JPH098092A - Ｍｉｓ型トランジスタモニター - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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Ｍ
ＩＳ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ＭＩ
Ｓ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ＭＩ
Ｓ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−１
５〜＋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−１
５〜＋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（０．５
Ｖ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】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模式断面図（その１）である。

【図３】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模式断面図（その２）である。

【符号の説明】

１ ＭＩＳ型トランジスタモニター ２ ソース電極 ３ ドレイン電極 ４ ゲート電極 ４’ 絶縁層 ５ 拡散層 ５’ ウェル ６ 配線 １０ 半導体基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。