JPS60136325A - Method of measuring characteristics of semiconductor device - Google Patents
Method of measuring characteristics of semiconductor deviceInfo
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- JPS60136325A JPS60136325A JP58244106A JP24410683A JPS60136325A JP S60136325 A JPS60136325 A JP S60136325A JP 58244106 A JP58244106 A JP 58244106A JP 24410683 A JP24410683 A JP 24410683A JP S60136325 A JPS60136325 A JP S60136325A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、たとえばウェハーに設けられた被測定用素
子の特性を測定してウェハー全体の特性を判定する半導
体装置の測定方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor device measurement method for determining the characteristics of the entire wafer by measuring, for example, the characteristics of an element under test provided on a wafer.
半導体集積回路（以下ＩＣと称する）の製造プロセスの
最終段階ではいわゆるウェハー特性検査が行なわれ、Ｉ
Ｃの特性がウェーッ・−の状態で測定された後、クリー
ンパームから払い出される。この特性検査のため、ウェ
ーハー内にはＴｇＧ （Ｔｓｓｔ ｅｌｅｍｅｎｔ ｇ
ｒｏｕｐ）と称される被測定用素子が予め形成されてい
る。この素子がたとえばＭＯＳＦＥＴであシ、ウェーハ
ー特性検査によシこの素子によって代表されるＭＯＳＦ
ＥＴのしきい値電圧ｖｔｈを測定するには、次のような
方法で行なう。たとえば、被測定用素子が第１図に示す
ようにＮチャネルのものであるとすると、トレインＤに
正極性の一定電圧を、ソースＳにアース電圧をそれぞれ
印加【−だ状態でゲートＧには始め０Ｖの電圧を印加し
、その後このデート入力電圧ｖ、ヲ正極性の方向で順次
増加してい＜、ゲート入力電圧が０ｖのときこのＭＯ８
Ｆ’ＥＴ のドレインＤ１ソースＳ間のインピーダンス
は極めて大きくなっているので、ドレイン電流ＩＤ１ｌ
の値はほぼＯである。その後、デート入力電圧Ｖ。を増
加していくとドレインＤ１ソースＳ間のインピーダンス
が低下し、ドレイン電流より８の値は順次増加する。い
１、ドレイン電流ＩＤ［Ｉが１μＡにに達した際のデ、
−ト入力電圧Ｖ。をＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧ｖｔｈ
と規定すると、ＩＤ、 ｆ検出しこの値が１μＡに達し
たときのゲート入力電圧Ｖ。を測定すれば同一ウェーハ
ー内のＭＯＳ ＦＥＴのしきい値電圧ｖｔｈの測定を行
なうことができる。一方、Ｍ（）ＳＦＥＴがＰチャネル
のものであるときには、ドレインＤに負極性の一定電圧
を、ソースＳにアース電圧をそれぞれ印加した状態でゲ
ートＧには負極性の電圧全印加して、上記と同様の方法
でしきい値電圧の測定を行なう。At the final stage of the manufacturing process of semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as IC), a so-called wafer characteristic inspection is performed.
After the properties of C are measured in the wet state, it is dispensed from the clean palm. For this characteristic test, TgG (Tsst element g
An element to be measured called a roup is formed in advance. If this element is a MOSFET, for example, the MOSFET represented by this element is
The threshold voltage vth of ET is measured by the following method. For example, if the device under test is an N-channel device as shown in Figure 1, a constant positive voltage is applied to the train D, and a ground voltage is applied to the source S. Initially, a voltage of 0V is applied, and then this date input voltage v increases sequentially in the positive polarity direction.When the gate input voltage is 0V, this MO8
Since the impedance between the drain D1 and the source S of F'ET is extremely large, the drain current ID1l
The value of is approximately O. After that, the date input voltage V. As the value of 8 increases, the impedance between the drain D1 and the source S decreases, and the value of 8 gradually increases from the drain current. 1. When the drain current ID [I reaches 1 μA,
- input voltage V. is the MOSFET threshold voltage vth
If defined as, ID, f is detected and the gate input voltage V when this value reaches 1 μA. By measuring , it is possible to measure the threshold voltage vth of MOS FETs within the same wafer. On the other hand, when the M() SFET is a P-channel type, a constant negative voltage is applied to the drain D, a ground voltage is applied to the source S, and a full negative voltage is applied to the gate G. Measure the threshold voltage in the same manner as above.
ところで、通常、ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧”ｔｈは
±ｙ ｉ、 ｏ ｖから±１．５ｖの範囲の値である。By the way, the threshold voltage "th" of a MOSFET is usually a value in the range of ±y i,ov to ±1.5v.
このしきい値電圧Ｖｔｈの測定ｅｏ、０１Ｖの精度で行
なう場合、従来では第２図の波形図に示すように、デー
ト入力電圧Ｖ。を０ｖから０、ＯｌＶずつ正極性もしく
は負極性の方向に順次増加させてＩＤ８が１μＡに達す
る電圧を見い出すようにしている。When measuring the threshold voltage Vth with an accuracy of 01V, conventionally the date input voltage V is measured as shown in the waveform diagram of FIG. is successively increased from 0V by 0 and OLV in the positive or negative polarity direction to find a voltage at which ID8 reaches 1 μA.
従来のようにデート入力電圧をｏ、ｏｉｖきざみで増加
させる方法では、±１．０ｖないし±１．５Ｖｆ）範囲
内のしきい値電圧ｖｔｈを見い出すには１００回から１
５０回もデート入力端子の値を変化させる必要がある。In the conventional method of increasing the date input voltage in o, oiv increments, it takes 100 times to 1 to find the threshold voltage vth within the range of ±1.0v to ±1.5Vf).
It is necessary to change the value of the date input terminal 50 times.
上記ゲート入力電圧の印加お工びドレイン電流”Ｄ８の
測定は、ディジタル測定装置を用いた場合にそれぞれＤ
／Ａ変換回路、ｋ勺変換回路を用いて行なうようにして
いるので、上記回数だけ電圧印加および電流測定の変換
時間が必要となる。この結果、しきい値電圧ｖｔｈの測
定に極めて多くの時間が費やされることになる。しかも
、ウェーッ・−特性検査項目に上記しきい値電圧ｖｔｈ
のみではなく、他にゲインファクタβ、ソース、ドレイ
ン耐圧ＢｖＤｓ等の種々の項目があるため、これらの検
査項目に対して従来のような方法で測定を行なうことに
より測定時間はさらに長くなってしまう。When applying the gate input voltage and measuring the drain current ``D8'' using a digital measuring device,
Since this is carried out using the /A conversion circuit and the K-conversion circuit, conversion time for voltage application and current measurement is required for the number of times described above. As a result, an extremely large amount of time is spent measuring the threshold voltage vth. Moreover, the above threshold voltage vth is included in the characteristic inspection item.
In addition, there are various other items such as gain factor β, source and drain breakdown voltage BvDs, etc., so measuring these items using conventional methods would take even longer. .
そして、甚だしい場合は１チツプに数十秒要しかねない
。このため、必然的［１Ｃのクリームルームからの払い
出し工程がネックとなシ、一定期間に一定量のＩＣの払
い出しを行々うにはそれ相応の設備投資が必要である。In extreme cases, it may take several tens of seconds to process one chip. For this reason, the process of dispensing 1C from the cream room is inevitably a bottleneck, and a corresponding amount of equipment investment is required to dispense a certain amount of ICs in a certain period of time.
この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あシ、その目的は、高精度でかつ短時間に半導体装置の
特性測定を行なうことができる半導体装置の特性測定方
法を提供することにある・
［発明の概要〕
この発明による半導体装１６゛の特性測定方法は、被測
定用素子に供給する入力端子の値全希望する精度よりも
大きな一定値ずつ順次変化させ、上ｉピ入力凡圧がある
値に達した後は入力電圧をこの値から希望する精度に対
応した一定値ずつ順次変化させ、各入力電圧に対応した
上記被測定用素子からの出力信号を検出してその値が所
定値に達した際の上記入力電圧の値を測定するようにし
たものである。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a method for measuring the characteristics of a semiconductor device that can measure the characteristics of a semiconductor device with high precision and in a short time. [Summary of the Invention] The method for measuring the characteristics of a semiconductor device 16 according to the present invention is to sequentially change the values of the input terminals supplied to the device under test by a constant value larger than the desired accuracy, and After the general voltage reaches a certain value, the input voltage is sequentially changed from this value by a constant value corresponding to the desired accuracy, and the output signal from the device under test corresponding to each input voltage is detected and its value is determined. The value of the input voltage is measured when the input voltage reaches a predetermined value.
以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第３図はこの発明に係る半導体装置の特性測定方法を実
施するために用いられる測定装置を示す外観図である。FIG. 3 is an external view showing a measuring device used to carry out the method for measuring characteristics of a semiconductor device according to the present invention.
図において１ノは各種動作指令、情報等を入力するため
のキーが一ド、１２は各種情報を表示するためのＣＲＴ
表示装置、１３は各種波形を描画出力するためのＸ−Ｙ
プロッタ、１４は特性測定を行なう際に実行されるテス
トプログラムが登録されたフロッピーディスクを再生す
るフロッピーディスク装置、１５は中央演算処理回路（
ＣＰＵ ）、メモリ、電源回路等を含む電装部であシ、
電装部１５の裏面には被測定用素子との電気的結合を図
る図示しないコネクタ部が設けられている。In the figure, 1 is a key for inputting various operation commands, information, etc., and 12 is a CRT for displaying various information.
Display device, 13 is an X-Y for drawing and outputting various waveforms.
a plotter; 14 a floppy disk device for playing back a floppy disk in which a test program to be executed when measuring characteristics is registered; 15 a central processing circuit (
Electrical parts including CPU), memory, power supply circuit, etc.
A connector section (not shown) is provided on the back surface of the electrical equipment section 15 for electrically connecting the device to be measured.
第４図は上記測定装置の電気回路の構成を示すブロック
図である。図において２１はＣＰＵおよび６４にビット
のメモリを有する演算処理装置であり、この演算処理装
置２１にはパスライン２２が接続されている。上記パス
ライン２２には、入出力バッファ（Ｉｌｏ ） ２３
、２４ 。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the electric circuit of the measuring device. In the figure, reference numeral 21 denotes an arithmetic processing unit having a CPU and a 64-bit memory, and a pass line 22 is connected to this arithmetic processing unit 21. The pass line 22 includes an input/output buffer (Ilo) 23
, 24.
２５を介して前記キーぎ一ド１１ 、ＣＲＴ表示装置１
２、Ｘ−Ｙ７°ロッタ１３がそれぞれ接続されてｂる。25 to the key 11 and the CRT display device 1.
2. The X-Y 7° rotors 13 are connected to each other.
同様に上記パスライン２２にはフロッピーディスクコン
トローラ（ＦＤＣ） ２６ Ｋ”介して前記フロッピー
ディスク装置（ＦＤＤ ） １４が接続されている。さ
らに上記パスライン２２には、電流を検出してディジタ
ル情報に変換する゛電流測定回路２７、ディジタル情報
を受けこれに対応したアナログ電圧を出力するプログラ
ム電源回路２８、リレーライパー２９が接続されて−る
。Similarly, the floppy disk device (FDD) 14 is connected to the pass line 22 via a floppy disk controller (FDC) 26K''.Furthermore, the pass line 22 is connected to the floppy disk device (FDD) 14, which detects current and converts it into digital information. A current measuring circuit 27, a program power supply circuit 28 which receives digital information and outputs an analog voltage corresponding to the digital information, and a relay writer 29 are connected.
一方、３Ｏはテストヘッドであり、このテストヘッド３
０には被測定用素子３またとえば前記ウェーハー内に形
成されたＭＯＳＦＥＴの電極が接続されるようになって
おシ、上記プログラム電源回路２８から出力されるアナ
ログ電圧は上記テストへ、ド３０を弁して上記被測定用
素子３１に入力電圧として供給され、このときの被測定
用素子３１からの出力′南、流はテストヘッド３０を弁
して上記電流測定回路２７に供給されるようになってい
る。また、上ｑｔ＝被測定素子３１の電極とテストヘッ
ドとの接続は、上記リレードライバー２９によって選択
されるようになっている。On the other hand, 3O is a test head, and this test head 3
The device under test 3, for example, the electrode of a MOSFET formed in the wafer, is connected to the device under test 30, and the analog voltage output from the program power supply circuit 28 is connected to the test device 30. The voltage is supplied to the device under test 31 as an input voltage, and the output from the device under test 31 at this time is supplied to the current measuring circuit 27 through the test head 30. It has become. Further, the connection between the electrode of the device under test 31 and the test head (upper qt) is selected by the relay driver 29.
このような装置を用いた、被測定用素子（ＭＯＳＦＥＴ
） ３１のしきい値電圧の測定は次のような方法で行
なわれる。なお、このＭＯＳＦＥＴはたとえばＮチャネ
ルのものであるとする。１ず、対応するテストプログラ
ムが登録されているフロッピーディスクをフロッピーデ
ィスク装置１４に挿入した後、キーボード１ノから測定
開始指令を入力する。すると、プログラム電源回路２８
に演算処理装置２１から情報が送られる。Device under test (MOSFET) using such a device
) The measurement of the threshold voltage of 31 is carried out in the following manner. It is assumed that this MOSFET is, for example, an N-channel one. First, a floppy disk in which a corresponding test program is registered is inserted into the floppy disk device 14, and then a measurement start command is input from the keyboard 1. Then, the program power supply circuit 28
Information is sent from the arithmetic processing unit 21 to.
これにより、プログラム電源回路２８は被測定用素子３
ノのドレインに印加すべき正極性の一定電圧およびソー
スに印加すべきアース電圧をそれぞれ出力し、この電圧
はテストヘッド３０合弁して被測定用素子３ノのドレイ
ンおよびソースに定常的に供給される。さらにプログラ
ム電源回路２８は演算処理装置２ノからの情報に基づい
て０Ｖから０．１ｖずつ順次増加する電圧を出力し、こ
の電圧はテストへ、ド３０を介して被測定用素子３ノの
ゲートに供給される。一方、上記デート入力電圧に対応
した被測定用素子３１のドレイン電流ＩＤＢは、その都
度電流測定回路２７ｖｃよって検出されこの電流値に応
じた情報がパスライン２２′（ｉ−介して演算処理装置
６２１ｅこ供給される。いま、被測定用素子３１のドレ
イン電流よりＯが１μＡとなるときのｒ−）入力電圧■
。が１．５５Ｖ、すなわちしきい値電圧ｖｔｈが１、５
５ Ｖである場合、第５図の波形図に示すように、０Ｖ
から０．１ｖきざみに増加している途中で■。が１．５
ｖから１．６ｖに変化すると■Ｄｓは１μＡ以上に達す
る。そこで次に、演算処理装置２１は゛ｌログラム電源
回路２８に情報を送ってＩＤ［ｌが１μＡになる前の■
。（＝ １．５ Ｖ ）に戻し、今度はこの１．５ｖか
ら希望する精度に対応した０、０１ＶきざみにＶＧヲ順
次増加させる。その後、■ＤＢがｌμＡに達した時点の
デート入力電圧ＶＧ＝ １．５５ Ｖがしきい値電圧ｖ
ｔｈとして測定される。As a result, the program power supply circuit 28 operates on the device under test 3.
A constant voltage of positive polarity to be applied to the drain of the element 3 and a ground voltage to be applied to the source are respectively outputted, and these voltages are constantly supplied to the drain and source of the element under test 3 jointly with the test head 30. Ru. Furthermore, the program power supply circuit 28 outputs a voltage that increases sequentially from 0V by 0.1V based on the information from the arithmetic processing unit 2, and this voltage is sent to the test via the gate 30 of the device under test 3. supplied to On the other hand, the drain current IDB of the device under test 31 corresponding to the date input voltage is detected each time by the current measuring circuit 27vc, and information corresponding to this current value is transmitted via the path line 22' (i- to the arithmetic processing unit 621e). Now, when O becomes 1 μA from the drain current of the device under test 31, the r-) input voltage ■
. is 1.55V, that is, the threshold voltage vth is 1.5V.
5 V, as shown in the waveform diagram in Figure 5, 0 V
In the middle of increasing from 0.1v increments, ■. is 1.5
When changing from v to 1.6v, ■Ds reaches 1 μA or more. Therefore, next, the arithmetic processing unit 21 sends information to the program power supply circuit 28 and sends information to the
. (= 1.5 V), and this time, from this 1.5 V, VG is increased sequentially in 0, 01 V increments corresponding to the desired accuracy. After that, the date input voltage VG = 1.55 V at the time when DB reaches lμA is the threshold voltage v
It is measured as th.
この方法によれば、ｖ（、を０ｖかも１．６ｖに０．１
ｖずつ順次増加させるのに必要な電圧変化回数１６回と
、１．６Ｖに達した値ｉ １．５ Ｖに戻すための１回
および１．５ｖから１．５５Ｖ′ｉで０、ＯＩＶずつ増
加させるのに必要な回数５回の合ｌ［２２回の電圧変化
回数によってしきい値電圧ｖｔｈ ｔ’見い出すことが
できる。この回数は従来の１００回ないし１５０回に比
べて大幅に減少させることができ、これによってｖｔｈ
測定時間の大幅な短縮化を図ることができる。しかも測
定の精度も従来と同様ＶＣ０，０１Ｖと高く保つことが
可能である。また測定時間の短縮化を図ることができる
ので、一定期間に多量のＩＣの払い出しを行なうことが
でき、過剰な設備投資の問題点が解消され、ＩＣのコス
トの削減にも寄与するものである。According to this method, v(, may be 0v or 1.6v may be 0.1
The number of voltage changes required to sequentially increase by v is 16 times, the value i that reached 1.6 V is changed once to return to 1.5 V, and from 1.5 v to 1.55 V'i is increased by 0, OIV. The threshold voltage vth t' can be found by the sum of 5 times l[22 times of voltage change required to make the voltage change. This number of times can be significantly reduced compared to the conventional 100 to 150 times, and as a result, vth
Measurement time can be significantly shortened. Moreover, the measurement accuracy can be maintained as high as VC0.01V, as in the past. Furthermore, since the measurement time can be shortened, a large amount of ICs can be delivered in a certain period of time, which solves the problem of excessive capital investment and contributes to reducing IC costs. .
なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く種々の変形が可能である。たとえば、上記実施例では
デート入力電圧ｖ′ｃｊヲ増加させている途中でト゛レ
イン電流よりｓの値が規定値以上に達した際に、いった
ん■。の値をＩＤＢが規定値以下となるような値に戻し
、その後以前よシは小さな一定値ずつ増加させるように
説明したが、これはＩＤｓの値が規定値以上に達し華な
らばそのときのＶ。の値から今度はＶ。の値を以前より
も小さな一定値ずつ減少させて、ＩＤｓの価が規定値と
なる点のＶ。の値を測定するようにしてもよい。Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, when the value of s reaches the specified value or more due to the train current while the date input voltage v'cj is being increased, the process 1 occurs. Return the value of IDB to a value that is below the specified value, and then increase it by a small constant value. V. From the value of , this time V. V at the point where the value of IDs becomes the specified value by decreasing the value by a constant value smaller than before. The value of may also be measured.
さらに上記実施例ではこの発明をＭＯＳＦＥＴ特にＮチ
ャネルのＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧の測定方法に実施
したものであるが、この発明の方法はこの他に半導体装
置の種々の特性測定に実施が可能であることはいうまで
もない。Further, in the above embodiment, the present invention is applied to a method for measuring the threshold voltage of a MOSFET, particularly an N-channel MOSFET, but the method of the present invention can also be implemented for measuring various characteristics of semiconductor devices. It goes without saying that there is.
以上説明したようにこの発明によれば、高精度でかつ短
時間に半導体装置の特性測定を行なうことができる半導
体装置の特性測定方法全提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide an entire method for measuring the characteristics of a semiconductor device that can measure the characteristics of a semiconductor device with high precision and in a short time.
第１図はＮチャネルＭＯ８ＦＥＴのシンビル図、第２図
は従来の方法を説明するための波形図、第３図はこの発
明に係る半導体装置の特性測定方法を実施するために用
いられる測定装置の外観図、第４図は上記測定装置の電
気回路の構成を示すブロック図、第５図はこの発明の詳
細な説明するための波形図である。
１１・・・キー？−ド、１２・・・ＣＲＴ表示装置、１
３・・・Ｘ−Ｙプロッタ、１４・・・フロッピーディス
ク装置、１５・・・電装部、２１・・・演算処理装置、
２２・・・パスライン、２３，２４．２５・・・入出力
バッファ、２６・・・フロッピーディスクコントローラ
、２７・・・電流測定回路、２８・・・プログラム電源
回路、２９・・・リレードライバー、３０・・・テスト
ヘッド、３１・・・被測定用素子（ＭＯＳＦＥＴ ）。FIG. 1 is a symbill diagram of an N-channel MO8FET, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the conventional method, and FIG. 3 is a measurement apparatus used to carry out the method for measuring characteristics of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the electric circuit of the measuring device, and FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the present invention in detail. 11...key? - code, 12... CRT display device, 1
3... X-Y plotter, 14... floppy disk device, 15... electrical equipment section, 21... arithmetic processing unit,
22... Pass line, 23, 24.25... Input/output buffer, 26... Floppy disk controller, 27... Current measurement circuit, 28... Program power supply circuit, 29... Relay driver, 30... Test head, 31... Element to be measured (MOSFET).
Claims (1)
変化させ、上記入力端子がある値に達した後は入力電圧
をこの値から上記一定値よりも小さな一定値ずつ順次変
化させ、各入力電圧に対応した上記被測定用素子からの
出力信号を検出してその値が所定値に達した際の上記入
力電圧の値を測定するようにしたことを特徴とする半導
体装置の特性測定方法。The value of the input voltage supplied to the device under test is sequentially changed by a fixed value, and after the input terminal reaches a certain value, the input voltage is sequentially changed from this value by a fixed value smaller than the above fixed value, and each A method for measuring characteristics of a semiconductor device, characterized in that the output signal from the device under test corresponding to the input voltage is detected, and the value of the input voltage is measured when the output signal reaches a predetermined value. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58244106A JPS60136325A (en) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | Method of measuring characteristics of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58244106A JPS60136325A (en) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | Method of measuring characteristics of semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60136325A true JPS60136325A (en) | 1985-07-19 |
Family
ID=17113839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58244106A Pending JPS60136325A (en) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | Method of measuring characteristics of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60136325A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008059709A (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
| JP2015194682A (en) * | 2014-03-17 | 2015-11-05 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | image forming apparatus |
-
1983
- 1983-12-26 JP JP58244106A patent/JPS60136325A/en active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008059709A (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
| JP2015194682A (en) * | 2014-03-17 | 2015-11-05 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | image forming apparatus |
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