lsiの信頼性評価ウエハレベルの評価手法について1e-04 1e-03 1e-02 0 5 10 voltage...

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2008 OEGセミナー

デバイス評価事業部

出口泰

2008年 7月 8日

ＬＳＩの信頼性評価ウエハレベルの評価手法について

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内内容容

前工程の信頼性を評価する前工程の信頼性を評価するTZDB,TDDBTZDB,TDDB 膜質改善評価の為の膜質改善評価の為のHCHC 開発評価の為の開発評価の為のNBTINBTI 測定環境の特徴（測定環境の特徴（TATTATの短縮化）の短縮化）

信頼性シミュレーションサービス信頼性シミュレーションサービス


前工程の信頼性を評価する前工程の信頼性を評価するTZDB,TDDBTZDB,TDDB

評価手法１：ＴＺＤＢ評価手法１：ＴＺＤＢ

電圧ステップ印加による電流モニタにて、破壊電圧を取得電圧ステップ印加による電流モニタにて、破壊電圧を取得

A

ＳｕｂＳｕｂ

ＳｉＯ２ＳｉＯ２

ＭｅｔａｌＭｅｔａｌ

ＴＺＤＢ測定回路ＴＺＤＢ測定回路

1.00E-15

1.00E-13

1.00E-11

1.00E-09

1.00E-07

1.00E-05

1.00E-03

0 2 4 6 8 10

Voltage[V]C

urre

nt[

A]

ＴＺＤＢ測定結果例ＴＺＤＢ測定結果例

TZDB:TZDB:TimeTime Zero Dielectric BreakdownZero Dielectric Breakdown



評価手法２：ＴＤＤＢ評価手法２：ＴＤＤＢ

定電流印加による経時電圧モニタにて、破壊時間を取得定電流印加による経時電圧モニタにて、破壊時間を取得

V

ＳｕｂＳｕｂ


ＭｅｔａｌＭｅｔａｌ

ＴＤＤＢ測定回路ＴＤＤＢ測定回路

0.00E+00

1.00E+00

2.00E+00

3.00E+00

4.00E+00

5.00E+00

6.00E+00

7.00E+00

0 20 40 60 80 100 120 140

Time[S]

Voltage

[V]

ＴＤＤＢ測定結果例ＴＤＤＢ測定結果例

TTDDDB:DB:TimeTime Dependent Dielectric BreakdownDependent Dielectric Breakdown


前工程の信頼性を評価する前工程の信頼性を評価するTZDB,TDDBTZDB,TDDB 評価手法２：ＴＤＤＢ評価手法２：ＴＤＤＢ

y = 2.7918Ln(x) -10.555

TDDBTDDBのワイブルプロットのワイブルプロット

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00

Q(C/cm2)

ln(ln(1

/R

(t))

)



評価内容評価内容

–– 前工程で使用されるプラズマ処理装置の前工程で使用されるプラズマ処理装置の

ダメージ評価ダメージ評価

・・チャージアップダメージＴＥＧ：プラズマの影響を評価するためのチャージアップダメージＴＥＧ：プラズマの影響を評価するための

ＭＯＳキャパシタＭＯＳキャパシタ

・アンテナ比：Ｍｅｔａｌ面積ｖｓゲート酸化膜面積・アンテナ比：Ｍｅｔａｌ面積ｖｓゲート酸化膜面積

ＭｅｔａｌＭｅｔａｌ==ｱﾝﾃﾅｱﾝﾃﾅ


ＳｕｂＳｕｂ



装置装置

東京エレクトロン製東京エレクトロン製

ウエハプローバウエハプローバＰ－１２ＸＬＰ－１２ＸＬ

アドバンテスト製アドバンテスト製

エレクトロメータエレクトロメータＴＲ８６５２ＴＲ８６５２


前工程の信頼性を評価する前工程の信頼性を評価するTZDB,TDDBTZDB,TDDB TZDBTZDBの評価結果の評価結果

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0

1 7.20 7.20

2 7.40 7.20 6.80 7.20

3 7.00 7.00 7.20 7.00 7.00 7.00

4 7.20 7.00 7.00 7.00 7.00 7.20

5 7.00 7.00 7.20 7.00 7.20 7.00

6 7.00 7.00 6.60 7.20 7.00 7.00

7 7.20 7.00 7.00 6.80 7.00 7.00 7.00 6.80

8 7.00 7.20 7.00 7.20 7.00 7.00 7.00 7.20

9 7.20 6.80 6.80 7.20 7.00 7.00

10 7.20 7.00 6.80 7.20 7.20 7.20

11 7.20 7.20 7.00 7.00 7.00 7.00

12 7.00 7.00 7.00 7.20 7.00 7.00

13 6.80 7.00 7.00 6.80

14 7.00 7.00

15

1E-151E-141E-131E-121E-111E-101E-091E-081E-071E-061E-051E-041E-031E-02

0 5 10

Voltage [V]

Cur

rent

[A]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0

1 7.00 7.00

2 7.20 7.40 7.00 7.00

3 7.20 6.80 6.80 7.00 6.80 6.80

4 7.20 6.80 7.20 6.80 7.20 7.20

5 7.00 6.80 4.00 3.40 7.20 7.00

6 6.80 4.40 4.00 3.60 7.00 6.80

7 7.20 7.00 3.20 4.20 4.00 7.20 7.20 6.80

8 7.20 7.00 4.00 3.80 4.80 7.20 7.00 7.00

9 7.00 7.20 4.40 4.00 7.00 6.60

10 4.80 6.80 7.00 7.00 7.00 7.20

11 7.00 7.20 7.00 7.20 7.20 7.20

12 7.00 6.80 7.20 6.80 7.20 7.20

13 7.00 7.00 6.80 7.20

14 6.80 7.00

15

1E-151E-141E-131E-121E-111E-101E-091E-081E-071E-061E-051E-041E-031E-02

0 5 10

Voltage [V]

Curr

ent

[A

]Limit Current 1.00E-06[A]

Voltage　Classification[V]0.00 ～ 4.004.00 ～ 5.005.00 ～ 6.006.00 ～ 7.007.00 ～

アンテナ比：アンテナ比：2.5K2.5K アンテナ比：アンテナ比：1M1M

ダメージを受けると特性が変わり、取得データをマップ上ダメージを受けると特性が変わり、取得データをマップ上に表示することにより、ダメージ分布が分かる。に表示することにより、ダメージ分布が分かる。


-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00

Q(C/cm2)

ln(ln(1

/R(t

)))

前工程の信頼性を評価する前工程の信頼性を評価するTZDB,TDDBTZDB,TDDB TDDBTDDBの評価結果（１）の評価結果（１）

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0

1 180.00 35.50 49.90

2 103.00 79.30 10.00 60.40 69.20

3 129.00 149.00 59.50 144.00 139.00

4 109.00 97.00 93.40 180.00 83.40 135.00 121.00

5 175.00 137.00 91.70 54.40 35.00 180.00 31.40

6 143.00 145.00 88.90 111.00 123.00 50.60 89.30

7 180.00 76.10 163.00 120.00 98.00 33.80 167.00

8 180.00 17.30 118.00 121.00 45.80 180.00 115.00

9 39.40 139.00 31.80 34.10 180.00 53.20 115.00

10 66.20 55.50 153.00 139.00 180.00 58.60 77.00

11 84.00 81.10 50.40 21.40 128.00 158.00 180.00

12 118.00 115.00 117.00 79.20 158.00

13 107.00 68.40 92.30 109.00 77.40

14 180.00 163.00 136.00

15

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Time [s]

Voltag

e [

V]

Unit 10.00E-09[C]

Time　Classification[s]0.00 ～ 36.00

36.00 ～ 72.00

72.00 ～ 108.00

108.00 ～ 144.00

144.00 ～y = 2.0193Ln(x) -7.7099

離散値あり

TDDBTDDB 評価例評価例 TDDBTDDBのワイブルプロットのワイブルプロット


前工程の信頼性を評価する前工程の信頼性を評価するTZDB,TDDBTZDB,TDDB TDDBTDDBの評価結果（２）の評価結果（２）

Limit Current 1.00E-06[A]

Voltage　Classification[V]0.00 ～ 4.004.00 ～ 5.005.00 ～ 6.006.00 ～ 7.007.00 ～TDDBTDDB アンテナ比：アンテナ比：1M1M

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0

1 180.00 35.50 49.90

2 103.00 79.30 10.00 60.40 69.20

3 129.00 149.00 59.50 144.00 139.00

4 109.00 97.00 93.40 180.00 83.40 135.00 121.00

5 175.00 137.00 91.70 54.40 35.00 180.00 31.40

6 143.00 145.00 88.90 111.00 123.00 50.60 89.30

7 180.00 76.10 163.00 120.00 98.00 33.80 167.00

8 180.00 17.30 118.00 121.00 45.80 180.00 115.00

9 39.40 139.00 31.80 34.10 180.00 53.20 115.00

10 66.20 55.50 153.00 139.00 180.00 58.60 77.00

11 84.00 81.10 50.40 21.40 128.00 158.00 180.00

12 118.00 115.00 117.00 79.20 158.00

13 107.00 68.40 92.30 109.00 77.40

14 180.00 163.00 136.00

15

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Time [s]

Vol

tage

[V

]

Unit 10.00E-09[C]

Time　Classification[s]0.00 ～ 36.00

36.00 ～ 72.00

72.00 ～ 108.00

108.00 ～ 144.00

144.00 ～

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0

1 7.00 7.20

2 6.80 7.00 7.00 7.00

3 7.00 7.00 7.00 6.80 7.00 7.00

4 7.20 7.00 6.80 6.80 6.80 7.00

5 6.60 6.80 6.80 7.00 7.00 6.80

6 7.00 7.00 7.00 7.20 7.00 7.00

7 7.00 7.00 6.80 7.00 7.00 7.20 7.20 7.00

8 6.80 7.00 7.00 7.00 7.00 7.20 7.20 6.80

9 7.00 7.00 7.00 7.20 6.80 7.00

10 6.80 7.00 7.00 6.80 6.80 7.00

11 6.60 6.80 7.00 7.00 6.80 7.00

12 6.60 7.00 7.00 6.80 6.80 7.20

13 6.80 7.00 7.00 6.80

14 6.80 6.80

15

1E-151E-141E-131E-121E-111E-101E-091E-081E-071E-061E-051E-041E-031E-02

0 5 10

Voltage [V]

Curr

ent

[A]

TZDB:TDDBTZDB:TDDBと同一ウエハと同一ウエハ

TDDBTDDBの方がより詳細な評価が可能の方がより詳細な評価が可能


ＨＣ評価ＨＣ評価

評価手法評価手法

Ｖｄ＞Ｖｇストレス印加によるＶｔｈの経時変化観察Ｖｄ＞Ｖｇストレス印加によるＶｔｈの経時変化観察

N＋ S N+ D

G

VsubVsub

VgVg VdVd > Vg> Vg

PsubPsub IsubIsub

IchIch

Id-Vg,Gm

0.00E+00

5.00E-05

1.00E-04

1.50E-04

2.00E-04

2.50E-04

3.00E-04

3.50E-04

4.00E-04

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

Vg[V]

Id[A

]

0.00E+00

1.00E-04

2.00E-04

3.00E-04

4.00E-04

5.00E-04

6.00E-04

7.00E-04

8.00E-04

Gm

[S]

Id(Vd=0.05V)

GmIdId--Vg,GmVg,Gm

VgVg

IdId

Gm

Gm

Id GmId Gm

IdId--VgVg 測定例測定例HC:HC: HotHot CarrierCarrier

VthVth




–– ゲート絶縁膜の膜質が異なるＦＥＴの特性劣化評価ゲート絶縁膜の膜質が異なるＦＥＴの特性劣化評価

S D

G

Sub

S D

G

Sub



装置装置

東京エレクトロン製東京エレクトロン製ウエハプローバウエハプローバＰ－１２ＸＬＰ－１２ＸＬ

アジレント製アジレント製半導体パラメータアナライザ半導体パラメータアナライザＢ１５００ＡＢ１５００Ａ

SMUSMU：：HP(HP(ハイパワー）ハイパワー）11台台HRHR（高分解能）（高分解能） 44台台

PGUPGU：パルス発生ユニット：パルス発生ユニット 11台台CMUCMU：容量測定ユニット：容量測定ユニット 11台台



測定データ測定データ

HCIによるVth変動

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.1 1 10 100 1000

Time[min]

Vth

[V]

W1-1

W1-2

W1-3

W1-4

W1-5

W2-1

W2-2

W2-3

W2-4

W2-5

Vth

Vth

ストレス時間ストレス時間

膜質Ａ膜質Ａ

膜質Ｂ膜質Ｂ

HCHCによるによるVthVth変動変動


ＮＢＴＩ評価ＮＢＴＩ評価

評価方法評価方法

高温環境下でのＶｇ＜０印加ストレスによる界面準位、高温環境下でのＶｇ＜０印加ストレスによる界面準位、

Ｖｔｈの経時変化観察Ｖｔｈの経時変化観察

S D

G

Sub

Vg < 0Vg < 0

NBTINBTI:: Negative Bias Temperature Negative Bias Temperature Instability




１２５℃でのＭＯＳＦＥＴの特性劣化評価１２５℃でのＭＯＳＦＥＴの特性劣化評価

S D

G

Sub

Vg < 0Vg < 0



装置装置

東京エレクトロン製東京エレクトロン製ウエハプローバウエハプローバＰ－１２ＸＬＰ－１２ＸＬ

アジレント製アジレント製半導体パラメータアナライザ半導体パラメータアナライザＢ１５００ＡＢ１５００Ａ


8.E+08

9.E+08

1.E+09

1.E+09

1.E+09

1.E+09

1.E+09

1 10 100 1000 10000 100000


測定データ測定データ

2.77

2.78

2.79

2.8

2.81

2.82

2.83

2.84

2.85

1 10 100 1000 10000 100000

ストレス時間ストレス時間

Ｖｔｈ

Ｖｔｈ

ストレス時間ストレス時間界

面準

位界

面準

位


測定環境の特徴（測定環境の特徴（TATTATの短縮化）の短縮化）

フルオートプローバフルオートプローバ

マニュアルプロービングマニュアルプロービング

複数同時評価複数同時評価



フルオートプローバシステムフルオートプローバシステム

複数枚の測定がオートで可能



マニュアルプロービングシステムマニュアルプロービングシステム

任意に針先を移動でき、

すぐに特性確認･評価が可能



複数同時評価複数同時評価

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 2

3 4

パラレル評価による

評価時間の短縮


信頼性シミュレーションサービス信頼性シミュレーションサービス


信頼性シミュレーションサービスの概要信頼性シミュレーションサービスの概要

ファンダリ様でリリースされている評価データから、逆に劣化SPICEモデルを推定できます。

・評価用のTEG・要素回路の設計

・ TEG・要素回路・LSIの測定・評価

・回路シミュレーション用のSPICEパラメータ抽出

・劣化前後のSPICEパラメータの設定

・素子劣化モデルの抽出

・回路シミュレーション用の劣化モデル構築

特性

劣化

量注入

電流


ご清聴ありがとうございましたご清聴ありがとうございました

お問合せ先

デバイス評価事業部評価技術第２グループTEL：03-5920-2354

出口泰

E-mail： [email protected]： http://www.oeg.co.jp/

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