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発明の名称 MIS型トランジスタモニター
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−8092
公開日 平成9年(1997)1月10日
出願番号 特願平7−157585
出願日 平成7年(1995)6月23日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】船橋 國則
発明者 久留巣 敏郎 / 鈴木 亮司 / 江副 和臣
要約 目的
製品となるMIS型トランジスタの特性を忠実に反映できるMIS型トランジスタモニターを提供すること。

構成
本発明は、シリコン等から成る半導体基板の表面における大部分の領域に設けられた複数のMIS型トランジスタの特性を測定するため、この半導体基板の表面における微少な領域に設けられたMIS型トランジスタモニター1であり、この半導体基板の微少な領域において絶縁層を介して設けられるゲート電極に、外部からゲート電極4を介して絶縁層4’へ向かう電荷を逃がすための配線6を接続する構成となっている。
特許請求の範囲
【請求項1】 半導体基板の表面における大部分の領域に設けられた複数のMIS型トランジスタの特性を測定するため、該半導体基板の表面における微少な領域に設けられたMIS型トランジスタモニターであって、前記半導体基板の微少な領域において絶縁層を介して設けられるゲート電極には、外部から該ゲート電極を介して該絶縁層へ向かう電荷を逃がすための配線が接続されていることを特徴とするMIS型トランジスタモニター。
【請求項2】 前記ゲート電極に接続されている配線は、金属材料から成ることを特徴とする請求項1記載のMIS型トランジスタモニター。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板に複数設けられるMIS型トランジスタの特性を測定するため、同じ半導体基板の所定位置に設けられたMIS型トランジスタモニターに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板を用いてトランジスタ等のデバイスを製造する場合には、同一工程でトランジスタモニターを製造しておき、このトランジスタモニターによるポテンシャル管理を行って製品の良否等の判断を行っている。
【0003】例えば、MOS型トランジスタやMNOS型トランジスタ等から成るMIS型トランジスタを製造する場合には、同一の半導体基板上にこれらのMIS型トランジスタと同一の工程によってMIS型トランジスタモニターを製造しておき、このMIS型トランジスタモニターのしきい値電圧を測定することによって、製品となるMIS型トランジスタの特性評価を行う。このため、半導体基板表面の大部分の領域には製品となる複数のMIS型トランジスタが製造されており、MIS型トランジスタモニターは同一半導体基板表面の微少領域に測定に必要な数だけ設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような半導体基板を用いたMIS型トランジスタモニターにおいては、静電気や種々のダメージにより、ゲート電極を形成する膜の表面やゲート電極の表面に電荷が蓄積(チャージアップ)し、これが絶縁層へ注入することによるポテンシャルシフトが発生してしまう。
【0005】特に、MIS型トランジスタモニターでは、ゲート電極に接続されるアルミニウム等の電極パッドの面積が、ポリシリコン等から成るゲート配線の面積に比べて非常に大きいため、いわゆるアンテナ効果によりゲート電極へのチャージアップが起こりやすい。一方、製品となるMIS型トランジスタでは、半導体基板の大部分に形成されていることから、電極パッドとゲート配線との面積比がMIS型トランジスタモニターと比べてはるかに小さいため、ゲート電極へのチャージアップが発生しにくい。
【0006】このように、同一の工程を経て製造されているMIS型トランジスタおよびMIS型トランジスタモニターであっても、その構造上の違いによってゲート電極へのチャージアップおよび絶縁層への電荷注入の状態が異なってしまう。つまり、MIS型トランジスタモニターを用いて特性評価を行おうとした場合、そのチャージアップに起因するポテンシャルシフトによって製品であるMIS型トランジスタとの間で特性不整合が生じ、正確な測定が困難となり、MIS型トランジスタの評価に対して悪影響を与えることになる。
【0007】よって、本発明は製品となるMIS型トランジスタの特性を忠実に反映できるMIS型トランジスタモニターを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を達成するために成されたMIS型トランジスタモニターである。すなわち、本発明は、半導体基板の表面における大部分の領域に設けられた複数のMIS型トランジスタの特性を測定するため、この半導体基板の表面における微少な領域に設けられたMIS型トランジスタモニターであり、この半導体基板の微少な領域において絶縁層を介して設けられるゲート電極に、外部からゲート電極を介して絶縁層へ向かう電荷を逃がすための配線を接続する構成となっている。
【0009】
【作用】本発明のMIS型トランジスタモニターでは、半導体基板の微少な領域において絶縁層を介して設けられるゲート電極に、外部からゲート電極を介して絶縁層へ向かう電荷を逃がすための配線が接続されているため、製造の際に発生する静電気やダメージ等によってゲート電極へのチャージアップが発生しても、絶縁層へこのチャージアップによる電荷が注入される前に、接続された配線を介してこの電荷が外部へ逃げる状態となる。
【0010】
【実施例】以下に、本発明のMIS型トランジスタモニターにおける実施例を図に基づいて説明する。図1は、本発明のMIS型トランジスタモニターを説明する概念図である。このMIS型トランジスタモニター1は、シリコン等から成る半導体基板の表面における大部分の領域に設けられた製品となる複数のMIS型トランジスタと同一工程によって製造されているものであり、半導体基板の微少な領域に適宜設けられている。
【0011】このMIS型トランジスタモニター1においては、例えば、ゲート電極4と接続される配線6を電極パッドと接続するとともにシリコン等から成る半導体基板にもコンタクトしてある。この状態でチャージアップによるチャージアップ電荷(図中矢印■参照)が、ゲート電極4を介して絶縁層へ流れ込むためには、絶縁層4’のポテンシャルバリアを越えるだけのエネルギーを持っている必要がある(図中矢印■参照)。
【0012】一方、ゲート電極4から配線6および半導体基板に設けられたコンタクトを介して半導体基板へ向かうチャージアップ電荷(図中矢印■参照)においては、先のような絶縁層4’によるポテンシャルバリアが無いので容易に半導体基板内へ流れ込むことができる(図中矢印■参照)。
【0013】つまり、本発明のMIS型トランジスタモニター1においては、チャージアップの発生により電極パッドからゲート電極4へチャージアップ電荷が流れ込んできても、そのほとんどは絶縁層4’へ注入されることなく配線6を介して半導体基板側へ逃げていくことになる。
【0014】先に説明したように、製品となるMIS型トランジスタは半導体基板の大部分の領域に形成されていることから、電極パッドとゲート配線との面積比がMIS型トランジスタモニター1と比べてはるかに小さく、ゲート電極へのチャージアップが発生しにくい。このため、MIS型トランジスタモニター1を本発明のような構造にすることによって、いずれの絶縁層にもチャージアップ電荷が注入されないことになり、これに起因するポテンシャルシフトの発生を抑制できることになる。つまり、本発明のMIS型トランジスタモニター1においては、製品となるMIS型トランジスタの特性を十分に反映できる構造となり、的確な製品評価を実現できるようになる。
【0015】次に、本発明のMIS型トランジスタモニターにおける具体例を説明する。図2は、本発明のMIS型トランジスタモニターの具体例を説明する模式断面図(その1)である。
【0016】すなわち、この具体例(その1)におけるMIS型トランジスタモニター1は、主としてN型から成る半導体基板10に形成したNチャネル型から成るものである。このMIS型トランジスタモニター1は、半導体基板10に設けられた高濃度のN型拡散層2’に接続されるソース電極2と、高濃度のN型拡散層3’に接続されるドレイン電極3と、これら高濃度N型拡散層2’、3’の間における半導体基板10上に形成された酸化シリコン膜等の絶縁層4’を介して接続されるゲート電極4とを備えるとともに、このゲート電極4から半導体基板10に設けられたP型の拡散層5へ接続される配線6を備えている。
【0017】また、この配線6においては、図1に示すチャージアップ電荷をなるべく早く半導体基板10へ逃がすために、多結晶シリコンより伝搬遅延の少ないアルミニウム等から成る金属材料を用いるようにする。
【0018】MIS型トランジスタモニター1は、いわゆるアンテナ効果により製品となるMIS型トランジスタと比べてチャージアップが生じやすい状態となっているが、このような構造にすることで、MIS型トランジスタモニター1に対してチャージアップが発生しても、そのチャージアップ電荷が絶縁層4’に注入される前に配線6を介して半導体基板10へ逃げる状態となる。つまり、絶縁層4’へのチャージアップ電荷注入を防止できるようになり、製品となるMIS型トランジスタとの特性の整合を図ることが可能となる。
【0019】このMIS型トランジスタモニター1を用いて特性測定を行う場合には、例えば、半導体基板10に対して+15(V)の電圧を印加した状態で、ゲート電極4に対して−15〜+15(V)の電圧を加え、この際のソース電極2およびドレイン電極3間の電流および電圧特性等を測定する。
【0020】特性測定を行う場合には、配線6に対しても−15〜+15(V)の電圧が印加されるが、拡散層5のP型と半導体基板10のN型とによりPN接合が構成されているため、P型の拡散層5の入力である−15〜+15(V)の範囲では常に逆バイアスとなり、電流は流れない状態となる。これによって、MIS型トランジスタモニター1にこのような配線6が接続されていても、特性測定に影響を与えることはない。なお、この拡散層5と半導体基板10との間のPN接合においては、その降伏電圧を30(V)以上にしておくため、拡散層5のP型不純物濃度を考慮しておく必要がある。
【0021】次に、図3の模式断面図に基づいて、本発明のMIS型トランジスタモニターの具体例(その2)を説明する。すなわち、具体例(その2)におけるMIS型トランジスタモニター1は、主としてN型から成る半導体基板10に形成したPチャネル型から成るものである。
【0022】このMIS型トランジスタモニター1は、半導体基板10に設けられた高濃度のP型拡散層2’’に接続されるソース電極2と、高濃度P型拡散層3’’に接続されるドレイン電極3と、これら高濃度P型拡散層2’’、3’’の間における半導体基板10上に形成された酸化シリコン膜等の絶縁層4’を介して接続されるゲート電極4とを備えるとともに、半導体基板10に設けられたP型のウェル5’内のN型の拡散層5とゲート電極4とを接続する配線6を備えている。
【0023】また、具体例(その1)と同様に配線6においては、図1に示すチャージアップ電荷をなるべく早く半導体基板10へ逃がすため、多結晶シリコンより伝搬遅延の少ないアルミニウム等から成る金属材料を用いるようにする。
【0024】このような構造にすることで、MIS型トランジスタモニター1に対してチャージアップが発生しても、そのチャージアップ電荷が絶縁層4’へ注入される前に配線6を介して半導体基板10へ逃げる状態となり、絶縁層4’へのチャージアップ電荷注入を防止できるようになる。つまり、いわゆるアンテナ効果によってチャージアップの発生しやすいMIS型トランジスタモニター1でのポテンシャルシフトを防止でき、MIS型トランジスタモニター1と製品となるMIS型トランジスタとの特性の整合を図ることが可能となる。
【0025】このMIS型トランジスタモニター1を用いて特性測定を行う場合には、半導体基板10を接地(GND)しておき、ゲート電極4に対して例えば−15〜+15(V)の電圧を印加した状態で、ソース電極2およびドレイン電極3間の電流および電圧特性等を測定する。
【0026】特性測定を行う場合には、配線6に対しても−15〜+15(V)の電圧が印加される。しかし、配線6の半導体基板10へのコンタクト部分では、N型の拡散層5、P型のウェル5’およびN型の半導体基板10によるPNP構造においてP型のウェル5’をフローティング構造にしてあるため、N型の拡散層5に−15〜+15(V)の電圧が印加されても、N型の拡散層5とP型のウェル5’との間のビルトイン電圧(0.5V程度)により、常にこのNP接合が逆バイアスとなる。これによって、配線6から半導体基板10へ電流が流れない状態となり、MIS型トランジスタモニター1にこのような配線6が接続されていても、正常に特性測定を行うことができるようになる。
【0027】なお、本実施例においては、主としてゲート電極4に接続される配線6を半導体基板10に設けられた拡散層5にコンタクトする例を説明したが、本発明はこれに限定されず他の容量部分に接続へコンタクトさせてもよい。例えば、配線6を製品となるMIS型トランジスタのゲート配線に接続してチャージアップ電荷を逃がすようにしてもよい。
【0028】また、本実施例ではN型の半導体基板10を用いてNチャネル型およびPチャネル型のMIS型トランジスタモニター1を構成する例を示したが、P型の半導体基板10を用いたものであっても同様である。この場合には、各拡散層の導電型を反転させればよい。さらに、本実施例では絶縁層4’として酸化シリコン膜を用いる場合を例として示したが、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との両方を用いる場合など、他の絶縁材料を用いても同様である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のMIS型トランジスタモニターによれば次のような効果がある。すなわち、本発明では、MIS型トランジスタモニターのゲート電極に、外部からゲート電極を介して絶縁層へ向かう電荷を逃がすための配線を接続した構成となっていることから、チャージアップ電荷の絶縁層への注入を抑制でき、この電荷に起因するポテンシャルシフトを防止できるようになる。これによって、製品となるMIS型トランジスタとMIS型トランジスタモニターとの特性の整合を図ることが可能となり、MIS型トランジスタの特性を忠実に反映した製品評価を行うことが可能となる。




 

 


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