JPH1197500A - 半導体装置の評価方法，半導体装置の製造工程の管理方法及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の製造工程中で短時間に全数検査
が可能な半導体装置の評価方法を提供する。 【解決手段】 酸化膜に時間の経過とともにランプ波形
状に変化する電界を印加し、各測定時点において酸化膜
に印加される電流密度を測定する。酸化膜の破壊が生じ
る時点までの電流密度を時間について積分し、破壊まで
の総電荷量Ｑｂｄを求める。総電荷量Ｑbdを各測定時点
における電流密度で除し、各測定時点における電流密度
が一定のままで酸化膜に印加されたと仮定したときの酸
化膜の寿命の推定値を算出する。共通の測定時点に対応
する電界強度と寿命の推定値とから、酸化膜の寿命の推
定値を電界強度の関数とする回帰直線を決定する。この
回帰直線に基づいて、電界加速係数を決定し、任意の電
界強度における酸化膜寿命を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の絶縁
膜の信頼性等を評価する方法，この評価方法を利用した
半導体装置の製造工程における管理方法及び評価手順を
コンピュータに実行させるための記録媒体に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路装置の高密度化、
高集積化、微細化の進行に伴い、それを構成するＭＯＳ
トランジスタまたはＭＯＳキャパシタで用いられる絶縁
膜、特にＳｉＯ₂ 膜（以下酸化膜と称する）は薄膜化さ
れる傾向にある。この一方で、半導体集積回路装置の電
源電圧はそれほど低電圧化されていないことから、酸化
膜に印加される電界強度は薄膜化に伴って増大してきて
いる。この状況の下で、酸化膜の経時絶縁破壊（ＴＤＤ
Ｂ：Time Dependent Dielectric Breakdown)が信頼性を
左右するものとして重大な問題となってきている。これ
は、酸化膜に電界が印加された場合、たとえばＭＯＳト
ランジスタではゲート電極とチャネル領域間、ＭＯＳキ
ャパシタでは２つの電極間に電圧が印加された場合、電
界の印加開始からある時間が経過した時点で酸化膜が破
壊し、酸化膜の電気的な絶縁性が失われて、酸化膜を挟
むゲート−チャネル間あるいは上下電極間に電気的な短
絡が生じる現象である（この時間を以下酸化膜寿命と称
する）。

【０００３】ここで、ＴＤＤＢには欠陥の無い酸化膜に
おいて電圧を印加してから一定時間経過したときに発生
する故障であって発生確率分布関数がピークを有する真
性故障と、欠陥を含む酸化膜において真性故障より短時
間に発生する偶発故障とがある。そして、製品における
酸化膜の偶発故障をスクリーニングするためにバーンイ
ンが行われている。このバーンイン条件は、酸化膜のＴ
ＤＤＢ試験により得られた酸化膜の真性故障時間（寿
命）の電界強度依存性からストレスの電界加速係数を求
め、このストレスの電界加速係数を使用して、酸化膜の
真性故障が起こらない範囲で、酸化膜の偶発故障をスク
リーニングできる条件として決定される。このとき、偶
発故障に対するストレスの電界加速係数として真性故障
に対して測定された電界加速係数の値を使用する。

【０００４】このように、電界加速係数抽出及び酸化膜
寿命推定のための経時絶縁膜破壊試験（ＴＤＤＢ試験）
が半導体集積回路装置の設計・開発上必須の項目となっ
ており、その重要性は更に増大する傾向にある。

【０００５】この経時絶縁破壊試験（ＴＤＤＢ試験）に
は、下記表に示すような一定の電圧を絶縁膜が破壊する
まで印加する定電圧試験と、一定の電流を絶縁膜が破壊
するまで印加する定電流試験と、時間の経過とともに一
定の増加率で増大する電圧を絶縁膜に印加するランプ電
圧試験と、時間の経過とともに一定の増加率で増大する
電流を絶縁膜に印加するランプ電流試験とがある。

【０００６】

【表１】

【０００７】上記各試験のうち定電圧試験は、実使用時
寿命τを推定する目的で行なわれるものであり、この試
験により絶縁膜の寿命の絶対的な評価を行なうことがで
きる。定電流試験は、絶縁膜の膜質の評価の指標となる
破壊電荷量Ｑｂｄを求める目的で行なわれるものであ
り、この試験により絶縁膜の膜質の相対的な評価を行う
ことができる。ランプ電圧試験は、絶縁膜の欠陥の密度
の評価の指標となる耐圧値Ｅｂｄを求める目的で行なわ
れるものであり、この試験により偶発的な故障の発生確
率の相対的な評価を行なうことができる。ランプ電流試
験は、定電流試験と同様に、破壊電荷量Ｑｂｄを求める
目的で行なわれるものであり、この試験により絶縁膜の
膜質の相対的な評価を行うことができる。なお、現実に
行なわれているランプ電圧試験，ランプ電流試験におけ
る電圧，電流の波形は微細に見ると階段状に変化するも
のが大多数を占めており、時間の経過に対して完全に連
続的に増加するものは少ない。

【０００８】以下、従来の電界加速係数抽出及び酸化膜
寿命の推定方法のうち定電圧試験について、図９〜図１
１を参照しながら説明する。ただし、図９は従来の定電
圧ＴＤＤＢ試験から酸化膜寿命を推定する手順を示すフ
ローチャートであり、図１０は従来の定電圧ＴＤＤＢ試
験中で得られる各ストレス電界強度における酸化膜寿命
の測定結果を示す図であり、図１１は従来の定電圧ＴＤ
ＤＢ試験における最終的に酸化膜寿命を決定する方法を
説明するための図である。

【０００９】図９に示すように、まず、ステップＳＴ５
１で、酸化膜を挟む２つの導電層を介して酸化膜に一定
電圧を印加し、ステップＳＴ５２で、酸化膜破壊が生じ
る時間（酸化膜寿命）を測定する。次に、ステップＳＴ
５３で、各電界強度における酸化膜寿命を電界強度の関
数として近似する。そして、ステップＳＴ５４で、この
関数から電界加速係数を抽出し、任意の電界強度におけ
る酸化膜寿命を推定する。このような手順に従いストレ
ス酸化膜寿命の推定が行われていた。

【００１０】図１０は、上記ステップＳＴ５１，ＳＴ５
２の手順を詳細に説明する図である。同図において、横
軸は酸化膜に電界を印加するストレス時間、右の縦軸は
酸化膜経時絶縁破壊による累積故障率Ｐ、左の縦軸は累
積故障率Ｐから計算されたｌｎ｛−ｌｎ（１−Ｐ）｝を
示している。また、黒三角，白丸，白四角，白三角で示
される点は、各々異なるストレス電界強度Ｅa ，Ｅb ，
Ｅc ，Ｅd の下で個々の酸化膜破壊が生じた時点での累
積故障率を示す。そして、各点を結ぶ直線ａp，ｂp ，
ｃp ，ｄp は、各ストレス電界強度Ｅa ，Ｅb ，Ｅc ，
Ｅd の下での累積故障率の時間依存性を示す。さらに各
直線と一点鎖線との交点におけるストレス時間Ｔa ，Ｔ
b ，Ｔc ，Ｔd は、酸化膜経時絶縁破壊による５０％累
積故障時間の実測値である。図１０に示すように、横軸
を時間の対数、縦軸をｌｎ（−ｌｎ（１−Ｐ））とする
グラフの上に累積故障率Ｐをプロットすることは、一般
にワイブルプロットと呼ばれている。一般に、故障確率
がワイブル分布に従う場合に、ワイブルプロットの結果
は直線となる。このように、ストレス時間に対する酸化
膜の経時絶縁破壊の累積故障率をグラフ上に表したい場
合には、ワイブルプロット法が広く用いられている。

【００１１】次に、図１１は、上記ステップＳＴ５３，
５４の手順を詳細に説明する図である。同図において、
横軸は酸化膜に印加される電界強度Ｅ、縦軸は酸化膜寿
命Ｔを示している。同図において、Ｔa ，Ｔb ，Ｔc ，
Ｔd は５０％累積故障時間の実測値、ＥA ，ＥB ，ＥC
，ＥD はストレス電界強度、直線Ｔ（Ｅ）は酸化膜寿
命の推定直線、Ｅmax は実使用時の酸化膜印加電界強度
の最大値、τESは実使用時の酸化膜寿命の推定値であ
る。

【００１２】次に、上記手順を実行するための具体的な
処理について説明する。酸化膜寿命を推定するため同一
の形状、寸法、製造プロセスにより形成された同等の酸
化膜をキャパシタ絶縁膜とするＭＯＳキャパシタを多数
準備する。これが複数の組に分けられる。各組に対して
は、それぞれ、図１１に示した実使用時の酸化膜印加電
界強度の最大値Ｅmax よりも高い一定のストレス電界強
度ＥA ，ＥB ，ＥC ，ＥD を印加する。このストレス印
加により、各組の酸化膜は経時絶縁破壊を生じ、時間の
経過に伴って故障を生じた酸化膜の個数が増大する。

【００１３】この各ストレス電界強度の下で、個々の酸
化膜破壊が生じた時間（ストレス時間）とそのときの累
積故障率を、図１０に示すように、ワイブルプロットす
る。経験的に酸化膜経時絶縁破壊の故障確率はワイブル
分布に従い、このため累積故障率の時間依存性のワイブ
ルプロットは通常直線となる。このデータから各ストレ
ス電界強度の下で個々の酸化膜破壊が生じた時点での累
積故障率に対する回帰直線ａp ，ｂp ，ｃp ，ｄp を求
めることにより、各ストレス電界強度ＥA ，ＥB ，ＥC
，ＥD に対して累積故障率が５０％に達する時間、す
なわち５０％累積故障時間の実測値Ｔa ，Ｔb ，Ｔc ，
Ｔd を求める。

【００１４】この５０％累積故障時間を酸化膜寿命とみ
なして、片対数グラフである図１１上に、５０％累積故
障時間の実測値Ｔa ，Ｔb ，Ｔc ，Ｔd を縦軸に、酸化
膜に印加される電界強度ＥA ，ＥB ，ＥC ，ＥD を横軸
にプロットする。経験的には、５０％累積故障時間の実
測値Ｔa ，Ｔb ，Ｔc ，Ｔd をプロットすると、直線上
に並ぶ。そこで、これにもとづいて５０％累積故障時間
の実測値Ｔa ，Ｔb ，Ｔc ，Ｔd 、すなわち酸化膜寿命
Ｔを電界強度Ｅの関数、例えば回帰直線Ｔ（Ｅ）として
近似しこの回帰直線Ｔ（Ｅ）の傾きをストレスの電界加
速係数β（ｄｅｃａｄｅｓ／ＭＶ／ｃｍ）として抽出す
る。この回帰直線Ｔ（Ｅ）を利用すると、任意の電界強
度における酸化膜寿命の推定値を求めることができる。
そこで、実使用時の酸化膜印加電界強度の最大値Ｅmax
における実使用時の酸化膜寿命の推定値τESを求めるの
である。

【００１５】そして、製造工程で拡散工程を終了したウ
エハ上のＭＯＳキャパシタを用いて酸化膜の信頼性を短
時間に評価するには、評価対象となる酸化膜をキャパシ
タ絶縁膜とする多数のＭＯＳキャパシタをウエハ状態の
ままで試験する。この場合、オートプローバを用いてウ
エハ上のＭＯＳキャパシタに対して、測定点を移動しな
がら順次プロービングして測定する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の酸化膜寿命の推定方法のうち定電圧試験には、以下
のような問題があった。

【００１７】一般に、半導体デバイスの製造プロセスの
開発の際には、プロセス条件が頻繁に変更される。この
プロセス条件の変更により電界加速係数及び酸化膜寿命
が変化する可能性があることから、電界加速係数の抽出
及び酸化膜寿命の推定を頻繁に行う必要がある。

【００１８】また、工場で製品を量産する際にも、装置
のトラブル等によるプロセス条件の変動により拡散工程
を終了したウエハ毎に酸化膜寿命が変動し、時にはいち
じるしく酸化膜寿命が短くなって信頼性を保証するため
の基準を満たさなくなる可能性がある。このような異常
が発生した場合に、市場に信頼性の低い製品が出荷され
るのを防ぐため、早急に寿命の推定を行って酸化膜寿命
の推定値を正確に求めることが必要になる。

【００１９】すなわち、拡散工程を終了した全ウエハに
対して、ウエハ毎に電界加速係数及び酸化膜の寿命の推
定値を短時間で求めることが必要となる。

【００２０】上述した従来の酸化膜寿命の推定方法の中
で、ウエハ状態のままで寿命推定のための試験をする場
合においては、オートプローバを用いてウエハ上のＭＯ
Ｓキャパシタに順次プロービングして測定する。このた
め、同時に試験が可能なＭＯＳキャパシタは、プローブ
カードのプローブ針で同時に電気的接続を取ることので
きる１個あるいは数個に限られる。したがって、多数の
ＭＯＳキャパシタに複数のストレス電界強度を印加して
累積故障率を測定しようとすると、長時間を要する。特
に、低ストレス電界強度の測定においてこの傾向がいち
じるしく、全ウエハの電界加速係数の抽出及び酸化膜寿
命の推定をする際の大きな障害となっている。

【００２１】そこで、酸化膜の寿命推定のための測定時
間を短くするためには、測定に用いるＭＯＳキャパシタ
の数を少なくしたり、あるいは試験時のストレス電界強
度を高くする方法がある。

【００２２】しかし、相異なる何種類かのストレス電界
強度に対して累積故障率を求める必要があるので、測定
に用いるＭＯＳキャパシタの数を少なくすると、１つの
ストレス電界強度条件に割り当てられるＭＯＳキャパシ
タの数は一層少なくなる。しかも、同一ウエハ上のＭＯ
Ｓキャパシタは同等であると仮定されているにもかかわ
らず、実際には特性にばらつきを持っているので、各ス
トレス電界強度における累積故障率は異なるＭＯＳキャ
パシタから求められる。このため、各ストレス電界強度
に割り当てられるＭＯＳキャパシタの数が少なくなるほ
ど、各ＭＯＳキャパシタの特性のばらつきが各ストレス
電界強度における累積故障率の分布の変位となって現わ
れる。この結果、各ＭＯＳキャパシタの特性のばらつき
が各ストレス電界強度における酸化膜寿命の変位として
現われ、これが最終的に電界加速係数及び酸化膜寿命の
推定値の誤差を大きくする。したがって、測定に用いる
ＭＯＳキャパシタの数を少なくして測定時間を短くし、
全ウエハの電界加速係数及び酸化膜寿命を推定すること
は、信頼性を保証する観点から不適切である。

【００２３】一方、ストレス時の電界強度を高くした場
合には、測定器の時間精度が不十分となるという問題
や、高電界の印加により試験時に多量の発熱が生じ、酸
化膜の温度が予測不可能な上昇を生じて、経時的に絶縁
破壊するまでの時間が本来の温度および電界強度におけ
る値よりも短くなるという問題により電界加速係数抽出
及び寿命推定に大きな誤差が生じる。このため、ストレ
ス時の電界強度を高くして測定時間を短くし、ウエハの
電界加速係数を抽出し酸化膜寿命を推定することもまた
不適切である。

【００２４】そこで、定電圧試験ではなく他のＴＤＤＢ
試験について検討してみると、定電流試験は、定電圧試
験よりは試験時間を短くできるものの、なお試験時間が
長い上に相対的な膜質の評価しかできないという欠点が
ある。ランプ電圧試験は、試験時間が短いものの得られ
る情報が欠陥による偶発的な故障の発生確率を推定する
ものであり、正常な絶縁膜の寿命を評価するという目的
には適合していない。また、ランプ電流試験は、試験時
間は短いものの、定電流試験と同様の欠点を有する。

【００２５】結局、上記従来の各試験法のいずれを採用
しても、実用上十分短い測定時間と実用上十分高い精度
を有する電界加速係数及び酸化膜寿命の推定値を実現す
ることができず、特に、全ウエハの電界加速係数を抽出
及び酸化膜寿命を推定することは不可能である。

【００２６】本発明の目的は、実用上十分短い測定時間
と十分高い推定精度とを有し、かつ従来の方法による推
定値と互換性のある電界加速係数の抽出又は絶縁膜寿命
の推定を行いうる手段を講ずることにより、製造工程中
の全ウエハに対して電界加速係数及び酸化膜寿命の推定
値を短期間で測定することを可能とするとともに、製造
プロセス開発の際のプロセス条件の変更による電界加速
係数及び酸化膜寿命の変化、あるいは工場で製品を量産
する際に、装置のトラブル等によるプロセス条件の変動
による電界加速係数及び酸化膜寿命の変動を短期間で見
落とすことなくモニタリングしうる半導体装置の評価方
法を提供することにある。

【００２７】また、本発明は、この評価方法を利用した
半導体装置の製造工程の管理方法と、この評価を行なう
手順をコンピュータに実行させるための記録媒体とを提
供することをも目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第１及び第２の半導体装置の評価方法
に関する手段と、第１及び第２の半導体装置の製造工程
の管理方法に関する手段と、第１及び第２の記録媒体に
関する手段とを講じている。

【００２９】本発明の第１の半導体装置の試験方法は、
半導体装置内に設けられた絶縁膜に、強度が時間の経過
とともに変化する電界を印加する第１のステップと、上
記電界が印加されている間の複数の時点において上記絶
縁膜に印加される電流密度を測定する第２のステップ
と、上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの上記電流密度
を時間について積分して破壊までの電荷量を算出する第
３のステップと、上記第３のステップで算出された上記
絶縁膜の破壊までの電荷量を上記第２のステップで測定
された各時点の電流密度で除し、各時点ごとにそのとき
の電流密度が一定で印加されたと仮定したときの絶縁膜
の寿命の推定値を求める第４のステップと、上記絶縁膜
の寿命の推定値を電界強度の関数として近似する第５の
ステップと、上記関数に基づき、電界加速係数の抽出と
任意の電界強度における絶縁膜寿命の推定とのうち少な
くともいずれか一方を行う第６のステップとを備えてい
る。

【００３０】この方法により、印加電圧の経時変化に応
じて絶縁膜に印加される電流密度も経時変化する。そし
て、絶縁膜寿命の推定値は、絶縁膜の破壊までの総電荷
量が電界強度あるいは電流密度に依存しない一定値とな
るという経験的事実にもとづいて、電流密度の経時変化
特性線上のある部位における電流密度が一定で絶縁膜に
印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿命推定値が求め
られる。さらに、この寿命推定値に基づいて電界−寿命
推定値関数が決定される。つまり、従来の寿命推定方法
のごとく、ＭＯＳキャパシタの複数箇所に複数種類の一
定電圧を印加するのではなく、１つの箇所に経時変化す
る電圧を印加することで、複数箇所に複数種類の一定電
流を印加して試験を行うのと同じ効果を発揮することが
でき、測定時間を実用上十分短い範囲内に収めながら、
測定精度が確保できる。

【００３１】上記第１の半導体装置の評価方法におい
て、上記第６のステップでは、少なくとも電界加速係数
を抽出し、この抽出された電界加速係数を用いて上記絶
縁膜が使用される製品のバーンイン条件を決定すること
ができる。

【００３２】上述のように、第１の半導体装置の評価方
法は、電界強度における絶縁膜寿命の推定値は、絶縁膜
の破壊までの総電荷量が電界強度あるいは電流密度に依
存しない一定値となるという広く認められた経験的事実
にもとづいて求められている。このため、得られる各電
界強度における電界加速係数及び絶縁膜寿命の推定値
は、従来の方法による電界加速係数及び実使用時の絶縁
膜寿命の推定値と高い互換性を有する。したがって、こ
の方法により、第６のステップで求められる電界加速係
数が従来の方法による電界加速係数と高い互換性を有す
ることを利用して、上述の電界加速係数を用いてバーン
イン条件を短期間で適切に決定することが可能になる。

【００３３】上記第１の半導体装置の評価方法におい
て、上記第１のステップでは、各測定時点間における強
度が増加するように変化する電界を使用することが好ま
しい。

【００３４】この方法により、絶縁膜の破壊までに絶縁
膜に印加される総電荷量がばらついて極端に小さくなっ
ている場合でも、ストレスの印加初期における電流密度
を十分に小さくすることができるので、絶縁膜が破壊す
るまでの時間を測定精度が確保できる程度に長くするこ
とができる。反対に、総電荷量がばらつきにより極端に
大きくなっている場合でも、破壊直前の電流密度を十分
大きくすることができるので、測定時間が長くなること
はない。したがって、製造工程中で実施するのに十分短
い測定時間で絶縁膜寿命の推定値を求めることが可能と
なる。

【００３５】また、強度が時間とともに増大する電界を
使用することにより、共通のＭＯＳキャパシタに対する
電流，電圧等の測定から実使用時の絶縁膜寿命の推定値
を求めることができる。したがって、従来の絶縁膜寿命
の推定方法のごとく、異なるＭＯＳキャパシタから寿命
推定を行うことに起因して生じる電界加速係数又は絶縁
膜の寿命推定の誤差が大きくなることはない。すなわ
ち、推定精度は測定時間を短縮しても低下することな
く、従来の絶縁膜寿命の推定方法と同程度かそれ以上の
精度を保つことができる。

【００３６】上記第１の半導体装置の評価方法におい
て、上記第１のステップでは、各測定時点間における強
度の増加率が一定な電界を使用することができる。

【００３７】上記第１の半導体装置の評価方法におい
て、上記第１のステップでは、強度が時間の経過に対し
て階段状に変化する電界を使用することができる。

【００３８】この方法により、連続的に増大する電圧を
発生させる機能を有しない装置を用いることが可能にな
る。

【００３９】上記第１の半導体装置の評価方法におい
て、上記第１〜第６のステップは、絶縁耐圧測定と同時
に同一の試料に対し実施することができる。

【００４０】上記第１の半導体装置の評価方法におい
て、上記信頼性試験は、ランプ電圧によるＴＤＤＢ試験
と同時に同一の試料に対し実施することができる。

【００４１】これらの方法により、この信頼性を試験す
るために専用のサンプルを準備する必要がなくなり、ウ
エハレベルでの絶縁膜の信頼性評価を他の種類の信頼性
評価と同時に行うことができる。したがって、信頼性に
関する情報がより多く得られ、絶縁膜の信頼性評価の精
度を大幅に高めることができる。

【００４２】本発明の第２の半導体装置の信頼性評価方
法は、半導体装置内に設けられた絶縁膜に、密度が時間
とともに変化する電流を印加する第１のステップと、上
記電流が印加されている間の複数の時点において上記絶
縁膜に印加される電界強度を測定する第２のステップ
と、上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの電流密度を時
間について積分して破壊までの電荷量を算出する第３の
ステップと、上記第３のステップで算出された上記絶縁
膜の破壊までの電荷量を上記第２のステップで測定され
た各時点の電流密度で除し、各時点ごとにそのときの電
流密度が一定で印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿
命の推定値を求める第４のステップと、上記絶縁膜の寿
命の推定値を電界強度の関数として近似する第５のステ
ップと、上記関数に基づき、電界加速係数の抽出と任意
の電界強度における絶縁膜寿命の推定とのうち少なくと
もいずれか一方を行う第６のステップとを備えている。

【００４３】この方法により、絶縁膜寿命の推定値は、
絶縁膜の破壊までの総電荷量が電界強度あるいは電流密
度に依存しない一定値となるという経験的事実にもとづ
いて、電流密度の経時変化特性線上のある部位における
電流密度が一定で絶縁膜に印加されたと仮定したときの
絶縁膜の寿命推定値が求められる。さらに、この寿命推
定値に基づいて電界−寿命推定値関数が決定される。つ
まり、従来の寿命推定方法のごとく、ＭＯＳキャパシタ
の複数箇所に複数種類の一定電界を印加するのではな
く、１つの箇所に変化する電流密度を印加することで、
複数箇所に複数種類の一定電流を印加して試験を行うの
と同じ効果を発揮することができ、測定時間を実用上十
分短い範囲内に収めながら、測定精度が確保できる。

【００４４】上記第２の半導体装置の評価方法におい
て、上記第６のステップでは、少なくとも電界加速係数
を抽出し、この抽出された電界加速係数を用いて上記絶
縁膜が使用される製品のバーンイン条件を決定すること
ができる。

【００４５】上述のように、絶縁膜寿命の推定値は、絶
縁膜の破壊までの総電荷量が電界強度あるいは電流密度
に依存しない一定値となるという広く認められた経験的
事実にもとづいて求められている。このため、得られる
電界加速係数及び各電流密度における絶縁膜寿命の推定
値は、従来の方法による電界加速係数及び実使用時の絶
縁膜寿命の推定値と高い互換性を有する。したがって、
この方法により、第６のステップで求められる電解加速
係数が従来の方法による電界加速係数と高い互換性を有
することを利用して、上述の電界加速係数を用いてバー
ンイン条件を短期間で適切に決定することが可能にな
る。

【００４６】上記第２の半導体装置の評価方法におい
て、上記第１のステップでは、各測定時点間における密
度が増大するように変化する電流を使用することが好ま
しい。

【００４７】この方法により、時間とともに増大する電
流密度を使用しているので、絶縁膜の破壊までに絶縁膜
に印加される総電荷量がばらついて極端に小さくなって
いる場合でも、ストレスの印加初期における電流密度を
十分に小さくすることができ、絶縁膜が破壊するまでの
時間を測定精度が確保できる程度に長くすることができ
る。反対に、総電荷量がばらつきにより極端に大きくな
っている場合でも、破壊直前の電流密度を十分大きくす
ることができるので、測定時間が長くなることはない。
したがって、製造工程中で実施するのに十分短い測定時
間で絶縁膜寿命の推定値を求めることが可能となる。

【００４８】また、時間とともに増大する電流密度を使
用することにより、共通のＭＯＳキャパシタに対する電
流，電圧等の測定から実使用時の絶縁膜寿命の推定値を
求めることができる。したがって、従来の絶縁膜寿命の
推定方法のごとく、異なるＭＯＳキャパシタから寿命推
定を行うことに起因して生じる電界加速係数又は絶縁膜
の寿命推定の誤差が大きくなることはない。すなわち、
絶縁膜寿命の推定方法における推定精度は測定時間を短
縮しても低下することなく、従来の絶縁膜寿命の推定方
法と同程度かそれ以上の精度を保つことができる。

【００４９】上記第２の半導体装置の評価方法におい
て、上記第１のステップでは、各測定時点間における密
度の対数増加率が一定な電流を使用することができる。

【００５０】この方法により、時間とともに増大する電
流密度の生成を容易に行わせることができる。

【００５１】上記第２の半導体装置の評価方法におい
て、上記第１のステップでは、密度が時間の経過ととも
に階段状に変化する電流を使用することができる。

【００５２】この方法により、連続的に変化する電流密
度を発生させる機能を有しない装置を用いることが可能
になる。

【００５３】上記第２の半導体装置の評価方法におい
て、上記信頼性試験を、ランプ電流によるＴＤＤＢ試験
と同時に同一の試料に対し実施することができる。

【００５４】この方法により、この信頼性を試験するた
めに専用のサンプルを準備する必要がなくなり、ウエハ
レベルでの絶縁膜の信頼性評価を他の種類の信頼性評価
と同時に行うことができる。したがって、信頼性に関す
る情報がより多く得られ、絶縁膜の信頼性評価の精度を
大幅に高めることができる。

【００５５】本発明の半導体装置の製造工程の管理方法
は、半導体基板上に、第１，第２の導電層と該第１，第
２の導電層に挟まれる絶縁膜とを形成する工程と、上記
絶縁膜の寿命を推定する工程と、上記絶縁膜の寿命の推
定結果に応じて、上記第１，第２の導体層及び絶縁膜の
製造条件を管理する工程とを備えた半導体装置の製造工
程における管理方法である。ここで、上記絶縁膜の寿命
を推定する工程は、上記絶縁膜に、強度が時間の経過と
ともに変化する電界を印加するステップと、上記電界が
印加されている間の複数の時点において上記絶縁膜に印
加される電流密度を測定するステップと、上記絶縁膜の
破壊が生じる時点までの上記電流密度を時間について積
分して破壊までの電荷量を算出するステップと、上記第
３のステップで算出された上記絶縁膜の破壊までの電荷
量を上記第２のステップで測定された各時点の電流密度
で除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定で印加
されたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を求める
ステップと、上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強度の関
数として近似するステップと、上記関数に基づき、任意
の電界強度における絶縁膜寿命の推定とを行うステップ
とを備えている。

【００５６】上記第１の半導体装置の製造工程の管理方
法において、上記絶縁膜の寿命を推定する工程は、上記
半導体基板がウエハの状態で行なわれることが好まし
い。

【００５７】本発明の第２の半導体装置の製造工程の管
理方法は、半導体基板上に、第１，第２の導電層と該第
１，第２の導電層に挟まれる絶縁膜とを形成する工程
と、上記絶縁膜の寿命を推定する工程と、上記絶縁膜の
寿命の推定結果に応じて、上記第１，第２の導体層及び
絶縁膜の製造条件を管理する工程とを備えた半導体装置
の製造工程における管理方法である。ここで、上記絶縁
膜の寿命を推定する工程は、上記絶縁膜に、密度が時間
とともに変化する電流を印加するステップと、上記電流
密度が印加されている間の複数の時点において上記絶縁
膜に印加される電界強度を測定するステップと、上記絶
縁膜の破壊が生じる時点までの上記電流密度を時間につ
いて積分して破壊までの電荷量を算出するステップと、
上記第３のステップで算出された上記絶縁膜の破壊まで
の電荷量を上記第２のステップで測定された各時点の電
流密度で除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定
で印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を
求めるステップと、上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強
度の関数として近似するステップと、上記関数に基づ
き、上記絶縁膜寿命の推定を行うステップとを備えてい
る。

【００５８】上記第２の半導体装置の製造工程の管理方
法において、上記絶縁膜の寿命を推定する工程は、上記
半導体基板がウエハの状態で行なわれることが好まし
い。

【００５９】上記第１，第２の半導体装置の製造工程の
管理方法により、半導体装置の製造装置のトラブル等に
よるプロセス条件の変動による絶縁膜の寿命の変動を、
短期間で全ウエハに対してモニタリングすることが可能
となるので、低コストで信頼性の高い半導体装置の製造
を図ることができる。

【００６０】本発明の第１の記録媒体は、絶縁膜を有す
る半導体装置の特性評価を行なうために使用されるコン
ピュータに組み込み可能な記録媒体であって、上記絶縁
膜に、強度が時間の経過とともに変化する電界を印加す
る第１の手順と、上記電界が印加されている間の複数の
時点において上記絶縁膜に印加される電流密度を測定す
る第２の手順と、上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの
上記電流密度を時間について積分して破壊までの電荷量
を算出する第３の手順と、上記第３の手順で算出された
上記絶縁膜の破壊までの電荷量を上記第２の手順で測定
された各時点の電流密度で除し、各時点ごとにそのとき
の電流密度が一定で印加されたと仮定したときの絶縁膜
の寿命の推定値を求める第４の手順と、上記絶縁膜の寿
命の推定値を電界強度の関数として近似する第５の手順
と、上記関数に基づき、電界加速係数の抽出と任意の電
界強度における絶縁膜寿命の推定とのうち少なくともい
ずれか一方を行う第６の手順とをコンピュータに実行さ
せるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な
記録媒体である。

【００６１】本発明の第２の記録媒体は、絶縁膜を有す
る半導体装置の特性評価を行なうために使用されるコン
ピュータに組み込み可能な記録媒体であって、上記絶縁
膜に、密度が時間とともに変化する電流を印加する第１
の手順と、上記電流が印加されている間の複数の時点に
おいて上記絶縁膜に印加される電界強度を測定する第２
の手順と、上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの電流密
度を時間について積分して破壊までの電荷量を算出する
第３の手順と、上記第３の手順で算出された上記絶縁膜
の破壊までの電荷量を上記第２の手順で測定された各時
点の電流密度で除し、各時点ごとにそのときの電流密度
が一定で印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推
定値を求める第４の手順と、上記絶縁膜の寿命の推定値
を電界強度の関数として近似する第５の手順と、上記関
数に基づき、電界加速係数の抽出と任意の電界強度にお
ける絶縁膜寿命の推定とのうち少なくともいずれか一方
を行う第６の手順とをコンピュータに実行させるプログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で
ある。

【００６２】上記第１，第２の記録媒体により、記録媒
体をコンピュータに組み込むと、コンピュータを利用し
て、上記第１，第２の評価方法の手順に従って、半導体
装置の絶縁膜の寿命が推定される。したがって、絶縁膜
の寿命の推定を迅速かつ自動的に行なうことができる。

【００６３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）まず、本発明の第１の実施形態につ
いて、図１〜図３を参照しながら説明する。ただし、図
１は第１の実施形態に係るランプ波形を有する電圧（ラ
ンプ電圧）によるＴＤＤＢ試験から酸化膜寿命を推定す
る手順を示すフローチャートであり、図２はこのランプ
電圧によるＴＤＤＢ試験中で得られる各ストレス電界強
度における酸化膜寿命の測定結果を示す図であり、図３
はランプ電圧によるＴＤＤＢ試験における回帰直線τ
（Ｅ）を求める手順とこの回帰直線τ（Ｅ）から任意の
印加電圧に対する酸化膜寿命を求める手順とを説明する
ための図である。

【００６４】図２において、横軸は電圧を酸化膜に印加
するストレス時間ｔを示し、左の縦軸は酸化膜に印加さ
れる電界強度Ｅを示し、右の縦軸は酸化膜に印加される
電流密度Ｊを示している。図２において、Ｅ（ｔ）は時
間ｔの関数としてランプ波形を描くように変化する酸化
膜に印加される電界強度、Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 はこ
の電界強度Ｅ（ｔ）のランプ波形に沿った各ストレス印
加時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 において酸化膜に印加さ
れる電界強度、Ｊ（ｔ）は時間ｔの関数として表される
酸化膜に印加される電流密度、Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4
は各電界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 下において酸化膜
に印加される電流密度、ｔB は酸化膜破壊が生じるまで
のストレス印加時間である。

【００６５】図３において、横軸は酸化膜に印加される
電界強度Ｅ、縦軸は酸化膜寿命の推定値τを示してい
る。また、τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4 は、酸化膜に印加さ
れる上記電界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 における酸化
膜寿命の推定値、τ（Ｅ）は印加電界強度Ｅの関数とし
て表される寿命推定線（回帰直線）、Ｅmax は実使用時
に酸化膜に印加される電界強度の最大値、τESは実使用
時の酸化膜寿命の推定値である。

【００６６】以下、図２及び図３を参照しながら、図１
のフローチャートに示す手順を説明する。

【００６７】まず、ステップＳＴ１１で、酸化膜に図２
に示すようなランプ波形の電界強度Ｅ（ｔ）に沿って変
化する電界Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 を印加し、ステップ
ＳＴ１２で、この電界Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 の印加に
よって酸化膜に印加される電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，
Ｊ4 を測定するとともに、電流密度の時間変化曲線Ｊ
（ｔ）を求める。

【００６８】次に、ステップＳＴ１３で、酸化膜破壊が
生じる時点ｔB までの電流密度Ｊ（ｔ）を時間ｔについ
て積分して破壊までの電荷量Ｑｂｄを計算する。そし
て、ステップＳＴ１４で、破壊までの電荷量Ｑｂｄをラ
ンプ波形上の各測定点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 における
電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 で除し、各電界強度Ｅ
1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 における酸化膜寿命の推定値τ1
，τ2 ，τ3 ，τ4 を計算する。ここで、酸化膜の破
壊までの総電荷量Ｑｂｄは、電界強度Ｅあるいは電流密
度Ｊに依存しない一定値であることが知られているの
で、上記酸化膜寿命の推定値τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4
は、上記各電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 が一定と仮
定して酸化膜に印加された場合に、酸化膜が破壊に達す
る時間であることがわかる。

【００６９】さらに、ステップＳＴ１５で、図３に示す
ように、各電界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 と酸化膜寿
命の推定値τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4 との関係をプロット
し、このデータから酸化膜寿命の推定値τを電界強度Ｅ
の関数として近似してなる回帰直線τ（Ｅ）を作成す
る。そして、ステップＳＴ１６で、この回帰直線τ
（Ｅ）の傾きを電界加速係数として抽出し、酸化膜寿命
の推定値の電界強度依存性の関数により実使用時の電圧
が印加されたときの（必ずしも一定とは限らないが、一
定の最大電界強度Ｅmax が印加されたと仮定したとき
の）酸化膜寿命の推定値τESを決定する。

【００７０】以上の基本的な手順に従いストレスの電界
加速係数抽出及び酸化膜寿命の推定を行う。

【００７１】本実施形態によれば、時間ｔの経過ととも
にランプ波形状に増大する電界を酸化膜に印加し、その
ときの複数の時点（ストレス時間）における電流密度を
測定しておき、総電荷量Ｑｂｄを各測定時点における電
流密度で除して酸化膜の寿命の推定値を求めることによ
り、同じストレス時間に対応する電界強度と寿命の推定
値とを得て、これらのデータから回帰直線を求めてい
る。すなわち、酸化膜の破壊までの総電荷量Ｑｂｄが電
界強度Ｅや電流密度Ｊに依存しない一定値であることを
利用して、ランプ電圧試験中に変化する電流密度が一定
のままで酸化膜に印加されたと仮定したときの酸化膜の
寿命推定値を求め、この寿命推定値に基づいて回帰直線
を決定するのである。したがって、従来の寿命推定方法
のごとく、ＭＯＳキャパシタの複数箇所に複数種類の一
定電圧を印加するのではなく、１つの箇所にランプ電圧
を印加することで、以下のような効果を発揮することが
できる。まず、ランプ電圧波形のストレスを使用するこ
とにより、測定時間を実用上十分短い範囲内に収めなが
ら、測定精度が確保できる。すなわち、絶縁膜の破壊ま
での総電荷量Ｑｂｄがばらついて極端に小さくなってい
る場合でも、ストレス印加初期における電流密度を十分
に小さくすることができるので、絶縁膜が破壊するまで
の時間を測定精度が確保できる程度に長くすることがで
きる。逆に、総電荷量Ｑｂｄがばらつきにより極端に大
きくなっている場合でも、破壊直前の電流密度は十分大
きくすることができるので、測定時間が長くなることを
防ぐことができる。

【００７２】また、ランプ波形の電界強度を使用するこ
とにより、共通のＭＯＳキャパシタに対する電流，電圧
等の測定から実使用時の絶縁膜寿命の推定値や電界加速
係数を求めることができる。したがって、従来の絶縁膜
寿命の推定方法のごとく、異なるＭＯＳキャパシタから
寿命推定を行うことに起因して生じる電界加速係数又は
絶縁膜の寿命推定の誤差が大きくなることはない。すな
わち、酸化膜寿命の推定精度は、測定時間が短縮された
にもかかわらず、低下することはない。

【００７３】また、本実施形態における酸化膜寿命の推
定方法を実施するための測定方法は、従来の酸化膜の耐
圧分布測定およびランプ電圧によるＴＤＤＢ測定の方法
に、ランプ電圧波形の各電界強度における電流密度の測
定を加えたものである。このため、従来の酸化膜耐圧分
布測定およびランプ電圧によるＴＤＤＢ測定と同時に同
一の試料に対し実施することが可能である。つまり、本
実施形態の測定のために専用の試料を必要とせず、試料
数および測定時間の増大を伴うことなくウエハレベルで
の酸化膜の信頼性評価が従来の方法と同時に実現でき
る。よって、信頼性に関する情報がより多く得られ、酸
化膜の信頼性評価の精度を大幅に高めることが可能とな
る。

【００７４】さらに、本実施形態の推定方法は、絶縁膜
が破壊するまでの総電荷量Ｑｂｄが電界強度や電流密度
に依存しない一定値であるという経験的事実に基づいて
いるものであるために、本実施形態により得られる電界
加速係数及び実使用時の酸化膜寿命の推定値は、従来の
方法による電界加速係数および実使用時の酸化膜寿命の
推定値と高い互換性を有する。

【００７５】よって、本実施形態の方法により得られた
電界加速係数を用いてバーンイン条件を短期間で適切に
決定することが可能となる。

【００７６】−第１の実施形態に関する実施例− ここで、本実施形態の方法を利用して行われた半導体デ
バイスの製造工程中における酸化膜の寿命推定の具体的
な実施例について説明する。ここでは、ＭＯＳキャパシ
タの容量絶縁膜である酸化膜について寿命推定を行う場
合について説明する。

【００７７】この実施例では、拡散工程が終了したウエ
ハ上のＭＯＳキャパシタを用いて酸化膜の信頼性を短時
間に評価する例を説明する。この場合、評価対象となる
酸化膜をキャパシタ絶縁膜とする多数のＭＯＳキャパシ
タに対し、ウエハ状態のままで以下のような手順で寿命
の推定値τESを決定するための試験を行う。ただし、こ
の実施例で用いたＭＯＳキャパシタの容量絶縁膜を構成
する酸化膜の膜厚は１２ｎｍ、平面上の酸化膜寸法は１
００μｍ×５０μｍ、酸化膜面積は５０００μｍ² であ
る。また、寿命推定のために必要なデータは、オートプ
ローバと連動した測定器を用いて、ウエハ上の各ＭＯＳ
キャパシタにおける測定点を移動しながら順次プロービ
ングして測定する。この測定器には電圧源、電流源、電
圧計、電流計、および容量計が備わっている。

【００７８】まず、ＭＯＳキャパシタが電荷蓄積状態と
なるような電圧をＭＯＳキャパシタに印加する。このと
き、被測定物がＰ型基板上に形成されたＭＯＳキャパシ
タの場合には、下部電極となる基板の電圧に対する上部
電極の電圧を負に、たとえば−５Ｖにする。逆に、Ｎ型
基板上に形成されたＭＯＳキャパシタの場合には、基板
の電圧に対する上部電極の電圧を正に、たとえば＋５Ｖ
にする。ＭＯＳキャパシタが電荷蓄積状態の場合、酸化
膜の容量がＭＯＳキャパシタの容量として現われる。そ
こでＭＯＳキャパシタの容量を測定し、その容量と酸化
膜面積から酸化膜の厚みを計算する。この酸化膜の厚み
は酸化膜に印加された電圧から酸化膜に印加される電界
強度を求める際に必要なパラメータである。

【００７９】続いて、図２に示すような酸化膜破壊が生
じる時点ｔB まで時間ｔとともに増加するランプ波形状
に変化する電界Ｅ（ｔ）を与えるような電圧を酸化膜に
印加する。この実施例においては、ランプ電圧の増加率
を０．６Ｖ／ｓｅｃとする。このとき、実際に酸化膜に
印加される電界強度Ｅ（ｔ）の増加率は０．５ＭＶ／ｃ
ｍ・ｓｅｃとなる。

【００８０】ここで、電圧源にランプ電圧を発生させる
機能が備わっている場合には、その機能を利用してラン
プ波形状に変化する電界強度Ｅ（ｔ）を発生させること
ができる。電圧源にランプ電圧を発生させる機能が備わ
っていない場合には、時間刻みを測定器の時間精度の許
容範囲内で短くした階段波形によりランプ波形を模擬
し、ランプ電圧の印加開始時点からの経過時間に比例し
て増大する電界を酸化膜に印加することができる。

【００８１】この実施例では、ストレスの印加を開始し
てから２８秒後に酸化膜の破壊が生じている。この過程
において、酸化膜への印加電圧を先に求めた酸化膜の厚
みで除することにより、上記各測定時点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ
3 ，ｔ4 における酸化膜への印加電界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，
Ｅ3 ，Ｅ4 を求める。この例では、上記４つの測定時点
ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 は、ストレスの印加開始から１
１．５ＭＶ／ｃｍ、１２．０ＭＶ／ｃｍ、１２．５ＭＶ
／ｃｍ、１３．０ＭＶ／ｃｍとなった時点である。ま
た、この各測定時点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 における酸
化膜に印加される電流を測定し、この測定値を酸化膜面
積で除することにより各測定時点における電流密度Ｊ1
，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 を求めた後、電流密度を時間の関
数Ｊ（ｔ）として求める。この例では、電流密度の時間
変化曲線Ｊ（ｔ）上の４点Ｊ1 ，Ｊ2，Ｊ3 ，Ｊ4 は、
０．０９８Ａ／ｃｍ² 、０．１８Ａ／ｃｍ² 、０．４７
Ａ／ｃｍ² 、０．９６Ａ／ｃｍ² である。

【００８２】上述のように、この実施例では、ストレス
の印加時間が２８秒に達した時点で酸化膜に印加される
電流密度Ｊは突然大きく増大している。この電流密度の
突然の大きな増大が生じた時点が酸化膜の破壊が生じた
時点ｔB である。酸化膜の破壊が生じた時点ｔB までの
電流密度Ｊ（ｔ）を時間に関して積分して、酸化膜が破
壊されるまでに酸化膜に印加された総電荷量Ｑｂｄ（Ｃ
／ｃｍ² ）を算出する。本実施例では、この総電荷量Ｑ
ｂｄは１４（Ｃ／ｃｍ² ）である。この破壊までの総電
荷量Ｑｂｄは、電界強度Ｅあるいは電流密度Ｊに依存し
ない一定値であることが知られている。

【００８３】次に、この酸化膜の破壊までの総電荷量Ｑ
ｂｄの値を、既に測定されているランプ波形状の電界Ｅ
（ｔ）の各点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 における電流密度
０．０９８Ａ／ｃｍ² 、０．１８Ａ／ｃｍ² 、０．４７
Ａ／ｃｍ² 、０．９６Ａ／ｃｍ² で除することにより、
上記各測定時点の電界強度１１．５ＭＶ／ｃｍ、１２．
０ＭＶ／ｃｍ、１２．５ＭＶ／ｃｍ、１３．０ＭＶ／ｃ
ｍにおける酸化膜寿命の推定値τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4
を求める。本実施例においては、酸化膜寿命の推定値τ
1 ，τ2 ，τ3 ，τ4 は、上記各測定時点ｔ1 ，ｔ2 ，
ｔ3 ，ｔ4 に対して、順に１４０秒、７８秒、３０秒、
１５秒である。

【００８４】この各電界強度１１．５ＭＶ／ｃｍ、１
２．０ＭＶ／ｃｍ、１２．５ＭＶ／ｃｍ、１３．０ＭＶ
／ｃｍにおける酸化膜寿命の推定値１４０秒、７８秒、
３０秒、１５秒を、図３に示すように、酸化膜に印加さ
れる電界強度Ｅを横軸とし、酸化膜寿命の推定値τ（対
数）を縦軸とする片対数グラフ上にプロットする。これ
にもとづいて各電界強度における酸化膜寿命の推定値１
４０秒、７８秒、３０秒、１５秒を電界強度Ｅの関数τ
（Ｅ）、例えば回帰直線として近似しこの回帰直線の傾
きをストレスの電界加速係数β（ｄｅｃａｄｅｓ／ＭＶ
／ｃｍ）として抽出する。この回帰直線τ（Ｅ）を利用
すれば、任意の電界強度における酸化膜寿命の推定値を
求めることができるので、この回帰直線τ（Ｅ）を用い
て実使用時の酸化膜に印加される電界強度の最大値Ｅma
x おける実使用時の酸化膜寿命の推定値τESを求める。

【００８５】本実施例においては、拡散工程が終了した
１ロット約５０枚のウエハに対して各ウエハごとに５点
の測定点がある場合、約１．９時間という短時間で全測
定が終了し、各ウエハ上の各測定点の酸化膜寿命の推定
値が得られる。この測定時間は、１つの酸化膜寿命の推
定値を得るのに必要なＭＯＳキャパシタの個数が１個だ
けでもよく、かつ酸化膜１個当りの測定時間を短縮でき
るため、全体として、従来の酸化膜寿命の推定方法によ
る場合の数１０分の１で済み、飛躍的な測定効率の向上
が実現できる。

【００８６】特に、上記実施例のごとく、ランプ電圧波
形の電圧増加率（上記実施例では０．６Ｖ／ｓｅｃ）
を、ランプ電圧波形により最終的に破壊を生ずる時間
（上記実施例では２８秒）が、従来の絶縁膜の寿命の推
定方法における複数の定ストレス電界強度の中で最低の
ストレス電界強度よりも十分に短くなるように高くする
ことが可能である。さらに、絶縁膜に印加するランプ電
圧波形の電界強度の最大値すなわち絶縁膜破壊を生ずる
電界強度が、測定器の時間精度が不十分となったり、高
電界により試験時の発熱により経時絶縁膜破壊の時間が
本来の温度および電界強度における値よりも短くなるよ
うな不具合が生じない範囲内でできる限り高くなるよう
に、ランプ電圧波形の電圧増加率を高くすることも可能
である。一例として、従来の絶縁膜寿命の推定方法にお
ける複数のストレス電界強度の中で最高のストレス電界
強度（たとえば図１０中の直線ａp を与える電界強度）
と同程度とすることにより、従来の絶縁膜寿命の推定方
法における低ストレス電界（たとえば図１０中の直線ｄ
p を与える電界）を印加した時の測定時間よりも大幅に
短くすることが可能である。

【００８７】さらに、本実施例の各電界強度における酸
化膜寿命の推定値は実測値とよく一致しているため、上
述のように、本実施形態による電界加速係数及び実使用
時の酸化膜寿命の推定値が、従来の方法による電界加速
係数及び実使用時の酸化膜寿命の推定値と高い互換性を
有することが裏付けられた。

【００８８】（第２の実施形態）次に、ランプ電流によ
るＴＤＤＢ試験から酸化膜寿命を推定する方法にかかる
第２の実施形態について、図４〜図６を参照しながら説
明する。ただし、図４は本実施形態に係るランプ電流に
よるＴＤＤＢ試験から酸化膜寿命を推定する手順を示す
フローチャートであり、図５は酸化膜の破壊が生じる時
点まで酸化膜にランプ波形を有する電流（ランプ電流）
を印加した際の電界強度の測定結果を示す図であり、図
６は、ランプ電流によるＴＤＤＢ試験における回帰直線
τ（Ｅ）を求める手順とこの回帰直線τ（Ｅ）から任意
の印加電圧に対する酸化膜寿命の推定値を求める手順と
を説明するための図である。

【００８９】図５において、横軸は電流を酸化膜に印加
するストレス時間ｔを示し、左の縦軸は酸化膜に印加さ
れる電流密度Ｊを示し、右の縦軸は酸化膜に印加される
電界強度Ｅを示している。図５において、Ｊ（ｔ）は時
間ｔの関数としてランプ波形を描くように変化する酸化
膜に印加される電流密度、Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 は、
この電流密度Ｊ（ｔ）のランプ波形に沿った各ストレス
印加時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 において酸化膜に印加
される電流密度、Ｅ（ｔ）は時間の関数として表される
酸化膜に印加される電界強度、Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4
は、各電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 下において酸化
膜に印加される電界強度、ｔB は酸化膜破壊が生じるま
でのストレス印加時間である。

【００９０】図６において、横軸は酸化膜に印加される
電界強度Ｅを示し、縦軸は酸化膜寿命の推定値τを示し
ている。また、τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4 は、各酸化膜に
印加される上記電界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 におけ
る酸化膜寿命の推定値、直線τ（Ｅ）は電界強度Ｅの関
数として表される寿命推定直線（回帰直線）、Ｅmaxは
実使用時に酸化膜に印加される電界強度の最大値、τES
は実使用時の酸化膜寿命の推定値である。

【００９１】以下、図５及び図６を参照しながら、図４
のフローチャートに示す手順を説明する。

【００９２】まず、ステップＳＴ２１で、酸化膜に図５
に示すようなランプ波形の電流密度Ｊ（ｔ）に沿って変
化する電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 を印加し、ステ
ップＳＴ２２で、この電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4
の印加によって酸化膜に印加される電界Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ
3 ，Ｅ4 を測定するとともに、電界強度の時間変化曲線
Ｅ（ｔ）を求める。

【００９３】次に、ステップＳＴ２３で、酸化膜破壊が
生じる時点ｔB までの電流密度Ｊ（ｔ）を時間ｔについ
て積分して破壊までの電荷量Ｑｂｄを計算する。そし
て、ステップＳＴ２４で、破壊までの電荷量Ｑｂｄをラ
ンプ波形上の各測定点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 における
電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 で除し、各電界強度Ｅ
1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 における酸化膜寿命の推定値τ1
，τ2 ，τ3 ，τ4 を計算する。ここで、この破壊ま
での総電荷量Ｑｂｄは、電界強度Ｅあるいは電流密度Ｊ
に依存しない一定値であることが知られているので、上
記酸化膜寿命の推定値τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4 は、上記
電流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 が一定で酸化膜に印加
された場合に、酸化膜が破壊に達する時間であることが
わかる。

【００９４】さらに、ステップＳＴ２５で、図６に示す
ように、各電界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 と酸化膜寿
命の推定値τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4 との関係をプロット
し、このデータから酸化膜寿命の推定値τを電界強度Ｅ
の関数として近似してなる回帰直線τ（Ｅ）を作成す
る。そして、ステップＳＴ２６で、この回帰直線τ
（Ｅ）の傾きを電界加速係数として抽出し、酸化膜寿命
の電界強度依存性の関数により実使用時の電圧が印加さ
れたときの（必ずしも一定とは限らないが、一定の最大
電界強度Ｅmax が印加されたと仮定したときの）酸化膜
寿命の推定値τESを決定する。

【００９５】以上の基本的な手順に従いストレスの電界
加速係数抽出及び酸化膜寿命の推定を行うのである。

【００９６】本実施形態によれば、ランプ波形状に時間
とともに増大する電流密度（ランプ電流）を酸化膜に印
加し、そのときの測定時点（ストレス時間）における電
流密度を測定しておき、総電荷量Ｑｂｄを各測定時点に
おける電流密度で除して酸化膜の寿命の推定値を求める
一方、各測定時点における電界強度を測定しておくこと
により、同じストレス時間に対応する電界強度と寿命の
推定値とを得て、これらのデータから寿命の推定値から
回帰直線を求めている。すなわち、酸化膜の破壊までの
総電荷量Ｑｂｄが電界強度Ｅや電流密度Ｊに依存しない
一定値であることを利用して、ランプ電流試験中のある
測定時点における電流密度が一定のままで酸化膜に印加
されたと仮定したときの酸化膜の寿命推定値を求め、こ
の寿命推定値に基づいて回帰直線を決定するのである。
したがって、従来の寿命推定方法のごとく、ＭＯＳキャ
パシタの複数箇所に複数種類の一定電圧を印加するので
はなく、１つの箇所にランプ電流を印加することで、以
下のような効果を発揮することができる。まず、ランプ
波形の電流密度を使用することにより、測定時間を十分
短い範囲内に収めながら、測定精度が確保できる。すな
わち、絶縁膜の破壊までの総電荷量Ｑｂｄがばらついて
極端に小さくなっている場合でも、ストレス印加初期に
おける電流密度を十分に小さくすることができるので、
絶縁膜が破壊するまでの時間を測定精度が確保できる程
度に長くすることができる。逆に、総電荷量Ｑｂｄがば
らつきにより極端に大きくなっている場合でも、破壊直
前の電流密度は十分大きくすることができるので、測定
時間が長くなることを防ぐことができる。

【００９７】また、ランプ波形の電流密度を使用するこ
とにより、共通のＭＯＳキャパシタに対する電流，電圧
等の測定から実使用時の絶縁膜寿命の推定値や電界加速
係数を求めることができる。したがって、従来の絶縁膜
寿命の推定方法のごとく、異なるＭＯＳキャパシタから
寿命推定を行うことに起因して生じる電界加速係数又は
絶縁膜の寿命推定の誤差が大きくなることはない。すな
わち、酸化膜寿命の推定精度は、測定時間が短縮された
にもかかわらず、低下することはない。

【００９８】また、本実施形態における酸化膜寿命の推
定方法を実施するための測定方法は、従来のランプ電流
によるＴＤＤＢ測定の方法に、ランプ波形の各電流密度
における電界強度の測定を加えたものである。このた
め、従来のランプ電流によるＴＤＤＢ測定と同時に同一
の試料に対し実施することが可能である。つまり、本実
施形態の測定のために専用の試料を必要とせず、試料数
および測定時間の増大を伴わずにウエハレベルでの酸化
膜の信頼性評価が従来の方法と同時に実現できる。この
ため信頼性に関する情報がより多く得られ、酸化膜の信
頼性評価精度を大幅に高めることが可能となる。

【００９９】さらに、本実施形態の推定方法は、絶縁膜
が破壊するまでの総電荷量Ｑｂｄが電界強度や電流密度
に依存しない一定値であるという経験的事実に基づいて
いるものであるために、本実施形態により得られる電界
加速係数及び実使用時の酸化膜寿命の推定値は、従来の
方法による電界加速係数および実使用時の酸化膜寿命の
推定値と高い互換性を有する。

【０１００】よって、本実施形態の方法により得られた
電界加速係数を用いてバーンイン条件を短期間で適切に
決定することが可能となる。

【０１０１】−第２の実施形態に関する実施例− ここで、本実施形態の方法を利用して行われた半導体デ
バイスの製造工程中における酸化膜の寿命推定の具体的
な実施例について説明する。ここでは、ＭＯＳキャパシ
タの容量絶縁膜である酸化膜について寿命推定を行う場
合について説明する。

【０１０２】この実施例では、拡散工程が終了したウエ
ハ上のＭＯＳキャパシタを用いて酸化膜の信頼性を短時
間に評価する例を説明する。この場合、評価対象となる
酸化膜をキャパシタ絶縁膜とする多数のＭＯＳキャパシ
タに対し、ウエハ状態のままで以下のような手順で寿命
の推定値τESを決定するための試験を行う。ただし、こ
の実施例で用いたＭＯＳキャパシタの容量絶縁膜を構成
する酸化膜の膜厚は１２ｎｍ、平面上の酸化膜寸法は１
００μｍ×５０μｍ、酸化膜面積は５０００μｍ² であ
る。また、寿命推定のために必要なデータは、オートプ
ローバと連動した測定器を用いて、ウエハ上の各ＭＯＳ
キャパシタにおける測定点を移動しながら順次プロービ
ングして測定する。この測定器には電圧源、電流源、電
圧計、電流計、および容量計が備わっている。

【０１０３】まず、ＭＯＳキャパシタが電荷蓄積状態と
なるような電圧をＭＯＳキャパシタに印加する。このと
き、被測定物がＰ型基板上に形成されたＭＯＳキャパシ
タの場合には、下部電極となる基板に対する上部電極の
電圧を負に、たとえば−５Ｖにする。逆に、Ｎ型基板上
に形成されたＭＯＳキャパシタの場合には、基板に対す
る上部電極の電圧を正に、たとえば＋５Ｖにする。ＭＯ
Ｓキャパシタが電荷蓄積状態の場合、酸化膜の容量がＭ
ＯＳキャパシタの容量として現われる。そこでＭＯＳキ
ャパシタの容量を測定し、その容量と酸化膜面積から酸
化膜の厚みを計算する。この酸化膜の厚みは酸化膜に印
加された電圧から酸化膜に印加される電界強度を求める
際に必要なパラメータである。

【０１０４】続いて、図５に示すような酸化膜破壊が生
じる時点ｔB まで時間ｔとともにランプ波形状に増加す
る電流密度Ｊ（ｔ）を酸化膜に印加する。この実施例に
おいては、ランプ波形状の電流密度Ｊ（ｔ）の増加率を
０．１ｄｅｃａｄｅ／ｓｅｃとする。これは、ｄｅｃａ
ｄｅが桁あるいは常用対数値を意味することから、電流
密度Ｊが時間ｔに対し指数関数的に増加し、電流密度Ｊ
の対数ｌｎ（Ｊ）の時間ｔに対する増加率が一定である
ことを示している。

【０１０５】ここで、電流源にランプ電流を発生させる
機能が備わっている場合には、その機能を利用してラン
プ波形状に変化する電流密度Ｊ（ｔ）を発生させること
ができる。電流源にランプ電流を発生させる機能が備わ
っていない場合には、時間刻みを測定器の時間精度の許
容範囲内で短くした階段波形によりランプ波形を模擬
し、ランプ電流の印加開始時からの経過時間に比例して
増大する対数値を持つ電流密度を酸化膜に印加すること
ができる。

【０１０６】本実施例では、ストレスの印加を開始して
から１７秒後に酸化膜の破壊が生じている。この過程に
おいて、酸化膜への印加電流を酸化膜面積で除すること
により、各測定時点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 における電
流密度Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ，Ｊ4 を求める。ただし、本実
施例では、ランプ波形状の電流密度曲線Ｊ（ｔ）上の４
点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 は、ストレスの印加開始から
それぞれ０．１Ａ／ｃｍ² 、０．２Ａ／ｃｍ² 、０．５
Ａ／ｃｍ² 、１．０Ａ／ｃｍ² となった時点である。さ
らに、各測定時点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 において酸化
膜に印加されている電圧を測定し、この電圧を既に測定
されている酸化膜の厚みで除することにより、上記各測
定時点における酸化膜への印加電界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ
3 ，Ｅ4を求める。本実施例では、上記４点における電
界強度Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 は、それぞれ１１．８Ｍ
Ｖ／ｃｍ、１２．２ＭＶ／ｃｍ、１２．７ＭＶ／ｃｍ、
１３．１ＭＶ／ｃｍである。

【０１０７】上述のように、この実施例では、ストレス
の印加時間が１７秒に達した時点で酸化膜に印加される
電流密度Ｊは突然大きく増大している。この電流密度の
突然の大きな増大が生じた時点が酸化膜の破壊が生じた
時点ｔB である。酸化膜の破壊が生じた時点ｔB までの
電流密度Ｊ（ｔ）を時間に関して積分して、酸化膜が破
壊されるまでに酸化膜に印加された総電荷量Ｑｂｄ（Ｃ
／ｃｍ² ）を算出する。本実施例では、この総電荷量Ｑ
ｂｄは１４（Ｃ／ｃｍ² ）である。

【０１０８】次に、この酸化膜の破壊までの総電荷量Ｑ
ｂｄの値を、既に測定されているランプ波形線Ｅ（ｔ）
の各点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 における電流密度０．１
Ａ／ｃｍ² 、０．２Ａ／ｃｍ² 、０．５Ａ／ｃｍ² 、
１．０Ａ／ｃｍ² で除することにより、上記各測定時点
の電界強度１１．８ＭＶ／ｃｍ、１２．２ＭＶ／ｃｍ、
１２．７ＭＶ／ｃｍ、１３．１ＭＶ／ｃｍにおける酸化
膜寿命の推定値τ1 ，τ2 ，τ3 ，τ4 を求める。本実
施例においては、酸化膜寿命の推定値τ1 ，τ2，τ3
，τ4 は、各測定時点ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 に対し
て、順に１４０秒、７０秒、２８秒、１４秒である。

【０１０９】この各電界強度１１．８ＭＶ／ｃｍ、１
２．２ＭＶ／ｃｍ、１２．７ＭＶ／ｃｍ、１３．１ＭＶ
／ｃｍにおける酸化膜寿命の推定値１４０秒、７０秒、
２８秒、１４秒を、図６に示すように、酸化膜に印加さ
れる電界強度Ｅを横軸とし、酸化膜寿命の推定値τ（対
数）を縦軸とする片対数グラフ上にプロットする。これ
にもとづいて各電界強度における酸化膜寿命の推定値１
４０秒、７０秒、２８秒、１４秒を電界強度Ｅの関数τ
（Ｅ）、例えば回帰直線として近似しこの回帰直線の傾
きをストレスの電界加速係数β（ｄｅｃａｄｅｓ／ＭＶ
／ｃｍ）として抽出する。この回帰直線τ（Ｅ）を利用
すれば、任意の電界強度における酸化膜寿命の推定値を
求めることができるので、この回帰直線τ（Ｅ）を用い
て実使用時の酸化膜に印加される電界強度の最大値Ｅma
x おける実使用時の酸化膜寿命の推定値τESを求める。

【０１１０】本実施例においては、拡散工程を終了した
１ロット約５０枚のウエハに対して各ウエハ５点の測定
点がある場合、約１．２時間という短時間で全測定が終
了し、各ウエハ上の各測定点の酸化膜寿命の推定値が得
られる。この測定時間は、１つの酸化膜寿命の推定値を
得るのに必要なＭＯＳキャパシタの個数が１個だけでも
よく、かつ酸化膜１個当りの測定時間を短縮できるた
め、全体として、従来の酸化膜の寿命の推定方法による
場合の数１０分の１で済み、飛躍的な測定効率の向上が
実現できる。

【０１１１】さらに、本実施例の各電界強度における酸
化膜寿命の推定値は実測値とよく一致しているため、上
述のように、本実施形態による電界加速係数及び実使用
時の酸化膜寿命の推定値が、従来の方法による電界加速
係数および実使用時の酸化膜寿命の推定値と高い互換性
を有することが裏付けられた。

【０１１２】（その他の実施形態）上記各実施形態で
は、絶縁膜に一定の割合で増大する電界強度又は電流密
度を印加するようにしたが、本発明において絶縁膜に印
加する電界強度又は電流密度は、かかる実施形態におけ
る変化特性に限定されるものではない。例えば、図７に
示す実線曲線や破線曲線のように、曲線状に変化する特
性を有する電界強度又は電流密度を印加してもよい。ま
た、図８に示すように、所定時間の間直線的に増大した
後一定値となるような変化特性を有する電界強度又は電
流密度を印加してもよい。

【０１１３】また、上記図２，図５，図７及び図８にお
いては、電界密度又は電流密度の経時変化特性線を連続
的に増大するように表しているが、現実には階段状に変
化する経時変化特性線で近似することが多い。

【０１１４】上記図１，図４に示す手順は、コンピュー
タで読みとり可能な記録媒体に記憶させておいて、この
記録媒体をコンピュータに組み込むことにより、絶縁膜
の寿命の推定などを迅速かつ自動的に行なうことができ
る。記録媒体の種類としては磁気ディスクが一般的に利
用されるが、磁気ディスク以外の磁気的な手段（たとえ
ばバブルメモリ）による記録媒体や、光ディスク等の機
械的な凹凸パターンによる記録媒体や、電荷の有無や電
気的接続状態の相違を利用したＲＯＭ等の半導体メモリ
として総称される記録媒体や、バーコーダ等の光学的パ
ターンによる記録媒体など、コンピュータで読みとり可
能な記録媒体であればいずれの記録媒体を用いてもよ
い。

【０１１５】

【発明の効果】本発明の第１の半導体装置の評価方法に
よれば、絶縁膜に経時変化する電圧を印加して、その間
の各測定時点における電流密度を測定し、この各電流密
度が一定のままで絶縁膜に印加されたと仮定したときの
絶縁膜の寿命の推定値を求めるとともに、同じ測定時点
に対応する電界強度と寿命の推定値とから絶縁膜の寿命
を電界強度の関数として近似し、この関数に基づき電界
加速係数の抽出や絶縁膜の寿命推定を行うようにしたの
で、従来の方法との互換性を保ったままで、推定精度の
低下を伴うことなく、試験のための測定時間を大幅に短
縮することができる。

【０１１６】本発明の第２の半導体装置の評価方法によ
れば、絶縁膜に経時変化する電流密度を印加して、各測
定時点における電流密度が一定のままで絶縁膜に印加さ
れたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を求めると
ともに、その間の各測定時点における電界強度を測定
し、同じ測定時点に対応する電界強度と寿命の推定値と
から絶縁膜の寿命を電界強度の関数として近似し、この
関数に基づき電界加速係数の抽出や絶縁膜の寿命推定を
行うようにしたので、従来の方法との互換性を保ったま
まで、推定精度の低下を伴うことなく、試験のための測
定時間を大幅に短縮することができる。

【０１１７】本発明の第１，第２の半導体装置の製造工
程の管理方法によれば、上記半導体装置の評価方法を利
用して、製造装置のトラブル等によるプロセス条件の変
動による絶縁膜の寿命の変動を短期間で全ウエハに対し
てモニタリングすることが可能となり、信頼性の高い半
導体装置を低コストで製造することができる。

【０１１８】本発明の第１，第２の記録媒体によれば、
上記第１，第２の評価方法の手順をコンピュータに行な
わせることができるので、絶縁膜の寿命の推定を迅速か
つ自動的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るランプ電圧によるＴＤＤ
Ｂ試験から酸化膜寿命を推定する方法の手順を示すフロ
ーチャート図である。

【図２】第１の実施形態におけるランプ電圧の波形と、
このランプ電界強度を印加した際の酸化膜に印加される
電流密度の測定結果とを示す図である。

【図３】第１の実施形態において得られる酸化膜の寿命
の推定値を印加電圧の関数として表す回帰直線と、この
回帰直線を用いて電界加速係数の抽出と酸化膜の寿命推
定とを行う方法を説明する図である。

【図４】第２の実施形態に係るランプ電流密度によるＴ
ＤＤＢ試験から酸化膜寿命を推定する方法の手順を示す
フローチャート図である。

【図５】第２の実施形態におけるランプ電流密度の波形
と、このランプ電流密度を印加した際の酸化膜に印加さ
れる電界強度の測定結果とを示す図である。

【図６】第２の実施形態において得られる酸化膜の寿命
の推定値を印加電圧の関数として表す回帰直線と、この
回帰直線を用いて電界加速係数の抽出と酸化膜の寿命推
定とを行う方法を説明する図である。

【図７】その他の実施形態における時間の経過に対して
曲線状に変化する電界強度又は電流密度の例を示す図で
ある。

【図８】その他の実施形態における時間の経過に対して
直線状に変化した後一定値となる電界強度又は電流密度
の例を示す図である。

【図９】従来の方法による定電圧ＴＤＤＢ試験から酸化
膜寿命を推定する方法の手順を示すフローチャート図で
ある。

【図１０】従来の方法による各ストレス電界強度におけ
る酸化膜寿命の測定結果を示す図である。

【図１１】従来の方法において得られる酸化膜の寿命を
印加電圧の関数として表す回帰直線と、この回帰直線を
用いて電界加速係数の抽出と酸化膜の寿命推定とを行う
方法を説明する図である。

【符号の説明】

Ｅ 電界強度 Ｊ 電流密度 ｔ 時点 τ 酸化膜寿命の推定値 Ｅmax 最大電界強度 τES 実使用時の寿命の推定値 Ｔ 酸化膜の寿命

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置内に設けられた絶縁膜に、強
   度が時間の経過とともに変化する電界を印加する第１の
   ステップと、 上記電界が印加されている間の複数の時点において上記
   絶縁膜に印加される電流密度を測定する第２のステップ
   と、 上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの上記電流密度を時
   間について積分して破壊までの電荷量を算出する第３の
   ステップと、 上記第３のステップで算出された上記絶縁膜の破壊まで
   の電荷量を上記第２のステップで測定された各時点の電
   流密度で除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定
   で印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を
   求める第４のステップと、 上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強度の関数として近似
   する第５のステップと、 上記関数に基づき、電界加速係数の抽出と任意の電界強
   度における絶縁膜寿命の推定とのうち少なくともいずれ
   か一方を行う第６のステップとを備えていることを特徴
   とする半導体装置の評価方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の評価方法に
   おいて、 上記第６のステップでは、少なくとも電界加速係数を抽
   出し、 この抽出された電界加速係数を用いて上記絶縁膜が使用
   される製品のバーンイン条件を決定することを特徴とす
   る半導体装置の評価方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体装置の評価方法に
   おいて、 上記第１のステップでは、各測定時点間における強度が
   増加する電界を使用することを特徴とする半導体装置の
   評価方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体装置の評価方法に
   おいて、 上記第１のステップでは、各測定時点間における強度の
   増加率が一定な電界を使用することを特徴とする半導体
   装置の評価方法。
5. 【請求項５】 請求項３記載の半導体装置の評価方法に
   おいて、 上記第１のステップでは、強度が時間の経過に対して階
   段状に変化する電界を使用することを特徴とする半導体
   装置の評価方法。
6. 【請求項６】 請求項１記載の半導体装置の評価方法に
   おいて、 上記第１〜第６のステップは、絶縁耐圧測定と同時に同
   一の試料に対し実施することを特徴とする半導体装置の
   評価方法。
7. 【請求項７】 請求項２記載の半導体装置の評価方法に
   おいて、 上記評価のための試験は、ランプ電圧によるＴＤＤＢ試
   験と同時に同一の試料に対し実施することを特徴とする
   半導体装置の評価方法。
8. 【請求項８】 半導体装置内に設けられた絶縁膜に、密
   度が時間とともに変化する電流を印加する第１のステッ
   プと、 上記電流が印加されている間の複数の時点において上記
   絶縁膜に印加される電界強度を測定する第２のステップ
   と、 上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの電流密度を時間に
   ついて積分して破壊までの電荷量を算出する第３のステ
   ップと、 上記第３のステップで算出された上記絶縁膜の破壊まで
   の電荷量を上記第２のステップで測定された各時点の電
   流密度で除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定
   で印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を
   求める第４のステップと、 上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強度の関数として近似
   する第５のステップと、 上記関数に基づき、電界加速係数の抽出と任意の電界強
   度における絶縁膜寿命の推定とのうち少なくともいずれ
   か一方を行う第６のステップとを備えていることを特徴
   とする半導体装置の評価方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の半導体装置の評価方法に
   おいて、 上記第６のステップでは、少なくとも電界加速係数を抽
   出し、 この抽出された電界加速係数を用いて上記絶縁膜が使用
   される製品のバーンイン条件を決定することを特徴とす
   る半導体装置の評価方法。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の半導体装置の評価方法
    において、 上記第１のステップでは、各測定時点間における密度が
    増大するように変化する電流を使用することを特徴とす
    る半導体装置の評価方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の半導体装置の評価方
    法において、 上記第１のステップでは、各測定時点間における密度の
    対数増加率が一定な電流を使用することを特徴とする半
    導体装置の評価方法。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の半導体装置の評価方
    法において、 上記第１のステップでは、密度が時間の経過とともに階
    段状に変化する電流を使用することを特徴とする半導体
    装置の評価方法。
13. 【請求項１３】 請求項８記載の半導体装置の評価方法
    において、 上記信頼性試験は、ランプ電流によるＴＤＤＢ試験と同
    時に同一の試料に対し実施することを特徴とする半導体
    装置の評価方法。
14. 【請求項１４】 半導体基板上に、第１，第２の導電層
    と該第１，第２の導電層に挟まれる絶縁膜とを形成する
    工程と、 上記絶縁膜の寿命を推定する工程と、 上記絶縁膜の寿命の推定結果に応じて、上記第１，第２
    の導体層及び絶縁膜の製造条件を管理する工程とを備え
    た半導体装置の製造工程における管理方法であって、 上記絶縁膜の寿命を推定する工程は、 上記絶縁膜に、強度が時間の経過とともに変化する電界
    を印加するステップと、 上記電界が印加されている間の複数の時点において上記
    絶縁膜に印加される電流密度を測定するステップと、 上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの上記電流密度を時
    間について積分して破壊までの電荷量を算出するステッ
    プと、 上記第３のステップで算出された上記絶縁膜の破壊まで
    の電荷量を上記第２のステップで測定された各時点の電
    流密度で除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定
    で印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を
    求めるステップと、 上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強度の関数として近似
    するステップと、 上記関数に基づき、任意の電界強度における絶縁膜寿命
    の推定とを行うステップとを備えていることを特徴とす
    る半導体装置の製造工程の管理方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の半導体装置の製造工
    程の管理方法において、 上記絶縁膜の寿命を推定する工程は、上記半導体基板が
    ウエハの状態で行なわれることを特徴とする半導体装置
    の製造工程の管理方法。
16. 【請求項１６】 半導体基板上に、第１，第２の導電層
    と該第１，第２の導電層に挟まれる絶縁膜とを形成する
    工程と、 上記絶縁膜の寿命を推定する工程と、 上記絶縁膜の寿命の推定結果に応じて、上記第１，第２
    の導体層及び絶縁膜の製造条件を管理する工程とを備え
    た半導体装置の製造工程における管理方法であって、 上記絶縁膜の寿命を推定する工程は、 上記絶縁膜に、密度が時間とともに変化する電流を印加
    するステップと、 上記電流が印加されている間の複数の時点において上記
    絶縁膜に印加される電界強度を測定するステップと、 上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの上記電流密度を時
    間について積分して破壊までの電荷量を算出するステッ
    プと、 上記第３のステップで算出された上記絶縁膜の破壊まで
    の電荷量を上記第２のステップで測定された各時点の電
    流密度で除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定
    で印加されたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を
    求めるステップと、 上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強度の関数として近似
    するステップと、 上記関数に基づき、上記絶縁膜寿命の推定を行うステッ
    プとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造工
    程の管理方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の半導体装置の製造工
    程の管理方法において、 上記絶縁膜の寿命を推定する工程は、上記半導体基板が
    ウエハの状態で行なわれることを特徴とする半導体装置
    の製造工程の管理方法。
18. 【請求項１８】 絶縁膜を有する半導体装置の特性評価
    を行なうために使用されるコンピュータに組み込み可能
    な記録媒体であって、 上記絶縁膜に、強度が時間の経過とともに変化する電界
    を印加する第１の手順と、 上記電界が印加されている間の複数の時点において上記
    絶縁膜に印加される電流密度を測定する第２の手順と、 上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの上記電流密度を時
    間について積分して破壊までの電荷量を算出する第３の
    手順と、 上記第３の手順で算出された上記絶縁膜の破壊までの電
    荷量を上記第２の手順で測定された各時点の電流密度で
    除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定で印加さ
    れたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を求める第
    ４の手順と、 上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強度の関数として近似
    する第５の手順と、 上記関数に基づき、電界加速係数の抽出と任意の電界強
    度における絶縁膜寿命の推定とのうち少なくともいずれ
    か一方を行う第６の手順とをコンピュータに実行させる
    プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録
    媒体。
19. 【請求項１９】 絶縁膜を有する半導体装置の特性評価
    を行なうために使用されるコンピュータに組み込み可能
    な記録媒体であって、 上記絶縁膜に、密度が時間とともに変化する電流を印加
    する第１の手順と、 上記電流が印加されている間の複数の時点において上記
    絶縁膜に印加される電界強度を測定する第２の手順と、 上記絶縁膜の破壊が生じる時点までの電流密度を時間に
    ついて積分して破壊までの電荷量を算出する第３の手順
    と、 上記第３の手順で算出された上記絶縁膜の破壊までの電
    荷量を上記第２の手順で測定された各時点の電流密度で
    除し、各時点ごとにそのときの電流密度が一定で印加さ
    れたと仮定したときの絶縁膜の寿命の推定値を求める第
    ４の手順と、 上記絶縁膜の寿命の推定値を電界強度の関数として近似
    する第５の手順と、 上記関数に基づき、電界加速係数の抽出と任意の電界強
    度における絶縁膜寿命の推定とのうち少なくともいずれ
    か一方を行う第６の手順とをコンピュータに実行させる
    プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録
    媒体。