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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022134180
(43)【公開日】2022-09-15
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/265 20060101AFI20220908BHJP
【ＦＩ】
H01L21/265 T
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021033146
(22)【出願日】2021-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】715010864
【氏名又は名称】エイブリック株式会社
(72)【発明者】
【氏名】吉村 充弘
(57)【要約】
【課題】イオン注入領域の形成される位置により規定される不純物形成領域の位置ずれを検出できる半導体装置を提供する。
【解決手段】単位モニター素子を有する半導体装置であって、前記単位モニター素子は、ポリシリコンからなる抵抗領域と、前記抵抗領域の第１の方向の両端に設けられた、ポリシリコンからなる第２導電型の高濃度領域と、前記高濃度領域にそれぞれ接して、相互に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、前記抵抗領域の外側に設けられた、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、を有し、前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内に、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が形成され、前記単位モニター素子の電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる。
【選択図】図１
【解決手段】単位モニター素子を有する半導体装置であって、前記単位モニター素子は、ポリシリコンからなる抵抗領域と、前記抵抗領域の第１の方向の両端に設けられた、ポリシリコンからなる第２導電型の高濃度領域と、前記高濃度領域にそれぞれ接して、相互に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、前記抵抗領域の外側に設けられた、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、を有し、前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内に、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が形成され、前記単位モニター素子の電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる。
【選択図】図１
【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形成された不純物拡散領域とポリシリコンからなる抵抗素子との位置合わせの良否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は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、
矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、
前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、
前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、
前記一組の不純物拡散領域を含むとともに前記抵抗領域の外側に設けられた、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、
を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が形成され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置。
前記アライメント評価用素子は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、
矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、
前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、
前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、
前記一組の不純物拡散領域を含むとともに前記抵抗領域の外側に設けられた、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、
を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が形成され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置。
【請求項2】
半導体基板に不純物イオンを注入して形成された不純物拡散領域とポリシリコンからなる抵抗素子との位置合わせの良否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は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、
矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、
前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、
前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、
前記一組の不純物拡散領域を含んで前記抵抗領域の一辺に沿って前記抵抗領域の表面の一部を覆う、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、
を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が除去され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置。
前記アライメント評価用素子は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、
矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、
前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、
前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、
前記一組の不純物拡散領域を含んで前記抵抗領域の一辺に沿って前記抵抗領域の表面の一部を覆う、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、
を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が除去され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置。
【請求項3】
前記抵抗領域は、第１導電型のポリシリコンである請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記抵抗領域は、不純物を含まないノンドープのポリシリコンである請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記アライメント評価素子は複数の前記単位モニター素子を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記単位モニター素子は、前記高濃度領域の上方に、前記高濃度領域とコンタクトを介して接続された測定端子を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体のウェハ製造工程におけるレジストをマスクとするイオン注入工程において、合わせずれを検知できる半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
レジストを用いたパターンが形成されたシリコン等からなる半導体基板の表面に、電界により加速されたイオンを打ち込み、所定の位置に不純物拡散領域を形成することができるイオン注入工程は、半導体装置を製造するための前工程ともいわれるウェハ製造工程において、欠くことのできない技術となっている。
【0003】
レジストを用いたパターンの形成が正常に行われたかどうかは、ウェハ製造工程において合わせマーク等を用いた光学的手段により確認されている。しかし、イオン注入により不純物イオンが拡散された不純物拡散領域が正しく形成されたかどうかをその場で検知することは困難である。
【0004】
そのため、特許文献１に示されるように、出来上がった半導体製品に含まれる素子の電気的特性の変化により間接的にイオン注入による不純物拡散領域の形成に不備があったことを推測したり、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）による分光学的な手法を用いて、本来あるはずのない不純物原子の存在を直接に確認したりすることにより、イオン注入工程において不純物イオンが拡散された不純物拡散領域が正しく形成されなかったことを後から知ることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００８－１９８６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に示された半導体装置は、イオン注入により形成された異なる導電型を有する２種類の不純物拡散領域のずれ量を複数の単位モニター素子の抵抗値の比較により識別するものである。しかし、抵抗の形状をした単位モニター素子の個々の抵抗値は、様々な要因でばらつくため、ある一つの半導体装置、即ち一つのＩＣに付随する複数の単位モニター素子の抵抗値から異常の有無を直接判断することは困難となる。判断には積み上げられたデータが必要となる。
【0007】
そこで、本発明は、単位モニター素子に電流が流れるか流れないかを択一的に判定することで、イオン注入により形成された不純物拡散領域とポリシリコン抵抗との重なりの有無を識別できるアライメント評価素子を有する半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る半導体は、以下の構成を有している。
半導体基板に不純物イオンを注入して形成された不純物拡散領域とポリシリコンからなる抵抗素子との位置合わせの良否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は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、前記一組の不純物拡散領域を含むとともに前記抵抗領域の外側に設けられた、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が形成され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置とする。
半導体基板に不純物イオンを注入して形成された不純物拡散領域とポリシリコンからなる抵抗素子との位置合わせの良否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は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、前記一組の不純物拡散領域を含むとともに前記抵抗領域の外側に設けられた、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が形成され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置とする。
【0009】
また、本発明の他の実施形態に係る半導体は、以下の構成を有している。
半導体基板に不純物イオンを注入して形成された不純物拡散領域とポリシリコンからなる抵抗素子との位置合わせの良否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は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、前記一組の不純物拡散領域を含んで前記抵抗領域の一辺に沿って前記抵抗領域の表面の一部を覆う、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が除去され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置とする。
半導体基板に不純物イオンを注入して形成された不純物拡散領域とポリシリコンからなる抵抗素子との位置合わせの良否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は、単位モニター素子を有し、
前記単位モニター素子は、矩形形状を有するポリシリコンからなる抵抗領域と、前記抵抗領域の第１の方向の両端にそれぞれ接して設けられた、ポリシリコンからなる一組の、第２導電型の高濃度領域と、前記高濃度領域にそれぞれ接して、前記抵抗領域の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された第２導電型の一組の不純物拡散領域と、前記一組の不純物拡散領域を含んで前記抵抗領域の一辺に沿って前記抵抗領域の表面の一部を覆う、前記一組の不純物拡散領域を連結する連結領域からなるイオン注入領域と、を有し、
前記イオン注入領域と前記抵抗領域の間の前記第１の方向と垂直な第２の方向の相互位置が基準量以上ずれた場合に、前記抵抗領域内において、前記一組の不純物拡散領域を相互に接続する接続部が除去され、
前記単位モニター素子からの前記抵抗領域に対する電気特性測定結果に基づいて、前記イオン注入領域の前記抵抗領域に対するずれの有無を識別できる半導体装置とする。
【発明の効果】
【0010】
イオン注入領域の形成される位置により規定される不純物形成領域の位置ずれを高い精度で検出できる基本ミニター素子からなるアライメント評価用素子を有する半導体装置を提供することができる。そのため、品質ばらつきの少ない半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置に含まれるアライメント評価用素子を構成する単位モニター素子の上面模式図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて形成された場合を示す。
【図3】図１に示した単位モニター素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域との位置関係を示す図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に配置された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて配置された場合を示す。
【図4】本発明の第１の実施形態に係る単位モニター素子を複数用いたアライメント評価用素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域の位置関係を示す図である。
【図5】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図7】ポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域の間に設けられる間隙を説明するための図である。
【図8】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置に含まれるアライメント評価用素子を構成する単位モニター素子の上面模式図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて形成された場合を示す。
【図9】図８に示した単位モニター素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域との位置関係を示す図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に配置された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて配置された場合を示す。
【図10】本発明の第２の実施形態に係る単位モニター素子を複数用いたアライメント評価用素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域の位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置に含まれるアライメント評価用素子を構成する単位モニター素子の上面模式図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて形成された場合を示している。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置に含まれるアライメント評価用素子を構成する単位モニター素子の上面模式図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて形成された場合を示している。
【0013】
図１（ａ）に示すように、単位モニター素子１００は、基本的な形状として、第１導電型あるいは不純物を含まないノンドープのポリシリコンからなる矩形の抵抗領域１と抵抗領域１の両端にそれぞれ接して設けられた同じく矩形のポリシリコンからなる一組の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）を有している。一組の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）を結ぶ方向を第１の方向と称する。従って、抵抗領域１は、離間して向き合っている高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）に両端を除いて接していない２辺を有し、これら２辺は第１の方向と平行になっている。
第１導電型をＮ型とすれば、第２導電型はＰ型となり、反対に、第１導電型をＰ型とすれば、第２導電型はＮ型となる。
第１導電型をＮ型とすれば、第２導電型はＰ型となり、反対に、第１導電型をＰ型とすれば、第２導電型はＮ型となる。
【0014】
単位モニター素子１００は、抵抗領域１と両端の一組の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）との間に、高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）にそれぞれ接して、抵抗領域１の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された一組の第２導電型の不純物拡散領域８を有している。単位モニター素子１００は、さらに、高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）とコンタクト５（５Ａ、５Ｂ）を介して接続された導電体からなる測定端子４（４Ａ、４Ｂ）を高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の上方に有している。高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）と測定端子４（４Ａ、４Ｂ）の間には、通常、中間絶縁膜および層間絶縁膜等の複数の絶縁膜が積層されている。
単位モニター素子１００は、不純物拡散領域８が抵抗領域１の両端にのみ形成されていて、不純物拡散領域８を形成する第２導電型の不純物のイオン注入が正常に行われた場合を示している。不純物拡散領域８は後に述べる第２導電型の不純物のイオン注入領域の一部として形成される。
抵抗領域１の両端に第２導電型の不純物拡散領域８が形成されるためには、抵抗領域１の不純物濃度を、イオン注入により形成される第２導電型の不純物拡散領域８の不純物濃度よりも低く設定するか、抵抗領域１が不純物を含まないノンドープのポリシリコンとすることが必要である。
単位モニター素子１００は、不純物拡散領域８が抵抗領域１の両端にのみ形成されていて、不純物拡散領域８を形成する第２導電型の不純物のイオン注入が正常に行われた場合を示している。不純物拡散領域８は後に述べる第２導電型の不純物のイオン注入領域の一部として形成される。
抵抗領域１の両端に第２導電型の不純物拡散領域８が形成されるためには、抵抗領域１の不純物濃度を、イオン注入により形成される第２導電型の不純物拡散領域８の不純物濃度よりも低く設定するか、抵抗領域１が不純物を含まないノンドープのポリシリコンとすることが必要である。
【0015】
図１（ｂ）は同じく単位モニター素子１１０を示しており、不純物拡散領域８を形成するイオン注入が正常に行われなかった場合を示している。単位モニター素子１１０は図１（ａ）に示した単位モニター素子１００に対し、一組の不純物拡散領域８を相互に接続している接続部９が抵抗領域１の第１方向の辺に沿って配置されている点で異なっている。接続部９は一組の不純物拡散領域８と同じく第２導電型の不純物がイオン注入されて形成された領域である。その他の構成要素は同一であるので、説明は省略する。
【0016】
【0017】
図２（ａ）は、単位モニター素子１００を切断線ＡＡに沿って、切断した場合の断面模式図であり、評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合を示している。単位モニター素子１００は、一般に、半導体基板２０の上に設けられたフィールド酸化膜３０の表面に配置される。フィールド酸化膜はＬＯＣＳ酸化膜であっても良い。評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合、抵抗領域１の両端に第２導電型の不純物拡散領域８が相互に離間して形成される。第２導電型の不純物拡散領域８は必ずしも抵抗領域１の表面から裏面に亘る、深さ方向の全域にわたり形成されていない。なお、導電型の不純物拡散領域８を形成するためのイオン注入の条件により抵抗領域１の深さ方向の全域にわたり形成されても良い。
【0018】
以上のように、単位モニター素子１００においては、第１導電型あるいは不純物を含まないノンドープのポリシリコンからなる抵抗領域１の両端に位置する第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）は、同じく第２導電型の不純物拡散領域８によって、相互に電気的に接続されていない。そのため単位モニター素子１００の両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の間に、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）から電圧を印加しても、ノンドープである、あるいは、異なる導電型を有する抵抗領域１を横切って電流が流れることはない。
【0019】
図２（ｂ）は、単位モニター素子１１０を切断線ＢＢに沿って、切断した場合の断面模式図であり、評価対象のイオン注入領域が正常に形成されなかった場合を示している。切断線ＢＢは、接続部９に沿って描かれているので、図２（ｂ）の断面模式図において単位モニター素子１１０は、抵抗領域１の両端に位置する第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）は、抵抗領域１の表面から一定の深さまで形成された第２導電型の接続部９により、接続されている。高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）と接続部９は、ともに第２導電型であるので、単位モニター素子１１０の両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の間に、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）から電圧を印加すると、抵抗領域１を横切って電流が流れることになる。なお、接続部９は第２導電型の不純物拡散領域８を形成するためのイオン注入の条件により抵抗領域１の深さ方向の全域にわたり形成されても良い。
上記説明したように、単位モニター素子１００は半導体装置内に設けられるポリシリコンからなる抵抗素子と同様の形状を有しており、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）の間に電圧を印加して電流が流れるか流れないかを択一的に判断することで、抵抗素子に影響を及ぼす可能性があるイオン注入工程において導入される不純物イオンによる実際の影響の有無を検知することができる。
上記説明したように、単位モニター素子１００は半導体装置内に設けられるポリシリコンからなる抵抗素子と同様の形状を有しており、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）の間に電圧を印加して電流が流れるか流れないかを択一的に判断することで、抵抗素子に影響を及ぼす可能性があるイオン注入工程において導入される不純物イオンによる実際の影響の有無を検知することができる。
【0020】
次に、図３を用いて、評価対象となるイオン注入領域を形成するときの位置のずれによって、抵抗領域１の一辺に沿って接続部９が形成される理由を説明する。図３は、図１に示した単位モニター素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域との位置関係を示す図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に配置された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて配置された場合を示す。
【0021】
図３（ａ）は、両端に第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）を有する抵抗領域１に対して、両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の内側となる領域に、第２導電型の不純物拡散領域８を形成するためのイオン注入領域１０（１０Ａ）が正常に配置された場合の単位モニター素子３００を示している。イオン注入領域１０（１０Ａ）は、抵抗領域１の表面に互いに離間して配置される一組の第２導電型の不純物拡散領域８を形成するためにイオンが注入される二つの領域と、これら二つの領域を互いに連結している連結領域１１を有している。
【0022】
不純物拡散領域８を形成するためにイオンが注入される二つの領域は、形成しようとしている不純物拡散領域８の上だけに設けられるのではなく、第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の一部を覆い、さらにフィールド酸化膜３０の上にも拡がっている。連結領域１１は、抵抗領域１との間に第１の方向に沿って、所定の大きさを有する間隙１２が形成されるように設けられる。この状態では、連結領域１１は、フィールド酸化膜３０の上にのみ設けられている。単位モニター素子１００の電気的特性に影響を及ぼすのはイオン注入領域１０（１０Ａ）の中で抵抗領域１の上に設けられた部分だけである。高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の不純物濃度に比べイオン注入領域１０（１０Ａ）の不純物イオンの濃度は低いので、イオン注入領域１０（１０Ａ）は高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）に影響を与えない。フィールド酸化膜３０の上に設けられたイオン注入領域１０（１０Ａ）はフィールド酸化膜３０に影響を与えず、単位モニター素子３００にも影響を与えることはない。
【0023】
ここで、イオン注入領域１０（１０Ａ）が正常に配置された場合とは、イオン注入領域１０（１０Ａ）が抵抗領域１との間に所定の大きさを備えた間隙１２を有して形成された状態を指している。イオン注入領域１０（１０Ａ）が正常に配置された場合、抵抗領域１には両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の内側となる領域に、一組の第２導電型の不純物拡散領域８が離間して形成されるだけである。
【0024】
次に、図３（ｂ）を用いて、イオン注入領域１０（１０Ａ）が正常ではなく、ずれて配置された場合について説明する。図３（ｂ）においては、イオン注入領域１０（１０Ａ）は、抵抗領域１の上に重なって配置されている。図面上では、イオン注入領域１０（１０Ａ）が右方向にずれて配置されたため、間隙１２は形成されず、抵抗領域１の上にイオン注入領域１０（１０Ａ）の連結領域１１が重なっている。このため不純物イオンは抵抗領域１の第１の方向の一辺に沿って注入され、一組の不純物拡散領域８の間に接続部９を形成する。従って、本来電気的に離間されるはずの両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）が電気的に接続されることとなる。
なお、間隙１２に設定される所定の大きさとは、不純物拡散領域８の連結領域１１が抵抗領域１に向かって第１の方向と垂直な第２の方向に許容される最大量ずれたとしても、抵抗領域１上に接続部９が形成されない大きさのこととする。以下の記述においては、第２の方向を連結領域から抵抗領域に向かう方向とも言うことにする。
なお、間隙１２に設定される所定の大きさとは、不純物拡散領域８の連結領域１１が抵抗領域１に向かって第１の方向と垂直な第２の方向に許容される最大量ずれたとしても、抵抗領域１上に接続部９が形成されない大きさのこととする。以下の記述においては、第２の方向を連結領域から抵抗領域に向かう方向とも言うことにする。
【0025】
以上のように、単位モニター素子１００は、イオン注入領域１０（１０Ａ）が抵抗領域１との間に形成する間隙１２を狭めるように連結領域から抵抗領域に向かう方向にずれ、抵抗領域１と重なる状態となったことを、接続部９を形成することにより検知することができる。図１および図３に即していえば、単位モニター素子１００は、イオン注入領域１０（１０Ａ）の図１および図３の紙面における右方向のずれを検知することができる。
【0026】
次に、複数の単位モニター素子により構成される、イオン注入領域の４方向のずれを検知することができるアライメント評価用素子を有する半導体装置について説明する。
【0027】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る単位モニター素子を複数用いたアライメント評価用素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域の位置関係を示す図である。
アライメント評価用素子４００は、図３において示した単位モニター素子３００を、独立に４つ配置したものである。それぞれの単位モニター素子のイオン注入領域１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）において連結領域１１から抵抗領域１に向かう方向は異なっており、図４を示した紙面と平行に上下左右４つの方向となるように配置してある。
アライメント評価用素子４００は、図３において示した単位モニター素子３００を、独立に４つ配置したものである。それぞれの単位モニター素子のイオン注入領域１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）において連結領域１１から抵抗領域１に向かう方向は異なっており、図４を示した紙面と平行に上下左右４つの方向となるように配置してある。
【0028】
このような形態となるように配置すると、それぞれの単位モニター素子の両端となる高濃度領域２の間に電圧を印加し、電流が流れるかどうかを判断することにより、イオン注入領域１０の４方向のいずれかにおける許容される最大値を超えるずれの有無を検出できることになる。高濃度領域２の間に電流が流れる単位モニター素子があった場合、その単位モニター素子の連結領域１１から抵抗領域１に向かう方向のずれが発生していることが検知できる。
なお、図４に示されたアライメント評価用素子４００に含まれる単位モニター素子のうち、複数の単位モニター素子を並列に接続することにより、１度の電流測定により、並列に接続された単位モニター素子が検知できる方向のいずれかの方向の許容される最大値を超えるずれの有無を検知することができる。
なお、図４に示されたアライメント評価用素子４００に含まれる単位モニター素子のうち、複数の単位モニター素子を並列に接続することにより、１度の電流測定により、並列に接続された単位モニター素子が検知できる方向のいずれかの方向の許容される最大値を超えるずれの有無を検知することができる。
【0029】
図５は、図４に示されたアライメント評価用素子４００に含まれる単位モニター素子の変形例を示す図である。図５に示されたアライメント評価用素子５００に含まれる単位モニター素子５１０、５２０は、それぞれ抵抗領域の両側に間隙１２が形成されるようにイオン注入領域１０が配置されている。即ち、並列に接続された２つの単位モニター素子３００と同等の機能を有している。単位モニター素子５１０は図５の紙面にそった左右のずれを検知することができ、単位モニター素子５２０は図５の紙面にそった上下のずれを検知することができる。
【0030】
【0031】
図６は、図３に示した単位モニター素子３００を形成するためのイオン注入領域１０を決定するフォトレジストの形状を単位モニター素子の周囲のみ描いてある。パターニングされたフォトレジスト３は単位モニター素子３００を構成する抵抗領域１の中央の部分を覆い、図６においては左側となる抵抗領域１の一辺に沿って、わずかにはみ出している。このはみ出した部分が基本的に間隙１２を形成する。抵抗領域１の両端部および高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の抵抗領域１に連なる部分はフォトレジスト３から露出しており、イオン注入される不純物により形成される不純物拡散領域８が高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）と確実に接触するようにしてある。
【0032】
図７は、ポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域の間に設けられる間隙を説明するための図である。図６における切断線ＣＣに沿った切断面を示している。抵抗領域１はフィールド酸化膜３０の表面に配置され、パターニングされたフォトレジスト３が抵抗領域１を覆っている。抵抗領域１の上面に配置されたフォトレジスト３の垂直方向の厚さをＴ１、抵抗領域１の側面に接しているフォトレジスト３の水平方向の厚さをＸとする。
【0033】
図７は不純物イオンが注入方向７に沿って飛来する瞬間を示している。一般に、不純物イオンが飛来する注入方向７は、垂線に対して角度θ傾いている。これは、不純物イオンが結晶の隙間に沿って深くまで注入されてしまうチャネリングを防止するためである。また、イオン注入は、アライメント評価用素子を有する半導体装置が形成される半導体基板を回転させながら行うので、様々な方向から不純物イオンが飛来してくることになる。
【0034】
イオン注入領域１０は、パターニングされたフォトレジスト３により形成される領域によって基本的に決定される。そのため、抵抗領域１とイオン注入領域１０との間に形成される間隙１２の大きさは、抵抗領域１の側面に接しているフォトレジスト３の水平方向の厚さＸにより基本的に決定される。しかし、先に述べたように不純物イオンはある角度θ傾いて飛来するので、側面からフォトレジスト３に侵入する。その結果、不純物イオンが注入されないことにより形成される間隙１２の大きさはフォトレジスト３の水平方向の厚さＸよりも小さくなる。
フォトレジスト３の垂直方向の厚さＴ１は、不純物イオンがフォトレジスト３を通過して抵抗領域１の上面に到達しないように設定されるので、抵抗領域１の側面に接しているフォトレジスト３の厚さＸがＴ１・ｔａｎθ程度あれば不純物イオンは侵入しないと考えられる。
フォトレジスト３の垂直方向の厚さＴ１は、不純物イオンがフォトレジスト３を通過して抵抗領域１の上面に到達しないように設定されるので、抵抗領域１の側面に接しているフォトレジスト３の厚さＸがＴ１・ｔａｎθ程度あれば不純物イオンは侵入しないと考えられる。
【0035】
さらに、間隙１２の大きさは、フォトレジストのずれによりばらつく可能性がある。ばらついても許容される範囲内にあれば、問題なくパターニングできるように、許容できる最大値が設定されているので、それを３σとすると、抵抗領域１の側面に接しているフォトレジスト３の厚さＸを、例えば、３σ＋Ｔ１・ｔａｎθと設定しておけば、フォトレジストのずれが許容される範囲内にあれば、不純物イオンは抵抗領域１に達しないので、一組の不純物拡散領域８の間に接続部９を形成することはない。一方、フォトレジスト３の厚さＸを減らす方向のフォトレジストのずれが３σを超えると、不純物イオンは抵抗領域１に達し、一組の不純物拡散領域８の間に接続部９を形成することになる。
以上のように設定することで、単位モニター素子により、連結領域１１から抵抗領域１に向かう方向の許容される最大値以上のずれを検知することが可能となる。
以上のように設定することで、単位モニター素子により、連結領域１１から抵抗領域１に向かう方向の許容される最大値以上のずれを検知することが可能となる。
【0036】
上記のように、第１の実施形態においては、ポリシリコンに対し、評価対象となるイオン注入領域が正常に配置されて形成された場合には測定端子間に電流は流れず、正常に配置されず、大きなずれを伴って形成された場合には測定端子間に電流が流れる単位モニター素子の構成について説明した。次に、第２の実施形態として、ポリシリコンに対し、評価対象となるイオン注入領域が正常に配置されて形成された場合には測定端子間に電流が流れ、正常に配置されず、大きなずれを伴って形成された場合には測定端子間に電流が流れない構成を有する単位モニター素子ついて説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置に含まれるアライメント評価用素子を構成する単位モニター素子の上面模式図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて形成された場合を示している。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置に含まれるアライメント評価用素子を構成する単位モニター素子の上面模式図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に形成された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて形成された場合を示している。
【0037】
図８（ａ）に示した単位モニター素子８００は、図１に示した単位モニター素子１１０と同じ構成を有している。単位モニター素子８００は、第１導電型あるいは不純物を含まないノンドープのポリシリコンからなる矩形の抵抗領域１と抵抗領域１の両端にそれぞれ接して設けられた同じく矩形のポリシリコンからなる一組の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）を有している。一組の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）を結ぶ方向を第１の方向と称する。抵抗領域１は、離間して向き合っている高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）に両端を除いて接していない２辺を有し、これら２辺は第１の方向と平行になっている。
第１導電型をＮ型とすれば、第２導電型はＰ型となり、反対に、第１導電型をＰ型とすれば、第２導電型はＮ型となる。
第１導電型をＮ型とすれば、第２導電型はＰ型となり、反対に、第１導電型をＰ型とすれば、第２導電型はＮ型となる。
【0038】
単位モニター素子８００は、抵抗領域１と両端の一組の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）との間に、高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）にそれぞれ接して、抵抗領域１の表面に互いに前記第１の方向に離間して形成された一組の第２導電型の不純物拡散領域８を有している。さらに、一組の不純物拡散領域８を相互に接続している接続部９が抵抗領域１の第１方向の辺に沿って配置されている。そして、高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）とコンタクト５（５Ａ、５Ｂ）を介して接続された導電体からなる測定端子４（４Ａ、４Ｂ）を有している。
単位モニター素子８００は、不純物拡散領域８を形成する第２導電型の不純物のイオン注入が正常に行われた場合を示している。不純物拡散領域８は後に述べる第２導電型の不純物のイオン注入領域の一部として形成される。
抵抗領域１の両端の第２導電型の不純物拡散領域８および第２導電型の接続部９が形成されるためには、抵抗領域１の不純物濃度を、イオン注入により形成される第２導電型の不純物拡散領域８の不純物濃度よりも低く設定するか、抵抗領域１が不純物を含まないノンドープのポリシリコンとすることが必要である。
単位モニター素子８００は、不純物拡散領域８を形成する第２導電型の不純物のイオン注入が正常に行われた場合を示している。不純物拡散領域８は後に述べる第２導電型の不純物のイオン注入領域の一部として形成される。
抵抗領域１の両端の第２導電型の不純物拡散領域８および第２導電型の接続部９が形成されるためには、抵抗領域１の不純物濃度を、イオン注入により形成される第２導電型の不純物拡散領域８の不純物濃度よりも低く設定するか、抵抗領域１が不純物を含まないノンドープのポリシリコンとすることが必要である。
【0039】
図８（ｂ）は同じく単位モニター素子８１０を示しており、不純物拡散領域８を形成するイオン注入が正常に行われなかった場合を示している。単位モニター素子８１０は図８（ａ）に示した単位モニター素子７００に対し、一組の不純物拡散領域８を相互に接続している接続部９が無い点で異なっている。その他の構成要素は同一であるので、説明は省略する。
【0040】
単位モニター素子が正常に形成された場合、単位モニター素子８００の両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の間に、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）から電圧を印加すると、抵抗領域１を横切って電流が流れ、正常に形成されなかった場合、単位モニター素子８１０の両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の間に、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）から電圧を印加しても、抵抗領域１に電流は流れないことになる。
上記説明したように、単位モニター素子８００は半導体装置内に設けられるポリシリコンからなる抵抗素子と同様の形状を有しており、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）の間に電圧を印加して電流が流れるか流れないかを択一的に判断することで、抵抗素子に影響を及ぼす可能性があるイオン注入工程において導入される不純物イオンによる実際の影響の有無を検知することができる。
上記説明したように、単位モニター素子８００は半導体装置内に設けられるポリシリコンからなる抵抗素子と同様の形状を有しており、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）の間に電圧を印加して電流が流れるか流れないかを択一的に判断することで、抵抗素子に影響を及ぼす可能性があるイオン注入工程において導入される不純物イオンによる実際の影響の有無を検知することができる。
【0041】
次に、図９を用いて、評価対象となるイオン注入領域を形成するときの位置のずれによって、抵抗領域１の一辺に沿って接続部９が形成されなくなる理由を説明する。図９は、図８に示した単位モニター素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域との位置関係を示す図である。（ａ）は評価対象のイオン注入領域が正常に配置された場合、（ｂ）はイオン注入領域がずれて配置された場合を示す。
【0042】
図９（ａ）は、両端に第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）を有する抵抗領域１に対して、高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）の内側となる領域に配置される第２導電型の不純物拡散領域８および離間して配置された不純物拡散領域８を接続している接続部９を形成するためのイオン注入領域１０（１０Ａ）が正常に配置された場合の単位モニター素子９００を示している。イオン注入領域１０（１０Ａ）は、抵抗領域１の表面に互いに離間して配置される一組の第２導電型の不純物拡散領域８を形成するためにイオンが注入される二つの領域と、これら二つの領域を互いに連結している連結領域１１を有している。
【0043】
正常な配置において連結領域１１は抵抗領域１と第１の方向と垂直な第２の方向に所定の大きさだけ重なっているので、抵抗領域１の第１方向に平行な一辺に沿って、接続部９が形成される。以下の記述においては、第２の方向を抵抗領域から連結領域に向かう方向とも言うことにする。
ここで、所定の大きさとしては、許容できるずれの最大値を３σ、抵抗領域１の上面に配置されたフォトレジストの垂直方向の厚さをＴ１、不純物イオンが注入される方向の垂線からの傾きの角度をθとすると、例えば、３σ＋Ｔ１・ｔａｎθと設定すれば、通常の製造工程においては接続部９が形成されることとなる。
ここで、所定の大きさとしては、許容できるずれの最大値を３σ、抵抗領域１の上面に配置されたフォトレジストの垂直方向の厚さをＴ１、不純物イオンが注入される方向の垂線からの傾きの角度をθとすると、例えば、３σ＋Ｔ１・ｔａｎθと設定すれば、通常の製造工程においては接続部９が形成されることとなる。
【0044】
次に、図９（ｂ）を用いて、イオン注入領域１０（１０Ａ）が正常ではなく、ずれて配置された場合について説明する。図９（ｂ）においては、イオン注入領域１０（１０Ａ）は、抵抗領域１から離れて配置されている。図面上では、イオン注入領域１０（１０Ａ）が図面上において左方向にずれて配置されたため、間隙１２が形成されている。このため不純物イオンは抵抗領域１の第１の方向の一辺に沿って注入されることはないので、一組の不純物拡散領域８の間に接続部９は形成されない。従って、両端の第２導電型の高濃度領域２（２Ａ、２Ｂ）は離間して形成されるので、電気的に接続されることはない。
【0045】
以上のように、単位モニター素子９００は、イオン注入領域１０（１０Ａ）が抵抗領域１との間に形成する接続部９を狭めるように抵抗領域から連結領域に向かう方向にずれ、抵抗領域１と間隙１２を有する状態となったことを、測定端子４（４Ａ、４Ｂ）から電圧を印加した場合に、抵抗領域１に電流が流れないことにより検知することができる。図８および図９に即していえば、単位モニター素子８００は、イオン注入領域１０（１０Ａ）の図８および図９の紙面における左方向のずれを検知することができる。
【0046】
次に、複数の単位モニター素子により構成される、イオン注入領域の４方向のずれを検知することができるアライメント評価用素子を有する半導体装置について説明する。
【0047】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る単位モニター素子を複数用いたアライメント評価用素子におけるポリシリコンの抵抗領域とイオン注入領域の位置関係を示す図である。
アライメント評価用素子１０００は、図９において示した単位モニター素子９００を、独立に４つ配置したものである。それぞれの単位モニター素子において抵抗領域１からイオン注入領域１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）の連結領域１１に向かう方向は異なっており、図１０を示した紙面と平行に上下左右４つの方向となるように配置してある。
アライメント評価用素子１０００は、図９において示した単位モニター素子９００を、独立に４つ配置したものである。それぞれの単位モニター素子において抵抗領域１からイオン注入領域１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）の連結領域１１に向かう方向は異なっており、図１０を示した紙面と平行に上下左右４つの方向となるように配置してある。
【0048】
このような形態となるように配置すると、それぞれの単位モニター素子の両端となる高濃度領域２の間に電圧を印加し、電流が流れるかどうかを判断することにより、イオン注入領域１０の４方向のいずれかにおける許容される最大値を超えるずれの有無を検出できることになる。高濃度領域２の間に電流が流れない単位モニター素子があった場合、その単位モニター素子の抵抗領域１から連結領域１１に向かう方向のずれが発生していることが検知できる。
なお、図１０に示されたアライメント評価用素子１０００に含まれる単位モニター素子のうち、複数の単位モニター素子を直列に接続することにより、１度の電流測定により、直列に接続された単位モニター素子が検知できる方向のいずれかの方向の許容される最大値を超えるずれの有無を検知することができる。即ち、電流が流れない場合、いずれかの方向の許容される最大値を超えるずれがあることが検知できる。
なお、図１０に示されたアライメント評価用素子１０００に含まれる単位モニター素子のうち、複数の単位モニター素子を直列に接続することにより、１度の電流測定により、直列に接続された単位モニター素子が検知できる方向のいずれかの方向の許容される最大値を超えるずれの有無を検知することができる。即ち、電流が流れない場合、いずれかの方向の許容される最大値を超えるずれがあることが検知できる。
【0049】
以上説明したように、本発明によれば、イオン注入領域の形成される位置により規定される不純物形成領域の位置ずれを高い精度で検出できる基本ミニター素子からなるアライメント評価用素子を有する半導体装置を提供することができる。そのため、品質ばらつきの少ない半導体装置とできる。
【符号の説明】
【0050】
１ ポリシリコンの抵抗領域
２、２Ａ、２Ｂ ポリシリコンの高濃度領域
３ フォトレジスト
４、４Ａ、４Ｂ 測定端子
５、５Ａ、５Ｂ コンタクト
７ イオンの注入方向
８ ポリシリコン上の不純物拡散領域
９ 接続部
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ イオン注入領域
１１ 連結領域
１２ 間隙
２０ フィールド酸化膜
Ｘ 設計上の設定値
Ｔ１ ポリシリコン上のフォトレジスト膜厚
２、２Ａ、２Ｂ ポリシリコンの高濃度領域
３ フォトレジスト
４、４Ａ、４Ｂ 測定端子
５、５Ａ、５Ｂ コンタクト
７ イオンの注入方向
８ ポリシリコン上の不純物拡散領域
９ 接続部
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ イオン注入領域
１１ 連結領域
１２ 間隙
２０ フィールド酸化膜
Ｘ 設計上の設定値
Ｔ１ ポリシリコン上のフォトレジスト膜厚
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】