1

SiO2کیفیت سنجی

سمینار درس تئوری و تکنولوژی ساخت ادوات نیمه هادی

حامد موالیی

: استاددکتر محمدنژاد

مقدمه

ارزیابی قابلیت اطمینان

روش های تعیین چگالی بار و ترپهای اکسید

1

3

2فهرست

3

مقدمه

Fixed Oxide Charge

باره8ایی مثبت ناش8ی از نقص ه8ای س8اختاری ایج8اد ش8ده در •فرآیند اکسیداسیون.

ح8دود • و 25فاص8له اکس8ید واس8ط س8طح از آنگس8ترومی سیلیکون.

مستقل از ولتاژ اعمالی به گیت. •ح8رارتی. • و الک8تریکی اس8ترس تحت ح8تی ث8ابت چگ8الی

کاهش چگالی با افزایش دمای فرایند اکسیداسیون.جمل8ه • از اکسیداس8یون ش8رایط ب8ه وابس8ته ه8ا آن چگ8الی

محیط اکسیداسیون، شرایط خنک کنندگی و ... دارد.Oxide Trapped Charge

بسته به الکترون یا حفره بدام افتاده در اکسید بالک می •تواند بار مثبت یا منفی داشته باشد.

عمل بدام افتادن می تواند در اثر انواع تونل زنی، تابش •و ... صورت پذیرد. با بازپخت در دماهای پایین ) کمتر از

C500.می توان چگالی آنها را کاهش داد )4

Mobile Ionic Charge

این بارهای مثبت ناشی از یونهایی مانند سدیم، لیتیم و •پتاسیم است.

قابلیت تحرک درون اکسید تحت استرس الکتریکی یا •حرارتی.

جهت کاهش چگالی این بارها باید فرایند اکسیداسیون •بسیار تمیز باشد.

Interface Trapped Charge

این بارهای مثبت یا منفی ناشی از نقص های ساختاری •سطح واسط اند.

اغلب این مراکز را می توان توسط بازپخت در دمای پایین • درجه در محیط هیدروژن خنثی نمود.450حدود

5

ارزیابی قابلیت اطمینان

V-Rampتکنیک

J-Rampتکنیک

TDDB

1

2

3

تکنیک های ارزیابی قابلیت اطمینان،

تکنیک هایی هستند که قابلیت

اطمینان کل اکسید نازک را در

را اندازه (wafer levelسطح ویفر )

گیری می کنند. این روشها ارزیابی

سریعی از قابلیت اطمینان اکسید

را فراهم کرده و داده های حاصل

از آن می تواند جهت بهبود فرایند

اکسید نازک بکار رود.

6

-Vتکنیک Ramp

در این تست یک ولتاژ افزایشی به خازن اکسید اعمال می

ولتاژ V-Ramp شود تا اینکه شکست دی الکتریک رخ دهد. تست

شکست و بار شکست مربوط به یک اکسید نازک را اندازه

گیری می کند. مقادیر باالتر اندازه گیری شده در این تست

بیانگر کیفیت بهتر اکسید است.

Initial Test

Post Stress Test

Ramp Stress Test

کاری ناحیه در ها تست این تمامیپذیرد می صورت خازن انباشتگی

7

8

Initial Test

اعمال ولتاژ نرمال عملکردی ثابت به خازن اکسید و اندازه •گیری جریان نشتی عبوری از خازن تا خطاها ی اولیه اکسید

آشکار شود. درجه25دمای محیط •اگر جریان نشتی بیشتر از یک میکرو آمپر باشد رفتار اکسید به •

عنوان خطا تلقی می شود. .Agilent 4155/4156اندازه گیری با استفاده از •

9

Post Stress Test

. Ramp Stress Testبررسی وضعیت اکسید پس از اعمال •اعمال ولتاژ نرمال عملکردی ثابت به اکسید و اندازه گیری •

جریان نشتی زیرالیه. در صورتی تست موفق است که اکسید.جریان نشتی کمتر از یک میکرو آمپر نشان دهنده عدم شکست •

و خطا است.

Ramp Stress Test

یک ولتاژ رمپ خطی یا یک ولتاژ پله ای خطی که تقریبا یک ولتاژ رمپ است، •اعمال شده و بطور همزمان جریان عبوری از خازن اندازه گیری می شود..

با شکست دی الکتریک اعمال ولتاژ رمپ متوقف شده و ولتاژ مذکور ولتاژ •شکست نامیده می شود. و با استفاده از جریان عبوری، بار تحمیلی به

.اکسید محاسبه می گردد10

11

12

13

-Jتکنیک Ramp

ب8ه خ8ازن اکس8ید اعم8ال می ش8ود. این تس8ت ی8ک جری8ان افزایش8ی در

اف8زایش ب8ار الک8تریکی خ8ازن س8بب اف8زایش ولت8اژ دو س8ر آن می ش8ود.

زم8انی ک8ه شکس8ت دی الکتری8ک رخ می ده8د ولت8اژ دوس8ر اکس8ید افت

پی8دا می کن8د. این ولت8اژ، ولت8اژ شکس8ت و ب8ار تحمیلی ب8ه اکس8ید ت8ا قب8ل از

لحظ8ه شکس8ت، ب8ار شکس8ت نامی8ده می ش8ود. این تس8ت ن8یز دارای س8ه

زیر تست اولیه، جریان رمپ و صحت شکست می باشد.

اولیه تست 1اعمال جریان ثابت •

میکرو آمپری و اندازه گیری ولتاژ.

این جریان قادر به •شکست دی الکتریک نیست.

اگر ولتاژ کمتراز حد •نرمال باشد. خطا اعالم می گردد.

درستی تست

1اعمال جریان ثابت •میکرو آمپری و اندازه گیری ولتاژ.

اگر ولتاژ بیشتر از حد •نرمال باشد. خطا اعالم می گردد. یعنی اکسید در مرحله تست اصلی نشکسته است.

14

15

16

TDDBتکنیک

V-Constant اعمال یک ولتاژ ثابت به •گیت و اندازه گیری

جریان گیت.اگر جریان گیت از یک •

حد آستانه بیشتر شود، اندازه گیری متوقف می

شود.پالریته استرس باید •

عنصر را در ناحیه J-Constantانباشتگی قرار دهد.

گیت • به ثابت چگالی با جریانی اعمالاکسید • سر دو ولتاژ گیری اندازهبین • جریان بر 0.5-0.1مقدار آمپر

. شود می توصیه مربع متر سانتی

17

Interface Trapped chargeQuasi method

فرکQانس پQایین بQا یQک منحQنی عQاری c-vدر روش شQبه اسQتاتیک یQک منحQنی از اثQر ترپهQای واسQط مقایسQه می شQود. منحQنی دوم یQک منحQنی فرکQانس بQه قQادر واسQط ترپهQای کQه اسQت حQدی در آن فرکQانس کQه باالسQت

پاسخگویی و دنبال کردن فرکانس ورودی نیستند.

18

Conductance method

بQه انQدازه گQیری کنQداکتانس مQوازی معQادل مربQوط بQر اسQاس تکنیQک این خQازن اکسQید بQر حسQب ولتQاژ بایQاس و فرکQانس اسQتوار اسQت. چQون اخQذ و تلفQات این اسQت، تلفQاتی فرآینQدی واسQط ترپهQای در حاملهQا آزاد سQازی

نشان داده می شود. Ritبوسیله مقاومت

Interface Trapped charge

19

20

Interface Trapped charge

Charge Pumping method

در این تکنیQک سQورس و درین ماسQفت بQه یکQدیگر متصQل بQوده و بایQاس معکQوس شQده انQد. پQالس اعمQالی بQه گیت بگونQه ای اسQت کQه بتوانQد از

ناحیه وارونگی تا انباشتگی تغییر وضعیت ایجاد کند.

اختالف بارهای ورودی و خروجی سبب ایجاد جریانی متناسب با چگالی .ترپهای سطح واسط در زیرالیه می گردد

21

پالس اعمالی به گیت می تواند مربعی، مثلثی یا ذوزنقه ای باشد.

نامیQده می charge pumpingجریQان ایجQاد شQده در زیQر الیQه جریQان

شود.

Agilent 4155Semiconductor

Parameter Analyzer

22

23

24

Mobile ChargeBTS method

رسم منحنیHCV مگاهرتز( قبل از اعمال استرس.1 )معموال باالی گرم کردن اکسید در دمای باالیC 200 دقیقه و اعمال 30 به مدت

همزمان یک ولتاژ مثبت به گیت ترانزیستور. خنک کردن اکسید تا دمای اتاق که سبب عدم باز توزیع یون های

متحرک می شود. ایجاد منحنی دومHCV. اندازه گیری جابجایی ولتاژ باند هموارVFB قبل و بعد از Bias

Thermal Stress.

25

TVS method Mobile Charge

در این روش به جای ظرفیت خازنی، جریان اندازه گیری می شود. درجه قرار داده می 300 تا 200 در یک دمای ثابت و باالی mosخازن

فرکانس c-vشود و با اعمال یک ولتاژ رمپ خطی به گیت، منحنی پایین اندازه گیری می شود.

بQا منحQنی این منحQنی بQاال c-vبا مقایسQه بQاال کQه در دمQای فرکQانس نمQودار در برآمQدگی یQک کQه گQردد می مالحظQه شQده گQیری انQدازه و پQایین فرکQانس نمQودار دو بین دارد. سQطح وجQود پQایین فرکQانس

فرکانس باال متناسب با چگالی بارهای متحرک اکسید است.

26

27

Fixed Oxide Charge

بارهQای درون اکسQید بQا مقایسQه جابجQایی ولتQاژ بانQد همQوار یQک منحQنی c-v اژQایی ولتQیری جابجQدازه گQوری و انQنی تئQک منحQا یQگاهی بQآزمایش

بانQد همQوار بدسQت می آیQد. بQه منظQور تعQیین چگQالی این بارهQا بایQد یابQد. بارهQای اکسQید کQاهش بQاز پخت در QitاثQرات سQایر بQا فراینQد

درجQه سQانتی گQراد کQاهش 450- 400محیQط هیQدروژن و در دمQای می یابد.

28

با تشکر از توجه شما