(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子に利用される絶縁膜に電流を印加する電流源と、前記絶縁膜に前記電流を印加した時に生じる電圧を測定する電圧計を有する回路を制御するシステムを用いた絶縁膜の評価方法であって、
前記絶縁膜に第１の電流を任意の時間通電して生じる第１の電圧を測定する手順と、
次に、前記絶縁膜への前記第１の電流の通電を遮断する手順と、
次に、前記絶縁膜に前記第１の電流よりも電流の絶対値の大きい第２の電流を任意の時間通電して生じる第２の電圧を測定する手順と、
次に、前記絶縁膜への第２の電流の通電を遮断する手順と、
前記第１の電圧の絶対値と前記第２の電圧の絶対値を比較する手順と、を有し、
前記第１の電圧の絶対値が前記第２の電圧の絶対値よりも、第１の正の値だけ大きい時、前記絶縁膜が絶縁破壊されたと判定し、前記絶縁膜が絶縁破壊されていないと判定された場合には、さらに、前記絶縁膜に前記第２の電流よりも電流の絶対値の大きい第３の電流を任意の時間通電して生じる第３の電圧を測定する手順と、
次に、前記絶縁膜への第３の電流の通電を遮断する手順と、
前記第２の電圧の絶対値と前記第３の電圧の絶対値を比較する手順と、を有し、
前記第２の電圧の絶対値が前記第３の電圧の絶対値よりも、前記第１の正の値とは異なる、第２の正の値だけ大きい時、前記絶縁膜が絶縁破壊されたと判定し、そうでない場合は前記絶縁膜が絶縁破壊されていないと判定する絶縁膜の評価方法。
【請求項２】
半導体素子に利用される絶縁膜に電流を印加する電流源と、前記絶縁膜に前記電流を印加した時に生じる電圧を測定する電圧計を有する回路を制御するシステムを用いた絶縁膜の評価方法であって、
前記絶縁膜に第１の電流を任意の時間通電して生じる第１の電圧を測定する手順と、
次に、前記絶縁膜に前記第１の電流よりも電流の絶対値の大きい第２の電流を任意の時間通電して生じる第２の電圧を測定する手順と、
前記第１の電圧の絶対値と前記第２の電圧の絶対値を比較する手順と、を有し、
前記第１の電圧の絶対値が前記第２の電圧の絶対値よりも、第１の正の値だけ大きい時、前記絶縁膜が絶縁破壊されたと判定し、前記絶縁膜が絶縁破壊されていないと判定された場合には、さらに、前記絶縁膜に前記第２の電流よりも電流の絶対値の大きい第３の電流を任意の時間通電して生じる第３の電圧を測定する手順と、
前記第２の電圧の絶対値と前記第３の電圧の絶対値を比較する手順と、を有し、
前記第２の電圧の絶対値が前記第３の電圧の絶対値よりも、前記第１の正の値とは異なる、第２の正の値だけ大きい時、前記絶縁膜が絶縁破壊されたと判定し、そうでない場合は前記絶縁膜が絶縁破壊されていないと判定する絶縁膜の評価方法。
【請求項３】
電流源と、
前記電流源を制御して半導体素子の絶縁膜に電流を印加する電流制御手段と、
前記絶縁膜に電流を印加した時に生じる電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電流制御手段により前記絶縁膜に第１の電流を任意の時間通電して生じる第１の電圧を前記電圧測定手段により測定して記憶する第１の記憶手段と、
前記電流制御手段により、前記絶縁膜に前記第１の電流よりも電流の絶対値の大きい第２の電流を任意の時間通電して生じる第２の電圧を前記電圧測定手段により測定して記憶する第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段の前記第１の電圧の絶対値と、前記第２の記憶手段の前記第２の電圧の絶対値とを比較して、前記第１の電圧の絶対値が前記第２の電圧の絶対値よりも、第１の正の値だけ大きい時、前記絶縁膜が絶縁破壊されたと判定し、そうでない場合は前記絶縁膜が絶縁破壊されていないと判定する判定手段と、
前記判定手段が前記絶縁膜は絶縁破壊されていないと判定した場合に用いられる、前記絶縁膜に前記第２の電流よりも電流の絶対値の大きい第３の電流を前記電流制御手段により任意の時間通電して生じる第３の電圧を前記電圧測定手段により測定して記憶する第３の記憶手段とを有し、
前記判定手段は、前記第２の記憶手段の前記第２の電圧の絶対値と、前記第３の記憶手段の前記第３の電圧の絶対値とを比較して、前記第２の電圧の絶対値が前記第３の電圧の絶対値よりも、前記第１の正の値とは異なる、第２の正の値だけ大きい時、前記絶縁膜が絶縁破壊されたと判定し、そうでない場合は前記絶縁膜が絶縁破壊されていないと判定することを特徴とする絶縁膜の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子に利用される絶縁膜の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子に利用される絶縁膜の評価方法の一つとして、絶縁膜が絶縁破壊されるに至るまでに注入された電荷量をもとめる方法がある。前記電荷量を求めるには、絶縁破壊されるに至るまでに絶縁膜に流れた電流と時間の積の総和がわかれば良い。この評価の場合、絶縁破壊されるに至るまで時間を測定しなければならないが、その時間の測定のためには、絶縁膜が破壊されたかどうかを判断することが、重要なポイントとなる。
【０００３】
絶縁膜が絶縁破壊されると、絶縁膜の抵抗が小さくなるので、絶縁膜に電流を流した時に生じる電圧は、絶縁破壊前に比べ絶縁破壊後の電圧は小さくなる。この物理現象を利用して、電流を印加した後の絶縁膜が絶縁破壊されたかどうかをコンピューターを用いて判定するのに、絶縁膜に電流Ｉiを流して、絶縁膜に生じた電圧Ｖiを測定し、その電圧Ｖｉが、ある基準の電圧Ｖa（＝一定値）より小さい場合に絶縁破壊されたと判定する方法が用いられる。この判定基準電圧Ｖaとして、電流を印加する前の絶縁膜に初期電流Ｉ0を通電して測定された初期電圧Ｖ0を用いたり、経験値から定めたりしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁膜に流す電流Ｉiが一定の場合には、測定される電圧Ｖiは、絶縁破壊前に比べ絶縁破壊後は小さくなるので、判定基準電圧Ｖaが初期電圧Ｖ0よりも小さく、かつ、絶縁破壊後の抵抗から予測される電圧よりも大きければ、上記従来技術の判定方法で、コンピュータ判定する場合でも、問題がない。しかしながら、絶縁膜に流す電流Ｉiが一定でなく、連続的あるいは不連続的に大きくなる測定の場合には、絶縁破壊後において、測定される電圧Ｖiは初期電圧Ｖ0よりも大きくなる場合があるので、判定基準電圧Ｖa（＜Ｖ0）よりも測定電圧Ｖiが小さくなったら（Ｖa＞Ｖi）、絶縁破壊であると判定する方法では、判定できない場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、絶縁膜に流す電流Ｉiが一定でなく、連続的あるいは不連続的に大きくなる測定の場合にも、絶縁膜が絶縁破壊されたかどうかを判定する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の絶縁膜の評価方法においては、ｉ番目の測定値Ｖiとi+1番目の測定値Ｖi+1の各々の絶対値｜Ｖi｜、｜Ｖi+1｜を比較することにより、絶縁膜が絶縁破壊されたかどうかの判定をするものである、
上記のような方法によれば、絶縁膜に流す電流Ｉiが一定の場合はもちろん、連続的あるいは不連続的に大きくなる測定の場合にも、絶縁膜が絶縁破壊されたかどうかを判定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施例により詳細に説明する。
実施例−１
図１は、本発明の実施例１である。図１において、半導体素子に利用される絶縁膜１は、電流源２により電流を通電され、その時に絶縁膜１に発生した電圧を、電圧測定部３にて測定できるような回路になっている。この回路の通電のＯＮ、ＯＦＦ、通電時間、測定など一連の制御については、コンピューター４によって、命令、実行されるシステムとなっている。
【０００８】
図２は、本発明の実施例２である。
図２において、電流制御部５ａは、電流源２aを制御して、絶縁膜１ａへの電流の通電、遮断を行う仕組みとなっている。電流源２ａにより絶縁膜１ａに電流が通電されると、絶縁膜１ａには電圧が発生するが、その電圧値について、電圧測定部３ａにより測定される仕組みとなっている。
【０００９】
電流制御部５ａにより絶縁膜１ａに任意の時間のあいだ電流値Ｉｉ（ｉ=1、2、3、…）を通電して生じる電圧値Ｖｉ（ｉ=1、2、3、…）を電圧測定部３ａにより測定して、第１電圧記憶部６ａに電圧値Ｖｉ（ｉ=1、2、3、…）が記憶される仕組みとなっている。
【００１０】
次に電流制御部５ａにより絶縁膜１ａに任意の時間のあいだ電流値Ｉｉ＋１（ｉ=1、2、3、…）を通電して生じる第２電圧値Ｖｉ＋１（ｉ=1、2、3、…）を電圧測定部３ａにより測定して、第２電圧記憶部６ｂに電圧値Ｖｉ＋１（ｉ=1、2、3、…）が記憶される仕組みとなっている。
【００１１】
判定部７ａは、第１電圧記憶部６ａに記憶された電圧値Ｖｉの絶対値と、第２電圧記憶部６ｂに記憶された電圧値Ｖｉ+1の絶対値とを比較する機能を持っている。
【００１２】
判定部７ａは、電圧値Ｖｉの絶対値が電圧値Ｖｉ+1の絶対値よりも、所定の正の値Ｖcheckだけ大きい時、絶縁膜１ａが絶縁破壊されたと判定する機能を持っている。
【００１３】
判定部７ａは、電流制御部５ａにより絶縁膜１ａに電流値Ｉｉ（ｉ=1、2、3、…）を通電するかどうかの判定をする機能を持っている。
【００１４】
電流制御部５ａ、第１電圧記憶部６ａ、第２電圧記憶部６ｂ、判定部７ａについては、個別の装置で実現してもいいし、これらの機能を一つ、あるいは複数の装置で実現してもいい。
【００１５】
電流制御部５ａ、第１電圧記憶部６ａ、第２電圧記憶部６ｂ、判定部７ａについて、一つの装置、例えば、コンピュータ（ＣＰＵ）４ａによって実現してもいい。
【００１６】
上記システムを用いて、絶縁膜１が電流印加により絶縁破壊されたかどうかを判断するアルゴリズムを図３により以下に述べる。
▲１▼変数ｉをｉ=1とし、絶縁膜１に任意の時間のあいだ電流Ｉｉを通電して（ＳＴＥＰ１）電圧Ｖｉを測定する（ＳＴＥＰ２）。
▲２▼その後、絶縁膜１への通電を遮断する（ＳＴＥＰ３）。
▲５▼次に、絶縁膜１に任意の時間のあいだ電流Ｉｉ+1（｜Ｉi+1｜≧｜Ｉi｜）を通電して（ＳＴＥＰ４）電圧Ｖｉ+1を測定する（ＳＴＥＰ５）。
▲６▼その後、絶縁膜１への通電を遮断する（ＳＴＥＰ６）。
▲７▼次に、Ｖｉの絶対値とＶｉ+1の絶対値との差を比較する（ＳＴＥＰ７）。Ｖcheckを任意の値とした時、次のような関係がある時、絶縁膜１が絶縁破壊されたと判定するように、システムを制御するコンピューター４をプログラミングしておく。
【００１７】
｜Ｖｉ+1｜−｜Ｖｉ｜≦−｜Ｖcheck｜        判定式１
または  ｜Ｖｉ+1｜−｜Ｖｉ｜＜−｜Ｖcheck｜        判定式２
▲８▼判定の結果、絶縁膜１が絶縁破壊されていると判定された場合（ＳＴＥＰ８）、所定の処理をして、作業を終了する。
▲９▼判定の結果、絶縁膜１が絶縁破壊されていないと判定された場合（ＳＴＥＰ９）、｜Ｖｉ｜＝｜Ｖｉ+1｜とし、また、ｉ＝ｉ＋１としてから、（ＳＴＥＰ１０）、ＳＴＥＰ４に戻り、絶縁膜１が絶縁破壊されたと判定されるまで、通電と測定と判定を繰り返す。
【００１８】
上記アルゴリズムにおいて、判定に用いる電圧の測定値として、ｉ番目とｉ+1番目の測定値（Ｖｉ、Ｖｉ+1）というように、測定順番が隣りあう測定値を用いて判定したが、必ずしも測定順番が隣り合っている必要は無い。例えば、ｉ番目とｉ+2番目（Ｖｉ、Ｖｉ+2）とか、ｉ番目とｉ+3番目（Ｖｉ、Ｖｉ+3）などでも良い。
【００１９】
ここで、Ｖｉ、Ｖｉ+1、…について、絶対値を取って、判定を行ったが、必ずしも、絶対値をとる必要はない。Ｖｉ、Ｖｉ+1、…の測定値が、正の値の場合には、
Ｖｉ+1  −  Ｖｉ  ≦−｜Ｖcheck｜        判定式１
または    Ｖｉ+1  −  Ｖｉ  ＜−｜Ｖcheck｜      判定式２としても良い。
また、Ｖｉ、Ｖｉ+1、…の測定値が負の場合には、
−Ｖｉ+1  ＋  Ｖｉ  ≦−｜Ｖcheck｜        判定式１
または  −Ｖｉ+1  ＋  Ｖｉ  ＜−｜Ｖcheck｜        判定式２
としても良い。
【００２０】
上記アルゴリズムにおいて、判定に用いるＶcheckの値として、固定した値を用いても良い。例えば、Ｖcheck＝１０[volt]という固定値で判定しても良い。あるいは、判定に用いるＶcheckの値として、固定した値を用いずに、変動させても良い。例えば、Ｖ1[volt]とＶ2[volt]の比較には１０[volt]を用い、Ｖ2[volt]とＶ3[volt]の比較には１０．１[volt]を用い、Ｖ3[volt]とＶ4[volt]の比較には９．９[volt]を用いるなどして、必ずしも、判定に用いるＶchec kの値として、固定した値を用いる必要は無い。
【００２１】
上記、アルゴリズムにおいて、電流を通電したら、必ず電圧を測定するようにしてあるが、必ずしも、電流を通電したら電圧を測定する必要は無い。例えば、ｉ番目の電流Ｉｉにより生じた電圧Ｖｉを測定した後、ｉ＋１番目の電流Ｉi+1により生じる電圧Ｖi+1は測定せずに、次にｉ＋２番目の電流Ｉi+2を通電して生じる電圧Ｖi+2を測定して、ＶiとＶi+2を用いて、絶縁破壊されたかどうかを判定してもよい。
【００２２】
上記、アルゴリズムにおいて、ｉ番目の電流Ｉｉとｉ＋１番目の電流Ｉi+1の関係が、｜Ｉi+1｜≧｜Ｉi｜の関係の場合に、ｉ番目の測定電圧Ｖｉとｉ＋１番目の測定電圧Ｖi+1とを用いて、絶縁膜が絶縁破壊されたかどうかを判定しているが、ｉ番目の電流Ｉｉとｉ＋１番目の電流Ｉi+1の関係が、｜Ｉi+1｜＜｜Ｉi｜の関係の場合には、ｉ番目の測定電圧Ｖｉとｉ＋１番目の測定電圧Ｖi+1とを判定に用いることは出来ない。その場合には、ｉ番目の電流Ｉｉとｉ＋2番目の電流Ｉi+1の関係が、｜Ｉi+2｜≧｜Ｉi｜の関係の場合に、ｉ番目の測定電圧Ｖｉとｉ＋２番目の測定電圧Ｖi+2とを用いて判定してもいいし、あるいはｉ＋１番目の電流Ｉｉ+1とｉ＋２番目の電流Ｉi+2の関係が、｜Ｉi+2｜≧｜Ｉi+1｜の関係の場合に、ｉ番目の測定電圧Ｖｉとｉ＋2番目の測定電圧Ｖi+2とを用いて判定しても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体素子に利用される絶縁膜に電流を印加した後、その絶縁膜が絶縁破壊されたかどうかの判定を、絶縁膜に電流を印可する前と後で、それぞれ電圧を測定し、その差を比較するようにしたため、絶縁膜に流す電流が初期電流値よりも小さい場合はもちろん、絶縁膜に流す電流が初期電流値よりも大きい場合にも、絶縁膜が絶縁破壊されたかどうかの正しい判定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明の判断のアルゴリズムを示す図である。
【符号の説明】
１    絶縁膜
１ａ  絶縁膜
２    電流源
２ａ  電流源
３    電圧測定部
３ａ  電圧測定部
４    コンピュータ（ＣＰＵ）
４ａ  コンピュータ（ＣＰＵ）
５ａ  電流制御部
６ａ  第１電圧記憶部
６ｂ  第２電圧記憶部
７ａ  判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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