(57)【要約】【課題】  複合的な工程エラーが発生しても、どこの工程でエラーが発生したかを正確に予測できるイメージ素子のモニタリングパターン、及びそれを利用した工程モニタリング方法を提供する。【解決手段】  メイン不純物領域、及びメイン不純物領域からそれぞれ等間隔に離隔されるように設置される複数のサブ不純物領域を備えるイメージ素子のモニタリングパターンであり、サブ不純物領域は、メイン不純物領域の四方にそれぞれ形成され、望ましくは、メイン不純物領域は、四角形の形状を有し、サブ不純物領域は、メイン不純物領域の各辺と対応する位置にそれぞれ形成される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン不純物領域と、
前記メイン不純物領域からそれぞれ等間隔に離隔されるように設置される複数のサブ不純物領域と、を備えることを特徴とするイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項２】
前記メイン不純物領域は、長方形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項３】
前記メイン不純物領域は、正方形の形状を有することを特徴とする請求項２に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項４】
前記サブ不純物領域は、前記メイン不純物領域の四方にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項５】
前記メイン不純物領域及びサブ不純物領域の上部に、外部信号を伝達する金属配線がそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項６】
前記複数のサブ不純物領域の不純物濃度は、該イメージ素子の接合領域の不純物濃度と同一であることを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項７】
前記サブ不純物領域を形成する不純物は、ｎタイプまたはｐタイプであることを特徴とする請求項６に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項８】
前記メイン不純物領域の不純物濃度は、該イメージ素子のフォトダイオードのｎタイプの不純物領域、またはｐタイプの不純物領域の不純物濃度と同一であることを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項９】
複数のイメージ素子領域を限定するスクライブラインを有する半導体基板と、
前記半導体基板のスクライブラインに並んで配置された複数のモニタリングパターンと、を備え、
前記それぞれのモニタリングパターンは、メイン不純物領域、及びメイン不純物領域の四方に一定距離離隔されるように設置されるサブ不純物領域を備え、
前記モニタリングパターン間の距離は、相異なることを特徴とするイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項１０】
前記モニタリングパターンは、前記メイン不純物領域とサブ不純物領域との距離が順次に長くなるように配列されることを特徴とする請求項９に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項１１】
前記メイン不純物領域は、長方形の形状を有し、
前記サブ不純物領域は、前記メイン不純物領域の各辺と対応する位置にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項９に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項１２】
前記メイン不純物領域は、正方形の形状を有することを特徴とする請求項９に記載のイメージ素子のモニタリングパターン。
【請求項１３】
半導体基板のスクライブラインに複数のメイン不純物領域を形成するステップと、
前記各メイン不純物領域の外側の四方それぞれに、前記メイン不純物領域と等間隔をなすようにサブ不純物領域を形成して、複数のモニタリングパターンを形成するステップと、
それぞれのモニタリングパターンに対して、前記メイン不純物領域と前記四方のサブ不純物領域との間の抵抗を測定するステップと、
前記メイン不純物領域と前記四方のサブ不純物領域との間の抵抗変更値により、イメージ素子の工程不良を予測するステップと、を含むことを特徴とするイメージ素子のモニタリングパターンを利用した工程モニタリング方法。
【請求項１４】
前記複数のモニタリングパターンは、それのメイン不純物領域とサブ不純物領域との間隔が一定した間隔規則を有して、順次に長くなるように並んで配列し、
前記抵抗値が変化する最終のモニタリングパターンの間隔により、ミスアライン距離を予測することを特徴とする請求項１３に記載のイメージ素子のモニタリングパターンを利用した工程モニタリング方法。
【請求項１５】
前記メイン不純物領域とサブ不純物領域との間隔は、０．１μmまたはそれ以下の間隔で順次に長くなることを特徴とする請求項１４に記載のイメージ素子のモニタリングパターンを利用した工程モニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージ素子のモニタリングパターンに係り、特に、イメージ素子のフォトリソグラフィ工程の不良及び拡散工程の不良などを複合的に予測できるイメージ素子のモニタリングパターン、及びそれを利用した工程モニタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、イメージ素子は、光学映像を電気信号に変換させる素子である。このようなイメージ素子としては、代表的にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）及びＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＩＳ）がある。ＣＣＤは、複数個のＭＯＳキャパシタを備え、このＭＯＳキャパシタは、光により生成される電荷（キャリア）を移動させることによって動作される。一方、ＣＩＳは、複数の単位ピクセル及び単位ピクセルの出力信号を制御するＣＭＯＳ回路により駆動される。
ＣＣＤ素子及びＣＩＳ素子は、光を電気的信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）を含み、電気的信号を伝達する伝達媒体、例えばＭＯＳトランジスタまたはＭＯＳキャパシタを有する。ここで、一般的なＣＩＳ素子を例として説明する。
【０００３】
まず、図１に示すように、半導体基板１０の所定部分にＰＤ ２５が形成される。ＰＤ ２５は、ｎ型不純物領域２０及びｐ型不純物領域１５から構成されるｐｎ接合からなる。ＰＤ ２５の一側には、ＰＤ ２５で生成された信号を伝達するためのトランスファゲート３０が形成されている。トランスファゲート３０の一側には、ＰＤ ２５で生成された信号を保存するフローティング拡散領域３５が形成される。ここで、前記ＰＤ ２５及びフローティング拡散領域３５は、フォトリソグラフィ工程、イオン注入工程及び拡散工程により形成され、トランスファゲート３０は、フォトリソグラフィ工程により形成される。このような構成のＣＩＳ素子は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
前記したイメージ素子の特性は、画質の感度、残像、ブルーミング及びスミアなどのような画質決定因子により決定され、このような画質決定因子は、イメージ素子の製造工程に敏感な影響を受ける。すなわち、フォトリソグラフィ工程時、ミスアラインが発生するか、またはイオン注入後の拡散工程時、熱処理工程の不良により不純物拡散が不完全になる場合、画面の感度が低下し、残像、ブルーミングまたはスミアなどが発生する。これにより、工程不良を予測して、それを補正する必要がある。
従来には、イメージ素子の製作工程と同一に、ダミーでテストパターンを形成して、イメージ素子の不良如何を予測している。
【０００５】
図２は、従来の一般的なテストパターンであり、モニタリングパターン５０は、ゲート５１、ドレイン５５ａ及びソース５５ｂから構成されるＭＯＳトランジスタ構造を有する。このようなＭＯＳトランジスタ形態のテストパターン５０は、ＭＯＳトランジスタの特性であるしきい電圧（Ｖｔ）及び降伏電圧（ＢＶ）を測定して、工程不良を予測している。
【０００６】
しかし、前記ＭＯＳトランジスタ形態のテストパターンは、しきい電圧及び降伏電圧の測定により不良が発生したことを予測できるが、正確にいかなる部分でいかなるエラーが発生したかを予測し難い。
さらに、フォトリソグラフィ工程時、ミスアラインが発生し、同時に不純物領域が不完全に拡散される場合、それを正確にモニタリングし難いだけでなく、前記ゲート５１がｙ軸にシフトされる場合も、モニタリングが不能である。
【特許文献１】米国特許第６，４８６，４９８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、複合的な工程エラーが発生しても、いかなる工程でエラーが発生したかを正確に予測できるイメージ素子のモニタリングパターンを提供するところにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、前記したイメージ素子のモニタリングパターンにより工程不良をモニタリングする方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の本発明の課題を解決するために、本発明の一実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンは、メイン不純物領域、及び前記メイン不純物領域からそれぞれ等間隔に離隔されるように設置される複数のサブ不純物領域を備える。
前記サブ不純物領域は、前記メイン不純物領域の四方にそれぞれ形成され、望ましくは、前記メイン不純物領域は、四角形、さらに望ましくは、正方形の形状を有し、前記サブ不純物領域は、前記メイン不純物領域の各辺と対応する位置にそれぞれ形成される。また、前記メイン不純物領域及びサブ不純物領域の上部に、外部信号を伝達する金属配線がそれぞれさらに連結されている。
【０００９】
また、本発明の他の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンは、複数のイメージ素子領域を限定するスクライブラインを有する半導体基板が設けられ、この半導体基板のスクライブライン上に、複数のモニタリングパターンが列方向あるいは行方向に並んで配列される。この際、それぞれのモニタリングパターンは、メイン不純物領域、及びメイン不純物領域の四方に一定距離が離隔されるように配置されるサブ不純物領域を備える。また、前記モニタリングパターンは、前記メイン不純物領域とサブ不純物領域との距離が順次に長くなるように配列される。これにより、抵抗が変化するモニタリングパターンの間隔に基づいて、ミスアラインの長さを予測できる。
【００１０】
また、本発明のさらに他の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンによるモニタリング方法は、半導体基板のスクライブラインにメイン不純物領域を形成し、前記メイン不純物領域の外側の四方それぞれに、前記メイン不純物領域と等間隔をなすようにサブ不純物領域を形成して、モニタリングパターンを完成する。次いで、前記メイン不純物領域と前記四方のサブ不純物領域との間の抵抗を測定して、前記メイン不純物領域と前記四方のサブ不純物領域との間の抵抗変更値により、イメージ素子の工程不良を予測する。
【００１１】
この際、前記複数のモニタリングパターンは、それのメイン不純物領域とサブ不純物領域との間隔が一定な間隔規則を有し、順次に長くなるように並んで配列し、前記抵抗値が変化する最終のモニタリングパターンの間隔によりミスアラインの距離を予測する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、メイン不純物領域の周囲に等間隔にサブ不純物領域を形成して、モニタリングパターンを構成する。
メイン不純物領域とサブ不純物領域との間の抵抗を測定して、各抵抗値が設計値と同一である場合、不良が発生していないことを判定し、抵抗値が設計値を外れる場合、変更された抵抗の位置により、メイン不純物領域と同時に形成されるイメージ素子領域（例えば、ＰＤ領域）のミスアライン及び拡散不良を予測できる。
【００１３】
また、本発明のモニタリングパターンは、ウェーハのスクライブライン内に設計された抵抗値が順次に増加するように、複数個を並んで配置する。これにより、抵抗値が変更されるモニタリングパターンの間隔に基づいて、ミスアラインの間隔を予測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面に基づいて、本発明の望ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、多様な形態に変形され、本発明の範囲が後述する実施形態により限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状などは、さらに明確な説明を強調するために誇張されるものであり、図面上で同一な符号で表示された要素は、同一な要素を意味する。
【００１５】
本発明のモニタリングパターン１００は、図３に示すように、モニタリングされるメイン不純物領域１１０、及びメイン不純物領域１１０の周囲に配置された複数のサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを備える。
メイン不純物領域１１０は、四角形、例えば正方形の形状を有することができ、実質的にテストされる領域である。前記メイン不純物領域１１０は、例えばイメージ素子のＰＤを構成するｎ型不純物領域（あるいは、ｐ型不純物領域）と同一な不純物濃度を有することができる。
【００１６】
サブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄそれぞれは、メイン不純物領域１１０の四方にそれぞれ配置されて、例えば４個の不純物領域から構成される。このような第１ないし第４サブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄのそれぞれは、メイン不純物領域１１０と一定な等間隔に離隔されるように設計され、第１及び第４不純物領域１２０ａ、１２０ｄ、第２及び第３不純物領域１２０ｂ、１２０ｃは、前記メイン不純物領域１１０を挟んで正面対向するように配列される。第１ないし第４サブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、イメージ素子の接合領域の不純物濃度と同一であり、例えば、ｎ型またはｐ型である。
【００１７】
メイン不純物領域１１０及び第１ないし第４サブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、メイン不純物領域１１０及び第１ないし第４サブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの上部に形成された金属配線１３０、１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄとそれぞれコンタクトされて、電気的信号を印加される。
【００１８】
このようなモニタリングパターンは、次のような方法により形成される。
まず、半導体基板（図示せず）のスクライブ領域の所定部分に、四角形状の領域が露出されるように、フォトリソグラフィ工程により、第１レジストパターン（図示せず）を形成する。第１レジストパターンにより露出された半導体基板に、不純物をイオン注入する。第１レジストパターンを公知の方法で除去した後、前記イオン注入された不純物を熱処理して、メイン不純物領域１１０を形成する。この際、メイン不純物領域１１０は、例えば、イメージ素子のＰＤ領域と同時に形成されうる。
【００１９】
次いで、メイン不純物領域１１０の四方の所定部分がそれぞれ露出されるように、第２レジストパターン（図示せず）を形成する。この際、第２レジストパターンにより露出される各領域は、メイン不純物領域１１０と等間隔を維持することが望ましい。第２レジストパターンにより露出された半導体基板に不純物をイオン注入した後、前記第２レジストパターンを除去する。次いで、イオン注入された不純物を熱処理して、サブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを形成する。この際、サブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは、イメージ素子の接合領域を形成する工程と同時に進められうる。
【００２０】
次いで、結果物の上部に層間絶縁膜を形成し、メイン不純物領域１１０及びサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが露出されるように、層間絶縁膜を所定部分エッチングする。次いで、露出されたメイン不純物領域１１０及びサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとコンタクトされるように、金属配線１３０、１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄを形成する。
【００２１】
このような方法により形成されたモニタリングパターン１００は、メイン不純物領域１１０とサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとが一定した等間隔に配置されることによって、メイン不純物領域１１０とサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとの間に一定かつ均一な抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が発生する。この抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、前記モニタリングパターンを形成する工程時、不良が発生していなければ、一定かつ均一な値を維持し、そうではなければ、抵抗値が変わる。
【００２２】
以下、工程不良による抵抗値の変化について、さらに詳細に説明する。
まず、図４に示すように、メイン不純物領域１１０を限定する第１レジストパターンが、ｘ軸方向にミスアラインされる場合、メイン不純物領域１１０の左または右に存在するＲ２またはＲ３の抵抗値が変化する。例えば、第１レジストパターンが右軸に所定長さほどミスアラインされる場合、Ｒ３は、急激に減少し、Ｒ２は、増加する。このような結果により、メイン不純物領域１１０を限定する第１レジストパターンが、右軸に所定長さほどミスアラインされたことを判断し、それを補正できる。
【００２３】
また、図５に示すように、メイン不純物領域１１０を限定する第１レジストパターンが、ｙ軸方向にミスアラインされる場合、メイン不純物領域１１０の上または下に存在するＲ１またはＲ４の抵抗値が変化する。例えば、第１レジストパターンが、図面で見て上部方向に所定長さほどミスアラインされる場合、Ｒ１は、急激に減少し、Ｒ４は、増加する。このような結果により、メイン不純物領域１１０を限定する第１レジストパターンが、上部側に所定長さほどミスアラインされていることを判断し、それを補正できる。
【００２４】
一方、メイン不純物領域１１０を形成するための不純物拡散工程（熱処理工程）が過度に進められた場合、すなわち、熱処理工程が長時間進められるか、または高温で進められる場合、メイン不純物領域１１０を構成する不純物が過度に拡散されることがある。このような場合、図６に示すように、Ｒ１ないしＲ４がいずれも減少する。このように、Ｒ１ないしＲ４がいずれも変化する場合、メイン不純物領域１１０の拡散工程に不良が発生したことを判定し、それを補正できる。
【００２５】
メイン不純物領域１１０を限定する第１レジストパターンがｘ軸方向にミスアラインされ、不純物拡散工程も不完全に進められる場合、図７に示すように、メイン不純物領域１１０の左または右の抵抗Ｒ２またはＲ３は、増加（変化）し、残りの抵抗は、いずれも減少する。このような場合、メイン不純物領域１１０がｘ軸方向にミスアラインされ、同時に拡散工程に不良が発生したことを判定し、それを補正できる。
【００２６】
メイン不純物領域１１０を限定する第１レジストパターンがｙ軸方向にミスアラインされ、不純物拡散工程も不完全に進められる場合、図８に示すように、メイン不純物領域１１０の、図面で見て上または下の抵抗Ｒ１またはＲ４は、増加（変化）し、残りの抵抗は、いずれも減少する。このような場合、メイン不純物領域１１０がｙ軸方向にミスアラインされ、同時に拡散工程に不良が発生したことを判定し、それを補正できる。
すなわち、本発明のようなモニタリングパターンは、メイン不純物領域とサブ不純物領域との間の抵抗値の変化により、単一工程不良及び複合工程不良を正確にモニタリングでき、ミスアライン方向も正確にモニタリングできる。
【００２７】
また、図９に示すように、モニタリングパターン１００は、スクライブライン内に複数個が並んで配置される。この際、各モニタリングパターン１００は、抵抗値が順次に増加するように、各モニタリングパターン１００のメイン不純物領域１１０とサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとの間隔を順次に増加（または減少）させる。これにより、不良が発生する地点のモニタリングパターン１００を通じてどの程度のミスアラインが発生したかの実際距離を予測できる。
【００２８】
例えば、本実施形態では、図９に示すように、メイン不純物領域１１０とサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとの間隔を０．１μm間隔で順次に増加させるように、モニタリングパターンを形成する。すなわち、一番目のモニタリングパターンは、メイン不純物領域１１０とサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとの間隔を０．１μmと設定し、二番目のモニタリングパターンは、メイン不純物領域１１０とサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとの間隔を０．２μmと設定し、このような規則でモニタリングパターン１００を順次に配列する。
【００２９】
前述した方式でモニタリングパターン１００を形成した後、モニタリングパターン１００の抵抗変化をモニタリングする。この際、例えば、０．５μm間隔で設置されたモニタリングパターン１００まで抵抗変化が起き、変化した抵抗がメイン不純物領域１００の右側方向に存在するＲ３である場合、実際のＰＤ領域が右側方向に０．５μmほどミスアラインが発生したことが分かる。これにより、実際にミスアラインされた距離まで正確に予測できる。
【００３０】
本実施形態では、モニタリングパターン１００のメイン不純物領域１１０とサブ不純物領域１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとの間隔を０．１μm間隔で増加させたが、さらに精密なミスアライン距離を予測するために、０．１μm以下の間隔で配置させることができる。
以上、本発明を望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者により色々な変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、イメージ素子に関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一般的なＣＭＯＳイメージ素子の断面図である。
【図２】一般的なイメージ素子のモニタリングパターンを示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンを示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンにより、工程不良を予測する方法を説明するための平面図である。
【図５】本発明の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンにより、工程不良を予測する方法を説明するための平面図である。
【図６】本発明の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンにより、工程不良を予測する方法を説明するための平面図である。
【図７】本発明の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンにより、工程不良を予測する方法を説明するための平面図である。
【図８】本発明の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンにより、工程不良を予測する方法を説明するための平面図である。
【図９】本発明の実施形態によるイメージ素子のモニタリングパターンが複数個配置された図面である。
【符号の説明】
【００３３】
１００    モニタリングパターン
１１０    メイン不純物領域
１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ    サブ不純物領域
１３０，１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄ    金属配線
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４    抵抗
【図１】
2006013515.tif 000003
【図２】
2006013515.tif 000004
【図３】
2006013515.tif 000005
【図４】
2006013515.tif 000006
【図５】
2006013515.tif 000007
【図６】
2006013515.tif 000008
【図７】
2006013515.tif 000009
【図８】
2006013515.tif 000010
【図９】
2006013515.tif 000011