WLR（Wafer Level Reliability）評価
TEGを用いた信頼性評価手法
製品のように複雑な集積回路の評価では、特にプロセスに起因する信頼性の問題点を絞り込むことが非常に困難なため、TEGを用いた信頼性評価が有効です。製品段階で発生する可能性がある信頼性の問題は、できるだけ早期に検出し、設計、プロセスにフィードバックすることが重要です。OKIエンジニアリングでは、高信頼性プロセスの確立と製品の高信頼性確保のため、WLR（Wafer Level Reliability）評価サービスを提供しています。
WLR（Wafer Level Reliability）評価
ウエハレベルで、効果的に信頼性を評価する手法です。TEGウエハのゲート酸化膜の各種パラメータ(TZDB、TDDB、ホットキャリア等)の測定サービスをご提供いたします。
特徴
特徴は、あらかじめ想定した故障メカニズムごとに製作したTEGを、専用の測定プログラムにより評価を行う点です。
- 専用のプログラムにより効果的に大量データの取得が可能。
- ウエハーレベル加速試験の実施により評価時間の短縮が可能。
- ウエハーレベルでプロセス要素の信頼性評価が可能。
用途
- プロセス開発段階→高信頼性プロセスの早期立ち上げをサポートするTEG(例)
- 製品やTEGの信頼性試験に先行したプロセス信頼性評価
- プロセス開発過程での信頼性の安定性、ばらつき評価
- プロセス選択時の相対評価、確認評価
- 生産段階→生産工程における信頼性モニターTEG（例）
- 信頼性問題の未然検出
- 生産工程でのプロセス信頼性の安全性モニタ
- 生産プロセスの工程変更可否判断評価
ダメージTEGウェハのゲート酸化膜の評価事例
下記の図は前工程で使用されるプラズマ装置の開発におけるダメージTEGウエハのゲート酸化膜の評価事例です。(1)未処理品、(2)プラズマ処理Ａ、(3)プラズマ処理BのTZDB（Time Zero Dielectric Breakdown ：瞬時絶縁破壊）、TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown ：経時絶縁破壊)の評価事例をご紹介します。TZDB評価でプラズマ処理Bはゲート酸化膜へのダメージが大きいことがわかります。さらに、TDDB評価では、TZDBで差が観測されなかった未処理品とプラズマ処理Ａの差異が観測されます。
- TZDB評価条件：ゲート酸化膜(4µm²)に0～10Vまで、0.2Vステップで電圧印加時のリーク電流測定（判定：1uA)
- TDDB評価条件：ゲート酸化膜(4µm²)に定電流(10nA)ストレスを印加して、破壊するまでの時間を測定
ウエハご提供：株式会社フィルテック殿
TDDBとは
TDDBはTime Dependent Dielectric Breakdown（経時的絶縁破壊）の略であることからも分かるように、絶縁耐圧以下の電圧でも、印加しつづけることによって経時的に絶縁破壊にいたる現象をいいます。主にＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜が対象となっています。TDDB劣化の発生メカニズムとして、Percolationモデルでは酸化膜に印加された電圧や酸化膜中の電流によって生じた酸化膜中の欠陥が経時的に増加し、欠陥間の距離が近くなることで電子の移動が活発化、酸化膜中に電流パスが発生して絶縁破壊に至ると考えられています。近年、トランジスタの微細化に伴うゲート酸化膜の薄膜化と電界強度の増加のためTDDBは半導体における重要な不具合要因の一つとなっています。このように、ある電界を印加したとき、酸化膜が破壊に至るまでの時間をTDDB寿命といい、絶縁破壊の時間依存性をはかる尺度と考えられています。TDDB寿命測定には定電圧ストレス法と定電流ストレス法があります。
ゲート酸化膜の寿命測定(TDDB測定)
当社では、これまでに、ウエハの面内分布を見る目的で、TDDB測定を取り入れウエハの評価を実施しています。また、ゲート酸化膜の寿命測定としては、たとえば下記のようなTDDB測定を実施することで求められます。
- 印加電圧条件３水準
- 周囲温度条件３水準
各条件でのTDDB測定結果をワイブルプロットし、平均寿命を計算します。 その結果を元に活性化エネルギーを算出し、実使用での寿命を算出することができます。
TDDB測定データのワイブル表記
MOSFETのホットキャリア評価事例
最新のLSIはプロセスの微細化に伴い、FETのドレイン近傍の電界強度が高くなり、非常に高いエネルギーを持ったキャリア（ホットキャリア、電子および正孔）が、ゲート酸化膜に注入され、FETの特性が変動することが問題になっております。 ここでは、ホットキャリアの評価事例をご紹介します。図1にMOSFETの基本構造（ホットキャリアのゲート酸化膜への注入）を、図2にFETの基本特性であるId-Vd特性、Id-Vg/Gm特性を示します。具体的な評価は、Vg＜Vdの電圧ストレスを印加し、Vth（スレッショルド電圧）等の変化を計測します。ストレス印加後、Id-Vd特性、Vth特性（Gm最大値でのVgより算出）を図3に示します。IdおよびVthの変化が観測されます。
【お問い合わせ先】
- デバイス評価事業部
- 電話：03-5920-2366 ファックス：03-5920-2306
