Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В настоящее время для контроля дефектности и исследования необратимых процессов деградации, приводящих к пробою подзатворного диэлектрика полупроводниковых приборов со структурой металл — диэлектрик — полупроводник (МДП) и, как следствие, выходом их из строя, широко используются методы времязависимого пробоя (Time Depend Dielectric Breakdown, TDDB) [1–10]. Набор TDDB-методов, применяемых при исследовании и проведении контроля в промышленном производстве, в основном регламентируется JEDEC-стандартами [1–10]. Одним из наиболее информативных методов, предлагаемым JEDEC-стандартом, является метод ограниченного возрастания тока (Bounded J-Ramp), в котором плотность тока сильнополевой инжекции увеличивается до установленного уровня (JBound) и поддерживается на этом значении до пробоя образца. Одним из основных недостатков метода Bounded J-Ramp является сложность в контроле изменения зарядового состояния подзатворного диэлектрика на участке испытаний, соответствующих возрастанию тока. Следовательно, совершенствование этого метода, направленное на расширение его функциональных возможностей путем контроля зарядовых явлений, протекающих в подзатворном диэлектрике, является важной задачей для исследования процессов деградации МДП-приборов, приводящих к выходу их из строя.
В данной работе предложен новый метод исследования необратимых физических процессов деградации МДП-структур путем сильнополевой инжекции электронов в диэлектрик в режиме возрастания плотности инжекционного тока до заданной величины, позволяющий изучать процессы изменения зарядового состояния, приводящие к выходу приборов из строя.
На начальном участке в методе Bounded J-Ramp плотность инжекционного тока ступенчато увеличивается по экспоненциальному закону через определенные промежутки времени аналогично методу J-Ramp до достижением плотности тока заданного постоянного значения JBound, затем плотность тока не меняется вплоть до пробоя образца [6, 7]. В методе Bounded J-Ramp изменение зарядового состояния подзатворного диэлектрика можно оценить по временной зависимости напряжения на МДП-структуре, измеряемого в процессе испытания. Однако на участке ступенчатого возрастания плотности тока на каждом последующем шаге изменяются условия инжекции и величина электрического поля, что существенно затрудняет общий анализ временной зависимости напряжения и определения из нее зарядовых характеристик тестируемого подзатворного диэлектрика.
Для устранения указанного недостатка и расширения функциональных возможностей метода Bounded J-Ramp в данной статье предложена усовершенствованная методика испытаний, алгоритм которой представлен на рисунке.
Как видно из рисунка, в предложенном методе стрессовое воздействие возрастающим током осуществляется на участках 1, 2, 3, 4, 5, 6, … n – 1, а на участке n стрессовое воздействие проводится постоянной плотностью тока JBound. В предлагаемом методе при плотностях инжекционного тока, когда начинает происходить изменения зарядового состояния МДП-структуры, например, участок 4 на рисунке (данный участок определяется на основе предварительных исследований), перед переключением тока на следующий испытательный шаг проводится кратковременное переключение на режим инжекции измерительным уровнем тока Jm (участки 1m, 2m, 3m, … km).
Величина напряжения Vm0 на участке 3 на рисунке берется в качестве исходного значения, и относительно этого значения определяется изменение напряжения на МДП-структуре после каждого шага стрессового воздействия путем контроля напряжения на последующих измерительных участках (Vm1, Vm2, Vm3… Vmh, Vmn, Vm(n+1), Vmk). В результате получаем сдвиг напряжения, характеризующий изменение зарядового состояния подзатворного диэлектрика после каждого шага стрессового токового воздействия.
Контроль изменения зарядового состояния подзатворного диэлектрика в процессе всего испытания дает возможность провести анализ основных физических процессов, ответственных за деградацию и последующий пробой подзатворного диэлектрика.
Предложен новый метод исследования необратимых физические процессов деградации МДП-структур путем сильнополевой инжекции электронов в диэлектрик в режиме возрастания плотности инжекционного тока до заданной величины. В данном методе при плотностях стрессового тока, вызывающих заметные изменения зарядового состояния МДП-структуры, после каждого шага стрессового воздействия осуществляется кратковременное переключение на режим инжекции постоянным измерительным уровнем тока. Контроль напряжения на измерительных участках позволяет определить изменение зарядового состояния диэлектрической пленки МДП-структуры в процессе всего исследования и на основе исследовать процессы зарядовой деградации подзатворного диэлектрика, приводящие к выходу прибора из строя и последующему пробою диэлектрической пленки.
