の信頼性を評価する方法とし
て、定電圧ストレス印加方法および定電流ストレス印加
方法が広く用いられている。
【０００３】図１８を参照しながら、従来の定電圧スト
レス印加方法を最初に説明する。
レス印加方法を最初に説明する。
【０００４】まず、ステップＳ５０で、評価用としてあ
らかじめ設定された任意の電圧Ｖ0、判定電流量Ｉ0、お
よび、測定を行なう試料の個数Ｎを設定する。
らかじめ設定された任意の電圧Ｖ0、判定電流量Ｉ0、お
よび、測定を行なう試料の個数Ｎを設定する。
【０００５】次に、ステップＳ５１で、複数の試料の中
から選択された最初の試料へ測定用プローブ端子を移動
させる。
から選択された最初の試料へ測定用プローブ端子を移動
させる。
【０００６】次に、ステップＳ５２で、評価用電圧Ｖ0
を試料の絶縁膜に供給する。そして、ステップＳ５３
で、評価用電圧Ｖ0の供給状態をｔ1秒間保持したのち、
ステップＳ５４で、電流量Ｉを測定する。ステップＳ５
５で、電流量Ｉの大きさから絶縁破壊が発生したかどう
かの判定を行う。たとえば、電流量Ｉの絶対値が判定電
流量Ｉ0の絶対値よりも大きい場合に絶縁破壊が発生し
たと判定する。
を試料の絶縁膜に供給する。そして、ステップＳ５３
で、評価用電圧Ｖ0の供給状態をｔ1秒間保持したのち、
ステップＳ５４で、電流量Ｉを測定する。ステップＳ５
５で、電流量Ｉの大きさから絶縁破壊が発生したかどう
かの判定を行う。たとえば、電流量Ｉの絶対値が判定電
流量Ｉ0の絶対値よりも大きい場合に絶縁破壊が発生し
たと判定する。
【０００７】ステップＳ５５で、絶縁破壊が発生してい
ないと判定された場合、ステップＳ５３に戻り、絶縁膜
に絶縁破壊が発生するまでステップＳ５３、ステップＳ
５４、およびステップＳ５５の操作を繰り返す。
ないと判定された場合、ステップＳ５３に戻り、絶縁膜
に絶縁破壊が発生するまでステップＳ５３、ステップＳ
５４、およびステップＳ５５の操作を繰り返す。
【０００８】ステップＳ５５で、絶縁破壊が発生してい
ると判定された場合には、ステップＳ５６で、評価用電
圧Ｖ0供給開始から絶縁破壊が発生するまでに要した所
要時間ｔを記録する。
ると判定された場合には、ステップＳ５６で、評価用電
圧Ｖ0供給開始から絶縁破壊が発生するまでに要した所
要時間ｔを記録する。
【０００９】Ｎ個の試料について測定を終了した場合に
は（ステップＳ５７）、ステップＳ５８で、Ｎ個の試料
について測定された所要時間ｔを統計的に処理し、これ
らの試料についての絶縁破壊時間ｔBDを算出する。統計
的な処理方法としては、一般にワイブルプロットと呼ば
れる手法が用いられている。以下に、その手法を説明す
る。
は（ステップＳ５７）、ステップＳ５８で、Ｎ個の試料
について測定された所要時間ｔを統計的に処理し、これ
らの試料についての絶縁破壊時間ｔBDを算出する。統計
的な処理方法としては、一般にワイブルプロットと呼ば
れる手法が用いられている。以下に、その手法を説明す
る。
【００１０】まず、累積不良率Ｆから算出される指数Ｗ
を、ｌｏｇスケールのストレス印加時間ｔに対してプロ
ットする。ここで、累積不良率Ｆは、ある時間までに絶
縁破壊した試料の個数の割合を示し、ストレス印加時間
ｔは、評価用電圧Ｖ0印加時間を示す。すると、指数Ｗ
は以下の式（１）により計算される。
を、ｌｏｇスケールのストレス印加時間ｔに対してプロ
ットする。ここで、累積不良率Ｆは、ある時間までに絶
縁破壊した試料の個数の割合を示し、ストレス印加時間
ｔは、評価用電圧Ｖ0印加時間を示す。すると、指数Ｗ
は以下の式（１）により計算される。
【００１１】 Ｗ＝ｌｎ［ｌｎ｛１／（１−Ｆ）｝］ 式（１） このようにして算出されたＷとｔとは、上記ワイブルプ
ロットを行なうことによって直線的な関係を有すること
が経験的に知られており、絶縁膜の寿命を簡便に知る方
法として使用されている。測定の結果得られたデータを
ワイブルプロットし、たとえばＦ＝５０％になるときの
ストレス印加時間を求める。次に、これを絶縁膜の５０
％絶縁破壊寿命ｔBDまたはｔ50して記述する。
ロットを行なうことによって直線的な関係を有すること
が経験的に知られており、絶縁膜の寿命を簡便に知る方
法として使用されている。測定の結果得られたデータを
ワイブルプロットし、たとえばＦ＝５０％になるときの
ストレス印加時間を求める。次に、これを絶縁膜の５０
％絶縁破壊寿命ｔBDまたはｔ50して記述する。
【００１２】ステップＳ５７でＮ個の試料についての測
定を終了していない場合には、次の試料へ移動し（ステ
ップＳ５９）、ステップＳ５２に戻り、Ｎ個の試料をす
べて測定するまで、ステップＳ５２からステップＳ５９
までの各操作を繰り返す。
定を終了していない場合には、次の試料へ移動し（ステ
ップＳ５９）、ステップＳ５２に戻り、Ｎ個の試料をす
べて測定するまで、ステップＳ５２からステップＳ５９
までの各操作を繰り返す。
【００１３】測定個数Ｎは、通常、２０から１００であ
る。これは、個々の測定におけるｔ値が統計的な分布を
有するため、数回程度の測定によって得られたｔ値に基
づいては、その分布を正確に知ることが不可能だからで
ある。
る。これは、個々の測定におけるｔ値が統計的な分布を
有するため、数回程度の測定によって得られたｔ値に基
づいては、その分布を正確に知ることが不可能だからで
ある。
【００１４】このようにして得られるｔBDは、絶縁膜の
絶縁破壊に要する時間を表している。そのため、ｔ
BDは、絶縁膜の品質を定量的に検証して比較・検討する
ためや、品質保証を示す情報としては最適であり、絶縁
膜質・信頼性を表現する指標として広く用いられてい
る。
絶縁破壊に要する時間を表している。そのため、ｔ
BDは、絶縁膜の品質を定量的に検証して比較・検討する
ためや、品質保証を示す情報としては最適であり、絶縁
膜質・信頼性を表現する指標として広く用いられてい
る。
【００１５】次に、図１９を参照しながら、従来の定電
流ストレス印加方法を説明する。
流ストレス印加方法を説明する。
【００１６】まず、ステップＳ６０で、評価用としてあ
らかじめ設定された任意の電流量Ｉ0、判定電圧Ｖ0、お
よび、測定を行なう試料の個数Ｎを設定し、ステップＳ
６１で初めの試料へと移動する。
らかじめ設定された任意の電流量Ｉ0、判定電圧Ｖ0、お
よび、測定を行なう試料の個数Ｎを設定し、ステップＳ
６１で初めの試料へと移動する。
【００１７】次に、ステップＳ６２で、評価用電流Ｉ0
を絶縁膜に供給する。そして、評価用電流Ｉ0の供給状
態をｔ1秒間保持したのち（ステップＳ６３）、ステッ
プＳ６４で電圧値Ｖを測定し、ステップＳ６５で絶縁破
壊が発生したかどうかの判定を行う。たとえば電圧値Ｖ
の絶対値が判定電圧Ｖ0の絶対値よりも小さいときに
は、絶縁破壊が発生したと判定する。ステップＳ６５
で、絶縁破壊が発生していないと判定される場合には、
ステップＳ６２に戻り、絶縁膜に絶縁破壊が発生するま
でステップＳ６３からステップＳ６５までの操作を繰り
返す。
を絶縁膜に供給する。そして、評価用電流Ｉ0の供給状
態をｔ1秒間保持したのち（ステップＳ６３）、ステッ
プＳ６４で電圧値Ｖを測定し、ステップＳ６５で絶縁破
壊が発生したかどうかの判定を行う。たとえば電圧値Ｖ
の絶対値が判定電圧Ｖ0の絶対値よりも小さいときに
は、絶縁破壊が発生したと判定する。ステップＳ６５
で、絶縁破壊が発生していないと判定される場合には、
ステップＳ６２に戻り、絶縁膜に絶縁破壊が発生するま
でステップＳ６３からステップＳ６５までの操作を繰り
返す。
【００１８】ステップＳ６５で絶縁破壊が発生している
と判定された場合には、ステップＳ６６で、評価用電流
Ｉ0供給開始から絶縁破壊が発生するまでに要した所要
時間をｔとして記録する。Ｎ個の試料について測定を終
了した場合には（ステップＳ６７）、Ｎ個の試料につい
ての各所要時間ｔを統計的に処理することにより、これ
らの試料における絶縁破壊時間ｔBDをおよび絶縁破壊ま
での総注入電荷量ＱBDを算出する（ステップＳ６８）。
絶縁破壊時間ｔBDの算出には、前述のワイブルプロット
が一般に用いられる。ここで、ＱBDはｔBDと評価用電流
Ｉ0の積を面積Ｓで割った値として定義される。
と判定された場合には、ステップＳ６６で、評価用電流
Ｉ0供給開始から絶縁破壊が発生するまでに要した所要
時間をｔとして記録する。Ｎ個の試料について測定を終
了した場合には（ステップＳ６７）、Ｎ個の試料につい
ての各所要時間ｔを統計的に処理することにより、これ
らの試料における絶縁破壊時間ｔBDをおよび絶縁破壊ま
での総注入電荷量ＱBDを算出する（ステップＳ６８）。
絶縁破壊時間ｔBDの算出には、前述のワイブルプロット
が一般に用いられる。ここで、ＱBDはｔBDと評価用電流
Ｉ0の積を面積Ｓで割った値として定義される。
【００１９】ステップＳ６７で、Ｎ個の試料について測
定を終了していない場合には、ステップＳ６９で、次の
試料へ移動し、Ｎ個の試料のすべてについて測定を終了
するまでステップＳ６２からステップＳ６９までの操作
を繰り返す。この場合も、測定個数Ｎは、２０から１０
０程度である。
定を終了していない場合には、ステップＳ６９で、次の
試料へ移動し、Ｎ個の試料のすべてについて測定を終了
するまでステップＳ６２からステップＳ６９までの操作
を繰り返す。この場合も、測定個数Ｎは、２０から１０
０程度である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】従来の絶縁膜信頼性評
価方法によれば、測定個数Ｎが通常２０から１００程度
であるため、多数の試料を用意することが必要になると
ともに、膨大な測定時間を必要とするという問題点を有
している。測定個数をＮ個とすると、その測定誤差は一
般にＮの平方根に比例することが知られており、測定個
数が少ない場合にはその測定結果は十分に信用できない
ものとなる。そこで、測定結果の信頼性を上げるために
は、測定個数を多くすることが必要となるが、測定に要
する時間も増大してしまい、また、測定用に多数の試料
を用意することが必要となる。
価方法によれば、測定個数Ｎが通常２０から１００程度
であるため、多数の試料を用意することが必要になると
ともに、膨大な測定時間を必要とするという問題点を有
している。測定個数をＮ個とすると、その測定誤差は一
般にＮの平方根に比例することが知られており、測定個
数が少ない場合にはその測定結果は十分に信用できない
ものとなる。そこで、測定結果の信頼性を上げるために
は、測定個数を多くすることが必要となるが、測定に要
する時間も増大してしまい、また、測定用に多数の試料
を用意することが必要となる。
【００２１】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、測定結果の信頼性を低
下させることなく、測定に要する時間および試料数を抑
制することが可能となる絶縁膜評価方法および装置を提
供することにある。
あり、その目的とするところは、測定結果の信頼性を低
下させることなく、測定に要する時間および試料数を抑
制することが可能となる絶縁膜評価方法および装置を提
供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明による絶縁膜評価
方法は、絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印
加工程と、Ａモードストレス誘起リーク電流量をモニタ
し、前記絶縁膜の絶縁破壊が生じるときの前記Ａモード
ストレス誘起リーク電流量の値を測定する工程とを包含
する。
方法は、絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印
加工程と、Ａモードストレス誘起リーク電流量をモニタ
し、前記絶縁膜の絶縁破壊が生じるときの前記Ａモード
ストレス誘起リーク電流量の値を測定する工程とを包含
する。
【００２３】本発明による他の絶縁膜評価方法は、複数
の試料について、絶縁膜に電気的ストレスを印加するス
トレス印加工程と、各試料について、Ａモードストレス
誘起リーク電流量をモニタし、前記絶縁膜の絶縁破壊が
生じるときの前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の
値を測定する工程と、測定された前記Ａモードストレス
誘起リーク電流量の複数の値を統計的に処理することに
よって、前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の絶縁
破壊しきい値を決定するしきい値決定工程とを包含す
る。
の試料について、絶縁膜に電気的ストレスを印加するス
トレス印加工程と、各試料について、Ａモードストレス
誘起リーク電流量をモニタし、前記絶縁膜の絶縁破壊が
生じるときの前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の
値を測定する工程と、測定された前記Ａモードストレス
誘起リーク電流量の複数の値を統計的に処理することに
よって、前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の絶縁
破壊しきい値を決定するしきい値決定工程とを包含す
る。
【００２４】前記しきい値決定工程において、温度を含
むストレス条件に応じて異なる値を前記絶縁破壊しきい
値に割り当てるようにしてもよい。
むストレス条件に応じて異なる値を前記絶縁破壊しきい
値に割り当てるようにしてもよい。
【００２５】本発明による更に他の絶縁膜評価方法は、
絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印加工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量を測定する工程
と、前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の測定値
と、前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の絶縁破壊
しきい値に基づいて決められた判定値との関係に基づい
て、前記絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程とを包含
する。
絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印加工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量を測定する工程
と、前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の測定値
と、前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の絶縁破壊
しきい値に基づいて決められた判定値との関係に基づい
て、前記絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程とを包含
する。
【００２６】前記判定値は、前記Ａモードストレス誘起
リーク電流量の絶縁破壊しきい値そのものであってもよ
い。
リーク電流量の絶縁破壊しきい値そのものであってもよ
い。
【００２７】前記寿命推定工程は、前記Ａモードストレ
ス誘起リーク電流量の測定値（ＩA）と前記ストレス印
加時間（ｔ）をｌｏｇ−ｌｏｇスケールでプロットする
工程と、プロットされた前記測定値（ＩA）から前記測
定値（ＩA）と前記ストレス印加時間（ｔ）との関係を
決定し、前記関係に基づいて、前記Ａモードストレス誘
起リーク電流量が前記判定値に達するまでの時間を求め
る工程とを包含するようにしてもよい。
ス誘起リーク電流量の測定値（ＩA）と前記ストレス印
加時間（ｔ）をｌｏｇ−ｌｏｇスケールでプロットする
工程と、プロットされた前記測定値（ＩA）から前記測
定値（ＩA）と前記ストレス印加時間（ｔ）との関係を
決定し、前記関係に基づいて、前記Ａモードストレス誘
起リーク電流量が前記判定値に達するまでの時間を求め
る工程とを包含するようにしてもよい。
【００２８】前記寿命推定工程は、前記Ａモードストレ
ス誘起リーク電流量の測定値（ＩA）とストレス印加時
間（ｔ）との間に成立する関係式に基づいて、前記Ａモ
ードストレス誘起リーク電流量が前記判定値に達するま
での時間を求める工程を包含するようにしてもよい。
ス誘起リーク電流量の測定値（ＩA）とストレス印加時
間（ｔ）との間に成立する関係式に基づいて、前記Ａモ
ードストレス誘起リーク電流量が前記判定値に達するま
での時間を求める工程を包含するようにしてもよい。
【００２９】前記関係式は、数ａおよびｂをパラメータ
とした場合に、ＩA＝ ａ×ｔbで表現されてもよい。
とした場合に、ＩA＝ ａ×ｔbで表現されてもよい。
【００３０】本発明による更に他の絶縁膜評価方法は、
複数の試料について、絶縁膜に電気的ストレスを印加す
るストレス印加工程と、各試料について、前記絶縁膜を
流れる電流の量が規定値を示すように前記絶縁膜に電圧
を印加する工程と、前記電圧の値をモニタし、前記絶縁
膜の絶縁破壊が生じるときの前記電圧のしきい値を測定
する工程と、測定された前記電圧のしきい値の複数の値
を統計的に処理することによって、電圧に関する絶縁破
壊しきい値を決定する工程とを包含する。
複数の試料について、絶縁膜に電気的ストレスを印加す
るストレス印加工程と、各試料について、前記絶縁膜を
流れる電流の量が規定値を示すように前記絶縁膜に電圧
を印加する工程と、前記電圧の値をモニタし、前記絶縁
膜の絶縁破壊が生じるときの前記電圧のしきい値を測定
する工程と、測定された前記電圧のしきい値の複数の値
を統計的に処理することによって、電圧に関する絶縁破
壊しきい値を決定する工程とを包含する。
【００３１】本発明による更に他の絶縁膜評価方法は、
絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印加工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量が規定値を示す
ときに前記絶縁膜に印加される電圧を測定する工程と、
前記電圧の測定値と前記電圧のしきい値との関係に基づ
いて、前記絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程と、を
包含する。
絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印加工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量が規定値を示す
ときに前記絶縁膜に印加される電圧を測定する工程と、
前記電圧の測定値と前記電圧のしきい値との関係に基づ
いて、前記絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程と、を
包含する。
【００３２】本発明による更に他の絶縁膜評価方法は、
絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印加工程
と、前記ストレスの印加によって引き起こされた前記絶
縁膜の性質変化を、Ａモードストレス誘起リーク電流量
を測定することによってモニタする工程と、モニタされ
た前記絶縁膜の性質変化に基づいて、前記絶縁膜の寿命
を予測する。
絶縁膜に電気的ストレスを印加するストレス印加工程
と、前記ストレスの印加によって引き起こされた前記絶
縁膜の性質変化を、Ａモードストレス誘起リーク電流量
を測定することによってモニタする工程と、モニタされ
た前記絶縁膜の性質変化に基づいて、前記絶縁膜の寿命
を予測する。
【００３３】本発明による更に他の絶縁膜評価方法は、
絶縁膜に第１の電圧Ｖ0を印加するストレス印加工程
と、前記第１の電圧Ｖ0の絶対値よりも絶対値の小さな
第２の電圧Ｖmを前記絶縁膜に印加したときに前記絶縁
膜を流れるリーク電流の値をモニタする工程と、を包含
し、前記リーク電流の値に基づいて、前記絶縁膜を評価
する。
絶縁膜に第１の電圧Ｖ0を印加するストレス印加工程
と、前記第１の電圧Ｖ0の絶対値よりも絶対値の小さな
第２の電圧Ｖmを前記絶縁膜に印加したときに前記絶縁
膜を流れるリーク電流の値をモニタする工程と、を包含
し、前記リーク電流の値に基づいて、前記絶縁膜を評価
する。
【００３４】前記絶縁膜と同種類の他の絶縁膜の絶縁破
壊が生じるときに前記他の絶縁膜を流れたリーク電流の
値と、前記絶縁膜についてモニタされたリーク電流の値
とに基づいて、前記絶縁膜の寿命を推定するようにして
もよい。
壊が生じるときに前記他の絶縁膜を流れたリーク電流の
値と、前記絶縁膜についてモニタされたリーク電流の値
とに基づいて、前記絶縁膜の寿命を推定するようにして
もよい。
【００３５】本発明によるプロセス評価方法は、異なる
プロセス条件を経た複数の試料について、絶縁膜を流れ
るＡ−ＳＩＬＣ電流量を測定する工程と、測定されたＡ
−ＳＩＬＣ電流量に基づいて、絶縁膜の寿命を最適化す
るプロセス条件を選択する工程とを包含するプロセス評
価方法。
プロセス条件を経た複数の試料について、絶縁膜を流れ
るＡ−ＳＩＬＣ電流量を測定する工程と、測定されたＡ
−ＳＩＬＣ電流量に基づいて、絶縁膜の寿命を最適化す
るプロセス条件を選択する工程とを包含するプロセス評
価方法。
【００３６】本発明の絶縁膜評価装置は、前記絶縁膜評
価方法を実施するための絶縁膜評価装置であって、評価
対象の絶縁膜が形成された試料を保持するホルダと、ホ
ルダ上に置かれた試料に電気的に接触するプローブと、
プローブを介して試料に電気的ストレスを印加し、電流
・電圧の測定を実行するための測定部とを備えている。
価方法を実施するための絶縁膜評価装置であって、評価
対象の絶縁膜が形成された試料を保持するホルダと、ホ
ルダ上に置かれた試料に電気的に接触するプローブと、
プローブを介して試料に電気的ストレスを印加し、電流
・電圧の測定を実行するための測定部とを備えている。
【００３７】前記測定部によって得られたデータを解析
するための解析部を更に備えていることが好ましい。
するための解析部を更に備えていることが好ましい。
【００３８】
【発明の実施の形態】ゲート酸化膜の厚さが約６ｎｍ程
度以下になると、２つのモードのストレス誘起リーク電
流（Stress Induced Leakage Current：以下、「ＳＩＬ
Ｃ」と称する）が観察されることが知られている（K. O
kada, S. Kawasaki and Y. Hirofuji：Extended Abstru
cts of the 1994 International Conference on SOLID
STATEDEVICES AND MATERIALS (1994) p.565）。これら
２つのモードの電流は、それぞれ「Ａモードストレス誘
起リーク電流」および「Ｂモードストレス誘起リーク電
流」と呼び、区別される。本願明細書では、Ａモードス
トレス誘起リーク電流を「Ａ−ＳＩＬＣ」と称し、Ｂモ
ードストレス誘起リーク電流を「Ｂ−ＳＩＬＣ」と称す
ることとする。
度以下になると、２つのモードのストレス誘起リーク電
流（Stress Induced Leakage Current：以下、「ＳＩＬ
Ｃ」と称する）が観察されることが知られている（K. O
kada, S. Kawasaki and Y. Hirofuji：Extended Abstru
cts of the 1994 International Conference on SOLID
STATEDEVICES AND MATERIALS (1994) p.565）。これら
２つのモードの電流は、それぞれ「Ａモードストレス誘
起リーク電流」および「Ｂモードストレス誘起リーク電
流」と呼び、区別される。本願明細書では、Ａモードス
トレス誘起リーク電流を「Ａ−ＳＩＬＣ」と称し、Ｂモ
ードストレス誘起リーク電流を「Ｂ−ＳＩＬＣ」と称す
ることとする。
【００３９】図１は、本発明の絶縁膜評価方法に使用さ
れるＭＯＳキャパシタの一例の断面構造を示している。
このＭＯＳキャパシタは、Ｐ型の単結晶シリコン基板１
上に形成された厚さ４．３ｎｍのゲート酸化膜（面積
０．０１ｍｍ2）２と、そのゲート酸化膜２上に形成さ
れたゲート電極３とを備えている。ゲート電極３の側面
には絶縁性のサイドウォール４が設けられている。ゲー
ト酸化膜２はシリコン基板１の表面を熱酸化することに
よって形成され、ゲート電極３は、例えば、ＣＶＤ法で
堆積した多結晶シリコン膜をパターニングすることによ
って形成される。
れるＭＯＳキャパシタの一例の断面構造を示している。
このＭＯＳキャパシタは、Ｐ型の単結晶シリコン基板１
上に形成された厚さ４．３ｎｍのゲート酸化膜（面積
０．０１ｍｍ2）２と、そのゲート酸化膜２上に形成さ
れたゲート電極３とを備えている。ゲート電極３の側面
には絶縁性のサイドウォール４が設けられている。ゲー
ト酸化膜２はシリコン基板１の表面を熱酸化することに
よって形成され、ゲート電極３は、例えば、ＣＶＤ法で
堆積した多結晶シリコン膜をパターニングすることによ
って形成される。
【００４０】シリコン基板１およびゲート電極３は、そ
れぞれ、絶縁膜評価装置５の測定部に電気的に接続され
る。このようなＭＯＳキャパシタのゲート電極３に負電
圧を繰り返し印加することによって、ゲート絶縁膜２に
電気的なストレスを与えることができる。
れぞれ、絶縁膜評価装置５の測定部に電気的に接続され
る。このようなＭＯＳキャパシタのゲート電極３に負電
圧を繰り返し印加することによって、ゲート絶縁膜２に
電気的なストレスを与えることができる。
【００４１】図２は、図１のＭＯＳキャパシタを用い
て、そのゲート絶縁膜２にストレスを与えた場合に測定
される、「電流−電圧特性」の変化を示している。この
電流−電圧特性は、ゲート電極３に負電圧を可変的に印
加しながら、シリコン基板１からゲート絶縁膜２を介し
てゲート電極３へ流れるリーク電流（以下、「ゲート電
流」と称する場合がある）を測定することによって得ら
れる。電流−電圧特性の測定は、前述のストレス印加を
時折中断して実行される。
て、そのゲート絶縁膜２にストレスを与えた場合に測定
される、「電流−電圧特性」の変化を示している。この
電流−電圧特性は、ゲート電極３に負電圧を可変的に印
加しながら、シリコン基板１からゲート絶縁膜２を介し
てゲート電極３へ流れるリーク電流（以下、「ゲート電
流」と称する場合がある）を測定することによって得ら
れる。電流−電圧特性の測定は、前述のストレス印加を
時折中断して実行される。
【００４２】図２のグラフには、典型的なＡ−ＳＩＬＣ
およびＢ−ＳＩＬＣが観測されている。ストレス印加前
の初期特性では、ファウラー・ノードハイム（ＦＮ）ト
ンネル電流、および直接トンネル電流が支配的である
が、ストレス印加を開始すると、まず、Ａ−ＳＩＬＣが
観察されるようになる。Ａ−ＳＩＬＣは、ストレス印加
時間の経過とともに連続的に増大する。さらにストレス
印加を継続すると、やがて、より大きな電流レベルを有
するＢ−ＳＩＬＣが観察されるようになる。Ａ−ＳＩＬ
Ｃはストレス印加時間の経過に伴って連続的に増大する
のに対し、Ｂ−ＳＩＬＣは突然不連続に現れる。さらに
ストレス印加を継続することによって、完全な絶縁破壊
に至る。この完全絶縁破壊は、厚さが１０ｎｍ程度を越
える比較的に厚い絶縁膜で観察される絶縁破壊と同様の
ものである。
およびＢ−ＳＩＬＣが観測されている。ストレス印加前
の初期特性では、ファウラー・ノードハイム（ＦＮ）ト
ンネル電流、および直接トンネル電流が支配的である
が、ストレス印加を開始すると、まず、Ａ−ＳＩＬＣが
観察されるようになる。Ａ−ＳＩＬＣは、ストレス印加
時間の経過とともに連続的に増大する。さらにストレス
印加を継続すると、やがて、より大きな電流レベルを有
するＢ−ＳＩＬＣが観察されるようになる。Ａ−ＳＩＬ
Ｃはストレス印加時間の経過に伴って連続的に増大する
のに対し、Ｂ−ＳＩＬＣは突然不連続に現れる。さらに
ストレス印加を継続することによって、完全な絶縁破壊
に至る。この完全絶縁破壊は、厚さが１０ｎｍ程度を越
える比較的に厚い絶縁膜で観察される絶縁破壊と同様の
ものである。
【００４３】Ａ−ＳＩＬＣは、酸化膜のほぼ全面を流れ
る電流であるのに対し、Ｂ−ＳＩＬＣは、数ｎｍ〜数１
０ｎｍ程度のサイズを有する局所領域を流れる電流であ
る。Ｂ−ＳＩＬＣが現れる現象は、絶縁破壊過程の一部
であることがわかっている（K. Okada and S. Kawasak
i：Extended Abstructs of the 1995 InternationalCon
ference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS (199
5) p.473, およびK.Okada：Extended Abstructs of the
1996 International Conference on SOLIDSTATE DEVIC
ES AND MATERIALS (1996) p.782）。従って、この現象
を部分絶縁破壊（partial-breakdown、以下、ｐ−Ｂ
Ｄ）と呼び、Ｂ−ＳＩＬＣ状態から完全に絶縁破壊に至
る反応を完全絶縁破壊（complete-breakdown、以下、c
−ＢＤ）と呼んでいる。
る電流であるのに対し、Ｂ−ＳＩＬＣは、数ｎｍ〜数１
０ｎｍ程度のサイズを有する局所領域を流れる電流であ
る。Ｂ−ＳＩＬＣが現れる現象は、絶縁破壊過程の一部
であることがわかっている（K. Okada and S. Kawasak
i：Extended Abstructs of the 1995 InternationalCon
ference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS (199
5) p.473, およびK.Okada：Extended Abstructs of the
1996 International Conference on SOLIDSTATE DEVIC
ES AND MATERIALS (1996) p.782）。従って、この現象
を部分絶縁破壊（partial-breakdown、以下、ｐ−Ｂ
Ｄ）と呼び、Ｂ−ＳＩＬＣ状態から完全に絶縁破壊に至
る反応を完全絶縁破壊（complete-breakdown、以下、c
−ＢＤ）と呼んでいる。
【００４４】また、Ｂ−ＳＩＬＣ状態を経ることなく完
全に絶縁破壊に至る場合もある。なお、ｐ−ＢＤを疑似
絶縁破壊（quasi−breakdown）もしくはソフトブレーク
ダウン（soft-breakdown）、Ｂ−ＳＩＬＣを疑似絶縁破
壊電流（quasi−breakdown current）と呼ぶこともある
が、本願明細書では、Ａ−ＳＩＬＣ、Ｂ−ＳＩＬＣ、ｐ
−ＢＤ、c−ＢＤの用語を用いることにする。
全に絶縁破壊に至る場合もある。なお、ｐ−ＢＤを疑似
絶縁破壊（quasi−breakdown）もしくはソフトブレーク
ダウン（soft-breakdown）、Ｂ−ＳＩＬＣを疑似絶縁破
壊電流（quasi−breakdown current）と呼ぶこともある
が、本願明細書では、Ａ−ＳＩＬＣ、Ｂ−ＳＩＬＣ、ｐ
−ＢＤ、c−ＢＤの用語を用いることにする。
【００４５】ｐ−ＢＤの発生によってリーク電流は増大
するが、直ちにデバイスが動作しなくなることはない。
このため、ゲート酸化膜の寿命としては完全絶縁破壊が
発生するまでの時間をとるべきである。しかしながら、
デバイス構造によってはＢ−ＳＩＬＣのリーク電流でも
動作不良の原因となりうるし、また、リーク電流レベル
の規格の厳しいデバイスについてはｐ−ＢＤまでの時間
を寿命と考えるべきである。したがって、ｐ−ＢＤまで
の時間を測定もしくは推定することが、デバイス評価の
ために重要となる。そこで、本願明細書においては、ｐ
−ＢＤが発生する現象、およびｐ−ＢＤを経ることなく
完全絶縁破壊する現象を含めて絶縁破壊と呼ぶことと
し、それまでの時間をゲート酸化膜の寿命と定義し用い
ることとする。
するが、直ちにデバイスが動作しなくなることはない。
このため、ゲート酸化膜の寿命としては完全絶縁破壊が
発生するまでの時間をとるべきである。しかしながら、
デバイス構造によってはＢ−ＳＩＬＣのリーク電流でも
動作不良の原因となりうるし、また、リーク電流レベル
の規格の厳しいデバイスについてはｐ−ＢＤまでの時間
を寿命と考えるべきである。したがって、ｐ−ＢＤまで
の時間を測定もしくは推定することが、デバイス評価の
ために重要となる。そこで、本願明細書においては、ｐ
−ＢＤが発生する現象、およびｐ−ＢＤを経ることなく
完全絶縁破壊する現象を含めて絶縁破壊と呼ぶことと
し、それまでの時間をゲート酸化膜の寿命と定義し用い
ることとする。
【００４６】図３は、図１のＭＯＳキャパシタのゲート
電極３に負の一定電圧（−６Ｖ）を印加した場合におけ
る、ゲート電流量の時間変化を示している。この試料に
ついては、ストレス電圧（−６Ｖ）の印加開始から４１
０秒後にｐ−ＢＤが発生し、Ｂ−ＳＩＬＣが流れ始めて
いる。ストレス電圧が印加された状態でのゲート電流量
はストレス印加時間の経過とともに連続的に増大してい
るが、その変化は、４１０秒間に０．８２３μＡから
０．８８９μＡへと僅か８％程度の増加に過ぎない。こ
の変化の割合（変化率）は、酸化膜厚が薄くなるほど、
より小さくなることが知られている。したがって、スト
レス印加電圧と同じレベルの電圧がゲート電極に印加さ
れているときのゲート電流の時間変化をモニタするだけ
では、絶縁破壊の発生を予見することは非常に困難であ
る。前述したように、従来の絶縁膜信頼性評価は、この
ようなゲート電流量をモニターするため、実際に絶縁破
壊が発生するまでストレスの印加を続けることが必要と
なり、非常に長い測定時間を要している。
電極３に負の一定電圧（−６Ｖ）を印加した場合におけ
る、ゲート電流量の時間変化を示している。この試料に
ついては、ストレス電圧（−６Ｖ）の印加開始から４１
０秒後にｐ−ＢＤが発生し、Ｂ−ＳＩＬＣが流れ始めて
いる。ストレス電圧が印加された状態でのゲート電流量
はストレス印加時間の経過とともに連続的に増大してい
るが、その変化は、４１０秒間に０．８２３μＡから
０．８８９μＡへと僅か８％程度の増加に過ぎない。こ
の変化の割合（変化率）は、酸化膜厚が薄くなるほど、
より小さくなることが知られている。したがって、スト
レス印加電圧と同じレベルの電圧がゲート電極に印加さ
れているときのゲート電流の時間変化をモニタするだけ
では、絶縁破壊の発生を予見することは非常に困難であ
る。前述したように、従来の絶縁膜信頼性評価は、この
ようなゲート電流量をモニターするため、実際に絶縁破
壊が発生するまでストレスの印加を続けることが必要と
なり、非常に長い測定時間を要している。
【００４７】測定時間を短縮するためにストレス条件を
厳しく、すなわち、評価用電圧の絶対値をより大きくす
るか、もしくはストレス印加時の温度を高くする、など
の方法が用いられている。これは電界もしくは温度加速
試験と呼ばれている。この方法によれば、デバイスの実
使用条件下におけるゲート酸化膜寿命を推定するために
は、ゲート酸化膜寿命が電界もしくは温度によってどの
ように変化するかを知ることが必要になる。そのモデル
としていくつか存在するが、未だにどのモデルが正しい
のか明確になっていないのが現状である。また電界もし
くは温度加速試験により求めた寿命をデバイスの実使用
条件（電界、温度）まで外挿することによって実使用条
件下におけるゲート酸化膜寿命を求めるため、正確な寿
命推定を行うためには、より低電界・低温度で試験を行
うことが求められる。
厳しく、すなわち、評価用電圧の絶対値をより大きくす
るか、もしくはストレス印加時の温度を高くする、など
の方法が用いられている。これは電界もしくは温度加速
試験と呼ばれている。この方法によれば、デバイスの実
使用条件下におけるゲート酸化膜寿命を推定するために
は、ゲート酸化膜寿命が電界もしくは温度によってどの
ように変化するかを知ることが必要になる。そのモデル
としていくつか存在するが、未だにどのモデルが正しい
のか明確になっていないのが現状である。また電界もし
くは温度加速試験により求めた寿命をデバイスの実使用
条件（電界、温度）まで外挿することによって実使用条
件下におけるゲート酸化膜寿命を求めるため、正確な寿
命推定を行うためには、より低電界・低温度で試験を行
うことが求められる。
【００４８】以上のように、試験時間を短縮すると推定
寿命の精度が低下するため、精度を上げるためには試験
時間が非常に長くなってしまう原因となっている。
寿命の精度が低下するため、精度を上げるためには試験
時間が非常に長くなってしまう原因となっている。
【００４９】図４は、厚さ４．３ｎｍのシリコン酸化膜
を有するＭＯＳキャパシタについて定電圧ストレス印加
を行ったときの電流−電圧特性の時間変化を示してい
る。ストレス印加は、ＭＯＳキャパシタのゲート電極側
に負一定電圧（−６Ｖ）を印加することによって行っ
た。ストレス印加前にはカーブ１で示される特性を示し
ていたが、ストレス印加時間の増加とともに、ゲート電
圧が−２Ｖから−５Ｖ程度までの領域におけるゲート電
流、すなわちＡ−ＳＩＬＣが連続的に増大し、ｐ−ＢＤ
の直前にはカーブ２で示される特性を示している。ゲー
ト電圧が−４Ｖのときのゲート電流量（Ａ−ＳＩＬＣ）
は、２けた以上変化している。
を有するＭＯＳキャパシタについて定電圧ストレス印加
を行ったときの電流−電圧特性の時間変化を示してい
る。ストレス印加は、ＭＯＳキャパシタのゲート電極側
に負一定電圧（−６Ｖ）を印加することによって行っ
た。ストレス印加前にはカーブ１で示される特性を示し
ていたが、ストレス印加時間の増加とともに、ゲート電
圧が−２Ｖから−５Ｖ程度までの領域におけるゲート電
流、すなわちＡ−ＳＩＬＣが連続的に増大し、ｐ−ＢＤ
の直前にはカーブ２で示される特性を示している。ゲー
ト電圧が−４Ｖのときのゲート電流量（Ａ−ＳＩＬＣ）
は、２けた以上変化している。
【００５０】図５は、ストレス印加時間と、ゲート電圧
が−４Ｖのときのゲート電流量（Ａ−ＳＩＬＣ）との関
係を示している。図５のグラフの縦軸は、上記ＭＯＳキ
ャパシタのゲート電極に−４Ｖの電圧を印加したときの
ＡモードＳＩＬＣ電流量を示し、横軸はストレス印加時
間を示している。図５に示されるように、ゲート電圧が
−４Ｖのときのゲート電流量（Ａ−ＳＩＬＣ）は、スト
レス印加時間に対して、ｌｏｇ−ｌｏｇスケールにおけ
る直線関係にある。
が−４Ｖのときのゲート電流量（Ａ−ＳＩＬＣ）との関
係を示している。図５のグラフの縦軸は、上記ＭＯＳキ
ャパシタのゲート電極に−４Ｖの電圧を印加したときの
ＡモードＳＩＬＣ電流量を示し、横軸はストレス印加時
間を示している。図５に示されるように、ゲート電圧が
−４Ｖのときのゲート電流量（Ａ−ＳＩＬＣ）は、スト
レス印加時間に対して、ｌｏｇ−ｌｏｇスケールにおけ
る直線関係にある。
【００５１】図６は、異なるストレス条件下での、Ａモ
ードＳＩＬＣ電流量（ゲート電圧−４Ｖ）の時間変化を
示している。図６のグラフ中においては、絶縁破壊の発
生時間およびそのときのＡ−ＳＩＬＣ電流量を逆三角形
のマーク（▼）で示している。ストレス電界の大きさに
応じて、直線の位置が変化しているが、直線の傾きは変
化していない。さらに、絶縁破壊までのストレス印加時
間は電界強度に応じて変化しているが、絶縁破壊時のＡ
−ＳＩＬＣ電流量は概略一定である。
ードＳＩＬＣ電流量（ゲート電圧−４Ｖ）の時間変化を
示している。図６のグラフ中においては、絶縁破壊の発
生時間およびそのときのＡ−ＳＩＬＣ電流量を逆三角形
のマーク（▼）で示している。ストレス電界の大きさに
応じて、直線の位置が変化しているが、直線の傾きは変
化していない。さらに、絶縁破壊までのストレス印加時
間は電界強度に応じて変化しているが、絶縁破壊時のＡ
−ＳＩＬＣ電流量は概略一定である。
【００５２】図７は、異なる作製プロセスにより形成し
た膜厚３．８ｎｍの３種類のシリコン酸化膜（試料１〜
３）についての、ＡモードＳＩＬＣ電流量（ゲート電圧
−４Ｖ）の時間変化を示している。ストレス印加は、ゲ
ート電極に−６Ｖの定電圧を印加することによって行っ
た。試料１〜３の作成プロセスの相違点は、ゲート酸化
膜の形成プロセスの差にある。具体的には、酸化炉中に
シリコン基板（シリコンウェハ）を挿入する際の炉の温
度と酸化工程中の炉内雰囲気の組み合わせが異なってい
る。試料１の炉挿入時温度は８００℃、酸化雰囲気は酸
素（ドライ酸化）であり、試料２の炉挿入時温度は７０
０℃、酸化雰囲気は水蒸気（パイロ酸化）であり、試料
３の炉挿入時温度は５００℃、酸化雰囲気は水蒸気（パ
イロ酸化）である。なお、酸化温度は、各試料に共通で
８００℃である。図７のグラフ中においても、絶縁破壊
の発生時間およびそのときのＡ−ＳＩＬＣ電流量を逆三
角形のマーク（▼）で示している。作製プロセスの違い
に応じて、直線の位置が変化しているが、直線の傾きは
変化していない。さらに、絶縁破壊までのストレス印加
時間は試料毎に異なるが、絶縁破壊時のＡ−ＳＩＬＣ電
流量はほぼ一定である。
た膜厚３．８ｎｍの３種類のシリコン酸化膜（試料１〜
３）についての、ＡモードＳＩＬＣ電流量（ゲート電圧
−４Ｖ）の時間変化を示している。ストレス印加は、ゲ
ート電極に−６Ｖの定電圧を印加することによって行っ
た。試料１〜３の作成プロセスの相違点は、ゲート酸化
膜の形成プロセスの差にある。具体的には、酸化炉中に
シリコン基板（シリコンウェハ）を挿入する際の炉の温
度と酸化工程中の炉内雰囲気の組み合わせが異なってい
る。試料１の炉挿入時温度は８００℃、酸化雰囲気は酸
素（ドライ酸化）であり、試料２の炉挿入時温度は７０
０℃、酸化雰囲気は水蒸気（パイロ酸化）であり、試料
３の炉挿入時温度は５００℃、酸化雰囲気は水蒸気（パ
イロ酸化）である。なお、酸化温度は、各試料に共通で
８００℃である。図７のグラフ中においても、絶縁破壊
の発生時間およびそのときのＡ−ＳＩＬＣ電流量を逆三
角形のマーク（▼）で示している。作製プロセスの違い
に応じて、直線の位置が変化しているが、直線の傾きは
変化していない。さらに、絶縁破壊までのストレス印加
時間は試料毎に異なるが、絶縁破壊時のＡ−ＳＩＬＣ電
流量はほぼ一定である。
【００５３】実際の個々の試料における絶縁破壊寿命に
は多少のばらつきが存在するため、個々の試料における
絶縁破壊時点でのＡ−ＳＩＬＣ電流量にもばらつきが存
在する。
は多少のばらつきが存在するため、個々の試料における
絶縁破壊時点でのＡ−ＳＩＬＣ電流量にもばらつきが存
在する。
【００５４】本願発明者は、上記絶縁破壊時点でのＡ−
ＳＩＬＣ電流量がストレス条件（ストレス電圧およびス
トレス電流の大きさ）やプロセス条件にほとんど依存し
ないことに着目し、その現象を利用して絶縁膜の寿命推
定を行う方法に想到した。具体的には、複数の試料につ
いて、絶縁破壊時点でのＡ−ＳＩＬＣ電流量を実際に測
定し、測定値を統計的に処理することによって、絶縁膜
寿命推定に最適な「絶縁破壊しきい値」を決定する。こ
の「しきい値」を決定する際に測定値のばらつきを考慮
することによって、従来例のように多数の試料の寿命を
実際に測定することなく、統計的に信用できる寿命値を
得ることが可能になる。
ＳＩＬＣ電流量がストレス条件（ストレス電圧およびス
トレス電流の大きさ）やプロセス条件にほとんど依存し
ないことに着目し、その現象を利用して絶縁膜の寿命推
定を行う方法に想到した。具体的には、複数の試料につ
いて、絶縁破壊時点でのＡ−ＳＩＬＣ電流量を実際に測
定し、測定値を統計的に処理することによって、絶縁膜
寿命推定に最適な「絶縁破壊しきい値」を決定する。こ
の「しきい値」を決定する際に測定値のばらつきを考慮
することによって、従来例のように多数の試料の寿命を
実際に測定することなく、統計的に信用できる寿命値を
得ることが可能になる。
【００５５】このように本願発明では、上述した極薄絶
縁膜の破壊メカニズムに関する研究成果を基礎とするこ
とにより、測定結果の信頼性を低下させることなく、測
定に要する時間および試料数を抑制できる絶縁膜評価方
法および装置を提供するこができる。
縁膜の破壊メカニズムに関する研究成果を基礎とするこ
とにより、測定結果の信頼性を低下させることなく、測
定に要する時間および試料数を抑制できる絶縁膜評価方
法および装置を提供するこができる。
【００５６】以下、図面を参照しながら、本発明による
絶縁膜評価方法の実施形態を説明する。
絶縁膜評価方法の実施形態を説明する。
【００５７】（第１の実施形態）図８のフローチャート
を参照する。
を参照する。
【００５８】本実施形態の絶縁膜信頼性評価方法（定電
圧ストレス法）においては、まず、ステップＳ１で、判
定電圧Ｖmと判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを設定
し、ステップＳ２で、評価用電圧Ｖ0を設定する。ここ
で、「判定電圧Ｖm」は、Ａ−ＳＩＬＣ電流量を測定す
るためにゲート電極に印加する電圧であり、例えば、−
４Ｖである。「判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm」とし
ては、試料の絶縁膜と同じ種類・同じ膜厚の絶縁膜につ
いて絶縁破壊が生じるときに、その絶縁膜を流れるＡモ
ードＳＩＬＣ電流量が用いられ得る。なお、本願明細書
で用いる「絶縁破壊が生じるとき」という言葉は、単調
・連続的に増加するＡ−ＳＩＬＣ電流量を有限の時間間
隔をおいて測定し、測定値が突然に大きく増加した場合
において、そのような電流量の大きな増加が実際に測定
された時の直前の測定時（電流量が単調・連続的な増加
を示している状態の最後の測定時）を意味するものとす
る。また、このような絶縁破壊が生じるときに絶縁膜を
流れるＡモードＳＩＬＣ電流量を、本願明細書では、
「絶縁破壊しきい値」と称する場合がある。「絶縁破壊
しきい値」は、本実施形態の絶縁膜評価方法を実施する
前に、前もって、後述する方法によって決定されたもの
である。「判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm」として
は、「絶縁破壊しきい値」の代わりに、「絶縁破壊しき
い値」に比較的に近い値を用いても良い。例えば、絶縁
破壊しきい値の９０％ないしは１１０％の値を「判定Ａ
モードＳＩＬＣ電流量Ｉm」として用いても良い。「評
価用電圧Ｖ0」は、ストレス印加工程で絶縁膜に印加す
る電圧であり、例えば、−６Ｖである。なお、ステップ
Ｓ１およびステップＳ２は、その順序を交換しても良い
ことは言うまでもない。
圧ストレス法）においては、まず、ステップＳ１で、判
定電圧Ｖmと判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを設定
し、ステップＳ２で、評価用電圧Ｖ0を設定する。ここ
で、「判定電圧Ｖm」は、Ａ−ＳＩＬＣ電流量を測定す
るためにゲート電極に印加する電圧であり、例えば、−
４Ｖである。「判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm」とし
ては、試料の絶縁膜と同じ種類・同じ膜厚の絶縁膜につ
いて絶縁破壊が生じるときに、その絶縁膜を流れるＡモ
ードＳＩＬＣ電流量が用いられ得る。なお、本願明細書
で用いる「絶縁破壊が生じるとき」という言葉は、単調
・連続的に増加するＡ−ＳＩＬＣ電流量を有限の時間間
隔をおいて測定し、測定値が突然に大きく増加した場合
において、そのような電流量の大きな増加が実際に測定
された時の直前の測定時（電流量が単調・連続的な増加
を示している状態の最後の測定時）を意味するものとす
る。また、このような絶縁破壊が生じるときに絶縁膜を
流れるＡモードＳＩＬＣ電流量を、本願明細書では、
「絶縁破壊しきい値」と称する場合がある。「絶縁破壊
しきい値」は、本実施形態の絶縁膜評価方法を実施する
前に、前もって、後述する方法によって決定されたもの
である。「判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm」として
は、「絶縁破壊しきい値」の代わりに、「絶縁破壊しき
い値」に比較的に近い値を用いても良い。例えば、絶縁
破壊しきい値の９０％ないしは１１０％の値を「判定Ａ
モードＳＩＬＣ電流量Ｉm」として用いても良い。「評
価用電圧Ｖ0」は、ストレス印加工程で絶縁膜に印加す
る電圧であり、例えば、−６Ｖである。なお、ステップ
Ｓ１およびステップＳ２は、その順序を交換しても良い
ことは言うまでもない。
【００５９】ステップＳ１およびＳ２の後、ステップＳ
３で、絶縁膜に評価用電圧Ｖ0を供給し、ストレス印加
工程を開始する。そして、評価用電圧Ｖ0の供給状態を
ｔ1秒間保持したのち（ステップＳ４）、ステップＳ５
で、電圧ＶmにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを測定
し、ステップＳ６でＩAの絶対値がＩmの絶対値以上にな
ったかどうかの判定を行う。
３で、絶縁膜に評価用電圧Ｖ0を供給し、ストレス印加
工程を開始する。そして、評価用電圧Ｖ0の供給状態を
ｔ1秒間保持したのち（ステップＳ４）、ステップＳ５
で、電圧ＶmにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを測定
し、ステップＳ６でＩAの絶対値がＩmの絶対値以上にな
ったかどうかの判定を行う。
【００６０】ステップＳ６において、ＩAの絶対値がＩm
の絶対値以上になっていないと判定された場合には、ス
テップＳ４に戻り、ステップＳ４〜ステップＳ６の操作
を繰り返す。
の絶対値以上になっていないと判定された場合には、ス
テップＳ４に戻り、ステップＳ４〜ステップＳ６の操作
を繰り返す。
【００６１】ステップＳ６において、ＩAの絶対値がＩm
の絶対値以上になっていると判定された場合には、ステ
ップＳ７で評価用電圧Ｖ0供給開始から要した所要時間
をｔBDとして記録する。この時間ｔBDは、評価対象絶縁
膜の寿命に相当している。なぜなら、ストレスの印加時
間の経過にともなって増加するＩAの絶対値がＩmの絶対
値以上になったときに、統計的に有意な確率で絶縁膜の
絶縁破壊が生じるからである。
の絶対値以上になっていると判定された場合には、ステ
ップＳ７で評価用電圧Ｖ0供給開始から要した所要時間
をｔBDとして記録する。この時間ｔBDは、評価対象絶縁
膜の寿命に相当している。なぜなら、ストレスの印加時
間の経過にともなって増加するＩAの絶対値がＩmの絶対
値以上になったときに、統計的に有意な確率で絶縁膜の
絶縁破壊が生じるからである。
【００６２】このような測定を、１つの試料（１つのＭ
ＯＳキャパシタ内のゲート絶縁膜）に対して１度だけ実
施することにより、測定対象絶縁膜と同一種類・同一膜
厚の絶縁膜を有する複数の試料全体について、そのｔBD
値を得ることができる。ここでいう「複数の試料」は、
上記測定対象となった絶縁膜が形成されたシリコンウェ
ハ内の他の場所に形成された他の絶縁膜を含む。この
「他の絶縁膜」は、測定対象絶縁膜を含むチップとは別
のチップ内に含まれていてもよい。また、測定対象絶縁
膜が形成されたシリコンウェハが経験してきた製造プロ
セスと実質的に同一の製造プロセスを経験してきた他の
シリコンウェハ内に含まれる絶縁膜も上記「複数の試
料」に含まれ得る。上記測定は、ある試料（絶縁膜）に
ついて、現実に絶縁破壊（ｐ−ＢＤ）が生じるか、また
は、絶縁破壊が生じると判断し得るレベル程度のＡモー
ドＳＩＬＣ電流量ＩAが測定されるまでストレス印加を
続けている。しかし、他の複数の試料については、その
ような測定を実行する必要がない。
ＯＳキャパシタ内のゲート絶縁膜）に対して１度だけ実
施することにより、測定対象絶縁膜と同一種類・同一膜
厚の絶縁膜を有する複数の試料全体について、そのｔBD
値を得ることができる。ここでいう「複数の試料」は、
上記測定対象となった絶縁膜が形成されたシリコンウェ
ハ内の他の場所に形成された他の絶縁膜を含む。この
「他の絶縁膜」は、測定対象絶縁膜を含むチップとは別
のチップ内に含まれていてもよい。また、測定対象絶縁
膜が形成されたシリコンウェハが経験してきた製造プロ
セスと実質的に同一の製造プロセスを経験してきた他の
シリコンウェハ内に含まれる絶縁膜も上記「複数の試
料」に含まれ得る。上記測定は、ある試料（絶縁膜）に
ついて、現実に絶縁破壊（ｐ−ＢＤ）が生じるか、また
は、絶縁破壊が生じると判断し得るレベル程度のＡモー
ドＳＩＬＣ電流量ＩAが測定されるまでストレス印加を
続けている。しかし、他の複数の試料については、その
ような測定を実行する必要がない。
【００６３】次に、「判定ＡモードＳＩＬＣ電流量
Ｉm」または「絶縁破壊しきい値」の決定方法を説明す
る。
Ｉm」または「絶縁破壊しきい値」の決定方法を説明す
る。
【００６４】上記測定方法とほぼ同様にして、ＭＯＳキ
ャパシタ内のゲート絶縁膜にストレスを印加し、ゲート
電流量を測定する（モニタする）。そして、実際にゲー
ト絶縁膜が絶縁破壊するまでストレス印加を継続して行
う。ゲート電流の不連続的な増加が観測された場合、観
測時点直前の測定時（電流量が単調・連続的な増加を示
している状態の最後の測定時）点でのゲート電流量を、
絶縁破壊時点の「ＡモードＳＩＬＣ電流量」として記録
する。言い換えると、「絶縁膜が絶縁破壊するとき」の
ＡモードＳＩＬＣ電流量の値を記録する。この作業を複
数の試料について実行する。試料の数としては、例え
ば、２０〜１００個が適当である。
ャパシタ内のゲート絶縁膜にストレスを印加し、ゲート
電流量を測定する（モニタする）。そして、実際にゲー
ト絶縁膜が絶縁破壊するまでストレス印加を継続して行
う。ゲート電流の不連続的な増加が観測された場合、観
測時点直前の測定時（電流量が単調・連続的な増加を示
している状態の最後の測定時）点でのゲート電流量を、
絶縁破壊時点の「ＡモードＳＩＬＣ電流量」として記録
する。言い換えると、「絶縁膜が絶縁破壊するとき」の
ＡモードＳＩＬＣ電流量の値を記録する。この作業を複
数の試料について実行する。試料の数としては、例え
ば、２０〜１００個が適当である。
【００６５】こうして、複数の試料（複数の絶縁膜）に
ついて、「絶縁破壊が生じるとき」の「ＡモードＳＩＬ
Ｃ電流量」の測定値を得ることができる。これを統計的
に処理することによって、「絶縁破壊しきい値」を決定
することができる。
ついて、「絶縁破壊が生じるとき」の「ＡモードＳＩＬ
Ｃ電流量」の測定値を得ることができる。これを統計的
に処理することによって、「絶縁破壊しきい値」を決定
することができる。
【００６６】図９は、複数の試料について測定された
「絶縁膜が絶縁破壊するとき」の「ＡモードＳＩＬＣ電
流量」の値と累積不良率との関係を示している。図９の
グラフは、一枚のシリコンウェハ内に同時形成された１
７個のＭＯＳキャパシタについて、そのゲート絶縁膜の
絶縁破壊を行うことによって得た測定値をワイブルプロ
ットしたものである。測定は、複数の異なるストレス電
界を絶縁膜に与えて行った。
「絶縁膜が絶縁破壊するとき」の「ＡモードＳＩＬＣ電
流量」の値と累積不良率との関係を示している。図９の
グラフは、一枚のシリコンウェハ内に同時形成された１
７個のＭＯＳキャパシタについて、そのゲート絶縁膜の
絶縁破壊を行うことによって得た測定値をワイブルプロ
ットしたものである。測定は、複数の異なるストレス電
界を絶縁膜に与えて行った。
【００６７】図９において、「５０％しきい値」と表記
されている値は、統計的に全体の５０％の試料（絶縁
膜）について絶縁破壊が生じるＡモードＳＩＬＣ電流量
である。たとえば、この「５０％しきい値」を「判定Ａ
モードＳＩＬＣ電流量Ｉm」として用いることができ
る。その場合、図８のフローチャートに示す方法を一回
だけ実行することにより、絶縁膜の５０％絶縁破壊寿命
ｔBD（またはｔ50）が求められる。
されている値は、統計的に全体の５０％の試料（絶縁
膜）について絶縁破壊が生じるＡモードＳＩＬＣ電流量
である。たとえば、この「５０％しきい値」を「判定Ａ
モードＳＩＬＣ電流量Ｉm」として用いることができ
る。その場合、図８のフローチャートに示す方法を一回
だけ実行することにより、絶縁膜の５０％絶縁破壊寿命
ｔBD（またはｔ50）が求められる。
【００６８】なお、図９において、「１％しきい値」お
よび「９９％しきい値」と表記される値は、それぞれ、
統計的に全体の１％の試料（絶縁膜）について絶縁破壊
が生じるＡモードＳＩＬＣ電流量、および、統計的に全
体の９９％の試料（絶縁膜）について絶縁破壊が生じる
ＡモードＳＩＬＣ電流量である。
よび「９９％しきい値」と表記される値は、それぞれ、
統計的に全体の１％の試料（絶縁膜）について絶縁破壊
が生じるＡモードＳＩＬＣ電流量、および、統計的に全
体の９９％の試料（絶縁膜）について絶縁破壊が生じる
ＡモードＳＩＬＣ電流量である。
【００６９】このように統計的処理によって図９に示す
関係を得れば、所望の累積不良率に対するＡモードＳＩ
ＬＣ電流しきい値を「絶縁破壊しきい値」として決定
し、絶縁膜の寿命の測定・推定に用いることができる。
関係を得れば、所望の累積不良率に対するＡモードＳＩ
ＬＣ電流しきい値を「絶縁破壊しきい値」として決定
し、絶縁膜の寿命の測定・推定に用いることができる。
【００７０】この「絶縁破壊しきい値」は、絶縁膜の面
積やストレス印加時の温度によって変化することがわか
っている。「絶縁破壊しきい値」と絶縁膜の面積との関
係や、「絶縁破壊しきい値」とストレス印加時の温度と
関係が求まれば、絶縁膜の面積やストレス印加時の温度
に応じて「絶縁破壊しきい値」を補正して使用しても良
い。
積やストレス印加時の温度によって変化することがわか
っている。「絶縁破壊しきい値」と絶縁膜の面積との関
係や、「絶縁破壊しきい値」とストレス印加時の温度と
関係が求まれば、絶縁膜の面積やストレス印加時の温度
に応じて「絶縁破壊しきい値」を補正して使用しても良
い。
【００７１】このように本実施形態によれば、ストレス
印加にともなうＡ−ＳＩＬＣ電流量ＩAの時間変化をモ
ニタすることによって、より短時間に精度の高い酸化膜
寿命の測定を行なうことが可能となる。なお、Ａモード
ＳＩＬＣ電流量ＩAの絶対値が判定ＡモードＳＩＬＣ電
流量Ｉmの絶対値以上になったかどうかにより前述の
「判定」を行う代わりに、ある一定のＡモードＳＩＬＣ
電流量が流れるために必要なゲート電圧値を用いること
によっても判定することが可能である。これは、ある一
定のＡモードＳＩＬＣ電流が絶縁膜を流れる際に、その
絶縁膜に印加される電圧（ゲート電圧）の値が、ストレ
ス印加時間の経過によって単調・連続的に減少し、絶縁
破壊（ｐ−ＢＤ）が生じたときに、大きく不連続的に減
少するからである。絶縁破壊が生じたときに絶縁膜に印
加されるべき電圧の値にも「しきい値」があり、そのし
きい値もストレス条件や製造プロセス条件によらず、ほ
ぼ一定である。
印加にともなうＡ−ＳＩＬＣ電流量ＩAの時間変化をモ
ニタすることによって、より短時間に精度の高い酸化膜
寿命の測定を行なうことが可能となる。なお、Ａモード
ＳＩＬＣ電流量ＩAの絶対値が判定ＡモードＳＩＬＣ電
流量Ｉmの絶対値以上になったかどうかにより前述の
「判定」を行う代わりに、ある一定のＡモードＳＩＬＣ
電流量が流れるために必要なゲート電圧値を用いること
によっても判定することが可能である。これは、ある一
定のＡモードＳＩＬＣ電流が絶縁膜を流れる際に、その
絶縁膜に印加される電圧（ゲート電圧）の値が、ストレ
ス印加時間の経過によって単調・連続的に減少し、絶縁
破壊（ｐ−ＢＤ）が生じたときに、大きく不連続的に減
少するからである。絶縁破壊が生じたときに絶縁膜に印
加されるべき電圧の値にも「しきい値」があり、そのし
きい値もストレス条件や製造プロセス条件によらず、ほ
ぼ一定である。
【００７２】（第２の実施形態）図１０のフローチャー
トを参照する。
トを参照する。
【００７３】本実施形態の絶縁膜信頼性評価方法（定電
流ストレス法）においては、まず、ステップＳ１１で判
定電圧Ｖmと判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを設定
し、ステップＳ１２で評価用電流量Ｉ0を設定する。こ
こで、「判定電圧Ｖm」および「判定ＡモードＳＩＬＣ
電流量Ｉm」は、第１の実施形態について説明したとお
りである。「評価用電流量Ｉ0」は、定電流ストレス印
加工程において、測定対象の絶縁膜に与えるストレス電
流である。
流ストレス法）においては、まず、ステップＳ１１で判
定電圧Ｖmと判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを設定
し、ステップＳ１２で評価用電流量Ｉ0を設定する。こ
こで、「判定電圧Ｖm」および「判定ＡモードＳＩＬＣ
電流量Ｉm」は、第１の実施形態について説明したとお
りである。「評価用電流量Ｉ0」は、定電流ストレス印
加工程において、測定対象の絶縁膜に与えるストレス電
流である。
【００７４】次に、ステップＳ１３で絶縁膜に評価用電
流（Ｉ0）を供給する。そして、ステップＳ１４で評価
用電流（Ｉ0）の供給状態をｔ1秒間保持したのち、ステ
ップＳ１５で判定電圧ＶmにおけるＡモードＳＩＬＣ電
流量ＩAを測定し、ステップＳ１６でＩAの絶対値がＩm
の絶対値以上になったかどうかの判定を行う。
流（Ｉ0）を供給する。そして、ステップＳ１４で評価
用電流（Ｉ0）の供給状態をｔ1秒間保持したのち、ステ
ップＳ１５で判定電圧ＶmにおけるＡモードＳＩＬＣ電
流量ＩAを測定し、ステップＳ１６でＩAの絶対値がＩm
の絶対値以上になったかどうかの判定を行う。
【００７５】ステップＳ１６で、ＩAの絶対値がＩmの絶
対値以上になっていないと判定された場合には、ステッ
プＳ１４に戻り、ステップＳ１４〜ステップＳ１６の操
作を繰り返す。
対値以上になっていないと判定された場合には、ステッ
プＳ１４に戻り、ステップＳ１４〜ステップＳ１６の操
作を繰り返す。
【００７６】ステップＳ１６で、ＩAの絶対値がＩmの絶
対値以上になっていると判定された場合には、ステップ
Ｓ１７で評価用電流量Ｉ0の供給開始から要した所要時
間をｔBDとして記録し、ステップＳ１８でｔBDから絶縁
破壊までの総注入電荷量ＱBDを算出する。ここで、ＱBD
は、ｔBDと評価用電流Ｉ0の積を面積Ｓで割った値とし
て定義される。
対値以上になっていると判定された場合には、ステップ
Ｓ１７で評価用電流量Ｉ0の供給開始から要した所要時
間をｔBDとして記録し、ステップＳ１８でｔBDから絶縁
破壊までの総注入電荷量ＱBDを算出する。ここで、ＱBD
は、ｔBDと評価用電流Ｉ0の積を面積Ｓで割った値とし
て定義される。
【００７７】本実施形態では、絶縁膜に定電圧ストレス
を印加する代わりに、定電流ストレスを印加している点
で前述の実施形態と異なっている。しかし、本実施形態
によっても、基本的には同様の方法で絶縁膜の寿命ｔBD
が求められる。従って、第１の実施形態について説明し
た理由と同様の理由から、上記測定を１度だけ実施すれ
ば、その試料を含む試料全体におけるｔBD値を得ること
が可能である。また、本実施形態の場合は、絶縁破壊ま
での総注入電荷量ＱBDが簡単に算出され得る。
を印加する代わりに、定電流ストレスを印加している点
で前述の実施形態と異なっている。しかし、本実施形態
によっても、基本的には同様の方法で絶縁膜の寿命ｔBD
が求められる。従って、第１の実施形態について説明し
た理由と同様の理由から、上記測定を１度だけ実施すれ
ば、その試料を含む試料全体におけるｔBD値を得ること
が可能である。また、本実施形態の場合は、絶縁破壊ま
での総注入電荷量ＱBDが簡単に算出され得る。
【００７８】以上のように本実施形態によれば、ストレ
ス印加にともなうＡ−ＳＩＬＣ電流量の時間変化をモニ
タすることによってより短時間に精度の高いゲート酸化
膜寿命推定を行なうことが可能となる。
ス印加にともなうＡ−ＳＩＬＣ電流量の時間変化をモニ
タすることによってより短時間に精度の高いゲート酸化
膜寿命推定を行なうことが可能となる。
【００７９】なお、本実施形態においても、ＡモードＳ
ＩＬＣ電流量ＩAの絶対値が判定ＡモードＳＩＬＣ電流
量Ｉmの絶対値以上になったかどうかにより判定する代
わりに、ある一定のＡモードＳＩＬＣ電流量が流れるた
めに必要なゲート電圧値を用いることによっても判定す
ることが可能である。
ＩＬＣ電流量ＩAの絶対値が判定ＡモードＳＩＬＣ電流
量Ｉmの絶対値以上になったかどうかにより判定する代
わりに、ある一定のＡモードＳＩＬＣ電流量が流れるた
めに必要なゲート電圧値を用いることによっても判定す
ることが可能である。
【００８０】（第３の実施形態）図１１のフローチャー
トを参照する。以下に述べる本実施形態によれば、絶縁
膜の寿命を簡単に推定することができる。
トを参照する。以下に述べる本実施形態によれば、絶縁
膜の寿命を簡単に推定することができる。
【００８１】本実施形態では、まず、ステップＳ２１
で、判定電圧Ｖmと判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを
設定し、ステップＳ２２で、評価用ストレス印加条件お
よびストレス印加時間ｔtotalを設定する。「評価用ス
トレス印加条件」は、例えば、第１の実施形態で採用し
た定電圧ストレス、第２の実施形態で採用した定電流ス
トレスなどの条件である。ストレスは、室温から昇温し
た加速試験状態で印加してもよい。
で、判定電圧Ｖmと判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを
設定し、ステップＳ２２で、評価用ストレス印加条件お
よびストレス印加時間ｔtotalを設定する。「評価用ス
トレス印加条件」は、例えば、第１の実施形態で採用し
た定電圧ストレス、第２の実施形態で採用した定電流ス
トレスなどの条件である。ストレスは、室温から昇温し
た加速試験状態で印加してもよい。
【００８２】次に、ステップＳ２２で設定したストレス
条件のもと、ステップＳ２３で絶縁膜に対するストレス
試験を実施する。絶縁膜へのストレス印加開始後、スト
レス印加時間ｔtotalが経過したとき、ストレス試験を
終了する。ストレス試験終了後、ステップＳ２４で、ス
トレス試験中に記録しておいた各ストレス印加時間ｔに
おけるＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAをｌｏｇ−ｌｏｇス
ケールでストレス印加時間ｔに対してプロットする。ス
テップＳ２５で、このプロットにｌｏｇ−ｌｏｇスケー
ル上で直線を当てはめる。そして、ステップＳ２６で、
ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAの絶対値が判定ＡモードＳ
ＩＬＣ電流量Ｉmの絶対値よりも大きくなっている場合
には、判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmに到達するまで
の時間をｔBDとする。また、大きくなっていない場合に
は直線を長時間側へ外挿し、判定ＡモードＳＩＬＣ電流
量Ｉmに到達するまでの時間をｔBDとする。
条件のもと、ステップＳ２３で絶縁膜に対するストレス
試験を実施する。絶縁膜へのストレス印加開始後、スト
レス印加時間ｔtotalが経過したとき、ストレス試験を
終了する。ストレス試験終了後、ステップＳ２４で、ス
トレス試験中に記録しておいた各ストレス印加時間ｔに
おけるＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAをｌｏｇ−ｌｏｇス
ケールでストレス印加時間ｔに対してプロットする。ス
テップＳ２５で、このプロットにｌｏｇ−ｌｏｇスケー
ル上で直線を当てはめる。そして、ステップＳ２６で、
ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAの絶対値が判定ＡモードＳ
ＩＬＣ電流量Ｉmの絶対値よりも大きくなっている場合
には、判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmに到達するまで
の時間をｔBDとする。また、大きくなっていない場合に
は直線を長時間側へ外挿し、判定ＡモードＳＩＬＣ電流
量Ｉmに到達するまでの時間をｔBDとする。
【００８３】次に、図１２を参照しながら、ステップＳ
２３のストレス試験の具体的な手順を説明する。
２３のストレス試験の具体的な手順を説明する。
【００８４】まず、ステップＳ３１で、指定されたスト
レス印加条件のもとでストレスを絶縁膜に印加する。こ
の状態をｔ1秒間保持したのち（ステップＳ３２）、ス
テップＳ３４で指定電圧Ｖm（例えば、−４Ｖ）におけ
るＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを測定し、ステップＳ３
５でＩAおよび時間ｔを記録する。ストレス試験開始か
らの経過時間が指定のストレス印加時間ｔtotal以上に
なった場合には（ステップＳ３６）、ストレス印加を終
了し、ストレス試験を終了する。ステップＳ３６で、ス
トレス試験開始からの経過時間が指定のストレス印加時
間ｔtotal以上になっていない場合には、ステップＳ３
２に戻り、ステップＳ３２、ステップＳ３４、ステップ
Ｓ３５、ステップＳ３６の操作を繰り返す。ｔ1は、例
えば、０．１〜１０秒であり、ストレス印加時間ｔ
totalは、例えば、１０〜１００００秒である。
レス印加条件のもとでストレスを絶縁膜に印加する。こ
の状態をｔ1秒間保持したのち（ステップＳ３２）、ス
テップＳ３４で指定電圧Ｖm（例えば、−４Ｖ）におけ
るＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを測定し、ステップＳ３
５でＩAおよび時間ｔを記録する。ストレス試験開始か
らの経過時間が指定のストレス印加時間ｔtotal以上に
なった場合には（ステップＳ３６）、ストレス印加を終
了し、ストレス試験を終了する。ステップＳ３６で、ス
トレス試験開始からの経過時間が指定のストレス印加時
間ｔtotal以上になっていない場合には、ステップＳ３
２に戻り、ステップＳ３２、ステップＳ３４、ステップ
Ｓ３５、ステップＳ３６の操作を繰り返す。ｔ1は、例
えば、０．１〜１０秒であり、ストレス印加時間ｔ
totalは、例えば、１０〜１００００秒である。
【００８５】本実施形態では、測定対象試料について、
絶縁膜の絶縁破壊に至るまでストレスを印加する必要は
ない。ストレス印加時間ｔtotalとして、前述した絶縁
膜の寿命ｔBDに比較して充分に短い時間を設定してもよ
い。本実施形態では、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAおよ
びストレス印加時間ｔが、図６および図７に示されるよ
うに、ｌｏｇ−ｌｏｇスケールで直線的な関係を持つこ
とに着目して、絶縁膜の寿命を推定している。これは、
ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAが「絶縁破壊しきい値」以
上になったときに絶縁破壊が生じること、および、その
「しきい値」がストレス電圧の大きさや試料作製のプロ
セス条件にほとんど依存しないという事実の発見に基づ
いている。
絶縁膜の絶縁破壊に至るまでストレスを印加する必要は
ない。ストレス印加時間ｔtotalとして、前述した絶縁
膜の寿命ｔBDに比較して充分に短い時間を設定してもよ
い。本実施形態では、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAおよ
びストレス印加時間ｔが、図６および図７に示されるよ
うに、ｌｏｇ−ｌｏｇスケールで直線的な関係を持つこ
とに着目して、絶縁膜の寿命を推定している。これは、
ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAが「絶縁破壊しきい値」以
上になったときに絶縁破壊が生じること、および、その
「しきい値」がストレス電圧の大きさや試料作製のプロ
セス条件にほとんど依存しないという事実の発見に基づ
いている。
【００８６】第１の実施形態について説明した理由と同
様の理由によって、上記測定を１度だけ実施すれば、そ
の試料全体におけるｔBD値を得ることが可能である。
様の理由によって、上記測定を１度だけ実施すれば、そ
の試料全体におけるｔBD値を得ることが可能である。
【００８７】なお、本実施形態において、ＡモードＳＩ
ＬＣ電流量ＩAをプロットする代わりに、ある一定のＡ
モードＳＩＬＣ電流量が流れるために必要なゲート電圧
値を用いることによっても可能である。
ＬＣ電流量ＩAをプロットする代わりに、ある一定のＡ
モードＳＩＬＣ電流量が流れるために必要なゲート電圧
値を用いることによっても可能である。
【００８８】以上のように本実施形態によれば、より短
時間に精度の高いゲート酸化膜寿命推定を行なうことが
可能となる。本実施形態は実際に絶縁膜が絶縁破壊する
までストレス試験を継続する必要がないため、試験時間
を短縮することが可能であるという点で、第１の実施形
態と比べて優れている。
時間に精度の高いゲート酸化膜寿命推定を行なうことが
可能となる。本実施形態は実際に絶縁膜が絶縁破壊する
までストレス試験を継続する必要がないため、試験時間
を短縮することが可能であるという点で、第１の実施形
態と比べて優れている。
【００８９】本実施形態では、ストレス試験開始からの
経過時間が指定のストレス印加時間ｔtotal以上になっ
たときにストレス試験を終了するが、こうする代わり
に、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAがあらかじめ指定した
電流量ＩAA以上になったときにストレス試験を終了する
ようにしてもよい。図１３および図１４は、そのような
方法の手順を示しており、図１１および図１２のステッ
プＳ２２およびステップＳ３６が、それぞれ、ステップ
Ｓ２２’およびステップＳ３６’に入れ替わっている。
図１３および図１４に示す方法は、ＡモードＳＩＬＣ電
流量ＩAとストレス時間との間に図１５に示されるよう
な関係がある場合に特に効果的である。なぜなら、スト
レス印加時間ｔtotalの設定が短すぎると、絶縁膜の劣
化に伴ってＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAの実質的な増加
が観察される前にストレス試験が終了してしまうおそれ
があるからである。なお、絶縁膜に印加する電気的スト
レスが比較的に小さい場合に、ＡモードＳＩＬＣ電流量
ＩAは図１５に示すような変化を示す可能性がある。
経過時間が指定のストレス印加時間ｔtotal以上になっ
たときにストレス試験を終了するが、こうする代わり
に、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAがあらかじめ指定した
電流量ＩAA以上になったときにストレス試験を終了する
ようにしてもよい。図１３および図１４は、そのような
方法の手順を示しており、図１１および図１２のステッ
プＳ２２およびステップＳ３６が、それぞれ、ステップ
Ｓ２２’およびステップＳ３６’に入れ替わっている。
図１３および図１４に示す方法は、ＡモードＳＩＬＣ電
流量ＩAとストレス時間との間に図１５に示されるよう
な関係がある場合に特に効果的である。なぜなら、スト
レス印加時間ｔtotalの設定が短すぎると、絶縁膜の劣
化に伴ってＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAの実質的な増加
が観察される前にストレス試験が終了してしまうおそれ
があるからである。なお、絶縁膜に印加する電気的スト
レスが比較的に小さい場合に、ＡモードＳＩＬＣ電流量
ＩAは図１５に示すような変化を示す可能性がある。
【００９０】（第４の実施形態）図１６のフローチャー
トを参照する。
トを参照する。
【００９１】まず、ステップＳ４１で、判定電圧Ｖmと
判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを設定する。次に、
ステップＳ４２で評価用ストレス印加条件およびストレ
ス印加時間ｔtotalを設定する。ステップＳ４２で設定
したストレス条件で絶縁膜に対してストレス試験を実施
する（ステップＳ４３）。ストレス試験終了後、ステッ
プＳ４４で、ストレス試験中に記録しておいた各ストレ
ス印加時間ｔにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを以
下の式（２）または式（３）に代入し、フィッティング
を実行する。
判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉmとを設定する。次に、
ステップＳ４２で評価用ストレス印加条件およびストレ
ス印加時間ｔtotalを設定する。ステップＳ４２で設定
したストレス条件で絶縁膜に対してストレス試験を実施
する（ステップＳ４３）。ストレス試験終了後、ステッ
プＳ４４で、ストレス試験中に記録しておいた各ストレ
ス印加時間ｔにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを以
下の式（２）または式（３）に代入し、フィッティング
を実行する。
【００９２】 ＩA＝ ａ×ｔb 式（２） ｌｏｇ（ＩA）＝ｌｏｇ（ａ） ＋ ｂ・ｌｏｇ（ｔ） 式（３） ここで、ＩAはＡモードＳＩＬＣ電流量電流量、ｔはス
トレス時間、ａおよびｂはフィッティングパラメータで
ある。
トレス時間、ａおよびｂはフィッティングパラメータで
ある。
【００９３】フィッティングの実行により、パラメータ
ａおよびｂの値が決定される。次に、ステップＳ４４で
求めたａおよびｂの値を式（２）に代入し、ＩAが既定
値（判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm）になるときのス
トレス時間ｔを算出すれば、ｔBDが得られる（ステップ
Ｓ４５）。
ａおよびｂの値が決定される。次に、ステップＳ４４で
求めたａおよびｂの値を式（２）に代入し、ＩAが既定
値（判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm）になるときのス
トレス時間ｔを算出すれば、ｔBDが得られる（ステップ
Ｓ４５）。
【００９４】なお、ステップＳ４３のストレス試験の具
体的な手順は、図１１のフローに示した手順と同様で良
い。
体的な手順は、図１１のフローに示した手順と同様で良
い。
【００９５】本実施形態によっても、第１の実施形態に
おいて説明した理由と同様の理由によって上記測定を１
度だけ実施すれば、その試料全体におけるｔBD値を得る
ことが可能である。なお、本実施形態において、Ａモー
ドＳＩＬＣ電流量ＩAを用いる代わりに、ある一定のＡ
モードＳＩＬＣ電流量が流れるために必要なゲート電圧
値を用いることによっても可能である。
おいて説明した理由と同様の理由によって上記測定を１
度だけ実施すれば、その試料全体におけるｔBD値を得る
ことが可能である。なお、本実施形態において、Ａモー
ドＳＩＬＣ電流量ＩAを用いる代わりに、ある一定のＡ
モードＳＩＬＣ電流量が流れるために必要なゲート電圧
値を用いることによっても可能である。
【００９６】また、第３の実施形態について説明したよ
うに、ストレス試験開始からの経過時間が指定のストレ
ス印加時間ｔtotal以上になったときにストレス試験を
終了する代わりに、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAがあら
かじめ指定した電流量ＩAA以上になったときにストレス
試験を終了するようにしてもよい。
うに、ストレス試験開始からの経過時間が指定のストレ
ス印加時間ｔtotal以上になったときにストレス試験を
終了する代わりに、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAがあら
かじめ指定した電流量ＩAA以上になったときにストレス
試験を終了するようにしてもよい。
【００９７】以上のように本実施形態によれば、より短
時間に精度の高いゲート酸化膜寿命推定を行なうことが
可能となる。本実施形態は実際に絶縁膜が絶縁破壊する
までストレス試験を継続する必要がないため、試験時間
を短縮することが可能であるという点で、第１の実施形
態と比べて優れており、また、数式化することによりフ
ィッティングパラメータａおよびｂの値を定量化するこ
とが可能となり、ａおよびｂの値をチェックすることに
よって、測定および寿命推定が妥当であるかどうか知る
ことができる。この点で本実施形態は第３の実施形態に
比べて優れている。
時間に精度の高いゲート酸化膜寿命推定を行なうことが
可能となる。本実施形態は実際に絶縁膜が絶縁破壊する
までストレス試験を継続する必要がないため、試験時間
を短縮することが可能であるという点で、第１の実施形
態と比べて優れており、また、数式化することによりフ
ィッティングパラメータａおよびｂの値を定量化するこ
とが可能となり、ａおよびｂの値をチェックすることに
よって、測定および寿命推定が妥当であるかどうか知る
ことができる。この点で本実施形態は第３の実施形態に
比べて優れている。
【００９８】なお、ストレス印加時間ｔとＡモードＳＩ
ＬＣ電流量ＩAとの関係が、本実施形態で用いた式以外
の式を用いてフィッティングする方がより好ましいフィ
ッティングを達成できる場合は、適宜、前述の式（２）
または式（３）を他の式と交換するか、補正することが
好ましい。図６や図７のグラフでは、ストレス印加時間
ｔとＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAと関係が直線的である
が、前述したように、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAが比
較的に小さい領域と大きい領域との間で直線の傾きが異
なることもあり得る。従って、ストレス印加時間ｔとＡ
モードＳＩＬＣ電流量ＩAとの関係は、図６や図７に示
されるような関係に限定されるわけではない。
ＬＣ電流量ＩAとの関係が、本実施形態で用いた式以外
の式を用いてフィッティングする方がより好ましいフィ
ッティングを達成できる場合は、適宜、前述の式（２）
または式（３）を他の式と交換するか、補正することが
好ましい。図６や図７のグラフでは、ストレス印加時間
ｔとＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAと関係が直線的である
が、前述したように、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAが比
較的に小さい領域と大きい領域との間で直線の傾きが異
なることもあり得る。従って、ストレス印加時間ｔとＡ
モードＳＩＬＣ電流量ＩAとの関係は、図６や図７に示
されるような関係に限定されるわけではない。
【００９９】（絶縁膜評価装置）以下に、図１７を参照
しながら、本発明の絶縁膜評価方法の実施のために用い
る絶縁膜評価装置を説明する。
しながら、本発明の絶縁膜評価方法の実施のために用い
る絶縁膜評価装置を説明する。
【０１００】図示されている絶縁膜評価装置は、試料１
０を保持するサンプルホルダ２０と、サンプルホルダ２
０上に置かれた試料１０に電気的に接触するプローブ
（探針）２１と、プローブ２１を介して試料１０に電気
的ストレスの印加と電流・電圧の測定を実行するための
測定部２２と、得られたデータを解析するための解析部
２６とを備えている。
０を保持するサンプルホルダ２０と、サンプルホルダ２
０上に置かれた試料１０に電気的に接触するプローブ
（探針）２１と、プローブ２１を介して試料１０に電気
的ストレスの印加と電流・電圧の測定を実行するための
測定部２２と、得られたデータを解析するための解析部
２６とを備えている。
【０１０１】試料１０は、シリコン基板１１と、基板１
１上に形成されたゲート酸化膜１２と、ゲート酸化膜上
に形成されたゲート電極１３とを有している。この試料
１０を保持するホルダ２０は、ストレス印加工程中に試
料１０を加熱することができるようにヒータを備えてい
る。ホルダ２０は、試料１０のシリコン基板１１に電気
的に接触するとともに、接地されている。
１上に形成されたゲート酸化膜１２と、ゲート酸化膜上
に形成されたゲート電極１３とを有している。この試料
１０を保持するホルダ２０は、ストレス印加工程中に試
料１０を加熱することができるようにヒータを備えてい
る。ホルダ２０は、試料１０のシリコン基板１１に電気
的に接触するとともに、接地されている。
【０１０２】測定部２２は、電圧印加部２３と、電流測
定部２４と、記録部２５とを備えており、電圧印加部２
３は、ストレス印加工程では、試料１０に評価用電圧Ｖ
0（ストレス電圧：例えば−６Ｖ）を印加し、Ａモード
ＳＩＬＣ電流量ＩAを測定する工程では、試料１０に判
定電圧Ｖm（例えば、−４Ｖ）を印加する。電流測定部
２４は、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを測定する工程に
おいて、試料１０に判定電圧Ｖmが例印加されたときに
絶縁膜１２を流れる電流を測定する。測定されたＡモー
ドＳＩＬＣ電流量ＩAは、測定時刻（ストレス時間ｔ）
に関連づけられて記録部２５に記録される。定電流スト
レスを印加する場合には、不図示の定電流供給部から定
電流が試料に供給される。
定部２４と、記録部２５とを備えており、電圧印加部２
３は、ストレス印加工程では、試料１０に評価用電圧Ｖ
0（ストレス電圧：例えば−６Ｖ）を印加し、Ａモード
ＳＩＬＣ電流量ＩAを測定する工程では、試料１０に判
定電圧Ｖm（例えば、−４Ｖ）を印加する。電流測定部
２４は、ＡモードＳＩＬＣ電流量ＩAを測定する工程に
おいて、試料１０に判定電圧Ｖmが例印加されたときに
絶縁膜１２を流れる電流を測定する。測定されたＡモー
ドＳＩＬＣ電流量ＩAは、測定時刻（ストレス時間ｔ）
に関連づけられて記録部２５に記録される。定電流スト
レスを印加する場合には、不図示の定電流供給部から定
電流が試料に供給される。
【０１０３】第４の実施形態の方法を実施する場合に
は、記録部２５に記録されたデータに対して、解析部２
６の演算器で前述のフィッティングが実行され、フィッ
ティングパラメータａおよびｂが求められるともに、既
定値（判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm）が与えられて
いると、ｔBDが算出される。
は、記録部２５に記録されたデータに対して、解析部２
６の演算器で前述のフィッティングが実行され、フィッ
ティングパラメータａおよびｂが求められるともに、既
定値（判定ＡモードＳＩＬＣ電流量Ｉm）が与えられて
いると、ｔBDが算出される。
【０１０４】なお、上記各実施形態では、判定Ａモード
ＳＩＬＣ電流量Ｉmまたは絶縁破壊しきい値がストレス
条件やプロセス条件によらず一定であるとして、絶縁膜
寿命の推定を行っているが、絶縁膜破壊しきい値は、ス
トレス印加時の温度に応じて変化することがわかってい
る。このため、前記絶縁破壊しきい値をストレス印加時
の温度の関数として表現するようにしてもよい。
ＳＩＬＣ電流量Ｉmまたは絶縁破壊しきい値がストレス
条件やプロセス条件によらず一定であるとして、絶縁膜
寿命の推定を行っているが、絶縁膜破壊しきい値は、ス
トレス印加時の温度に応じて変化することがわかってい
る。このため、前記絶縁破壊しきい値をストレス印加時
の温度の関数として表現するようにしてもよい。
【０１０５】また、本発明は、絶縁膜の寿命・信頼性の
観点から最適なプロセスを選択する方法にも適用でき
る。図７に示されるように、同一の絶縁膜についても、
その絶縁膜が経験したプロセス条件が異なる場合、スト
レス時間とＡモードＳＩＬＣ電流量との関係が大きく変
化する。図７のグラフからは、試料３が経験したプロセ
ス条件が他の試料が経験したプロセス条件に比較して最
も好ましく、絶縁膜の寿命を長くするものであることが
わかる。プロセス条件の異なる試料に対して、ストレス
時間が例えばｔx秒におけるＡモードＳＩＬＣ電流量を
測定し、その測定値を比較することによって、絶縁膜の
信頼性向上にとって最適なプロセス条件を選択すること
が可能である。
観点から最適なプロセスを選択する方法にも適用でき
る。図７に示されるように、同一の絶縁膜についても、
その絶縁膜が経験したプロセス条件が異なる場合、スト
レス時間とＡモードＳＩＬＣ電流量との関係が大きく変
化する。図７のグラフからは、試料３が経験したプロセ
ス条件が他の試料が経験したプロセス条件に比較して最
も好ましく、絶縁膜の寿命を長くするものであることが
わかる。プロセス条件の異なる試料に対して、ストレス
時間が例えばｔx秒におけるＡモードＳＩＬＣ電流量を
測定し、その測定値を比較することによって、絶縁膜の
信頼性向上にとって最適なプロセス条件を選択すること
が可能である。
【０１０６】
【発明の効果】このように本発明の絶縁膜評価方法によ
れば、絶縁膜にストレスを印加するストレス印加工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量をモニタし、絶
縁膜の絶縁破壊が生じるときのＡモードストレス誘起リ
ーク電流量の値を測定する工程と、を包含することによ
って、絶縁破壊時点でのＡモードストレス誘起リーク電
流量を知ることができる。
れば、絶縁膜にストレスを印加するストレス印加工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量をモニタし、絶
縁膜の絶縁破壊が生じるときのＡモードストレス誘起リ
ーク電流量の値を測定する工程と、を包含することによ
って、絶縁破壊時点でのＡモードストレス誘起リーク電
流量を知ることができる。
【０１０７】本発明の他の絶縁膜評価装置によれば、複
数の試料について、絶縁膜の絶縁破壊が生じるときのＡ
モードストレス誘起リーク電流量の値を測定する工程
と、測定された複数の値を統計的に処理することによっ
て、Ａモードストレス誘起リーク電流量の絶縁破壊しき
い値を決定するしきい値決定工程とを包含することによ
り、絶縁膜の寿命推定に用いることのできる有用なしき
い値または判定値を求めることが可能になる。
数の試料について、絶縁膜の絶縁破壊が生じるときのＡ
モードストレス誘起リーク電流量の値を測定する工程
と、測定された複数の値を統計的に処理することによっ
て、Ａモードストレス誘起リーク電流量の絶縁破壊しき
い値を決定するしきい値決定工程とを包含することによ
り、絶縁膜の寿命推定に用いることのできる有用なしき
い値または判定値を求めることが可能になる。
【０１０８】本発明の更に他の絶縁膜評価装置によれ
ば、Ａモードストレス誘起リーク電流量を測定する工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量の測定値とＡモ
ードストレス誘起リーク電流量の絶縁破壊しきい値との
関係に基づいて、絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程
とを包含することにより、実際に絶縁破壊が生じるまで
ストレス印加を継続しなくても、絶縁膜の寿命を知るこ
とが可能になる。
ば、Ａモードストレス誘起リーク電流量を測定する工程
と、Ａモードストレス誘起リーク電流量の測定値とＡモ
ードストレス誘起リーク電流量の絶縁破壊しきい値との
関係に基づいて、絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程
とを包含することにより、実際に絶縁破壊が生じるまで
ストレス印加を継続しなくても、絶縁膜の寿命を知るこ
とが可能になる。
【０１０９】このように、本発明によれば、測定結果の
信頼性を低下させることなく、測定に要する時間および
試料数を抑制することが可能となるため、より短時間に
精度の高い酸化膜の寿命推定を行なうことできる。
信頼性を低下させることなく、測定に要する時間および
試料数を抑制することが可能となるため、より短時間に
精度の高い酸化膜の寿命推定を行なうことできる。
【図１】本発明の絶縁膜評価方法に用いる試料の構造の
一例を示した断面図である。
一例を示した断面図である。
【図２】極薄シリコン酸化膜における２つのモードのス
トレス誘起リーク電流の電流−電圧特性を示したグラフ
である。
トレス誘起リーク電流の電流−電圧特性を示したグラフ
である。
【図３】膜厚４．３ｎｍのシリコン酸化膜にゲート電圧
−６Ｖの定電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧
−６Ｖにおけるゲート電流量の時間変化を示したグラフ
である。
−６Ｖの定電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧
−６Ｖにおけるゲート電流量の時間変化を示したグラフ
である。
【図４】膜厚４．３ｎｍのシリコン酸化膜にゲート電圧
−６Ｖの定電圧ストレス印加を行ったときの電流−電圧
特性の時間変化を示したグラフである。
−６Ｖの定電圧ストレス印加を行ったときの電流−電圧
特性の時間変化を示したグラフである。
【図５】膜厚４．３ｎｍのシリコン酸化膜にゲート電圧
−６Ｖの定電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧
−４ＶにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量の時間変化を示
したグラフである。
−６Ｖの定電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧
−４ＶにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量の時間変化を示
したグラフである。
【図６】膜厚４．３ｎｍのシリコン酸化膜に種々の大き
さの定電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧−４
ＶにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量の時間変化を示した
グラフである。
さの定電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧−４
ＶにおけるＡモードＳＩＬＣ電流量の時間変化を示した
グラフである。
【図７】種々の作製プロセスにより形成した膜厚３．８
ｎｍの３種類のシリコン酸化膜にゲート電圧−６Ｖの定
電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧−４Ｖにお
けるＡモードＳＩＬＣ電流量の時間変化を示したグラフ
である。
ｎｍの３種類のシリコン酸化膜にゲート電圧−６Ｖの定
電圧ストレス印加を行ったときのゲート電圧−４Ｖにお
けるＡモードＳＩＬＣ電流量の時間変化を示したグラフ
である。
【図８】本発明による絶縁膜評価方法の第１の実施形態
の手順を示すフローチャートである。
の手順を示すフローチャートである。
【図９】絶縁破壊時点のＡモードＳＩＬＣ電流量の複数
の測定値から絶縁破壊しきい値を決定する方法を説明す
る図である。
の測定値から絶縁破壊しきい値を決定する方法を説明す
る図である。
【図１０】本発明による絶縁膜評価方法の第２の実施形
態の手順を示すフローチャートである。
態の手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明による絶縁膜評価方法の第３の実施形
態の手順を示すフローチャートである。
態の手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明による絶縁膜評価方法で行うストレス
試験の手順の一例を示すフローチャートである。
試験の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明による絶縁膜評価方法の第３の実施形
態の改変された手順を示すフローチャートである。
態の改変された手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明による絶縁膜評価方法で行うストレス
試験の改変された手順の一例を示すフローチャートであ
る。
試験の改変された手順の一例を示すフローチャートであ
る。
【図１５】シリコン酸化膜に比較的に小さなストレス印
加を行ったときのゲート電圧−４ＶにおけるＡモードＳ
ＩＬＣ電流量の時間変化を示したグラフである。
加を行ったときのゲート電圧−４ＶにおけるＡモードＳ
ＩＬＣ電流量の時間変化を示したグラフである。
【図１６】本発明による絶縁膜評価方法の第４の実施形
態の手順を示すフローチャートである。
態の手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明による絶縁膜評価装置の構成例を示す
模式的なブロック図である。
模式的なブロック図である。
【図１８】従来の絶縁膜信頼性評価方法の手順を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図１９】従来の他の絶縁膜信頼性評価方法の手順を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
１ シリコン基板 ２ ゲート絶縁膜 ３ ゲート電極 ４ 絶縁性サイドウォール ５ 絶縁膜評価装置 １０ 試料 １１ シリコン基板 １２ ゲート絶縁膜 １３ ゲート電極 ２０ 試料ホルダ ２１ プローブ ２２ 測定部 ２３ 電圧印加部 ２４ 電流測定 ２５ 記録部 ２６ 解析部
Claims (16)
- 【請求項１】 絶縁膜に電気的ストレスを印加するスト
レス印加工程と、 Ａモードストレス誘起リーク電流量をモニタし、前記絶
縁膜の絶縁破壊が生じるときの前記Ａモードストレス誘
起リーク電流量の値を測定する工程と、を包含すること
を特徴とする絶縁膜評価方法。 - 【請求項２】 複数の試料について、絶縁膜に電気的ス
トレスを印加するストレス印加工程と、 各試料について、Ａモードストレス誘起リーク電流量を
モニタし、前記絶縁膜の絶縁破壊が生じるときの前記Ａ
モードストレス誘起リーク電流量の値を測定する工程
と、 測定された前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の複
数の値を統計的に処理することによって、前記Ａモード
ストレス誘起リーク電流量の絶縁破壊しきい値を決定す
るしきい値決定工程と、を包含することを特徴とする絶
縁膜評価方法。 - 【請求項３】 前記しきい値決定工程において、温度を
含むストレス条件に応じて異なる値を前記絶縁破壊しき
い値に割りあてることを特徴とする請求項２に記載の絶
縁膜評価方法。 - 【請求項４】 絶縁膜に電気的ストレスを印加するスト
レス印加工程と、 Ａモードストレス誘起リーク電流量を測定する工程と、 前記Ａモードストレス誘起リーク電流量の測定値と、前
記Ａモードストレス誘起リーク電流量の前記絶縁破壊し
きい値に基づいて決められた判定値との関係に基づい
て、前記絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程と、を包
含することを特徴とする絶縁膜評価方法。 - 【請求項５】 前記判定値は、前記Ａモードストレス誘
起リーク電流量の絶縁破壊しきい値そのものであること
を特徴とする請求項４に記載の絶縁膜評価方法。 - 【請求項６】 前記寿命推定工程は、前記Ａモードスト
レス誘起リーク電流量の測定値（ＩA）と前記ストレス
印加時間（ｔ）をｌｏｇ−ｌｏｇスケールでプロットす
る工程と、 プロットされた前記測定値（ＩA）から前記測定値
（ＩA）と前記ストレス印加時間（ｔ）との関係を決定
し、前記関係に基づいて、前記Ａモードストレス誘起リ
ーク電流量が前記判定値に達するまでの時間を求める工
程と、を包含することを特徴とする請求項４または５に
記載の絶縁膜評価方法。 - 【請求項７】 前記寿命推定工程は、前記Ａモードスト
レス誘起リーク電流量の測定値（ＩA）とストレス印加
時間（ｔ）との間に成立する関係式に基づいて、前記Ａ
モードストレス誘起リーク電流量が前記判定値に達する
までの時間を求める工程を包含することを特徴とする請
求項４または５に記載の絶縁膜評価方法。 - 【請求項８】 前記関係式は、数ａおよびｂをパラメー
タとした場合に、ＩA＝ ａ×ｔbで表現されることを特
徴とする請求項７に記載の絶縁膜評価方法。 - 【請求項９】 複数の試料について、絶縁膜に電気的ス
トレスを印加するストレス印加工程と、 各試料について、前記絶縁膜を流れる電流の量が規定値
を示すように前記絶縁膜に電圧を印加する工程と、 前記電圧の値をモニタし、前記絶縁膜の絶縁破壊が生じ
るときの前記電圧のしきい値を測定する工程と、 測定された前記電圧のしきい値の複数の値を統計的に処
理することによって、電圧に関する絶縁破壊しきい値を
決定する工程と、を包含することを特徴とする絶縁膜評
価方法。 - 【請求項１０】 絶縁膜に電気的ストレスを印加するス
トレス印加工程と、 Ａモードストレス誘起リーク電流量が規定値を示すとき
に前記絶縁膜に印加される電圧を測定する工程と、 前記電圧の測定値と前記電圧のしきい値との関係に基づ
いて、前記絶縁膜の寿命を推定する寿命推定工程と、を
包含することを特徴とする絶縁膜評価方法。 - 【請求項１１】 絶縁膜に電気的ストレスを印加するス
トレス印加工程と、 前記ストレスの印加によって引き起こされた前記絶縁膜
の性質変化を、Ａモードストレス誘起リーク電流量を測
定することによってモニタする工程と、 モニタされた前記絶縁膜の性質変化に基づいて、前記絶
縁膜の寿命を予測することを特徴とする絶縁膜評価方
法。 - 【請求項１２】 絶縁膜に第１の電圧Ｖ0を印加するス
トレス印加工程と、 前記第１の電圧Ｖ0の絶対値よりも小さな絶対値を持つ
第２の電圧Ｖmを前記絶縁膜に印加したときに前記絶縁
膜を流れるリーク電流の値をモニタする工程と、を包含
し、 前記リーク電流の値に基づいて、前記絶縁膜を評価する
ことを特徴とする絶縁膜評価方法。 - 【請求項１３】 前記絶縁膜と同種類の他の絶縁膜の絶
縁破壊が生じるときに前記他の絶縁膜を流れたリーク電
流の値と、前記絶縁膜についてモニタされたリーク電流
の値とに基づいて、前記絶縁膜の寿命を推定することを
特徴とする請求項１２に記載の絶縁膜評価方法。 - 【請求項１４】 異なるプロセス条件を経た複数の試料
について、絶縁膜を流れるＡ−ＳＩＬＣ電流量を測定す
る工程と、 測定されたＡ−ＳＩＬＣ電流量に基づいて、絶縁膜の寿
命を最適化するプロセス条件を選択する工程と、を包含
するプロセス評価方法。 - 【請求項１５】 請求項１から１３の何れかに記載の絶
縁膜評価方法を実施するための絶縁膜評価装置であっ
て、 評価対象の絶縁膜が形成された試料を保持するホルダ
と、 ホルダ上に置かれた試料に電気的に接触するプローブ
と、 プローブを介して試料に電気的ストレスを印加し、電流
・電圧の測定を実行するための測定部と、を備えた絶縁
膜評価装置。 - 【請求項１６】 前記測定部によって得られたデータを
解析するための解析部を更に備えている請求項１５に記
載の絶縁膜評価装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35709597A JP3789220B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 絶縁膜評価方法および装置ならびにプロセス評価方法 |
| US09/154,026 US6326792B1 (en) | 1997-12-25 | 1998-09-16 | Method and apparatus for lifetime prediction of dielectric breakdown |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35709597A JP3789220B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 絶縁膜評価方法および装置ならびにプロセス評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11186351A true JPH11186351A (ja) | 1999-07-09 |
| JP3789220B2 JP3789220B2 (ja) | 2006-06-21 |
Family
ID=18452361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35709597A Expired - Fee Related JP3789220B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 絶縁膜評価方法および装置ならびにプロセス評価方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6326792B1 (ja) |
| JP (1) | JP3789220B2 (ja) |
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| WO2001041190A2 (en) * | 1999-11-30 | 2001-06-07 | Semiconductor Diagnostics, Inc. | A method for measuring stress induced leakage current and gate dielectric integrity using corona discharge |
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