專利名稱：絕緣膜的評價(jià)方法及測量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的評價(jià)方法及其使用的測量電路。
背景技術(shù)：
作為評價(jià)用于半導(dǎo)體裝置的絕緣膜的方法，如恒壓TDDB測量及 恒流TDDB測量等那樣，通常使用的方法是測量絕緣膜的經(jīng)時(shí)絕緣擊 穿特性。
所謂恒壓TDDB測量是利用在絕緣膜上長時(shí)間地持續(xù)施加擊穿耐 壓以下的一定電壓時(shí)絕緣膜會依賴于其施加時(shí)間而擊穿的經(jīng)時(shí)擊穿現(xiàn) 象的評價(jià)方法，而所謂恒流TDDB測量是利用在絕緣膜上持續(xù)施加一 定量的電流時(shí)絕緣膜會依賴于其施加時(shí)間而擊穿的經(jīng)時(shí)擊穿現(xiàn)象的評 價(jià)方法。
圖5是表示通過施加恒流來評價(jià)絕緣膜的測量電路的圖。某一導(dǎo) 電型的半導(dǎo)體襯底1上設(shè)有相反導(dǎo)電型的第一擴(kuò)散層2,在第一擴(kuò)散 層2上層疊絕緣膜3和電極4而形成MOS 二極管，該MOS 二極管的 電極4與端子5a相連，而擴(kuò)散層2與端子5b相連。端子5a和端子5b 分別經(jīng)由開關(guān)6a、 6b與電流源8連接，構(gòu)成為可在端子5a與端子5b 之間施加電流。另外，電壓計(jì)7與電流源8并聯(lián)連接。在該測量電路 中，在上述絕緣膜上施加的電流方向?yàn)閱蝹€方向，選擇正向或反向的 電流進(jìn)行施加，以測量絕緣擊穿特性。(例如，參考專利文獻(xiàn)l)
專利文獻(xiàn)l:特開平6-201761號/>凈艮
但是，為了保證半導(dǎo)體存儲裝置的重寫壽命，需要對MOS 二極 管施加正反兩個方向的電流。在傳統(tǒng)測量電路中施加兩個方向的電流時(shí)，需要交替地施加正向和反向的電流，因此需要耗用長的時(shí)間。另
外還存在這樣的問題由于在同一絕緣膜上沿兩個方向施加，評價(jià)結(jié) 果會因施加時(shí)間而不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目在于提供一種通過l次試驗(yàn)測量正向和反向的絕緣 擊穿特性，并預(yù)測各方向壽命的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的絕緣膜的評價(jià)方法的特征在于， 使用由如下部分構(gòu)成的測量電路由在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底 上形成的相反導(dǎo)電型的第一擴(kuò)散層、在上述笫一擴(kuò)散層上形成的第一 絕緣膜和在上述第一絕緣膜上形成的第一電極構(gòu)成的第一 MOS 二極 管；由與上述第一擴(kuò)散層靠近而形成的第二擴(kuò)散層、在上述第二擴(kuò)散 層上形成的第二絕緣膜和在上述第二絕緣膜上形成的第二電極構(gòu)成的 第二 MOS 二極管；與上述第一電極及上述第二擴(kuò)散層連接的第一端 子；與上述第二電極及上述第一擴(kuò)散層連接的第二端子；在上述第一 端子與第二端子之間設(shè)置的電流源；以及與上述電流源并聯(lián)配置的電
壓計(jì)，
在上述第一端子與上述第二端子之間通過單向的電流，測量上述 端子之間的電壓變化。
另 一種絕緣膜的評價(jià)方法的特征在于，
使用由如下部分構(gòu)成的測量電路由在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底 上形成的相反導(dǎo)電型的第一擴(kuò)散層、在上述第一擴(kuò)散層上形成的第一 絕緣膜和在上述第一絕緣膜上形成的第一電極構(gòu)成的第一 MOS 二極 管；由與上述第一擴(kuò)散層靠近而形成的第二擴(kuò)散層、在上述第二擴(kuò)散 層上形成的第二絕緣膜和在上述第二絕緣膜上形成的第二電極構(gòu)成的 第二 MOS 二極管；與上述第一電極連接的第一端子；與上述第二擴(kuò) 散層連接的第二端子；與上述笫二電極連接的第三端子；與上述第一 擴(kuò)散層連接的第四端子；分別經(jīng)由第一開關(guān)和第二開關(guān)而連接上述第一端子和上述第二端子的第一接點(diǎn)；分別經(jīng)由第三開關(guān)和第四開關(guān)而 連接上述第三端子和上述第四端子的第二接點(diǎn)；在上述第一接點(diǎn)與第 二接點(diǎn)之間設(shè)置的電流源；以及與上述電流源并聯(lián)配置的電壓計(jì)，
在上述第一接點(diǎn)與上述第二接點(diǎn)之間通過單向的電流，測量上述 端子之間的電壓變化。
又一種絕緣膜的評價(jià)方法的特征在于，在檢測到上述端子之間的 電壓變化后進(jìn)行開關(guān)的開閉操作，以確定成為不良的MOS二極管。
再一種絕緣膜的評價(jià)方法的特征在于，上述第一 MOS 二極管由 多個MOS 二極管構(gòu)成，上述第二 MOS 二極管由多個MOS 二極管構(gòu) 成。
如此，能同時(shí)對被測試的絕緣膜進(jìn)行正極性和負(fù)極性的絕緣擊穿 試驗(yàn)，因此可容易地縮短測量時(shí)間。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的測量電路。 圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的測量電路。 圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的測量電路。 圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的測量電路。 圖5是用于絕緣膜評價(jià)的傳統(tǒng)測量電路。 附圖標(biāo)記說明 1 半導(dǎo)體村底
2、21、22、23、24擴(kuò)散層
3、31、32、33、34 絕緣膜
4、41、42、43、44 電極
5a、5b、5c、5d端子
6a、6b、6c、6d開關(guān)
7 電壓計(jì)
8 電流源9a、 ％接點(diǎn)
具體實(shí)施例方式
下面，參照圖1 圖4來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。 實(shí)施例1
如圖1所示，在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體村底1上設(shè)有與該導(dǎo)電型相 反的第一擴(kuò)散層21和笫二擴(kuò)散層22，并將在第一擴(kuò)散層21上層疊絕 緣膜31及電極41而形成的第一 MOS 二極管和在第二擴(kuò)散層22上層 疊絕緣膜32及電極42而形成的第二 MOS 二極管靠近而配置。第一 MOS二極管的電極41與擴(kuò)散層22連接，并與端子5a相連。另一方 面，第二MOS二極管的電極42與擴(kuò)散層21連接，并與端子5b連接。 端子5a和端子5b分別經(jīng)由開關(guān)6a、 6b與電流源8連接，從而構(gòu)成為 可在端子5a與端子5b之間施加電流。另外，電壓計(jì)7與電流源8并 聯(lián)連接。
在上述測量系統(tǒng)中，閉合開關(guān)6a、 6b，使電流從電流源8沿單向 流動，例如，在氧化膜31中電流可從電極側(cè)流向擴(kuò)散層側(cè)，而在氧化 膜32中電流可/人擴(kuò)散層側(cè)流向電極側(cè)。用電壓計(jì)7測量端子5a與端 子5b之間的電壓變化，從而能夠檢測出氧化膜31或氧化膜32的絕緣 擊穿。
在本實(shí)施例中，將開關(guān)6a、 6b配置在電路上，但若在電流源8中 內(nèi)置了開關(guān)功能，則可認(rèn)為已具有此開關(guān)功能而不必在電路上設(shè)置。 實(shí)施例2
如圖2所示，在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體村底1上設(shè)有與該導(dǎo)電型相 反的第一擴(kuò)散層21和笫二擴(kuò)散層22,并將在上述第一擴(kuò)散層21上層 疊絕緣膜31及電極41而形成的第一 MOS 二極管和在上述第二擴(kuò)^Jr 22上層疊絕緣膜32和電極42而形成的第二 MOS 二極管靠近配置。 與電極41連接的端子5a和與擴(kuò)散層22連接的端子5d分別經(jīng)由開關(guān) 6a、 6d與接點(diǎn)9a相連。另一方面，與電極42連接的端子5c和與擴(kuò)散層21連接的端子5b分別經(jīng)由開關(guān)6c、 6b與接點(diǎn)9b相連。在接點(diǎn)9a 和才矣點(diǎn)9b上連4^有電流源8和電壓計(jì)7。
將開關(guān)6a、 6b、 6c、 6d閉合，使電流從電流源8朝一個方向流動， 從而例如在氧化膜31中電流從電極側(cè)流向擴(kuò)散層側(cè)，而在氧化膜32 中電流從擴(kuò)散層側(cè)流向電4及側(cè)。用電壓計(jì)7測量4妻點(diǎn)9a與4妄點(diǎn)9b之 間的電壓變化，從而能夠檢測出氧化膜31或氧化膜32的絕緣擊穿。
在本實(shí)施例中，如果片企測出氧化膜31或氧化膜32的絕緣擊穿， 則為了確定被絕緣擊穿的氧化膜，可將開關(guān)6a、 6b閉合并將開關(guān)6c 、 6d打開，然后施加電流而測量電壓，從而可驗(yàn)證氧化膜31的絕緣是 否已擊穿。另外，也可通過相反的開關(guān)操作，驗(yàn)證氧化膜32的絕緣擊 穿。根據(jù)這些驗(yàn)證數(shù)據(jù)，還能夠驗(yàn)證在從電極側(cè)至擴(kuò)散層的電流方向 和從擴(kuò)散層至電極側(cè)的電流方向中絕緣膜對哪個方向的施加耐受性 強(qiáng)。
實(shí)施例3
上述實(shí)施例1中是兩個一組的MOS 二極管的測量電路，但也可 設(shè)置成具有更多MOS 二極管的測量電路。
在圖3所示的本發(fā)明的實(shí)施例3的測量電路中，某一導(dǎo)電型的半 導(dǎo)體村底1上設(shè)有與該導(dǎo)電型相反的第一擴(kuò)散層21、第二擴(kuò)散層22、 笫三擴(kuò)散層23及第四擴(kuò)散層24，具有在第一擴(kuò)散層21上層疊絕緣膜 31和電極41而形成的第一MOS二極管、在第二擴(kuò)散層22上層疊絕 緣膜32和電極42而形成的第二 MOS 二極管、在笫三擴(kuò)散層23上層 疊絕緣膜33和電極43而形成的第三MOS 二^f及管以及在第四擴(kuò)散層 24上層疊絕緣膜34和電極44而形成的第四MOS 二極管，第二擴(kuò)散 層22、第四擴(kuò)散層24、第一電極41和第三電極43通過第二導(dǎo)電膜電 連接而形成第一端子5a，第一擴(kuò)散層21、第三擴(kuò)散層23、第二電極 42和第四電極44電連接而形成第二端子5b,連沖妻有電流源8、電壓 計(jì)7、開關(guān)6a和開關(guān)6b,以能夠在笫一端子5a和第二端子5b之間施 力口電流。通過讓單向的電流從電流源8流出，能夠例如在氧化膜31和氧化 膜33中使電流從電極側(cè)流向擴(kuò)散層側(cè)，而在氧化膜32和氧化膜34中 使電流從擴(kuò)散層側(cè)流向電極側(cè)。用電壓計(jì)7測量端子1與端子2之間 的電壓變化，從而能夠檢測出氧化膜31或氧化膜32的絕緣擊穿。在 本實(shí)施例中說明了四個一組的MOS 二極管的示例，但也可設(shè)置成由 更多的MOS 二極管組合而成的電路。
在本實(shí)施例中，將開關(guān)6a、 6b配置在電路上，但若在電流源8內(nèi) 置了開關(guān)功能，則可認(rèn)為已具有此開關(guān)功能而不必在電路上設(shè)置。
實(shí)施例4
上述實(shí)施例2是兩個一組的MOS 二極管的測量電路，但也可以 是具有更多MOS 二極管的測量電路。
在圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施例4的測量電路中，在某一導(dǎo)電型的 半導(dǎo)體襯底1上設(shè)有與該導(dǎo)電型相反的第 一擴(kuò)散層21 、第二擴(kuò)散層22 、 第三擴(kuò)散層23和第四擴(kuò)散層24;具有在第一擴(kuò)散層21上層疊絕緣膜 31和電極41而形成的第一MOS二極管、在第二擴(kuò)散層22上層疊絕 緣膜32和電極42而形成的第二 MOS 二極管、在第三擴(kuò)散層23上層 疊絕緣膜33和電極43而形成的第三MOS 二極管以及在第四擴(kuò)散層 24上層疊絕緣膜34和電極44而形成的第四MOS 二極管，具有與第 一電極41和上述第三電極43連接的端子5a、與第一擴(kuò)散層21和笫三 擴(kuò)散層23連接的端子5b、與第二電極42和上述第四電極44連接的 端子5c以及與第二擴(kuò)散層22和上述第四擴(kuò)散層24連接的端子5d;與 端子5a連接的開關(guān)6a和與端子5d連接的開關(guān)6d通過接點(diǎn)9a而連接， 另外，與端子5b連接的開關(guān)6b和與端子5c連接的開關(guān)6c通過接點(diǎn) 9b而連接，另夕卜，在接點(diǎn)9a和接點(diǎn)9b上連接有電壓計(jì)7和電流源8。
通過將開關(guān)6a、 6b、 6c、 6d閉合，電流從電流源8沿單向流動， 例如，在氧化膜31和氧化膜33中電流可從電極側(cè)流向擴(kuò)散層側(cè)，而 在氧化膜32和氧化膜34中電流可從電極側(cè)流向擴(kuò)散層側(cè)。用電壓計(jì) 7測量接點(diǎn)9a與接點(diǎn)9b之間的電壓變化，從而可4全測出氧化膜31或
10氧化膜32或氧化膜33或氧化膜34的絕緣擊穿。
通過將開關(guān)6a、 6b、 6c、 6d閉合，電流/人電流源8沿單向流動， 例如，在氧化膜31和氧化膜33中電流可從電極側(cè)流向擴(kuò)散層側(cè)，而 在氧化膜32和氧化膜34中電流可從擴(kuò)散層側(cè)流向電極側(cè)。用電壓計(jì) 7測量接點(diǎn)9a與接點(diǎn)9b之間的電壓變化，從而可檢測出氧化膜31或 氧化膜32或氧化膜33或氧化膜34的絕緣擊穿。
在本實(shí)施例中，若已檢測到氧化膜31或氧化膜32或氧化膜33或 氧化膜34的絕緣擊穿，則為了確定^^皮絕緣擊穿的氧化膜，將開關(guān)6a、 6b閉合并將開關(guān)6c、 6d打開，然后施加電流而測量電壓，從而可驗(yàn) 證氧化膜31或氧化膜33是否已絕緣擊穿。由此，也能夠驗(yàn)證在從電 極側(cè)至擴(kuò)散層的電流方向和乂人擴(kuò)散層至電極側(cè)的電流方向中對哪個方 向的施加耐受性強(qiáng)。
另外，對于未^1絕緣擊穿的氧化膜的MOS 二極管群，也可繼續(xù) 進(jìn)行試驗(yàn)。
在本實(shí)施例中說明了四個一組的MOS 二極管的示例，但也可設(shè) 置成由更多的MOS 二極管組合而成的電路。
權(quán)利要求
1. 一種絕緣膜的評價(jià)方法，其特征在于，使用由如下部分構(gòu)成的測量電路由在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底上形成的相反導(dǎo)電型的第一擴(kuò)散層、在所述第一擴(kuò)散層上形成的第一絕緣膜和在所述第一絕緣膜上形成的第一電極構(gòu)成的第一MOS二極管；由與所述第一擴(kuò)散層靠近而形成的第二擴(kuò)散層、在所述第二擴(kuò)散層上形成的第二絕緣膜和在所述第二絕緣膜上形成的第二電極構(gòu)成的第二MOS二極管；與所述第一電極及所述第二擴(kuò)散層連接的第一端子；與所述第二電極及所述第一擴(kuò)散層連接的第二端子；在所述第一端子與所述第二端子之間設(shè)置的電流源；以及與所述電流源并聯(lián)配置的電壓計(jì)，在所述第一端子與所述第二端子之間通過單向的電流，測量所述端子之間的電壓變化。
2. 如權(quán)利要求1中記載的絕緣膜的評價(jià)方法，其特征在于 所述第一 MOS 二極管由多個MOS 二極管構(gòu)成，所述第二 MOS二極管由多個MOS 二極管構(gòu)成。
3. —種絕緣膜的評價(jià)方法，其特征在于， 使用由如下部分構(gòu)成的測量電路由在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底上形成的相反導(dǎo)電型的第一擴(kuò)散 層、在所述第一擴(kuò)散層上形成的第一絕緣膜和在所述第一絕緣膜上形 成的第一電極構(gòu)成的第一 MOS 二極管；由與所述第一擴(kuò)散層靠近而形成的第二擴(kuò)散層、在所述第二擴(kuò)散 層上形成的第二絕緣膜和在所述第二絕緣膜上形成的第二電極構(gòu)成的 第二MOS 二極管；與所述第一電極連接的笫一端子；與所述笫二擴(kuò)散層連接的第二 端子；與所述第二電極連接的笫三端子；與所述第一擴(kuò)散層連接的第四端子；所述笫一端子和所述第二端子分別經(jīng)由第一開關(guān)和第二開關(guān) 連接的笫一接點(diǎn)；所述第三端子和所述第四端子分別經(jīng)由第三開關(guān)和 第四開關(guān)連接的第二接點(diǎn)；在所述第 一接點(diǎn)與第二接點(diǎn)之間設(shè)置的電 流源；以及與所述電流源并聯(lián)配置的電壓計(jì)，在所述第 一接點(diǎn)與所述第二接點(diǎn)之間通過單向的電流，測量所述 端子之間的電壓變化。
4. 如權(quán)利要求3中記載的絕緣膜的評價(jià)方法，其特征在于， 所述第一MOS二極管由多個MOS二極管構(gòu)成，所述第二MOS二極管由多個MOS 二極管構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求3中記載的絕緣膜的評價(jià)方法，其特征在于， 在檢測出所述端子之間的電壓變化后進(jìn)行開關(guān)開閉操作，以確定成為不良的MOS 二^f及管。
6. —種絕緣膜的測量電路，由如下部分構(gòu)成 由在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底上形成的相反導(dǎo)電型的第一擴(kuò)散層、在所述第一擴(kuò)散層上形成的第一絕緣膜和在所述第一絕緣膜上形 成的笫一電極構(gòu)成的第一MOS 二極管；由與所述第一擴(kuò)散層靠近而形成的第二擴(kuò)散層、在所述第二擴(kuò)散 層上形成的第二絕緣膜和在所述第二絕緣膜上形成的第二電極構(gòu)成的 第二MOS 二極管；與所述第一電極及所述第二擴(kuò)散層連接的第一端子；與所述第二 電極及所述第一擴(kuò)散層連接的第二端子；在所述第一端子與所述第二 端子之間設(shè)置的電流源；以及與所述電流源并聯(lián)配置的電壓計(jì)。
7. 如權(quán)利要求6中記載的絕緣膜的測量電路，其特征在于 所述第一MOS二極管由多個MOS二極管構(gòu)成，所述第二MOS二極管由多個MOS 二極管構(gòu)成。
8. —種絕緣膜的測量電-各，由如下部分構(gòu)成 由在某一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體村底上形成的相反導(dǎo)電型的第一擴(kuò)散層、在所述第一擴(kuò)散層上形成的第一絕纟彖膜和在所述第一絕緣膜上形成的第一電極構(gòu)成的第一MOS 二極管；由與所述笫一擴(kuò)散層靠近而形成的第二擴(kuò)散層、在所述第二擴(kuò)散 層上形成的第二絕緣膜和在所述第二絕緣膜上形成的第二電極構(gòu)成的 第二MOS 二極管；與所述第 一 電極連接的第一端子；與所述第二擴(kuò)散層連接的第二 端子；與所述第二電極連接的第三端子；與所述第一擴(kuò)散層連接的第 四端子；所述第一端子和所述第二端子分別經(jīng)由第一開關(guān)和第二開關(guān) 而連"l妄的第一接點(diǎn)；所述第三端子和所述第四端子分別經(jīng)由第三開關(guān) 和第四開關(guān)而連接的笫二接點(diǎn)；在所述第 一接點(diǎn)與第二接點(diǎn)之間設(shè)置 的電流源；以及與所述電流源并3關(guān)配置的電壓計(jì)。
9.如權(quán)利要求8中記載的絕緣膜的測量電路，其特征在于所述第一MOS二極管由多個MOS二極管構(gòu)成，所述第二MOS二極 管由多個MOS二極管構(gòu)成。
全文摘要
一種絕緣膜的評價(jià)方法及測量電路，通過在絕緣膜上施加電流來評價(jià)絕緣擊穿，能夠用短時(shí)間實(shí)施電流方向?yàn)檎蚝头聪虻臏y量。在兩組MOS二極管中，分別使一個MOS二極管的電極與另一個MOS二極管的襯底短接來形成施加電流的電路，使流入各絕緣膜的電流方向相反，從而能夠沿正反兩個方向施加電流。
文檔編號G01R31/14GK101504438SQ20091000664
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者津留清宏 申請人:精工電子有限公司