JP2007250880A

JP2007250880A - 半導体特性評価用デバイス、これを備えた半導体基板および半導体基板の評価方法

Info

Publication number: JP2007250880A
Application number: JP2006072987A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Akama; 朋子赤間; Tsuneo Sasamoto; 恒夫笹本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】イオン注入工程におけるアライメント精度を、高精度に検出する手段を提供すること。
【解決手段】複数の短冊状の活性領域（２０２〜２０８）と、意図的に傾けて配置されるイオン注入領域（４０４）と、ポリシリコンからなるゲート電極（３００）によって、複数のＭＯＳトランジスタを形成する。そして、複数の短冊状の活性領域（２０２〜２０８）の両端にプローブを当接させて各ＭＯＳトランジスタの電気特性（しきい値電圧やパンチスルー電圧）を測定し、各ＭＯＳトランジスタの電気特性の偏差から、イオン注入領域（４０４）のずれを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体特性評価用デバイス、これを備えた半導体基板および半導体基板の評価方法に関し、特に、イオン注入領域の位置ずれを精度良く検出して、その位置ずれが素子特性に及ぼす影響を評価することを可能とする技術に関する。

半導体特性評価用デバイスとしては、例えば、特許文献１に記載されるものがある。この特許文献１記載の半導体特性評価用デバイスでは、基準配線パターンに対するコンタクトホールの位置合わせずれを検出する。
特開２００１−１７６７８２号公報

特許文献１に記載される技術は、コンタクトホールの位置合わせずれを検出するための技術であり、基準配線パターンの長さ方向の中心線がコンタクトホールの中心に対してずれるように、偏って配設され、基準配線パターンに対するコンタクトホールの位置合わせずれを検出するものであるが、斜め方向のパターンに対して、例えばイオン注入工程におけるマスクずれ（つまり、イオン注入領域の位置ずれ）を検出（評価）するものではない。

例えば、ハニカム構造のＣＣＤイメージセンサでは、斜め方向に電荷転送路が形成されており、またこれに伴い、斜め方向のパターンが多用されている。特にイオン注入による不純物導入においては、光電変換によってよって生じた電荷を効率よく転送するためには、電極と、イオン注入領域との位置の整合が重要であり、転送電極の狭ピッチ化に伴い、より高精度の位置合わせが求められるようになっている。

したがって、ＣＣＤの主要なイオン注入工程において、イオン注入領域がどのようにずれるのかを把握し、そのずれを減少させるように製造ラインや製造プロセスを改善する努力が求められている。

しかし、現実には、斜め方向のイオン注入領域パターンでは、正規位置から、どのようにずれているかを高精度に検出するのは困難であり、このことが、製造ラインや製造プロセスを改善する上での問題となる。

本発明は前記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体要素（イオン注入工程にて形成されるイオン注入領域、ポリシリコン電極配線などの導体パターン、コンタクトホール）などのアライメント精度を、高精度に検出する手段を提供することにある。

本発明の半導体特性評価用デバイスは、半導体要素の正規位置からのずれを電気的に検出するための半導体特性評価用デバイスであって、半導体基板内に並列に形成され、互いに電気的に独立し、かつ、その両端に電気特性測定のためのパッドが接続される複数の短冊状の活性領域と、前記複数の短冊状の活性領域の各々を斜めに横切るように配置された前記半導体要素と、により構成される、一又は複数の半導体特性評価構造を有する。

従来は、半導体要素（イオン注入領域やポリシリコン層など）の位置ずれの評価には、正規のチップの構造と同じ構造が使用されていたが、本発明では、正規のチップの構造とは異なる独自の構造を採用する。すなわち、複数の短冊状の活性領域（各々電気的に独立し、両端に電気的特性を測定するためのパッドをもつ）の各々を斜めに横切るように半導体要素を配置する。半導体要素は、複数の短冊状の活性領域を斜めに横切って形成されるため、各短冊状の活性領域の両端にプローブを当接させて電気的特性（ＭＯＳトランジスタの場合は、しきい値電圧やパンチスルー電圧等であり、抵抗体の場合は、抵抗値やパンチスルー電圧等である）を測定すると、ＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体毎にその電気的特性は異なるはずであり（各短冊状の活性領域の位置に起因する電気的特性の偏差の発生）、そして、その電気的特性の偏差は、半導体要素の（正規位置からの）ずれの態様に応じて種々、変化するはずである。つまり、イオン注入領域が、所定方向に所定量だけ平行にずれていたり、所定方向に所定角だけ回転してずれていたりする場合、そのずれの態様に応じて、複数のＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体の各々の電気的特性の偏差状態は異なる。よって、その電気的特性から半導体要素のずれを検出することが可能となる。すなわち、半導体要素のアライメント精度を、電気的にかつ定量的に検出する手段が得られる。

本発明の半導体特性評価用デバイスの一態様では、前記半導体要素は、前記短冊状の活性領域の延在方向あるいはその延在方向と直交する方向に対して斜め方向すなわち所定角度をもつようなマスクパターンを用いて、前記短冊状の活性領域の各々の少なくとも一部に重なるようにイオン打ち込みを行うことにより形成されるイオン注入領域である。

イオン注入領域を、複数の短冊状の活性領域の各々の少なくとも一部に重なるように、意図的に傾けて形成するものである。この半導体特性評価構造によって、複数のＭＯＳトランジスタや抵抗体（拡散抵抗等）を形成することができる。イオン注入領域は、複数の短冊状の活性領域を斜めに横切って形成されるため、各短冊状の活性領域の両端にプローブを当接させて電気的特性を測定すると、各ＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体毎にその電気的特性は異なるはずである。例えば、複数の短冊状の活性領域の右半分を対象に、傾きをもったイオン注入を行ってドレイン領域を形成し、一方、複数の短冊状の活性領域の左半分を対象に通常どおりのイオン注入を行ってソース領域を形成し、そのソース領域とドレイン領域に挟まれたチャネル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成すると、複数のＭＯＳトランジスタが形成されるが、このとき、各ＭＯＳトランジスタのゲート長は、傾きをもって設けられたイオン注入領域の位置に応じて、順次、変化する。つまり、イオン注入領域が、所定方向に所定量だけ平行にずれていたり、所定方向に所定角だけ回転してずれていたりするような場合、そのずれの態様に応じて、複数のＭＯＳトランジスタの各々のチャネル長のばらつき方が異なる。つまり、電気的特性（しきい値電圧、パンチスルー電圧、ドレイン電流等）の偏差状態が異なる。よって、その電気的特性から、イオン注入領域のずれを検出することが可能となる。すなわち、イオン注入工程におけるアライメント精度を、電気的にかつ定量的に検出する手段を得ることができる。

また、本発明の半導体特性評価用デバイスの一態様では、同じ構成をもつ２個の前記半導体特性評価構造が、同じ向きに近接して配置されている。

同じ構造を同じ向きに近接して配置した場合、各構造には、イオン注入領域のずれは共通に生じるはずである。このとき、各構造から得られる電気的特性に相違があるとき、その相違は、イオン注入領域の位置ずれではなく、各構造の寸法のずれに起因して生じたと考えることができる。よって、イオン注入領域の位置ずれと、各構造の寸法のずれを分離して検出することができる。

また、本発明の半導体特性評価用デバイスの他の態様では、同じ構成をもつ２個の前記半導体特性評価構造が近接して配置されると共に、前記２個の半導体特性評価構造の内の一つに対して、他の一つが９０度回転された向きに配置されている。

２つの構造を直交するように配置するものである。これによって、イオン注入領域がＸ方向（横方向）にずれた場合、ならびに、縦方向（Ｙ方向）にずれた場合の双方について、イオン注入領域のずれを検出することが可能となる。

また、本発明の半導体特性評価用デバイスの他の態様では、同じ構成をもつ２組で合計４個の前記半導体特性評価構造を具備すると共に、一組の前記半導体特性評価構造の各々は第１の方向に向いて並列に配置されており、かつ、他の一組の前記半導体特性評価構造の各々は、前記第１の方向と直交する方向を向いて並列に配置されている。

これにより、イオン注入領域のＸ，Ｙ方向のずれ、ならびに、各構造の寸法のずれを、総合的に検出することが可能となる。

本発明の半導体特性評価用デバイスの他の態様では、前記半導体特性評価構造は、複数のＭＯＳトランジスタを構成する。

これにより、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧やパンチスルー電圧等の偏差から、例えば、イオン注入領域の位置ずれを検出することができる。

また、本発明の半導体特性評価用デバイスの他の態様では、前記半導体特性評価構造は、複数の抵抗体を構成する。

これにより、抵抗体（拡散抵抗等）の抵抗値やパンチスルー電圧等の偏差から、例えば、イオン注入領域の位置ずれを検出することができる。

また、本発明の半導体基板は、本発明の半導体特性評価用デバイスを備える半導体基板である。

本発明の半導体特性評価用デバイスをＴＥＧ（テスト・エレメント・グループ）として備える半導体基板である。半導体基板へのＴＥＧの挿入の態様としては、半導体ウエハ内に正規のチップとＴＥＧのチップを混在させる態様、ＴＥＧ専用の半導体ウエハを設ける態様、あるいは正規のチップ内にＴＥＧを挿入する態様（スクライブラインにＴＥＧを設ける態様を含む）が考えられる。これによって、例えば、ＣＣＤイメージセンサの一連の製造工程中どの工程において、どのようなイオン注入領域の位置ずれが生じるかを検出することが可能となる。

また、本発明の半導体基板の評価方法では、本発明の半導体特性評価構造を用いて複数のＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体を形成し、前記複数の短冊状の活性領域の両端にプローブを当接させて各ＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体の電気特性を測定し、各ＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体の電気特性の偏差から、前記半導体要素の、正規位置からのずれを検出する。

位置ずれの測定対象である半導体要素は、複数の短冊状の活性領域を斜めに横切って形成されるため、各短冊状の活性領域の両端にプローブを当接させて電気的特性（ＭＯＳトランジスタの場合は、しきい値電圧やパンチスルー電圧等であり、抵抗体の場合は、抵抗値やパンチスルー電圧等である）を測定すると、ＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体毎にその電気的特性は異なる（各短冊状の活性領域の位置に起因する電気的特性の偏差の発生）。そして、その電気的特性の偏差は、半導体要素のずれの態様に応じて種々、変化する。よって、その電気的特性から、イオン注入領域のずれを検出することが可能となる。したがって、例えば、イオン注入工程におけるアライメント精度を、電気的にかつ定量的に検出することが可能となり、イオン注入工程におけるマスク合わせずれの影響を電気的かつ定量的に評価して、工程均一性が半導体素子の特性に与える影響を総合的に把握することが可能となる。

本発明によって、位置ずれの測定対象である半導体要素（イオン注入領域やポリシリコン電極配線パターン等）のアライメント精度を、高精度に検出する手段が提供される。

従来、ハニカム構造のＣＣＤイメージセンサでは、チップ辺に対して傾いた方向に電荷転送路が形成されており、またこれに伴い、傾きをもつパターンが多用されているが、傾きをもつイオン注入領域パターンは、正規位置からどのようにずれているかを高精度に検出するのは困難であった。しかし、本発明によって、イオン注入工程におけるアライメント精度を、電気的にかつ定量的に検出することが可能となる。

よって、イオン注入工程におけるマスク合わせずれの影響を電気的かつ定量的に評価して、工程均一性が半導体素子の特性に与える影響を総合的に把握することが可能となる。

したがって、例えば、ＣＣＤの主要なイオン注入工程において、イオン注入領域がどのようにずれるのかを把握し、そのずれを減少させるように製造ラインや製造プロセスを改善することが可能となる。

本発明の実施の形態の説明に入る前に、図１３を用いて、ハニカム構造の撮像面をもつＣＣＤセンサの要部構成について説明する。

図１３は、ハニカム構造の撮像面をもつＣＣＤセンサの要部構成を概略的に示す平面図である。

図示されるように、半導体基板の表面に多数のフォトダイオード（受光部、画素部）１が、一定のピッチＰｈ，Ｐｖで複数列、複数行に配列されている。奇数列のフォトダイオード１に対し、偶数列のフォトダイオード１は各列内のフォトダイオードのピッチＰｖの約１／２ずれるように、また、奇数行のフォトダイオード１に対し偶数行のフォトダイオード１は、各行内のフォトダイオードのピッチＰｈの約１／２ずれるように配置されており、画素ずらし配列（ハニカム配列）となっている。一列のフォトダイオード列は、奇数行または偶数行のフォトダイオード１のみを含み、一行のフォトダイオード列は、奇数列または偶数列のフォトダイオード１のみを含む。

複数の垂直転送領域２は、隣接するフォトダイオード列間の半導体基板表面に形成され、図１３の左側のフォトダイオード１と結合され、蛇行しつつ列方向に延在している。複数の分離領域３は、垂直転送領域２とフォトダイオード１とを各列間で分離するように、蛇行しつつ列方向に延在している。

このように、ハニカム構造のＣＣＤイメージセンサでは、斜め方向に電荷転送路が形成されており、またこれに伴い、斜め方向のパターンが多用されている。特にイオン注入による不純物導入においては、光電変換によってよって生じた電荷を効率よく転送するためには、電極と、イオン注入領域との位置の整合が重要であり、転送電極の狭ピッチ化に伴い、より高精度の位置合わせが求められるようになっている。

したがって、ＣＣＤの主要なイオン注入工程において、イオン注入領域がどのようにずれるのかを把握し、そのずれを減少させるように製造ラインや製造プロセスを改善する努力が常に求められる。

しかし、現実には、斜め方向のイオン注入領域パターンでは、正規位置から、どのようにずれているかを高精度に検出するのは困難であり、このことが、製造ラインや製造プロセスを改善する上での問題となっていた。

そこで、本発明によって、アライメント精度を電気的に定量的に検出する手段を提供するものである。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の一例（複数のＭＯＳトランジスタを構成した例）を示す平面図である。また、図２は、従来どおりの方法により作成された、比較例としての半導体特性評価構造の一例を示す平面図である。

図１の半導体特性評価構造は、複数の短冊状の活性領域（例えば、Ｎ型層）２０２〜２０８と、図２に示される従来例と同様に、傾きをもつことなく活性領域の短冊長辺方向に対して垂直に形成されるイオン注入領域（例えば、Ｐ⁺層）４０２と、所定の角度だけ意図的に傾けて配置されるイオン注入領域４０４と、ポリシリコンからなるゲート電極３００と、を有し、これによって、複数のＭＯＳトランジスタを形成されている。

複数の短冊状の活性領域（例えば、Ｎ型層）２０２〜２０８は、各々、フィールド酸化膜（不図示）によって分離され、電気的に独立している。この複数の短冊状の不純物導入領域は各々、独立した活性領域２０２〜２０８を構成する。

イオン注入領域４０４は、複数の短冊状の活性領域２０２〜２０８の延在方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）から、反時計回りに角度θだけ傾いて（回転して）形成されている。図中、四角で囲んだ×印で示される部分（ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３，ＰＡ４等）は、各ＭＯＳトランジスタの電気特性（しきい値電圧やパンチスルー電圧）を測定する際に、プローブが当接されるパッドを示している。

従来方法によれば、半導体特性評価構造は、正規のチップに使用されている構造と同一となるはずであり、図２に示されるように、一続きの活性領域２００が形成され、ゲート電極３００が延在する方向に沿ってイオン注入領域４０６が形成されることになる。
図２において、ＰＡ７，ＰＡ８はパッドである。

ところが、図１の本発明の半導体特性評価構造では、活性領域が短冊状に分断され（２０２〜２０８）、かつ、イオン注入領域４０４を意図的に傾けて配置している。つまり、本発明では、正規のチップの構造とは異なる、独自の構造を採用する。

これは、以下の理由による。すなわち、この半導体特性評価構造によって、複数のＭＯＳトランジスタを形成することができ、また、イオン注入領域４０４は、複数の短冊状の活性領域（アクティブ領域）２０２〜２０８を斜めに横切って形成されるため、各ＭＯＳトランジスタのチャネル長は、その傾き状態に応じて、順次、変化する。したがって、各短冊状の活性領域２０２〜２０８の両端にプローブを当接させて電気的特性（しきい値電圧やパンチスルー電圧等）を測定すると、複数のＭＯＳトランジスタの各々毎にその電気的特性は異なることになる。つまり、各短冊状の活性領域の位置に起因する電気的特性の偏差が発生する。そして、その電気的特性の偏差は、イオン注入領域の（正規位置からの）ずれの態様に応じて種々、変化することになる。

つまり、イオン注入領域が、所定方向に所定量だけ平行にずれていたり、所定方向に所定角だけ回転してずれているような場合、そのずれの態様に応じて、複数のＭＯＳトランジスタの各々の電気的特性の偏差状態は異なる。

よって、その電気的特性から、イオン注入領域のずれを検出することが可能となる。すなわち、イオン注入工程におけるアライメント精度を、電気的にかつ定量的に検出する手段が得られる。

このようにして、イオン注入工程におけるアライメント精度を、高精度に検出する手段を提供することが可能となる。

図３（ａ），（ｂ）は各々、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿うデバイスの断面図である。

図３において、図１と同じ部分には、同じ参照符号を付してある。

図３（ａ）において、参照符号５００はＰウエル領域であり、そのＰウエル５００上に、チャネル領域としてのＮ型層２０２が形成されている。

このＮ型層２０２は、もともとは、図１に示すように、短冊状をしているが、反対導電型のイオンの注入によって、Ｐ⁺型のソース・ドレイン領域４０２，４０４が形成されるために、結果的に、チャネル領域としてのＮ型層２０２のみが残ることになる。参照符号４１０はゲート酸化膜であり、パッドＰＡ１，ＰＡ２の各々は、ゲート酸化膜４１０に選択的に設けられたコンタクトホールを介して、Ｐ⁺型のソース・ドレイン領域４０２，４０４の各々に接続されている。参照符号３００はポリシリコンからなるゲート電極である。

図３（ｂ）も図３（ａ）と同様の構造をしている。図３（ｂ）において、参照符号２０８は、チャネル領域としてのＮ型層であり、ＰＡ３，ＰＡ４はパッドである。

ここで、図１の最上段のＭＯＳトランジスタの構造を示す図３（ａ）と、図１の最下段のＭＯＳトランジスタの構造を示す図３（ｂ）とを比較すると、図３（ａ）のＭＯＳトランジスタのチャネル長はＬ１であり、また、図３（ｂ）のＭＯＳトランジスタのチャネル長はＬ２であり、Ｌ１＜Ｌ２であることは明らかである。したがって、図３（ａ）のＭＯＳトランジスタと、図３（ｂ）のＭＯＳトランジスタでは、チャネルコンダクタンス（Ｗ／Ｌ）が異なり、よって、各ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧やパンチスルー電圧が異なる。

したがって、その電気的特性から、イオン注入領域のずれを検出することが可能となる。すなわち、イオン注入工程におけるアライメント精度を、電気的にかつ定量的に検出する手段が得られる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（複数の拡散抵抗を構成した例）を示す平面図である。また、図５は、従来どおりの方法により作成された、比較例としての半導体特性評価構造の他の例を示す平面図である。

図４の半導体特性評価構造は、複数の拡散抵抗(抵抗体)を形成する。すなわち、図４の半導体特性評価構造は、複数の短冊状の活性領域２１０〜２１６と、通常どおりの方法で形成されるイオン注入領域４０２と、意図的に傾けて配置されるイオン注入領域４０４と、を有し、これによって、複数の拡散抵抗（抵抗体）が形成されている。

イオン注入領域４０４は、図１と同様に、複数の短冊状の活性領域２１０〜２１６の延在方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）から、反時計回りに角度θだけ傾いて（回転して）形成されている。図中、四角で囲んだ×印で示される部分（ＰＡ１〜ＰＡ４等）は、各拡散抵抗の電気特性（抵抗値やパンチスルー電圧）を測定する際に、プローブが当接されるパッドを示している。

従来方法によれば、半導体特性評価構造は、正規のチップに使用されている構造と同一となるはずであり、図５に示されるように、一続きの活性領域２００が形成され、Ｙ方向に沿ってイオン注入領域４０８ａ，４０８ｂが形成されることになる。

ところが、図４の本発明の半導体特性評価構造では、活性領域が短冊状に分断されており（２１０〜２１６）、かつ、イオン注入領域４０４を傾けて配置している。つまり、本発明では、正規のチップの構造とは異なる、評価のための独自の構造を採用する。

すなわち、図４の構造によって複数の拡散抵抗を形成できると共に、イオン注入領域４０４は、複数の短冊状の活性領域２１０〜２１６を斜めに横切って形成されるため、各短冊状の活性領域２１０〜２１６の両端にプローブを当接させて電気的特性（シート抵抗やパンチスルー電圧等）を測定すると、複数の拡散抵抗の各々毎にその電気的特性は異なることになり（各短冊状の活性領域の位置に起因する電気的特性の偏差の発生）、そして、その電気的特性の偏差は、イオン注入領域の（正規位置からの）ずれの態様に応じて、種々、変化することになる。

つまり、イオン注入領域４０４が、所定方向に所定量だけ平行にずれていたり、所定方向に所定角だけ回転してずれていたりするような場合、そのずれの態様に応じて、複数のＭＯＳトランジスタの各々の電気的特性の偏差状態は異なる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（複数のＭＯＳトランジスタをもつ構造を２個用意し、各々を同じ向きに近接して配置した例）を示す平面図である。

図６の半導体特性評価構造Ｘ１では、図１に示した複数のＭＯＳトランジスタをもつ構造（Ａ１，Ａ２）を２個用意し、各々を同じ向きに近接して配置している。図５中、２つの構造（Ａ１，Ａ２）は同じであるが、区別できるようにするために、左側の構造Ａ１の構成要素にはａの添字を付し、右側の構造Ａ２の構成要素にはｂの添字を付してある。この例では、構造Ａ１では右側に位置するドレイン領域（イオン注入領域）４０４ａを斜めにずらし、構造Ａ２では左側に位置するソース領域（イオン注入領域）４０４ｂを斜めにずらしている。

このように、同じ構造を同じ向きに２個並列に配置するのは、イオン注入領域の位置ずれと、各構造の寸法のずれを分離して検出するためである。また、構造Ａ１と構造Ａ２とで、右側に位置するドレイン領域４０４ａを斜めにずらし、構造Ａ２では左側に位置するソース領域４０４ｂを斜めにずらしているのは、露光エリアの周縁部で、露光光に偏りがあ斜め方向のパターにのみ変化が生じると仮定した場合、例えば左上から光が当たった場合、４０４ａは右側にずれるとチャネル長は長くなるのに対し、４０４ｂは右側にずれると、ソース領域４０４ｂがチャネルに張り出してチャネル長は短くなることになる。またマスクパターンにずれがない場合にもイオン注入工程においてもイオンの注入方向が真上でない場合にも同様に、４０２ａ、４０２ｂ、４０４ａおよび４０４ｂは右側にずれてもある角度まではチャネル長は変化しないのに対し、ある角度を超えて各パターンが右側にずれると、ソース領域４０４ｂがチャネルに張り出す一方ドレイン領域４０４ａがチャネル領域すなわちゲート電極３００ａ、ｂの領域下を越えて右に張り出しチャネル長は短くなることになる。従って、構造Ａ１と構造Ａ２との比較により、ずれを測定することができる。このようにして、露光光の方向によりマスクパターンにずれが生じた場合、イオン注入工程で注入方向によりマスクパターンの影により注入領域にずれが生じた場合、あるいはその両方の場合にもこれら２つの構造（Ａ１，Ａ２）を用いることにより、プロセス評価を行うことが可能となる。

また、上記、露光光あるいは注入方向によるずれが生じない場合にも以下のような観点でのプロセス評価が可能となる。すなわち、同じ構造を同じ向きに近接して配置した場合、各構造（Ａ１，Ａ２）には、イオン注入領域のずれは共通に生じるはずである。このとき、各構造から得られる電気的特性に相違があるとき、その相違は、イオン注入領域の位置ずれではなく、各構造の形成場所によるイオン注入領域の寸法のずれに起因して生じたと考えることができる。よって、イオン注入領域の位置ずれと、各構造の寸法のずれを分離して検出することが可能となる。

（第４の実施の形態）
図７は、本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（複数のＭＯＳトランジスタをもつ構造を２個用意し、各々を直交する態様にて配置した例）を示す平面図である。

図７の半導体特性評価構造Ｘ２では、図１に示した複数のＭＯＳトランジスタをもつ構造（Ａ３，Ａ４）を２個用意し、各々を、直交させて配置している。図７中、２つの構造（Ａ３，Ａ４）は同じであるが、区別できるようにするために、左側の構造Ａ３の構成要素にはｃの添字を付し、右側の構造Ａ４の構成要素にはｄの添字を付してある。

このように、同じ構造を直交する態様（２個の半導体特性評価構造の内の一つに対して、他の一つが９０度回転された向きに配置される態様）にて近接して配置するのは、Ｘ，Ｙの各方向におけるイオン注入領域４０４（４０４ｃ，４０４ｄ）の位置ずれを検出できるようにするためである。

これによって、イオン注入領域がＸ方向（横方向）にずれた場合、ならびに、縦方向（Ｙ方向）にずれた場合の双方について、イオン注入領域のずれを検出することが可能となる。

（第５の実施の形態）
図８は、本発明の半導体特性評価構造の他の例（図６と図７の構成を組合せた例）を示す平面図である。

図８の半導体特性評価構造Ｘ３では、同じ構成をもつ２組の半導体特性評価構造（Ａ１とＡ２，Ａ４とＡ５）が用意されている。

一組の半導体特性評価構造（Ａ１，Ａ２）の各々は、短冊状の活性領域がＸ方向に向いて並列に配置されている。一方、他の一組の半導体特性評価構造（Ａ４，Ａ５）の各々は、短冊状の活性領域がＸ方向と直交するＹ方向を向いて並列に配置されている。これにより、イオン注入領域のＸ，Ｙ方向のずれ、ならびに、各構造の寸法のずれを、総合的に検出することが可能となる。

（第６の実施の形態）
図９は、本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（図２に示される複数の拡散抵抗をもつ構造を同じ向きに近接して配置した例）を示す平面図である。

図９の半導体特性評価構造Ｘ４では、図４に示される複数の拡散抵抗をもつ構造Ａ６，Ａ７が、同じ向きに近接して配置されている。これにより、第３の実施の形態（図６）と同様の効果が得られる。

（第７の実施の形態）
図１０は、本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（図４に示される複数の拡散抵抗をもつ構造を２個用意に、直交する態様にて近接して配置した例）を示す平面図である。

図１０の半導体特性評価構造Ｘ５では、図４に示される複数の拡散抵抗をもつ構造Ａ８，Ａ９が、直交する態様にて近接して配置されている。これにより、第４の実施の形態（図７）と同様の効果が得られる。

（第８の実施の形態）
図１１は、本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（図８および図９を組み合わせた例）を示す平面図である。

図１１の半導体特性評価構造Ｘ６では、図４に示される複数の拡散抵抗をもつ２組の半導体特性評価構造Ａ１０〜Ａ１３が近接して配置されている。これにより、第５の実施の形態（図９）と同様の効果が得られる。

（第９の実施の形態）
図１５は、本発明の半導体基板の評価方法の一例（傾いたイオン注入領域の位置すれ評価方法）の主要な手順を示すフロー図である。

図示されるように、ステップＳ１では、半導体基板内に並列に形成された、複数の短冊状の活性領域と、短冊状の活性領域の延在方向あるいはその延在方向と直交する方向に対して所定角度をもつようなマスクパターンを用いて、短冊状の活性領域の各々の少なくとも一部に重なるようにイオン打ち込みを行うことにより形成されるイオン注入領域と、により構成される、一又は複数の半導体特性評価構造を用いて複数のＭＯＳトランジスタあるいは拡散抵抗を形成する。

ステップＳ２では、複数の短冊状の活性領域の両端にプローブを当接させて各ＭＯＳトランジスタあるいは拡散抵抗の電気特性を測定する。

ステップＳ３では、各ＭＯＳトランジスタあるいは拡散抵抗の電気特性の偏差から、イオン注入領域のずれを検出する。

このようにして、イオン注入工程におけるアライメント精度を、電気的かつ定量的に検出することが可能となる。

（第１０の実施の形態）
前掲の実施の形態では、傾けて形成されたイオン注入領域の位置ずれを評価することを例にとって説明したが、本実施の形態では、斜めに配設されるポリシリコンの位置ずれを検出する場合について説明する。

図１４に示すように、複数の活性領域３１０，３１２，３１４が並列に形成されており、位置ずれの検出対象であるポリシリコン３２０が、各々の活性領域３１０，３１２，３１４を斜めに横切って配設されている。

活性領域３１０，３１２，３１４上には絶縁膜は形成されていないため、各活性領域３１０，３１２，３１４とポリシリコン３２０は、接触して電気的に接続される。

このような状態で、各活性領域３１０，３１２，３１４に関して、パッドを形成すると、ＰＡ１０，ＰＡ１１は、活性領域３１０の両端に接続され、パッドＰＡ１２は、活性領域３１２の左端に接続され、パッドＰＡ１４は、活性領域３１４の左端に接続される。一方、パッドＰＡ１３とＰＡ１５は、ポリシリコン３２０に接続されることになる。

この状態で、ＰＡ１０・ＰＡ１１間、ＰＡ１２・ＰＡ１３間、ＰＡ１４・ＰＡ１５間の電圧（電流）を測定すると、各測定値の偏差状態は、ポリシリコン３２０の位置に応じて変化する。よって、電気的に、ポリシリコン３２０の位置ずれを検出することができる。
また、これをＭＯＳＦＥＴのポリゲートに適用しても良い。この場合はソース・ドレイン領域となるイオン注入領域は短冊の長辺に垂直な方向に形成しておき、ポリゲートのみが斜めにずれるように形成することにより、ポリゲート下にソース・ドレイン領域の一方が重なることにより、実質的なチャネル長が短くなり、ＭＯＳＦＥＴの特性を測定することにより、プロセス評価を行うことも可能である。

（第１１の実施の形態）
本実施の形態では、本発明の半導体特性評価用デバイスをＴＥＧ（テスト・エレメント・グループ）として備える半導体基板の態様について説明する。

半導体基板へのＴＥＧの挿入の態様としては、正規のチップ内にＴＥＧを挿入する第１の態様（スクライブラインにＴＥＧを設ける態様を含む）と、半導体ウエハ内に正規のチップとＴＥＧのチップを混在させる第２の態様と、ＴＥＧ専用の半導体ウエハを設ける第３の態様と、が考えられる。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体特性評価用デバイスをＴＥＧ（テスト・エレメント・グループ）として備える半導体基板の態様について説明するための図である。

図１２（ａ）は、上記第１の態様を示している。すなわち、半導体ウエハ１０には、正規のチップ２０が形成され、この正規のチップ２０に、ＴＥＧとしての本発明の半導体特性評価用デバイス３０ａ〜３０ｄが構成される。

図１２（ｂ）は、上記第２の態様を示している。すなわち、半導体ウエハ１０には、正規のチップ２０と、ＴＥＧとしての本発明の半導体特性評価用デバイスのみを含むチップ４０が混在している。

図１２（ｃ）は、上記第３の態様を示している。すなわち、半導体ウエハ１０は、ＴＥＧとしての本発明の半導体特性評価用デバイス専用のウエハである。

このような半導体基板を用いることによって、例えば、ＣＣＤイメージセンサの一連の製造工程中どの工程において、どのようなイオン注入領域の位置ずれが生じるかを検出することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、位置ずれの測定対象である半導体要素（イオン注入領域やポリシリコン層等）のアライメント精度を、高精度に検出する手段が提供される。

本発明は、半導体要素（傾いて形成されるイオン注入領域等）の位置ずれを精度良く検出して、その位置ずれが素子特性に及ぼす影響を評価することを可能とするという効果を奏し、したがって、半導体特性評価用デバイス、これを備えた半導体基板および半導体基板の評価方法として有用である。

本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の一例（複数のＭＯＳトランジスタを構成した例）を示す平面図従来どおりの方法により作成された、比較例としての半導体特性評価構造の一例を示す平面図（ａ），（ｂ）は各々、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿うデバイスの断面図本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（複数の拡散抵抗を構成した例）を示す平面図従来どおりの方法により作成された、比較例としての半導体特性評価構造の他の例を示す平面図本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（複数のＭＯＳトランジスタをもつ構造を２個用意し、各々を同じ向きに近接して配置した例）を示す平面図本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（複数のＭＯＳトランジスタをもつ構造を２個用意し、各々を直交する態様にて配置した例）を示す平面図本発明の半導体特性評価構造の他の例（図５と図６の構成を組合せた例）を示す平面図本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（図４に示される複数の拡散抵抗をもつ構造を同じ向きに近接して配置した例）を示す平面図本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（図４に示される複数の拡散抵抗をもつ構造を２個用意に、直交する態様にて近接して配置した例）を示す平面図本発明の半導体特性評価デバイスに含まれる半導体特性評価構造の他の例（図９および図１０を組み合わせた例）を示す平面図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体特性評価用デバイスをＴＥＧ（テスト・エレメント・グループ）として備える半導体基板の態様について説明するための図ハニカム構造の撮像面をもつＣＣＤセンサの要部構成を概略的に示す平面図斜めに配設されるポリシリコンの位置ずれを検出する場合について説明するための平面図本発明の半導体基板の評価方法の一例の主要な手順を示すフロー図

符号の説明

２０２〜２０８短冊状の活性領域
３００ポリシリコンゲート電極
４０２傾きをもたずに形成されたイオン注入領域
４０４傾きをもって形成されたイオン注入領域
４１０ゲート絶縁膜
５００Ｐウエル

Claims

半導体要素の正規位置からのずれを電気的に検出するための半導体特性評価用デバイスであって、
半導体基板内に並列に形成され、互いに電気的に独立し、かつ、その両端に電気特性測定のためのパッドが接続される複数の短冊状の活性領域と、
前記複数の短冊状の活性領域の各々を斜めに横切るように配置された前記半導体要素と、
により構成される、一又は複数の半導体特性評価構造を有することを特徴とする半導体特性評価用デバイス。
請求項１記載の半導体特性評価デバイスであって、
前記半導体要素は、前記短冊状の活性領域の延在方向あるいはその延在方向と直交する方向に対して所定角度をもつようなマスクパターンを用いて、前記短冊状の活性領域の各々の少なくとも一部に重なるようにイオン打ち込みされた結果として形成されたイオン注入領域であることを特徴とする半導体特性評価用デバイス。
請求項１または請求項２記載の半導体特性評価用デバイスであって、
同じ構成をもつ２個の前記半導体特性評価構造が、同じ向きに近接して配置されていることを特徴とする半導体特性評価用デバイス。
請求項１または請求項２記載の半導体特性評価用デバイスであって、
同じ構成をもつ２個の前記半導体特性評価構造が近接して配置されると共に、前記２個の半導体特性評価構造の内の一つに対して、他の一つが９０度回転された向きに配置されていることを特徴とする半導体特性評価用デバイス。
請求項１または請求項２記載の半導体特性評価用デバイスであって、
同じ構成をもつ２組で合計４個の前記半導体特性評価構造を具備すると共に、一組の前記半導体特性評価構造の各々は第１の方向に向いて並列に配置されており、かつ、他の一組の前記半導体特性評価構造の各々は、前記第１の方向と直交する方向を向いて並列に配置されていることを特徴とする半導体特性評価用デバイス。
請求項１〜請求項５のいずれか記載の半導体特性評価用デバイスであって、
前記半導体特性評価構造は、複数のＭＯＳトランジスタを構成することを特徴とする半導体特性評価用デバイス。
請求項１〜請求項５のいずれか記載の半導体特性評価用デバイスであって、
前記半導体特性評価構造は、複数の抵抗体を構成することを特徴とする半導体特性評価用デバイス。
請求項１〜請求項７のいずれか記載の半導体特性評価用デバイスを備える半導体基板。
請求項１〜請求項５のいずれか記載の半導体特性評価構造を用いて複数のＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体を形成し、前記複数の短冊状の活性領域の両端にプローブを当接させて各ＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体の電気特性を測定し、各ＭＯＳトランジスタあるいは抵抗体の電気特性の偏差から、前記半導体要素の、正規位置からのずれを検出することを特徴とする半導体基板の評価方法。