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JPH1154584A - Semiconductor device and evaluation method thereof - Google Patents

Semiconductor device and evaluation method thereof

Info

Publication number
JPH1154584A
JPH1154584A JP9203542A JP20354297A JPH1154584A JP H1154584 A JPH1154584 A JP H1154584A JP 9203542 A JP9203542 A JP 9203542A JP 20354297 A JP20354297 A JP 20354297A JP H1154584 A JPH1154584 A JP H1154584A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
junction
semiconductor device
leakage current
transistor
same
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9203542A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Fujito
学 藤戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP9203542A priority Critical patent/JPH1154584A/en
Publication of JPH1154584A publication Critical patent/JPH1154584A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cancel the entire existing leakage current or unnecessary component by reverse leakage current derived from a second PN junction, by adding the second PN junction for compensation of leakage current from a first PN junction. SOLUTION: An existing PN junction 3 is formed within a semiconductor device 4. The semiconductor device 4 is electrically connected via a connection line 5 to a semiconductor device 2 having a PN junction 1a to compensate a leakage current from the PN junction 3. Thus, by additionally providing the other PN junction 1a, the leakage current derived from the PN junction 3 upon operation of the semiconductor device 4 can be compensated by utilizing cancellation of the leakage current from the PN junction 1a. The PN junction 1a may be provided on the same substrate where the PN junction 3 is provided, or may be provided on a different substrate. Further, in a semiconductor device, a leakage current which occurs in the central portion of PN junction and a leakage current which occurs in the peripheral portion of the PN junction, are generated by different mechanisms.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、PN接合に起因す
るリーク電流を補償することが可能な半導体装置及びそ
の評価方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device capable of compensating for a leakage current caused by a PN junction and a method of evaluating the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】PN接合は、その整流特性が優れている
が故に、ダイオード、トランジスタ等の半導体装置の構
成要素として不可欠である。ところがPN接合に逆バイ
アス電圧を印加した場合にリーク電流が流れ、このリー
ク電流は、例えばDRAMのデータ保持不良、CMOS
インバータの消費電力増加、出力低下等のデバイス特性
劣化の原因となっている。
2. Description of the Related Art A PN junction is indispensable as a component of a semiconductor device such as a diode and a transistor because of its excellent rectifying characteristics. However, when a reverse bias voltage is applied to the PN junction, a leak current flows.
This causes deterioration of device characteristics such as an increase in power consumption and a decrease in output of the inverter.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】リーク電流が増加する
原因は、PN接合を形成する半導体材料中の結晶欠陥、
又はPN接合の形成プロセスにおける重金属汚染等であ
る。半導体材料中の結晶欠陥に対しては、半導体材料の
品質向上が講じられており、重金属汚染については、プ
ロセスのクリーン化によって対処している。またリーク
電流を低減するためにPN接合の接合面積を縮小する等
の対策が実際に行われている。しかしながら半導体装置
の微細化、及び低消費電力化が進むにつれ、デバイス特
性の向上を目的とした、リーク電流の低減に対する要求
は益々高まっており、依然として重要な課題である。
The cause of the increase in the leak current is a crystal defect in a semiconductor material forming a PN junction,
Or heavy metal contamination in the PN junction formation process. For crystal defects in the semiconductor material, the quality of the semiconductor material has been improved, and for heavy metal contamination, the process has been cleaned up. In order to reduce the leakage current, measures such as reducing the junction area of the PN junction are actually taken. However, as the miniaturization of semiconductor devices and the reduction in power consumption have progressed, there has been an increasing demand for a reduction in leakage current for the purpose of improving device characteristics, and this is still an important issue.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置は、第1PN接合を有する半導体装置において、第1
PN接合のリーク電流を補償するための第2PN接合が
付加されていることを特徴とする。これにより半導体材
料中の欠陥、及び半導体製造プロセスに影響されずデバ
イス特性が良好な半導体装置を得ることができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first PN junction.
A second PN junction for compensating a leakage current of the PN junction is added. This makes it possible to obtain a semiconductor device having good device characteristics without being affected by defects in a semiconductor material and a semiconductor manufacturing process.

【0005】請求項2記載の半導体装置は、請求項1記
載の半導体装置において、第1PN接合及び第2PN接
合は互いに逆極性の電圧が各々印加されるように接続さ
れていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device of the first aspect, the first PN junction and the second PN junction are connected so that voltages having opposite polarities are applied to each other. .

【0006】電圧の印加時に、向きが逆である第2PN
接合のリーク電流によって、第1PN接合のリーク電流
の全て又は所定成分を打ち消して補償することができ
る。
When a voltage is applied, the second PN having the opposite direction
The leak current at the junction can cancel out and compensate for all or a predetermined component of the leak current at the first PN junction.

【0007】請求項3記載の半導体装置は、請求項1又
は2記載の半導体装置において、第2PN接合は、第1
PN接合と実質的に同条件のプロセスで形成されている
ことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the second PN junction is a first PN junction.
It is characterized by being formed by a process under substantially the same conditions as the PN junction.

【0008】これにより同逆バイアス電圧を印加した場
合に、第1、第2PN接合において同値のリーク電流が
発生する。
As a result, when the same reverse bias voltage is applied, the same leakage current occurs at the first and second PN junctions.

【0009】請求項4記載の半導体装置は、請求項3記
載の半導体装置において、一導電型トランジスタ及び他
導電型トランジスタを備えており、第1PN接合は前記
一導電型トランジスタのドレイン領域に形成されてお
り、前記一導電型トランジスタと前記他導電型トランジ
スタとの直列接続に印加される電圧に対し、絶対値が所
定倍である電圧が前記一導電型トランジスタと第2PN
接合との直列接続に印加されるようになしてあることを
特徴とする。
A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor device according to the third aspect, further comprising a transistor of one conductivity type and a transistor of another conductivity type, wherein the first PN junction is formed in a drain region of the one conductivity type transistor. A voltage whose absolute value is a predetermined multiple of a voltage applied to a series connection of the one conductivity type transistor and the other conductivity type transistor is connected to the one conductivity type transistor and the second PN transistor.
It is characterized in that it is applied to a series connection with a junction.

【0010】例えば第1PN接合を含む回路素子(イン
バータ)の動作時に印加されるべき電圧の2倍の電圧を
一導電型トランジスタと第2PN接合との直列接続に印
加した場合、第1及び第2PN接合にかかる電圧は共に
逆バイアスであり向きが逆であるので、それらの電流の
和をとることでリーク電流が除去された電流が得られ
る。従って見かけ上はリーク電流が存在しないので、デ
バイスの特性向上が図れる。
For example, when a voltage twice as high as a voltage to be applied during operation of a circuit element (inverter) including a first PN junction is applied to a series connection of a one conductivity type transistor and a second PN junction, the first and second PN junctions are applied. Since the voltages applied to the junctions are both reverse biased and opposite in direction, a current from which the leakage current has been removed can be obtained by summing the currents. Therefore, there is apparently no leakage current, so that the characteristics of the device can be improved.

【0011】請求項5記載の半導体装置は、請求項1〜
4のうちいずれかに記載の半導体装置において、第2P
N接合は、第1PN接合と、周辺長が実質的に同一であ
り、面積が異なることを特徴とする。なお、本発明にお
ける「実質的に同一である」とは、製造装置の加工精度
範囲内において生じる誤差を含むものであり、物理的に
全く同一であることを指すものではないことはいうまで
もない。
A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that:
4. The semiconductor device according to any one of 4,
The N-junction is characterized in that the peripheral length is substantially the same as that of the first PN junction and the area is different. In the present invention, “substantially the same” includes an error that occurs within the processing accuracy range of the manufacturing apparatus, and does not necessarily mean that they are physically completely the same. Absent.

【0012】第2PN接合由来のリーク電流で既存の第
1PN接合のリーク電流の同成分(周辺成分)を打ち消
すことにより、既存の第1PN接合由来のリーク電流に
おける面積成分を求めることが可能であり、評価用半導
体装置に適する。
By canceling the same component (peripheral component) of the existing leak current of the first PN junction with the leak current originating from the second PN junction, the area component of the leak current originating from the existing first PN junction can be obtained. Suitable for evaluation semiconductor devices.

【0013】請求項6記載の発明は、請求項1〜4のう
ちいずれかに記載の半導体装置において、第2PN接合
は、第1PN接合と、面積が実質的に同一であり、周辺
長が異なることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the second PN junction has substantially the same area as the first PN junction and has a different peripheral length. It is characterized by the following.

【0014】第2PN接合由来のリーク電流で既存の第
1PN接合のリーク電流の同成分(面積成分)を打ち消
すことにより、既存の第1PN接合由来のリーク電流に
おける周辺成分を求めることが可能であり、評価用半導
体装置に適する。
By canceling the same component (area component) of the leak current of the existing first PN junction with the leak current derived from the second PN junction, it is possible to obtain a peripheral component in the leak current derived from the existing first PN junction. Suitable for evaluation semiconductor devices.

【0015】請求項7記載の半導体装置の評価方法は、
請求項5又は6記載の半導体装置における第1、第2P
N接合に、絶対値が実質的に同じである逆極性の電圧を
各々少なくとも1回づつ印加し、各々の場合のリーク電
流を測定し、絶対値が同じ場合のリーク電流の差を求
め、複数の絶対値について得られた複数の差からリーク
電流の所定成分を求めることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device evaluation method,
The first and second Ps in the semiconductor device according to claim 5.
A voltage of the opposite polarity having substantially the same absolute value is applied to the N-junction at least once each, a leak current in each case is measured, and a difference between leak currents when the absolute value is the same is obtained. A predetermined component of the leakage current is obtained from a plurality of differences obtained for the absolute value of

【0016】上述した作用を利用して既存の第1PN接
合由来のリーク電流における所定成分、即ち面積成分又
は周辺長成分を求めることが可能である。
By utilizing the above-described operation, it is possible to obtain a predetermined component, that is, an area component or a peripheral length component, of the leak current derived from the existing first PN junction.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。 実施の形態1.図1は実施の形態1に係る半導体装置の
構成を示す概念図である。図中3は既存のPN接合であ
り、半導体装置4内に形成されている。半導体装置4に
は、接続線5を介して、PN接合3のリーク電流を補償
するPN接合1aを備えた半導体装置2が電気的に接続さ
れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. In the figure, reference numeral 3 denotes an existing PN junction, which is formed in the semiconductor device 4. A semiconductor device 2 having a PN junction 1 a for compensating for a leakage current of the PN junction 3 is electrically connected to the semiconductor device 4 via a connection line 5.

【0018】このように別なPN接合1aを付加すること
により、半導体装置4の動作時におけるPN接合3由来
のリーク電流を、PN接合1aのリーク電流を利用して打
ち消し補償することができる。PN接合1aはPN接合3
と同じ基板に設けられていても、異なる基板に設けられ
ていても、どちらでもよい。
By adding another PN junction 1a in this manner, the leakage current originating from the PN junction 3 during the operation of the semiconductor device 4 can be canceled out and compensated by utilizing the leakage current of the PN junction 1a. PN junction 1a is PN junction 3
May be provided on the same substrate as the above, or may be provided on a different substrate.

【0019】実施の形態2.図2は実施の形態2に係る
半導体装置を備えた回路を示す図である。本実施の形態
は、実施の形態1の概念を評価用装置に応用したもので
あり、評価対象であるPN接合3にPN接合1bを逆接続
してある。そしてこれらに電圧源6を直列に接続して直
列回路を形成する。PN接合3とPN接合1bとでは、そ
の周辺長は同一であり、面積が異なる。
Embodiment 2 FIG. 2 is a diagram showing a circuit including the semiconductor device according to the second embodiment. In this embodiment, the concept of the first embodiment is applied to an evaluation device, and a PN junction 1b is reversely connected to a PN junction 3 to be evaluated. The voltage sources 6 are connected in series to form a series circuit. The PN junction 3 and the PN junction 1b have the same peripheral length and different areas.

【0020】このように構成された半導体装置では、P
N接合3に順バイアス電圧が印加された場合、PN接合
1bには逆バイアス電圧が印加される。このときの電流
を、回路に直列に接続した電流計7で測定すると、順バ
イアス抵抗は逆バイアス抵抗に比べて非常に小さいた
め、電流計7はPN接合1bのリーク電流と等しい値を示
す。逆に、PN接合3に逆バイアス電圧を印加し、PN
接合1bに順バイアス電圧を印加した場合は、電流計7は
PN接合3のリーク電流と等しい値を示す。
In the semiconductor device thus configured, P
When a forward bias voltage is applied to the N junction 3, the PN junction
A reverse bias voltage is applied to 1b. When the current at this time is measured by an ammeter 7 connected in series with the circuit, the ammeter 7 shows a value equal to the leak current of the PN junction 1b because the forward bias resistance is much smaller than the reverse bias resistance. Conversely, applying a reverse bias voltage to the PN junction 3
When a forward bias voltage is applied to the junction 1b, the ammeter 7 indicates a value equal to the leakage current of the PN junction 3.

【0021】半導体装置のリーク電流は、PN接合の中
央部分で発生するものと、その周辺部分で発生するもの
とで、発生メカニズムが異なっている。中央部分で発生
するリーク電流は、基板(例えばシリコン基板)内に存
在する欠陥に由来するものであり、以下、面積成分とい
う。また、周辺部分で発生するリーク電流は、半導体表
面の欠陥に由来する電流成分を含み、以下、周辺成分と
いう。PN接合のリーク電流は、これら面積成分と周辺
成分が主である。さらにPN接合のコーナーは、構造上
の特異点であり、ここで発生するリーク電流は例えば電
界集中に由来する電流成分を含む。この電流成分を、以
下、コーナー成分という。
The mechanism by which the leakage current of the semiconductor device occurs at the center of the PN junction and that at the periphery of the PN junction are different. The leak current generated in the central portion is derived from a defect existing in a substrate (for example, a silicon substrate), and is hereinafter referred to as an area component. The leak current generated in the peripheral portion includes a current component derived from a defect on the semiconductor surface, and is hereinafter referred to as a peripheral component. The leak current of the PN junction mainly includes these area components and peripheral components. Further, the corner of the PN junction is a singular point in structure, and the leakage current generated here includes, for example, a current component derived from electric field concentration. This current component is hereinafter referred to as a corner component.

【0022】本実施の形態では、2つのPN接合の周辺
長が同一であり、面積が異なるので、印加電圧の絶対値
が等しいとき、得られた電流値の差からPN接合リーク
電流の面積成分を得ることができる。PN接合1bのリー
ク電流測定値をI1 とし、PN接合1bの面積をS1
し、PN接合3のリーク電流測定値をI3 とし、PN接
合3の面積をS3 とすると、単位面形面積当たりのリー
ク電流Iunitは以下式により得られる。 Iunit=|I1 −I3 |/|S3 −S1 | …(1)
In the present embodiment, since the two PN junctions have the same peripheral length and different areas, when the applied voltages have the same absolute value, the area difference of the PN junction leak current is obtained from the difference between the obtained current values. Can be obtained. The leakage current measurements PN junction 1b and I 1, the area of the PN junction 1b and S 1, the leakage current measured value of the PN junction 3 and I 3, the area of the PN junction 3 When S 3, the unit surface shape The leak current I unit per area is obtained by the following equation. I unit = | I 1 -I 3 | / | S 3 -S 1 | (1)

【0023】この値は面積成分のみに関するので、基板
評価の指標として適当である。従来の方法でこの値を求
めるためには、2個の試料を別々に測定するためプロー
ビング場所を変える必要があり、時間を要し、また触針
の接触具合によって測定誤差が多く含まれるという問題
があった。しかしながら本発明方法によればプロービン
グ状態が同じであるため、原理的に電流計の精度とプロ
ーバの精度のみによって決定されるので、誤差をほとん
ど含まない。なおここでコーナー成分の影響を排除する
ためにコーナーの数は同一である必要がある。
Since this value relates only to the area component, it is suitable as an index for substrate evaluation. In order to obtain this value by the conventional method, it is necessary to change the probing location because two samples are separately measured, which takes time, and a lot of measurement errors are included depending on the contact state of the stylus. was there. However, according to the method of the present invention, since the probing state is the same, it is determined in principle only by the accuracy of the ammeter and the accuracy of the prober, so that it contains almost no error. Here, the number of corners needs to be the same in order to eliminate the influence of the corner component.

【0024】実施の形態3.図3は実施の形態3に係る
半導体装置を備えた回路を示す図である。本実施の形態
は、実施の形態1の概念を評価用装置に応用したもので
あり、評価対象であるPN接合3にPN接合1cを逆接続
してある。そしてこれらに電圧源6を直列に接続して直
列回路を形成する。PN接合3とPN接合1cとでは、そ
の面積は同一であり、周辺長が異なる。
Embodiment 3 FIG. FIG. 3 is a diagram showing a circuit including the semiconductor device according to the third embodiment. In this embodiment, the concept of the first embodiment is applied to an evaluation device, and a PN junction 1c is reversely connected to a PN junction 3 to be evaluated. The voltage sources 6 are connected in series to form a series circuit. The PN junction 3 and the PN junction 1c have the same area and different peripheral lengths.

【0025】このように構成された半導体装置では、実
施の形態2と同様、PN接合3に順バイアス電圧が印加
された場合、PN接合1cには逆バイアス電圧が印加され
る。このときの電流を、回路に直列に接続した電流計7
で測定すると、順バイアス抵抗は逆バイアス抵抗に比べ
て非常に小さいため、電流計7はPN接合1cのリーク電
流と等しい値を示す。逆に、PN接合3に逆バイアス電
圧が印加し、PN接合1cに順バイアス電圧を印加した場
合は、電流計7はPN接合3のリーク電流と等しい値を
示す。従ってこれらの場合の印加電圧の絶対値が等しい
とき、得られた電流値の差からPN接合リーク電流の周
辺成分を得ることができる。計算式は(1)式と同様であ
る。ここでコーナー成分の影響を排除するためにコーナ
ーの数は同一である必要がある。
In the semiconductor device thus configured, as in the second embodiment, when a forward bias voltage is applied to the PN junction 3, a reverse bias voltage is applied to the PN junction 1c. The current at this time is measured by an ammeter 7 connected in series to the circuit.
Since the forward bias resistance is much smaller than the reverse bias resistance, the ammeter 7 shows a value equal to the leak current of the PN junction 1c. Conversely, when a reverse bias voltage is applied to the PN junction 3 and a forward bias voltage is applied to the PN junction 1c, the ammeter 7 indicates a value equal to the leakage current of the PN junction 3. Therefore, when the absolute values of the applied voltages are equal in these cases, the peripheral component of the PN junction leak current can be obtained from the difference between the obtained current values. The calculation formula is the same as the formula (1). Here, the number of corners needs to be the same in order to eliminate the influence of the corner component.

【0026】実施の形態4.図4は実施の形態4に係る
半導体装置の構成を示す回路図である。本実施の形態
は、実施の形態1の概念を、実際に回路に使用される半
導体装置であるインバータに応用したものである。電源
DD、接地間にPチャネル型MOSFET8、Nチャネル型MO
SFET9が直列に接続されており、Pチャネル型MOSFET8
の基板は電源V DDに接続されており、Nチャネル型MOSF
ET9の基板は接地されている。Pチャネル型MOSFET8及
びNチャネル型MOSFET9の接続点には、Nチャネル型MO
SFET9のドレイン部におけるPN接合と同構造のPN接
合1dのP側が接続されており、そのN側は2×VDDの電
位に接続されている。そしてPチャネル型MOSFET8及び
Nチャネル型MOSFET9の両ゲートを接続した接続点を入
力端子Vinとし、Pチャネル型MOSFET8、Nチャネル型
MOSFET9及びPN接合1dの接続点を出力端子Voutとす
る。
Embodiment 4 FIG. 4 relates to the fourth embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a semiconductor device. This embodiment
Describes the concept of the first embodiment in a half
This is applied to an inverter that is a conductor device. Power supply
VDDP-channel MOSFET 8 and N-channel MO between ground and ground
An SFET 9 is connected in series, and a P-channel MOSFET 8
Power supply V DDN-channel type MOSF
The substrate of ET9 is grounded. P-channel type MOSFET8 and
The connection point of the N-channel MOSFET 9 and the N-channel MOSFET
PN junction of the same structure as the PN junction at the drain of SFET 9
The P side of 1d is connected and its N side is 2 × VDDNo electricity
Connected to the second place. And a P-channel MOSFET 8 and
Enter the connection point connecting both gates of N-channel MOSFET 9
Force terminal VinAnd a P-channel MOSFET 8 and an N-channel MOSFET
The connection point between the MOSFET 9 and the PN junction 1d is connected to the output terminal VoutToss
You.

【0027】PN接合1dが接続されていない場合、Vin
=0(V) のときVout <VDD(V) とリーク電流による電
圧分VL だけ小さくなるが、図4に示すようにPN接合
1dが付加された場合は、PN接合1dのN側が2×VDD
電位に固定されているので、出力端子Vout に現れる電
位Vout は、 Vout =2×VDD−VL −(VDD−VL ) となってリーク電流分が補償され、Vout =VDD(V) に
維持することが可能である。
[0027] When the PN junction 1d is not connected, V in
= 0 (V), V out <V DD (V) and the voltage V L due to the leakage current are reduced, but as shown in FIG.
If 1d is added, because it is fixed to the potential of the N side is 2 × V DD of the PN junction 1d, potential V out at the output terminal V out is, V out = 2 × V DD -V L - ( (V DD -V L ), the leakage current is compensated, and it is possible to maintain V out = V DD (V).

【0028】[0028]

【実施例】【Example】

実施例1.図5は、実施の形態2に係る半導体装置の測
定回路を示す図である。P型シリコンウエハ15の表面の
適宜位置に、面積0.5mm2 、周辺長4mmの長方形のN型
拡散層13と、面積1mm2 、周辺長4mmの正方形のN型拡
散層14とが各々形成されている。N型拡散層13、14に
は、電圧源(HP4140Bに含まれている) 6と容量計(HP428
4A) 10と電流計(HP4140Bに含まれている) 7とを切り換
えるチャネルマトリクス12が接続されている。電圧源
6、電流計7、容量計10、及びチャネルマトリクス12
は、GP-IB ケーブル16にてコンピュータ11と接続されて
いる。
Embodiment 1 FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement circuit of the semiconductor device according to the second embodiment. A rectangular N-type diffusion layer 13 having an area of 0.5 mm 2 and a peripheral length of 4 mm and a square N-type diffusion layer 14 having an area of 1 mm 2 and a peripheral length of 4 mm are formed at appropriate positions on the surface of the P-type silicon wafer 15. Have been. The N-type diffusion layers 13 and 14 include a voltage source 6 (included in HP4140B) and a capacitance meter (HP428
4A) A channel matrix 12 for switching between 10 and an ammeter (included in HP4140B) 7 is connected. Voltage source 6, ammeter 7, capacity meter 10, and channel matrix 12
Is connected to the computer 11 via a GP-IB cable 16.

【0029】電圧源6による電圧を、0.2、0.4、0.
6、0.8、1.0Vとして空乏層幅Wを変化させたときの
リーク電流値の測定結果を図6に示す。図6の横軸であ
る空乏層幅Wは、容量値から算出したものである。出力
電圧が正(図6の×)、又は負(図6の○)であるとき
のリーク電流値は、その面積成分と周辺成分とを含むた
めに、空乏層幅Wの増大につれてリーク電流は曲線的に
増加する。従ってリーク電流の空乏層幅依存性を直線で
近似し、その直線の縦軸(リーク電流)との切片により
拡散電流成分(空乏層外、即ちバルク内部から拡散した
電流成分)を求め、またその直線の傾きから空乏層中で
発生したキャリアのライフタイムを求める手法を適用す
ることが不可能であることが判る。
The voltage from the voltage source 6 is changed to 0.2, 0.4,
FIG. 6 shows the measurement results of the leak current value when the depletion layer width W was changed to 6, 0.8, and 1.0 V. The depletion layer width W on the horizontal axis in FIG. 6 is calculated from the capacitance value. When the output voltage is positive (x in FIG. 6) or negative (o in FIG. 6), the leakage current value includes an area component and a peripheral component, so that the leakage current increases as the depletion layer width W increases. Increase in a curve. Therefore, the dependence of the leak current on the depletion layer width is approximated by a straight line, and a diffusion current component (a current component diffused from the outside of the depletion layer, that is, from the inside of the bulk) is obtained from the intercept of the vertical axis (leak current) of the straight line. It can be seen that it is impossible to apply a method for determining the lifetime of carriers generated in the depletion layer from the slope of the straight line.

【0030】しかしながら絶対値が同じである正、負の
電圧を印加したときの電流値の差は、直線的に変化して
いる(図6の●)。これは、この値が面積成分のみを含
むためである。従ってリーク電流の面積成分は空乏層幅
依存性を直線で近似し、拡散電流成分、及び空乏層中で
発生したキャリアのライフタイムを求めることが可能で
ある。
However, the difference between the current values when positive and negative voltages having the same absolute value are applied changes linearly (● in FIG. 6). This is because this value includes only the area component. Therefore, the area component of the leakage current approximates the depletion layer width dependence with a straight line, and the diffusion current component and the lifetime of carriers generated in the depletion layer can be obtained.

【0031】実施例2.図7は、実施の形態4に係る半
導体装置を示す模式的断面図である。この半導体装置
は、SOI ウエハ上にCMOSインバータ30が形成されてお
り、さらにPN接合1dが付加されている。シリコン基板
17上に膜厚1.0μm の埋め込み酸化膜18が形成されてお
り、その上にP型層22a 、N型層23、P型層22b が、素
子分離酸化膜19で素子分離されて形成されている。P型
層22a の表面には、P型拡散層24a 、N型拡散層25a 、
N型拡散層25b が適宜間隔を隔てて形成されている。N
型層23の表面には、P型拡散層24b 、P型拡散層24c 、
N型拡散層25c が適宜間隔を隔てて形成されている。N
型層22b の表面には、P型拡散層24d 、N型拡散層25d
が適宜間隔を隔てて形成されている。
Embodiment 2 FIG. FIG. 7 is a schematic sectional view showing the semiconductor device according to the fourth embodiment. In this semiconductor device, a CMOS inverter 30 is formed on an SOI wafer, and a PN junction 1d is further added. Silicon substrate
A buried oxide film 18 having a thickness of 1.0 μm is formed on the substrate 17, and a P-type layer 22 a, an N-type layer 23, and a P-type layer 22 b are formed thereon by element isolation by an element isolation oxide film 19. ing. On the surface of the P-type layer 22a, a P-type diffusion layer 24a, an N-type diffusion layer 25a,
N-type diffusion layers 25b are formed at appropriate intervals. N
On the surface of the mold layer 23, a P-type diffusion layer 24b, a P-type diffusion layer 24c,
N-type diffusion layers 25c are formed at appropriate intervals. N
The surface of the mold layer 22b has a P-type diffusion layer 24d and an N-type diffusion layer 25d.
Are formed at appropriate intervals.

【0032】P型層22a の上には、N型拡散層25a 及び
N型拡散層25b に架けてゲート酸化膜20a が形成されて
おり、さらにその上にゲートポリシリコン電極21a が積
層されている。N型層23の上には、P型拡散層24b 及び
P型拡散層24c に架けてゲート酸化膜20b が形成されて
おり、さらにその上にゲートポリシリコン電極21b が積
層されている。
On the P-type layer 22a, a gate oxide film 20a is formed over the N-type diffusion layer 25a and the N-type diffusion layer 25b, and a gate polysilicon electrode 21a is further laminated thereon. . On the N-type layer 23, a gate oxide film 20b is formed over the P-type diffusion layer 24b and the P-type diffusion layer 24c, and a gate polysilicon electrode 21b is further laminated thereon.

【0033】P型拡散層24a 及びN型拡散層25a は接地
されており、P型拡散層24c 及びN型拡散層25c は電源
DDに接続されている。またN型拡散層25d には2×V
DDの電位が印加されている。ゲートポリシリコン電極21
a 、21b は接続されて、CMOSインバータ30の入力端子V
inとなしてあり、N型拡散層25b 、P型拡散層24b 及び
P型拡散層24d は接続されて、CMOSインバータ30の出力
端子Vout となしてある。
The P-type diffusion layer 24a and the N-type diffusion layer 25a are grounded, and the P-type diffusion layer 24c and the N-type diffusion layer 25c are connected to the power supply VDD . 2 × V is applied to the N-type diffusion layer 25d.
DD potential is applied. Gate polysilicon electrode 21
a and 21b are connected and the input terminal V of the CMOS inverter 30 is
The N-type diffusion layer 25b, the P-type diffusion layer 24b, and the P-type diffusion layer 24d are connected to form an output terminal Vout of the CMOS inverter 30.

【0034】図8は、入力端子Vinに周期10 nsec.の矩
形波を印加したときの、入力電位V in及び出力電位V
out を示す波形図である。実線が入力電位Vinを示し、
破線が図7に示す半導体装置における出力電位Vout
示す。一点鎖線は、PN接合1dを備えない従来の半導体
装置(インバータのみ)における出力電位Vout を示
す。
FIG. 8 shows an input terminal VinWith a period of 10 nsec.
Input potential V when applying a shape wave inAnd output potential V
outFIG. Solid line indicates input potential VinIndicates that
The broken line indicates the output potential V in the semiconductor device shown in FIG.outTo
Show. The dashed line indicates a conventional semiconductor without a PN junction 1d.
Output potential V in the device (inverter only)outShows
You.

【0035】従来装置では、P型層22a に形成されたN
チャネル型MOSFET9の、出力端子V out に接続されたN
型拡散層25b と、P型層22a とからなるPN接合におい
てリーク電流が存在した場合、ここで電圧降下が生じ、
その降下分だけ出力電位Vou t が低下する。PN接合に
おけるリーク電流は、ウエハ由来の欠陥及びデバイス作
成プロセス由来の欠陥がその要因である。しかしなが
ら、同一ウエハ上に同一プロセスで作成され同じ構造を
有する、Nチャネル型MOSFET9のPN接合とPN接合1d
とは同じ値のリーク電流を有するので、この半導体装置
は、図4の説明で述べたような作用を有する。即ち、V
in=0(V) のとき、Nチャネル型MOSFET9のPN接合と
PN接合1dとの直列接続に2×VDDの電圧が印加される
ので、インバータ30の出力電位Vout はVDDに維持され
る。このように本発明の構成を有するインバータは理想
的な特性を有するといえる。
In the conventional device, the N-type layer formed on the P-type layer 22a is
Output terminal V of channel type MOSFET 9 outN connected to
PN junction composed of the P-type diffusion layer 25b and the P-type layer 22a
If there is a leakage current, a voltage drop occurs here,
The output potential Vou tDecrease. For PN junction
Leakage current due to wafer-derived defects and device operation
Defects from the synthesis process are the cause. But
The same structure created by the same process on the same wafer
PN junction of N-channel MOSFET 9 and PN junction 1d
Has the same value of leakage current as
Has the effect as described in the description of FIG. That is, V
in= 0 (V), the PN junction of the N-channel MOSFET 9
2 × V for series connection with PN junction 1dDDVoltage is applied
Therefore, the output potential V of the inverter 30outIs VDDMaintained in
You. Thus, the inverter having the configuration of the present invention is ideal.
It can be said that it has a characteristic.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体装置
は、既存の第1PN接合に由来するリーク電流を補償す
るための第2PN接合が付加されていることにより、第
2PN接合由来の逆のリーク電流で既存のリーク電流の
全て又は不要成分を打ち消すことができる。同条件で作
成された第2PN接合に、所定の値の逆バイアス電圧が
印加される構成にした場合は、実際に回路に使用される
半導体装置に適用することができ、デバイス特性を大幅
に向上することができる。また面積又は周辺長を異なら
せて作成された第2PN接合に、絶対値が同じである逆
バイアス電圧を印加すると、正確にリーク電流の所定成
分を測定することができる等、本発明は優れた効果を奏
する。
As described above, in the semiconductor device according to the present invention, the addition of the second PN junction for compensating for the leak current originating from the existing first PN junction makes it possible to achieve the opposite effect derived from the second PN junction. All or unnecessary components of the existing leak current can be canceled by the leak current. When a predetermined reverse bias voltage is applied to the second PN junction formed under the same conditions, the second PN junction can be applied to a semiconductor device actually used in a circuit, and the device characteristics are significantly improved. can do. Further, when a reverse bias voltage having the same absolute value is applied to the second PN junctions formed with different areas or perimeters, the present invention is excellent in that a predetermined component of the leak current can be accurately measured. It works.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態1に係る半導体装置を示す概念図で
ある。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】実施の形態2に係る半導体装置を備えた回路を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit including a semiconductor device according to a second embodiment;

【図3】実施の形態3に係る半導体装置を備えた回路を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit including a semiconductor device according to a third embodiment;

【図4】実施の形態4に係る半導体装置を示す回路図で
ある。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a semiconductor device according to a fourth embodiment.

【図5】実施例1における半導体装置の測定回路を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement circuit of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図6】実施例1におけるリーク電流の測定結果を示す
グラフである。
FIG. 6 is a graph showing a measurement result of a leak current in Example 1.

【図7】実施例2で用いた半導体装置を示す模式的断面
図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a semiconductor device used in Example 2.

【図8】図7に示す半導体装置と従来の半導体装置とに
おける入力波形及び出力波形を示す波形図である。
8 is a waveform diagram showing input waveforms and output waveforms in the semiconductor device shown in FIG. 7 and a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a, 1b, 1c, 1d, 3 PN接合 2,4 半導体装置 16 GP-IB ケーブル 1a, 1b, 1c, 1d, 3 PN junction 2, 4 Semiconductor device 16 GP-IB cable

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1PN接合を含む半導体装置におい
て、第1PN接合のリーク電流を補償するための第2P
N接合が付加されていることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device including a first PN junction, a second P-type semiconductor device for compensating for a leakage current of the first PN junction.
A semiconductor device to which an N junction is added.
【請求項2】 第1PN接合及び第2PN接合は互いに
逆極性電圧が各々印加されるように接続されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first PN junction and the second PN junction are connected such that voltages of opposite polarities are applied to each other.
【請求項3】 第2PN接合は、第1PN接合と実質的
に同条件のプロセスで形成されていることを特徴とする
請求項1又は2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second PN junction is formed by a process under substantially the same conditions as the first PN junction.
【請求項4】 一導電型トランジスタ及び他導電型トラ
ンジスタを備えており、第1PN接合は前記一導電型ト
ランジスタのドレイン領域に形成されており、前記一導
電型トランジスタと前記他導電型トランジスタとの直列
接続に印加される電圧に対し、絶対値が所定倍である電
圧が、前記一導電型トランジスタと第2PN接合との直
列接続に印加されるようになしてあることを特徴とする
請求項3記載の半導体装置。
4. A transistor comprising a transistor of one conductivity type and a transistor of another conductivity type, a first PN junction is formed in a drain region of the transistor of one conductivity type, and a first PN junction is formed between the transistor of one conductivity type and the transistor of another conductivity type. 4. A voltage whose absolute value is a predetermined multiple of a voltage applied to the series connection is applied to the series connection of the one conductivity type transistor and the second PN junction. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 第2PN接合は、第1PN接合と、周辺
長が実質的に同一であり、面積が異なることを特徴とす
る請求項1〜4のうちいずれかに記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second PN junction has substantially the same peripheral length and a different area as the first PN junction.
【請求項6】 第2PN接合は、第1PN接合と、面積
が実質的に同一であり、周辺長が異なることを特徴とす
る請求項1〜4のうちいずれかに記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second PN junction has substantially the same area as the first PN junction and has a different peripheral length.
【請求項7】 請求項5又は6記載の半導体装置におけ
る第1、第2PN接合に、絶対値が実質的に同じである
逆極性の電圧を各々少なくとも1回づつ印加し、各々の
場合のリーク電流を測定し、絶対値が同じ場合のリーク
電流の差を求め、複数の絶対値について得られた複数の
差からリーク電流の所定成分を求めることを特徴とする
半導体装置の評価方法。
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein voltages of opposite polarities having substantially the same absolute value are respectively applied to the first and second PN junctions at least once each, and leakage in each case is performed. A method for evaluating a semiconductor device, comprising: measuring a current; obtaining a difference between leak currents when the absolute values are the same; and obtaining a predetermined component of the leak current from a plurality of differences obtained for a plurality of absolute values.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008047478A1 (en) * 2006-10-20 2008-04-24 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for evaluating semiconductor wafer

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