JPH03239973A - 経時絶縁破壊測定用素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、薄膜の経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ：Ｔｉｍｅ　
Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｂｒｅａ
ｋｄｏｗｎ）　　を測定するための素子に関するもので
あり、特に、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜等に使用す
る絶縁体薄膜の経時絶縁破壊を測定するのに適した経時
絶縁破壊測定用の素子に関するものである。

（従来の技術） ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜の膜厚はＶＬＳ■の高集
積化に伴い益々薄くなる傾向にある。しかし、電源電圧
の低減化はデバイスの互換性、動作マージンの確保、高
速化の要求などから比較的ゆるやかにしか進行していな
い。したがって、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜にかか
る電界強度は実質的には増大しているということができ
る。更に、薄膜化によってゲート酸化膜自体の寿命が短
くなっていると考えられ、ゲート酸化膜の信頼性を評価
するに当たっては、従来から行われていた絶縁耐圧の測
定と共に、経時破壊も測定する必要がある。

従来は、このような絶縁膜の経時変化における信転性を
評価するに当たっては、基板上にＭＯＳＦＥＴなどの半
導体装置を形成し、これをパッケージ内に密封して完成
した製品をサンプリングしてＴＤＤＢ測定を行っていた
。ＴＤＤＢ測定は、サンプリングしたそれぞれのパッケ
ージの中に収納されている半導体装置のキャパシタ構造
から配線を取り出して、これらに同時に一定時間に亙っ
て電界ストレスを加え、絶縁膜の経時破壊の有無をチエ
ツクしている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、絶縁膜破壊試験は統計的現象であるため試験の
信輔度を上げるには数多くのサンプルを測定しなければ
ならず、上述した従来の方法では、半導体装置をパンケ
ージに収納した後の製品をサンプリングして測定してい
るため、サンプル数と同じ数のパッケージがＴＤＤＢ測
定のために必要となる。しかし、半導体素子のパンケー
ジはそのほとんどがセラミック製であり、高価であると
共に、半導体装置をパッケージ内に密封するのにも多大
な手間がかかる。したがって、ＴＤＤＢ測定のために高
価でかつ製造に手間のかがるセラミンクパッケージを多
数消費してしまい測定コストカ上昇する結果となる。

また、サンプル数が多いため、測定の自動化が望まれる
が、このためには多数のサンプルの測定を時分刻的に行
うことができる専用スキャナが必要となり、この装置も
複雑かつ高価である。

本発明は、少数のセラミンクパッケージで多数のサンプ
ルの経時絶縁破壊を測定することができ、また複雑かつ
高価なスキャナを用いることなく、絶縁破壊の有無の測
定を容易に行い得るＴＤＤＢ測定用素子を提供するもの
である。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明の経時絶縁破壊測定
用素子は、評価すべき絶縁体薄膜と同じ絶縁体薄膜を誘
電体とする多数のキャパシタを基板上に形成し、これら
のキャパシタを前記誘電体として使用した絶縁体薄膜に
絶縁破壊が生じたときに流れる大電流によって切断され
る枝路を介して並列に接続されるように配線を形成した
ことを特徴とするものである。

（作用） 上述した通り、本発明では、評価すべき絶縁体薄膜とは
別個に、これと同じ絶縁体薄膜を誘電体としたキャパシ
タを共通の基板上に多数形成し、この多数のキャパシタ
を１個のパッケージ内に収納してＴＤＤＢ測定を行うよ
うにしている。したがって、多数の絶縁体薄膜のＴＤＤ
Ｂの測定に必要とするパッケージの数を極めて少ないも
のとすることができる。これらのキャパシタは、枝路を
介して共通路に並列に接続されており、これらの枝路は
絶縁膜に破壊が生じた時にキャパシタに流れる電流で切
断（溶断）される程度の寸法に形成されている。ＴＤＤ
Ｂ測定は各キャパシタに一定の電圧を印加し、誘電体と
して使用した絶縁膜に絶縁破壊が生じた時にキャパシタ
の電極が導通してキャパシタに大電流が流れることを検
出して行う。大電流が流れる時に前記枝路は切断（溶断
）されるため、この電流は一時的に流れるだけである。

大電流が流れた時点と回数をチエツクすることによって
ＴＤＤＢ測定を行うことができる。多数のキャパシタは
並列に接続されているため、１のキャパシタで絶縁破壊
が起こって枝路が切断されても、他のキャパシタには測
定電圧をそのまま印加することができ、したがって従来
のように複雑なスキャナを用いる必要はない。

このように構成すると、多数のサンプルのＴＤＤＢ測定
を少数のパッケージ内 ため、測定に必要とするパッケージの数を従来の測定方
法に比して大幅に減らすことが可能であり、したがって
パッケージにかけるコストを節減することができる。ま
た、絶縁破壊が生じたか否かは電流の変化をチエツクす
ることで測定することができるため、各キャパシタをス
キャンする必要がなく、したがって、複雑かつ高価なス
キャナを用いる必要もない。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明のＴＤＤＢ測定用素子の線図的断面図
、第２図は本発明の素子を用いてＴＤＤＢ測定を行うた
めの装置の構造を示す回路図である。

第１図に示すように、基板Ｉの表面全面に第１電極とし
て作用する導電体層２を形成し、該導電体層２の表面に
例えば酸化シリコン（ＳｉＯ□）等、評価すべき絶縁膜
と同じ絶縁材料からなり、同じ膜厚を有する絶縁膜より
成る誘電体３を数十〜数百個として形成する。それぞれ
の誘電体３の表面に更に第２電極４を形成し、基板１上
に多数のキャパシタを各別に構成する。それぞれの第２
電極４はアルミ配線枝路６ａを介して共通アルミ配線路
６ｂに接続する。本発明においては、アルミ配線枝路６
ａは誘電体３が絶縁破壊を起こしたときにそのキャパシ
タに流れる大きな短絡電流により切断（溶断）される程
度の断面積を有するのものとする。尚、第１電極２は基
板１の表面全面に形成されており、全キャパシタについ
て共通の電極を構成しており、共通アルミ配線路６Ｃに
接続する。

このように、構成したＴＤＤＢ測定用素子をパッケージ
７に収容し、共通のアルミ配線路６ｂ及び６ｃを外部接
点へ接続して経時絶縁破壊測定用素子を完成する。第２
図に示すようにこれらのパッケージ７を複数個並列につ
ないで定電圧電源５に接続する。パッケージ７の周囲温
度は約１５０〜２００″Ｃに設定する。これらのパッケ
ージ７と定電圧電源５との間に電流計８を配設し、各素
子の共通アルミ配線路６ｂ、６ｃに流れる電流を測定す
る。

第３図は、共通アルミ配線路６ｂ、６ｃに流れる電流の
大きさを示すグラフである。パッケージ７内に収納した
基板１上に形成した成るキャパシタの誘電体（絶縁膜）
３に経時変化により絶縁破壊が生じると、当該キャパシ
タに大電流が流れ、電流計８にてこれを検出することが
できる。上述した通り、各キャパシタの第２電極に接続
したアルミ配線枝路６ａはこのとき流れる大電流によっ
て切断（溶断）されるように構成されているため、第３
図に示すように、電流計８に流れる大電流は一時的なも
のに留まる。各キャパシタは並列に接続されているので
、成るキャパシタに絶縁破壊が生じても他のキャパシタ
の測定に影響を与えることはない。電流計８に流れた電
流を記録装置（図示せず）に記録して、この記録をチエ
ツクすることによって絶縁破壊を起こした時点及び絶縁
膜３が破壊されたキャパシタの数を知ることができる。

（発明の効果） 上記に詳細に述べたとおり、本発明によれば、１つのパ
ッケージ内に多数のキャパシタを収納して、これらのキ
ャパシタの誘電体を経時絶縁破壊を測定すべき絶縁膜を
同じ絶縁膜で形成したため、高価でかつ製造に手間のか
かるパ・ンケージを節減することができる。又、各キャ
パシタは短絡電流によって切断される配線枝路を介して
並列に接続したため、電流計で測定した電流の変化をチ
エ・ンクすることのみで、絶縁膜の経時絶縁破壊を測定
することができ、複雑なスキャナを使用する必要がない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るＴＤＤＢ測定用素子の線図的断
面図、 第２図は、本発明に係るＴＤＤＢ測定を行うための装置
の回路図、 第３図は、第２図に示す回路に流れる電流の測定値を示
すグラフである。 １・・・基板　　　　　　　２・・・第１電極３・・・
絶縁膜　　　　　　４・・・第２電極５・・・定電圧電
源 ６ａ・・・アルミ配線枝路 ６ｂ、６Ｃ・・・共通アルミ配線路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、評価すべき絶縁体薄膜と同じ絶縁体薄膜を誘電体と
   する多数のキャパシタを基板上に形成し、これらのキャ
   パシタを前記誘電体として使用した絶縁体薄膜に絶縁破
   壊が生じたときに流れる大電流によって切断される枝路
   を介して並列に接続されるように配線を形成したことを
   特徴とする経時絶縁破壊測定用素子。