(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型の半導体基板上に形成された逆導電型の第１の拡散層と前記第１の拡散層の上に形成された第１の絶縁膜と前記第１の絶縁膜の上に形成された第１の電極からなる第１のＭＯＳダイオードと、
前記第１の拡散層に近接して形成された第２の拡散層と前記第２拡散層の上に形成された第２の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の上に形成された第２の電極からなる第２のＭＯＳダイオードと、
前記第１の電極と前記第２の拡散層に接続された第１の端子と、前記第２の電極と前記第１の拡散層に接続された第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子の間に設けられた電流源と、前記電流源と並列に配置された電圧計から構成される測定回路を用い、
前記第１の端子と前記第２の端子の間に一方向の電流を通電して前記端子間の電圧変化を測定することを特徴とする絶縁膜の評価方法。
【請求項２】
一導電型の半導体基板上に形成された逆導電型の第１の拡散層と前記第１の拡散層の上に形成された第１の絶縁膜と前記第１の絶縁膜の上に形成された第１の電極からなる第１のＭＯＳダイオードと、
前記第１の拡散層に近接して形成された第２の拡散層と前記第２拡散層の上に形成された第２の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の上に形成された第２の電極からなる第２のＭＯＳダイオードと、
前記第１の電極に接続された第１の端子と、前記第２の拡散層に接続された第２の端子と、前記第２の電極に接続された第３の端子と、前記第１の拡散層に接続された第４の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子が夫々第１のスイッチと第２のスイッチを介して接続される第１の接点と、前記第３の端子と前記第４の端子が夫々第３のスイッチと第４のスイッチを介して接続される第２の接点と、前記第１の接点と第２の接点の間に設けられた電流源と、前記電流源と並列配置された電圧計から構成される測定回路を用い、
前記第１の接点と前記第２の接点の間に一方向の電流を通電して前記端子間の電圧変化測定することを特徴とする絶縁膜の評価方法。
【請求項３】
前記端子間の電圧変化を検知した後に、スイッチ開閉操作をして、不良となったＭＯＳダイオードを特定することを特徴とする請求項２に記載の絶縁膜の評価方法。
【請求項４】
前記第１のＭＯＳダイオードが複数のＭＯＳダイオードから構成され、前記第１のＭＯＳダイオードが複数のＭＯＳダイオードから構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の絶縁膜の評価方法。
【請求項５】
一導電型の半導体基板上に形成された逆導電型の第１の拡散層と前記第１の拡散層の上に形成された第１の絶縁膜と前記第１の絶縁膜の上に形成された第１の電極からなる第１のＭＯＳダイオードと、
前記第１の拡散層に近接して形成された第２の拡散層と前記第２拡散層の上に形成された第２の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の上に形成された第２の電極からなる第２のＭＯＳダイオードと、
前記第１の電極と前記第２の拡散層に接続された第１の端子と、前記第２の電極と前記第１の拡散層に接続された第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子の間に設けられた電流源と、前記電流源と並列に配置された電圧計とから構成される絶縁膜の測定回路。
【請求項６】
一導電型の半導体基板上に形成された逆導電型の第１の拡散層と前記第１の拡散層の上に形成された第１の絶縁膜と前記第１の絶縁膜の上に形成された第１の電極からなる第１のＭＯＳダイオードと、
前記第１の拡散層に近接して形成された第２の拡散層と前記第２拡散層の上に形成された第２の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の上に形成された第２の電極からなる第２のＭＯＳダイオードと、
前記第１の電極に接続された第１の端子と、前記第２の拡散層に接続された第２の端子と、前記第２の電極に接続された第３の端子と、前記第１の拡散層に接続された第４の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子が夫々第１のスイッチと第２のスイッチを介して接続される第１の接点と、前記第３の端子と前記第４の端子が夫々第３のスイッチと第４のスイッチを介して接続される第２の接点と、前記第１の接点と第２の接点の間に設けられた電流源と、前記電流源と並列配置された電圧計とから構成される絶縁膜の測定回路。
【請求項７】
前記第１のＭＯＳダイオードが複数のＭＯＳダイオードから構成され、前記第１のＭＯＳダイオードが複数のＭＯＳダイオードから構成されていることを特徴とする請求項５あるいは６に記載の絶縁膜の測定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の絶縁膜の評価方法およびそれに用いる測定回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に用いられる絶縁膜を評価する方法として、一般的に、定電圧ＴＤＤＢ測定や定電流ＴＤＤＢ測定等のように、絶縁膜の経時的な絶縁破壊特性を測定する方法が用いられている。
【０００３】
定電圧ＴＤＤＢ測定は、絶縁膜に破壊耐圧以下の一定電圧を長時間印加し続けると、その印加時間に依存して絶縁膜が破壊するという経時破壊現象を利用した評価方法であり、また、定電流ＴＤＤＢ測定は、絶縁膜に一定量の電流を印加し続けると、その印加時間に依存して絶縁膜が破壊するという経時的破壊現象を利用した評価方法である。
【０００４】
図５は、定電流を印加して絶縁膜を評価するための測定回路を示す図である。一導電型の半導体基板１上に逆導電型の第１の拡散層２を有し、第１の拡散層２に絶縁膜３と電極４とが積層して形成されたＭＯＳダイオードと、ＭＯＳダイオードの電極４は端子５ａに繋がっている。一方、拡散層２は端子５ｂに繋がっている。端子５ａと端子５ｂは、夫々スイッチ６ａ、６ｂを介して電流源８と結線され、端子５ａと端子５ｂの間に電流が印加できるようになっている。また、電流源８と並列して電圧計７が接続されている。この測定回路では前記絶縁膜に印加する電流の向きは一方向であり、順方向あるいは逆方向の電流を選択して印加し、絶縁破壊特性を測定している。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平６−２０１７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体記憶装置の書き換え寿命を保証するためには、ＭＯＳダイオードに対し、順方向と逆方向の両方を印加する必要がある。従来の測定回路で両方を印加する場合は、順方向と逆方向の電流を交互に印加する必要があり、長時間を要する。また、同じ絶縁膜に両方向の印加を行うため、印加時間によって評価結果が異なるという問題を抱えていた。
【０００６】
本発明の目的は、１回の試験で順方向と逆方向の絶縁破壊特性を測定し、それぞれの寿命を予測する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の絶縁膜の評価方法においては、一導電型の半導体基板上に形成された逆導電型の第１の拡散層と前記第１の拡散層の上に形成された第１の絶縁膜と前記第１の絶縁膜の上に形成された第１の電極からなる第１のＭＯＳダイオードと、前記第１の拡散層に近接して形成された第２の拡散層と前記第２拡散層の上に形成された第２の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の上に形成された第２の電極からなる第２のＭＯＳダイオードと、前記第１の電極と前記第２の拡散層に接続された第１の端子と、前記第２の電極と前記第１の拡散層に接続された第２の端子と、前記第１の端子と第２の端子の間に設けられた電流源と、前記電流源と並列に配置された電圧計から構成される測定回路を用い、前記第１の端子と前記第２の端子の間に一方向の電流を通電して前記端子間の電圧変化を測定することを特徴とする絶縁膜の評価方法とする。
【０００８】
また、一導電型の半導体基板上に形成された逆導電型の第１の拡散層と前記第１の拡散層の上に形成された第１の絶縁膜と前記第１の絶縁膜の上に形成された第１の電極からなる第１のＭＯＳダイオードと、前記第１の拡散層に近接して形成された第２の拡散層と前記第２拡散層の上に形成された第２の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の上に形成された第２の電極からなる第２のＭＯＳダイオードと、前記第１の電極に接続された第１の端子と、前記第２の拡散層に接続された第２の端子と、前記第２の電極に接続された第３の端子と、前記第１の拡散層に接続された第４の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子が夫々第１のスイッチと第２のスイッチを介して接続される第１の接点と、前記第３の端子と前記第４の端子が夫々第３のスイッチと第４のスイッチを介して接続される第２の接点と、前記第１の接点と第２の接点の間に設けられた電流源と、前記電流源と並列配置された電圧計から構成される測定回路を用い、前記第１の接点と前記第２の接点の間に一方向の電流を通電して前記端子間の電圧変化測定することを特徴とする絶縁膜の評価方法とする。
【０００９】
さらには、前記端子間の電圧変化を検知した後に、スイッチ開閉操作をして、不良となったＭＯＳダイオードを特定することを特徴とする絶縁膜の評価方法とする。
【００１０】
また、前記第１のＭＯＳダイオードが複数のＭＯＳダイオードから構成され、前記第１のＭＯＳダイオードが複数のＭＯＳダイオードから構成されていることを特徴とする絶縁膜の評価方法とする。
【発明の効果】
【００１１】
試験をする絶縁膜について、正極性と負極性の絶縁破壊試験を同時に行えるので、測定時間の短縮が容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１から図４に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１に示すように、一導電型の半導体基板１上に逆導電型の第１の拡散層２１と第２の拡散層２２を有し、第１の拡散層２１に絶縁膜３１と電極４１とが積層して形成された第１のＭＯＳダイオードと、第２の拡散層２２に絶縁膜３２と電極４２とが積層して形成された第２のＭＯＳダイオードが近接して配置されている。第１のＭＯＳダイオードの電極４１と拡散層２２が結線され、端子５ａに繋がっている。一方、第２のＭＯＳダイオードの電極４２と拡散層２１が結線され、端子５ｂに繋がっている。端子５ａと端子５ｂは、夫々スイッチ６ａ、６ｂを介して電流源８と結線され、端子５ａと端子５ｂの間に電流が印加できるようになっている。また、電流源８と並列して電圧計７が接続されている。
【００１４】
上述の測定系において、スイッチ６ａ、６ｂを閉じて、電流源８より電流を一方向に流すことにより、例えば、酸化膜３１には電極側から拡散層側へ電流が流れ、一方、酸化膜３２には拡散層側から電極側へ電流が流すことができる。電圧計７で端子５ａと端子５ｂとの間の電圧変化を測定することにより、酸化膜３１または酸化膜３２の絶縁破壊を検知できる。
【００１５】
本実施例においてはスイッチ６ａ、６ｂを回路上に配置したが、電流源８がスイッチの機能を内蔵している場合は、その機能のことを意味していると考えることが可能であり、回路上に配置する必要はない。
【実施例２】
【００１６】
図２に示すように、一導電型の半導体基板１上に逆導電型の第１の拡散層２１と第２の拡散層２２を有し、前記第１の拡散層２１に絶縁膜３１と電極４１とが積層して形成された第１のＭＯＳダイオードと、前記第２の拡散層２２に絶縁膜３２と電極４２とが積層して形成された第２のＭＯＳダイオードが近接して配置されている。電極４１に接続されている端子５ａと拡散層２２に接続されている端子５ｄは、夫々スイッチ６ａ、６ｄを介して接点９ａに繋がっている。一方、電極４２に接続されている端子５ｃと拡散層２１に接続されている端子５ｂは、夫々スイッチ６ｃ、６ｂを介して接点９ｂに繋がっている。接点９ａおよび接点９ｂには電流源８と電圧計７が接続されている。
【００１７】
スイッチ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを閉じて、電流源８より電流を一方向に流すことにより、例えば、酸化膜３１には電極側から拡散層側へ電流が流れ、一方、酸化膜３２には拡散層側から電極側へ電流が流すことができる。電圧計７で接点９ａと接点９との間の電圧変化を測定することにより、酸化膜３１または酸化膜３２の絶縁破壊を検知できる。
【００１８】
本実施例においては、酸化膜３１または酸化膜３２の絶縁破壊を検知したならば、絶縁破壊された酸化膜を特定するために、スイッチ６ａ、６ｂを閉じ、スイッチ６ｃ、６ｄを開いて電流を印加し電圧を測定することにより、酸化膜３１が絶縁破壊されているかどうかが検証できる。また、逆のスイッチ操作を行うことで酸化膜３２の絶縁破壊も検証できる。これらの検証データより、電極側から拡散層への電流の向きと、拡散層から電極側への電流の向きとで、どちらの方向の印加に対して強い絶縁膜かも検証できるようになっている。
【実施例３】
【００１９】
前記実施例１では、二つ一組のＭＯＳダイオードの測定回路であったが、より多くのＭＯＳダイオードを有する測定回路とすることも可能である。
【００２０】
図３に示す本発明の第３の実施例における測定回路では、一導電型の半導体基板１上に逆導電型の第１の拡散層２１と第２の拡散層２２と第３の拡散層２３と第４の拡散層２４を有し、第１の拡散層２１に絶縁膜３１と電極４１とが積層して形成された第１のＭＯＳダイオードと、第２の拡散層２２に絶縁膜３２と電極４２とが積層して形成された第２のＭＯＳダイオードと、第３の拡散層２３に絶縁膜３３と電極４３とが積層して形成された第３のＭＯＳダイオードと、第４の拡散層２４に絶縁膜３４と電極４４とが積層して形成された第４のＭＯＳダイオードとを有し、第２の拡散層２２と第４の拡散層２４と第１の電極４１と第３の電極４３とが第２の導電膜により電気的に接続されて第１の端子５ａとなり、第１の拡散層２１と第３の拡散層２３と第２の電極４２と第４の電極４４とが電気的に接続されて第２の端子５ｂとなり、第１の端子５ａと第２の端子５ｂとの間に電流を印加できるように、電流源８と電圧測定器７とスイッチ６ａとスイッチ６ｂとが接続されている。
【００２１】
電流源８より一方向の電流を通電することにより、例えば、酸化膜３１および酸化膜３３には電極側から拡散層側へ電流が流れ、一方、酸化膜３２および酸化膜３４には拡散層側から電極側へ電流が流すことができる。電圧計７で端子１と端子２との間の電圧変化を測定することにより、酸化膜３１または酸化膜３２の絶縁破壊を検知できる。本実施例では、四つ１組のＭＯＳダイオードの例を示したが、さらに多数のＭＯＳダイオードを組み合わせた回路とすることも可能である。
【００２２】
本実施例においてはスイッチ６ａ、６ｂを回路上に配置したが、電流源８がスイッチの機能を内蔵している場合は、その機能のことを意味していると考えることが可能であり、回路上に配置する必要はない。
【実施例４】
【００２３】
前記実施例２では、二つ一組のＭＯＳダイオードの測定回路であったが、より多くのＭＯＳダイオードを有する測定回路でもよい。
図４に示す本発明の第３の実施例における測定回路では、一導電型の半導体基板１上に逆導電型の第１の拡散層２１と第２の拡散層２２と第３の拡散層２３と第４の拡散層２４を有し、第１の拡散層２１に絶縁膜３１と電極４１とが積層して形成された第１のＭＯＳダイオードと、第２の拡散層２２に絶縁膜３２と電極４２とが積層して形成された第２のＭＯＳダイオードと、第３の拡散層２３に絶縁膜３３と電極４３とが積層して形成された第３のＭＯＳダイオードと、第４の拡散層２４に絶縁膜３４と電極４４とが積層して形成された第４のＭＯＳダイオードとを有し、第１の電極４１と前記第３の電極４３とに接続された端子５ａと、第１の拡散層２１と第３の拡散層２３とに接続された端子５ｂと、第２の電極２１と前記第４の電極４とに接続された端子５ｃと、第２の拡散層２２と前記第４の拡散層２４とに接続された端子５ｄとを有し、端子５ａに接続されるスイッチ６ａと端子５ｄに接続されるスイッチ６ｄとが接点９ａを介して接続され、また、端子５ｂに接続されるスイッチ６ｂと端子５ｃに接続されるスイッチ６ｃとが接点９ｂを介して接続されており、また、接点９ａと接点９ｂには、電圧計７と電流源８が接続されている。
【００２４】
スイッチ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを閉じて、電流源８より電流を一方向に流すことにより、例えば、酸化膜３１と酸化膜３３には電極側から拡散層側へ電流が流れ、一方、酸化膜３２と酸化膜３４には電極側から拡散層側へ電流が流すことができる。電圧計７で接点９ａと接点９ｂとの間の電圧変化を測定することにより、酸化膜３１または酸化膜３２または酸化膜３３または酸化膜３４の絶縁破壊を検知できる。
【００２５】
本実施例においては、酸化膜３１または酸化膜３２または酸化膜３３または酸化膜３４の絶縁破壊を検知したならば、絶縁破壊された酸化膜を特定するために、スイッチ６ａ、６ｂを閉じ、また、スイッチ６ｃ、６ｄを開いて電流を印加し電圧を測定することにより、酸化膜３１または酸化膜３３が絶縁破壊されているかどうかが検証できる。これにより、電極側から拡散層への電流の向きと、拡散層から電極側への電流の向きとで、どちらの方向が強いかを検証もできるようになっている。
また、絶縁破壊されていない酸化膜のＭＯＳダイオード群について、継続して試験を続けることもできる。
【００２６】
本実施例では、四つ１組のＭＯＳダイオードの例を示したが、より多数のＭＯＳダイオードを組み合わせた回路とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施例を示す測定回路
【図２】本発明の第２の実施例を示す測定回路
【図３】本発明の第３の実施例を示す測定回路
【図４】本発明の第４の実施例を示す測定回路
【図５】従来の絶縁膜の評価のための測定回路
【符号の説明】
【００２８】
１  半導体基板
２、２１、２２、２３、２４  拡散層
３、３１、３２、３３、３４  絶縁膜
４、４１、４２、４３、４４  電極
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  端子
６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ  スイッチ
７  電圧計
８  電流源
９a、９ｂ  接点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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