(57)【要約】【課題】電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価を行う方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様は、ＭＬＣＣ２を用意する工程と、前記第１の導電体が抵抗素子４の一方端に電気的に接続され、前記抵抗素子の他方端が第１の直流電源５に電気的に接続され、前記第１の直流電源が前記第２の導電体に電気的に接続され、前記抵抗素子の一方端及び他方端それぞれが増幅器７の入力側に電気的に接続され、前記増幅器の出力側が周波数分析器８に電気的に接続された接続状態で、前記増幅器の出力を前記周波数分析器によって分析することで得られるPool Frenkel電流に基づく１／ｆ特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定する工程と、前記工程で測定された１／ｆ電流ゆらぎの大きさが大きい場合は、前記絶縁性薄膜の質が悪いと判定し、前記工程で測定された１／ｆ電流ゆらぎの大きさが小さい場合は、前記絶縁性薄膜の質が良いと判定する工程とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性薄膜の一方面に形成された第１の導電体と、前記絶縁性薄膜の他方面に形成された第２の導電体を有する電子デバイスを用意する工程と、
前記第１の導電体が抵抗素子の一方端に電気的に接続され、前記抵抗素子の他方端が第１の直流電源に電気的に接続され、前記第１の直流電源が前記第２の導電体に電気的に接続され、前記抵抗素子の一方端及び他方端それぞれが増幅器の入力側に電気的に接続され、前記増幅器の出力側が周波数分析器に電気的に接続された接続状態で、前記増幅器の出力を前記周波数分析器によって分析することで得られるPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流に基づく１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定する工程と、
前記工程で測定された１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさが大きい場合は、前記絶縁性薄膜の質が悪いと判定し、前記工程で測定された１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさが小さい場合は、前記絶縁性薄膜の質が良いと判定する工程と、
を具備することを特徴とする電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価法。
但し、０．５≦α≦１．５
【請求項２】
請求項１において、
前記電子デバイスがＭＬＣＣであることを特徴とする電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価法。
【請求項３】
請求項１において、
前記電子デバイスは、ソース拡散層、ドレイン拡散層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を有するＭＯＳＦＥＴであり、前記絶縁性薄膜がゲート絶縁膜であり、前記第１の導電体がソース拡散層であり、前記第２の導電体がゲート電極であることを特徴とする電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価法。
【請求項４】
請求項３において、
前記１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定する工程における前記接続状態は、さらに、前記ソース拡散層が第２の直流電源に電気的に接続され、前記第２の直流電源は前記ドレイン拡散層に電気的に接続された接続状態であることを特徴とする電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Pool Frenkel電流は電子デバイス等を構成する絶縁性薄膜中のトンネル電流として物理的に測定されていたのみであり、ショットキー電流ほど積極的にデバイスの評価に用いられていなかった。これは、Pool Frenkel電流がデバイス特性に直接関わることがないと考えられていたためであり、またPool Frenkel電流は通常ｐＡからμＡの微少電流であって測定が難しいためである。
【０００３】
一方、最近の技術開発によって、自動車用あるいは自動二輪用の電源回路への適用を想定して１００Ｖを超える高電圧用のＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサ；Multi-Layer Ceramic Capacitor）が開発されており、また電力用のＭＯＳＦＥＴも５００Ｖを超すデバイスが開発されている。
【０００４】
ＭＬＣＣの絶縁性薄膜の信頼性評価法としては、加速寿命試験（ＭＴＴＦ；Mean Time To  Failure）が用いられており、ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜の信頼性評価法としては、キロボルト（ＫＶ）を超すゲート印加電圧をかける信頼性試験が行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したＭＴＴＦでは、専用の評価装置を用いて長時間の評価試験が必要となるという課題がある。そこで、短時間で絶縁性薄膜の信頼性を評価できる評価法が求められている。
【０００６】
本発明の一態様は、Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆ電流ゆらぎの大きさを測定することで電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価を行う方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、絶縁性薄膜の一方面に形成された第１の導電体と、前記絶縁性薄膜の他方面に形成された第２の導電体を有する電子デバイスを用意する工程と、
前記第１の導電体が抵抗素子の一方端に電気的に接続され、前記抵抗素子の他方端が第１の直流電源に電気的に接続され、前記第１の直流電源が前記第２の導電体に電気的に接続され、前記抵抗素子の一方端及び他方端それぞれが増幅器の入力側に電気的に接続され、前記増幅器の出力側が周波数分析器に電気的に接続された接続状態で、前記増幅器の出力を前記周波数分析器によって分析することで得られるPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流に基づく１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定する工程と、
前記工程で測定された１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさが大きい場合は、前記絶縁性薄膜の質が悪いと判定し、前記工程で測定された１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさが小さい場合は、前記絶縁性薄膜の質が良いと判定する工程と、
を具備することを特徴とする電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価法である。
但し、０．５≦α≦１．５
【０００８】
また、本発明の一態様は、前記電子デバイスがＭＬＣＣであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の一態様は、前記電子デバイスが、ソース拡散層、ドレイン拡散層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を有するＭＯＳＦＥＴであり、前記絶縁性薄膜がゲート絶縁膜であり、前記第１の導電体がソース拡散層であり、前記第２の導電体がゲート電極であることも可能である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、前記１／ｆα特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定する工程における前記接続状態が、さらに、前記ソース拡散層が第２の直流電源に電気的に接続され、前記第２の直流電源は前記ドレイン拡散層に電気的に接続された接続状態であることも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様を適用することにより、Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆ電流ゆらぎの大きさを測定することで電子デバイスの絶縁性薄膜の信頼性評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様に係るＭＬＣＣの絶縁性薄膜のPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆゆらぎの大きさを測定する方法を説明するための回路図。
【図２】Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流に基づく１／ｆ特性を示す範囲の電流ゆらぎを電流値で正規化して各バイアス電圧におけるＭＬＣＣの抵抗の関数として表す図。
【図３】表１に示すLOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれのＭＴＴＦ（時間）と図２に示すLOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれの１／ｆ電流ゆらぎの大きさとの関係を示す図。
【図４】本発明の一態様に係るＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜のPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆゆらぎの大きさを測定する方法を説明するための回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一態様に係るＭＬＣＣの絶縁性薄膜のPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆ特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定する方法を説明するための回路図である。
【００１５】
図１に示すように、試料台１の上には測定対象の電子デバイスであるＭＬＣＣ２が載置される。ＭＬＣＣ２は、絶縁性薄膜の一方面に形成された例えばＮｉからなる第１の導電体（一方の電極）と、前記絶縁性薄膜の他方面に形成された例えばＮｉからなる第２の導電体（他方の電極）を有する。
【００１６】
ＭＬＣＣ２の一方の電極は第１の電極端子３に電気的に接続され、第１の電極端子３はピックアップ抵抗素子４の一方端に電気的に接続される。ピックアップ抵抗素子４の他方端は安定化直流電源５に電気的に接続され、安定化直流電源５は第２の電極端子６に電気的に接続される。第２の電極端子６はＭＬＣＣ２の他方の電極に電気的に接続される。
【００１７】
また、ピックアップ抵抗素子４の一方端及び他方端それぞれは低雑音増幅器７の入力側に電気的に接続され、低雑音増幅器７の出力側は周波数分析器(Spectrum Analyzer)８に電気的に接続される。周波数分析器８はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）９に電気的に接続される。
【００１８】
周波数範囲は１００ｋＨｚ以下、検出信号レベルは１０−８Ｖ／Ｈｚ１／２程度となるのでＡＣ電源雑音、インバータ雑音等の影響を最小限にする必要がある。そのため、安定化直流電源５からの電源雑音の最小化、低雑音増幅器７の高感度化・１Ｈｚ以下での低雑音化・増幅度・周波数特性の安定性及び線形成、ＰＣ９によるデータ取得・処理が求められる。周波数分析器８ではゆらぎ信号の平均化を行いデバイス固有のゆらぎ信号を検出する。
【００１９】
ＭＬＣＣの抵抗は非常に高いので、図１に示すようにＭＬＣＣ２と直列に抵抗素子４を挿入し、その両端の電圧を交流結合した高感度の増幅器７に導入し、増幅器７の出力を周波数分析器８で分析すると、Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流に基づく１／ｆ特性と１／ｆ３特性が観測される。１／ｆ３特性は抵抗素子４とＭＬＣＣ２の容量によって観測されるものであるから、Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流に基づく１／ｆ特性を示す範囲の電圧ゆらぎを電流ゆらぎに換算して各バイアス電圧におけるＭＬＣＣの抵抗の関数として表すと図２のようになる。１／ｆ特性と１／ｆ３特性を示す周波数範囲は抵抗素子４とＭＬＣＣ２の絶縁性薄膜抵抗の比によって決まり、抵抗素子４の抵抗値が低い程、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数測定範囲内で、１Ｈｚ側の低周波数側で１／ｆ特性を示す範囲が広くなる。従って、低雑音増幅器７の増幅感度許容範囲内で可能な限り抵抗素子４の抵抗値を下げて１／ｆ特性を示す周波数範囲を拡大して測定を行い、測定精度を上げることが好ましい。また、図１に示す抵抗素子４は  使用する増幅器の性能によって決まるが一般に１ｋΩ〜１００ｋΩの範囲のものを用い、直流電源５は0.1〜100Ｖのものを用いることが好ましい。
【００２０】
図２の横軸は、ＭＬＣＣの抵抗値Ｒ（Ω）を示し、縦軸は１／ｆノイズレベル（ｄＢ）であってＳＩ−２０ｌｏｇＩを示す。ここで、ＳＩは、雑音電流値であって、周波数分析器８で測定する雑音電圧値をＳＶとし抵抗素子４の抵抗値をＲとすると、ＳＶ／Ｒ２で与えられる。この雑音電流値ＳＩを電子デバイス電流（ＭＬＣＣに流れる電流）Ｉで正規化した値ＳＩ／Ｉ２を対数値としてＳＩ−２０ｌｏｇＩで表している。
【００２１】
図２では、表１に示すＭＬＣＣのサンプルであるLOTＡ、LOTＢ、LOTＣについて具体的な測定結果を示している。コンデンサ（ＭＬＣＣ２）の容量をＣ、等価直列抵抗をＲ１、測定周波数をｆとすると、表１に示すtan δは２πｆＲ１Ｃで与えられ、tan δが小さい程損失が少なくＭＬＣＣの性能が良いことになる。また、BDVは絶縁破壊電圧であり、その電圧が高い程、絶縁性薄膜の性能が良いことになる。IRは素子の等価直列抵抗値であり、この場合6.3Ｖが１秒後の抵抗である。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
図２に示すように、LOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれのＭＬＣＣの各バイアス電圧によって抵抗値Ｒは異なってくるので、異なったバイアスにおけるPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流に基づく１／ｆ特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを電流で正規して表示すると１／ｆ電流ゆらぎの大きさはLOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれにおいて抵抗値Ｒ、即ちバイアス電圧によらず、ほぼ一定であった。
【００２４】
図３は、表１に示すLOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれのＭＴＴＦ（時間）と図２に示すLOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれの１／ｆ電流ゆらぎの大きさとの関係を示す図である。
【００２５】
また、図２には、低雑音チップ抵抗器ならびに通常用いるカーボン抵抗器の１／ｆ特性を示す範囲の電流ゆらぎを合わせて示している。LOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれのＭＬＣＣのPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流に基づく１／ｆ電流ゆらぎの大きさは、低雑音チップ抵抗器の１００００倍以上、カーボン抵抗器の１０００倍以上であった。
【００２６】
さらに、LOTＡ、LOTＢ、LOTＣそれぞれのＭＬＣＣ間では、同一抵抗値に対してPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流が約１０００倍大きくなっており、ＭＴＴＦが3.0時間のLOTＡは、Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流が小さく、ＭＴＴＦが151.0時間のLOTＢに比べて約２０ｄＢ、電力にして約１０倍の１／ｆ電流ゆらぎがあることが確認された。つまり、１／ｆ電流ゆらぎの大きさの測定から、ＭＴＴＦが短いLOTＡは１／ｆ電流ゆらぎの大きさが大きく、ＭＴＴＦが長いLOTＢ及びLOTＣは１／ｆ電流ゆらぎの大きさが小さいことが確認された。このような結果から、LOTＡのように１／ｆ電流ゆらぎの大きさが大きいほうが絶縁性薄膜の質が悪く、LOTＢ及びLOTＣのように１／ｆ電流ゆらぎの大きさが小さいほうが絶縁性薄膜の質が良いことが裏付けられた。従って、１／ｆ電流ゆらぎの大きさを測定することにより、従来技術のようなＭＴＴＦの試験を行わなくても絶縁性薄膜の良否の評価（判定）が可能となる。このような絶縁性薄膜の評価方法は、絶縁性薄膜の設計・グリンシートのアニール時間等のプロセス技術開発にも役立てることができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の一態様に係るＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜のPool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆ特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定する方法を説明するための回路図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
【００２８】
図４に示すように、測定対象の電子デバイスであるＭＯＳＦＥＴは、Ｓｉ基板１０と、そのＳｉ基板１０に設けられたソース拡散層１１及びドレイン拡散層１２と、Ｓｉ基板１０上に設けられたゲート絶縁膜１４と、このゲート絶縁膜１４上に設けられたゲート電極１３を有している。ソース拡散層１１はピックアップ抵抗素子４の一方端に電気的に接続され、ピックアップ抵抗素子４の他方端は安定化直流電源５に電気的に接続される。安定化直流電源５はゲート電極１３に電気的に接続される。
【００２９】
また、ピックアップ抵抗素子４の一方端及び他方端それぞれは低雑音増幅器７の入力側に電気的に接続され、低雑音増幅器７の出力側は周波数分析器(Spectrum Analyzer)８に電気的に接続される。周波数分析器８はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）９に電気的に接続される。また、ソース拡散層１１は直流電源１５に電気的に接続され、直流電源１５はドレイン拡散層１２に電気的に接続される。
【００３０】
図４に示す方法で、実施の形態１と同様に１／ｆ電流ゆらぎの大きさを測定することにより、従来技術のようなＭＴＴＦないしゲート絶縁破壊電圧の印加の試験を行わなくてもゲート絶縁膜１４の良否の評価（判定）が可能となる。
【００３１】
なお、上記実施の形態１及び２では、Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆ特性を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定しているが、これに限定されるものではなく、Pool Frenkel電流又は不完全な絶縁性薄膜に起因する漏えい電流による１／ｆα特性（０．５≦α≦１．５）を示す範囲の電流ゆらぎの大きさを測定することも可能であり、この場合も上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  試料台
２  ＭＬＣＣ
３  第１の電極端子
４  ピックアップ抵抗素子
５  安定化直流電源
６  第２の電極端子
７  低雑音増幅器
８  周波数分析器(Spectrum Analyzer)
９  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
１０  Ｓｉ基板
１１  ソース拡散層
１２  ドレイン拡散層
１３  ゲート電極
１４  ゲート絶縁膜
１５  直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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