JP3736962B2 - 評価用半導体装置及びそれを用いたデバイスパラメータ抽出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造の電界効果型トランジスタの回路シミュレーション用パラメータを求めるための評価用半導体装置及びそれを用いたデバイスパラメータ抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路シミュレーションを行うにあたっては、ＳＰＩＣＥ（Simulation Program with IC Emphasis ）シミュレータなどの回路シミュレータに組み込まれたデバイスモデルが実際のデバイス特性を再現するように、トランジスタ特性等のパラメータ抽出が行われる。この抽出されたパラメータに基づき回路シミュレーションを行うことで、回路特性等が算出される。このトランジスタ特性等を示すパラメータは、回路シミュレーションにおいて重要なファクタであり、特に重要なファクタとなるパラメータは、実際に試作されたサンプルを実測し、その結果によって求められている。
【０００３】
電界効果トランジスタの回路シミュレーション用パラメータであるピンチオフ領域長を正確に求めるデバイスパラメータ抽出装置が、特公平７−７３１２９号公報に提案されている。このデバイスパラメータ抽出装置は、試作された複数のゲート長が異なる電界効果トランジスタを用いて、各電界効果トランジスタにゲート電圧を印加して抵抗値を算出する。そして、デバイスパラメータ抽出装置は、これらの抵抗値とゲート長と関係に基づきピンチオフ点を算出して、回路シミュレーションのパラメータとなるドレイン領域からピンチオフ点までのピンチオフ領域長を算出している。
【０００４】
また、電界効果トランジスタの実効的チャネル長等の回路シミュレーション用パラメータを求める方法が、特開昭５４−２６６６７号公報に提案されている。この方法は、試作されたゲート長の異なる複数の電界効果トランジスタについて、ドレイン電圧が微小なときのソース・ドレイン間の抵抗値をそれぞれ測定することで前記パラメータを算出している。
【０００５】
ところで、近年、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor ）型或いはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）型の電界効果トランジスタにおいては、ドレイン領域の端部における電界集中を緩和するために、ソース及びドレインを形成する高濃度不純物拡散領域のゲート電極側に前記高濃度不純物拡散領域よりも不純物の濃度が低い低濃度不純物拡散領域を設けたいわゆるＬＤＤ構造の電界効果トランジスタが用いられている。このＬＤＤ構造の電界効果トランジスタに関するパラメータも回路シミュレーションを行う場合には必要であり、特に、このＬＤＤ構造の電界効果トランジスタにおいては、ドレイン電流に影響を及ぼす低濃度不純物拡散領域の抵抗値を示すパラメータを求めることが、回路シミュレーションを精度よく行うためには必要とされている。
【０００６】
前記ＬＤＤ構造の電界効果型トランジスタの低濃度不純物拡散領域の抵抗値を評価可能な評価用素子が、特開平６−２３６９１２号公報に提案されている。この評価用素子には、少なくとも２個のダミーゲート電極が互いに近接するように形成されており、そのダミーゲート電極間に不純物を注入し低濃度不純物拡散領域が形成され、その低濃度不純物拡散領域上にダミーサイドウォールが形成されている。そして、ダミーゲート電極間の抵抗値を測定することで、低濃度不純物拡散領域における抵抗値を抽出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特公平７−７３１２９号公報に提案されているデバイスパラメータ抽出装置で行われる手法、又は特開昭５４−２６６６７号公報に提案されている方法を用いて、ＬＤＤ構造の評価用電界効果トランジスタの低濃度不純物拡散領域、高濃度不純物拡散領域、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む寄生抵抗値を求めることはできる。しかし、前述の手法又は方法では、ＬＤＤ構造の電界効果トランジスタの構成について考慮したものではないので、回路シミュレーションにおいて重要なパラメータである低濃度不純物拡散領域の抵抗値だけを求めることはできない。従って、ドレイン電流に影響を及ぼす低濃度不純物拡散領域の抵抗値を示すパラメータを求めることはできず、回路シミュレーションの精度を向上させることができないという問題がある。
【０００８】
また、特開平６−２３６９１２号公報に提案されている評価用素子を用いて、ＬＤＤ構造の評価用電界効果トランジスタの低濃度不純物拡散領域の抵抗値を示すパラメータを求めることも考えられる。しかし、ＬＤＤ構造の電界効果トランジスタでは、高濃度不純物拡散領域の形成時の横方向拡散によって、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間における不純物の濃度分布は段階的になっている。前記評価用素子を用いる場合には、低濃度不純物拡散領域の濃度分布が均一な部分の抵抗値しか求めることができないので、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間における段階的な不純物の濃度分布が反映された抵抗値を求めることができないという問題がある。
【０００９】
また、前記評価用素子で求めた低濃度不純物拡散領域の抵抗値を用いてＬＤＤ構造の低濃度不純物拡散領域の抵抗値を求める場合、対象となるＬＤＤ構造の電界効果トランジスタの低濃度不純物拡散領域の長さを求める必要がある、しかしながら、この低濃度不純物拡散領域の正確な長さを求めることは、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間では、不純物の濃度分布が段階的であるため困難である。このため前記評価用素子では、正確な低濃度不純物拡散領域の抵抗値を算出することができず、回路シミュレーションの精度を向上させることができないという問題がある。
【００１０】
この発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものにして、回路シミュレーションの精度を向上させるために、いわゆるＬＤＤ構造の電界効果トランジスタにおける低濃度不純物拡散領域の抵抗値を正確に求めることができる評価用半導体装置及びそれを用いたデバイスパラメータ抽出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の評価用半導体装置は、電界効果トランジスタのソース及びドレインを形成する高濃度不純物拡散領域のゲート電極側に隣接して前記高濃度不純物拡散領域よりも不純物の濃度が低い低濃度不純物拡散領域が設けられる評価用半導体装置において、ソース側の第１の位置でソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第１ソース評価用電極及びドレイン側の第１の位置でドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第１ドレイン評価用電極を備えるとともに、ソース側の第２の位置でソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第２ソース評価用電極及びドレイン側の第２の位置でドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第２ドレイン評価用電極を備え、前記第１の位置はゲート電極から前記高濃度不純物拡散領域と前記低濃度不純物拡散領域との境界部分に近接した位置、前記第２の位置はゲート電極から第１の位置よりも遠い位置であることを特徴とする。
【００１２】
上述の構成によれば、第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極と、第２ソース評価用電極及び第２ドレイン評価用電極を用いて評価用半導体装置の電気的特性を測定することで、前記ＬＤＤ領域の抵抗値を算出することができる。これによって、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間の段階的な濃度分布を加味した前記ＬＤＤ領域の抵抗値を求めることができる。この抵抗値を回路シミュレーション用パラメータとして用いることで、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。
【００１３】
また、第１ソース評価用電極と第２ソース評価用電極の間、又は第１ドレイン評価用電極と第２ドレイン評価用電極の間の抵抗値を求めることで、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値を算出することができる。
【００１４】
また、前記ゲート電極から前記第１の位置までの距離は、デザインルールで規定される最小間隔幅であってもよい。
【００１５】
第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極がオーミットコンタクトする第１の位置を、低濃度不純物拡散領域のより正確な抵抗値を算出するために、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との境界部分に設定することが好ましい。しかし、ゲート電極と前記境界部分との間の距離は、デザインルールで規定される最小間隔幅よりも小さい。従って、第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極が前記境界部分でオーミックコンタクトするように構成することは困難である。そこで、第１の位置をゲート電極からデザインルールで規定される最小間隔幅の位置に設定することで、第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極が前記境界部分に可能な限り近い第１の位置でオーミットコンタクトするように構成することができる。これによって、極力、低濃度不純物拡散領域の抵抗値が反映されたＬＤＤ領域の抵抗値を算出することができる。
【００１６】
この場合、前述の高濃度不純物拡散領域のシート抵抗を用いて、ＬＤＤ領域における高濃度不純物拡散領域部分の抵抗値を算出し、ＬＤＤ領域の抵抗値から算出した高濃度不純物拡散領域部分の抵抗値を減算することで、正確な低濃度不純物拡散領域の抵抗値を求めてもよい。この抵抗値を回路シミュレーション用パラメータとして用いることで、回路シミュレーションの精度をより向上させることができる。
【００１７】
また、この発明のデバイスパラメータ抽出装置は、測定条件に基づいてゲート長の異なる複数の前記評価用半導体装置の電気的特性を測定する測定手段と、前記評価用半導体装置の第１ドレイン評価用電極と第２ソース評価用電極との間又は第１ソース評価用電極と第２ドレイン評価用電極との間に印加する電圧と複数のゲート電圧とを測定条件として前記測定手段に与え、前記測定手段からの測定結果に基づき実質的なゲート長における寄生抵抗値を算出する寄生抵抗値算出手段と、第１ソース評価用電極と第２ソース評価用電極との間、又は第１ドレイン評価用電極と第２ドレイン評価用電極との間に印加する電圧を測定条件として前記測定手段に与え、前記測定手段からの測定結果に基づき電極間抵抗値を算出する電極間抵抗値算出手段と、前記寄生抵抗値と前記電極間抵抗値とに基づき低濃度不純物拡散領域を含む領域の抵抗値を算出する領域抵抗値算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
上述の構成によれば、前記評価用半導体装置のＬＤＤ領域の抵抗値を正確に算出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の評価用半導体装置及びそれを備えたデバイスパラメータ抽出装置の実施の形態について、図に従い説明する。なお、本実施の形態では、この発明の評価用半導体装置は、評価用電界効果トランジスタで構成される。
【００２０】
（評価用半導体装置）
図１は、本実施の形態に係る評価用半導体装置を構成する評価用電界効果トランジスタのゲート電極と各評価用電極との位置関係を示した平面図である。図２は、図１に示す評価用電界効果トランジスタ１０のＩ−Ｉにおける断面図である。この実施の形態における評価用電界効果トランジスタ１０は、ＬＤＤ構造のＭＩＳ型又はＭＯＳ型の電界効果トランジスタである。
【００２１】
この評価用電界効果トランジスタ１０は、ｐ型又はｎ型のシリコン基板２０上にゲート酸化膜２３を介してゲート電極１１が形成される。そして、ゲート電極１１をマスクとしてｎ型又はｐ型の不純物をイオン注入し、低濃度不純物拡散領域２５が形成される。このゲート電極１１の側壁に酸化膜をエッチバックすることによりサイドウォール２６が形成され、このサイドウォール２６及びゲート電極１１をマスクとし、前記低濃度不純物拡散領域２５を形成した場合よりもドーズ量及び注入エネルギーを大きくしてｎ型又はｐ型の不純物をイオン注入することにより高濃度不純物拡散領域２７が形成される。これらの両領域２５，２７は、活性化のための熱処理が施されて、基板２０にＬＤＤ構造からなるソースＳ及びドレインＤが形成される。
【００２２】
そして、前記ゲート電極１１、サイドウォール２６、及び高濃度不純物拡散領域２７上にシリコン酸化膜２８が堆積され、リソグラフィ及びエッチングによりゲート電極１１の両端から距離Ｌ１及び距離Ｌ２の位置にそれぞれコンタクトホールが形成される。すなわち、ソースＳを構成する高濃度不純物拡散領域２７に第１ソースコンタクト領域１２ｓ及び第２ソースコンタクト領域１３ｓが形成され、ドレインＤを構成する高濃度不純物拡散領域２７に第１ドレインコンタクト領域１２ｄ及び第２ドレインコンタクト領域１３ｄがそれぞれ形成される。
【００２３】
なお、ゲート電極１１もコンタクトホールを介して取り出し用電極１６と接続されている。
【００２４】
さて、この評価用電界効果トランジスタ１０は、ゲート電極１１の両端からデザインルールで規定される最小の間隔を示す距離Ｌ１（例えば、０．５μｍ）の第１の位置に第１ソースコンタクト領域１２ｓ及び第１ドレインコンタクト領域１２ｄが形成されている。ゲート電極１１の両端からデザインルールで規定される最小の間隔を示す距離Ｌ１に第１ソースコンタクト領域１２ｓ及び第１ドレインコンタクト領域１２ｄを形成することにより、ＬＤＤ構造の低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との境界部分に最も近い部分にコンタクト領域を形成することができる。そして、第１ソース評価用電極１４ｓ１は、第１ソースコンタクト領域１２ｓでソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされ、第１ドレイン評価用電極１４ｄ１は、第１ドレインコンタクト領域１２ｄでドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされる。
【００２５】
また、ゲート電極１１の両端から前記距離Ｌ１よりは遠い距離Ｌ２（例えば、４．０μｍ）の第２の位置に第２ソースコンタクト領域１３ｓ及び第２ドレインコンタクト領域１３ｄが形成されている。そして、第２ソース評価用電極１４ｓ２は、第２ソースコンタクト領域１３ｓでソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされ、第２ドレイン評価用電極１４ｄ２は、第２ドレインコンタクト領域１３ｄでドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされる。
【００２６】
上述のように形成されたＬＤＤ構造の電界効果トランジスタ１０の低濃度不純物拡散領域２５と、ゲート電極１１から距離Ｌ１の第１の位置までの高濃度不純物拡散領域２７ａとをＬＤＤ領域Ｘとする。そして、前記第１ソース評価用電極１４ｓ１と、第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と、第２ソース評価用電極１４ｓ２又は第２ドレイン評価用電極１４ｄ２を用いて、評価用半導体装置の電気的特性を測定することで、低濃度不純物拡散領域２５と高濃度不純物拡散領域２７ａとの間の濃度分布を加味したＬＤＤ領域Ｘの抵抗値を求めることができる。
【００２７】
この抵抗値を回路シミュレーション用パラメータとして用いることで、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。
【００２８】
また、第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２の間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２の間の抵抗値を求めることで、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値を算出することができる。そして、高濃度不純物拡散領域の面積だけが異なる他の評価用半導体装置の電極間抵抗値と、算出された電極間抵抗値とを比較することで、高濃度不純物拡散領域のシート抵抗を求めることができ、高濃度不純物拡散領域の抵抗値を算出することができる。また、同様にして、コンタクト抵抗の抵抗値と配線抵抗の抵抗値とを求めることもできる。
【００２９】
（デバイスパラメータ抽出装置）
次に、前述のように形成された評価用電界トランジスタ１０を用いて前記ＬＤＤ領域Ｘの抵抗値を算出するデバイスパラメータ抽出装置について説明を行う。図３は、デバイスパラメータ抽出装置３０の内部構成を示すブロック図である。
【００３０】
このデバイスパラメータ抽出装置３０では、ゲート長の異なる複数の前記評価用トランジスタ１０からなる評価用電界効果トランジスタ群３１を用いる。本実施の形態では、評価用電界効果トランジスタ群３１は、例えば、ゲート長Ｌ＝０．５μｍ，０．８μｍ，１．２μｍのｎＭＯＳ型の評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃで構成される。これらの評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいて、ゲート電極１１から第１ソース評価用電極１４ｓ１及び第１ドレイン評価用電極１４ｄ１までの距離Ｌ１は０．５μｍであり、ゲート電極１１から第２ソース評価用電極１４ｓ２及び第２ドレイン評価用電極１４ｄ２までの距離Ｌ２は４．０μｍであり、ゲート幅は２０μｍである。
【００３１】
前記評価用電界効果トランジスタ群３１は、デバイスパラメータ抽出装置３０の測定部３２に取り付けられる。この測定部３２には、ウェハ状態で測定する場合はプローバが用いられ、パッケージ状態で測定する場合はパッケージ取付用ソケットが用いられる。また、測定部３２には、測定するトランジスタを切り換えるために、スイッチングマトリクス装置が用いられる。このスイッチングマトリクス装置には、複数のスイッチが評価用電界効果トランジスタ群３１の各トランジスタに対応するように構成されており、例えば、ＯＮ状態になったスイッチに対応するトランジスタが測定対象となるように切り換えることができる。このスイッチングマトリクス装置を用いることで、容易且つ迅速に測定するトランジスタを切り換えることができる。また、測定部３２にプローバを用いる場合に、複数のプローブ（針）が形成されたプローブシートを用いてもよく、このプローブシートを用いることで１度に複数の電界効果トランジスタ（素子）を測定することができ、より測定効率を向上させることができる。
【００３２】
デバイスパラメータ抽出装置３０では、測定部３２に取り付けられた評価用電界効果トランジスタ群３１を測定するための測定条件が、キーボード等から成る入力装置３７から入力され、閾値電圧算出部４２及び電極間抵抗値算出部４４に与えられる。
【００３３】
閾値電圧算出部４２は、与えられた測定条件に基づき測定部３２を制御し、測定部３２は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄを測定する。そして、閾値電圧算出部４２は、測定部３２の測定結果に基づき後述する手法で各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈをそれぞれ求める。求められた各閾値電圧Ｖｔｈは、前記測定条件とともに寄生抵抗値算出部４３に与えられる。
【００３４】
寄生抵抗値算出部４３は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈに基づきゲート電圧Ｖｇを設定し、このゲート電圧Ｖｇと前記測定条件とに基づき測定部３２を制御し、その制御によって、測定部３２は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのドレイン電流Ｉｄを測定する。そして、寄生抵抗値算出部４３は、測定部３２の測定結果であるドレイン電流Ｉｄを用いて、後述する手法により寄生抵抗値Ｒｅｘを求め、この寄生抵抗値Ｒｅｘは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる。
【００３５】
電極間抵抗値算出部４４は、与えられた測定条件に基づき測定部３２を制御し、その制御によって、測定部３２は各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間に流れる電流Ｉｏを測定する。そして、電極間抵抗値算出部４４は、測定部３２の測定結果である電流Ｉｏを用いて、後述する手法により抵抗値Ｒｏを求め、この抵抗値Ｒｏは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる。
【００３６】
ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５は、前記寄生抵抗Ｒｅｘ及び抵抗値Ｒｏに基づき後述する手法によりＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄを算出し、その抵抗値Ｒｌｄｄを出力装置３９に与える。出力装置３９は、ＣＲＴ等の表示装置やプリンタなどで構成されており、与えられた抵抗値Ｒｌｄｄを出力する。
【００３７】
次に、デバイスパラメータ抽出装置３０の具体的な処理動作について以下に説明を行う。図４は、デバイスパラメータ抽出装置３０の具体的な処理動作を示すフローチャートである。
【００３８】
先ず、入力装置３７にて入力された三極管領域のドレイン電圧Ｖｄ＝０．１Ｖ，ゲート電圧Ｖｇ＝０〜３Ｖ（０．０５Ｖ間隔）が測定条件として閾値電圧算出部４２に与えられる。閾値電圧算出部４２は与えられた測定条件に基づき測定部３２を制御し、測定部３２では、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２の間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第１ソース評価用電極１４ｓ１の間にドレイン電圧Ｖｄが印加され、ゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄが測定される。そして、閾値電圧算出部４２は、測定部３２の測定結果に基づき各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとの特性を求める（ステップＳ１）。
【００３９】
閾値電圧算出部４２は、求めた各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとの特性を示す曲線の傾きが最大となる点をそれぞれ求め、それらの点における前記特性を示す曲線に対する接線をそれぞれ求める。そして、閾値電圧算出部４２は、各接線上のドレイン電流Ｉｄ＝０となるゲート電圧Ｖｇの値をそれぞれ求め、求めたゲート電圧Ｖｇからドレイン電圧Ｖｄ／２を減算し、各算出結果を各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈとする（ステップＳ２）。各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈは、測定条件であるドレイン電圧Ｖｄとともに寄生抵抗値算出部４３に与えられる。
【００４０】
寄生抵抗値算出部４３は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈに基づき、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖ又は２．０Ｖとなるようなゲート電圧Ｖｇをそれぞれ求める。寄生抵抗値算出部４３は、このゲート電圧Ｖｇとドレイン電圧Ｖｄとに基づいて測定部３２を制御する。測定部３２では、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおける第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２の間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間にドレイン電圧Ｖｄが印加され、２つのゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄがそれぞれ計測される（ステップＳ３）。
【００４１】
電極間抵抗値算出部４４は、入力装置３７にて入力された電圧０．１Ｖが測定条件として与えられ、この測定条件に基づいて測定部３２を制御する。測定部３２では、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのいずれか１つの第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間、又は第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間に電圧０．１Ｖが印加され、電流Ｉｏが計測される（ステップＳ４）。なお、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間、及び第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間に電圧０．１Ｖがそれぞれ印加され、６つの電流が求められるようにしてもよい。また、測定条件として入力された電圧０．１Ｖはドレイン電圧Ｖｄと同じであり、この測定条件をドレイン電圧Ｖｄと同じ値にすることが最も好ましいが、他の値であってもよい。
【００４２】
寄生抵抗値算出部４３は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖによって求められたゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄを用いて、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの抵抗値Ｒ＝２．５／Ｉｄを算出する。そして、寄生抵抗値算出部４３は、これらの抵抗値Ｒと各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート長Ｌとの関係を示す第１の回帰直線Ｒ＝ａＬ＋ｂの定数ａ，ｂを求める。また、寄生抵抗値算出部４３は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．０Ｖによって求められたゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄを用いて、同様に第２の回帰直線Ｒ＝ａＬ＋ｂの定数ａ，ｂを求める。そして、寄生抵抗値算出部４３は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖに対する第１の回帰直線と、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．０Ｖに対する第２の回帰直線との交点を求め、その交点の抵抗値Ｒｅｘを低濃度不純物拡散領域の抵抗、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む寄生抵抗値Ｒｅｘとする。前記交点の抵抗値Ｒｅｘは、ピンチオフ領域長が０である場合の実質的なチャネル長に対する抵抗値を示す。この寄生抵抗値Ｒｅｘは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる（ステップＳ５）。
【００４３】
また、電極間抵抗値算出部４４は、ドレイン電圧Ｖｄと同じ電圧０．１ＶとステップＳ４で計測された電流Ｉｏとに基づき、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値Ｒｏ＝０．１／Ｉｏを算出する（ステップＳ６）。この電極間抵抗値Ｒｏは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる。なお、６つの電流が測定された場合は、電極間抵抗値算出部４４は、６つの電流の平均値を用いて抵抗値Ｒｏを算出する。
【００４４】
ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５は、前記寄生抵抗Ｒｅｘ及び前記抵抗値Ｒｏを用いて、ＬＤＤ領域の抵抗値Ｒｌｄｄ＝（Ｒｅｘ−Ｒｏ）／２を抽出する（ステップＳ７）。このＬＤＤ領域の抵抗値Ｒｌｄｄは、出力装置３９に与えられ、出力装置３９は、与えられた抵抗値Ｒｌｄｄを出力する（ステップＳ８）。
【００４５】
上述のデバイスパラメータ抽出装置３０を用いることで、低濃度不純物拡散領域２５と高濃度不純物拡散領域２７ａとの間における段階的な濃度分布が加味されたＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄを求めることができる。この抵抗値Ｒｌｄｄを用いることで、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、ゲート電圧Ｖｇが比較的高い値に決定される（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖ又は２．０Ｖを用いて、ゲート電圧Ｖｇを設定することが最も好ましい。これは、ゲート電圧Ｖｇが高くなるとチャネル抵抗が小さくなり、相対的にＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄの影響が大きくなるためである。上述の抵抗値Ｒｌｄｄ＝（Ｒｅｘ−Ｒｏ）／２の式は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖ又は２．０Ｖ時の抵抗値Ｒｌｄｄのチャネル抵抗が略０に近くなることを利用したものである。
【００４７】
また、このようにＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄがゲート電圧Ｖｇによって変化することを関係式として求めておき、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝（２．５Ｖ，２．３Ｖ）、（２．３Ｖ，２．１Ｖ）、（２．１Ｖ，１．９Ｖ）、…における寄生抵抗値Ｒｅｘをそれぞれ求めることで、ＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄのバイアス依存性を求めることができる。そして、これを利用して、ゲート電圧Ｖｇが低い場合でもＬＤＤ領域の抵抗値Ｒｌｄｄを求めることができる。
【００４８】
また、上述のデバイスパラメータ抽出装置３０にて第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間の抵抗値を求めることで、高濃度不純物拡散領域２７の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値Ｒｏを算出することができる。そして、この電極間抵抗値Ｒｏから同一ウェハ上で形成された高濃度不純物拡散領域２７の面積だけが互いに異なる他の評価用電界効果トランジスタの電極間抵抗値を減算すると、異なる面積分に対する抵抗値を算出することができ、高濃度不純物拡散領域２７のシート抵抗を求めることができる。従って、このシート抵抗を用いて高濃度不純物拡散領域２７の抵抗値を求めることができる。同様に、前記電極抵抗値Ｒｏから配線の長さだけが互いに異なる他の評価用電界効果トランジスタの電極間抵抗値を減算することで、単位長さ当たりの抵抗値を求めることができ、配線抵抗の抵抗値を求めることもできる。さらに、電極間抵抗値Ｒｏから高濃度不純物拡散領域２７の抵抗値と前記配線抵抗の抵抗値とを減算することで、コンタクト抵抗の抵抗値を求めることもできる。また、上述した手法と同様にしてコンタクト抵抗も求めることもできる。
【００４９】
本実施の形態では、距離Ｌ１をデザインルールで規定される最小間隔幅にすることで、第１ソース評価用電極１４ｓ１又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１を低濃度不純物拡散領域２５と高濃度不純物拡散領域２７ａとの境界部分に極力近い部分でオーミックコンタクトさせることができ、ＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄに低濃度不純物拡散領域２５の抵抗値がより反映されるようにしている。
【００５０】
また、ＬＤＤ領域Ｘにおける高濃度不純物拡散領域２７ａの抵抗値を、前述の高濃度不純物拡散領域２７のシート抵抗を用いて算出し、抵抗値Ｒｌｄｄからその値を減算することで、より正確な低濃度不純物拡散領域２５の抵抗値を求めることができる。この抵抗値を回路シミュレーションとして用いることで、回路シミュレーションの精度をより向上させることができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、デバイスパラメータ装置の評価用電界効果トランジスタ群３１に３つの電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えたが、チャネル長の異なる電界効果トランジスタ１０を少なくとも２つ備える構成であればよい。
【００５２】
【発明の効果】
上述の発明によれば、ゲート電極と第１の位置の間に、前記高濃度不純物拡散領域と前記低濃度不純物拡散領域との境界部分が形成されるので、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間の濃度分布を加味したＬＤＤ領域の抵抗値を求めることができる。このため、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。そして、ゲート電極と第１の位置の間の高濃度不純物拡散領域部分の抵抗値は、第１ソース評価用電極と第２ソース評価用電極の間、又は第１ドレイン評価用電極と第２ドレイン評価用電極の間の電極間抵抗値を用いて求められた高濃度不純物拡散領域のシート抵抗に基づき求めることができ、前記ＬＤＤ領域の抵抗値から前記高濃度不純物拡散領域の抵抗値を減算することで、正確な低濃度不純物拡散領域の抵抗値を求めることができ、回路シミュレーションの精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る評価用半導体装置を構成する評価用電界効果トランジスタのゲート電極と各評価用電極との位置関係を示した平面図である。
【図２】図１に示す評価用電界効果トランジスタのＩ−Ｉにおける断面図である。
【図３】デバイスパラメータ抽出装置の内部構成を示すブロック図である。
【図４】デバイスパラメータ抽出装置の具体的な処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 評価用電界効果トランジスタ
１１ ゲート電極
１２ｄ 第１ドレインコンタクト領域
１２ｓ 第１ソースコンタクト領域
１３ｄ 第２ドレインコンタクト領域
１３ｓ 第２ソースコンタクト領域
１４ｄ１ 第１ドレイン評価用電極
１４ｓ１ 第１ソース評価用電極
１４ｄ２ 第２ドレイン評価用電極
１４ｓ２ 第２ソース評価用電極
２５ 低濃度不純物拡散領域
２７，２７ａ 高濃度不純物拡散領域
３０ デバイスパラメータ抽出装置
３１ 評価用電界効果トランジスタ群
３２ 測定部
３７ 入力装置
３９ 出力装置
４２ 閾値算出部
４３ 寄生抵抗値算出部
４４ 電極間抵抗値算出部
４５ ＬＤＤ領域抵抗値算出部
Ｌ１，Ｌ２ 距離
Ｘ ＬＤＤ領域
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造の電界効果型トランジスタの回路シミュレーション用パラメータを求めるための評価用半導体装置及びそれを用いたデバイスパラメータ抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路シミュレーションを行うにあたっては、ＳＰＩＣＥ（Simulation Program with IC Emphasis ）シミュレータなどの回路シミュレータに組み込まれたデバイスモデルが実際のデバイス特性を再現するように、トランジスタ特性等のパラメータ抽出が行われる。この抽出されたパラメータに基づき回路シミュレーションを行うことで、回路特性等が算出される。このトランジスタ特性等を示すパラメータは、回路シミュレーションにおいて重要なファクタであり、特に重要なファクタとなるパラメータは、実際に試作されたサンプルを実測し、その結果によって求められている。
【０００３】
電界効果トランジスタの回路シミュレーション用パラメータであるピンチオフ領域長を正確に求めるデバイスパラメータ抽出装置が、特公平７−７３１２９号公報に提案されている。このデバイスパラメータ抽出装置は、試作された複数のゲート長が異なる電界効果トランジスタを用いて、各電界効果トランジスタにゲート電圧を印加して抵抗値を算出する。そして、デバイスパラメータ抽出装置は、これらの抵抗値とゲート長と関係に基づきピンチオフ点を算出して、回路シミュレーションのパラメータとなるドレイン領域からピンチオフ点までのピンチオフ領域長を算出している。
【０００４】
また、電界効果トランジスタの実効的チャネル長等の回路シミュレーション用パラメータを求める方法が、特開昭５４−２６６６７号公報に提案されている。この方法は、試作されたゲート長の異なる複数の電界効果トランジスタについて、ドレイン電圧が微小なときのソース・ドレイン間の抵抗値をそれぞれ測定することで前記パラメータを算出している。
【０００５】
ところで、近年、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor ）型或いはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）型の電界効果トランジスタにおいては、ドレイン領域の端部における電界集中を緩和するために、ソース及びドレインを形成する高濃度不純物拡散領域のゲート電極側に前記高濃度不純物拡散領域よりも不純物の濃度が低い低濃度不純物拡散領域を設けたいわゆるＬＤＤ構造の電界効果トランジスタが用いられている。このＬＤＤ構造の電界効果トランジスタに関するパラメータも回路シミュレーションを行う場合には必要であり、特に、このＬＤＤ構造の電界効果トランジスタにおいては、ドレイン電流に影響を及ぼす低濃度不純物拡散領域の抵抗値を示すパラメータを求めることが、回路シミュレーションを精度よく行うためには必要とされている。
【０００６】
前記ＬＤＤ構造の電界効果型トランジスタの低濃度不純物拡散領域の抵抗値を評価可能な評価用素子が、特開平６−２３６９１２号公報に提案されている。この評価用素子には、少なくとも２個のダミーゲート電極が互いに近接するように形成されており、そのダミーゲート電極間に不純物を注入し低濃度不純物拡散領域が形成され、その低濃度不純物拡散領域上にダミーサイドウォールが形成されている。そして、ダミーゲート電極間の抵抗値を測定することで、低濃度不純物拡散領域における抵抗値を抽出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特公平７−７３１２９号公報に提案されているデバイスパラメータ抽出装置で行われる手法、又は特開昭５４−２６６６７号公報に提案されている方法を用いて、ＬＤＤ構造の評価用電界効果トランジスタの低濃度不純物拡散領域、高濃度不純物拡散領域、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む寄生抵抗値を求めることはできる。しかし、前述の手法又は方法では、ＬＤＤ構造の電界効果トランジスタの構成について考慮したものではないので、回路シミュレーションにおいて重要なパラメータである低濃度不純物拡散領域の抵抗値だけを求めることはできない。従って、ドレイン電流に影響を及ぼす低濃度不純物拡散領域の抵抗値を示すパラメータを求めることはできず、回路シミュレーションの精度を向上させることができないという問題がある。
【０００８】
また、特開平６−２３６９１２号公報に提案されている評価用素子を用いて、ＬＤＤ構造の評価用電界効果トランジスタの低濃度不純物拡散領域の抵抗値を示すパラメータを求めることも考えられる。しかし、ＬＤＤ構造の電界効果トランジスタでは、高濃度不純物拡散領域の形成時の横方向拡散によって、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間における不純物の濃度分布は段階的になっている。前記評価用素子を用いる場合には、低濃度不純物拡散領域の濃度分布が均一な部分の抵抗値しか求めることができないので、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間における段階的な不純物の濃度分布が反映された抵抗値を求めることができないという問題がある。
【０００９】
また、前記評価用素子で求めた低濃度不純物拡散領域の抵抗値を用いてＬＤＤ構造の低濃度不純物拡散領域の抵抗値を求める場合、対象となるＬＤＤ構造の電界効果トランジスタの低濃度不純物拡散領域の長さを求める必要がある、しかしながら、この低濃度不純物拡散領域の正確な長さを求めることは、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間では、不純物の濃度分布が段階的であるため困難である。このため前記評価用素子では、正確な低濃度不純物拡散領域の抵抗値を算出することができず、回路シミュレーションの精度を向上させることができないという問題がある。
【００１０】
この発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものにして、回路シミュレーションの精度を向上させるために、いわゆるＬＤＤ構造の電界効果トランジスタにおける低濃度不純物拡散領域の抵抗値を正確に求めることができる評価用半導体装置及びそれを用いたデバイスパラメータ抽出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の評価用半導体装置は、電界効果トランジスタのソース及びドレインを形成する高濃度不純物拡散領域のゲート電極側に隣接して前記高濃度不純物拡散領域よりも不純物の濃度が低い低濃度不純物拡散領域が設けられる評価用半導体装置において、ソース側の第１の位置でソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第１ソース評価用電極及びドレイン側の第１の位置でドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第１ドレイン評価用電極を備えるとともに、ソース側の第２の位置でソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第２ソース評価用電極及びドレイン側の第２の位置でドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第２ドレイン評価用電極を備え、前記第１の位置はゲート電極から前記高濃度不純物拡散領域と前記低濃度不純物拡散領域との境界部分に近接した位置、前記第２の位置はゲート電極から第１の位置よりも遠い位置であることを特徴とする。
【００１２】
上述の構成によれば、第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極と、第２ソース評価用電極及び第２ドレイン評価用電極を用いて評価用半導体装置の電気的特性を測定することで、前記ＬＤＤ領域の抵抗値を算出することができる。これによって、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間の段階的な濃度分布を加味した前記ＬＤＤ領域の抵抗値を求めることができる。この抵抗値を回路シミュレーション用パラメータとして用いることで、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。
【００１３】
また、第１ソース評価用電極と第２ソース評価用電極の間、又は第１ドレイン評価用電極と第２ドレイン評価用電極の間の抵抗値を求めることで、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値を算出することができる。
【００１４】
また、前記ゲート電極から前記第１の位置までの距離は、デザインルールで規定される最小間隔幅であってもよい。
【００１５】
第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極がオーミットコンタクトする第１の位置を、低濃度不純物拡散領域のより正確な抵抗値を算出するために、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との境界部分に設定することが好ましい。しかし、ゲート電極と前記境界部分との間の距離は、デザインルールで規定される最小間隔幅よりも小さい。従って、第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極が前記境界部分でオーミックコンタクトするように構成することは困難である。そこで、第１の位置をゲート電極からデザインルールで規定される最小間隔幅の位置に設定することで、第１ソース評価用電極及び第１ドレイン評価用電極が前記境界部分に可能な限り近い第１の位置でオーミットコンタクトするように構成することができる。これによって、極力、低濃度不純物拡散領域の抵抗値が反映されたＬＤＤ領域の抵抗値を算出することができる。
【００１６】
この場合、前述の高濃度不純物拡散領域のシート抵抗を用いて、ＬＤＤ領域における高濃度不純物拡散領域部分の抵抗値を算出し、ＬＤＤ領域の抵抗値から算出した高濃度不純物拡散領域部分の抵抗値を減算することで、正確な低濃度不純物拡散領域の抵抗値を求めてもよい。この抵抗値を回路シミュレーション用パラメータとして用いることで、回路シミュレーションの精度をより向上させることができる。
【００１７】
また、この発明のデバイスパラメータ抽出装置は、測定条件に基づいてゲート長の異なる複数の前記評価用半導体装置の電気的特性を測定する測定手段と、前記評価用半導体装置の第１ドレイン評価用電極と第２ソース評価用電極との間又は第１ソース評価用電極と第２ドレイン評価用電極との間に印加する電圧と複数のゲート電圧とを測定条件として前記測定手段に与え、前記測定手段からの測定結果に基づき実質的なゲート長における寄生抵抗値を算出する寄生抵抗値算出手段と、第１ソース評価用電極と第２ソース評価用電極との間、又は第１ドレイン評価用電極と第２ドレイン評価用電極との間に印加する電圧を測定条件として前記測定手段に与え、前記測定手段からの測定結果に基づき電極間抵抗値を算出する電極間抵抗値算出手段と、前記寄生抵抗値と前記電極間抵抗値とに基づき低濃度不純物拡散領域を含む領域の抵抗値を算出する領域抵抗値算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
上述の構成によれば、前記評価用半導体装置のＬＤＤ領域の抵抗値を正確に算出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の評価用半導体装置及びそれを備えたデバイスパラメータ抽出装置の実施の形態について、図に従い説明する。なお、本実施の形態では、この発明の評価用半導体装置は、評価用電界効果トランジスタで構成される。
【００２０】
（評価用半導体装置）
図１は、本実施の形態に係る評価用半導体装置を構成する評価用電界効果トランジスタのゲート電極と各評価用電極との位置関係を示した平面図である。図２は、図１に示す評価用電界効果トランジスタ１０のＩ−Ｉにおける断面図である。この実施の形態における評価用電界効果トランジスタ１０は、ＬＤＤ構造のＭＩＳ型又はＭＯＳ型の電界効果トランジスタである。
【００２１】
この評価用電界効果トランジスタ１０は、ｐ型又はｎ型のシリコン基板２０上にゲート酸化膜２３を介してゲート電極１１が形成される。そして、ゲート電極１１をマスクとしてｎ型又はｐ型の不純物をイオン注入し、低濃度不純物拡散領域２５が形成される。このゲート電極１１の側壁に酸化膜をエッチバックすることによりサイドウォール２６が形成され、このサイドウォール２６及びゲート電極１１をマスクとし、前記低濃度不純物拡散領域２５を形成した場合よりもドーズ量及び注入エネルギーを大きくしてｎ型又はｐ型の不純物をイオン注入することにより高濃度不純物拡散領域２７が形成される。これらの両領域２５，２７は、活性化のための熱処理が施されて、基板２０にＬＤＤ構造からなるソースＳ及びドレインＤが形成される。
【００２２】
そして、前記ゲート電極１１、サイドウォール２６、及び高濃度不純物拡散領域２７上にシリコン酸化膜２８が堆積され、リソグラフィ及びエッチングによりゲート電極１１の両端から距離Ｌ１及び距離Ｌ２の位置にそれぞれコンタクトホールが形成される。すなわち、ソースＳを構成する高濃度不純物拡散領域２７に第１ソースコンタクト領域１２ｓ及び第２ソースコンタクト領域１３ｓが形成され、ドレインＤを構成する高濃度不純物拡散領域２７に第１ドレインコンタクト領域１２ｄ及び第２ドレインコンタクト領域１３ｄがそれぞれ形成される。
【００２３】
なお、ゲート電極１１もコンタクトホールを介して取り出し用電極１６と接続されている。
【００２４】
さて、この評価用電界効果トランジスタ１０は、ゲート電極１１の両端からデザインルールで規定される最小の間隔を示す距離Ｌ１（例えば、０．５μｍ）の第１の位置に第１ソースコンタクト領域１２ｓ及び第１ドレインコンタクト領域１２ｄが形成されている。ゲート電極１１の両端からデザインルールで規定される最小の間隔を示す距離Ｌ１に第１ソースコンタクト領域１２ｓ及び第１ドレインコンタクト領域１２ｄを形成することにより、ＬＤＤ構造の低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との境界部分に最も近い部分にコンタクト領域を形成することができる。そして、第１ソース評価用電極１４ｓ１は、第１ソースコンタクト領域１２ｓでソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされ、第１ドレイン評価用電極１４ｄ１は、第１ドレインコンタクト領域１２ｄでドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされる。
【００２５】
また、ゲート電極１１の両端から前記距離Ｌ１よりは遠い距離Ｌ２（例えば、４．０μｍ）の第２の位置に第２ソースコンタクト領域１３ｓ及び第２ドレインコンタクト領域１３ｄが形成されている。そして、第２ソース評価用電極１４ｓ２は、第２ソースコンタクト領域１３ｓでソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされ、第２ドレイン評価用電極１４ｄ２は、第２ドレインコンタクト領域１３ｄでドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトされる。
【００２６】
上述のように形成されたＬＤＤ構造の電界効果トランジスタ１０の低濃度不純物拡散領域２５と、ゲート電極１１から距離Ｌ１の第１の位置までの高濃度不純物拡散領域２７ａとをＬＤＤ領域Ｘとする。そして、前記第１ソース評価用電極１４ｓ１と、第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と、第２ソース評価用電極１４ｓ２又は第２ドレイン評価用電極１４ｄ２を用いて、評価用半導体装置の電気的特性を測定することで、低濃度不純物拡散領域２５と高濃度不純物拡散領域２７ａとの間の濃度分布を加味したＬＤＤ領域Ｘの抵抗値を求めることができる。
【００２７】
この抵抗値を回路シミュレーション用パラメータとして用いることで、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。
【００２８】
また、第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２の間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２の間の抵抗値を求めることで、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値を算出することができる。そして、高濃度不純物拡散領域の面積だけが異なる他の評価用半導体装置の電極間抵抗値と、算出された電極間抵抗値とを比較することで、高濃度不純物拡散領域のシート抵抗を求めることができ、高濃度不純物拡散領域の抵抗値を算出することができる。また、同様にして、コンタクト抵抗の抵抗値と配線抵抗の抵抗値とを求めることもできる。
【００２９】
（デバイスパラメータ抽出装置）
次に、前述のように形成された評価用電界トランジスタ１０を用いて前記ＬＤＤ領域Ｘの抵抗値を算出するデバイスパラメータ抽出装置について説明を行う。図３は、デバイスパラメータ抽出装置３０の内部構成を示すブロック図である。
【００３０】
このデバイスパラメータ抽出装置３０では、ゲート長の異なる複数の前記評価用トランジスタ１０からなる評価用電界効果トランジスタ群３１を用いる。本実施の形態では、評価用電界効果トランジスタ群３１は、例えば、ゲート長Ｌ＝０．５μｍ，０．８μｍ，１．２μｍのｎＭＯＳ型の評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃで構成される。これらの評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいて、ゲート電極１１から第１ソース評価用電極１４ｓ１及び第１ドレイン評価用電極１４ｄ１までの距離Ｌ１は０．５μｍであり、ゲート電極１１から第２ソース評価用電極１４ｓ２及び第２ドレイン評価用電極１４ｄ２までの距離Ｌ２は４．０μｍであり、ゲート幅は２０μｍである。
【００３１】
前記評価用電界効果トランジスタ群３１は、デバイスパラメータ抽出装置３０の測定部３２に取り付けられる。この測定部３２には、ウェハ状態で測定する場合はプローバが用いられ、パッケージ状態で測定する場合はパッケージ取付用ソケットが用いられる。また、測定部３２には、測定するトランジスタを切り換えるために、スイッチングマトリクス装置が用いられる。このスイッチングマトリクス装置には、複数のスイッチが評価用電界効果トランジスタ群３１の各トランジスタに対応するように構成されており、例えば、ＯＮ状態になったスイッチに対応するトランジスタが測定対象となるように切り換えることができる。このスイッチングマトリクス装置を用いることで、容易且つ迅速に測定するトランジスタを切り換えることができる。また、測定部３２にプローバを用いる場合に、複数のプローブ（針）が形成されたプローブシートを用いてもよく、このプローブシートを用いることで１度に複数の電界効果トランジスタ（素子）を測定することができ、より測定効率を向上させることができる。
【００３２】
デバイスパラメータ抽出装置３０では、測定部３２に取り付けられた評価用電界効果トランジスタ群３１を測定するための測定条件が、キーボード等から成る入力装置３７から入力され、閾値電圧算出部４２及び電極間抵抗値算出部４４に与えられる。
【００３３】
閾値電圧算出部４２は、与えられた測定条件に基づき測定部３２を制御し、測定部３２は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄを測定する。そして、閾値電圧算出部４２は、測定部３２の測定結果に基づき後述する手法で各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈをそれぞれ求める。求められた各閾値電圧Ｖｔｈは、前記測定条件とともに寄生抵抗値算出部４３に与えられる。
【００３４】
寄生抵抗値算出部４３は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈに基づきゲート電圧Ｖｇを設定し、このゲート電圧Ｖｇと前記測定条件とに基づき測定部３２を制御し、その制御によって、測定部３２は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのドレイン電流Ｉｄを測定する。そして、寄生抵抗値算出部４３は、測定部３２の測定結果であるドレイン電流Ｉｄを用いて、後述する手法により寄生抵抗値Ｒｅｘを求め、この寄生抵抗値Ｒｅｘは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる。
【００３５】
電極間抵抗値算出部４４は、与えられた測定条件に基づき測定部３２を制御し、その制御によって、測定部３２は各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間に流れる電流Ｉｏを測定する。そして、電極間抵抗値算出部４４は、測定部３２の測定結果である電流Ｉｏを用いて、後述する手法により抵抗値Ｒｏを求め、この抵抗値Ｒｏは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる。
【００３６】
ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５は、前記寄生抵抗Ｒｅｘ及び抵抗値Ｒｏに基づき後述する手法によりＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄを算出し、その抵抗値Ｒｌｄｄを出力装置３９に与える。出力装置３９は、ＣＲＴ等の表示装置やプリンタなどで構成されており、与えられた抵抗値Ｒｌｄｄを出力する。
【００３７】
次に、デバイスパラメータ抽出装置３０の具体的な処理動作について以下に説明を行う。図４は、デバイスパラメータ抽出装置３０の具体的な処理動作を示すフローチャートである。
【００３８】
先ず、入力装置３７にて入力された三極管領域のドレイン電圧Ｖｄ＝０．１Ｖ，ゲート電圧Ｖｇ＝０〜３Ｖ（０．０５Ｖ間隔）が測定条件として閾値電圧算出部４２に与えられる。閾値電圧算出部４２は与えられた測定条件に基づき測定部３２を制御し、測定部３２では、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２の間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第１ソース評価用電極１４ｓ１の間にドレイン電圧Ｖｄが印加され、ゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄが測定される。そして、閾値電圧算出部４２は、測定部３２の測定結果に基づき各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとの特性を求める（ステップＳ１）。
【００３９】
閾値電圧算出部４２は、求めた各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとの特性を示す曲線の傾きが最大となる点をそれぞれ求め、それらの点における前記特性を示す曲線に対する接線をそれぞれ求める。そして、閾値電圧算出部４２は、各接線上のドレイン電流Ｉｄ＝０となるゲート電圧Ｖｇの値をそれぞれ求め、求めたゲート電圧Ｖｇからドレイン電圧Ｖｄ／２を減算し、各算出結果を各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈとする（ステップＳ２）。各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈは、測定条件であるドレイン電圧Ｖｄとともに寄生抵抗値算出部４３に与えられる。
【００４０】
寄生抵抗値算出部４３は、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの閾値電圧Ｖｔｈに基づき、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖ又は２．０Ｖとなるようなゲート電圧Ｖｇをそれぞれ求める。寄生抵抗値算出部４３は、このゲート電圧Ｖｇとドレイン電圧Ｖｄとに基づいて測定部３２を制御する。測定部３２では、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおける第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２の間、又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間にドレイン電圧Ｖｄが印加され、２つのゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄがそれぞれ計測される（ステップＳ３）。
【００４１】
電極間抵抗値算出部４４は、入力装置３７にて入力された電圧０．１Ｖが測定条件として与えられ、この測定条件に基づいて測定部３２を制御する。測定部３２では、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのいずれか１つの第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間、又は第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間に電圧０．１Ｖが印加され、電流Ｉｏが計測される（ステップＳ４）。なお、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間、及び第１ソース評価用電極１４ｓ１と第２ソース評価用電極１４ｓ２との間に電圧０．１Ｖがそれぞれ印加され、６つの電流が求められるようにしてもよい。また、測定条件として入力された電圧０．１Ｖはドレイン電圧Ｖｄと同じであり、この測定条件をドレイン電圧Ｖｄと同じ値にすることが最も好ましいが、他の値であってもよい。
【００４２】
寄生抵抗値算出部４３は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖによって求められたゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄを用いて、各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの抵抗値Ｒ＝２．５／Ｉｄを算出する。そして、寄生抵抗値算出部４３は、これらの抵抗値Ｒと各評価用電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのゲート長Ｌとの関係を示す第１の回帰直線Ｒ＝ａＬ＋ｂの定数ａ，ｂを求める。また、寄生抵抗値算出部４３は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．０Ｖによって求められたゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄを用いて、同様に第２の回帰直線Ｒ＝ａＬ＋ｂの定数ａ，ｂを求める。そして、寄生抵抗値算出部４３は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖに対する第１の回帰直線と、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．０Ｖに対する第２の回帰直線との交点を求め、その交点の抵抗値Ｒｅｘを低濃度不純物拡散領域の抵抗、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む寄生抵抗値Ｒｅｘとする。前記交点の抵抗値Ｒｅｘは、ピンチオフ領域長が０である場合の実質的なチャネル長に対する抵抗値を示す。この寄生抵抗値Ｒｅｘは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる（ステップＳ５）。
【００４３】
また、電極間抵抗値算出部４４は、ドレイン電圧Ｖｄと同じ電圧０．１ＶとステップＳ４で計測された電流Ｉｏとに基づき、高濃度不純物拡散領域の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値Ｒｏ＝０．１／Ｉｏを算出する（ステップＳ６）。この電極間抵抗値Ｒｏは、ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５に与えられる。なお、６つの電流が測定された場合は、電極間抵抗値算出部４４は、６つの電流の平均値を用いて抵抗値Ｒｏを算出する。
【００４４】
ＬＤＤ領域抵抗値算出部４５は、前記寄生抵抗Ｒｅｘ及び前記抵抗値Ｒｏを用いて、ＬＤＤ領域の抵抗値Ｒｌｄｄ＝（Ｒｅｘ−Ｒｏ）／２を抽出する（ステップＳ７）。このＬＤＤ領域の抵抗値Ｒｌｄｄは、出力装置３９に与えられ、出力装置３９は、与えられた抵抗値Ｒｌｄｄを出力する（ステップＳ８）。
【００４５】
上述のデバイスパラメータ抽出装置３０を用いることで、低濃度不純物拡散領域２５と高濃度不純物拡散領域２７ａとの間における段階的な濃度分布が加味されたＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄを求めることができる。この抵抗値Ｒｌｄｄを用いることで、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、ゲート電圧Ｖｇが比較的高い値に決定される（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖ又は２．０Ｖを用いて、ゲート電圧Ｖｇを設定することが最も好ましい。これは、ゲート電圧Ｖｇが高くなるとチャネル抵抗が小さくなり、相対的にＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄの影響が大きくなるためである。上述の抵抗値Ｒｌｄｄ＝（Ｒｅｘ−Ｒｏ）／２の式は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝２．５Ｖ又は２．０Ｖ時の抵抗値Ｒｌｄｄのチャネル抵抗が略０に近くなることを利用したものである。
【００４７】
また、このようにＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄがゲート電圧Ｖｇによって変化することを関係式として求めておき、（Ｖｇ−Ｖｔｈ）＝（２．５Ｖ，２．３Ｖ）、（２．３Ｖ，２．１Ｖ）、（２．１Ｖ，１．９Ｖ）、…における寄生抵抗値Ｒｅｘをそれぞれ求めることで、ＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄのバイアス依存性を求めることができる。そして、これを利用して、ゲート電圧Ｖｇが低い場合でもＬＤＤ領域の抵抗値Ｒｌｄｄを求めることができる。
【００４８】
また、上述のデバイスパラメータ抽出装置３０にて第１ドレイン評価用電極１４ｄ１と第２ドレイン評価用電極１４ｄ２との間の抵抗値を求めることで、高濃度不純物拡散領域２７の抵抗、コンタクト抵抗、及び配線抵抗を含む電極間抵抗値Ｒｏを算出することができる。そして、この電極間抵抗値Ｒｏから同一ウェハ上で形成された高濃度不純物拡散領域２７の面積だけが互いに異なる他の評価用電界効果トランジスタの電極間抵抗値を減算すると、異なる面積分に対する抵抗値を算出することができ、高濃度不純物拡散領域２７のシート抵抗を求めることができる。従って、このシート抵抗を用いて高濃度不純物拡散領域２７の抵抗値を求めることができる。同様に、前記電極抵抗値Ｒｏから配線の長さだけが互いに異なる他の評価用電界効果トランジスタの電極間抵抗値を減算することで、単位長さ当たりの抵抗値を求めることができ、配線抵抗の抵抗値を求めることもできる。さらに、電極間抵抗値Ｒｏから高濃度不純物拡散領域２７の抵抗値と前記配線抵抗の抵抗値とを減算することで、コンタクト抵抗の抵抗値を求めることもできる。また、上述した手法と同様にしてコンタクト抵抗も求めることもできる。
【００４９】
本実施の形態では、距離Ｌ１をデザインルールで規定される最小間隔幅にすることで、第１ソース評価用電極１４ｓ１又は第１ドレイン評価用電極１４ｄ１を低濃度不純物拡散領域２５と高濃度不純物拡散領域２７ａとの境界部分に極力近い部分でオーミックコンタクトさせることができ、ＬＤＤ領域Ｘの抵抗値Ｒｌｄｄに低濃度不純物拡散領域２５の抵抗値がより反映されるようにしている。
【００５０】
また、ＬＤＤ領域Ｘにおける高濃度不純物拡散領域２７ａの抵抗値を、前述の高濃度不純物拡散領域２７のシート抵抗を用いて算出し、抵抗値Ｒｌｄｄからその値を減算することで、より正確な低濃度不純物拡散領域２５の抵抗値を求めることができる。この抵抗値を回路シミュレーションとして用いることで、回路シミュレーションの精度をより向上させることができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、デバイスパラメータ装置の評価用電界効果トランジスタ群３１に３つの電界効果トランジスタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えたが、チャネル長の異なる電界効果トランジスタ１０を少なくとも２つ備える構成であればよい。
【００５２】
【発明の効果】
上述の発明によれば、ゲート電極と第１の位置の間に、前記高濃度不純物拡散領域と前記低濃度不純物拡散領域との境界部分が形成されるので、低濃度不純物拡散領域と高濃度不純物拡散領域との間の濃度分布を加味したＬＤＤ領域の抵抗値を求めることができる。このため、回路シミュレーションの精度の向上を図ることができる。そして、ゲート電極と第１の位置の間の高濃度不純物拡散領域部分の抵抗値は、第１ソース評価用電極と第２ソース評価用電極の間、又は第１ドレイン評価用電極と第２ドレイン評価用電極の間の電極間抵抗値を用いて求められた高濃度不純物拡散領域のシート抵抗に基づき求めることができ、前記ＬＤＤ領域の抵抗値から前記高濃度不純物拡散領域の抵抗値を減算することで、正確な低濃度不純物拡散領域の抵抗値を求めることができ、回路シミュレーションの精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る評価用半導体装置を構成する評価用電界効果トランジスタのゲート電極と各評価用電極との位置関係を示した平面図である。
【図２】図１に示す評価用電界効果トランジスタのＩ−Ｉにおける断面図である。
【図３】デバイスパラメータ抽出装置の内部構成を示すブロック図である。
【図４】デバイスパラメータ抽出装置の具体的な処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 評価用電界効果トランジスタ
１１ ゲート電極
１２ｄ 第１ドレインコンタクト領域
１２ｓ 第１ソースコンタクト領域
１３ｄ 第２ドレインコンタクト領域
１３ｓ 第２ソースコンタクト領域
１４ｄ１ 第１ドレイン評価用電極
１４ｓ１ 第１ソース評価用電極
１４ｄ２ 第２ドレイン評価用電極
１４ｓ２ 第２ソース評価用電極
２５ 低濃度不純物拡散領域
２７，２７ａ 高濃度不純物拡散領域
３０ デバイスパラメータ抽出装置
３１ 評価用電界効果トランジスタ群
３２ 測定部
３７ 入力装置
３９ 出力装置
４２ 閾値算出部
４３ 寄生抵抗値算出部
４４ 電極間抵抗値算出部
４５ ＬＤＤ領域抵抗値算出部
Ｌ１，Ｌ２ 距離
Ｘ ＬＤＤ領域
Claims (3)
- 電界効果トランジスタのソース及びドレインを形成する高濃度不純物拡散領域のゲート電極側に隣接して前記高濃度不純物拡散領域よりも不純物の濃度が低い低濃度不純物拡散領域が設けられる評価用半導体装置において、ソース側の第１の位置でソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第１ソース評価用電極及びドレイン側の第１の位置でドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第１ドレイン評価用電極を備えるとともに、ソース側の第２の位置でソースの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第２ソース評価用電極及びドレイン側の第２の位置でドレインの不純物拡散領域とオーミックコンタクトする第２ドレイン評価用電極を備え、前記第１の位置はゲート電極から前記高濃度不純物拡散領域と前記低濃度不純物拡散領域との境界部分に近接した位置、前記第２の位置はゲート電極から第１の位置よりも遠い位置であることを特徴とする評価用半導体装置。
- 前記ゲート電極から前記第１の位置までの距離は、デザインルールで規定される最小間隔幅であることを特徴とする請求項１に記載の評価用半導体装置。
- 測定条件に基づいてゲート長の異なる複数の請求項１又は２に記載の評価用半導体装置の電気的特性を測定する測定手段と、前記評価用半導体装置の第１ドレイン評価用電極と第２ソース評価用電極との間又は第１ソース評価用電極と第２ドレイン評価用電極との間に印加する電圧と複数のゲート電圧とを測定条件として前記測定手段に与え、前記測定手段からの測定結果に基づき実質的なゲート長における寄生抵抗値を算出する寄生抵抗値算出手段と、第１ソース評価用電極と第２ソース評価用電極との間又は第１ドレイン評価用電極と第２ドレイン評価用電極との間に印加する電圧を測定条件として前記測定手段に与え、前記測定手段からの測定結果に基づき電極間抵抗値を算出する電極間抵抗値算出手段と、前記寄生抵抗値と前記電極間抵抗値とに基づき低濃度不純物拡散領域を含む領域の抵抗値を算出する領域抵抗値算出手段と、を備えることを特徴とするデバイスパラメータ抽出装置。
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