JP2009121835A - 多チャンネル・パルス試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
電荷トラッピング効果を避けるのに充分に短くすることができるように、各ＤＵＴ（被測定物）接続毎にパルス機器を有しなければならないことを回避すること。
【解決手段】
多数の直流機器１２と１つのパルス機器１４とを使用して、多数のＤＵＴ２０を試験するが、多数の直流機器１２でこれらのＤＵＴ２０に直流信号を同時に印加し、次いでパルス機器１４でＤＵＴ２０を順次パルス測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの試験に関し、特に、パルス試験の使用に関するものである。

半導体デバイス、例えば、電界効果トランジスタの試験は、常に増大する課題を有している。形状が小さくなり、複雑さが増し、出力密度が増加し、速度が増加し、また、新しい素材と製造工程が導入されている。

古い試験方法は、多くの場合、これらの展開に照らして不十分である。これらの進歩を満足させ、監視するのに必要な技巧を提供するためには、新しい方法論が必要である。

本発明は、多数の直流機器とパルス機器を使用する多数の被試験デバイス(ＤＵＴ)を試験する方法であって、個々のパルス機器でＤＵＴに直流信号を同時に印加する工程と、その後パルス機器でＤＵＴのパルス測定を順次に行う工程とを含んでいる。

図１を参照すると、試験装置１０は、直流（ＤＣ）機器(複数)１２、パルス機器(pulsed instrument)(単数)１４及びスイッチング・マトリックス（単数）１６を含んでいる。動作時には、試験装置１０は、試験を行なうために、被試験デバイス(devices under test)（ＤＵＴ）２０に接続される。

直流機器１２は、例えば、精密電圧ソース、精密電流ソース又はソース測定ユニット(ＳＭＵ)（ソース測定器）の如きその両方の機能を有する機器とすることができる。ＳＭＵは、電圧又は電流を非常に正確に発生し、その結果発生する電流又は電圧をそれぞれ非常に正確に測定することができる。

パルス機器１４は、例えば、測定機器２４と組み合わされるパルス発生器（ＰＧＵ）２２とすることができる。典型的には、ＰＧＵは、所望の振幅、長さ、形及び比率のパルスを発生する。この測定機器２４は、例えば、ＤＵＴに印加された信号の効果を測定したり、処理したり、記録したりするのに好適なディジタル・オシロスコープ又は他のデバイスとすることができる。

スイッチング・マトリックス１６は、それぞれのＤＵＴ２０に直流機器１２を接続したり切り離したりするように構成されている。動作時には、これらの接続は同時になされるので、ＤＵＴ接続部に並列直流機器列を付与する。

スイッチング・マトリックス１６は、更に、各ＤＵＴ２０にパルス機器１４を連続して接続するか切り離すように構成されている。

直流信号とパルス信号との間の特性の差によって、スイッチング・マトリックス１６を直流スイッチ部分と交流スイッチ部分とに分けることが有利である。

一例を揚げると、この機器は、しばしば、このような機能を付与する実質回路群を包含しているので、装置１０の全体動作は、装置１０の機器内に含まれるプログラムによって制御されるのがよい。それに代えて、例えば、装置の動作を制御するために、装置１０の各構成要素に図示されない別個のコンピュータ・システム又は他のコントローラーを装置１０に接続してもよい。

図２を参照して述べると、各ＤＵＴ２０は、それぞれ１つ以上のバイアス・ティー２６を介して試験装置１０に配線することができる。バイアス・ティー２６には直流信号用の直流ポートＤＣ、交流信号（例えば、パルス信号）用の交流ポートＡＣ、及び交流信号と直流信号の両方の信号用のポートＡＣ＋ＤＣを有する。簡単なバイアス・ティーは、例えば、交流ポートを経て直流信号が出るのを阻止するキャパシタと直流ポートを経て交流信号が出るのを阻止するインダクタとを含んでいる。交流信号と直流信号とは、共に、交流―直流ポートを通過する。

動作時に、直流機器１２は、それぞれのＤＵＴ ２０に直流信号を同時に印加する。次いで、パルス機器１４は、ＤＵＴのパルス測定を順次連続して行なう。

この方法の使用の２つの例としては、高誘電率(高−ｋ)ゲート誘電体デバイスの負のバイアス温度不安定性（ＮＢＴＩ）と信頼性の試験がある。

ＮＢＴＩ試験においては、直流信号がＤＵＴに印加されてＤＵＴにストレスを付与する。典型的に、これらの直流信号は、デバイスの正常な動作範囲外であり、予期された寿命の如きデバイスの特性や長期間にわたって生ずる他の変化の評価を迅速に得るのに用いられる。

デバイスのストレス効果の測定が早くなされない場合には、デバイスがこの「ストレス」から回復ないし「弛緩（緩和）」するのは、デバイスの特性であることがよくある。このストレスの付与は、全く長い間続くことが必要であるが、１ミリ秒は長すぎてストレス除去後の測定を行うことができない。

ＤＵＴに平行にストレスを付与することによって、各デバイスに順次ストレスを付与しなければならない望ましくない遅れが回避される。各デバイスにパルス測定を順次使用すると、パルス測定が弛緩を回避するのに充分に短くなるように、各ＤＵＴ接続部毎にパルス機器を有しなければならないことが回避される。試験された最後のＤＵＴに先立って幾つかのＤＵＴがあったとしても、試験時間は、例えば、それぞれ１００ナノ秒のオーダーであるので、弛緩が問題になる前に、多数のＤＵＴを試験することができる。

動作時には、直流機器１２は、ＤＵＴ２０にストレスを付与するために、それぞれのＤＵＴ２０に同時に直流信号を印加する。その後、パルス機器１４は、ＤＵＴのパルス測定を順次連続して行なう。このようにすると、測定に最小の弛緩（緩和）効果を付与する。

形状が小さくなるにつれて、高−κゲート誘電体デバイスは、一層ポピュラーになってきている。高−κゲート誘電体の例としては、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム及びアルミナがある。これらのデバイスに関する１つの問題は、これらの誘電体の中での電荷トラッピングである。

誘電体の中の電荷は、デバイスの性能及び信頼性に影響を及ぼす。しかし、測定自体は、トラッピングされた電荷、従って測定の質に影響することがある。測定を速くすることができるなら、この影響が回避される。

各デバイスにパルス測定を順次連続して使用すると、パルス測定は、電荷トラッピング効果を避けるのに充分に短くすることができるように、各ＤＵＴ接続毎にパルス機器を有しなければならないことが回避される。試験された最後のＤＵＴに先立つ幾つかのＤＵＴがあったとしても、試験時間は、僅かに約１００ナノ秒のオーダーに過ぎないので、電荷トラッピング効果が問題になる前に、多くのＤＵＴが試験されるのを可能にする。

動作時には、直流機器１２は、それぞれのＤＵＴ２０に直流信号を同時に印加する。その後、パルス機器１４がＤＵＴのパルス測定を順次行なう。このため、最小の電荷トラッピング効果を付与することになる。例えば、測定は、ＤＵＴ用のパルス１−Ｖ測定となる。

本発明の開示は、例示的であり、この開示に含まれる教示の明瞭な範囲から逸脱することなく、細部を加えたり、修正したり、削除したりすることによって種々の変更を行うことができる。従って、本発明は、以下の特許請求の範囲の記載が必要的に限定していることを除いて、この開示の特定の細部に限定されるものではない。:

発明を実施するのに好適な装置の一例のブロック図である。 ＤＵＴの接続例のブロック図である。

符号の説明

１０ 試験装置
１２ 直流機器
１４ パルス機器
１６ スイッチング・マトリックス
２０ 被試験デバイス（ＤＵT）
２２ パルス発生器（ＰＧＵ）
２４ 測定機器
２６ バイアスティー

Claims (5)

1. 多数の直流機器とパルス機器とを使用する多数のＤＵＴを試験する方法であって、個々の直流機器で前記ＤＵＴに同時に直流信号を印加し、前記パルス機器で前記ＤＵＴのパルス測定を順次行なう多チャンネル・パルス試験方法。
2. 多数の直流機器とパルス機器とを使用する多数のＤＵＴを試験する方法であって、個々の直流機器で前記ＤＵＴに同時に直流信号を印加して前記ＤＵＴにストレスを付与し、前記パルス機器で前記ＤＵＴのパルス測定を順次行なって、前記パルス測定の弛緩効果が最小化するようにした多チャンネル・パルス試験方法。
3. 請求項2に記載の方法であって、前記試験はバイアス温度不安定の試験である多チャンネル・パルス試験方法。
4. 多数の直流機器とパルス機器とを使用して高−ｋゲート誘電体を有する多数のＤＵＴを試験する方法であって、個々の直流機器で前記ＤＵＴに同時に直流信号を印加し、前記パルス機器で前記ＤＵＴのパルス測定を順次行って、前記パルス試験の電荷トラッピング効果が最小化されるようにする多チャンネル・パルス試験方法。
5. 請求項4に記載の方法であって、前記試験はパルスＩ−Ｖ測定の試験である多チャンネル・パルス試験方法。

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