KR20090072035A - 고전압 모스펫 소자와 그의 캐패시턴스 추출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 기술에 있어서, 특히 소자 특성을 나타내는 소자변수를 추출하기 위한 TEG(Test Element Group)를 가지는 고전압 모스펫(high voltage MOSFET) 소자와 그의 캐패시턴스 추출 방법에 관한 것으로, 소자는 웨이퍼에 형성되는 고전압 웰(High voltage well)과, 상기 고전압 웰에서 드리프트 확산 없이 형성되는 소스 및 드레인 영역을 구비하는 대칭 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 포함하여 구성되며, 고전압 모스펫 소자의 캐패시턴스 추출 방법은, 고전압 웰에서 드리프트 확산 없이 형성된 소스 및 드레인 영역을 갖는 대칭 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 병렬적 구조로 제작하는 단계와, 상기 병렬적 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)에서 캐패시턴스 소자변수를 추출하는 단계와, 상기 추출된 캐패시턴스 소자변수를 비대칭 구조의 소자 형성에 사용하는 단계로 이루어지는 발명이다.
MOSFET, 고전압 MOSFET, TEG, 대칭 구조, 비대칭 구조
Description
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 소자 특성을 나타내는 소자변수를 추출하기 위한 TEG(Test Element Group)를 가지는 고전압 모스펫(high voltage MOSFET) 소자와 그의 캐패시턴스 추출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들이 형성되는 반도체 기판은 크게 다수 셀(cell)들이 형성되는 칩(chip) 영역과 상기 칩들을 구분하기 위한 스크라이브 레인(scribe lane)으로 나누어진다.
이때 상기 칩 영역 상에는 다수 반도체 소자들, 예를 들면 트랜지스터, 저 항, 캐패시터 등이 형성되는 반면, 상기 스크라이브 레인 상에는 반도체 소자가 형성되지 않는다.
반도체 기판 상에 형성되는 반도체 소자들은 확산공정, 증착공정, 사진공정 등의 복잡한 다수 부속 공정이 연속적이고 반복적으로 진행되어 형성된다.
그러므로 제조 공정 중에 상기 반도체 소자들의 특성을 측정하기란 매우 어렵다. 따라서 반도체 소자의 특성을 테스트하기 위하여 반도체 기판 상에 테스트 패턴(test pattern) 등의 테스트 요소들을 별도로 형성하게 되는데, 이와 같은 테스트 요소들이 형성되는 영역을 TEG(Test Element Group) 영역이라고 한다.
이때 TEG 영역은 별도의 TEG 칩 상에 형성될 수 있지만, 최근에는 반도체 웨이퍼의 수율 향상을 위하여 스크라이브 레인 상에 형성된다.
이와 같이 종래 기술에서는 칩에 형성된 소자들의 특성을 알기 위해서 한 웨이퍼당 지정되어 있는 위치에 준비된 패턴을 이용하여야만 설계에서 요구되는 테스트가 가능하다.
한편, 종래 기술에서는 MOSFET 소자에 대한 특성 즉, 소자변수를 추출하는 과정에서 게이트 오버랩 캐패시턴스(Gate Overlap Capacitance) 및 게이트 방향에 대한 접합 캐패시턴스(Junction Capacitance)와 관련된 소자변수를 추출하여 제공하고 있다.
일반적인 구조를 갖는 MOSFET 소자와는 다르게 고전압 MOSFET 소자의 경우는 캐패시턴스 소자변수를 추출할 경우에 고려해야 할 상황이 많다. 특히 비대칭(Asymmetric) 구조의 TEG는 드레인(Drain)과 소스(Source) 영역에 대한 구조가 다르므로, 각 영역과 관련된 캐패시턴스 소자변수는 다르게 제공되어야 한다.
그러나 고전압 MOSFET 소자에서 캐패시턴스 소자변수를 추출하기 위해 많은 면적을 차지하는 TEG가 있어야 하지만, 이를 고려하기는 쉽지 않다.
도 1은 일반적인 MOSFET 소자에서의 캐패시턴스 소자변수를 나타낸 단면도로써, MOSFET 소자에서의 캐패시턴스 소자변수는 동작되는 회로의 속도에 영향을 주는 중요한 요인이다.
도 1에서, 일반적으로 게이트(3)-드레인(4)(Gate-Drain) 혹은 게이트(3)-소스(5)(Gate-Source) 양단 사이에 오버랩되는 캐패시턴스를 오버랩 캐패시턴스(Overlap Capacitance; COVER)라 정의한다. 그 COVER는 절연막(예, SiO2)의 두께에 반비례하고 오버랩되는 길이에 비례한다.
보통의 경우 드레인(4)과 소스(5) 영역은 대칭적인 구조이므로 게이트(3)-드레인(4) 영역이나 게이트(3)-소스(5) 영역 중 한 부분의 캐패시턴스를 추출하여 COVER를 정의하지만, 그 COVER를 추출하는 과정에서 기생 캐패시턴스 값은 최소화해야 하므로, 상당히 큰 면적을 가지는 구조가 요구된다.
상기한 COVER 이외에도 여러 형태의 캐패시턴스가 전체 MOSFET 성능에 영향을 미친다고 할 수 있다. 보통 COX(Oxide Capacitance)는 산화막의 두께가 정해지면 결정되는 값이다.
캐패시턴스 소자변수를 추출하는 경우에, 그 추출 캐패시턴스는 접합 캐패시턴스(Junction Capacitance)와 상기한 COVER 의 두 형태로 나눌 수 있다.
도 1에서 접합 캐패시턴스와 관련된 소자변수는 CJ, CJSW, CJSWG 등이 있다.
여기서는 드레인 영역과 소스 영역에 대한 구조가 동일하므로, 소자변수를 추출하여 스파이스 모델(SPICE MODEL)에 포함시켜 제공하는데 큰 문제는 없다.
그러나 고전압 MOSFET 소자의 경우는 상기한 일반적인 MOSFET 경우와는 다소 차이가 있다. 즉, 고전압 MOSFET 소자의 경우는 소스 및 드레인 영역 모두에 N타입 드리프트(N type Drift) 확산 영역이 형성되는 대칭 구조의 TEG와 드레인 영역에만 N타입 드리프트(N type Drift) 확산 영역이 형성되는 비대칭 구조의 TEG 중 어느 것이냐에 따라 캐패시턴스 소자변수의 추출 결과가 달라질 수 있다.
특히 대칭 구조의 TEG 경우는 동일한 병렬적 구조로 제작하여 캐패시턴스 소자변수를 추출하면 되지만, 비대칭 구조의 소자의 TEG 경우는 드레인과 소스 영역이 상이한 형성 구조이므로 동일한 병렬적 구조로 제작하여 캐패시턴스 소자변수를 추출하는 것은 불가능하다.
상기한 구조적 문제로 인해 비대칭 구조에서는 분리된 드레인과 소스 영역에 대해 정확한 COVER를 추출하기 위해서는 많은 수의 병렬 구조가 요구되었다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 비대칭 구조 소자의 소스 영역과 동일한 구조로 드레인 영역을 형성하여, 비대칭 구조 소자의 소스 영역 구조가 대칭되는 구조로 TEG를 구현한 고전압 MOSFET 소자 및 그의 캐패시턴스 추출 방법을 제공하는 데 있다.
대칭 구조의 TEG를 구현하여 비대칭 구조에 대한 캐패시턴스 소자변수를 추출하도록 해주는 고전압 MOSFET 소자 및 그의 캐패시턴스 추출 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압 MOSFET 소자의 특징은, 웨이퍼에 형성되는 고전압 웰(High voltage well)과, 상기 고전압 웰에서 드리프트 확산 없이 형성되는 소스 및 드레인 영역을 구비하는 대칭 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 포함하여 구성되는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압 모스펫 소자의 캐패시턴스 추출 방법의 특징은, 고전압 웰에서 드리프트 확산 없이 형성된 소스 및 드레인 영역을 갖는 대칭 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 병렬적 구조로 제작하는 단계와, 상기 병렬적 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)에서 캐패시턴스 소자변수를 추출하는 단계와, 상기 추출된 캐패시턴스 소자변수를 비대칭 구조의 소자 형성에 사용하는 단계로 이루어지는 것이다.
본 발명에 따르면, 비대칭 구조에 대한 캐패시턴스 소자변수를 추출하기 위한 TEG를 대칭 구조로 구현하므로, 분리된 드레인과 소스 영역에 대해 정확한 COVER를 추출하는데 많은 수의 병렬 구조가 요구되지 않는다.
또한 본 발명에서는 비대칭 구조에 대한 캐패시턴스 소자변수를 추출하기 위해, 대칭 구조 소자의 경우와 같이 드레인과 소스 영역이 같은 구조의 TEG를 이용하므로 소자변수 추출시 요구되는 병렬 구조 개수를 효과적으로 줄일 수 있다.
결국, 고전압 MOSFET 소자의 캐패시턴스 소자 변수를 추출하는데 있어 보다 적은 면적의 TEG를 이용하여 보다 정확한 캐패시턴스 데이터를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고전압 MOSFET 소자의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
도 2와 도 3은 고전압 MOSFET 소자의 대칭 구조 및 비대칭 구조 TEG를 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 고전압 MOSFET 소자의 대칭 구조 TEG에서는 웨이퍼에 고전압 웰(HP Well)(10)이 형성되며, 그 고전압 웰(HP Well)(10)에 주입된 소스 영역(11a)과 드레인 영역(11b) 모두에 N타입 드리프트(N type Drift) 확산 영역(12a,12b)이 형성되며, 도 3에 도시된 고전압 MOSFET 소자의 비대칭 구조 TEG에서는 드레인 영역(11b)에만 N타입 드리프트(N type Drift) 확산 영역(12b)이 형성된다. 그래서, 비대칭 구조의 경우 드레인과 소스 두 영역 간에 각기 추출되는 캐패시턴스 값에 차이가 있다.
상기와 같은 고전압 MOSFET 소자에 대한 캐패시턴스 소자변수를 추출하기 위해서는 특별한 TEG가 필요하다.
대칭 구조의 경우는 드레인과 소스 영역이 같은 형성 구조이므로 NDT 영역을 포함하는 여러 개의 병렬적 구조로 TEG를 제작한다.
특히, 대칭 구조의 TEG 경우는 드레인과 소스 영역을 함께 연결함으로써, 최소한의 면적을 이용하여 쉽게 캐패시턴스 소자변수를 추출할 수 있다.
그러나 비대칭 구조의 경우는 드레인과 소스 영역이 상이한 형성 구조이므로, 동일한 병렬적 구조로 제작하여 캐패시턴스 소자변수를 추출하는 것은 불가능하다.
그에 따라, 본 발명에서는 상기한 도 3의 비대칭 구조 소자와 동일하게 캐패시턴스 소자변수를 추출하기 위해 도 4의 대칭 구조 TEG를 이용한다.
도 4는 본 발명에 따른 고전압 MOSFET 소자의 TEG를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 TEG는 비대칭 구조의 캐패시턴스 소자변수를 추출하기 위한 것으로, 드레인 영역(11b)과 소스 영역(11a)이 동일한 구조를 갖도록 형성한다.
즉, 고전압 웰(HP Well)(10)에서의 소스 영역(11a)과 드레인 영역(11b) 모두에 N타입 드리프트(N type Drift) 확산 영역을 형성시키지 않는다.
일단, 소스 및 드레인 영역에 N타입 드리프트(N type Drift) 확산이 없는 대칭 구조의 TEG를 동일한 병렬적 구조로 제작하여 캐패시턴스 소자변수를 추출한다.
예로써, 게이트-드레인(Gate-Drain) 혹은 게이트-소스(Gate-Source) 양단 사이에 오버랩되는 COVER를 추출한다.
그에 따라, 비대칭 구조인 고전압 MOSFET 소자의 드레인 영역을 형성함에 있어서, 도 4의 대칭 구조의 TEG를 이용하여 추출한 캐패시턴스 소자변수 값을 그대로 적용한다. 그리고 비대칭 구조의 소스 영역을 형성함에 있어서는 도 4의 TEG에서 추출한 값을 사용한다.
또한, 접합 캐패시턴스(Junction Capacitance)도 도 4의 구조로부터 추출한다. 즉, 소스 영역(11a)-고전압 웰(HP Well)(10) 간이나 드레인 영역(11b)-고전압 웰(HP Well)(10) 간의 접합 캐패시턴스인 CJ 또는 소스 영역(11a)-소자분리막(미도시) 간이나 드레인 영역(11b)-소자분리막(미도시) 간의 접합 캐패시턴스인 CJSW 등을 도 4의 구조로부터 추출하여 비대칭 구조의 고전압 MOSFET 소자에 그대로 사용한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 일반적인 MOSFET 소자에서의 캐패시턴스 소자변수를 나타낸 단면도.
도 2는 고전압 MOSFET 소자의 대칭 구조 TEG를 나타낸 단면도.
도 3은 고전압 MOSFET 소자의 비대칭 구조 TEG를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 고전압 MOSFET 소자의 TEG를 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 고전압 웰(HP Well) 11a,11b : 소스 영역
12a,12b : 드레인 영역
Claims (2)
- 웨이퍼에 형성되는 고전압 웰(High voltage well)과,상기 고전압 웰에서 드리프트 확산 없이 형성되는 소스 및 드레인 영역을 구비하는 대칭 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 모스펫 소자.
- 고전압 웰에서 드리프트 확산 없이 형성된 소스 및 드레인 영역을 갖는 대칭 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 병렬적 구조로 제작하는 단계와;상기 병렬적 구조의 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)에서 캐패시턴스 소자변수를 추출하는 단계와;상기 추출된 캐패시턴스 소자변수를 비대칭 구조의 소자 형성에 사용하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고전압 모스펫 소자의 캐패시턴스 추출 방법.
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