(57)【要約】【課題】イオン注入工程同士の重ね合わせ精度を、モニター素子を用いて重ね合わせ以外の工程変動や寄生抵抗成分の影響を最小に抑えつつ直接的に高精度かつ高再現性で評価する。【解決手段】半導体基板に不純物イオンを注入して複数の不純物活性領域を形成する際に、複数のイオン注入工程の基準位置同士の位置合わせ精度を評価するアライメント評価用素子１００が半導体基板に形成された半導体装置であって、第１の導電型からなり両端に電気特性測定端子を設けた第１活性領域１３と、第１活性領域１３に対応して形成され第２の導電型からなる第２活性領域１５を少なくとも有する。第１活性領域１３と第２活性領域１５との相対位置を異ならせた複数の単位モニター素子からの、第１活性領域１３に対する電気特性測定結果に基づいて、複数のイオン注入工程の基準位置同士のずれ量を求めるようにした。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に不純物イオンを注入して複数の不純物活性領域を形成する際に、複数のイオン注入工程の基準位置同士の位置合わせ精度を評価するアライメント評価用素子が前記半導体基板に形成された半導体装置であって、
前記アライメント評価用素子が複数の単位モニター素子を含み、
前記単位モニター素子が、
第１の導電型からなり両端に電気特性測定端子を設けた第１活性領域と、該第１活性領域に対応して形成され前記第１の導電型とは異なる第２の導電型からなる第２活性領域と、を少なくとも有し、
前記第１活性領域と前記第２活性領域との相対位置を異ならせた複数の前記単位モニター素子からの、前記第１活性領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記複数のイオン注入工程の基準位置同士のずれ量が求められることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、
前記電気特性が、端子間電位差を表す電気抵抗であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の半導体装置であって、
前記単位モニター素子それぞれの前記第２活性領域が、前記第１活性領域を挟んで一定の離間距離をおいて形成された一対の活性領域からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第１活性領域の前記第２活性領域に対する相対位置のずれが、所定の直線方向に沿うずれ量に設定されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置であって、
前記所定の直線方向が、所定の第１の方向と該第一の方向とは直交する第２の方向の少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第１活性領域の前記第２活性領域に対する相対位置のずれが、所定の位置を中心とした回転方向に沿うずれ量に設定されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項４〜請求項６のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第１活性領域および前記第２活性領域は互いに平行な長尺状に形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第２活性領域の不純物濃度が、前記第１活性領域の不純物濃度より高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記単位モニター素子が半導体基板にＴＥＧ(test element group)として形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
半導体基板に不純物イオンを注入して複数の不純物活性領域を形成する際に、複数のイオン注入工程の基準位置同士の位置合わせ精度を評価するためのアライメント評価方法であって、
第１のイオン注入工程により形成される前記半導体基板に第１の導電型からなる第１活性領域と、第２のイオン注入工程により前記第１活性領域とは異なる位置に形成され前記第１の導電型とは異なる第２の導電型からなる第２活性領域と、を含む単位センサー素子を、前記半導体基板の複数箇所に前記相対位置を変化させて形成するステップと、
前記各単位センサーの前記第１活性領域の両端から該第１活性領域の電気特性をそれぞれ測定するステップと、
前記測定された各電気特性と、前記第１活性領域と前記第２活性領域の相対位置との関係から各イオン注入工程の基準位置の位置ずれを求めるステップと、
を有することを特徴とするアライメント評価方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のアライメント評価方法であって、
前記電気特性として、前記第１活性領域両端間の電位差を表す電気抵抗を用いることを特徴とするアライメント評価方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のアライメント評価方法であって、
前記単位モニター素子それぞれの前記第２活性領域が、前記第１活性領域を挟んで一定の離間距離をおいて形成された一対の活性領域からなり、
前記複数の単位モニター素子が、
前記第１活性領域と前記第２活性領域とが重ならないように近接配置された第１単位モニター素子と、
前記第２活性領域の一対の活性領域うちの一方に前記第１活性領域の一部が重なるようにされた第２単位モニター素子と、
前記第２活性領域の一対の活性領域うちの他方に前記第１活性領域の一部が重なるようにされた第３単位モニター素子と、
を少なくとも含み、
前記複数の単位センサー素子の前記相対位置に対する電気抵抗測定値をプロットし、これらプロットされた各点を曲線近似した曲線の極位置と、前記第１単位モニター素子の相対位置との差を前記イオン注入工程の基準位置同士の位置ずれ量として求めることを特徴とする特徴とするアライメント評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に不純物イオンを注入して複数の不純物活性領域を形成する際に、複数のイオン注入工程の基準位置同士の位置合わせ精度を評価するための半導体装置およびアライメント評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数のパターンを重ねて形成して半導体装置を製造する際、各パターンの重ね合わせ精度を確認するために、パターン毎に位置合わせマークを設け、このマークの重なり具合から各パターンのずれを評価することが広く行われている。
ところが、イオン注入工程同士の重ね合わせ精度を評価する場合、イオン注入工程の終了後に、外観上確認できるパターンがウェハーに残らない。このため、形の残る素子分離帯のパターンや専用ターゲットパターンを用いて、イオン注入時に形成するレジストパターンとの重ね合わせ具合を間接的に算出して評価するしかなかった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３７５７７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような間接的な評価方法では厳密な重ね合わせ精度の評価が行えず、イオン注入パターンを直接的に評価できる手法が切望されていた。
このような直接的な評価方法として、対象とするイオン注入パターン同士を重ね合わせたモニター素子を作製し、これを電気的に評価することで直接的な重ね合わせ精度を評価する方法がある。しかし、その場合でも、重ね合わせのずれ量に応じて変化する電気的特性値を用いて評価する際、モニター素子の寄生抵抗成分などの影響を受けて測定精度が上がらず、正しい重ね合わせ状態が掴みにくいという問題があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、イオン注入工程同士の重ね合わせ精度を、モニター素子を用いて重ね合わせ以外の工程変動や寄生抵抗成分の影響を最小に抑えつつ直接的に高精度かつ高再現性で評価することのできる半導体装置およびアライメント評価方法を提供することを目的としている。  
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る上記目的は下記構成により達成される。
（１）  半導体基板に不純物イオンを注入して複数の不純物活性領域を形成する際に、複数のイオン注入工程の基準位置同士の位置合わせ精度を評価するアライメント評価用素子が前記半導体基板に形成された半導体装置であって、
前記アライメント評価用素子が複数の単位モニター素子を含み、
前記単位モニター素子が、
第１の導電型からなり両端に電気特性測定端子を設けた第１活性領域と、該第１活性領域に対応して形成され前記第１の導電型とは異なる第２の導電型からなる第２活性領域と、を少なくとも有し、
前記第１活性領域と前記第２活性領域との相対位置を異ならせた複数の前記単位モニター素子からの、前記第１活性領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記複数のイオン注入工程の基準位置同士のずれ量が求められることを特徴とするアライメント評価用素子。
【０００５】
この半導体装置によれば、第１活性領域と第２活性領域との相対位置を異ならせた複数の単位モニター素子からの、第１活性領域に対する電気特性測定結果に基づいて、複数のイオン注入工程の基準位置同士のずれ量が求められる。
【０００６】
（２）  （１）記載の半導体装置であって、
前記電気特性が、端子間電位差を表す電気抵抗であることを特徴とするアライメント評価用素子。
【０００７】
この半導体装置によれば、第１活性領域の電気抵抗を測定することで、簡単な作業によってイオン注入工程同士の重ね合わせ精度を求めることができる。
【０００８】
（３）  （１）又は（２）記載の半導体装置であって、
前記単位モニター素子それぞれの前記第２活性領域が、前記第１活性領域を挟んで一定の離間距離をおいて形成された一対の活性領域からなることを特徴とする半導体装置。
【０００９】
この半導体装置によれば、第２活性領域が一対の活性領域からなることで、ずれの方向が一方向のみならず、双方向へのずれに対して測定可能となる。
【００１０】
（４）  （１）〜（３）のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第１活性領域の前記第２活性領域に対する相対位置のずれが、所定の直線方向に沿うずれ量に設定されたことを特徴とする半導体装置。
【００１１】
この半導体装置によれば、相対位置のずれを所定の直線方向に設定することで、この所定の直線方向に対するずれを求めることができる。
【００１２】
（５）  （４）記載の半導体装置であって、
前記所定の直線方向が、所定の第１の方向と該第一の方向とは直交する第２の方向の少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体装置。
【００１３】
この半導体装置によれば、相対位置のずれを第１の方向とすることで一次元のずれを測定でき、第１及び第２の方向とすることで、二次元のずれを測定することができる。
【００１４】
（６）  （１）〜（３）のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第１活性領域の前記第２活性領域に対する相対位置のずれが、所定の位置を中心とした回転方向に沿うずれ量に設定されたことを特徴とする半導体装置。
【００１５】
この半導体装置によれば、相対位置のずれを例えば第１活性領域の中心位置等の所定の位置を中心とした回転方向に設定することで、この回転方向に対するずれを求めることができる。
【００１６】
（７）  （４）〜（６）のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第１活性領域および前記第２活性領域は互いに平行な長尺状に形成されたことを特徴とする半導体装置。
【００１７】
この半導体装置によれば、各活性領域を互いに平行な長尺状に形成することで、ずれに対する感度を向上できる。
【００１８】
（８）  （１）〜（７）のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記第２活性領域の不純物濃度が、前記第１活性領域の不純物濃度より高いことを特徴とする半導体装置。
【００１９】
この半導体装置によれば、第２活性領域の不純物濃度を第１活性領域の不純物濃度より高く設定することで、第１活性領域内に第２活性領域がオーバーラップした場合の電気抵抗の変化量が増加して、ずれの測定精度を向上できる。
【００２０】
（９）  （１）〜（８）のいずれか１項記載の半導体装置であって、
前記単位モニター素子が半導体基板にＴＥＧ(test element group)として形成されたことを特徴とする半導体装置。
【００２１】
この半導体装置によれば、単位モニター素子がＴＥＧとして用いられることで、複数のイオン注入工程同士の重ね合わせ精度が容易に評価できる。
【００２２】
（１０）  半導体基板に不純物イオンを注入して複数の不純物活性領域を形成する際に、複数のイオン注入工程の基準位置同士の位置合わせ精度を評価するためのアライメント評価方法であって、
第１のイオン注入工程により形成される前記半導体基板に第１の導電型からなる第１活性領域と、第２のイオン注入工程により前記第１活性領域とは異なる位置に形成され前記第１の導電型とは異なる第２の導電型からなる第２活性領域と、を含む単位センサー素子を、前記半導体基板の複数箇所に前記相対位置を変化させて形成するステップと、
前記各単位センサーの前記第１活性領域の両端から該第１活性領域の電気特性をそれぞれ測定するステップと、
前記測定された各電気特性と、前記第１活性領域と前記第２活性領域の相対位置との関係から各イオン注入工程の基準位置の位置ずれを求めるステップと、
を有することを特徴とするアライメント評価方法。
【００２３】
このアライメント評価方法によれば、第１活性領域と第２活性領域との相対位置を異ならせた複数の単位モニター素子からの、第１活性領域に対する電気特性測定結果に基づいて、複数のイオン注入工程の基準位置同士のずれ量が求められる。
【００２４】
（１１）  （１０）記載のアライメント評価方法であって、
前記電気特性として、前記第１活性領域両端間の電位差を表す電気抵抗を用いることを特徴とするアライメント評価方法。
【００２５】
このアライメント評価方法によれば、第１活性領域の電気抵抗を測定することで、簡単な作業によってイオン注入工程同士の重ね合わせ精度を求めることができる。
【００２６】
（１２）  （１１）記載のアライメント評価方法であって、
前記単位モニター素子それぞれの前記第２活性領域が、前記第１活性領域を挟んで一定の離間距離をおいて形成された一対の活性領域からなり、
前記複数の単位モニター素子が、
前記第１活性領域と前記第２活性領域とが重ならないように近接配置された第１単位モニター素子と、
前記第２活性領域の一対の活性領域うちの一方に前記第１活性領域の一部が重なるようにされた第２単位モニター素子と、
前記第２活性領域の一対の活性領域うちの他方に前記第１活性領域の一部が重なるようにされた第３単位モニター素子と、
を少なくとも含み、
前記複数の単位センサー素子の前記相対位置に対する電気抵抗測定値をプロットし、これらプロットされた各点を曲線近似した曲線の極位置と、前記第１単位モニター素子の相対位置との差を前記イオン注入工程の基準位置同士の位置ずれ量として求めることを特徴とする特徴とするアライメント評価方法。
【００２７】
このアライメント評価方法によれば、少なくとも、規定量のずれ配置された第１、第２、第３単位モニター素子を用いて、電気抵抗値の分布を測定することで、ずれ量を高精度でしかも相対的な比較により求めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１活性領域と第２活性領域との相対位置を異ならせた複数の単位モニター素子からの、第１活性領域に対する電気特性測定結果に基づいて、複数のイオン注入工程の基準位置同士のずれ量が求められ、イオン注入工程同士の重ね合わせ精度を、モニター素子を用いて重ね合わせ以外の工程変動や寄生抵抗成分の影響を最小に抑えつつ直接的に高精度かつ高再現性で評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明に係る半導体装置およびアライメント評価方法の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、イオン注入工程同士を重ね合わせて評価するための単位モニター素子（シート抵抗パターン）を意図的に重ね合わせ度合いを少しずつ変化させて複数個を配置し、これらを電気的に測定することにより、重ね合わせ精度を電気的に評価するものである。単位モニター素子は、複数用いられ、各単位モニター素子間を相互に直列接続してその両端に電流印加端子を設け、各モニター素子の端部から電圧センシング用の端子を引き出した構造を有している。
【００３０】
図１は本発明に係る半導体装置においてアライメント評価用素子を構成する一つの単位センサー素子とその電気接続状態を示す概略的な構成図である。
本発明に係る半導体装置に含まれるアライメント評価用素子は、半導体基板に形成された複数の単位モニター素子を含んで構成される。
図１に示すように、単位モニター素子１０は、Ｎ型不純物（第１の導電型）の拡散域からなる第１活性領域１３と、第１活性領域１３に対応して形成されＰ型不純物（第２の導電型）の拡散域からなる第２活性領域１５を有している。また、第１活性領域１３は長尺状に形成され、第２活性領域１５は第１活性領域１３の長手方向に対して直交する方向にずらした位置に形成される。そして、第１活性領域１３と第２活性領域１５とは互いに平行に形成されている。
【００３１】
第１活性領域１３の両端は、Ｎ＋高濃度不純物拡散域１７Ａ，１７Ｂが形成され、後述する電気特性端子に接続される。第１活性領域１３は定電流を供給する電源２１を接続することで、所定の一定電流を印加する。また、第１活性領域１３の両端には電圧計２３を接続することで、第１活性領域１３の電圧降下を測定可能にする。そして、第２活性領域１５は、第１活性領域１３を挟んで一定の離間距離をおいて一対の活性領域１５Ａ，１５Ｂが形成されている。
【００３２】
上記構成の単位モニター素子１０は、第１活性領域１３と第２活性領域１５との相対位置を異ならせて複数個が半導体基板に形成されることでアライメント評価用素子を構成する。
図２に第１活性領域と第２活性領域の相対位置を変化させた単位モニター素子の配置例（ａ），（ｂ），（ｃ）を示した。
図２（ａ）は、図１に示す状態と同様に、第２活性領域１５を、第１活性領域１３と第２活性領域１５とが重ならないように近接配置した状態、図２（ｂ）は、第２活性領域１５の一方の活性領域１５Ａに第１活性領域１３の一部が重なるようにされた状態、図２（ｃ）は、上記（ｂ）とは逆方向に、活性領域１５Ｂに第１活性領域１３の一部が重なるようにされた状態を示している。
【００３３】
つまり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から、第１活性領域１３の長手方向とは直交する方向に距離Ｌだけ図中下方に向けて第２活性領域１５を移動させており、図２（ｃ）は、図２（ａ）の状態から距離Ｌだけ図中上方に向けて第１活性領域１５を移動させている。
【００３４】
図２に示すように、第１活性領域１３と第２活性領域１５との相対位置を変化させると、第１活性領域１３における電気特性が変化する。これを図３を用いて説明する。
図３は、図１に示すＡ−Ａ断面を図２（ａ），（ｂ）に示す状態に対してそれぞれ示した断面図（ａ），（ｂ）である。
図３（ａ）に示すように、第１活性領域１３は幅Ｗの略全てがＰ型不純物層である第２活性領域１５とオーバーラップすることはないが、図３（ｂ）に示すように、第１活性領域１３の一部が第２活性領域１５の一方の活性領域１５Ａとオーバーラップしている。図３（ｂ）の場合、第１活性領域１３の電気伝導度は、第１活性領域１３と第２活性領域１５との混在部分のキャリアが相殺されてＮ型不純物層の幅がＷからＷｓに減少するので低下し、電気抵抗が増加して電圧降下が大きくなる。
【００３５】
この電気抵抗の増加量は、第１活性領域１３と第２活性領域１５の重なり度合いに比例するので、第１活性領域１３の電気抵抗を測定することで、第１活性領域１３と第２活性領域１５の位置ずれ量を評価することができる。なお、第２活性領域の不純物濃度を第１活性領域の不純物濃度より高く設定することで、第１活性領域内に第２活性領域がオーバーラップした場合の電気抵抗の変化量が増加して、ずれの測定精度を向上できる。
【００３６】
図４は第１活性領域と第２活性領域との相対位置を変化させたときの電気抵抗の変化を示すグラフである。
図４に示すように、図２（ａ）に示す基準位置Ｐ０のときの第１活性領域１３の電気抵抗は、最小となり、図２（ｂ），（ｃ）に示す距離Ｌ離れた位置である位置Ｐ１，Ｐ２のときの第１活性領域１３の電気抵抗は、Ｐ０の値よりも増加する。ここで、距離Ｌ（＋Ｌ、−Ｌ）を正確に設定しておくことにより、測定して得られたＰ０，Ｐ１，Ｐ２の各電気抵抗値を曲線近似して抵抗変化曲線Ｃを求めることで、任意の距離Ｌに対する電気抵抗が簡単に予測できる。これにより、第１活性領域１３の電気抵抗を測定することで、基準位置Ｐ０からのずれ量を簡単に求めることができる。
【００３７】
ここで、上記の単位センサー素子１０の作製手順を製品製造時におけるイオン注入工程と関係付けて説明する。
図５に単位センサー素子の作製手順を（ａ）〜（ｄ）に示した。
単位センサー素子は、図５（ａ）に示すように、第１活性領域となる領域を開口させた第１のマスクレジスト２５を半導体基板上に形成し、リンＰをイオン注入する（第１のイオン注入工程）。
【００３８】
そして、図５（ｂ）に示すように、イオン注入後にマスクレジスト２５を除去する。外観からは判別できないが、半導体基板には第１活性領域１５が形成されている。
【００３９】
続いて、図５（ｃ）に示すように、第２活性領域となる領域を開口させた第２のマスクレジスト２７を半導体基板上に形成し、ボロンＢをイオン注入する（第２のイオン注入工程）。
【００４０】
次いで、図５（ｄ）に示すように、２回目のイオン注入後にマスクレジスト２７を除去することで、単位センサー素子１０が完成する。
【００４１】
ここで、第２のマスクレジスト２７が、第１のマスクレジスト２５に対して基準位置（例えば座標を一致させるためのマーク位置）にずれがあると、２回目のイオン注入による活性化領域が正規の位置からずれて形成される。その場合は、双方のイオン注入工程により作製される不純物領域が互いに位置ずれを生じることとなり、製品不良が発生する。
【００４２】
このマスクレジスト同士のずれの有無は、単位センサー素子１０の第１活性領域に対する電気特性を測定することで簡単に評価が行える。
【００４３】
次に、上記の単位モニター素子１０を複数個用いることで、特定方向へのずれ量を評価する場合を説明する。
図６は、複数のモニター素子を備えたアライメント素子を示す構成図である。
図６に示すように、アライメント評価用素子１００は、直線状に並設された単位センサー素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを備え、隣接する単位センサー素子同士の第１活性領域の端部は互いに電気的に接続されている。
単位センサー素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、第１活性領域と第２活性領域との相対位置がそれぞれ異なっており、第２活性領域が第１活性領域の長手方向に対して直交する方向に互いにずれた位置にされている。
【００４４】
即ち、単位モニター素子１０Ｂは、第１活性領域１３と第２活性領域１５とが重ならないように近接配置されている。
単位モニター素子１０Ａは、第２活性領域１５の一対の活性領域うちの一方に第１活性領域１３の一部が重なるようにされている（図２（ｂ）と同じ）。
単位モニター素子１０Ｂは、第２活性領域１５の一対の活性領域うちの他方に第１活性領域１３の一部が重なるようにされている（図２（ｃ）と同じ）。
【００４５】
また、各単位センサー素子の端部には、それぞれ電気特性測定端子Ｔａ、ＴｂおよびＴｃ，Ｔｄ，Ｔｅ，Ｔｆが接続されている。
電気特性測定端子Ｔａ，Ｔｂは、電源２１に接続されて、単位センサー素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対して直列に所定の一定電流を印加している。また、電気特性測定端子Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅ，Ｔｆは、それぞれ、Ｔｃ−Ｔｄ間の電気抵抗Ｒｙｄ、Ｔｄ−Ｔｅ間の電気抵抗Ｒｙ０、Ｔｅ−Ｔｆ間の電気抵抗Ｒｙｕを測定するために設けられている。
【００４６】
ここで、各単位センサー素子の第１活性領域１３に対する電気抵抗について説明する。
各単位センサー素子の第１活性領域１３に対する電気抵抗は、図６に示すように第１活性領域と第２活性領域の相対位置が規定通りでずれのない場合は、図８に示す点線の抵抗変化曲線（曲線近似により求めた曲線）Ｃ０に沿った値となる。つまり、単位センサー素子１０Ｂの電気抵抗Ｒｙ０が最小となり、単位センサー素子１０Ａ，１０Ｃの電気抵抗Ｒｙｄ，ＲｙｕがＲｙ０より高くなる。
【００４７】
ところが、第１活性領域１３と第２活性領域１５との相対位置が図７に示すように、図６に示す状態からｙ方向に距離δずれた場合は、図８に示す実線の抵抗変化曲線（曲線近似により求めた曲線）ＣＦに沿った値となる。つまり、単位センサー素子１０Ｃの第１活性領域１３と第２活性領域１５とのオーバーラップ部分が最も少ないので電気抵抗Ｒｙｕが最小となり、単位センサー素子１０Ａの電気抵抗Ｒｙｄが最大となる。
【００４８】
ここで、各抵抗変化曲線Ｃ０、ＣＦの極位置をみると、Ｃ０が基準位置であるのに対して、ＣＦでは、ｙ方向＋側に距離δだけずれた位置ＰＭとなっている。つまり、図７に示すずれ量δは、図８に示す電気抵抗と相対位置（基準位置と±Ｌ）との関係から導き出すことができる。
【００４９】
このことより、図６に示すアライメント評価用素子１００は、第１活性領域１３と第２活性領域１５との相対位置を基準位置とこれを中心とした複数の位置（図示例では±Ｌ）に予め設定してパターン形成することで、１回目のイオン注入工程と２回目のイオン注入工程で、各基準位置にずれが生じた場合であっても、このずれ量を各単位センサー素子からの電気抵抗測定値によって計算により求めることができる。
【００５０】
上記の例では、単位センサー素子は３つであるが、これに限らず任意の多数個としてもよく、個数が増える程、基準位置とのずれ量を高精度で求めることができる。
【００５１】
また、上記の例では、ｙ方向のずれ量を求める構成であったが、これを９０゜回転して図９に示すようなアライメント評価用素子２００とすることで、ｘ方向のずれ量を求めることができる。また、図６に示すアライメント評価用素子１００と図９に示すアライメント評価用素子との双方を同じ半導体基板に形成することで、ｘ方向およびｙ方向のずれを同時に測定することができる。
【００５２】
このような半導体装置によれば、イオン注入工程同士の重ね合わせ精度を、直接的に高精度・高再現性で評価することができる。例えば、図１０に示すように、１回目のイオン注入工程の基準位置（ここでは一例としてマスクＭ０の中心原点Ｏとする）が、２回目のイオン注入工程の基準位置（マスクＭ１の中心原点ＯＭ）とずれが生じていた場合、アライメント評価用素子の電気抵抗を測定することにより、ｘ方向のずれ量δｘ、ｙ方向のずれ量δｙを簡単に算出できる。その結果、マスクＭ０とＭ１との相対位置ずれのベクトルＰを高精度で求めることができる。よって、他のパターンや専用のターゲットパターンを利用する間接的な位置ずれの検出方法によらずに、イオン注入した不純物領域そのものを用いて直接的に位置ずれを評価でき、評価結果の信頼性が向上する。
【００５３】
また、電気抵抗の測定を、電流印加端子と電圧測定端子とを分離する、所謂、四端子法を用いて行うことにより、接触抵抗などの寄生成分の影響をとり除き、線幅変動やイオン注入量変動などによる抵抗値それ自体の変動による影響を最小限に抑えて、高精度な測定が可能となる。
【００５４】
次に、本発明に係る半導体装置の変形例を説明する。
図１１は直交２軸方向のずれを同時に測定可能とするアライメント評価用素子の一例を示す構成図である。
この半導体装置のアライメント評価用素子３００は、図６に示す単位センサー素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、図９に示す単位センサー素子１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆとを備え、それぞれｙ方向、ｘ方向のずれ量を測定する。また、電気特性測定端子は、Ｔａ，Ｔｂが直流電流印加用で、他の端子は電気抵抗測定に用いられ、必要最小限の個数で構成されている。これにより、アライメント評価用素子３００の占有面積が低減されて、スペース効率が高まるとともに、必要最小限の検出用プローブを用意することで済み、装置の簡素化が図られる。
【００５５】
次に、本発明に係る半導体装置の第２実施形態を説明する。
図１２に本実施形態のアライメント評価用素子の構成図を示した。
この半導体装置のアライメント評価用素子４００は、各単位センサー素子１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉの第１活性領域と第２活性領域との相対位置のずれが、回転方向に沿うずれ量に設定されている。そして、その回転中心は、第１の活性領域の中央位置（第２の活性領域の中央位置と同位置）とされている。
【００５６】
このように単位センサー素子が回転方向に沿って相対位置がずらされていることで、イオン注入工程同士の回転ずれ成分が前述と同様の手法によって測定できる。
【００５７】
各単位センサー素子の第１活性領域１３に対する電気抵抗は、図１２に示すように第１活性領域と第２活性領域の相対位置が規定通りでずれのない場合は、図１３に示す点線の抵抗変化曲線（曲線近似により求めた曲線）Ｃ０に沿った値となる。つまり、単位センサー素子１０Ｈの電気抵抗が最小となり、単位センサー素子１０Ｇ，１０Ｉの電気抵抗が１０Ｈの電気抵抗より高くなる。
【００５８】
ところが、第１活性領域１３と第２活性領域１５との相対位置が回転成分を伴って変化したとき、図１３に示す実線の抵抗変化曲線（曲線近似により求めた曲線）ＣＦに沿った値となる。
各抵抗変化曲線Ｃ０、ＣＦの極位置をみると、Ｃ０が基準角度であるのに対して、ＣＦでは、回転方向マイナス側に角度δθだけずれた位置ＰＭとなっている。このようにして、回転ずれ成分が図１３に示す電気抵抗と相対位置（基準角度と±θ）との関係から導き出すことができる。
【００５９】
さらに、前述の第１実施形態におけるｘ、ｙ方向のずれ量を測定するアライメント評価用素子１００，２００，３００と、本実施形態のアライメント評価用素子４００とを併用することで、図１４に示すような、マスクＭ０とＭ１との間で、ｘ、ｙ方向および回転角θのずれ量（δｘ，δｙ，δθ）をそれぞれ求めることができる。
【００６０】
なお、前述の各実施形態においては、抵抗変化曲線を曲線近似により算出して極位置を求めていたが、これに限らず、例えば、複数の測定点のうち最小値となった測定点の位置を前記極位置と見なして用いてもよい。その場合は、演算処理が簡単になり、処理の高速化が図られる。
【００６１】
以上説明した半導体装置のアライメント評価用素子は、位置合わせ精度が厳密に要求される斜め方向のパターンが多く含まれる固体撮像素子の製造時に特に有益となる。
図１５は、ハニカム構造の撮像面をもつＣＣＤセンサーの要部構成を概略的に示す平面図である。
【００６２】
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、一定の水平ピッチＰｈ、垂直ピッチ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。
【００６３】
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１５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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
本発明によれば、斜め方向のイオン注入領域パターンであっても、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ことが可能となり、このことが、製造ラインや製造プロセスを改善する上で特に有益となる。そして、アライメント評価用素子を半導体基板にＴＥＧ(test element group)として形成して用いることで、イオン注入工程同士の重ね合わせ評価が容易に行えるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明の半導体装置およびアライメント評価方法は、第１活性領域と第２活性領域との相対位置を異ならせた複数の単位モニター素子からの、第１活性領域に対する電気特性測定結果に基づいて、複数のイオン注入工程の基準位置同士のずれ量を求めることができる。このため、本発明は、二次元ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子の製造プロセスに対して適用することができ、これにより、イオン注入工程同士の重ね合わせ精度を、モニター素子を用いて重ね合わせ以外の工程変動や寄生抵抗成分の影響を最小に抑えつつ直接的に高精度かつ高再現性で評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る半導体装置においてアライメント評価用素子を構成する一つの単位センサー素子とその電気接続状態を示す概略的な構成図である。
【図２】第１活性領域と第２活性領域の相対位置を変化させた単位モニター素子の配置例（ａ），（ｂ），（ｃ）を示した。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面を図２（ａ），（ｂ）に示す状態に対してそれぞれ示した断面図（ａ），（ｂ）である。
【図４】第１活性領域と第２活性領域との相対位置を変化させたときの電気抵抗の変化を示すグラフである。
【図５】単位センサー素子の作製手順を（ａ）〜（ｄ）に示す説明図である。
【図６】複数のモニター素子を備えたアライメント素子を示す構成図である。
【図７】第１活性領域と第２活性領域との相対位置が図６に示す状態からｙ方向に距離δずれた様子を示す説明図である。
【図８】位置に対する電気抵抗の変化を示すグラフである。
【図９】９０゜回転配置させたアライメント評価用素子の構成図である。
【図１０】各イオン注入工程の基準位置のずれの様子を示す説明図である。
【図１１】直交２軸方向のずれを同時に測定可能とするアライメント評価用素子の一例を示す構成図である。
【図１２】回転成分を測定可能とするアライメント評価用素子の構成図である。
【図１３】回転位置に対する電気抵抗の変化を示すグラフである
【図１４】各イオン注入工程の基準位置のずれの様子を示す説明図である。
【図１５】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。
【符号の説明】
【００６９】
１  フォトダイオード
２  垂直転送領域
３  分離領域
１０  単位センサー素子
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ  単位センサー素子
１３  第１活性領域
１５  第２活性領域
１７  Ｎ＋高濃度不純物拡散域
２１  電源
２３  電圧計
２５  第１のマスクレジスト
２７  第２のマスクレジスト
１００，２００，３００，４００  アライメント評価用素子
Ｃ  抵抗変化曲線
Ｌ  距離
Ｗ，Ｗｓ  幅
δ  距離
Ｃ０，ＣＦ  抵抗変化曲線
Ｍ０，Ｍ１  マスク
Ｏ，ＯＭ  中心原点
Ｐｈ  水平ピッチ
Ｐｖ  垂直ピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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