Способ испытания полупроводниковых приборов с мдп структурой

СОЮЗ СОВЕТ СОЦИАЛИСТ РЕСПУБЛИН х СНИХ99 19) (11) К 31/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У ИДЕТ ЕЛ ТОРСКОМУ ОД ым ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Корзо В.Ф Черняев В.Н. Диэлектрические пленки в микроэлектронике. 1977, с. 55-62.2. Авторское свидетельство СССР У 376735, кл. С 01 К 31/26, 1972. (54)(57) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПОЛУПРОВ НИКОВЫК ПРИБОРОВ С МДП-СТРУКТУРОЙ, включающий нагрев структуры с после дующим охлаждением до комнатной тем пературы и измерение электрических параметров испытуемой структуры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности испытаний,на структуру одновременно с нагревомподают напряжение, величина котороголежит в диапазоне от максимальногорабочего напряжения до 0,9 напряженияпробоя диэлектрического слоя, нагревпроводят до температуры, лежащей винтервале от максимальной рабочейтемпературы до температуры эвтектики,выдерживают структуру 3 - 45 мин приэтой температуре, затем структуруохлаждают до комнатной температуры,после чего снимают напряжение и проводят линейный нагрев структуры соскоростью 0,1-0,6 град/с с одновременной регистрацией температурнойзависимости тока деполяризации, покоторой определяют значение зарядав окисле и сравнивают с установленн и нормами этого заряда.Изобретение относится к микроэлектронике иможет быть использовано для отработки технологии изготовления, проведения промежуточногоконтроля, анализа отказов, прогнозирования надежности полупроводниковыхприборов с встроенной структурой металл - диэлектрик - полупроводник.Известен способ определения заря.довой нестабильности по изменению 10характеристик полупроводниковых приборов, измеряемых в изотермическомрежиме до и после термообработки сприложенным электрическим полем, включающим измерение в полупроводнике в 15изотермическом режиме интегральногозаряда отображения, связанного с образованием и переносом заряда в диэлектрическом слое ИДП-структуры,а также с изменением заряда поверх Окостных состояний на границах раздела диэлектрик - металл и диэлектрик -полупроводник 111,Недостатки данного устройства -низкая чувствительность и невозможность интерпретации полученных результатов.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является способиспытания полупроводниковых приборов ЗОс МДП-структурой, согласно которомусоединяют накоротко затворы приборовс остальными электродами, затем приборы нагревают до температуры, величину и время вьдержки которой выбирают достаточными для перераспределения заряда в диэлектрике и изменения параметров испытуемого приборапод воздействием электрического поля,вызванного контактной разностью потенциалов,и охлаждают до комнатнойтемпературы. Сравнение результатовизмерений параметров приборов до ипосле такого воздействия полем итемпературой позволяет судить О надежности ИДП-структур 21.Недостатком известного способаявляется низкая точность проведенияиспытаний ИДП-структур за счет небольшой величины и недостаточной вос -приимчивости контактной разностипотенциалов, под действием которойосуществляется поляризация исследуемой структуры.Цель изобретения - повышение точ ности испытаний приборов. Поставленная цель достигается тем,Что согласно способу испытания полу проводниковых приборов с ИДП-структурой, включающему нагрев структуры с последующим охлаждением до комнатной температуры и измерение электри,ческих параметров испытуемой структуры, одновременно с нагревом на структуру подают напряжение, величина которого лежит в диапазоне от максимального рабочего напряжения до 0,9 напряжения пробоя диэлектрического слоя, нагрев проводят до температуры,. лежащей в интервале от максимальной рабочей температуры до температуры эвтектики, выдерживают структуру 3 45 мин при этой температуре, затем структуру охлаждают до комнатной температуры, после чего снимают напряжение и проводят линейный нагрев структуры со скоростью 0,1-0,б град/с с одновременной регистрацией температурной зависимости тока деполяризации, по которой определяют значение заряда в окисле и сравнивают с установленными нормами этого заряда.На Фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - типичная зависимость тока деполяризации от температуры при линейном нагреве (скорость нагрева 0,5 град/с) МДП-структуры. При анализе температурной зависимости тока деполяризации определяют величину заряда в диэлектрической пленке, характеризующего зарядовую нестабильность, энергию активации отдельных релаксационных процессов, ответственных за зарядовую нестабильность.Время поляризации выбирается таким, чтобы заряд поляризации (опредепяемый по площади по кривой вре- - менной зависимости така поляризации) перестал увеличиваться с дальнейшим ростом времени поляризации, Такое состояние образца соответствует полной поляризации диэлектрика.В,качестве нижнего предела температуры поляризации выбирается максимально допустимая рабочая температура изделия, так как при более низких температурах поляризации некоторые механизмы электрической релаксации, присущие данному прибору в рабочем диапазоне температур, не включаются в поляризационный процесс и соответственно не проявляются в токе депо" ляризации. Последнее приводит к тому,1114 3что предлагаемый способ контролядает заниженную оценку зарядовойнестабильности изделий.Верхняя граница температурнойполяризации обусловлена тем, чтопри температуре, больше температурыэвтектики металл - кремний, происходит деградация свойств ИДП-структурыиэ-за образования растворов с повышенной проводимостью,Верхний предел напряжения поляризации выбирается 0,9 Опой где0 лу - напряжение пробоя диэлектрического слоя, на основании результатов исследования ИДП-структур.Увеличение прикладываемого кИДП-структуре напряжения выше 0,90 ск,приводит к резкому возрастанию вероятности пробоя диэлектрика. В таком/случае способ контроля становитсяразрушающим. Если же напряжениес 0,90 доХ то вероятность пробояпревышает 107. Ограничивать верхнийпредел напряжения поляризации ещеболее низким уровнем не целесообразно, так как полезный сигнал (ток поляризации) пропорционален напряжениюполяризации. 0 П р и м е р, Пластины кремния окислены в кислороде в режиме "Су хой - влажный - сухой" при 1150 С, при этом толщина образованного окисла ЫО составляет 0,5 мкм. Окисел с нижней стороны пластины удаляют. Контакты наносятся путем напыления алю- З 5 миния в вакууме круглыми диаметром 1-2 мм на окисел и сплошной слой на нижнюю сторону.Исследуемая ИДП-структура помещается в измерительную ячейку 1 40 (фиг.1). После подсоединения зондов контактирующего устройства посредством блока 2 предварительного контроля образцов устанавливается факт подсоединения к измеРительной схеме устРойства и отсутствие короткого замыкания у исследуемой ИДП-структуры (контроль ведется по величине емкости подсоединяемого образца, которая должна соответствовать некоторому интервалу значений, например 90-115 пф). По команде с блока 3 программатора при помощи терморегулятора 4 и нагревательного элемента 5 производится нагрев ИДП-структуры до некоторой у температуры поляризации (например,о+125 С - верхняя граница рабочих температур полупроводниковых прибо 992Ров). Факт достижения образцом температуры поляризации устанавливается посредством термопары 6. После достижения температуры поляризации терморегулятор 4 поддерживает температуру образца в течение времени, необходи-. мого для поляризации, а блок 3 программатора посредством блока 7 коммутации подает на исследуемую структуру напряжение поляризации (например, 10 В), которое задается блоком 8 стабилизированного источника напряжения поляризации. В случае пробоя ИЦП- структуры при поляризации на блоке 8 осуществляется индикация пробоя н с него подается команда на блок 3 программатора для отключения напряжения поляризации и охлаждения образца до комнатной температуры. После выдержки ИДП-структуры при температуре поляри" эаций с приложенным полем в течение времени, достаточного для полной поляризации (например,. 5 мин), образец охлаждают с приложением напряжения поляризации до исходной температуры, а затем напряжение поляризации снимается и образец закорачивается на измеритель 9 тока. Ток деполяризации измеряется в процессе линейного нагрева ИДП-структуры (например, со скоростью нагрева 0,5 град/с),который осуществляется при помощи терморегулятора 4. Температурная зависимость деполяризации фиксируется при помощи самопишущего прибора 1 О. Интегрируя площадь под кривой тока деполяризации, можно определить заряд, приходящийся на единицу площади щЦП-структуры где 1 ) - температурная зависимостьтока деполяризации.Если величина 0 , измеренная предлагаемым способом, не превышает некоторой критической величины О ,гит для данной группы приборов, то структура считается годной по зарядовой стабильности, в противном случаенегодной.Для данной серии образцов д пустимый заряд в окисле 3 10 см- (величина допустимого заряда в окисле зависит от толщины диэлектрика и технологии изготовления). В результате измерений получают заряд в окисле (1,5 - й 0,5) 10 сми, следовательНно, контролируемая партия пропускает.2 Составитель Т. Ивановаедактор И. Шулла Техред Ж.Кастелевич тор Е. К ан 32 Тираж 710 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва,каз 67 Подписноеенного комитета СССРтений и открытий-35, Раушская наб., д. 4/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород роектная ся на следующую технологическую операцию.Энергия активации определяется по формулеЗа 5- х-тктгде 3 - начальное значение тока;ток деполяризации на начальном участке нагрева;К - постоянная Больцмана;Т - температура.Для данной серии образцов Е = -"0,4 эВ.Введение в технологию изготовления МДП-транзисторов между маршрутами "Изготовление пластины" и "Сборка и испытание" МДП-устройства промежуточного контроля тестовых МДП-структур по параметру "Зарядовая стабильность(путем экспресс-измерения неизотермического тока деполяризации)позволит исключить из дальнейшеготехнологического процесса кристаллыс низкой зарядовой стабильностью,которые по существующей технологиивыявляются и отбраковываются лишь нафинишном контроле готовых приборовпо результатам температурных испытаний (термополевая отбраковка). Результаты промежуточного контроля попараметру "Зарядовая стабильность"могут быть использованы также длякорректировки или отработки технологического процесса изготовления пластин не только МДП-транзисторов, нои биполярных приборов.