JP2010010515A - 半導体装置およびその試験方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】トランジスタにおけるゲートとコンタクトとの間に生じる容量成分が信号遅延特性に与える影響を正確に検証可能にする手段の提供。
【解決手段】各論理ゲート素子(NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15)の出力端子に負荷回路41〜45がそれぞれ接続されたリングオシレータを有する試験回路を、複数設ける。負荷回路41〜45は、ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタTr1,Tr2を、それぞれ同数だけ備えている。負荷回路41〜45のトランジスタTr1,Tr2は、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、試験回路ごとに異なるように構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】各論理ゲート素子(NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15)の出力端子に負荷回路41〜45がそれぞれ接続されたリングオシレータを有する試験回路を、複数設ける。負荷回路41〜45は、ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタTr1,Tr2を、それぞれ同数だけ備えている。負荷回路41〜45のトランジスタTr1,Tr2は、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、試験回路ごとに異なるように構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置およびその試験方法に関し、特に、遅延特性を測定可能な試験回路を備えた半導体装置およびその試験方法に関する。
半導体装置の特性を実測するために、半導体ウェハ上に特性評価用の回路(モニタ回路)を設けておくことが一般化している。例えば、半導体ウェハの製造後にこのモニタ回路を用いて各種のパラメータを測定し、その結果を基に、半導体プロセスの工程や回路シミュレータのモデルのデータを最適化することが行われている。このようなモニタ回路群は、TEG(Test Element Group)などと呼ばれている。そして、このようなモニタ回路として、インバータなどの論理ゲート素子をリング状に接続したリングオシレータが広く用いられている。
図19は、モニタ回路として用いられるリングオシレータの回路構成例を示す図である。
図19には、遅延要素となる論理ゲート素子としてインバータ回路をリング状に接続したリングオシレータの回路構成例を示している。このリングオシレータは、1つの否定論理積(NAND)ゲート回路G11と、直列に接続された複数(ここでは4つ)のインバータ回路INV12〜INV15とを有している。最終段のインバータ回路INV15の出力端子は、NANDゲート回路G11の一方の入力端子に接続されており、NANDゲート回路G11の出力端子は、初段のインバータ回路INV12の入力端子に接続されている。また、NANDゲート回路G11の他方の入力端子IN61には、外部からのリセット信号が入力される。
図19には、遅延要素となる論理ゲート素子としてインバータ回路をリング状に接続したリングオシレータの回路構成例を示している。このリングオシレータは、1つの否定論理積(NAND)ゲート回路G11と、直列に接続された複数(ここでは4つ)のインバータ回路INV12〜INV15とを有している。最終段のインバータ回路INV15の出力端子は、NANDゲート回路G11の一方の入力端子に接続されており、NANDゲート回路G11の出力端子は、初段のインバータ回路INV12の入力端子に接続されている。また、NANDゲート回路G11の他方の入力端子IN61には、外部からのリセット信号が入力される。
このリングオシレータは、リセット信号の入力に応じて、所定の周波数で発振動作を行う。そして、この発振周波数を測定することにより、各論理ゲート素子の動作遅延量を知ることが可能になる。
ところで、図19において、抵抗成分R31〜R35は、NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15のそれぞれの出力側の抵抗成分を示したものである。具体的には、抵抗成分R31〜R35は、NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15のそれぞれの出力回路(駆動インバータ回路)のトランジスタにおけるコンタクトの抵抗成分とソース・ドレイン間の抵抗成分との加算値を示している。
また、容量成分C51〜C55は、NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15のそれぞれの出力側の容量成分を示したものである。具体的には、容量成分C51〜C55は、NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15のそれぞれの出力回路のトランジスタにおける、ゲートと、ソースまたはドレインに接続したコンタクトとの間のカップリング容量成分を示している。
近年、トランジスタの微細化に伴い、ゲートとコンタクトとの間のカップリング容量成分が信号遅延に与える影響を軽視できない状況となっている。しかしながら、容量成分C51〜C55の成分が遅延に与える影響を、抵抗成分R31〜R35の成分が遅延に与える影響と切り分けて観測することが難しいという問題があった。例えば、ゲートとコンタクトとの位置関係を変化させると、これらの間のカップリング容量成分だけでなく、ソース・ドレイン間の抵抗成分も変化してしまう。このため、カップリング容量のみに起因する遅延量を観測することはできない。
なお、モニタ回路としてリングオシレータを用いた半導体装置の例としては、モニタ回路の周囲に、そのモニタ回路内の回路素子と同じレイアウトパターンを持つダミーセルを配置したものがあった(例えば、特許文献1参照)。なお、この半導体装置では、トランジスタを形成する上で発生する周囲からの影響を均一にし、リングオシレータを構成する論理ゲート素子間の電気的特性のバラツキを低減することを目的として、上記のようなダミーセルを配置している。
また、上記に関連する他の技術の例として、差動増幅器により構成したリング発振器において、差動増幅器の一方の出力のみにコンパレータの可変しきい値論理回路を接続することで、差動増幅器の出力に接続するダミー負荷を減らしたものがあった(例えば、特許文献2参照)。
特開2006−147674号公報
特開平10−313234号公報
前述のように、リングオシレータを用いたモニタ回路において、回路内のトランジスタにおけるゲートとコンタクトとの間のカップリング容量成分が信号遅延に与える影響を、抵抗成分による影響と切り分けて観測できないことが問題となっていた。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、トランジスタにおけるゲートとコンタクトとの間に生じる容量成分が信号遅延特性に与える影響を正確に検証可能な試験回路を備えた半導体装置、および、この試験回路を用いた半導体装置の試験方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、信号遅延特性を測定可能な試験回路を備えた半導体装置が提供される。この半導体装置においては、複数の論理ゲート素子がループを構成するように縦続接続されたリングオシレータと、ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する1つの前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタをそれぞれ同数だけ備え、前記リングオシレータの前記論理ゲート素子ごとに設けられた複数の負荷回路と、を有する前記試験回路が、同一基板上に複数形成されている。また、前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、前記試験回路ごとに異なるように構成されている。
このような半導体装置では、各試験回路に設けられたリングオシレータの発振周波数を基に、リングオシレータが備える論理ゲート素子の遅延量を計測することができる。このリングオシレータの各論理ゲート素子の出力端子には、負荷回路が接続されている。負荷回路は、ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタを、それぞれ同数だけ備えている。そして、負荷回路のトランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、試験回路ごとに異なるように構成されている。負荷回路のトランジスタには電流が流れないため、各試験回路における論理ゲート素子の出力側の抵抗成分が一定となる。
また、上記目的を達成するために、半導体装置の試験方法が提供される。この半導体装置の試験方法では、上記構成の試験回路を備えた半導体装置を製造し、この試験回路における論理ゲート素子の遅延量を測定する。
上記の半導体装置、および半導体装置の試験方法によれば、試験回路内のトランジスタのゲートとコンタクトとの間に生じる容量成分が信号遅延特性に与える影響を正確に検証できる。
以下、実施の態様について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る半導体装置に設けられたモニタ回路の構成例を示す図である。
図1は、実施の形態に係る半導体装置に設けられたモニタ回路の構成例を示す図である。
図1には、各種の半導体集積回路が形成された半導体ウェハ上に複数設けられるモニタ回路のうちの1つの構成を示している。このモニタ回路は、遅延要素となる論理ゲート素子としてインバータ回路を奇数個だけリング状に直列接続したリングオシレータを有している。ただし、図1の例では、これらの論理ゲート素子のうちの1つを、インバータ回路に代えて、リセット信号の入力を受け付けるためのNANDゲート回路に置き換えている。
すなわち、このモニタ回路には、NANDゲート回路G11と、直列に接続された複数(ここでは4つ)のインバータ回路INV12〜INV15とが設けられている。最終段のインバータ回路INV15の出力端子は、NANDゲート回路G11の一方の入力端子に接続されており、NANDゲート回路G11の出力端子は、初段のインバータ回路INV12の入力端子に接続されている。また、NANDゲート回路G11の他方の入力端子IN61には、外部からのリセット信号が入力される。これらの回路は、リセット信号の入力に応じて、所定の周波数で発振動作を行い、リングオシレータとして動作する。
また、NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15の出力端子には、負荷回路41〜45がそれぞれ接続されている。これらの負荷回路41〜45はすべて同じ構成を有しており、PチャネルMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタTr1(以下、トランジスタTr1と略称する)と、NチャネルMOSトランジスタTr2(以下、トランジスタTr2と略称する)とを有している。
トランジスタTr1,Tr2のゲート端子同士は結線されており、この端子が負荷回路41〜45の入力端子となっている。トランジスタTr1のドレイン端子とソース端子は結線されており、これらの端子には電源電圧VDDが供給されている。また、トランジスタTr2のドレイン端子とソース端子も結線されており、これらの端子には低圧側の電源電圧(ここではグランドレベル)が供給されている。
なお、図1の例では、各負荷回路41〜45には1組のトランジスタTr1,Tr2が設けられているが、後述するように、これらのトランジスタTr1,Tr2の回路対が複数組設けられてもよい。
また、図1において、抵抗成分R31〜R35は、NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15のそれぞれの出力側の抵抗成分を示したものである。具体的には、抵抗成分R31〜R35は、NANDゲート回路G11、インバータ回路INV12〜INV15のそれぞれの出力回路(駆動インバータ回路)のトランジスタにおけるコンタクトの抵抗成分とソース・ドレイン間の抵抗成分との加算値を示している。
半導体ウェハ上には、上記のような構成のモニタ回路が複数形成される。これらのモニタ回路にそれぞれ設けられる負荷回路41〜45については、基本的な回路構成は図1に示した通りであり、それらの基本的なレイアウトパターンも同じである。ただし、後述するように、ドレイン・ソース領域に接続しているコンタクトの配置の仕方(例えば、コンタクトの数、コンタクトの位置など)が、モニタ回路ごとに異なっている。
上記構成のモニタ回路では、リセット信号の入力に応じて発振動作を実行させ、その発振周波数を測定することにより、各論理ゲート素子の動作遅延量を測定することが可能になる。また、各論理ゲート素子の出力側に負荷回路を接続したことにより、複数のモニタ回路間でコンタクトの配置の仕方をそれぞれ異なるようにした場合であっても、負荷回路内のトランジスタに電流が流れないことから、複数のモニタ回路のそれぞれにおける抵抗成分R31〜R35の大きさは変化せずに、それぞれ同じ値となる。しかしながら、コンタクトの配置状態の違いから、それらのモニタ回路ごとに、負荷回路内のトランジスタのゲートとコンタクトとの間のカップリング容量成分は異なっている。このため、モニタ回路ごとに測定される遅延量を基に、ゲート・コンタクト間のカップリング容量成分が遅延に与える影響を検証することが可能になる。
次に、上記構成のモニタ回路をCMOS(Complementary MOS)構造により実現した場合の半導体ウェハ上のレイアウトパターンの具体例を示し、それらのモニタ回路を用いた場合の遅延量評価の内容についてさらに詳しく説明する。
まず、図2は、後述するレイアウトパターン例(図3、図5、図8、図11および図12)に適用した負荷回路の回路構成を示す図である。
この図2に示す負荷回路41aは、図1に示した負荷回路41の別の構成例を示すものであり、図1におけるトランジスタTr1,Tr2の回路対を複数組(ここでは8組)設けたものである。図2において、回路対401〜408のすべてのトランジスタTr1,Tr2のゲート端子は結線されており、これらのゲート端子には、対応する論理ゲート素子(この例ではNANDゲート回路G11)からの出力信号が共通に入力される。
この図2に示す負荷回路41aは、図1に示した負荷回路41の別の構成例を示すものであり、図1におけるトランジスタTr1,Tr2の回路対を複数組(ここでは8組)設けたものである。図2において、回路対401〜408のすべてのトランジスタTr1,Tr2のゲート端子は結線されており、これらのゲート端子には、対応する論理ゲート素子(この例ではNANDゲート回路G11)からの出力信号が共通に入力される。
なお、図1の負荷回路41を図2のような構成とした場合には、他のすべての負荷回路42〜45も図2の負荷回路41aと同じ構成にしておく。
このように、負荷回路において、トランジスタTr1,Tr2の回路対を多数接続し、なおかつ、そのような負荷回路を複数設けて、各負荷回路におけるコンタクトの配置の仕方を変えておくことにより、コンタクトの配置状態の違いに応じた遅延量の計測感度を高めることができる。従って、ゲート・コンタクト間のカップリング容量成分が遅延に与える影響を精度よく検証できるようになる。
このように、負荷回路において、トランジスタTr1,Tr2の回路対を多数接続し、なおかつ、そのような負荷回路を複数設けて、各負荷回路におけるコンタクトの配置の仕方を変えておくことにより、コンタクトの配置状態の違いに応じた遅延量の計測感度を高めることができる。従って、ゲート・コンタクト間のカップリング容量成分が遅延に与える影響を精度よく検証できるようになる。
次に、上記構成の負荷回路を適用したモニタ回路のレイアウトパターンを例示する。
図3は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第1の例を示す平面図である。
図3は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第1の例を示す平面図である。
図3には、図2に示した構成の負荷回路が形成される負荷回路領域400のレイアウトパターンとともに、この領域に対応する駆動インバータ回路が形成されるインバータ領域100のレイアウトパターンも示している。なお、この駆動インバータ回路は、リングオシレータ上の各論理ゲート素子の出力段に配置されているインバータ回路を指し、具体的には、図1におけるNANDゲート回路G11の出力段のインバータ回路、または、インバータ回路INV12〜INV15のいずれかに対応する。
負荷回路領域400において、P型シリコン(Si)基板411上には、ポリシリコンなどから構成される8つのゲート412が、等間隔に形成されている。そして、各ゲート412の両側には、N型のドレイン・ソース領域413が形成されている。ただし、隣り合う2つのゲート412の間では、ドレイン・ソース領域413は共通に設けられている。
各ドレイン・ソース領域413の上層には、図示しない層間絶縁膜を挟んで、アルミニウムなどから構成されるドレイン・ソース配線414が形成されている。そして、ドレイン・ソース領域413と、その上層のドレイン・ソース配線414とが、コンタクト415によって電気的に接続されている。図3の例では、1つのドレイン・ソース領域413に対して5本のコンタクト415が接続されている。
ここで、図4は、図3におけるX−X線でのA矢視による断面の一部を示す図である。
この図4では、図3の負荷回路領域400の一部の断面を示している。前述のように、各ゲート412の両側にはドレイン・ソース領域413が形成されている。これらのうちの1つのゲート412の例として、図4のゲート412aに着目すると、このゲート412aに対する一方の側のドレイン・ソース領域413aがドレインとして機能し、他方の側のドレイン・ソース領域413bがソースとして機能することで、これらのゲート412aと2つのドレイン・ソース領域413a,413bとによって、NチャネルMOSトランジスタが構成される。
この図4では、図3の負荷回路領域400の一部の断面を示している。前述のように、各ゲート412の両側にはドレイン・ソース領域413が形成されている。これらのうちの1つのゲート412の例として、図4のゲート412aに着目すると、このゲート412aに対する一方の側のドレイン・ソース領域413aがドレインとして機能し、他方の側のドレイン・ソース領域413bがソースとして機能することで、これらのゲート412aと2つのドレイン・ソース領域413a,413bとによって、NチャネルMOSトランジスタが構成される。
この場合、ドレイン・ソース領域413aに対してコンタクト415aを介して接続されたドレイン・ソース配線414aは、ドレイン配線として機能する。また、ドレイン・ソース領域413bに対してコンタクト415bを介して接続されたドレイン・ソース配線414bは、ソース配線として機能する。
また、図4において、ゲート412bとドレイン・ソース領域413a,413cとによっても、NチャネルMOSトランジスタが構成される。この場合、ドレイン・ソース領域413cはドレインとして機能し、ドレイン・ソース領域413aはソースとして機能する。このように、1つのゲート412aに隣接して他のゲート412bが形成されている場合には、それらの間のドレイン・ソース領域413aは、ドレインおよびソースとして兼用される。従って、負荷回路領域400には、互いに同じ構成を有する8つのNチャネルMOSトランジスタが形成されていることになり、これらのトランジスタは図2のトランジスタTr2に対応する。
なお、図4における容量成分Cは、コンタクトとこれに近接するゲートとの間に生じる寄生容量成分を示している。この容量成分Cについては後で説明する。
以下、図3に戻って説明する。
以下、図3に戻って説明する。
負荷回路領域400には、さらに、Nウェル領域421(または、NチャネルSi基板)が形成されており、このNウェル領域421上には、ポリシリコンなどから構成される8つのゲート422が、等間隔に形成されている。そして、各ゲート422の両側には、P型のドレイン・ソース領域423が形成されている。ただし、P型Si基板411の領域と同様、隣り合う2つのゲート422の間では、ドレイン・ソース領域423は共通に設けられている。
各ドレイン・ソース領域423の上層には、図示しない層間絶縁膜を挟んで、アルミニウムなどから構成されるドレイン・ソース配線424が形成されている。そして、ドレイン・ソース領域423と、その上層のドレイン・ソース配線424とが、コンタクト425によって電気的に接続されている。図3の例では、1つのドレイン・ソース領域423に対して5本のコンタクト425が接続されている。
このようなNウェル領域421においては、1つのゲート422と、その両側のドレイン・ソース領域423とによって、PチャネルMOSトランジスタが構成されている。また、P型Si基板411の領域と同様、Nウェル領域421においても、隣り合う2つのゲート422の間のドレイン・ソース領域423は、ドレインおよびソースとして兼用される。従って、負荷回路領域400には、互いに同じ構成を有する8つのPチャネルMOSトランジスタが形成されていることになり、これらのトランジスタは図2のトランジスタTr1に対応する。
さらに、P型Si基板411に形成されたすべてのゲート412は、ゲート配線416に共通に接続されている。また、ドレイン・ソース領域413に対応するすべてのドレイン・ソース配線414は、グランド(GND)配線417に共通に接続されている。一方、Nウェル領域421に形成されたすべてのゲート422は、ゲート配線426に共通に接続されている。また、ドレイン・ソース領域423に対応するすべてのドレイン・ソース配線424は、電源電圧VDDが印加されている電源配線427に共通に接続されている。そして、ゲート配線416,426は、インバータ領域100の出力配線101を介して電気的に接続されている。従って、負荷回路領域400には、図2に示した負荷回路41aが形成されていることになる。
また、インバータ領域100においては、CMOSインバータ回路が、負荷回路領域400と共通のP型Si基板411およびNウェル領域421の上に形成されている。インバータ領域100において、P型Si基板411の上には、ポリシリコンなどから構成されるゲート111が形成され、ゲート111の両側には、それぞれソース領域112とドレイン領域113とが形成されている。これらのゲート111、ソース領域112およびドレイン領域113は、NチャネルMOSトランジスタを構成している。
また、Nウェル領域421の上には、ポリシリコンなどから構成されるゲート121が形成され、ゲート121の両側には、それぞれソース領域122とドレイン領域123とが形成されている。これらのゲート121、ソース領域122およびドレイン領域123は、PチャネルMOSトランジスタを構成している。
NチャネルMOSトランジスタのソース領域112およびドレイン領域113の上層には、図示しない層間絶縁膜を挟んで、それぞれソース配線114およびドレイン配線115が形成されている。そして、ソース領域112とソース配線114とは、コンタクト116を介して電気的に接続されている。同様に、ドレイン領域113とドレイン配線115とは、コンタクト117を介して電気的に接続されている。図3の例では、ソース領域112およびドレイン領域113には、コンタクト116,117がそれぞれ5本ずつ接続されている。
一方、PチャネルMOSトランジスタのソース領域122およびドレイン領域123の上層にも、図示しない層間絶縁膜を挟んで、それぞれソース配線124およびドレイン配線125が形成されている。そして、ソース領域122とソース配線124とは、コンタクト126を介して電気的に接続されている。同様に、ドレイン領域123とドレイン配線125とは、コンタクト127を介して電気的に接続されている。図3の例では、ソース領域122およびドレイン領域123には、コンタクト126,127がそれぞれ5本ずつ接続されている。
さらに、ゲート111,121は、インバータ領域100の入力配線131に共通に接続されている。また、ソース配線114は、GND配線417に接続され、ソース配線124は、電源配線427に接続されている。また、ドレイン配線115,125は、出力配線101に共通に接続されている。
従って、インバータ領域100には、NチャネルMOSトランジスタとPチャネルMOSトランジスタとからなるCMOSインバータ回路が構成されており、この回路が、リングオシレータ上の論理ゲート素子の駆動インバータ回路(すなわち、図1におけるNANDゲート回路G11の出力段のインバータ回路、または、インバータ回路INV12〜INV15のいずれか)に対応している。そして、CMOSインバータ回路の出力配線101は、ゲート配線416,426を介して、論理ゲート素子に対応する負荷回路内のトランジスタTr2,Tr1のゲート412,422に対して、共通に接続されている。
次に、図5は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第2の例を示す平面図である。
図5に示したレイアウトパターンは、図3に示したレイアウトパターンに対して、負荷回路領域400に設けたコンタクトの数を減らしたものである。この図5の例では、ドレイン・ソース領域413,423のすべてにおいて、それぞれ1本のコンタクト415,425を設けて、対応するドレイン・ソース配線414,424と接続している。
図5に示したレイアウトパターンは、図3に示したレイアウトパターンに対して、負荷回路領域400に設けたコンタクトの数を減らしたものである。この図5の例では、ドレイン・ソース領域413,423のすべてにおいて、それぞれ1本のコンタクト415,425を設けて、対応するドレイン・ソース配線414,424と接続している。
なお、図5では例として、ドレイン・ソース領域413の略中央部にコンタクト415を配置しているが、これに限らず、コンタクト415をゲート配線416側に、またはグランド配線417側に寄せて配置してもよい。同様に、ドレイン・ソース領域423においても、コンタクト425をゲート配線426側に、または電源配線427側に寄せて配置してもよい。また、各ドレイン・ソース領域413,423に配置するコンタクト415,425の数は、それぞれ同数であれば何本でも構わない。ただし、いずれの場合でも、測定条件を一致させるために、コンタクト415,425の互いの位置関係を、P型Si基板411の領域とNウェル領域421との境界を基準として対称とすることが望ましい。
ここで、図6は、コンタクトの数と、ゲート・コンタクト間のカップリング容量との関係を説明するための図である。
図6では、負荷回路内のトランジスタにおける1つのゲート412と、このゲート412の片側に形成されたドレイン・ソース領域413に接続されたコンタクト415との位置関係を、斜視図によって模式的に示している。図6(A)は、図3に例示したように、1つのドレイン・ソース領域413において5本のコンタクト415が接続された場合を示している。また、図6(B)は、図5に例示したように、1つのドレイン・ソース領域413において1本のコンタクト415が接続された場合を示している。
図6では、負荷回路内のトランジスタにおける1つのゲート412と、このゲート412の片側に形成されたドレイン・ソース領域413に接続されたコンタクト415との位置関係を、斜視図によって模式的に示している。図6(A)は、図3に例示したように、1つのドレイン・ソース領域413において5本のコンタクト415が接続された場合を示している。また、図6(B)は、図5に例示したように、1つのドレイン・ソース領域413において1本のコンタクト415が接続された場合を示している。
前述のように、ゲート412とコンタクト415との間にはカップリング容量が発生する。ゲート412およびコンタクト415の形状、大きさ、材質が同じであれば、1本のコンタクト415とゲート412との間のカップリング容量は一定値C1となる。従って、図6(B)の場合に対して、同図(A)のようにコンタクト415の数を増加させた場合には、その増加数に比例してカップリング容量も増加する。
なお、ここでは例として、負荷回路に形成されたNチャネルMOSトランジスタ(すなわち、トランジスタTr2)における状態を示しているが、PチャネルMOSトランジスタ(すなわち、トランジスタTr1)におけるゲート422とコンタクト425とのカップリング容量についても、上記と同様の関係が成立する。
図7は、コンタクトの数に応じたモニタ回路における信号遅延量の変化を示すグラフの例である。
第1の実施の形態として、上記の図3および図5のように、ドレイン・ソース領域におけるコンタクトの配置数が異なる負荷回路をそれぞれ有する複数のモニタ回路を、半導体ウェハ上に形成しておく。そして、これらのモニタ回路における発振周波数に基づいて、各モニタ回路内の論理ゲート素子の遅延量を測定する。図7は、このようにコンタクトの数を変化させた場合の各モニタ回路内の論理ゲート素子の遅延量を、シミュレーションによって求めたものである。このグラフの例では、コンタクトの数が多いほど、遅延量も増加している。
第1の実施の形態として、上記の図3および図5のように、ドレイン・ソース領域におけるコンタクトの配置数が異なる負荷回路をそれぞれ有する複数のモニタ回路を、半導体ウェハ上に形成しておく。そして、これらのモニタ回路における発振周波数に基づいて、各モニタ回路内の論理ゲート素子の遅延量を測定する。図7は、このようにコンタクトの数を変化させた場合の各モニタ回路内の論理ゲート素子の遅延量を、シミュレーションによって求めたものである。このグラフの例では、コンタクトの数が多いほど、遅延量も増加している。
本実施の形態のモニタ回路では、リングオシレータ内の論理ゲート素子の出力側に、次段の論理ゲート素子と並列に負荷回路を接続したことにより、各モニタ回路において負荷回路内のコンタクト数を変化させた場合でも、各論理ゲート素子の出力側の抵抗成分(図1の抵抗成分R31〜R35)の大きさを一定にすることができる。このため、図7のような遅延量の変化を、コンタクトの数に応じたゲート・コンタクト間のカップリング容量の変化のみに起因するものと考えることができ、抵抗成分が遅延量に与える影響を排除することができる。
図8は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第3の例を示す平面図である。
図8に示したレイアウトパターンは、図3に示したレイアウトパターンに対して、負荷回路領域400に設けたコンタクトの数を減らすだけでなく、隣り合うドレイン・ソース領域間でコンタクトの位置が異なるようにしたものである。この図8の例では、各ドレイン・ソース領域413において、それらの領域中心よりゲート配線416側またはグランド配線417側のいずれかに、コンタクト415が交互に寄せられて配置されている。また、各ドレイン・ソース領域423において、同様に、それらの領域中心よりゲート配線426側または電源配線427側のいずれかに、コンタクト425が交互に寄せられて配置されている。
図8に示したレイアウトパターンは、図3に示したレイアウトパターンに対して、負荷回路領域400に設けたコンタクトの数を減らすだけでなく、隣り合うドレイン・ソース領域間でコンタクトの位置が異なるようにしたものである。この図8の例では、各ドレイン・ソース領域413において、それらの領域中心よりゲート配線416側またはグランド配線417側のいずれかに、コンタクト415が交互に寄せられて配置されている。また、各ドレイン・ソース領域423において、同様に、それらの領域中心よりゲート配線426側または電源配線427側のいずれかに、コンタクト425が交互に寄せられて配置されている。
第2の実施の形態として、この図8のような負荷回路を有するモニタ回路と、例えば図5のような負荷回路を有するモニタ回路とを、半導体ウェハ上に形成しておく。このとき、それぞれのモニタ回路における論理ゲート素子の遅延量を測定することにより、コンタクトの配置数が同じ場合であっても、それらのコンタクトの位置の違いが遅延量に与える影響を検証できるようになる。
また、図8のように、隣り合うドレイン・ソース領域間でコンタクトの位置が異なるようにした負荷回路を有するモニタ回路を、半導体ウェハ上に複数設けてもよい。この場合、各モニタ回路において、ドレイン・ソース領域の中心からコンタクトの位置までの距離を互いに変えるようにする。なお、測定条件を一致させるために、図8の例のように、コンタクト415,425の互いの位置関係を、P型Si基板411の領域とNウェル領域421との境界を基準として対称とすることが望ましい。このようなモニタ回路における論理ゲート素子の遅延量を測定することにより、コンタクトの位置の違いが遅延量に与える影響を検証できるようになる。
図9は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第4の例を示す平面図である。また、図10は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第5の例を示す平面図である。
図9および図10では、例として、図2に示した負荷回路41aの構成において、トランジスタTr1,Tr2からなる回路対を8組ではなく、5組とした場合のレイアウトパターンを示している。また、図9および図10の各レイアウトパターンでは、負荷回路の各トランジスタにおいてゲートとコンタクトとの間の距離を異なるものとするために、上記の図3の場合と比較して、負荷回路内のドレイン・ソース領域413,423を、それらの並列方向に広くしている。
さらに、図3の構成では、負荷回路内のゲート412,422の両側に配置されたコンタクト415,425およびドレイン・ソース配線414,424は、隣り合うゲート412,422との間で共用されていた。これに対して、図9および図10では、ゲート412のそれぞれの両側に、コンタクト415d,415sを個別に設け、対応するドレイン配線414dおよびソース配線414sも個別に設けている。同様に、ゲート422のそれぞれの両側に、コンタクト425d,425sを個別に設け、対応するドレイン配線424dおよびソース配線424sも個別に設けている。なお、図9および図10のその他の構成については、図3の場合と同様である。
図10のレイアウトパターンでは、図9のレイアウトパターンと比較して、負荷回路におけるゲートとコンタクトとの間の距離を大きくしている。このため、図9および図10の各レイアウトパターンでは、それぞれの負荷回路におけるゲート・コンタクト間のカップリング容量が異なる。
そこで、第3の実施の形態として、図9および図10のように、ゲートとコンタクトとの距離が異なるようにした負荷回路を有するモニタ回路を、半導体ウェハ上に複数形成しておく。これらのモニタ回路におけるリングオシレータの発振周波数に基づいて、リングオシレータの論理ゲート素子の遅延量を測定することにより、ゲートとコンタクトとの距離に応じたカップリング容量の違いが遅延量に与える影響を検証できるようになる。そして、このときに、負荷回路により各論理ゲート素子の出力側の抵抗成分が遅延量に与える影響を排除できる。
図11は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第6の例を示す平面図である。また、図12は、実施の形態に係るモニタ回路のレイアウトパターンの第7の例を示す平面図である。
図11および図12に示したレイアウトパターンは、図3に示したレイアウトパターンに対して、負荷回路内のPチャネルMOSトランジスタ(トランジスタTr1)に配置したコンタクト425の数、または、NチャネルMOSトランジスタ(トランジスタTr2)に配置したコンタクト415の数のいずれかを異なる数にしたものである。図11の例では、NチャネルMOSトランジスタにおけるコンタクト415の数を1本に変えている。また、図12の例では、PチャネルMOSトランジスタにおけるコンタクト425の数を1本に変えている。
第4の実施の形態として、これらの図11または図12のような負荷回路を有するモニタ回路と、例えば図3のような負荷回路を有するモニタ回路とを、半導体ウェハ上に形成しておく。これらのモニタ回路におけるリングオシレータの発振周波数に基づいて各論理ゲート素子の遅延量を測定することにより、MOSトランジスタのPチャネルおよびNチャネルのそれぞれにおける下地の状態が、ゲート・コンタクト間のカップリング容量に与える影響を検証できるようになる。
なお、図11および図12の例では、遅延測定の比較対象を図3のレイアウトパターンとしたために、一方のチャネルにおけるコンタクトの配置数を図3の場合と同じにして、そのチャネルにおける容量成分の大きさが同じになるようにしている。
また、図11および図12の例では、MOSトランジスタのPチャネルとNチャネルとで、コンタクトの配置数を異なる数とした。しかし、この例に限らず、各チャネル間でコンタクトの配置の仕方を他の法則に従って変えるようにしてもよい。例えば、各チャネル間でゲートとコンタクトとの距離を変える、各チャネル間でコンタクトの位置(例えば、ドレイン・ソース領域内の中央部を基準とした相対位置)を変えるなどの方法を適用可能である。ただし、これらのいずれの場合でも、比較の対称とするモニタ回路間では、一方のチャネルにおけるコンタクトの配置の仕方を同じにすることが望ましい。
次に、参考のために、図19に示した従来のモニタ回路を用いた場合の遅延量測定の手順について説明し、上記の実施の形態におけるモニタ回路を用いた場合との測定結果の違いについて補足説明する。以下の図13〜図15には、図19に示したリングオシレータ上における論理ゲート素子の駆動インバータ回路(すなわち、図19におけるNANDゲート回路G11の出力段のインバータ回路、または、インバータ回路INV12〜INV15のいずれか)のレイアウトパターンの例を示す。
図13は、図19における駆動インバータ回路のレイアウトパターンの第1の例を示す図である。
図13(A)に示すレイアウトパターンは、図3に示したレイアウトパターンにおけるインバータ領域100と同じ構成を有している。図13(A)において、P型Si基板141およびNウェル領域142は、それぞれ図3におけるP型Si基板411およびNウェル領域421に対応する。また、グランド配線151および電源配線152は、それぞれ図3におけるグランド配線417および電源配線427に対応している。図13(A)におけるそれ以外の構成は、図3のインバータ領域100と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図13(A)に示すレイアウトパターンは、図3に示したレイアウトパターンにおけるインバータ領域100と同じ構成を有している。図13(A)において、P型Si基板141およびNウェル領域142は、それぞれ図3におけるP型Si基板411およびNウェル領域421に対応する。また、グランド配線151および電源配線152は、それぞれ図3におけるグランド配線417および電源配線427に対応している。図13(A)におけるそれ以外の構成は、図3のインバータ領域100と同様であるので、ここでは説明を省略する。
また、図13(B)に示すレイアウトパターンは、図13(A)のパターンに対して、ソース領域112,122およびドレイン領域113,123にそれぞれ配置するコンタクト116,126,117,127の数を、5本から1本に減らしたものである。
図14は、図19における駆動インバータ回路のレイアウトパターンの第2の例を示す図である。
図14(A)に示すレイアウトパターンは、図13(B)と同様のパターンである。そして、図14(B)に示すレイアウトパターンは、同図(A)のパターンに対して、ドレイン領域とソース領域とでコンタクトの位置が異なるようにしたものである。
図14(A)に示すレイアウトパターンは、図13(B)と同様のパターンである。そして、図14(B)に示すレイアウトパターンは、同図(A)のパターンに対して、ドレイン領域とソース領域とでコンタクトの位置が異なるようにしたものである。
図15は、図19における駆動インバータ回路のレイアウトパターンの第3の例を示す図である。
図15(A),(B)にそれぞれ示すレイアウトパターンは、図13(A)のパターンに対して、ゲートとコンタクトとの間の距離を変化させたものである。なお、図15(A)と同図(B)の各パターンでゲートとコンタクトとの間の距離を異なるものとするために、図15では、上記の図13の場合と比較して、負荷回路内のドレイン領域およびソース領域を、それらの並列方向に広くしている。
図15(A),(B)にそれぞれ示すレイアウトパターンは、図13(A)のパターンに対して、ゲートとコンタクトとの間の距離を変化させたものである。なお、図15(A)と同図(B)の各パターンでゲートとコンタクトとの間の距離を異なるものとするために、図15では、上記の図13の場合と比較して、負荷回路内のドレイン領域およびソース領域を、それらの並列方向に広くしている。
ここで、例えば、図13(A),(B)のように、コンタクトの配置数が異なる駆動インバータ回路を有するリングオシレータを、それぞれモニタ回路として半導体ウェハ上に複数形成しておき、それらのリングオシレータの発振周波数に基づいて、各リングオシレータの論理ゲート素子の遅延量を測定することを考える。この場合、コンタクトの数の変化に応じて、測定される遅延量も異なるものとなる。しかし、駆動インバータ回路に配置するコンタクトの数を変化させると、ゲート・コンタクト間のカップリング容量が変化するだけでなく、駆動インバータ回路の出力側の抵抗成分の大きさ(具体的には、コンタクトの抵抗成分およびドレイン・ソース間の抵抗成分)も変化してしまう。
また、例えば、図14(A),(B)のようにコンタクトの位置を変化させた場合では、各駆動インバータ回路では、ゲート・コンタクト間のカップリング容量の変化と比較して、ドレイン・ソース間の抵抗成分の方がより大きく変化してしまう。また、図15(A),(B)のようにコンタクトとゲートとの距離を変化させた場合でも、各駆動インバータ回路では、ゲート・コンタクト間のカップリング容量とともに、コンタクトの抵抗成分およびドレイン・ソース間の抵抗成分の大きさも変化してしまう。
このように、図13〜図15のような構成の駆動インバータ回路を備えたモニタ回路を用いて遅延量を比較した場合には、遅延量の変化の原因が、コンタクトの配置状態の違いに基づくゲート・コンタクト間のカップリング容量の違いに起因するのか、あるいは、駆動インバータ回路の出力側の抵抗成分の違いに起因するのかを判別することはできない。
これに対して、前述した実施の形態のように、各論理ゲート素子の出力側に負荷回路を接続した場合には、負荷回路のトランジスタには電流が流れないことから、負荷回路内のコンタクトの配置状態が変化しても、各駆動インバータ回路におけるコンタクトの抵抗成分やドレイン・ソース間の抵抗成分は変化しない。このため、負荷回路におけるコンタクトの配置状態がそれぞれ異なる複数のモニタ回路を用いて遅延量を測定することで、コンタクトの配置状態の違いに応じたゲート・コンタクト間のカップリング容量の変化と、遅延量の変化との関係を検証することが可能になる。
なお、以上説明した実施の形態では、各モニタ回路の負荷回路を、PチャネルMOSトランジスタ(トランジスタTr1)とNチャネルMOSトランジスタ(トランジスタTr2)との回路対によって構成した。しかし、負荷回路は、P型MOSトランジスタまたはN型MOSトランジスタのいずれか一方によって構成されていてもよい。この場合、各トランジスタのゲート端子が、対応する論理ゲート素子の出力配線に接続され、ドレイン端子およびソース端子が、ともに高圧側電源配線または低圧側電源配線(例えばグランド配線)の一方に接続される。
次に、上記実施の形態のモニタ回路を用いた半導体装置の試験方法の例について説明する。以下の例では、上記のモニタ回路を、プロセス工程の最適化を目的として利用する場合と、回路シミュレータで利用されるモデル(シミュレータモデル)の最適化を目的として利用する場合について説明する。
図16は、プロセス工程を最適化するための半導体装置の試験手順を示すフローチャートである。
まず、プロセス工程(ステップS11)において、半導体ウェハが製造される。このとき、半導体ウェハ上には、既存の種々のモニタ回路に加えて、上記実施の形態の負荷回路を有する複数のモニタ回路が形成される。
まず、プロセス工程(ステップS11)において、半導体ウェハが製造される。このとき、半導体ウェハ上には、既存の種々のモニタ回路に加えて、上記実施の形態の負荷回路を有する複数のモニタ回路が形成される。
ここで、既存のモニタ回路としては、素子の遅延量を始めとする各種の特性を測定するためのモニタ回路が含まれる。この中には、上記の図13〜図15に示したレイアウトパターンを有する回路(リングオシレータ)が含まれてもよい。
一方、負荷回路を有するモニタ回路としては、前述の第1〜第4の実施の形態で説明したように、コンタクトの配置の仕方がそれぞれ異なっている複数のモニタ回路が形成される。なお、これらのモニタ回路群でのレイアウトパターンの組み合わせは、上記の実施の形態で示した組み合わせに限らず、種々の組み合わせが可能である。
また、これらの既存のモニタ回路、および、負荷回路を有するモニタ回路の回路群は、例えば、半導体ウェハにおいて、半導体チップとして切断されるチップ領域とは別の、ウェハ評価用の回路領域に形成される。また、各チップ領域内にそれぞれモニタ回路群が形成されてもよい。また、ウェハ評価用領域とチップ領域の両方に、これらのモニタ回路群が形成されてもよい。
このような半導体ウェハが製造されると、次に、この半導体ウェハに形成された既存のモニタ回路を用いて、遅延量などの種々の特性についての測定が行われる(ステップS12)。さらに、半導体ウェハ上に新たに形成された、負荷回路を有するモニタ回路を用いた遅延量の測定が実行される(ステップS13)。
そして、これらの測定結果を基に、製造された半導体ウェハの特性が所定の条件を満たしているか否かが判定される(ステップS14)。この工程では、基本的には、測定値があらかじめ決められた許容範囲に収まっているか否かが判定される。負荷回路を有する各モニタ回路からの測定値については、測定された遅延量が所定の許容範囲内であるか否かが判定される。
ステップS14の判定では、すべての測定値が許容範囲に収まっている場合には、半導体ウェハの特性が所定の条件を満たしていると判定される。一方、少なくとも1つの測定値が許容範囲に収まっていない場合には、測定された特性が条件を満たしておらず、不良な半導体ウェハであると判定される。
ステップS14において、測定された特性が条件を満たしている場合には、次に、半導体ウェハ上の半導体チップごとに、上記の各種モニタ回路を用いた特性の測定が行われる(ステップS15,S16)。この工程の内容は、ステップS12,S13で説明した内容と同様である。そして、測定結果を基に、半導体チップの特性が所定の条件を満たしているか否かが判定される(ステップS17)。この工程でも、ステップS14と同様に、基本的には、測定値が所定の許容範囲に収まっているか否かが判定される。そして、すべての測定値が許容範囲に収まっている場合には、半導体ウェハの特性が所定の条件を満たしていると判定される。一方、少なくとも1つの測定値が許容範囲に収まっていない場合には、測定された特性が条件を満たしておらず、不良な半導体ウェハであると判定される。
ステップS17において、測定された特性が条件を満たしている場合には、その半導体チップの試験工程が終了される。
また、ステップS14において、測定された特性が条件を満たしていない場合、および、ステップS17において、測定された特性が条件を満たしていない場合には、対応する測定工程での測定結果が検証される。そして、その検証結果に基づき、プロセス工程での制御パラメータやレイアウトデータなどが、適正な値となるように更新される(ステップS18)。更新された制御パラメータやレイアウトデータは、例えば、次のロットにおけるプロセス工程(ステップS11)において適用される。
また、ステップS14において、測定された特性が条件を満たしていない場合、および、ステップS17において、測定された特性が条件を満たしていない場合には、対応する測定工程での測定結果が検証される。そして、その検証結果に基づき、プロセス工程での制御パラメータやレイアウトデータなどが、適正な値となるように更新される(ステップS18)。更新された制御パラメータやレイアウトデータは、例えば、次のロットにおけるプロセス工程(ステップS11)において適用される。
なお、ステップS15〜S17の処理は、製造された半導体ウェハ上の各チップ領域に、上記の各種モニタ回路が形成された場合にのみ実行される。また、ステップS15〜S17のように、半導体チップごとにモニタ回路の測定が行われることにより、半導体ウェハ上の特性のバラツキを検証することも可能になる。
また、ステップS12,S13の測定工程と、ステップS15,S16の測定工程とは、連続的に実行されずに、それぞれ個別に行われてもよい。例えば、ステップS14の判定の後、半導体ウェハから各チップ領域が切断されて、半導体チップが形成された後に、ステップS15〜S17の工程が実行されてもよい。
次に、図17は、シミュレータモデルを最適化するための半導体装置の試験手順を示すフローチャートである。
まず、プロセス工程(ステップS21)において半導体ウェハが製造され、この半導体ウェハ上に形成された各種モニタ回路を用いて、各種の特性の測定が行われる(ステップS22,S23)。これらのステップS21〜S23の工程は、図16のS11〜S13の工程と同様であり、半導体ウェハ上の既存のモニタ回路に加えて、上記の負荷回路を有するモニタ回路を用いて特性の測定が行われる。
まず、プロセス工程(ステップS21)において半導体ウェハが製造され、この半導体ウェハ上に形成された各種モニタ回路を用いて、各種の特性の測定が行われる(ステップS22,S23)。これらのステップS21〜S23の工程は、図16のS11〜S13の工程と同様であり、半導体ウェハ上の既存のモニタ回路に加えて、上記の負荷回路を有するモニタ回路を用いて特性の測定が行われる。
一方、測定対象の回路(すなわち、ステップS21で製造される半導体ウェハ上の回路)の設計データが、回路シミュレータに読み込まれる(ステップS24)。そして、回路シミュレータの処理により、シミュレータモデルに基づいて、ステップS22,S23で測定される回路の特性を示す値が算出される(ステップS25)。
次に、ステップS22,S23で測定された実測値と、ステップS25での算出値とが比較される(ステップS26)。この処理では、ステップS25での算出値が、ステップS22,S23での実測値を基準とした所定の許容範囲内に収まっているか否かが判定される。そして、許容範囲に収まっていれば、処理が終了される。
一方、許容範囲に収まっていない場合には、実測値と算出値とが検証され、その検証結果を基に、シミュレータモデルに対する改善項目が抽出される(ステップS27)。そして、抽出された改善項目が回路シミュレータに適用されて、シミュレータモデルが更新される(ステップS28)。これにより、次回のシミュレーション時には、遅延量などをより正確に算出できるようになる。
なお、ここでは例として、回路シミュレータで利用されるモデルを最適化することとしたが、この他に例えば、設計データを基に回路内の特定の特性を抽出するプログラムツール(例えば、抵抗成分および容量成分を基に論理ゲート素子の遅延量を抽出するためのツール)で利用されるモデルを最適化するようにしてもよい。この場合、ステップS24,S25においては、このプログラムツールが利用される。
また、上記の図16、あるいは図17における試験処理工程の少なくとも一部は、コンピュータの処理によって実現することができる。
図18は、試験処理を実行するコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。
図18は、試験処理を実行するコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。
図18に示すコンピュータ500は、CPU(Central Processing Unit)501、RAM(Random Access Memory)502、HDD(Hard Disk Drive)503、グラフィック処理部504、入力I/F(インタフェース)505および通信I/F506を有し、これらはバス507を介して相互に接続されている。
CPU501は、コンピュータ500全体に対する制御を司る。RAM502は、CPU501に実行させるプログラムの少なくとも一部や、このプログラムによる処理に必要な各種データを一時的に記憶する。HDD503には、OS(Operating System)やアプリケーションプログラム、各種データが格納される。このアプリケーションプログラムには、上記の試験処理を制御するための試験制御プログラムが含まれる。
グラフィック処理部504には、モニタ504aが接続されている。このグラフィック処理部504は、CPU501からの命令に従って、モニタ504aの画面上に画像を表示させる。入力I/F505には、キーボード505aやマウス505bが接続されている。この入力I/F505は、キーボード505aやマウス505bからの信号を、バス507を介してCPU501に送信する。通信I/F506は、通信ケーブルを介して、例えば、半導体ウェハや半導体チップの特性を測定する測定回路などの外部機器との間で、データの送受信を行う。
ここで、図16のフローチャートでは、例えば、ステップS14,S17,S18の処理が、試験制御プログラムを実行するコンピュータ500によって実現される。すなわち、コンピュータ500は、ステップS12,S13における測定値や、ステップS15,S16における測定値を読み込み、それぞれステップS14,S17の判定処理を実行する。そして、半導体ウェハあるいは半導体チップが不良と判定した場合に、ステップS18の処理を実行する。また、コンピュータ500が、ステップS12,S13、あるいはステップS15,S16において、試験装置を制御してモニタ回路からの測定結果を自動的に読み込むようにしてもよい。さらに、ステップS11のプロセス工程を含む全体の処理を、コンピュータ500が統合的に制御してもよい。
また、図17のフローチャートでは、例えば、ステップS26〜S28の処理が、試験制御プログラムを実行するコンピュータ500によって実現される。すなわち、コンピュータ500は、ステップS22,S23での測定値と、ステップS25での算出値とを読み込み、ステップS26〜S28の処理を実行する。また、これらの処理に加えて、ステップS24,S25の処理もコンピュータ500によって実現されてもよい。この場合には、ステップS24,S25においては、回路シミュレータまたはそのプログラムツールをコンピュータ500上で自動的に起動することで、これらの処理を実行させてもよい。
さらに、コンピュータ500が、ステップS22,S23において、試験装置を制御してモニタ回路からの測定結果を自動的に読み込むようにしてもよい。また、ステップS21のプロセス工程を含む全体の処理を、コンピュータ500が統合的に制御してもよい。
なお、上記のように、図16または図17の処理の少なくとも一部を実現するための機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合には、上記機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そして、そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録された光ディスクなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、そのプログラムを、サーバコンピュータからネットワークを介して他のコンピュータに転送することもできる。
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムまたはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1) 信号遅延特性を測定可能な試験回路を備えた半導体装置において、
複数の論理ゲート素子がループを構成するように縦続接続されたリングオシレータと、
ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する1つの前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタをそれぞれ同数だけ備え、前記リングオシレータの前記論理ゲート素子ごとに設けられた複数の負荷回路と、
を有する前記試験回路が、同一基板上に複数形成され、
前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、前記試験回路ごとに異なるように構成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記1) 信号遅延特性を測定可能な試験回路を備えた半導体装置において、
複数の論理ゲート素子がループを構成するように縦続接続されたリングオシレータと、
ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する1つの前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタをそれぞれ同数だけ備え、前記リングオシレータの前記論理ゲート素子ごとに設けられた複数の負荷回路と、
を有する前記試験回路が、同一基板上に複数形成され、
前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、前記試験回路ごとに異なるように構成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記2) 前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインおよびソースに接続されたコンタクトの数が、前記試験回路ごとに異なるように構成されていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記3) 前記負荷回路の前記トランジスタは、ゲートと、当該ゲートを挟んだドレインおよびソースに接続されたコンタクトとの距離が、前記試験回路ごとに異なるように構成されていることを特徴とする付記1または2記載の半導体装置。
(付記4) 1つの前記試験回路が備える前記負荷回路の前記トランジスタでは、ゲートを挟んだドレインおよびソースにおいてコンタクトがそれぞれ異なる位置に配置され、前記試験回路ごとに、ゲートを挟んだドレインとソースとの間におけるコンタクトの位置関係が異なっていることを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記5) 前記各試験回路は、前記負荷回路の前記トランジスタとして、ドレイン端子とソース端子とが第1の電源配線に共通に接続され、ゲート端子が対応する前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたPチャネルMOSトランジスタと、ドレイン端子とソース端子とが第2の電源配線に共通に接続され、ゲート端子が前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたNチャネルMOSトランジスタとのトランジスタ対を有することを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記6) 1つの前記試験回路が備える前記負荷回路では、PチャネルMOSトランジスタにおけるドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方と、NチャネルMOSトランジスタにおけるドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方とが異なっており、前記試験回路ごとに、前記負荷回路が備えるPチャネルMOSトランジスタまたはNチャネルMOSトランジスタの一方のみ、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が異なっていることを特徴とする付記5記載の半導体装置。
(付記7) 半導体装置の信号遅延特性を検証するための半導体装置の試験方法において、
遅延特性を測定するための複数の試験回路を備えた半導体装置を製造する製造工程と、
前記各試験回路が備える論理ゲート素子の遅延量を測定する測定工程と、
を含み、
前記製造工程では、
複数の前記論理ゲート素子がループを構成するように縦続接続されたリングオシレータと、
ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する1つの前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタをそれぞれ同数だけ備え、前記リングオシレータの前記論理ゲート素子ごとに設けられた複数の負荷回路と、
を有する前記試験回路が、同一基板上に複数形成され、
前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、前記試験回路ごとに異なるように構成されている前記半導体装置が製造されることを特徴とする半導体装置の試験方法。
遅延特性を測定するための複数の試験回路を備えた半導体装置を製造する製造工程と、
前記各試験回路が備える論理ゲート素子の遅延量を測定する測定工程と、
を含み、
前記製造工程では、
複数の前記論理ゲート素子がループを構成するように縦続接続されたリングオシレータと、
ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する1つの前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタをそれぞれ同数だけ備え、前記リングオシレータの前記論理ゲート素子ごとに設けられた複数の負荷回路と、
を有する前記試験回路が、同一基板上に複数形成され、
前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、前記試験回路ごとに異なるように構成されている前記半導体装置が製造されることを特徴とする半導体装置の試験方法。
(付記8) 前記測定工程は、前記半導体装置が半導体ウェハとして製造された状態で実行されることを特徴とする付記7記載の半導体装置の試験方法。
(付記9) 前記製造工程では、複数の前記試験回路が、それぞれ半導体チップを構成するチップ領域ごとに形成され、
前記測定工程では、前記チップ領域ごとに、複数の試験回路を用いた遅延量の測定が実行される、
ことを特徴とする付記7記載の半導体装置の試験方法。
(付記9) 前記製造工程では、複数の前記試験回路が、それぞれ半導体チップを構成するチップ領域ごとに形成され、
前記測定工程では、前記チップ領域ごとに、複数の試験回路を用いた遅延量の測定が実行される、
ことを特徴とする付記7記載の半導体装置の試験方法。
(付記10) 前記測定工程で測定された前記試験回路ごとの遅延量の少なくとも1つが所定の許容範囲に収まっていない場合に、遅延量の測定の検証結果に基づき、次の前記製造工程で適用する前記半導体装置のレイアウトパターンを適正化するプロセス適正化工程をさらに含むことを特徴とする付記7〜9のいずれか1項に記載の半導体装置の試験方法。
(付記11) 前記測定工程で測定された前記試験回路ごとの遅延量の実測値と、製造された前記半導体装置の設計データを基に当該試験回路ごとの遅延量をシミュレーションにより演算した算出値とを比較し、その比較結果に基づき、前記設計データに基づくシミュレーション演算に用いるデータを適正化するデータ適正化工程をさらに含むことを特徴とする付記7記載の半導体装置の試験方法。
41〜45 負荷回路
G11 NANDゲート回路
INV12〜INV15 インバータ回路
IN61 入力端子
R31〜R35 抵抗成分
Tr1 トランジスタ(PチャネルMOSトランジスタ)
Tr2 トランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)
G11 NANDゲート回路
INV12〜INV15 インバータ回路
IN61 入力端子
R31〜R35 抵抗成分
Tr1 トランジスタ(PチャネルMOSトランジスタ)
Tr2 トランジスタ(NチャネルMOSトランジスタ)
Claims (6)
- 信号遅延特性を測定可能な試験回路を備えた半導体装置において、
複数の論理ゲート素子がループを構成するように縦続接続されたリングオシレータと、
ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する1つの前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタをそれぞれ同数だけ備え、前記リングオシレータの前記論理ゲート素子ごとに設けられた複数の負荷回路と、
を有する前記試験回路が、同一基板上に複数形成され、
前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、前記試験回路ごとに異なるように構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインおよびソースに接続されたコンタクトの数が、前記試験回路ごとに異なるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記負荷回路の前記トランジスタは、ゲートと、当該ゲートを挟んだドレインおよびソースに接続されたコンタクトとの距離が、前記試験回路ごとに異なるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 1つの前記試験回路が備える前記負荷回路の前記トランジスタでは、ゲートを挟んだドレインおよびソースにおいてコンタクトがそれぞれ異なる位置に配置され、前記試験回路ごとに、ゲートを挟んだドレインとソースとの間におけるコンタクトの位置関係が異なっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記各試験回路は、前記負荷回路の前記トランジスタとして、ドレイン端子とソース端子とが第1の電源配線に共通に接続され、ゲート端子が対応する前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたPチャネルMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタと、ドレイン端子とソース端子とが第2の電源配線に共通に接続され、ゲート端子が前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたNチャネルMOSトランジスタとのトランジスタ対を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 半導体装置の信号遅延特性を検証するための半導体装置の試験方法において、
遅延特性を測定するための複数の試験回路を備えた半導体装置を製造する製造工程と、
前記各試験回路が備える論理ゲート素子の遅延量を測定する測定工程と、
を含み、
前記製造工程では、
複数の前記論理ゲート素子がループを構成するように縦続接続されたリングオシレータと、
ドレイン端子とソース端子とが電源配線に共通に接続され、ゲート端子が、対応する1つの前記論理ゲート素子の出力端子に接続されたトランジスタをそれぞれ同数だけ備え、前記リングオシレータの前記論理ゲート素子ごとに設けられた複数の負荷回路と、
を有する前記試験回路が、同一基板上に複数形成され、
前記負荷回路の前記トランジスタは、ドレインまたはソースの少なくとも一方に接続されたコンタクトの配置の仕方が、前記試験回路ごとに異なるように構成されている前記半導体装置が製造されることを特徴とする半導体装置の試験方法。
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JP2008169823A JP2010010515A (ja) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | 半導体装置およびその試験方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008169823A JP2010010515A (ja) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | 半導体装置およびその試験方法 |
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JP2008169823A Pending JP2010010515A (ja) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | 半導体装置およびその試験方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016134391A (ja) * | 2015-01-15 | 2016-07-25 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 回路シミュレーション装置、回路シミュレーション方法および回路シミュレーションプログラム |
WO2018056068A1 (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体装置および半導体装置の動作方法、並びに製造方法 |
-
2008
- 2008-06-30 JP JP2008169823A patent/JP2010010515A/ja active Pending
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