JPH03201456A - コンタクト抵抗測定用の半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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】 ［概要］ コンタクト抵抗測定用の半導体装置に係り、特に半導体
基板表面に形成された不純物拡散層とその不純物拡散層
上にコンタクトホールを介して形成された金属電極との
間のコンタクト抵抗を測定するＴＥＧ　（Ｔｅｓｔ　Ｅ
ｌｅＩｌｅｎｔ　Ｇｒｏｕｐ）に関し、半導体基板表面
に形成された不純物拡散層とその不純物拡散層上の金属
電極との間のコンタクト抵抗を正確に測定することがで
きるコンタクト抵抗測定用の半導体装置及びその製造方
法を提供することを目的とし、 第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板表面に形成
された第２導電型のバリア層と、前記バリア層表面に形
成され、測定対象となる第１導電型の不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成された電流・電圧測定用の第
１の′＠極及び電圧測定用の第２の電極と、前記第１の
電極下方の前記バリア層に形成され、前記不純物拡散層
と前記半導体基板とを接続する第１導電型の導通領域と
、前記半導体基板裏面上に形成された電流測定用の第３
の電極とを有し、前記第１の電極と前記第３の電極との
間に流れる電流及び前記第１の電極と前記第２の電極と
の間の電圧を測定することにより、前記第１の電極と前
記不純物拡散層とのコンタクト抵抗を測定するように構
成する。

［産業上の利用分野］ 本発明はコンタクト抵抗測定用の半導体装置に係り、特
に半導体基板表面に形成された不純物拡散層とその不純
物拡散層上にコンタクトホールを介して形成された金属
電極との間のコンタクト抵抗を測定するＴＢＧに関する
。

［従来の技術］ 近年の半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体素子と
共にその素子と配線層とのコンタクト部分も微細化され
つつある。また、コンタクト部分の微細化によって、コ
ンタクト抵抗が各素子の素子特性に与える影響は大きく
なっている。従って、試作された素子のコンタクト抵抗
を正確に測定することは重要になってきている。

従来、このようなコンタクト抵抗の測定に用いられるＴ
ＥＧは、いわゆるプレーナー構造であった。すなわち、
半導体基板表面に形成された測定対象となる不純物拡散
層上に、２つのコンタクトホールを介してそれぞれに金
属電極を形成し、これら２つの金属電極間に測定電流を
流して、コンタクト抵抗を測定していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のコンタクト抵抗測定用ＴＥＧ
は、プレーナー構造であるため、不純物拡散層と金属電
極とのコンタクト面の前後において測定電流が大きく方
向を曲げられる。このため、測定電流の電流密度がコン
タクト面内において不均一となり、電圧の測定に不正確
さをもたらすことが多く、正確なコンタクト抵抗を得る
ことができないという問題があった。

そこで本発明は、半導体基板表面に形成された不純物拡
散層とその不純物拡散層上の金属電極との間のコンタク
ト抵抗を正確に測定することができるコンタクト抵抗測
定用の半導体装置及びその製造方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基
板表面に形成された第２導電型のバリア層と、前記バリ
ア層表面に形成され、測定対象となる第１導電型の不純
物拡散層と、前記不純物拡散層上に形成された電流・電
圧測定用の第１の電極及び電圧測定用の第２の電極と、
前記第１の電極下方の前記バリア層に形成され、前記不
純物拡散層と前記半導体基板とを接続する第１導電型の
導通領域と、前記半導体基板裏面上に形成された電流測
定用の第３の電極とを有し、前記第１の電極と前記第３
の電極との間に所定の電圧印加によって流れる電流及び
前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧降下を測
定することにより、前記第１の電極と前記不純物拡散層
とのコンタクト抵抗を測定することを特徴とするコンタ
クト抵抗測定用の半導体装置によって達成される。

また、上記の装置において、前記バリア層上に制御用の
第４の電極を形成し、前記第１の電極と前記第４の電極
との間の印加電圧により、前記バリア層と前記導通領域
との間の空乏層幅を制御することを特徴とするコンタク
ト抵抗測定用の半導体装置によって達成される。

更に上記課題は、第１導電型の半導体基板表面に第２専
電型のバリア層を形成する工程と、前記バリア層表面に
測定対象となる第１導電型の不純物拡散層を形成する工
程と、全面に絶縁層を堆積した後、前記不純物拡散層上
の前記絶縁層に第１及び第２のコンタクトホールを開口
する工程と、前記第１のコンタクトホールを通じて前記
バリア層に不純物イオンを注入することにより、前記不
純物拡散層と前記半導体基板とを接続する第１導電型の
導通領域を形成する工程と、前記第１のコンタクトホー
ルを介して電流・電圧測定用の第１の電極を形戒し、前
記第２のコンタクトホールを介して電圧測定用の第２の
電極を形成する工程と、前記半導体基板裏面上に電流測
定用の第３の電極を形成する工程とを有することを特徴
とするコンタクト抵抗測定用の半導体装置の製造方法に
よって達成される。

［作　用］ 本発明は以上のように構成されているため、測定対象と
なる不純物拡散層上に形成された電流・電圧測定用の第
１の電極と半導体基板裏面上に形戒された電流測定用の
第３の電極との間に所定の直流電圧を印加すると、第１
の電極下方のバリア層に形成されて不純物拡散層と半導
体基板とを接続している導通領域により測定電流の拡が
りが抑制され、第１の電極と不純物拡散層との間のコン
タクト面内の電流密度が均一になる。そして第１の電極
と第２の電極との間の電位差によってこのコンタクト部
における電圧降下を測定することにより、コンタクト抵
抗の正確な測定をすることができる。

また、第１の電極とバリア層上に形成された制御用の第
４の電極との間に制Ｏ１ｌ電圧を印加して、バリア層と
導通領域との間の空乏層幅を制御することにより、導通
領域を流れる測定電流の拡がりを調整し、最適な測定条
件を設定することができる。従って、コンタクト抵抗の
より正確な測定をすることができる。

［実施例］ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する。

第１図は本発明の一実施例によるコンタクト抵抗測定用
ＴＢＧを示す断面図である。

例えばｎ型シリコン基板２表面にｐ型バリア層４が形戒
され、更にこのｐ型バリア層４表面に、測定対象となる
ｎ型不純物拡散層６が形成されている。このｎ型不純物
拡散層６上には、絶縁層８に開口したコンタクトホール
を介して、電流・電圧測定用の電極１０及び電圧測定用
の電極１２が形成されている。なお、この電流・電圧測
定用の電［ｉｌｏが、ｎ型不純物拡散層６とのコンタク
ト抵抗の測定対象となる電極である。

そしてこの電流・電圧測定用の電極１０直下のｐ型バリ
アＦ１４には、ｎ型不純物拡散層６とｎ型シリコン基板
とを接続するｎ型導通領域１４が形成されている。また
、ｎ型シリコン基板２裏面上には電流測定用の電極１６
が形成されている。

次に、第１図に示されたコンタクト抵抗測定用ＴＥＧの
製造方法を、第２図を用いて説明する。

ｎ型シリコン基板２上にスルー酸化膜３を形成する（第
２図（ａ）参照）、そしてその上からｐ型不純物イオン
を注入することにより、ｎ型シリコン基板２表面にｐ型
バリア層４を形成する（第２図（ｂ）参照）、続いて、
スルー酸化膜３上に、レジスト５を塗布してパターニン
グした後、このパターニングしたレジスト５をマスクと
する不純物イオンの注入等により、測定対象となるｎ型
不純物拡散層６をｐ型バリア層４表面に形成する（第２
図（ｃ）参照）。

次いで、レジスト５及びスルー酸化膜３を除去した後、
全面に絶縁層８を堆積する。そしてｎ型不純物拡散層６
上の絶縁層８の所定の位置に所定の大きさのコンタクト
ホール９．１１を開口する（第２図（ｄ）参照）。続い
て、コンタクトホール９を通じて、ｐ型バリア層４の補
償用のｎ型不純物イオンを注入することにより、コンタ
クトホール９直下のｐ型バリア層４にｎ型導通領域１４
を形成し、その後、アニールによって注入された不純物
イオンを活性化する。こうして、ｎ型不純物拡散層６と
ｎ型シリコン基板とは、ｎ型導通領域１４によって電気
的に接続される（第２図（ｅ）参照）。

次いで、ｎ型不純物拡散層６上のコンタクトホール９．
１１を介して、電流・電圧測定用の電極１０及び電圧測
定用の電極１２をそれぞれ形成する（第２図（ｆ）参照
）、更に、ｎ型シリコン基板２裏面上に、電流測定用の
電極１６を形成する（第２図（ｇ）参照）。

次に、動作を説明する。

第１図に示すコンタクト測定用ＴＥＧにおいて、測定対
象となるｎ型不純物拡散層６上に形成された電流・電圧
測定用の電極１０とｎ型シリコン基板２裏面上に形成さ
れた電流測定用の電極１６との間に所定の直流電圧を印
加して、電流・電圧測定用の電極１０と電流測定用の電
極１６との間に流れる電流Ｉを測定する。このとき、電
流・電圧測定用の電極１０直下のｐ型バリア層４にｎ型
不純物拡散層６とｎ型シリコン基板２とを接続するｎ型
導通領域１４が形成されている。よってこのｎ型導通領
域１４内の測定電流の拡がりは、ｐ型バリア層４によっ
て抑制される。加えて、電流・電圧測定用の電極１０と
ｎ型不純物拡散層６との間のコンタクト面の前後におい
て測定電流の拡散も抑制され、一定の密度で流れる。す
なわち、コンタクト面内の電流密度が均一になる。

また、ｎ型不純物拡散層６上に形成された電流・電圧測
定用の電′ｊｆ！１０と電圧測定用の電極と電圧測定用
の電［！１２との間の電圧測定によって、電流・電圧測
定用の電極１０とｎ型不純物拡散層６とのコンタクト面
における電圧降下Δ■を測定する。

いま、電流・電圧測定用の電極１０とｎ型不純物拡散層
６とのコンタクト面の面積をＳｃとすると、このコンタ
クト面を流れる電ｆＬＩとそこにおける電圧降下Δ■か
ら、次の式を用いて、すなわち Ｒｃ　−△Ｖ／Ｉ Ｒｃ　　＝Ｒｃ　　ｘＳｃ により、単位面積におけるコンタクト抵抗ρ。を求める
ことができる。

このように本実施例によれば、ｎ型不純物拡散層６とそ
の上に形成された電流・電圧測定用の電極１０とのコン
タクト抵抗の測定において、電流・電圧測定用の電極１
０直下のｐ型バリア層４にｎ型導通領域１４を形成する
ことにより、測定電流の拡がりを抑制し、電流・電圧測
定用の電極１０とｎ型不純物拡散層６とコンタクト面内
の電流密度を均一にすることができるため、このコンタ
クト面のコンタクト抵抗値を正確に求めることができる
。

次に、本発明の他の実施例によるコンタクト測定用ＴＥ
Ｇを、第３図を用いて説明する。

第３図に示されるように、本実施例は、上記第１図のコ
ンタクト抵抗測定用’Ｉ’　Ｂ　ＧのＰ型バリア層４に
、絶縁層８に開口したコンタクトホールを介して、制御
用の電極１８が形成されているものであって、他の構成
要素は全く同一である。同一の構成要素には同一符号を
付して説明を省略する。

すなわち、ｎ型シリコン基板２表面にＰ型バリア層４及
び測定対象となるｎ型不純物拡散層６が形成され、この
ｎ型不純物拡散層６上には、電流・電圧測定用の電極１
０．電圧測定用の電極１２及び制御用の電極１８が形成
されている。また、電流・電圧測定用の電極１０直下の
ｐ型バリア層４には、ｎ型導通領域１４が形成されてい
る。更に、ｎ型シリコン基板２裏面上には電流測定用の
電極１６が形成されている。

次に、第３図に示されたコンタクト抵抗測定用ＴＥＧの
製造方法を、第４図を用いて説明する。

上記第２図（ａ）〜（Ｃ）に示す工程と同様にして、ｎ
型シリコン基板２表面に、Ｐ型バリア層４及び測定対象
となるｎ型不純物拡散層６を順に形成する（第４図（ａ
）参照）。

次いで、レジスト５及びスルー酸化膜３を除去した後、
全面に絶縁層８を堆積した後、ｎ型不純物拡散層６上の
所定の位置にコンタクトホール９．１１を、またｐ型バ
リア層４上の所定の位置にコンタクトホール１７を、そ
れぞれ開口する（第４図（ｂ）参照）、続いて、コンタ
クトホール９を通じて、ｐ型バリアＮＪ４の補償用のｎ
型不純物イオンを注入することにより、コンタクトホー
ル９直下のＰ型バリア層４にｎ型導通領域１４を形成し
、このｎ型導通領域１４によってｎ型不純物拡散層６と
ｎ型シリコン基板とを電気的に接続する（第４図＜ｃ）
参照）。

次いで、ｎ型不純物拡散層６上のコンタクトホール９．
１１及びＰ型バリア層４上のコンタクトホール１７を介
して、それぞれ電流・電圧測定用の電極１０、電圧測定
用の電極１２及び制御用の電極１８を形成する（第４図
（ｄ）参照）、更に、ｎ型シリコン基板２裏面上に、電
流測定用の電極１６を形成する（第４図（ｅ）参照）。

次に、動作を説明する。

ｎ型不純物拡散層６上に形成された電流・電圧測定用の
電極１０とｐ型バリア層４上に形成された制御用の電極
１８との間に制御電圧を印加することにより、ｎ型導通
領域１４に対するＰ型バリア層４の電位を相対的に上下
させることができる。

このため、ｐ型バリア層４とｎ型導通領域１４とのρ−
ｎ接合部における空乏層の幅を増加、減少することがで
き、測定電流が流れるｎ型導通領域１４の断面積を実効
的に変えることができる。従って、測定電流の拡がりを
最適の測定条件に電気的に調節することができる。

このように本実施例によれば、ｎ型不純物拡散層６とそ
の上に形成された電流・電圧測定用の電極１０とのコン
タクト抵抗の測定において、Ｐ型バリア層４上に制御用
の電極１８を形成することにより、測定電流の拡がりを
電気的に調節することができるため、最適の測定条件に
おいてコンタクト抵抗値をより正確に求めることができ
る。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、第１導電型の半導体基板
表面に第２導電型のバリア層を介して形成された測定対
象となる第１導電型の不純物拡散層とこの不純物拡散層
上に形成された電極とのコンタクト抵抗の測定において
、この電極下方のバリア層に、不純物拡散層と半導体基
板とを接続する第１導電型の導通領域を形成することに
より、この導通領域によって測定電流の拡がりを抑制し
、不純物拡散層と電極との間のコンタクト面内の電流密
度が均一になるようにして、コンタクト抵抗の正確な測
定をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるコンタクト抵抗測定用
ＴＥＧを示す断面図、 第２図は第１図のコンタクト抵抗測定用ＴＥＧの製造方
法を示す工程図、 第３図は本発明の他の実施例によるコンタクト抵抗測定
用ＴＥＧを示す断面図、 第４図は第３図のコンタクト抵抗測定用ＴＥＧの製造方
法を示す工程図である。 図において、 ２・・・・・・ｎ型シリコン基板、 ３・・・・・・スルー酸化膜、 ４・・・・・・ｐ型バリア層、 ５・・・・・・レジスト、 ６・・・・・・ｎ型不純物拡散層、 ８・・・・・・絶縁層、 ９．１１．１７・・・・・・コンタクトホール、１０・
・・・・・電流・電圧測定用の電極、１２・・・・・・
電圧測定用の′ｒｊｈ極、１４・・・・・・ｎ型導通領
域、 １６・・・・・・電流測定用の電極、 １８・・・・・・制御用の電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１導電型の半導体基板と、 前記半導体基板表面に形成された第２導電型のバリア層
   と、 前記バリア層表面に形成され、測定対象となる第１導電
   型の不純物拡散層と、 前記不純物拡散層上に形成された電流・電圧測定用の第
   １の電極及び電圧測定用の第２の電極と、前記第１の電
   極下方の前記バリア層に形成され、前記不純物拡散層と
   前記半導体基板とを接続する第１導電型の導通領域と、 前記半導体基板裏面上に形成された電流測定用の第３の
   電極とを有し、 前記第１の電極と前記第３の電極との間に所定の電圧印
   加によって流れる電流及び前記第１の電極と前記第２の
   電極との間の電圧降下を測定することにより、前記第１
   の電極と前記不純物拡散層とのコンタクト抵抗を測定す
   ることを特徴とするコンタクト抵抗測定用の半導体装置
   。 ２、請求項１記載の装置において、前記バリア層上に制
   御用の第４の電極を形成し、前記第１の電極と前記第４
   の電極との間の印加電圧により、前記バリア層と前記導
   通領域との間の空乏層幅を制御することを特徴とするコ
   ンタクト抵抗測定用の半導体装置。 ３、第１導電型の半導体基板表面に第２導電型のバリア
   層を形成する工程と、 前記バリア層表面に測定対象となる第１導電型の不純物
   拡散層を形成する工程と、 全面に絶縁層を堆積した後、前記不純物拡散層上の前記
   絶縁層に第１及び第２のコンタクトホールを開口する工
   程と、 前記第１のコンタクトホールを通じて前記バリア層に不
   純物イオンを注入することにより、前記不純物拡散層と
   前記半導体基板とを接続する第１導電型の導通領域を形
   成する工程と、 前記第１のコンタクトホールを介して電流・電圧測定用
   の第１の電極を形成し、前記第２のコンタクトホールを
   介して電圧測定用の第２の電極を形成する工程と、 前記半導体基板裏面上に電流測定用の第３の電極を形成
   する工程と を有することを特徴とするコンタクト抵抗測定用の半導
   体装置の製造方法。