(57)【要約】【課題】  高精度なＳＰＩＣＥパラメータの抽出を行うことができる、半導体素子の特性評価方法を提供する。【解決手段】  本発明の半導体素子の特性評価方法は、  （ａ）半導体層に設けられた絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０を準備すること、  （ｂ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の電流電圧特性を求めること、  （ｃ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の自己比熱効果による電流変化量を求めること、  （ｄ）前記（ｂ）で求められた電流電圧特性に前記（ｃ）で求められた電流変化量を加味することにより、前記自己比熱効果がない状態の前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の電流電圧特性を得ること、を含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体層に設けられた絶縁ゲート電界効果型トランジスタを準備すること、
（ｂ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの電流電圧特性を求めること、
（ｃ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの自己比熱効果による電流変化量を求めること、
（ｄ）前記（ｂ）で求められた電流電圧特性に前記（ｃ）で求められた電流変化量を加味することにより、前記自己比熱効果がない状態の前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの電流電圧特性を得ること、を含む、半導体素子の特性評価方法。
【請求項２】
（ａ）半導体層に設けられた絶縁ゲート電界効果型トランジスタを準備すること、
（ｂ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの動作時の熱量を求めること、
（ｃ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの自己比熱効果による熱変化量を求めること、
（ｄ）前記（ｂ）で求められた前記熱に前記（ｃ）で求められた熱変化量を加味することにより、前記自己比熱効果がない状態の前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの熱量を得ること、を含む、半導体素子の特性評価方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記半導体層は、絶縁層上に設けられている、半導体素子の特性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の特性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路設計をする際に、回路を構成する各種半導体素子を組み合わせたシミュレーションを行うことがある。このシミュレーションにおいて、半導体素子の特性を示すパラメータをＳＰＩＣＥパラメータという。そのため、回路設計のシミュレーションをより正確に行うためには、より精度の高いＳＰＩＣＥパラメータの抽出が必要となる。
【特許文献１】特開平６−５２２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体素子の一例である絶縁ゲート電界効果型トランジスタの場合、この素子のＳＰＩＣＥパラメータの１つにソース領域およびドレイン領域の寄生抵抗がある。通常行われる寄生抵抗の算出方法では、対象となる絶縁ゲート電界効果型トランジスタが発生する熱による特性の劣化は考慮されていない。そのため、たとえば、熱の発生に例示されるような、各種要因に起因する特性の劣化を考慮して、真の特性を求めることができる高精度な算出が求められている。
【０００４】
本発明の目的は、高精度なＳＰＩＣＥパラメータの抽出を行うことができる、半導体素子の特性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の半導体素子の特性評価方法は、
（ａ）半導体層に設けられた絶縁ゲート電界効果型トランジスタを準備すること、
（ｂ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの電流電圧特性を求めること、
（ｃ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの自己比熱効果による電流変化量を求めること、
（ｄ）前記（ｂ）で求められた電流電圧特性に前記（ｃ）で求められた電流変化量を加味することにより、前記自己比熱効果がない状態の前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの電流電圧特性を得ること、を含む。
【０００６】
本発明の第２の半導体素子の特性評価方法は、
（ａ）半導体層に設けられた絶縁ゲート電界効果型トランジスタを準備すること、
（ｂ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの動作時の熱量を求めること、
（ｃ）前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの自己比熱効果による熱変化量を求めること、
（ｄ）前記（ｂ）で求められた前記熱量に前記（ｃ）で求められた熱変化量を加味することにより、前記自己比熱効果がない状態の前記絶縁ゲート電界効果型トランジスタの熱量を得ること、を含む。
【０００７】
本発明の第１および第２の半導体素子の特性評価方法は、工程（ｃ）において、自己比熱効果に起因する特性の劣化（電流量の低下や温度の上昇など）を求め、その結果を加味すること（工程（ｄ））を含む。そのため、自己比熱効果による特性の劣化が考慮され、真に絶縁ゲート電界効果型トランジスタの有する特性を求めることができる。その結果、本発明により求められた特性を基に、たとえば、寄生抵抗の算出を行うことで、回路設計の際の指標となるＳＰＩＣＥパラメータと高精度に抽出できるのである。
【０００８】
本発明の第１および第２の半導体素子の特性評価方法において、前記半導体層は、絶縁層上に設けられていることができる。
【０００９】
この態様によれば、絶縁層上の半導体層（ＳＯＩ層：Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ層）に設けられた半導体素子は、絶縁層に囲まれることとなるため、放熱性が悪くなり、特に、自己比熱効果による影響を受けやすいが、本発明の特性評価方法を適用することにより、高精度な特性評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態の一例について図１、２を参照しつつ説明する。本実施の形態では、自己比熱効果の影響を受けやすいＳＯＩ構造を有する半導体素子の特性の評価を一例として説明する。図１は、本実施の形態にかかる半導体素子を模試的に示す断面図であり、図２は、本実施の形態にかかる特性評価方法を説明する図である。
【００１１】
まず、半導体素子について説明する。図１に示すように、本実施の形態にかかる半導体素子は、支持基板６の上に設けられた絶縁層８と、絶縁層８上の半導体層１０に設けられた、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０である。絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０は、半導体層１０の上に設けられたゲート絶縁層２２と、ゲーと電極２４と、ゲート電極２４の側面に設けられたサイドウォール絶縁層２６と、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域２８と、を含む。さらに、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０を覆うように、層間絶縁層３０が設けられている。また、層間絶縁層３０には特に図示しないが、層間絶縁層３０の上方に設けられる配線層とゲート電極２４や不純物領域２８とを接続するためのコンタクト層が適宜設けられる。
【００１２】
ゲート絶縁層２２、ゲート電極２４およびサイドウォール２６の材質は、公知の材質をそれぞれ用いることができる。また、サイドウォール２６の下方の半導体層１０に低濃度の不純物領域（ＬＤＤ領域）が設けられていてもよい。
【００１３】
本実施の形態にかかる絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０は、絶縁層８と層間絶縁層３０に囲まれている。半導体層１０がシリコン層である場合、絶縁層８や層間絶縁層３０としては酸化シリコン層であることが一般的であるが、酸化シリコン層は、熱伝導率が低いために放熱しにくい。そのため、バルク状の半導体層１０に設けられた場合と比して、自己比熱効果が大きい。よって、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の特性の評価の際には、このことを考慮する必要性も大きくなる。
【００１４】
次に、本実施の形態にかかる特性の評価方法について説明する。
【００１５】
図２に示すように、まず、ステップ１０において、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の特性である第１の特性を求める。求める特性としては、電流電圧特性や温度などを挙げることができる。このとき、求められる結果には、真に絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の有する特性のみではなく、自己比熱効果による特性の劣化が反映された結果が得られることとなる。たとえば、本実施の形態では、電流電圧特性を求める場合を例示するが、この場合には、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の温度が上昇することにより、流れる電流量が低下するという現象をも含まれた結果が得られることとなる。
【００１６】
次に、ステップ２０では、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の自己比熱効果に起因する劣化量を測定する。このステップ２０で求められる特性は、後述するステップで、第１の特性に加味させるため、第１の特性と同一の単位で示すことができる特性である必要がある。本実施の形態では、第１の特性として、電流電圧特性を測定しているため、第２の特性としても自己比熱効果に起因する電流量の低下がどの程度であるかを測定する。
【００１７】
このステップ２０では、具体的には、まず、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の熱抵抗（℃／Ｗ）を測定する。なお、ここでいう熱抵抗とは、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０に１Ｗのパワーを与えたときの半導体素子と周囲（外部）との温度差を示す量である。熱抵抗の測定は、公知の測定方法、たとえば、ＡＣコンダクタンス法などを挙げることができる。
【００１８】
次に、得られた熱抵抗の結果を用いて、電流の変化量を算出する。この熱抵抗を用いた電流の変化量ΔＩの算出は、下記の式（１）に従って行うことができる。
ΔＩ＝Ｒｔｈ＊Ｉ＊Ｖ＊（ｄＩ／ｄＴ）  ・・・（１）
（Ｒｔｈ：熱抵抗、Ｉｄｓ：ドレイン電流、Ｖｄｓ：ドレイン電圧、ｄＩ／ｄＴ：単位温度当たりの電流変化)
【００１９】
次に、ステップ３０において、ステップ１０で求めた第１の特性にステップ２０で求めた第２の特性を加味して、真の絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０の電流電圧特性を示す値を求める。つまり、本実施の形態にかかる特性評価方法では、ステップ１０で求めた電流電圧特性に、自己比熱効果により低下していた電流量を加えた電流電圧特性を作成することとなる。
【００２０】
次に、ステップ４０において、ステップ３０で求めた電流電圧特性を用いて、不純物領域２８の寄生抵抗を算出する。寄生抵抗の算出方法としては、公知の算出方法、たとえば、チャネル抵抗やシフトアンドレシオ法（ＩＥＥＥ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ＶＯＬ１３，Ｎｏ．５，ＭＡＹ  １９９２  Ｐ２６７−２６９参照）を挙げることができる。
【００２１】
以上の評価方法により、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０のＳＰＩＣＥパラメータである不純物領域２８の寄生抵抗を算出することができる。
【００２２】
本実施の形態にかかる半導体素子の特性評価方法は、ステップ２０において、自己比熱効果に起因する特性の劣化（電流量の低下や温度の上昇など）を求め、その結果を加味すること（ステップ３０）を含む。そのため、自己比熱効果による特性の劣化が考慮され、真に絶縁ゲート電界効果型トランジスタの有する特性を求めることができる。この自己比熱効果による特性の劣化は、上述の実施の形態で説明したようなＳＯＩ構造を有する半導体素子においては顕著に見られる。そのため、高精度なＳＰＩＣＥパラメータの抽出が重要となる。本実施の形態にかかる半導体素子の特性評価方法によれば、このようなＳＯＩ構造の半導体素子においても、高精度な特性の評価を行うことができるのである。
【００２３】
また、本実施の形態にかかる特性の評価方法では、電流電圧特性を求める場合を例として説明したが、本発明は、これに限定されない。電流電圧特性の他には、熱量（温度）も、自己比熱効果の影響を受けうる。そのため、自己比熱効果を考慮することなく、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２０のデバイス温度を測定すると、正確な動作時の温度を測定することはできない。しかし、本実施の形態にかかる半導体素子の特性評価方法を用いれば、自己比熱効果を排除したデバイス温度の知見を得ることができる。
【００２４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態の特性評価方法が適用される半導体素子の一例を示す断面図。
【図２】本実施の形態にかかる半導体素子の特性評価方法を説明する図。
【符号の説明】
【００２６】
６…支持基板、  ８…絶縁層、  １０…半導体層、  ２０…絶縁ゲート電界効果型トランジスタ、  ２２…ゲート絶縁層、  ２２…ステップ、  ２４…ゲート電極、  ２６…サイドウォール絶縁層、  ２８…不純物領域、  ３０…層間絶縁層
【図１】
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【図２】
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