説明

半導体装置及び半導体装置の検査方法

【課題】狭いゲート電極間にコンタクトを配置することなく、オーバーラップ容量を測定する。
【解決手段】この半導体装置は、下記のような第1TEGパターン(不図示)を備えている。第1TEGパターンは、素子分離領域500と、素子分離領域500に形成された開口部(不図示)と、開口部上に設けられ、互いに平行に延伸した複数のゲート電極300と、開口部のゲート電極300で覆われていない部分に形成された拡散領域200と、を備えている。ここで、ゲート電極300の一方の端部は、開口部の外縁よりも内側に配置されている。また、第1コンタクト240は、ゲート電極300の一方の端部と、開口部の外縁の間に位置して、拡散領域200に接続している。一方、第2コンタクト340は、ゲート電極300に接続している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体装置の微細化が進み、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート電極間隔が非常に狭くなり、オーバーラップ容量などの特性パラメータを正確に測定することが困難となってきている。ここで、「オーバーラップ容量」とは、MOSFETのチャネルがオフ状態の時のゲート電極とドレイン領域(またはソース領域)間の容量を言う。
【0003】
特許文献1(特開2005−64164号公報)には、MOSFETのゲート容量をシミュレーションする方法として、下記のような方法が記載されている。まず、MOSFETがオフとなるゲート電圧範囲でオーバーラップ容量パラメータを抽出しておき、そのパラメータを使ってオーバーラップ容量特性をシミュレーションする。次いで、MOSFETがオン時のオーバーラップ容量の実測値に基づいて、オーバーラップ長を導出する。これにより、ゲート容量のシミュレーション精度を向上させることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−64164号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1においても、オーバーラップ容量を実測する際には、必ずドレイン(またはソース)にもコンタクトが接続された状態で測定を行っていた。NAND、NOR回路のように、ゲート間隔が狭く、ドレイン(またはソース)にコンタクトを形成することができないような場合には、正確なオーバーラップ容量を測定することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、
素子分離領域と、
前記素子分離領域に形成された開口部と、
前記開口部上に設けられ、互いに平行に延伸した複数のゲート電極と、
前記開口部の前記ゲート電極で覆われていない部分に形成された拡散領域と、
を備える第1TEGパターンを備え、
前記ゲート電極の一方の端部は、前記開口部の外縁よりも内側に配置され、
前記一方の端部と前記外縁の間に位置して、前記拡散領域に接続する第1コンタクトと、
前記ゲート電極に接続する第2コンタクトと、
を備える半導体装置、が提供される。
【0007】
本発明によれば、
素子分離領域と、
前記素子分離領域に形成された開口部と、
前記開口部上に設けられ、互いに平行に延伸した複数のゲート電極と、
前記開口部の前記ゲート電極で覆われていない部分に形成された拡散領域と、
を備える第1TEGパターンを備え、
前記ゲート電極の一方の端部は、前記開口部の外縁よりも内側に配置され、
前記一方の端部と前記外縁の間に位置して、前記拡散領域に接続する第1コンタクトと、
前記ゲート電極に接続する第2コンタクトと、
を備える半導体装置に対して、
前記第1コンタクトと前記第2コンタクトとの間の容量を測定することにより、前記ゲート電極と前記拡散領域とのオーバーラップ容量を測定する半導体装置の検査方法、が提供される。
【0008】
本発明によれば、第1TEGパターンにおける拡散領域は、開口部のゲート電極で覆われていない部分に形成されている。また、ゲート電極の一方の端部は、素子分離領域の開口部の外縁よりも内側に配置されている。すなわち、拡散領域は、ゲート電極の一方の端部と外縁の間においても形成されている。したがって、ゲート電極の一方の端部と外縁の間において、FETのソース・ドレイン領域が短絡したような構成になっている。また、拡散領域に接続する第1コンタクトは、ゲート電極間には配置されておらず、ゲート電極の一方の端部と外縁の間に位置している。このようなTEGパターンを備えることにより、狭いゲート電極間にコンタクトを配置することなく、オーバーラップ容量を測定することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、狭いゲート電極間にコンタクトを配置することなく、オーバーラップ容量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図2】第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図3】第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図4】第4の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図5】第5の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0012】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。図1(a)は上面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A'断面図である。この半導体装置は、下記のような第1TEGパターン(不図示)を備えている。第1TEGパターンは、素子分離領域500と、素子分離領域500に形成された開口部(不図示)と、開口部上に設けられ、互いに平行に延伸した複数のゲート電極300と、開口部のゲート電極300で覆われていない部分に形成された拡散領域200と、を備えている。ここで、ゲート電極300の一方の端部は、開口部の外縁よりも内側に配置されている。また、第1コンタクト240は、ゲート電極300の一方の端部と、開口部の外縁の間に位置して、拡散領域200に接続している。一方、第2コンタクト340は、ゲート電極300に接続している。以下、詳細を説明する。
【0013】
この半導体装置は、多層配線層中に形成された第1TEGパターンを備える。図1は、第1TEGパターンのみを表しており、その他の領域にFET(不図示)などを備えたNAND、NORなどの回路パターン(不図示)を有している。
【0014】
図1(b)のように、半導体基板100には、素子分離領域500が形成されている。素子分離領域500には、開口部(不図示)が形成されている。
【0015】
図1(b)のように、半導体基板100上には、ゲート絶縁膜(不図示)が形成されている。そのゲート絶縁膜上のうち、素子分離領域500の開口部上には、互いに平行に延伸した複数のゲート電極300が形成されている。ここで、ゲート電極300は、前記したチップ領域に形成されているNAND、NOR回路などにおけるFETのゲート電極300と同一工程で形成されている。
【0016】
また、複数のゲート電極300は、SG1ごとに等間隔に配置されている。なお、このゲート電極300の間隔は、前記したチップ領域に形成されているFETのゲート電極300の間隔と等しい。また、このゲート電極300の幅は、前記したチップ領域に形成されているFETのゲート電極300の幅と等しい。なお、ここでいう「ゲート電極300の幅」とは、チャネル方向のゲート電極300の長さをいい、一般に「ゲート長」と呼ばれる長さのことをいう。
【0017】
複数のゲート電極300を挟んだ位置に、複数のゲート電極300と平行に設けられたダミーゲート電極(フローティングゲート320)を備えている。ここでいう「ダミーゲート電極(フローティングゲート320)」とは、後述するゲート電極用端子360などに接続されていない電極のことをいう。フローティングゲート320を配置することにより、複数のゲート電極300は、これらに挟まれて正確な形状に形成されている。
【0018】
なお、ゲート電極300(フローティングゲート320含む)の側壁には、側壁絶縁膜(不図示)が形成されている。この第1TEGパターンにおける側壁絶縁膜も、前記したチップ領域に形成されているFETのゲート電極300の側壁における側壁絶縁膜と同一工程で形成されている。
【0019】
また、図1(b)のように、拡散領域200は、素子分離領域500の開口部のうち、ゲート電極300で覆われていない部分に形成されている。
【0020】
この拡散領域200には、前記したチップ領域に形成されているFETのソース・ドレイン領域(不図示)と同一工程でドーピングされている。ここで、p型FETのゲートのオーバーラップ容量を測定したい場合には、拡散領域200はP+領域である。一方、n型FETのゲートのオーバーラップ容量を測定したい場合には、拡散領域200はN+領域である。ただし、第1TEGパターンには、いずれか一方の拡散領域200しか形成することができない。p型、n型の両方を測定したい場合は、別途、もう一つTEGパターンを設ければよい。
【0021】
図1(b)上には、図示されていない領域に、ビア(不図示)、配線層(不図示)などを有する多層配線層が形成されている。
【0022】
また、図1(a)のように、ゲート電極300の一方の端部は、素子分離領域500の開口部における外縁よりも内側に配置されている。なお、拡散領域200は、このゲート電極300の一方の端部と外縁の間の領域(第1コンタクト形成領域220)にも形成されている。これにより、一般的なFETにおけるソース・ドレイン領域が、この第1コンタクト形成領域220において短絡しているような構成となっている。
【0023】
拡散領域200に接続する第1コンタクト240は、ゲート電極300の一方の端部と外縁の間(第1コンタクト形成領域220)に形成されている。また、第1コンタクト240は、多層配線層のビア(不図示)を介して、最上層の拡散領域用端子260に接続されている。なお、複数の第1コンタクト240は、中間の配線層で短絡しており、一つの拡散領域用端子260に接続されている。
【0024】
一方、第2コンタクト340は、ゲート電極300に接続している。ここで、第2コンタクト340は、素子分離領域500の開口部の外側で、ゲート電極300に接続している。また、第2コンタクト340は、多層配線層のビア(不図示)を介して、最上層のゲート電極用端子360に接続されている。なお、複数の第2コンタクト340は、中間の配線層で短絡しており、一つのゲート電極用端子360に接続されている。
【0025】
次に、第1の実施形態における半導体装置の検査方法を説明する。第1コンタクト240と接続した拡散領域用端子260と、第2コンタクト340と接続したゲート電極用端子360との間の容量を測定することにより、ゲート電極300と拡散領域200とのオーバーラップ容量を測定する。以下、詳細を説明する。
【0026】
拡散領域用端子260とゲート電極用端子360の間に、交流バイアスを重畳させた直流バイアスを印加する。なお、拡散領域用端子260は、GNDに接続する。このとき、ゲート電極300下のチャネルに相当する部分が反転しないバイアス範囲で、直流バイアス成分を変化させて、拡散領域用端子260とゲート電極用端子360との間に流れる電流及び電圧を計測する。その計測結果に基づいて、オーバーラップ容量Cを求める。
【0027】
ただし、このオーバーラップ容量Cには、ゲート電極300の端部と拡散領域200との容量が重畳されている。
【0028】
次に、第1の実施形態の効果を説明する。第1TEGパターンにおける拡散領域200は、素子分離領域500の開口部のゲート電極300で覆われていない部分に形成されている。また、ゲート電極300の一方の端部は、素子分離領域500の開口部の外縁よりも内側に配置されている。すなわち、拡散領域200は、ゲート電極300の一方の端部と外縁の間(第1コンタクト形成領域220)においても形成されている。したがって、ゲート電極300の一方の端部と外縁の間(第1コンタクト形成領域220)において、FETのソース・ドレイン領域が短絡したような構成になっている。また、拡散領域200に接続する第1コンタクト240は、ゲート電極300間には配置されておらず、ゲート電極300の一方の端部と外縁の間に位置している。このような第1TEGパターンを備えていることにより、狭いゲート電極300間に第1コンタクト240を配置することなく、オーバーラップ容量Cを測定することができる。
【0029】
(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。第2の実施形態は、下記のような第2TEGパターンを備える点を除いて、第1の実施形態と同様である。第2の実施形態の半導体装置は、第1TEGパターン(図2(a))と、第1TEGパターンとゲート電極300の長さが異なる第2TEGパターン(図2(b))と、を備えている。ここでいう「ゲート電極300の長さ」とは、ゲート電極300の延伸方向の長さのことをいう。
【0030】
図2(a)は、第1の実施形態と同様の第1TEGパターンを示している。ここで、第1TEGパターンにおいて、ゲート電極300の延伸方向における素子分離領域500の開口部の長さをW、ゲート電極300の端と外縁との距離をWG1とする。
【0031】
また、図2(b)は、第2TEGパターンを示している。第2TEGパターンは、第1TEGパターンとゲート電極300の長さが異なる。ここで、第2TEGパターンにおいて、ゲート電極300の延伸方向における素子分離領域500の開口部の長さをW、ゲート電極300の端と外縁との距離をWG2とする。第2TEGパターンのゲート電極300は、たとえば、ゲート電極300の延伸方向において、第1TEGパターンのゲート電極300よりも長く、W>Wである。
【0032】
以上のように、第2の実施形態における半導体装置は、上記した二つのTEGパターンを備える。
【0033】
次に、第2の実施形態における半導体装置の検査方法を説明する。第1TEGパターンと、第2TEGパターンのそれぞれの容量C、Cを測定することにより、下記式(1)により、ゲート電極300の単位長さあたりのオーバーラップ容量Covを求めることができる。
【0034】
【数1】

【0035】
次に、第2の実施形態の効果について説明する。第1TEGパターン、及び第2TEGパターンにおいて、ゲート電極300の端部は、拡散領域200上に形成されている。このため、第1TEGパターン、第2TEGパターンのそれぞれの容量C、Cは、ゲート電極300の端部と拡散領域200との容量も重畳された値が測定される。一方、実際のFETにおいては、ゲート電極300の端部が拡散領域200上に形成されているようなことはなく、ゲート電極300は素子分離領域500の外側まで形成されている。したがって、実際のFETにおいては、上記したゲート電極300の端部と拡散領域200との容量成分が検出されることはない。
【0036】
よって、上記式(1)により、第1TEGパターンと第2TEGパターンの測定結果から、ゲート電極300の端部と拡散領域200との容量成分を相殺することにより、実際のFETに相当するゲート電極300の単位長さあたりのオーバーラップ容量Covを求めることができる。
【0037】
なお、第1TEGパターンのゲート電極300の端と外縁との距離WG1と、ゲート電極300の端と外縁との距離WG2とが等しい場合は、下記式(2)に簡略化することができる。
【0038】
【数2】

【0039】
(第3の実施形態)
図3は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。図3(a)は上面図であり、図3(b)は図3(a)のA−A'断面図である。第3の実施形態は、下記の点を除いて、第1の実施形態と同様である。
【0040】
第1のゲート電極302と第2のゲート電極304は、第1TEGパターン内に、交互に設けられている。ここで、第1のゲート電極302の一方の端部は、第1の外縁よりも内側に配置されている。一方、第2のゲート電極304の一方の端部は、第1の外縁とは反対側の第2の外縁よりも内側に配置されている。
【0041】
第1コンタクト240は複数設けられている。また、第1コンタクト240は、複数の第1のゲート電極302の一方の端部と第1の外縁の間、及び、第2のゲート電極304の一方の端部と第2の外縁の間のぞれぞれに配置されている。
【0042】
第3の実施形態におけるオーバーラップ容量と、第1の実施形態におけるオーバーラップ容量と比較することにより、オーバーラップ容量におけるゲート電極300の配置依存性を把握することができる。
【0043】
また、第2の実施形態と同様に、図3に示す第1TEGパターンに対して、ゲート電極300の長さが異なる第2TEGパターンを設けても良い。この場合も、第2の実施形態と同様の式(1)により、ゲート電極300の端部と拡散領域200との容量成分を相殺することにより、実際のFETに相当するゲート電極300の単位長さあたりのオーバーラップ容量Covを求めることができる。
【0044】
(第4の実施形態)
図4は、第4の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。第4の実施形態は、下記のような第2TEGパターンを備える点を除いて、第1の実施形態と同様である。第4の実施形態の半導体装置は、第1TEGパターン(図4(a))と、第1TEGパターンとゲート電極300の間隔が異なる第2TEGパターン(図4(b))と、を備えている。
【0045】
図4(a)は、第1の実施形態と同様の第1TEGパターンを示している。ここで、第1TEGパターンのゲート電極の間隔をSG1とする。
【0046】
また、図4(b)は、第2TEGパターンを示している。ここで、第2TEGパターンのゲート電極の間隔をSG2とする。第2TEGパターンは、たとえば、ゲート電極の間隔が第1TEGパターンよりも広く、SG1<SG2である。
【0047】
このように、第4の実施形態における第1TEGパターンのオーバーラップ容量と、ゲート電極300の間隔が異なる第2TEGパターンとのオーバーラップ容量とを比較することにより、オーバーラップ容量におけるゲート電極300の間隔依存性を把握することができる。
【0048】
(第5の実施形態)
図5は、第5の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。第5の実施形態は、下記の点を除いて、第1の実施形態と同様である。
【0049】
第5の実施形態における半導体装置は、複数のゲート電極300間において、拡散領域200のダミーコンタクト242を備えている。ここでいう「ダミーコンタクト242」とは、拡散領域用端子260などに接続されていないコンタクトのことをいう。
【0050】
次に、第5の実施形態の効果について説明する。実際の半導体装置において、ゲート電極間隔は非常に狭くなっており、そのゲート電極間においてコンタクトを形成すると、側壁絶縁膜まで削られる可能性が出てくる。この場合、本実施形態のようにゲート電極300間以外の領域に第1コンタクト240を形成しないと、実際のFETとは異なったオーバーラップ容量が測定されてしまう。このため、第5の実施形態のように、複数のゲート電極300間において、拡散領域200のダミーコンタクト242を設けることにより、そのダミーコンタクト242を形成することによる影響を把握することができる。
【0051】
以上、第1から第5の実施形態では、TEGパターンの他に、回路パターンを有するチップ領域を備える場合を説明したが、半導体基板100にTEGパターンのみを形成した半導体装置であっても構わない。
【0052】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【0053】
100 半導体基板
200 拡散領域
220 第1コンタクト形成領域
240 第1コンタクト
242 ダミーコンタクト
260 拡散領域用端子
300 ゲート電極
320 フローティングゲート(ダミーゲート電極)
340 第2コンタクト
360 ゲート電極用端子
500 素子分離領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
素子分離領域と、
前記素子分離領域に形成された開口部と、
前記開口部上に設けられ、互いに平行に延伸した複数のゲート電極と、
前記開口部の前記ゲート電極で覆われていない部分に形成された拡散領域と、
を備える第1TEGパターンを備え、
前記ゲート電極の一方の端部は、前記開口部の外縁よりも内側に配置され、
前記一方の端部と前記外縁の間に位置して、前記拡散領域に接続する第1コンタクトと、
前記ゲート電極に接続する第2コンタクトと、
を備える半導体装置。
【請求項2】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2コンタクトは、前記開口部の外側で前記ゲート電極に接続する半導体装置。
【請求項3】
請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記複数のゲート電極を挟んだ位置に、前記複数のゲート電極と平行に設けられたダミーゲート電極を備える半導体装置。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置において、
第1の前記ゲート電極と第2の前記ゲート電極は、交互に設けられ、
前記第1のゲート電極の一方の端部は、第1の前記外縁よりも内側に配置され、
前記第2のゲート電極の一方の端部は、前記第1の外縁とは反対側の第2の前記外縁よりも内側に配置され、
前記第1コンタクトは複数設けられ、
前記第1コンタクトは、前記第1のゲート電極の一方の端部と前記第1の外縁の間、及び、前記第2のゲート電極の一方の端部と前記第2の外縁の間のぞれぞれに配置されている半導体装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第1TEGパターンと、
前記第1TEGパターンと前記ゲート電極の長さが異なる第2TEGパターンと、
を備える半導体装置。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第1TEGパターンと、
前記第1TEGパターンと前記ゲート電極の間隔が異なる第2TEGパターンと、
を備える半導体装置。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記複数のゲート電極間において、前記拡散領域のダミーコンタクトを備える半導体装置。
【請求項8】
素子分離領域と、
前記素子分離領域に形成された開口部と、
前記開口部上に設けられ、互いに平行に延伸した複数のゲート電極と、
前記開口部の前記ゲート電極で覆われていない部分に形成された拡散領域と、
を備える第1TEGパターンを備え、
前記ゲート電極の一方の端部は、前記開口部の外縁よりも内側に配置され、
前記一方の端部と前記外縁の間に位置して、前記拡散領域に接続する第1コンタクトと、
前記ゲート電極に接続する第2コンタクトと、
を備える半導体装置に対して、
前記第1コンタクトと前記第2コンタクトとの間の容量を測定することにより、前記ゲート電極と前記拡散領域とのオーバーラップ容量を測定する半導体装置の検査方法。
【請求項9】
請求項8に記載の半導体装置の検査方法において、
前記半導体装置は、
前記第1TEGパターンと、
前記第1TEGパターンと前記ゲート電極の長さが異なる第2TEGパターンと、
を備え、
前記第1TEGパターンと前記第2TEGパターンの前記オーバーラップ容量を測定することにより、下式(1)より、前記ゲート電極の単位長さあたりの前記オーバーラップ容量を求める半導体装置の検査方法。
【数1】

(ただし、Covは前記ゲート電極の単位長さあたりの前記オーバーラップ容量、Cは前記第1TEGパターンの前記オーバーラップ容量の測定値、Cは前記第2TEGパターンの前記オーバーラップ容量の測定値、Nは前記ゲート電極の本数、Wは前記第1TEGパターンの前記ゲート電極の延伸方向における前記開口部の長さ、Wは前記第2TEGパターンの前記ゲート電極の延伸方向における前記開口部の長さ、WG1は前記第1TEGパターンの前記ゲート電極の端と前記外縁との距離、WG2は前記第2TEGパターンの前記ゲート電極の端と前記外縁との距離、である。)

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−55175(P2013−55175A)
【公開日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−191353(P2011−191353)
【出願日】平成23年9月2日(2011.9.2)
【出願人】(302062931)ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Fターム(参考)】