JPH05211221A - 半導体装置の製造工程におけるチャージアップ量測定方法 - Google Patents
半導体装置の製造工程におけるチャージアップ量測定方法Info
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- JPH05211221A JPH05211221A JP31875791A JP31875791A JPH05211221A JP H05211221 A JPH05211221 A JP H05211221A JP 31875791 A JP31875791 A JP 31875791A JP 31875791 A JP31875791 A JP 31875791A JP H05211221 A JPH05211221 A JP H05211221A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体装置の製造工程におけるチャージアップ
量を測定する。 【構成】濃度の異なる不純物が添加された酸化シリコン
からなるゲート酸化膜3を有するMOSキャパシタが複
数個形成されたシリコン基板1に、荷電粒子を用いる半
導体装置の製造プロセスを施した後、前記MOSキャパ
シタの絶縁破壊状態を調べ、絶縁破壊された最も不純物
濃度が低いMOSキャパシタの酸化膜中の不純物濃度か
らチャージアップ量を測定する。
量を測定する。 【構成】濃度の異なる不純物が添加された酸化シリコン
からなるゲート酸化膜3を有するMOSキャパシタが複
数個形成されたシリコン基板1に、荷電粒子を用いる半
導体装置の製造プロセスを施した後、前記MOSキャパ
シタの絶縁破壊状態を調べ、絶縁破壊された最も不純物
濃度が低いMOSキャパシタの酸化膜中の不純物濃度か
らチャージアップ量を測定する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程に
おけるチャージアップ量の測定方法に関する。
おけるチャージアップ量の測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置のチャージアップ量の
測定方法の第1の例として、図7に示すように、シリコ
ン基板1の上に設けたフィールド酸化膜2により区画さ
れた素子形成領域の表面に設けた薄いゲート酸化膜3及
びゲート電極4からなるMOSキャパシタが形成された
シリコン基板1が荷電粒子を用いる工程を経た後に、シ
リコン基板1上のMOSキャパシタのゲート酸化膜3が
破壊されたかどうかを調べることによってチャージアッ
プ量を測定する方法がある。
測定方法の第1の例として、図7に示すように、シリコ
ン基板1の上に設けたフィールド酸化膜2により区画さ
れた素子形成領域の表面に設けた薄いゲート酸化膜3及
びゲート電極4からなるMOSキャパシタが形成された
シリコン基板1が荷電粒子を用いる工程を経た後に、シ
リコン基板1上のMOSキャパシタのゲート酸化膜3が
破壊されたかどうかを調べることによってチャージアッ
プ量を測定する方法がある。
【0003】又、第2の例として荷電粒子を用いる工程
の前後におけるMNOS(metal nitride
oxide silicon)構造のキャパシタでの
荷電粒子の蓄積量に応じた電気的な変化量を測定してチ
ャージアップ量を測定する方法もある(月刊Semic
onductor World 1987年,11月,
31〜37頁参照)。図8に示すように、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、ゲート電極4がN型のシリコン基板1
に対して正の電位にある場合には、チャージアップの電
界によってトンネル効果でシリコン基板中の電子が厚さ
2nmの薄いゲート酸化膜3に注入されゲート酸化膜3
と窒化シリコン膜12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。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。
の前後におけるMNOS(metal nitride
oxide silicon)構造のキャパシタでの
荷電粒子の蓄積量に応じた電気的な変化量を測定してチ
ャージアップ量を測定する方法もある(月刊Semic
onductor World 1987年,11月,
31〜37頁参照)。図8に示すように、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、ゲート電極4がN型のシリコン基板1
に対して正の電位にある場合には、チャージアップの電
界によってトンネル効果でシリコン基板中の電子が厚さ
2nmの薄いゲート酸化膜3に注入されゲート酸化膜3
と窒化シリコン膜12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。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、第3の例として、荷電粒子の蓄積量に
応じた電気的な変化量を測定してチャージアップ量を測
定する方法があり、図9に示すような電気的に書き込み
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
を用いる方法もある(特開平1−69025号公報参
照)。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13に正のチャージアップが生じ、コントロ
ールゲート13がドレイン領域14に対して正の電位に
ある場合、チャージアップによる電界がトンネル酸化膜
15に加わり、ドレイン領域14からフローティングゲ
ート16に電子が注入される。このため不揮発性記憶素
子におけるNチャネルMOSトランジスタ17のしきい
値電圧は荷電粒子を用いる構造を経る前に比べて正にシ
フトする。従って、この不揮発性記憶素子におけるNチ
ャンネルMOSトランジスタ17のしきい値電圧のシフ
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。
応じた電気的な変化量を測定してチャージアップ量を測
定する方法があり、図9に示すような電気的に書き込み
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
を用いる方法もある(特開平1−69025号公報参
照)。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13に正のチャージアップが生じ、コントロ
ールゲート13がドレイン領域14に対して正の電位に
ある場合、チャージアップによる電界がトンネル酸化膜
15に加わり、ドレイン領域14からフローティングゲ
ート16に電子が注入される。このため不揮発性記憶素
子におけるNチャネルMOSトランジスタ17のしきい
値電圧は荷電粒子を用いる構造を経る前に比べて正にシ
フトする。従って、この不揮発性記憶素子におけるNチ
ャンネルMOSトランジスタ17のしきい値電圧のシフ
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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のチャージアップ量の測定方法は、第1のMOS
キャパシタのゲート酸化膜の絶縁破壊を調べる方法で
は、ゲート酸化膜が破壊されたか否かの2値判定である
ためチャージアップ量を定量化することが難しい。
た従来のチャージアップ量の測定方法は、第1のMOS
キャパシタのゲート酸化膜の絶縁破壊を調べる方法で
は、ゲート酸化膜が破壊されたか否かの2値判定である
ためチャージアップ量を定量化することが難しい。
【0006】また、第2のMNOS構造のキャパシタに
おけるフラットバンド電圧のシフト量を調べる方法で
は、チャージアップ量が増加し、トンネル酸化膜にある
値以上の電圧が加わると、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っ
た。
おけるフラットバンド電圧のシフト量を調べる方法で
は、チャージアップ量が増加し、トンネル酸化膜にある
値以上の電圧が加わると、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っ
た。
【0007】また、第3の不揮発性記憶素子におけるN
チャネルMOSトランジスタのしきい値電圧のシフト量
を調べる方法では、コントロールゲート電圧としきい値
電圧が図10に示すような関係にあるので、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
来ないという問題点があった。
チャネルMOSトランジスタのしきい値電圧のシフト量
を調べる方法では、コントロールゲート電圧としきい値
電圧が図10に示すような関係にあるので、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
来ないという問題点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造工程におけるチャージアップ量測定方法は、濃度の異
なる不純物が添加された酸化シリコンからなるゲート酸
化膜を有するMOSキャパシタが複数個形成されたシリ
コン基板を、荷電粒子を用いる半導体装置の製造プロセ
スを施した後、前記MOSキャパシタの絶縁破壊状態を
調べ、絶縁破壊された最も不純物濃度が低いMOSキャ
パシタの酸化膜中の不純物濃度からチャージアップ量を
測定する手段を含んで構成される。
造工程におけるチャージアップ量測定方法は、濃度の異
なる不純物が添加された酸化シリコンからなるゲート酸
化膜を有するMOSキャパシタが複数個形成されたシリ
コン基板を、荷電粒子を用いる半導体装置の製造プロセ
スを施した後、前記MOSキャパシタの絶縁破壊状態を
調べ、絶縁破壊された最も不純物濃度が低いMOSキャ
パシタの酸化膜中の不純物濃度からチャージアップ量を
測定する手段を含んで構成される。
【0009】
【作用】本発明者は、MOSキャパシタの酸化シリコン
からなるゲート酸化膜中に任意に添加された不純物の濃
度により.MOSキャパシタの耐圧強度が変化すること
を見出した。図11はMOSキャパシタのI−V特性を
示す図であり、ゲート酸化膜中にそれぞれA:5×10
19cm-3,B:3×1019cm-3,C:1×1019cm
-3のヒ素を添加したMOSキャパシタのI−V特性曲線
を示す。これは、20nmの厚さの酸化シリコンからな
るゲート酸化膜を有し、リンが添加された多結晶シリコ
ン膜を電極とするMOSキャパシタについて調査したも
のである。図から明らかなようにゲート酸化膜中の不純
物濃度が高いほど、低電圧で絶縁破壊が生じていること
が判る。
からなるゲート酸化膜中に任意に添加された不純物の濃
度により.MOSキャパシタの耐圧強度が変化すること
を見出した。図11はMOSキャパシタのI−V特性を
示す図であり、ゲート酸化膜中にそれぞれA:5×10
19cm-3,B:3×1019cm-3,C:1×1019cm
-3のヒ素を添加したMOSキャパシタのI−V特性曲線
を示す。これは、20nmの厚さの酸化シリコンからな
るゲート酸化膜を有し、リンが添加された多結晶シリコ
ン膜を電極とするMOSキャパシタについて調査したも
のである。図から明らかなようにゲート酸化膜中の不純
物濃度が高いほど、低電圧で絶縁破壊が生じていること
が判る。
【0010】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【0011】図1は本発明の第1の実施例を説明するた
めの半導体チップの断面図である。これは、N型シリコ
ン基板1上に形成した酸化シリコンからなるフィールド
酸化膜2とゲート酸化膜3を有し、リンを添加した多結
晶シリコン膜をゲート電極4とするMOSキャパシタ
で、MOSキャパシタA5,MOSキャパシタB6,M
OSキャパシタC7,MOSキャパシタD8,MOSキ
ャパシタE9のゲート酸化膜にそれぞれ1×1019cm
-3,2×1019cm-3,3×1019cm-3,4×1019
cm-3,5×1019cm-3のヒ素を添加したものであ
る。このキャパシ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ドー
ズ量依存性について調査した結果を図2に示す。この時
の注入イオンはヒ素イオンを、加速エネルギーが70k
eV,ビーム電流が4mAであり、ドーズ量は5×10
14cm-2〜1×1016cm-2まで変化させた。図2に示
すように、ドーズ量を増加させるに伴って、つまり、チ
ャージアップ量を増加させるに従ってゲート酸化膜中の
ヒ素濃度の低いMOSキャパシタが絶縁破壊されている
ことが判る。
めの半導体チップの断面図である。これは、N型シリコ
ン基板1上に形成した酸化シリコンからなるフィールド
酸化膜2とゲート酸化膜3を有し、リンを添加した多結
晶シリコン膜をゲート電極4とするMOSキャパシタ
で、MOSキャパシタA5,MOSキャパシタB6,M
OSキャパシタC7,MOSキャパシタD8,MOSキ
ャパシタE9のゲート酸化膜にそれぞれ1×1019cm
-3,2×1019cm-3,3×1019cm-3,4×1019
cm-3,5×1019cm-3のヒ素を添加したものであ
る。このキャパシ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ドー
ズ量依存性について調査した結果を図2に示す。この時
の注入イオンはヒ素イオンを、加速エネルギーが70k
eV,ビーム電流が4mAであり、ドーズ量は5×10
14cm-2〜1×1016cm-2まで変化させた。図2に示
すように、ドーズ量を増加させるに伴って、つまり、チ
ャージアップ量を増加させるに従ってゲート酸化膜中の
ヒ素濃度の低いMOSキャパシタが絶縁破壊されている
ことが判る。
【0012】ところで、従来のMNOS構造のMOSキ
ャパシタを用いる方法で同様の評価を行ったところ、1
×1015cm-2以上のドーズ量でトンネル酸化膜が破壊
されてしまい、チャージアップ量が測定不可能であっ
た。又、従来のMOSキャパシタを用いる方法で同様の
評価を行った場合には、5×1015cm-2以上のドーズ
量でゲート酸化膜が破壊され、5×1015cm-2未満の
ドーズ量で生じるチャージアップと、5×1015cm-2
以上のドーズ量で生じるチャージアップの違いを区別す
る事は出来たが、それ以上詳しくチャージアップ評価を
行うことは出来なかった。
ャパシタを用いる方法で同様の評価を行ったところ、1
×1015cm-2以上のドーズ量でトンネル酸化膜が破壊
されてしまい、チャージアップ量が測定不可能であっ
た。又、従来のMOSキャパシタを用いる方法で同様の
評価を行った場合には、5×1015cm-2以上のドーズ
量でゲート酸化膜が破壊され、5×1015cm-2未満の
ドーズ量で生じるチャージアップと、5×1015cm-2
以上のドーズ量で生じるチャージアップの違いを区別す
る事は出来たが、それ以上詳しくチャージアップ評価を
行うことは出来なかった。
【0013】図3及び図4は本発明の第2の実施例を説
明するための半導体チップの平面図及びA−A′線断面
図である。
明するための半導体チップの平面図及びA−A′線断面
図である。
【0014】図3及び図4に示すように、ゲート面積に
比べて数桁大きい面積の電極10をゲート電極4に接続
させてある。従って、電極のチャージアップにより生じ
る電界は、第1の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できる。こ
の第2の実施例によって半導体装置製造工程の一つであ
るプラズマ処理を行った際のチャージアップとプラズマ
処理時間の関係を調査した結果を図5に示す。また、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っ
た結果を図6に示す。図5と図6から従来例では観測で
き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。
比べて数桁大きい面積の電極10をゲート電極4に接続
させてある。従って、電極のチャージアップにより生じ
る電界は、第1の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できる。こ
の第2の実施例によって半導体装置製造工程の一つであ
るプラズマ処理を行った際のチャージアップとプラズマ
処理時間の関係を調査した結果を図5に示す。また、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っ
た結果を図6に示す。図5と図6から従来例では観測で
き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。
【0015】なお、本発明に用いるMOSキャパシタの
ゲート酸化膜中に不純物を添加する方法としては、ゲー
ト酸化膜を形成後にイオン注入を行い、その後窒素雰囲
気中で熱処理を行う方法や、ゲート酸化膜を形成後にゲ
ート酸化膜に不純物を熱拡散する方法など、ゲート酸化
膜に一様に不純物を添加する方法であればよい。
ゲート酸化膜中に不純物を添加する方法としては、ゲー
ト酸化膜を形成後にイオン注入を行い、その後窒素雰囲
気中で熱処理を行う方法や、ゲート酸化膜を形成後にゲ
ート酸化膜に不純物を熱拡散する方法など、ゲート酸化
膜に一様に不純物を添加する方法であればよい。
【0016】
【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、様々な濃度の不純物をあらかじめ
酸化シリコンからなるゲート酸化膜に添加したMOSキ
ャパシタを用いており、このMOSキャパシタの耐圧
は、ゲート酸化膜中に添加された不純物濃度に依存して
いるため、チャージアップによってどのような不純物濃
度を有するゲート酸化膜が絶縁破壊されたかを調べるこ
とによってチャージアップ量を測定することができる。
ップ量測定方法では、様々な濃度の不純物をあらかじめ
酸化シリコンからなるゲート酸化膜に添加したMOSキ
ャパシタを用いており、このMOSキャパシタの耐圧
は、ゲート酸化膜中に添加された不純物濃度に依存して
いるため、チャージアップによってどのような不純物濃
度を有するゲート酸化膜が絶縁破壊されたかを調べるこ
とによってチャージアップ量を測定することができる。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
チップの断面図。
【図2】第1の実施例によるイオン注入におけるチャー
ジアップのドーズ量依存性について調査した結果を示す
図。
ジアップのドーズ量依存性について調査した結果を示す
図。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの平面図。
チップの平面図。
【図4】図3のA−A′線断面図。
【図5】本発明の第2の実施例によるプラズマ処理を行
った際のチャージアップとプラズマ処理時間との関係を
調査した結果を示す図。
った際のチャージアップとプラズマ処理時間との関係を
調査した結果を示す図。
【図6】本発明の第2の実施例と対比するための従来の
不揮発性記憶素子を用いてプラズマ処理を行った際のチ
ャージアップとプラズマ処理時間の関係を示す図。
不揮発性記憶素子を用いてプラズマ処理を行った際のチ
ャージアップとプラズマ処理時間の関係を示す図。
【図7】従来の半導体装置の製造工程におけるチャージ
アップ量測定方法の第1の例を説明するための半導体チ
ップの断面図。
アップ量測定方法の第1の例を説明するための半導体チ
ップの断面図。
【図8】従来の半導体装置の製造工程におけるチャージ
アップ量測定方法の第2の例を説明するための半導体チ
ップの断面図。
アップ量測定方法の第2の例を説明するための半導体チ
ップの断面図。
【図9】従来の半導体装置の製造工程におけるチャージ
アップ量測定方法の第3の例を説明するための半導体チ
ップの断面図。
アップ量測定方法の第3の例を説明するための半導体チ
ップの断面図。
【図10】不揮発性記憶素子のコントロールゲートとし
きい値電圧のシフト量との関係を示す図。
きい値電圧のシフト量との関係を示す図。
【図11】ゲート酸化膜中に任意に不純物を添加したM
OSキャパシタのI−V特性を示す図。
OSキャパシタのI−V特性を示す図。
1 N型シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5 MOSキャパシタA 6 MOSキャパシタB 7 MOSキャパシタC 8 MOSキャパシタD 9 MOSキャパシタE 10 電極 11 層間絶縁膜 12 窒化シリコン膜 13 コントロールゲート 14 ドレイン領域 15 トンネル酸化膜 16 フローティングゲート 17 Nチャネルトランジスタ 18 P型シリコン基板 19 ソース領域 20 配線
Claims (1)
- 【請求項1】 濃度の異なる不純物が添加された酸化シ
リコンからなるゲート酸化膜を有するMOSキャパシタ
が複数個形成されたシリコン基板に荷電粒子を用いる半
導体装置の製造プロセスを施した後、前記MOSキャパ
シタの絶縁破壊状態を調べ、絶縁破壊された最も不純物
濃度が低いMOSキャパシタの酸化膜中の不純物濃度か
らチャージアップ量を測定することを特徴とする半導体
装置の製造工程におけるチャージアップ量測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31875791A JPH05211221A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 半導体装置の製造工程におけるチャージアップ量測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31875791A JPH05211221A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 半導体装置の製造工程におけるチャージアップ量測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05211221A true JPH05211221A (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=18102603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31875791A Withdrawn JPH05211221A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 半導体装置の製造工程におけるチャージアップ量測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05211221A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000055900A1 (fr) * | 1999-03-17 | 2000-09-21 | Hitachi, Ltd. | Procede et appareil de mesure de la densite d'un courant ionique et procede de fabrication d'un dispositif a semi-conducteur |
KR100450979B1 (ko) * | 2002-05-02 | 2004-10-02 | 강대환 | 플라즈마 진단용 웨이퍼 제조 방법 |
US6812542B2 (en) * | 2000-06-28 | 2004-11-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electric fuse whose dielectric breakdown resistance is controlled by injecting impurities into an insulating film of a capacitor structure, and a method for manufacturing the same |
-
1991
- 1991-12-03 JP JP31875791A patent/JPH05211221A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000055900A1 (fr) * | 1999-03-17 | 2000-09-21 | Hitachi, Ltd. | Procede et appareil de mesure de la densite d'un courant ionique et procede de fabrication d'un dispositif a semi-conducteur |
EP1170789A1 (en) * | 1999-03-17 | 2002-01-09 | Hitachi, Ltd. | Ion current density measuring method and instrument, and semiconductor device manufacturing method |
EP1170789A4 (en) * | 1999-03-17 | 2007-08-15 | Hitachi Ltd | METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE DENSITY OF AN IONIC CURRENT AND METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE |
US6812542B2 (en) * | 2000-06-28 | 2004-11-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electric fuse whose dielectric breakdown resistance is controlled by injecting impurities into an insulating film of a capacitor structure, and a method for manufacturing the same |
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