JPS6213619B2 - - Google Patents
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- JPS6213619B2 JPS6213619B2 JP13841978A JP13841978A JPS6213619B2 JP S6213619 B2 JPS6213619 B2 JP S6213619B2 JP 13841978 A JP13841978 A JP 13841978A JP 13841978 A JP13841978 A JP 13841978A JP S6213619 B2 JPS6213619 B2 JP S6213619B2
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- insulator
- oxide film
- charge trapping
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、金属―酸化膜―シリコン
（MOS）構造におけるシリコン酸化膜に代表され
るごとき導体電極と半導体にはさまれた絶縁体中
の電荷捕獲中心（以下トラツプと称する）の特性
測定方法に関するものである。
（MOS）構造におけるシリコン酸化膜に代表され
るごとき導体電極と半導体にはさまれた絶縁体中
の電荷捕獲中心（以下トラツプと称する）の特性
測定方法に関するものである。
集積回路の高密度化がLSIから超LSIへと進展
するにつれ、それに使用されるMOSトランジス
タのチヤネル長も短縮されつつあるが、それに伴
いソース・ドレイン電界が強くなるためにチヤネ
ル中の電荷担体（以下キヤリヤと称する）が高エ
ネルギーを得て衝突電離の確率が増大する。この
衝突電離により増殖したキヤリヤがチヤネル表面
近傍のシリコン酸化膜中に注入されトラツプに捕
獲されると、固定電荷としてMOSトランジスタ
のしきい値電圧の変動をきたし、MOS・LSIおよ
び超LSIの不安定性の要因となる。このため、シ
リコン酸化膜中における前記トラツプの分布その
他の諸特性を知ることが工業上重要な測定、評価
方法となつている。
するにつれ、それに使用されるMOSトランジス
タのチヤネル長も短縮されつつあるが、それに伴
いソース・ドレイン電界が強くなるためにチヤネ
ル中の電荷担体（以下キヤリヤと称する）が高エ
ネルギーを得て衝突電離の確率が増大する。この
衝突電離により増殖したキヤリヤがチヤネル表面
近傍のシリコン酸化膜中に注入されトラツプに捕
獲されると、固定電荷としてMOSトランジスタ
のしきい値電圧の変動をきたし、MOS・LSIおよ
び超LSIの不安定性の要因となる。このため、シ
リコン酸化膜中における前記トラツプの分布その
他の諸特性を知ることが工業上重要な測定、評価
方法となつている。
トラツプの分布測定法として従来用いられてい
る方法は、４〜5eVの光子エネルギーの光を照射
してシリコン側およびゲート電極側からキヤリヤ
を注入しながら電流―電圧特性を測定し、電荷捕
獲を行わせる前後での電流―電圧特性の電圧軸に
沿つての移動量から求める方法（photoI―Ｖ法）
があるが、この場合前記の照射光が透過できるよ
うな半透明ゲート電極を設ける必要がある。
る方法は、４〜5eVの光子エネルギーの光を照射
してシリコン側およびゲート電極側からキヤリヤ
を注入しながら電流―電圧特性を測定し、電荷捕
獲を行わせる前後での電流―電圧特性の電圧軸に
沿つての移動量から求める方法（photoI―Ｖ法）
があるが、この場合前記の照射光が透過できるよ
うな半透明ゲート電極を設ける必要がある。
この発明はこのような従来法の欠点を取除くた
めになされたもので、通常のMOSダイオードを
用いてトラツプの面密度および厚さ方向分布の重
心の測定を可能とするものである。以下第１図、
および第２図に従つてこの発明を説明する。
めになされたもので、通常のMOSダイオードを
用いてトラツプの面密度および厚さ方向分布の重
心の測定を可能とするものである。以下第１図、
および第２図に従つてこの発明を説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示すトラツプの
面密度および厚さ方向の重心を測定する場合の回
路例であつて、MOSダイオード１のゲートとな
る金属電極１ｃにこの金属電極１ｃを透過して酸
化膜１ｂの表面からわずかに入つたところまで達
する程度のエネルギーをもつた電子ビーム２を照
射して、酸化膜１ｂの表面近傍のみに電子―正孔
対を発生せしめ、同時に金属電極１ｃに直流電源
３により正および負のゲート電圧Ｖgを加えて、
電圧計４と電流計５により電流―電圧特性を測定
する。測定された電流（）―電圧（Ｖg）特性
は、例えば、第２図の曲線６ａおよび６ｂのごと
くになる。
面密度および厚さ方向の重心を測定する場合の回
路例であつて、MOSダイオード１のゲートとな
る金属電極１ｃにこの金属電極１ｃを透過して酸
化膜１ｂの表面からわずかに入つたところまで達
する程度のエネルギーをもつた電子ビーム２を照
射して、酸化膜１ｂの表面近傍のみに電子―正孔
対を発生せしめ、同時に金属電極１ｃに直流電源
３により正および負のゲート電圧Ｖgを加えて、
電圧計４と電流計５により電流―電圧特性を測定
する。測定された電流（）―電圧（Ｖg）特性
は、例えば、第２図の曲線６ａおよび６ｂのごと
くになる。
次に酸化膜１ｂ中に電子または正孔を注入し、
トラツプに捕獲させる。これらのキヤリヤを注入
する方法としては、MOSダイオード１にパルス
電圧を加え、シリコン基板１ａ中の少数キヤリヤ
を酸化膜１ｂ中になだれ注入する方法、あるいは
２〜5eVの光子エネルギーの光を照射し、内部光
電子放出によつて金属電極１ｃもしくはシリコン
基板１ａから酸化膜１ｂ中にキヤリヤを注入する
方法、あるいは10eV以上の光子エネルギーの光
もしくは電離放射線を照射して酸化膜１ｂの表面
に電子および正孔を発生させ、直流電界によつて
これらのうちの一方を酸化膜１ｂ内部に到達させ
てトラツプに捕獲させる方法等がある。トラツプ
に電荷が捕獲された後に再び前述の方法によつて
電子ビーム照射下での電流―電圧特性を測定する
と、グラフは第２図の曲線７ａ，７ｂのごとく６
ａ，６ｂを平行移動させたものになる。このグラ
フからトラツプの面密度と分布の重心を求める方
法は従来のphoto―IV法と同様であつて、例え
ば、デイー・アール・デイマリヤ（D.R.
DiMaria）の「ジヤーナル・オブ・アプライド・
フイジクス」（Journal of Applied Physics）誌
47巻９号（1976年９月）、4073ページから4077ペ
ージに所載の論文に記述されているが、曲線６ａ
から７ａへの移動量をΔV+g、曲線６ｂから７ｂ
への移動量をΔV-gとし、酸化膜の誘電率をε、
厚さをＬ、単位電荷（正値）をｇ、トラツプの面
密度をQt、トラツプの分布の重心の金属電極１
ｃと酸化膜１ｂとの界面から距離をとすると、
ΔV+gは、トラツプに注入された電荷に応じてシ
リコンの表面に誘起された電荷に対応しているか
ら、 ΔV+g＝−ｇｘ／εQt ……(a) 一方、ΔV-gは金属電極１ｃに誘起された電荷
に対応しているから、 ΔV-g＝−ｇ／ε（Ｌ−）Qt ……(b) となる。したがつて、(a)，(b)両式より、未知の量
Qtおよびは、 Qt＝ε／ｇＬ（ΔV-g−ΔV+g） ……(1) ＝Ｌ〔１−（ΔV-g／ΔV+g）〕-1 ……(2) によつて求められる。なお、第２図によりΔV+g
とΔV-gは必ず反対符号を持つから、第(2)式の
〔 〕内は常に１より大きく、０または負となる
ことはない。
トラツプに捕獲させる。これらのキヤリヤを注入
する方法としては、MOSダイオード１にパルス
電圧を加え、シリコン基板１ａ中の少数キヤリヤ
を酸化膜１ｂ中になだれ注入する方法、あるいは
２〜5eVの光子エネルギーの光を照射し、内部光
電子放出によつて金属電極１ｃもしくはシリコン
基板１ａから酸化膜１ｂ中にキヤリヤを注入する
方法、あるいは10eV以上の光子エネルギーの光
もしくは電離放射線を照射して酸化膜１ｂの表面
に電子および正孔を発生させ、直流電界によつて
これらのうちの一方を酸化膜１ｂ内部に到達させ
てトラツプに捕獲させる方法等がある。トラツプ
に電荷が捕獲された後に再び前述の方法によつて
電子ビーム照射下での電流―電圧特性を測定する
と、グラフは第２図の曲線７ａ，７ｂのごとく６
ａ，６ｂを平行移動させたものになる。このグラ
フからトラツプの面密度と分布の重心を求める方
法は従来のphoto―IV法と同様であつて、例え
ば、デイー・アール・デイマリヤ（D.R.
DiMaria）の「ジヤーナル・オブ・アプライド・
フイジクス」（Journal of Applied Physics）誌
47巻９号（1976年９月）、4073ページから4077ペ
ージに所載の論文に記述されているが、曲線６ａ
から７ａへの移動量をΔV+g、曲線６ｂから７ｂ
への移動量をΔV-gとし、酸化膜の誘電率をε、
厚さをＬ、単位電荷（正値）をｇ、トラツプの面
密度をQt、トラツプの分布の重心の金属電極１
ｃと酸化膜１ｂとの界面から距離をとすると、
ΔV+gは、トラツプに注入された電荷に応じてシ
リコンの表面に誘起された電荷に対応しているか
ら、 ΔV+g＝−ｇｘ／εQt ……(a) 一方、ΔV-gは金属電極１ｃに誘起された電荷
に対応しているから、 ΔV-g＝−ｇ／ε（Ｌ−）Qt ……(b) となる。したがつて、(a)，(b)両式より、未知の量
Qtおよびは、 Qt＝ε／ｇＬ（ΔV-g−ΔV+g） ……(1) ＝Ｌ〔１−（ΔV-g／ΔV+g）〕-1 ……(2) によつて求められる。なお、第２図によりΔV+g
とΔV-gは必ず反対符号を持つから、第(2)式の
〔 〕内は常に１より大きく、０または負となる
ことはない。
この発明の実施に当つて注意すべき点は、電子
ビーム２の照射によつて酸化膜１ｂ中に新たに照
射損傷によるトラツプを生じないようにすること
である。そのためには電子ビーム２のエネルギー
を小さくすればよい。これは、電子ビーム２の酸
化膜１ｂ中への侵入距離をなるべく小さくしたい
という要請とも一致するものである。一例をあげ
れば、金属電極１ｃとして厚さ2500Åのアルミニ
ウムを用いた場合、電子ビーム２の加速電圧を
5KVとすると、電子ビーム２は酸化膜１ｂの表面
から44Åまでしか侵入せず、酸化膜１ｂの表面で
の電子ビーム２の平均エネルギーは50eVであ
る。このエネルギーは酸化膜１ｂ中に衝突電離に
よつて一組の電子・正孔対を定常的に作り出すの
に必要なエネルギー約27eVよりは大きく、か
つ、酸化膜１ｂ中に照射損傷を生じない程度に小
さい値である。なお、電子ビーム２の電流量は、
第１図の電流計５で測られる試料電流が10-12A
程度となるように設定するのが適当である。ま
た、この発明の測定法を行うための装置は、走査
形電子顕微鏡をわずかに改造するだけで実現可能
であり、照射電子ビームの寸法設定や試料上の測
定個所の選択、操作者による確認などは走査電子
顕微鏡の通常の機能を利用して行うことができ
る。
ビーム２の照射によつて酸化膜１ｂ中に新たに照
射損傷によるトラツプを生じないようにすること
である。そのためには電子ビーム２のエネルギー
を小さくすればよい。これは、電子ビーム２の酸
化膜１ｂ中への侵入距離をなるべく小さくしたい
という要請とも一致するものである。一例をあげ
れば、金属電極１ｃとして厚さ2500Åのアルミニ
ウムを用いた場合、電子ビーム２の加速電圧を
5KVとすると、電子ビーム２は酸化膜１ｂの表面
から44Åまでしか侵入せず、酸化膜１ｂの表面で
の電子ビーム２の平均エネルギーは50eVであ
る。このエネルギーは酸化膜１ｂ中に衝突電離に
よつて一組の電子・正孔対を定常的に作り出すの
に必要なエネルギー約27eVよりは大きく、か
つ、酸化膜１ｂ中に照射損傷を生じない程度に小
さい値である。なお、電子ビーム２の電流量は、
第１図の電流計５で測られる試料電流が10-12A
程度となるように設定するのが適当である。ま
た、この発明の測定法を行うための装置は、走査
形電子顕微鏡をわずかに改造するだけで実現可能
であり、照射電子ビームの寸法設定や試料上の測
定個所の選択、操作者による確認などは走査電子
顕微鏡の通常の機能を利用して行うことができ
る。
なお、この発明の測定方法は、シリコンとその
酸化膜に限らず、一般に半導体と絶縁性薄膜との
組合わせをもつた構造物に適用可能である。
酸化膜に限らず、一般に半導体と絶縁性薄膜との
組合わせをもつた構造物に適用可能である。
以上説明したようにこの発明の測定方法は、シ
リコン酸化膜等の絶縁体中のトラツプの諸特性に
関する従来の測定法の欠点を除くもので実用上有
用な価値を有するものである。
リコン酸化膜等の絶縁体中のトラツプの諸特性に
関する従来の測定法の欠点を除くもので実用上有
用な価値を有するものである。
第１図および第２図はこの発明の一実施例を説
明するためのもので、第１図はトラツプの面密度
と分布の重心の測定の例を示す回路図、第２図は
電子ビーム照射下での電流―電圧特性曲線の概念
図である。 図中、１はMOSダイオード、１ａはシリコン
基板、１ｂは酸化膜、１ｃは金属電極、２は電子
ビーム、３は直流電源、４は電圧計、５は電流計
である。
明するためのもので、第１図はトラツプの面密度
と分布の重心の測定の例を示す回路図、第２図は
電子ビーム照射下での電流―電圧特性曲線の概念
図である。 図中、１はMOSダイオード、１ａはシリコン
基板、１ｂは酸化膜、１ｃは金属電極、２は電子
ビーム、３は直流電源、４は電圧計、５は電流計
である。
Claims (1)
- １ 導体電極と半導体とにはさまれた絶縁体中の
電荷捕獲中心の面密度および表面垂直方向におけ
る空間的分布の重心位置を測定するに際し、前記
導体電極を通過しかつ前記絶縁体の表面近傍のみ
に侵入しうる程度のエネルギーをもつ電子線もし
くは電離放射線を照射して前記絶縁体中に電子お
よび正孔を発生せしめ、かつ前記照射を行いつつ
前記導体電極に正、負の直流電圧を印加して電流
―電圧特性を測定し、前記電荷捕獲中心に電荷坦
体の捕獲を行わしめる以前と以後との前記電流―
電圧特性の変動量を求め、この値から前記絶縁体
中における前記電荷捕獲中心の面密度および表面
垂直方向における空間的分布の重心位置を求める
ことを特徴とする絶縁体中の電荷捕獲中心の特性
測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13841978A JPS5565146A (en) | 1978-11-11 | 1978-11-11 | Characteristic measuring method for charge trap center in insulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13841978A JPS5565146A (en) | 1978-11-11 | 1978-11-11 | Characteristic measuring method for charge trap center in insulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5565146A JPS5565146A (en) | 1980-05-16 |
| JPS6213619B2 true JPS6213619B2 (ja) | 1987-03-27 |
Family
ID=15221516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13841978A Granted JPS5565146A (en) | 1978-11-11 | 1978-11-11 | Characteristic measuring method for charge trap center in insulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5565146A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023228338A1 (ja) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子線装置、計測方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102213693B (zh) * | 2011-04-08 | 2012-10-10 | 北京大学 | 无衬底引出半导体器件的栅介质层陷阱密度的测试方法 |
| CN104198570B (zh) * | 2014-09-10 | 2016-08-17 | 国家电网公司 | 反向偏压下测量短路电流衰减计算陷阱参数的装置和方法 |
-
1978
- 1978-11-11 JP JP13841978A patent/JPS5565146A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023228338A1 (ja) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子線装置、計測方法 |
| JPWO2023228338A1 (ja) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5565146A (en) | 1980-05-16 |
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