JPH0590374A - 半導体装置の製造プロセスにおけるチヤージアツプ量測定方法 - Google Patents

半導体装置の製造プロセスにおけるチヤージアツプ量測定方法

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JPH0590374A
JPH0590374A JP24867991A JP24867991A JPH0590374A JP H0590374 A JPH0590374 A JP H0590374A JP 24867991 A JP24867991 A JP 24867991A JP 24867991 A JP24867991 A JP 24867991A JP H0590374 A JPH0590374 A JP H0590374A
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JP
Japan
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charge
rate
amount
mos transistor
semiconductor device
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JP24867991A
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English (en)
Inventor
Shigeharu Matsumoto
繁春 松本
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】チャージアップ量の多い例えばイオン注入工程
でもチャージアップ量の測定に用いるMOSトランジス
タが破壊されることなく定量的にチャージアップ量の測
定ができ、又、微小なチャージアップ量でも感度よく測
定することができる半導体装置の製造プロセスにおける
チャージアップ量の測定方法を提供することにある。 【構成】ゲート酸化膜2とゲート電極4の間が分極保持
性のある膜で構成されたMOSトランジスタのソース領
域5とドレイン領域6に任意の電圧を掛けた時に流れる
ソース領域5とドレイン領域6間の電流を荷電粒子を用
いる半導体装置の製造プロセスの前後で測定し、その変
化量からチャージアップ量を測定する。 【効果】本発明によれば、チャージアップ量の多い、例
えばイオン注入工程でも、チャージアップ量の測定に用
いるMOSトランジスタが破壊されることなく、定量的
に感度よく、チャージアップ量を測定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造プロセ
スにおけるチャージアップ量測定方法に関し、特に荷電
粒子を用いる工程でのチャージアップ量の測定方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のチャージアップ量を定量的に測定
する方法としては、図6のようなMNOS構造のキャパ
シタを用いてチャージアップ量を測定する方法がある
(月刊Semiconductor World 19
87.11.P31〜P37)。
【0003】図6は、チャージアップ量を測定するため
に使用するMNOS構造のキャパシタの断面を示したも
のである。このMNOS構造のMOSキャパシタはN型
シリコン基板9上に膜厚の薄い(例えば2nm)ゲート
酸化膜2を介して窒化膜10及びドープドポリシリコン
のゲート電極4を形成させたものである。MNOS構造
のMOSキャパシタが荷電粒子を用いる工程を経ること
によってゲート電極4に正のチャージアップが生じた
(ゲート電極4がN型シリコン基板9に対して正の電位
にある場合には、チャージアップの電界によって、シリ
コン基板中の電子が2nmと薄いゲート酸化膜2をトン
ネルしてゲート酸化膜2と窒化膜10の界面にトラップ
される。このため、MNOS構造のキャパシタのC−V
特性は荷電粒子を用いる工程を経る前に比べて正にシフ
トする。逆にゲート電極4に負のチャージアップが生じ
た(ゲート電極4がN型シリコン基板9に対して負の電
位にある場合には、ゲート酸化膜2と窒化膜10の界面
にトラップされている電子がシリコン基板9に放出さ
れ、MNOS構造のキャパシタのC−V特性は、負にシ
フトする。従ってこのMNOS構造のキャパシタのフラ
ットバンド電圧のシフト量を調べることによってチャー
ジアップ量を測定することが出来る。
【0004】又、チャージアップ量を定量的に測定する
方法としては、電気的に書き込み可能なフローティング
ゲートを有する不揮発性記憶素子を用いた方法もある
(特開昭64−69025)。図7は電気的に書き込み
可能なフローティングゲートを有する不揮発性記憶素子
(EEPROM構造素子)の断面を示したものである。
この不揮発性記憶素子は、P型シリコン基板7上にトン
ネル酸化膜12を介して、ドープドポリシリコンのフロ
ーティングゲート13,酸化膜/窒化膜/酸化膜の三層
構造(O/N/O)を持つ絶縁膜7、及びドープドポリ
シリコンのコントロールゲート14を形成し、さらに、
nチャネルMOSトランジスタ16のn+ ソース領域5
及びn+ ドレイン領域6を形成すると共に、そのドレイ
ン領域6に隣接したP+ 領域15を形成させたものであ
る。
【0005】なお、この不揮発性記憶素子のソース領域
5、ドレイン領域6及びコントロールゲート14には、
それぞれAlパッド(図示せず)が接続されている。不
揮発性記憶素子が荷電粒子を用いる工程を経る事によっ
て、コントロールゲート14に正のチャージアップが生
じた(ドレイン領域6に対してコントロールゲート14
が正の電位にある)場合、トンネル酸化膜12に電界が
掛かり、トンネル電流が流れる。これによりドレイン領
域6からフローティングゲート13に電子が注入され
る。この際、注入された電子量に応じてnチャネルMO
Sトランジスタ16のしきい値電圧Vthが正の側にシフ
トする。逆にコントロールゲート14に負のチャージア
ップが生じた(ドレイン領域6に対してコントロールゲ
ート14が負の電位にある)場合には、フローティング
ゲート13からドレイン領域6に電子が放出され、nチ
ャネルMOSトランジスタ16のしきい値電圧Vthは負
の側にシフトする。従って、この不揮発性記憶素子にお
けるnチャネルMOSトランジスタ16のしきい値電圧
thのシフト量を調べることによってチャージアップ量
を測定することが出来る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のチャージアップ量の測定方法には、以下のような
難点があった。MNOS構造のキャパシタを用いてチャ
ージアップ量を測定する方法では、チャージアップ量が
増加し、トンネル酸化膜にある値以上の電圧が掛かると
トンネル酸化膜が破壊されてしまい、チャージアップ量
を測定することが出来なくなってしまう。つまり、チャ
ージアップ量の多い例えばイオン打ち込み工程などでは
使えないという問題がある。
【0007】また、不揮発性記憶素子を用いてチャージ
アップ量を測定する方法ではコントロールゲート電圧と
しきい値電圧Vthのシフト量が図8のような関係にある
ため、チャージアップ量が少なくコントロールゲート電
圧がある一定値以上にならない場合には、MOSトラン
ジスタのしきい値電圧Vthが変化せず、チャージアップ
量を測定することが出来ない。
【0008】本発明の目的は、チャージアップ量の多い
例えばイオン注入工程でもチャージアップ量の測定に用
いるMOSトランジスタが破壊されることなく、定量的
にチャージアップ量の測定ができ、又、微小なチャージ
アップ量でも感度良く測定することができる半導体装置
の製造プロセスにおけるチャージアップ量測定方法を提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造プロセスにおけるチャージアップ量測定方法は、ゲー
ト電極とゲート酸化膜の間に分極保持性のある膜を挟み
こんだMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域
に任意の電圧を掛けた時に流れるソース領域とドレイン
領域間の電流を、荷電粒子を用いる半導体装置の製造プ
ロセスの前後で測定し、その変化量からチャージアップ
量を測定することを特徴とする。
【0010】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明のチャージアップ量測定方法に用いる
半導体装置の一実施例の断面図である。これはP型シリ
コン基板7上にゲート酸化膜2を介してりんけい酸ガラ
ス3(以下PSGと略す)、ドープドポリシリコンのゲ
ート電極4を形成し、さらにn+ ソース領域5及びn+
ドレイン領域6を形成させたnチャネルMOSトランジ
スタである。なお、このnチャネルMOSトランジスタ
のゲート電極4、ソース領域5、及びドレイン領域6に
はそれぞれAlパッド(図示せず)が接続されている。
nチャネルMOSトランジスタが荷電粒子を用いる工程
を経る事によってゲート電極4に正のチャージアップが
生じた(P型シリコン基板1に対してゲート電極4が正
の電位にある)場合、チャージアップの電界によってP
SG膜3が分極し、nチャネルMOSトランジスタのし
きい値電圧Vthは負にシフトする。このためソース領域
5とドレイン領域6間にある任意の電圧を掛けた時に流
れる電流は、荷電粒子を用いる工程を経る前に比べて増
加する。従ってこのnチャネルMOSトランジスタのソ
ース領域5とドレイン領域6間にある任意の電圧を掛け
た時に流れる電流値の変化を調べることによって、正の
チャージアップ量を測定することができる。
【0011】このnチャネルMOSトランジスタを用い
て半導体装置の製造プロセスの1つであるイオン注入に
おけるチャージアップのビーム電流依存性について調査
した結果を図2に示す。この時のイオン注入はヒ素(A
+ )を加速エネルギー70keVで、ドーズ量5×1
15個/cm2 注入した。なお、ビーム電流は、2mA
〜8mAまで変化させた。又、この時のソース領域5と
ドレイン領域6間に流れる電流値は、ソース領域5とド
レイン領域6の間に3Vの電圧を掛けた時の値を調べた
ものである。図2よりビーム電流を増加させるに伴っ
て、つまり、チャージアップ量が増加するに従って、ソ
ース領域5とドレイン領域6の間に流れる電流が増加し
ていることが分る。ところで、従来のMNOS構造のキ
ャパシタを用いる方法で同様の評価を行ったところ、4
mA以上のビーム電流でトンネル酸化膜が破壊されてし
まい、チャージアップ量を測定することが出来なかっ
た。
【0012】次に本発明についての第2の実施例につい
て説明する。図3は、本発明のチャージアップ量測定方
法に用いる半導体測定装置の第2の実施例の断面図であ
る。この実施例は、ゲート面積に比べて数桁大きい面積
のアンテナ電極8をゲート電極4に接続させてある。
【0013】従ってアンテナ電極8によって生じる電界
は、先に説明した実施例の場合に比べて大きいため、チ
ャージアップに対する感度を高くすることが出来る。こ
の第2の実施例によって半導体装置の製造工程の1つで
あるプラズマ処理におけるチャージアップのプラズマ処
理時間依存性について調査した結果を図4に示す。な
お、図4のソース領域5とドレイン領域6間を流れる電
流値は、ソース領域5とドレイン領域6の間に3Vの電
圧を掛けた時の値を調べたものである。又、従来の不揮
発性記憶素子を用いる方法で同様の調査を行なった結果
を図5に示す。図4と図5から従来の不揮発性記憶素子
を用いた方法では観測出来ないような僅かなチャージア
ップ量でも第2の実施例では観測出来ることが判る。
【0014】上述の実施例ではnチャネルMOSトラン
ジスタのゲート酸化膜2とゲート電極4の間にPSG膜
3を使用したが、ゲート酸化膜2とゲート電極4の間の
膜は分極保持性のあるボロンガラス,ボロン・リンガラ
ス等であればよい。又、上述の実施例では、nチャネル
MOSトランジスタを使用し、正のチャージアップを測
定する場合について説明を行ったが、PチャネルMOS
トランジスタを用いることで負のチャージアップの場合
も同様にチャージアップ量を測定する事が出来るのは明
らかである。又、同一基板上にnチャネルMOSトラン
ジスタとPチャネルMOSトランジスタを形成し、チャ
ージアップ量の測定を行えば、チャージアップの極性に
関係なく定量的にチャージアップ量を設定する事が出来
ることも明らかである。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明のチャージア
ップ量測定方法では、チャージアップ量測定にゲート酸
化膜とゲート電極の間が分極保持性のある膜で構成され
たMOSトランジスタを使用している。従ってチャージ
アップ量の多い例えばイオン注入工程でもチャージアッ
プ量の測定に用いるMOSトランジスタが破壊されるこ
となく、定量的にチャージアップ量の測定を行うことが
できる。又、微小なチャージアップ量でも、チャージア
ップ量の測定に用いるMOSトランジスタにアンテナ電
極を接続させることによりチャージアップに対する感度
を高めることが出来るので感度良く測定することが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するために用いる半導
体装置の断面図である。
【図2】図1に示す半導体装置を用いて半導体装置の製
造プロセスの1つであるイオン注入によるチャージアッ
プのビーム電流依存性を示すグラフ図である。
【図3】本発明の他の実施例に用いる半導体装置の断面
図である。
【図4】図3に示す半導体装置を用いて半導体製造工程
の1つであるプラズマ処理におけるチャージアップのプ
ラズマ処理時間依存性を示すグラフ図である。
【図5】従来の不揮発性記憶素子を用いてチャージアッ
プ量を測定する方法で半導体製造工程の1つであるプラ
ズマ処理におけるチャージアップのプラズマ処理時間依
存性を示すグラフ図である。
【図6】従来のチャージアップ量測定方法に用いるMN
OS構造のキャパシタの断面図である。
【図7】従来のチャージアップ量測定方法に用いる電気
的に書き込み可能なフローティングゲートを有する不揮
発性記憶素子の断面図である。
【図8】従来のチャージアップ量測定方法に用いる電気
的に書き込み可能なフローティングゲートを有する不揮
発性記憶素子におけるコントロールゲート電圧としきい
値電圧のシフト量の関係図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 リンけい酸ガラス(PSG) 4 ゲート電極 5 ソース領域 6 ドレイン領域 7 絶縁膜 8 アンテナ電極 9 N型シリコン基板 10 窒化膜 11 フィールド酸化膜 12 トンネル酸化膜 13 フローティングゲート 14 コントロールゲート 15 P+ 領域 16 nチャネルMOSトランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート酸化膜とゲート電極の間が分極保
    持性のある膜で構成されたMOSトランジスタのソース
    領域とドレイン領域に任意の値の電圧を掛けた時に流れ
    るソース領域とドレイン領域間の電流を荷電粒子を用い
    る半導体装置の製造プロセスの前後で測定し、その変化
    量からチャージアップ量を測定する半導体装置の製造プ
    ロセスにおけるチャージアップ量測定方法。
JP24867991A 1991-09-27 1991-09-27 半導体装置の製造プロセスにおけるチヤージアツプ量測定方法 Pending JPH0590374A (ja)

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JP24867991A JPH0590374A (ja) 1991-09-27 1991-09-27 半導体装置の製造プロセスにおけるチヤージアツプ量測定方法

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JP (1) JPH0590374A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6946305B2 (en) 2002-12-06 2005-09-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for evaluating amount of charge, method for fabricating the same, and method for evaluating amount of charge

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6946305B2 (en) 2002-12-06 2005-09-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for evaluating amount of charge, method for fabricating the same, and method for evaluating amount of charge

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