JP3812306B2

JP3812306B2 - 耐圧評価用パターンを複数備える半導体装置

Info

Publication number: JP3812306B2
Application number: JP2000254359A
Authority: JP
Inventors: 順瀧澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: JP2002076085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置（半導体チップ）を設計するための耐圧評価用パターンに係り、特にパターンとパターンとの間の距離を定めるための半導体装置の耐圧評価用パターンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（１）は、半導体装置の一例を示す一部断面図である。この半導体装置１０は、シリコンウエハからなる半導体基板１２の上部にｐウエル１４が設けてあって、このｐウエル１４の上部がＬＯＣＯＳ（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉｌｉｃｏｎ）などの選択酸化により形成した素子分離領域１６によって、複数の素子形成領域に分割してある。そして、素子形成領域には、半導体素子である例えばｎチャネルＭＯＳ（ｎＭＯＳ）１８ａ、１８ｂが形成してある。
【０００３】
すなわち、これらのｎＭＯＳ１８ａ、１８ｂは、ｐウエル１４の上にゲート酸化膜２０ａ、２０ｂを介してポリシリコンなどからなるゲート電極２２ａ、２２ｂが設けてある。ゲート電極２２ａ、２２ｂの両側には、ｐウエル１４にｎ型不純物を拡散して形成したソース領域２４ａ、２４ｂとドレイン領域２６ａ、２６ｂとが設けられ、これらソース領域２４ａ、２４ｂとドレイン領域２６ａ、２６ｂとの間がチャネル領域２８ａ、２８ｂとなっている。そして、ｎＭＯＳ１８ａ、１８ｂを覆って二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）などからなる絶縁層３０が設けてある。この絶縁層３０には、コンタクトホール３２がソース領域２４ａ、２４ｂとドレイン領域２６ａ、２６ｂとに対応した位置に貫通して形成され、これらのコンタクトホール３２を介して絶縁層３０の上に設けた金属配線３４（３４ａ〜３４ｄ）がソース領域２４ａ、２４ｂとドレイン領域２６ａ、２６ｂに接続してある。
【０００４】
ところで、絶縁層３０のコンタクトホール３２は、一般に四フッ化炭素（ＣＨ₄ ）などのエッチングガスをプラズマ化して二酸化ケイ素と反応させるドライエッチングによって形成される。しかし、成膜した絶縁層３０の厚さのばらつきやエッチングガスの流れの影響などにより、図５（２）の左側のコンタクトホール３２ａに示したように、オーバーエッチングとなってソースやドレインを構成している不純物拡散領域の一部までエッチングしてしまう場合がある。そして、このような深いコンタクトホール３２ａがマスクずれなどによって素子分離領域１６の近くに形成されると、コンタクトホール３２ａを埋めている配線３４ｂが、ドレイン領域２６ａを突き抜けてしまうことがある。このため、配線３４ｂと配線３４ｃとの間にダイオードが形成された状態となり、配線３４ｂ、３４ｃ間に順方向の電圧が印加されると、ｐウエル１４を通って配線３４ｂ、３４ｃ間に電流が流れてｎＭＯＳとして機能を発揮させることができない。そこで、従来は、半導体装置を設計する際に、ＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ）と呼ばれる半導体装置の評価用パターンの一部に、図６に示したような耐圧評価用のテストパターンを形成し、コンタクトホール３０、すなわち配線３４を形成する位置を定めていた。
【０００５】
この従来のＴＥＧは、半導体チップ内に複数の素子分離領域４０（４０ａ、４０ｂ、………）を設け、その両側に組をなす不純物を拡散させたソース４２（４２ａ、４２ｂ、………）とドレイン４４（４４ａ、４４ｂ、………）とを形成する。そして、各ソース４２とドレイン４４とを覆って絶縁層（図示せず）を設けたのち、絶縁層の各ソース４２、ドレイン４４と対応した位置のそれぞれに、深さのばらつきが生ずるのを考慮して、複数のコンタクトホール４６（４６ａ、４６ｂ、………）、４８（４８ａ、４８ｂ、………）を形成する。ソース４２のコンタクトホール４６は、マスクずれによって形成位置がずれたとしても耐圧が低下しないような、素子分離領域４０の端から十分に離れた一定距離Ｄ₀ の位置に形成する。また、ドレイン４４側のコンタクトホール４８は、図６に示してあるように、素子分離領域４０の端からのｄ₁ 、ｄ₂ のように、距離ｄを所定量（例えば０．１μｍ）ずつ変えた位置に形成する。そして、これらのコンタクトホール４６、４８を埋めて配線５０（５０ａ、５０ｂ、………）、５２（５２ａ、５２ｂ、………）を設け、これらの配線５０、５２を介してソース４２とドレイン４４との間に電圧を印加して耐圧（Ｖ）を測定する。
【０００６】
耐圧は、図７に示したように、素子分離領域４０とドレイン４４のコンタクトホール４８との距離ｄが十分に離れたｄ₀ 以上であれば一定の値を示す。しかし、距離ｄがｄ₀ より小さくなると、距離ｄが小さくなるに従って耐圧が低下してくる。そこで、従来は、半導体装置を設計する場合、耐圧が低下し始める距離ｄ₀ を求めるとともに、これに余裕を持たせた距離ｄ_a を例えばｎＭＯＳ１８ａ、１８ｂのためのコンタクトホール３２を形成する位置の設計値としていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようにＴＥＧを用いて耐圧を測定し、ｎＭＯＳ１８ａ、１８ｂのためのコンタクトホール３２を形成する位置を決定する場合、ＴＥＧを形成するときに、マスクずれによってＴＥＧのコンタクトホール４８の形成位置が設計位置からずれることがある。例えば、設計値では、素子分離領域４０とコンタクトホール４８との距離ｄを１μｍとしてあるのに、実際には素子分離領域４０から１．３μｍ離れた位置にコンタクトホール４８が形成される場合がある。このような場合、本来、ｄ＝１μｍでは設計した耐圧が得られないにもかかわらず、十分な耐圧が得られるように過大評価され、ｎＭＯＳ１８のコンタクトホール３２の素子分離領域１６からの距離を１μｍとして設計されることにより、十分な耐圧が得られず、設計不良を生ずる。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、パターン形成時にマスクずれが生じたとしても、十分な耐圧を有する半導体装置を設計できるようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐圧評価用パターンを複数備える半導体装置は、耐圧評価用パターンを複数備える半導体装置において、前記耐圧評価用パターンは、半導体基板と、前記半導体基板に形成された１対の第１ドレイン及び第２ドレインと、前記第１ドレイン及び前記第２ドレインを挟むように、前記半導体基板に形成された１対の第１ソース及び第２ソースと、前記第１ドレイン、前記第２ドレイン、前記第１ソース及び前記第２ソースを互いに電気的に分離するＬＯＣＯＳと、前記第１ドレイン、前記第２ドレイン、前記第１ソース及び前記第２ソースを覆う絶縁層と、前記絶縁層の前記第１ドレインに対応した位置に形成され、前記第１ドレインの長手方向に一列に整列された第１コンタクトホールと、前記絶縁層の前記第２ドレインに対応した位置に形成され、前記第２ドレインの長手方向に一列に整列された第２コンタクトホールと、前記絶縁層の前記第１ソースに対応した位置に形成され、前記第１ソースの長手方向に一列に整列された第３コンタクトホールと、前記絶縁層の前記第２ソースに対応した位置に形成され、前記第２ソースの長手方向に一列に整列された第４コンタクトホールと、前記第１コンタクトホールに充填された第１導電材と、前記第２コンタクトホールに充填された第２導電材と、前記第３コンタクトホールに充填された第３導電材と、前記第４コンタクトホールに充填された第４導電材と、前記第１導電材と前記第２導電材とに接続されている第１金属配線と、前記第３導電材と前記第４導電材とに接続されている第２金属配線と、を有し、前記第１コンタクトホール、前記第２コンタクトホール、前記第３コンタクトホール及び前記第４コンタクトホールは、前記第１ドレインと前記第２ドレインとの間の前記ＬＯＣＯＳの幅方向中心に対して、線対称に配置されており、前記第１コンタクトホール及び前記第２コンタクトホールは、複数の前記耐圧評価用パターンごとに、前記ＬＯＣＯＳの端から位置を変えるように形成され、前記第３コンタクトホール及び前記第４コンタクトホールは、前記ＬＯＣＯＳの端から一定位置に形成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体装置の耐圧評価用パターンの好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１実施の形態に係る半導体装置の耐圧評価用パターンの絶縁層を省略した平面図を示したものである。図１において、ＴＥＧの耐圧評価用パターン６０は、半導体チップに形成してあって、不純物を拡散させた２つのソース６２ａ、６２ｂと２つのドレイン６４ａ、６４ｂとが１つの組を形成している。そして、これらのソース６２（６２ａ、６２ｂ）とドレイン６４（６４ａ、６４ｂ）とは、ＬＯＣＯＳによる選択酸化により形成した厚い二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）からなる分離領域６６（６６ａ、６６ｂ、６６ｃ）によって電気的に分離してある。さらに、この実施形態においては、各ソース６２とドレイン６４とが直線的に配置してあるとともに、一対のソース６２ａ、６２ｂが外側に、一対のドレイン６４ａ、６４ｂが一対のソース６２ａ、６２ｂの内側に配置してある。
【００１５】
ソース６２とドレイン６４は、図示しない二酸化ケイ素からなる絶縁層によって覆ってある。そして、ソース６２とドレイン６４とを覆った絶縁層には、各ソース６２ａ、６２ｂ、ドレイン６４ａ、６４ｂとのそれぞれと対応した位置に、パターン部となるコンタクトホール６８（６８ａ、６８ｂ）、７０（７０ａ、７０ｂ）が設けてある。これらのコンタクトホール６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂは、形成される深さのばらつきを考慮してそれぞれ複数設けてあり、ソース６２、ドレイン６４の長手方向、すなわち図１の上下方向に一列に整列させてある。
【００１６】
各コンタクトホール６８、７０には、スパッタリングなどによってアルミニウムなどの導電材（配線）が充填してある。このコンタクトホール６８、７０に充填した導電材は、絶縁層の上に設けた金属配線７２（７２ａ、７２ｂ）、７４（７４ａ、７４ｂ）に接続してあり、ソース６２、ドレイン６４と金属配線７２、７４とを電気的に接続している。さらに、ソース６２ａ、６２ｂの金属配線７２ａ、７２ｂは、共通配線７６に接続してある。また、ドレイン６４ａ、６４ｂの金属配線７４ａ、７４ｂは、共通配線７８に接続してある。そして、これらの金属配線７６、７８を直流電源（図示せず）に接続することにより、ソース６２ａとドレイン６４ａとの間、およびソース６２ｂとドレイン６４ｂとの間に電圧を印加できるようになっている。
【００１７】
ソース６２ａ、６２ｂのコンタクトホール６８ａ、６８ｂは、基準位置に対して一定位置に形成する一方のパターン部を構成している。そしてコンタクトホール６８ａは、基準位置となる分離領域６６ａの端からＤ₀ の位置に形成してある。同様に、ソース６２ｂのコンタクトホール６８ｂは、基準位置となる分離領域６６ｃの端からＤ₀ の位置に形成してある。一方、ソース６２ａに隣接しているドレイン６４ａのコンタクトホール７０ａは、基準位置となる分離領域６６ａの端からｄの位置に形成してある。さらに、もう１つのドレイン６４ｂのコンタクトホール７０ｂは、基準位置となる分離領域６６ｃの端からｄの距離に形成してある。これらのコンタクトホール７０は、組ごと（耐圧評価用パターン６０ごと）に基準位置に対して位置を変える他方のパターン部を構成している。そして、耐圧評価用パターン６０は、図から明らかなように、ソース６２、ドレイン６４およびコンタクトホール６８、７０が分離領域６６ｂの幅方向（図の左右方向）中心に対して線対称に配置してある。
【００１８】
なお、ＴＥＧにおいては、図１に示した耐圧評価用パターン６０と同様のパターンが複数形成される。ただし、各耐圧評価用パターン間においては、ソース６２のコンタクトホール６８の形成位置が、分離領域６６に対して一定の位置Ｄ₀ に形成してあるが、ドレイン６４のコンタクトホール７０の形成位置、すなわち分離領域６６の端からの距離ｄが各パターンごとに異ならせてある。
【００１９】
このような耐圧評価用パターン６０においては、例えばマスクずれによってコンタクトホール７０の形成位置が図１の右方向にずれた場合、ドレイン６４ａのコンタクトホール７０ａは、分離領域６６ａから遠ざかる方向、すなわちｄが大きくなる安全側にずれる。しかし、他方のドレイン６４ｂにおいては、コンタクトホール７０ｂの形成位置が分離領域６６ｃに近づき、距離ｄが小さくなって耐圧の厳しい方向にずれることになる。反対に、コンタクトホール７０の形成位置が図１の左方向にずれた場合には、ドレイン６４ｂのコンタクトホール７０ｂが距離ｄの大きくなる安全側にずれたとしても、ドレイン６４ａのコンタクトホール７０ａが距離ｄの小さくなる厳しい方向にずれる。したがって、コンタクトホール７０の形成位置が図１の左右方向のいずれ側にずれたとしても、耐圧を過大評価するようなことを避けることができ、十分な耐圧を有する半導体装置を確実に設計することができる。
【００２１】
図２は、参考例１に係る耐圧評価用パターンの絶縁層を省略した平面図である。この耐圧評価用パターン８０は、一対のドレイン６４ａ、６４ｂが外側に、一対のソース６２ａ、６２ｂが内側に形成してある。そして、ソース６２ａのコンタクトホール６８ａは、マスクずれがあっても耐圧の低下を生ずるおそれのない分離領域６６ａから十分に離れた距離Ｄ₀ の位置に形成され、ソース６２ｂのコンタクトホール７０ｂも同様に、分離領域６６ｃから距離Ｄ₀ の位置に形成してある。一方、ドレイン６４ａのコンタクトホール７０ａは分離領域６６ａの端から距離ｄだけ離れた位置に形成され、ドレイン６４ｂのコンタクトホール７０ｂは分離領域６６ｃの端から距離ｄだけ離れた入りに形成してある。他の構成は、前記第１実施の形態と同様であって、距離ｄを変えた複数のパターンが形成される。この参考例１の耐圧評価用パターン８０においても前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
図３は、参考例２の説明図である。この参考例２に係る耐圧評価用パターン８２は、一対のソース６２ａ、６２ｂの間に、ドレインに相当する１つの不純物拡散領域８４が設けてある。そして、これらのソース６２ａと不純物拡散領域８４との間、および不純物拡散領域８４とソース６２ｂとの間には、分離領域６６ｄ、６６ｅが設けてあって、これらを電気的に分離している。ソース６２ａのコンタクトホール６８ａは、分離領域６６ｄの端から距離Ｄ₀ の位置に形成してあり、ソース６２ｂのコンタクトホール６８ｂは分離領域６６ｅの端から距離Ｄ₀ の位置に形成してある。
【００２３】
一方、ドレインに相当する不純物拡散領域８４は、通常のドレインより大きく形成してあって、不純物拡散領域８４上の絶縁層（図示せず）に、２列のコンタクトホール７０ａ、７０ｂが並行して設けられている。そして、コンタクトホール７０ａ、７０ｂは、不純物拡散領域８４の中心に対して線対称に形成してあり、コンタクトホール７０ａが分離領域６６ｄの端から距離ｄの位置に設けられ、他方のコンタクトホール７０ｂが分離領域６６ｅの端から距離ｄの位置に設けられている。また、これらのコンタクトホール７０ａ、７０ｂは、内部にアルミニウムなどの導電材が充填してあって、この導電材が不純物拡散領域８４と金属配線７４ａ、７４ｂとを電気的に接続している。
【００２４】
このように形成した参考例２においても、不純物拡散領域８４のコンタクトホール７０ａ、７０ｂの形成位置が図３の左右方向にずれたとしても、前記実施形態と同様に耐圧を過大に評価するのを防ぐことができ、十分な耐圧を有する半導体装置を設計することができる。また、参考例２においては、不純物拡散領域を少なくできるところから、チップに形成できるパターンの数を多くすることができる。
【００２５】
なお、この参考例においては、ソース６２ａ、６２ｂを外側に配置した場合について説明したが、一対のドレイン６４ａ、６４ｂを外側に配置し、これらの間にソースに相当する１つの不純物拡散領域を形成するとともに、この不純物拡散領域と対応した位置の絶縁層に２列のコンタクトホール６８ａ、６８ｂを形成してもよい。
【００２６】
図４は、参考例３の説明図である。この参考例３に係る耐圧評価用パターン９０は、一対のドレイン６４ａ、６４ｂが外側に形成してあり、これらドレイン６４ａ、６４ｂの内側にソースに対応した不純物拡散領域９２が設けてある。この不純物拡散領域９２とドレイン６４ａ、６４ｂとは、分離領域６６ｄ、６６ｅによって電気的に区画してある。そして、ドレイン６４と不純物拡散領域９２とを覆っている図示しない絶縁層の、不純物拡散領域９２の中央部と対応した位置には、複数のコンタクトホール９４が１列に設けてある。このコンタクトホール９４は、分離領域６６ｄ、６６ｅの端から十分に離れたＤ₀ 以上の距離をおいた位置に形成してある。また、コンタクトホール９４の上方には、絶縁層の上に設けた金属配線９６が位置している。この金属配線９６は、コンタクトホール９４に充填した導電材を介して不純物拡散領域９２に電気的に接続してある。
【００２７】
このようになっている参考例３の耐圧評価用パターン９０においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。また、不純物拡散領域を少なくできるとともに、パターン部（コンタクトホール）の数も少なくすることが可能で、パターンの形成が容易となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各組の一方と他方とのそれぞれのパターン部を一対ずつ設け、これらを直線的にかつ線対称に配置したことにより、マスクずれによって、形成位置を変える一対のパターン部の１つが耐圧の大きくなる方向にずれると、形成位置を変えるパターン部の他の１つが耐圧の低下する方向にずれることになる。したがって、耐圧評価用のパターンを形成した際に、マスクずれが生じたとしても、誤って耐圧を過大評価することを避けることができ、十分な耐圧を有する半導体装置を確実に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る耐圧評価用パターンの絶縁層を省略した平面図である。
【図２】本発明の参考例１の形態に係る耐圧評価用パターンの絶縁層を省略した平面図である。
【図３】本発明の参考例２の形態に係る耐圧評価用パターンの説明図である。
【図４】本発明の参考例３の形態に係る耐圧評価用パターンの説明図である。
【図５】半導体装置の一例を示す一部断面図である。
【図６】従来の耐圧評価用パターンの説明図である。
【図７】コンタクトホールの素子分離領域からの距離と耐圧との関係を示す図である。

Claims

耐圧評価用パターンを複数備える半導体装置において、
前記耐圧評価用パターンは、
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された１対の第１ドレイン及び第２ドレインと、
前記第１ドレイン及び前記第２ドレインを挟むように、前記半導体基板に形成された１対の第１ソース及び第２ソースと、
前記第１ドレイン、前記第２ドレイン、前記第１ソース及び前記第２ソースを互いに電気的に分離するＬＯＣＯＳと、
前記第１ドレイン、前記第２ドレイン、前記第１ソース及び前記第２ソースを覆う絶縁層と、
前記絶縁層の前記第１ドレインに対応した位置に形成され、前記第１ドレインの長手方向に一列に整列された第１コンタクトホールと、
前記絶縁層の前記第２ドレインに対応した位置に形成され、前記第２ドレインの長手方向に一列に整列された第２コンタクトホールと、
前記絶縁層の前記第１ソースに対応した位置に形成され、前記第１ソースの長手方向に一列に整列された第３コンタクトホールと、
前記絶縁層の前記第２ソースに対応した位置に形成され、前記第２ソースの長手方向に一列に整列された第４コンタクトホールと、
前記第１コンタクトホールに充填された第１導電材と、
前記第２コンタクトホールに充填された第２導電材と、
前記第３コンタクトホールに充填された第３導電材と、
前記第４コンタクトホールに充填された第４導電材と、
前記第１導電材と前記第２導電材とに接続されている第１金属配線と、
前記第３導電材と前記第４導電材とに接続されている第２金属配線と、を有し、
前記第１コンタクトホール、前記第２コンタクトホール、前記第３コンタクトホール及び前記第４コンタクトホールは、前記第１ドレインと前記第２ドレインとの間の前記ＬＯＣＯＳの幅方向中心に対して、線対称に配置されており、
前記第１コンタクトホール及び前記第２コンタクトホールは、複数の前記耐圧評価用パターンごとに、前記ＬＯＣＯＳの端から位置を変えるように形成され、
前記第３コンタクトホール及び前記第４コンタクトホールは、前記ＬＯＣＯＳの端から一定位置に形成されている、耐圧評価用パターンを複数備える半導体装置。