JPH03185849A - C―v測定方法 - Google Patents

C―v測定方法

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JPH03185849A
JPH03185849A JP32548789A JP32548789A JPH03185849A JP H03185849 A JPH03185849 A JP H03185849A JP 32548789 A JP32548789 A JP 32548789A JP 32548789 A JP32548789 A JP 32548789A JP H03185849 A JPH03185849 A JP H03185849A
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JP
Japan
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measurement
guard ring
film
gate electrode
electrode
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JP32548789A
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Inventor
Kiyoshi Nemoto
根本 喜芳
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、MOSキャパシタの容量(C)−電圧(V)
特性の測定に用いて好適なC−■測定方法に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して電極が形成さ
れた半導体装置のC−■測定方法において、電極の周辺
部の絶縁膜の表面に損傷を与えた後にC−■測定を行う
ようにすることによって、ガードリングを用いない、よ
り実際のデバイスに近い条件でC−■測定を行うことが
できるようにしたものである。
〔従来の技術〕
MOSキャパシタのC−■特性は、MOSFETの特性
に大きな影響を及ぼすものであり、その測定はMOSF
ETの性能向上を達成する上で重要である。
第6図及び第7図は従来のC−V測定方法において用い
られるMOSキャパシタを示す。ここで、第7図は第6
図の■−■線に沿っての断面図である。第6図及び第7
図に示すように、この従来のMOSキャパシタにおいて
は、例えばn型シリコン(St)基板101上にSin
、膜102が形成され、このSiO□膜10膜上02上
ミニウム(AI)から戒る円形のゲート電極103が形
成されている。さらに、このゲート電極103の周囲の
Sing膜10膜上02上このゲート電極103に近接
してA1から成るガードリング104が形成されている
、ここで、ゲート電極103の直径は例えば200am
であり、このゲート電極103とガードリング104と
の間の間隔は例えば2μmである。
この第6図及び第7図に示すMOSキャパシタを用いて
実際にC−■測定を行う場合には、ゲート電極103に
電圧を印加しながらMOSキャパシタの容量の測定を行
うが、この際にはガードリング104にゲート電極10
3に印加する最大電圧と同程度の電圧を印加し、これに
よってゲート電極103の下側の部分のn型Si基板1
01中に形成される空乏層の横方向(基板表面と平行な
方向)への広がりを抑えている。このようにガードリン
グ104に電圧を印加しない場合には、特に測定環境の
湿度が高いときには、ゲート電極103の周辺のSiO
□wA102の表面に電荷が広がって実質的にゲート電
極103の面積が大きくなったと同様の効果が生じるこ
とにより、高周波でのC−v曲線の形状は低周波でのC
−■曲線の形状に近い形状となってしまう。
ここで、第8図を参照して理想的なMOSキャパシタの
高周波でのC−■特性について説明しておく、ただし、
このMOSキャパシタにおける半導体基板はn型である
とする。また、第8図の縦軸は酸化膜の容量Coxで規
格化されたMOSキャパシタの容量Cであり、横軸はゲ
ート電極に印加される電圧Vである。第8図において、
ゲート電極に印加される電圧が正のときには酸化膜との
界面の近傍のn型半導体基板中に多数キャリア(この場
合は電子)が蓄積された状態となっているが、ゲート電
極に印加される電圧が負に変化すると多数キャリアはn
型半導体基板の表面より基板内部へ流れ去り、蓄積状態
から空乏状態に変化する。
ゲート電極に印加される電圧がさらに負側に変化すると
、酸化膜との界面の近傍のn型半導体基板中に反転層が
形成される。この後は、電荷はもはや空乏化には寄与し
ないため、深さ方向への空乏層の広がりによるCの減少
は止まり、Cは一定値Csinをとる。
実際の高周波でのC−■測定においては、電圧上昇が速
いために反転層の形成が電圧に追随することができず、
第8図において破線で示す曲線のようにCはCsinよ
りも小さな値まで減少する。
この状態が深い空乏状態である。このようにCwh i
 aよりも小さな値まで減少したCは、電圧保持時にC
sinまで戻り、その後の電圧減少時には第8図におい
て実線で示す曲線上を電圧上昇時と逆方向にたどる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述のように、従来のC−■測定方法においては、第6
図及び第7図に示すように、ゲート電極103の周囲に
形成されたガードリング104にこのゲート電極103
に印加される最大電圧と同程度の電圧を印加することよ
り、ゲート電極103の下側の部分のn型Si基板10
1中に形成される空乏層の横方向への広がりを抑えてい
る。しかし、このような状況は実際のデバイスにおける
状況とは異なり、空乏層の分布形状は実際のデノくイス
と異なっていると考えられる。また、ガードリング10
4に相当するものがないデバイスにおいては、表面電荷
の影響を受けることなくC−V測定を行うことは事実上
不可能である。
従って本発明の目的は、ガードリングを用いない、より
実際のデバイスに近い条件でC−■測定を行うことがで
きるC−■測定方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、種々実験を行った結果、MOSキャパシタ
のゲート電極の周辺部のSi0g膜の表面に損傷を与え
ることにより、ゲート電極の周囲にガードリングを形成
してこのガードリングに電圧を印加した場合と同様な効
果が得られることを見い出した。この現象のメカニズム
は現在解明中であるが、Sing M!の表面に損傷が
与えられることによりその表面電荷に関して何らかの変
化が生じ、その結果、ゲート電極の下側の部分のn型S
i基板中に形成される空乏層の横方向への広がりが抑え
られることによるものと考えられる。
本発明は、本発明者による以上の検討に基づいて案出さ
れたものである。
すなわち、上記目的を達成するために、本発明は、半導
体基板(1)上に絶縁膜(2)を介して電極(3)が形
成された半導体装置のC−■測定方法において、電極(
3)の周辺部の絶縁膜(2)の表面に損傷(5)を与え
た後にC−■測定を行うようにしている。
〔作用〕
上述のように槽底された本発明のC−■測定方法によれ
ば、電極(3)の周辺部の絶縁膜(2)の表面に損傷(
5)を与えることにより、電極(3)の周囲にガードリ
ングを形成してこのガードリングに電圧を印加した場合
と同様に、電極(3)の下側の部分の半導体基板(1)
中に形成される空乏層の横方向への広がりを抑えること
ができる。従って、このように電極(3)の周辺部の絶
縁膜(2)の表面に損傷(5)を与えた後にC−■測定
を行うことにより、ガードリングを用いないでも、ガー
ドリングを用いた場合と同様の条件でMOSキャパシタ
のC−■測定を行うことができる。これによって、ガー
ドリングを用いない、より実際のデバイスに近い条件で
C−■測定を行うことができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。
第1図はこの実施例によるC−■測定方法において用い
られるMOSキャパシタの平面図であり、第2図は第1
図の■−■線に沿っての断面図である。
第1図及び第2図に示すように、この実施例によるC−
■測定方法において用いられるMOSキャパシタにおい
ては、例えばn型St基板1上に例えばSiO□膜2が
形成され、このSing膜2上に例えばAIから威る円
形のゲート電極3が形成されている。このゲート電極3
の直径は例えば200μm程度である。さらに、このゲ
ート電極3の周囲のSin、膜2上には、このゲート電
極3に近接して例えばAIから威るガードリング4が形
成されている。このガードリング4とゲート電極3との
間の間隔は例えば2μm程度である。ガードリング4は
実際には必要ないものであるが、ここではガードリング
を用いる従来のC−■測定用MOSキャパシタとの比較
のために形成されている。
この実施例においては、ゲート電極3とガードリング4
との間の部分のSing膜2の表面に損傷層5が形成さ
れている。言い換えれば、ゲート電極3の周辺部のSi
ng膜2の表面には損傷層5が形成されている。
第3図はこの実施例によるMOSキャパシタを用いて測
定されたC−■特性の一例を示す。ただし、n型Si基
板1としては比抵抗が0.8〜l。
2Ω0のものを用い、Sing膜2の膜厚は260人で
あり、ゲート電極3及びガードリング4は蒸着法により
形成された膜厚1μmのAI膜をウェットエツチングで
パターンニングすることにより形成した。また、損傷層
5は、Sing膜2上にゲート電極3及びガードリング
4を形成した後に酸素(0□)プラズマによるアッシン
グ(ashing)を行うことにより形成した。ここで
、この02プラズマによるアッシングは、基板温度50
℃、使用電力1000W、アッシング時間40分の条件
で行った。一方、比較のために、損傷層5が形成されて
いないことだけを除いてこの実施例によるMOSキャパ
シタと同様な構造を有する従来と同様なMOSキャパシ
タを別に用意し、このC−v測定用MOSキャパシタの
ガードリング4に一5■を印加した場合と電圧を印加し
ない場合とのそれぞれについてC−■測定を行った。そ
の結果をそれぞれ第4図及び第5図に示す、なお、第3
図、第4図及び第5図に示すC−■特性の測定周波数は
いずれもIMHzである。
第4図に示すように、ゲート電極3の周辺部のSing
膜2の表面に損傷層5が形成されていないMOSキャパ
シタは、ガードリング4に一5vを印加した場合には第
8図に示すと同様の高周波C−■特性を示しており、電
圧保持時にCがC,,7に戻っているのがわかる。一方
、第5図に示すように、ガードリング4に電圧を印加し
ない場合には、すでに述べたように電圧保持時にゲート
電極3の下側の部分のn型Si基板1に形成される空乏
層が横方向に広がることにより、Cの値が異常に大きく
なっている。このため、C,五〇の値を決定することは
難しい。
これに対して、第3図に示すように、この実施例による
MOSキャパシタの場合には、ガードリング4に電圧を
印加していないにもかかわらず、第4図に示すと同様の
C−■特性が得られている。
以上のように、この実施例によれば、ゲート電極3の周
辺部のSin、膜2の表面に損傷層5を形成した後にC
−■測定を行っているので、ガードリング4に電圧を印
加していないにもかかわらず、すなわち事実上ガードリ
ング4を用いなくても、ゲート電極3の下側の部分のn
型Si基板1に形成される空乏層の横方向への広がりを
防止することができる。そして、これによって、ガード
リング4に相当するものがない場合など、より実際のデ
バイスに近い条件でC−■測定を行うことができる。
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施例においては、Otプラズマによる
アッシングにより損傷層5を形成しているが、この損傷
層5はこのアッシング以外の方法により形成することも
可能である。また、この損傷層5は、少なくともゲート
電極3の周辺部の5tO2膜2の上に形成されていれば
よい。さらに、すでに述べたように、ゲート電極3の周
囲の5iC)z膜2の表面に形成したガードリング4は
本来不要なものであり、省略することが可能である。
また、上述の実施例においては、n型Si基板1を用い
たMOSキャパシタのC−■測定に本発明を適用した場
合について説明しているが、p型Si基板を用いたMO
SキャパシタのC−■測定に本発明を適用することが可
能であることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、電極の周辺部の絶
縁膜の表面に損傷を与えた後にC−■測定を行うように
しているので、電極の下側の部分の半導体基板中に形成
される空乏層の横方向かの広がりを抑えることができ、
これによってガードリングを用いない、より実際のデバ
イスに近い条件でC−■測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるC−■測定方法におい
て用いられるMOSキャパシタを示す平面図、第2図は
第1図のn−’n線に沿っての断面図、第3図は本発明
の一実施例によるC−V測定方法により測定されたC−
■特性の一例を示すグラフ、第4図及び第5図はそれぞ
れガードリングに電圧を印加した場合及びガードリング
に電圧を印加しない場合について測定されたC−V特性
の一例を示すグラフ、第6図は従来のC−■測定方法に
おいて用いられるMOSキャパシタを示す平面図、 第7図は第6図の■−■線に沿っての断面図、 第8図はC−■特性の理論曲線を示すグラフである。 図面における主要な符号の説明 l : n型Si基板、 :5iOt 膜、 :ゲート 電極、 :ガードリング、 :損傷層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  半導体基板上に絶縁膜を介して電極が形成された半導
    体装置のC−V測定方法において、 上記電極の周辺部の上記絶縁膜の表面に損傷を与えた後
    にC−V測定を行うようにしたことを特徴とするC−V
    測定方法。
JP32548789A 1989-12-15 1989-12-15 C―v測定方法 Pending JPH03185849A (ja)

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JP32548789A JPH03185849A (ja) 1989-12-15 1989-12-15 C―v測定方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003273183A (ja) * 2002-03-15 2003-09-26 Solid State Measurements Inc 閾値電圧及びドーパント濃度の高速測定方法

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