Устройство для неразрушающего контроля и измерения напряжения микропробоя в диэлектрике мдп-структур

(22) Заявлено 30378 (21) 2598461/18-25 501 2 31/26 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР ло делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30.0980(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ МИКРОПРОБОЯ В ДИЭЛЕКТРИКЕ МДП-СТРУКТУР1Изобретение относится к области электронной техники и может быть ис" пользовано при исследовании электро- физических параметров диэлектриков в МДП-структурах интегральных схем 5 на их основе, в частности, для измерения напряжения микропробоя подзатворного диэлектрика таких структур.Известны устройства для измерения напряжения пробоя диэлектриков 0 конденсаторов и полупроводниковых приборов, использующие генераторы как переменного, так и постоянного (од-. нополярного), испытательного напряжения, прикладываемого к испытуемому 5 прибору Я и 21.Эти устпойства сбдержат генератор испытательного напряжения, детектор пробоя, блокировку и индикатор напряжения пробоя. При пробое диэлектрика 20 или испытуемого прибора блокировка обеспечивает выключение испытатель" ного напряжения или отключение образца от испытательной схемы, причем снятие испытательного напряжения с испы туемого прибора происходит с некоторой задержкой после момента возникновения пробоя.1Это является наиболее серьезным недостатком известных устройств, 30 так как конденсаторы МДП-структур с достаточно тонким диэлектриком (толщиной менее 1 мкм) могут быть разрушены прй пробое энергией заряца, накопленного на самом конденсаторе в процессе измерения и раэряжающегося через ослабленное место в диэлектрической пленке, в которой возникает лавинный пробойРазрушение тем больше, чем дольше воздействует испытательное напряжение от генератора на испытуемый прибор, так как его энергия суммируется с энергией, накопленной на конденсаторе, и способствует выгоранию диэлектрика и слоя металлизации в месте, пробой.. Наиболее близким техническим решением к,изобретению является устройство, которое содержит генератор испытательного напряжения, усилитель- детектор микропробоя, коммутатор, шун" тирующую блокировку и индикатор напряжения мйкропробоя, соединенный с генератором .испытательного напряжения и шунтирующей блокировкой. Кроме того, известное устройство содержит схему Управленйя шунтирующей блокировкой, состоящую из последовательно включенных триггера, блока управления и.электронного реле. Шунтирующая блокировка введена для обеспечения разря. да накопленной на испытуемом конденса торе энергии после возникновения пробоя (3.Недостатком известного устройстваявляется низкое качество контроля конденсаторов с тонким диэлектриком,обусловленное недостаточно высоким быстродействйем схемы управления шунтирую-,щей блокировкой, которая состоит изнескольких последовательно соединенных устройств, создающих недопустимобольшую задержку включения шунтирующей блокировки, что приводит к увеличению времени воздействия электрического поля на локальный дефект вдиэлектрике, в котором развиваетсяпробой, и к увеличению вероятностиразрушения структуры.Кроме того, из-за.наличия в схемеоднополярного генератора испытательного напряжения устройство не обеспечивает испытание конденсаторов знакопеременным напряжением, что необходимо для конденсаторов или структур стонким диэлектриком, так как величина напряжения микропробоя в них час.то зависит от полярности приложенного к электродам напряжения.Целью изобретения является повыше ние качества неразрушающего контроля МДП-структур с толщиной диэлектрика менее 1 мкм,Поставленная цель достигается тем,что в устройство введен нуль-орган,вход которого подключен к генераторуиспытательного напряжения, а выход -к коммутатору, включенному между генератором испытательного напряженияи испытуемой МДП-структурой, котораясвязана с генератором йспытательногонапряжения через последовательно соединенные усилитель-детектор микропробоя и шунтирующую блокировку.Такое устройство обеспечивает подачу на испытуемую МДП-структуру знакопеременного испытательного напряжения и измерение напряжения микропробоя в диэлектрике структуры без ееразрушения.На чертеже приведена бЛок-схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит генератор испытательного напряжения 1, выполненный в виде генератора однополярныхимпульсов, нуль-орган 2, коммутатор 3,испытываемую структуру 4,усилитель-детектор пробоя 5, шунтирующую блокировку 6, индикатор напряженйя микропробоя 7.Принцип работы устройства состоитв следующем,По сигналу "пуск" блок 1 формирует однополярный импульс испытатель ного напряжения, который через блоккоммутации 3 подается на испытываемый образец 4. В момент, когда амплитуда .испытательного напряжения становится рав.ной нулю, нуль-орган 2 выдает сигнал, поступающий в блок комму-,тации 3, где происходит перекоммутация электродов образца. В результатена образец подается знакопеременноенапряжение с размахом, равным удвоенной амплитуде напряжения, вырабатываемого генератором 1. Прй пробое ди электрика импульс пробоя поступаетна вход усилителя 5 и через неговключает шунтирующую блокировку 6,через которую разряжается МДП-структура. Величина напряжения микропро боя выводится на индикатор напряжения микропробоя 7.Это устройство позволяет разделитьцепь коммутаций напряжения на МДПструктуре, которая не требует высокого быстродействия, так как генератор испытательного йапряжения вырабатывает импульсы такойборьба,чтобыобеспечить квазистатический режим заряда конденсатора структуры (например, импульсы треугольной Формы), ицепь быстродействующей блокировки,которая подключается непосредственно к испытуемой структуре. БыстроДействие шунтирующей блокировки по вышено, благодаря уменьшению числакаскадов в схеме управления блокировкой (оставлен усилитель-детектор микропробоя).КРОме того, благодаря тому,что генератор испытательного напряже ния выполнен в виде генератора однополярных импульсов (предпочтительноположительной полярности)имеется возможность упростить схему детекторамихропробоя и выполнить шунтирующую 35 блокировку на быстродействующих элементах (например, на высоковольтныхи одновременно на высокочастотныхтранзисторах и-р-и типа ), доведявремя ее срабатывания до величины10 " с. Тем самым обеспечивается по вб ение качества контроля МДП-структур с тонким диэлектриком и возможность сделать его действительно неразрушающим, Наконец, введение нульоргана, управляющего коммутатором, 45 обеспечивает подачу на структурузнакопеременного испытательного напряжения От генератора однополярныхимпульсов, что также способствуетболее полному испытанию структуры, 50 т.е. повышению качества контроля,Формула изобретенияУстройство для неразрушающего конт. роля и измерения напряжения микропробоя в диэлектрике МДП-структур, содержащее генератор испытательного напряжения, усилитель-детектор микропробоя, коммутатор, шунтирующую бло кировку и ийдикатор напряжения микропробоя, соединенный с генератором испытательного напряжения и шунтирующей блокировкой, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения ка чества. неразрушающего контроля МДП. Кол писн аказ 7186/41 Тираж 1019 ВНИИПИ Государстзенного комит по делам изобретений к отк 113035, Москва, Ж -35, Раушска СССРрытий наб., д. ттеюю фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная илиал структур с толщиной диэлектрика менее 1 мкм, в него введен нуль-орган,вход которого подключен к генераторуиспытательного напряжения, а выход -к коммутатору, включенному междугенератором испытательного напряжения и испытуемой МДП-структурой,которая связана с генератором испытательного напряжения через последовательно соединенные усилитель-детектор микропробоя и шунтирующую блокировку. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 533888, кл, 601 % 31/14, 1976 2. Авторское свидетельство СССР В 401940., кл. 601 К 31/26 19743, Стародумов М.Н., Тифлов В.И. Прибор для контроля и измерения параметров пленочных структур,-"Обмен опытом в радиопромышленности", 1974, вып. 3, с. 63-64 (прототип)