特開 2024-131564 半導体装置及び評価方法

(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】P2024131564

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】半導体装置及び評価方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 L

H01L21/66 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023041908

(22)【出願日】2023-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】桑木 裕大

(72)【発明者】

【氏名】山出 勝博

(72)【発明者】

【氏名】辻本 雅夫

【テーマコード（参考）】

4M106

【Ｆターム（参考）】

4M106AA01

4M106CA10

4M106CB02

4M106DJ14

4M106DJ27

(57)【要約】

【課題】不純物拡散工程における不純物の濃度プロファイルの評価を非破壊で行うことができる半導体装置と、その半導体装置を用いた不純物の濃度プロファイルの評価方法とを提供する。
【解決手段】第１導電型の不純物が拡散された拡散層を備える半導体素子が形成された半導体基板と、拡散層の特性評価用に半導体基板上に形成された第１構造部であって、拡散層と共に半導体基板上に形成された第１拡散層を備え、第１拡散層の上部の抵抗値を測定するための第１構造部と、拡散層の特性評価用に半導体基板上に形成された第２構造部であって、拡散層と共に半導体基板上に形成された第１拡散層とは異なる第２拡散層を備え、第２拡散層の下部の抵抗値を測定するための第２構造部と、を備える半導体装置とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電型の不純物が拡散された拡散層を備える半導体素子が形成された半導体基板と、
前記拡散層の特性評価用に前記半導体基板上に形成された第１構造部であって、前記拡散層と共に前記半導体基板上に形成された第１拡散層を備え、前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定するための第１構造部と、
前記拡散層の特性評価用に前記半導体基板上に形成された第２構造部であって、前記拡散層と共に前記半導体基板上に形成された前記第１拡散層とは異なる第２拡散層を備え、前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定するための第２構造部と、
を備える半導体装置。

【請求項2】

前記第１構造部は、前記第１拡散層の表面から予め定めた深さに前記第１構造部を横切るように埋め込まれた第２導電型の第１埋め込み層を備え、前記第１埋め込み層により、前記第１拡散層の上部を通る電流経路を前記第１拡散層の下部から分離し、
前記第２構造部は、前記第２拡散層の表面から予め定めた深さに前記第２拡散層の一部を横切るように埋め込まれた第２導電型の第２埋め込み層と、前記第２埋め込み層の上方を前記第２導電型の不純物で埋めるように設けられた前記第２導電型の遮断層とを備え、前記第２埋め込み層及び前記遮断層により、前記第２拡散層の下部を通る電流経路を形成する、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１構造部は、前記第１拡散層の表面に配置され、前記第１導電型の不純物を前記第１拡散層より高い濃度で含む一対の第１コンタクト層を備え、前記一対の第１コンタクト層を介して前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定可能とし、
前記第２構造部は、前記第２拡散層の表面に配置され、前記第１導電型の不純物を前記第２拡散層より高い濃度で含む一対の第２コンタクト層を備え、前記一対の第２コンタクト層を介して前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定可能とする、
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第２構造部の前記第２埋め込み層及び前記遮断層は、前記一対の第２コンタクト層の下方を除いて形成される、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１構造部及び前記第２構造部の表面は、前記一対の第１コンタクト層及び前記一対の第２コンタクト層を除いてフィールド酸化膜で覆われている、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記特性評価は、前記半導体素子の前記拡散層の不純物の濃度プロファイルの評価である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

請求項１に記載の半導体装置を用いて、前記半導体素子の前記拡散層の不純物の濃度プロファイルを評価する評価方法であって、
前記第１構造部における前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定することと、
前記第２構造部における前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定することと、
前記第１拡散層の上部の抵抗値と前記第２拡散層の下部の抵抗値とに基づいて、前記拡散層の不純物の濃度プロファイルを評価することと、
を含む、評価方法。

【請求項8】

前記不純物の濃度プロファイルを評価することは、前記第１拡散層の上部の抵抗値と前記第２拡散層の下部の抵抗値との比を求め、得られた比を予め定めた目標値と比較することにより行われる、請求項７に記載の評価方法。

【請求項9】

前記予め定めた目標値は、前記半導体素子の性能と前記比との関係に基づいて設定される、請求項８に記載の評価方法。

【請求項10】

前記得られた比が予め定めた目標値と等しい場合は、前記不純物の濃度プロファイルを適正と評価し、前記得られた比が予め定めた目標値より大きい場合は、前記不純物の濃度プロファイルを拡散不十分と評価し、前記得られた比が予め定めた目標値より小さい場合は、前記不純物の濃度プロファイルを拡散過剰と評価する、請求項８又は請求項９に記載の評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、評価用構造を備えた半導体装置と、その半導体装置を用いた不純物の濃度プロファイルの評価方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造プロセスでは、半導体基板には不純物を拡散させた拡散層が形成される。このような拡散層としては、例えば、電界効果トランジスタであるＭＯＳＦＥＴのＰ型シリコン基板に形成されるＮ型ウェル等が挙げられる。Ｎ型ウェルは、イオン注入法によりＮ型不純物をシリコン基板に打ち込んだ後、高温で熱処理することにより形成される。この熱処理工程は「ドライブイン」と呼ばれる工程であり、基板を高温で長時間熱処理することにより、不純物を深くまで拡散させる。不純物の深さ方向の拡がり、すなわち、不純物の濃度プロファイルは、この工程における温度や時間等の処理条件により制御される。

【0003】

処理条件を決めるには、まず不純物の濃度プロファイルを評価する必要がある。不純物の濃度は、半導体層の抵抗値から求めることができる。図１１に示す従来の抵抗測定方法では、シリコン基板１００に形成されたＮ型ウェル１０２の抵抗値は、フィールド酸化膜１０４の開口部の形成された一対のコンタクト層１０６から測定される。各コンタクト層１０６と接続される一対の端子１０８が形成され、一対の端子１０８間に電流を流して、Ｎ型ウェル１０２の抵抗値が測定される。しかしながら、この方法では、Ｎ型ウェル１０２の抵抗値を深さ毎に測定できないため、不純物の濃度プロファイルを評価することができない。

【0004】

不純物の濃度プロファイルを求める方法の１つとして、特許文献１に記載される拡がり抵抗測定法、いわゆるＳＲ法（Spreading Resistance Profiling）が知られている。ＳＲ法では、測定試料を斜め研磨し、研磨面に２本のプローブを接触させて、プローブ間の拡がり抵抗を測定し、得られた拡がり抵抗から深さ方向の抵抗値や不純物濃度を算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－１８６９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ＳＲ法は、研磨による測定試料の破壊を伴い、半導体装置に形成された拡散層の不純物の濃度プロファイルを評価するためには、製造プロセス終了後のウエハ１枚を評価用試料として抜き取る必要がある。また、研磨を行うため抵抗値の測定に時間がかかる。以上の通り、ＳＲ法を含む従来の評価方法は、半導体装置の製造プロセスの工程管理として十分な機能を果たすことができないという問題がある。

【0007】

本発明の目的は、不純物拡散工程における不純物の濃度プロファイルの評価を非破壊で行うことができる半導体装置と、その半導体装置を用いた不純物の濃度プロファイルの評価方法とを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の半導体装置に係る態様は、第１導電型の不純物が拡散された拡散層を備える半導体素子が形成された半導体基板と、前記拡散層の特性評価用に前記半導体基板上に形成された第１構造部であって、前記拡散層と共に前記半導体基板上に形成された第１拡散層を備え、前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定するための第１構造部と、前記拡散層の特性評価用に前記半導体基板上に形成された第２構造部であって、前記拡散層と共に前記半導体基板上に形成された前記第１拡散層とは異なる第２拡散層を備え、前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定するための第２構造部と、を備える半導体装置である。

【0009】

本発明の評価方法に係る態様は、本発明の半導体装置を用いて、前記半導体素子の前記拡散層の不純物の濃度プロファイルを評価する評価方法であって、前記第１構造部における前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定することと、前記第２構造部における前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定することと、前記第１拡散層の上部の抵抗値と前記第２拡散層の下部の抵抗値とに基づいて、前記拡散層の不純物の濃度プロファイルを評価することと、を含む、評価方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、不純物拡散工程における不純物の濃度プロファイルの評価を非破壊で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（Ａ）～（Ｃ）は不純物の濃度プロファイルを示すグラフである。

【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成の一例を示す部分断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る不純物の濃度プロファイルの評価方法を説明するための説明図である。

【図4】製品素子の性能と抵抗値の比との関係を示すグラフである。

【図5】図２に示す半導体装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。

【図6】図２に示す半導体装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。

【図7】図２に示す半導体装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。

【図8】図２に示す半導体装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。

【図9】図２に示す半導体装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。

【図10】図２に示す半導体装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。

【図11】従来の抵抗測定を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

【0013】

＜不純物の濃度プロファイル＞
まず、不純物の濃度プロファイルについて説明する。
不純物拡散は、イオン注入法により不純物をシリコン基板に打ち込んだ後、熱処理することにより形成される。不純物としては、ヒ素、リン、アンチモン等のＮ型不純物と、ホウ素等のＰ型不純物とがある。「ドライブイン」と呼ばれる熱処理工程では、熱処理は９００℃～１３００℃の高温で行われる。不純物の濃度プロファイルは、不純物拡散工程における、熱処理の温度や時間等の処理条件により制御される。

【0014】

図１（Ａ）～（Ｃ）は不純物の濃度プロファイルを示すグラフである。縦軸は不純物濃度を表し、横軸は深さを表す。深さは、拡散層の表面からの深さである。図１（Ａ）に示すように、拡散層における不純物の濃度は、深さ方向に略一定となることが好ましい。これに対して、不純物の拡散が不十分であると、図１（Ｂ）に示すように深さ方向に向かって不純物の濃度が低下し、不純物の拡散が過剰であると、図１（Ｃ）に示すように深さ方向に向かって不純物の濃度が増加する。

【0015】

＜半導体装置＞
次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１は、シリコンウエハである半導体基板１０上に評価用構造が形成されたものである。評価用構造は、第１構造部２０と第２構造部３０とを備えている。図２はこの評価用構造の部分の断面図である。

【0016】

第１構造部２０は、半導体基板１０内にＮ型不純物の拡散により形成されたＮ型ウェル２２を備えている。また、第２構造部３０は、半導体基板１０内にＮ型不純物の拡散により形成されたＮ型ウェル３２を備えている。ここでは、第１導電型をＮ型とし、第２導電型をＰ型として説明するが、第１導電型をＰ型とし、第２導電型をＮ型としてもよいことは言うまでもない。Ｎ型ウェル２２が「第１拡散層」に相当し、Ｎ型ウェル３２が「第２拡散層」に相当する。

【0017】

図示はしていないが、半導体基板１０上には製品である半導体素子も形成されている。評価用構造は、製品である半導体素子の製造工程中に、半導体素子と共に作製される。Ｎ型ウェル２２とＮ型ウェル３２の各々は、半導体素子の不純物拡散工程において形成されたものであり、半導体素子のＮ型ウェル（図示せず）と同じ拡散プロファイルを備えている。本実施形態では、Ｎ型ウェル２２及びＮ型ウェル３２の不純物の濃度プロファイルを評価することで、半導体素子のＮ型ウェルの不純物の濃度プロファイルを間接的に評価する。

【0018】

第１構造部２０は、Ｐ型不純物を含むＰ型埋め込み層２４を備えている。Ｐ型埋め込み層２４は、第１構造部２０全体を横切るように、予め定めた深さに配置されている。Ｎ型ウェル２２は、Ｐ型埋め込み層２４によって上部ウェル２２Ａと下部ウェル２２Ｂとに分断されている。Ｐ型埋め込み層２４が「第１埋め込み層」に相当する。

【0019】

Ｎ型ウェル２２の上部には、Ｎ型ウェル２２よりもＮ型不純物を高濃度で含む２つのＮ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂが配置されている。Ｎ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂは、抵抗測定用のプローブや金属配線（図示せず）との接触抵抗を低下させるための層である。Ｎ^＋型コンタクト層２６ＡとＮ^＋型コンタクト層２６Ｂとは、予め定めた距離だけ離間されている。Ｎ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂの各々は、Ｎ型ウェル２２の表面に露出している。第１構造部２０の表面は、Ｎ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂの上方を除いて、フィールド酸化膜１２で覆われている。

【0020】

第２構造部３０は、Ｐ型不純物を含むＰ型半導体層３４を備えている。Ｐ型半導体層３４は、Ｐ型埋め込み層３４Ｂと、Ｐ型埋め込み層３４ＢよりもＰ型不純物を高濃度で含むＰ型遮断層３４Ａとを含む。Ｐ型埋め込み層３４Ｂは、第１構造部２０のＰ型埋め込み層２４と同じ深さに配置されると共に、Ｎ型ウェル３２の一部を横切るように配置されている。Ｐ型埋め込み層３４Ｂは、次に説明するＮ^＋型コンタクト層３６Ａ、３６Ｂの下方以外の部分に配置される。Ｐ型遮断層３４Ａは、Ｐ型埋め込み層３４Ｂの上方をＰ型不純物層で埋めるように配置されている。Ｐ型埋め込み層３４Ｂが「第２埋め込み層」に相当する。

【0021】

Ｎ型ウェル３２の上部には、Ｎ型不純物を高濃度で含む２つのＮ^＋型コンタクト層３６Ａ、３６Ｂが配置されている。Ｎ^＋型コンタクト層３６Ａ、３６Ｂは、接触抵抗を低下させるための層である。Ｎ^＋型コンタクト層３６ＡとＮ^＋型コンタクト層３６Ｂとは、Ｐ型遮断層３４Ａを挟んで予め定めた距離だけ離間されている。Ｎ^＋型コンタクト層３６Ａ、３６Ｂの各々は、Ｎ型ウェル３２の表面に露出している。第２構造部３０の表面は、Ｎ^＋型コンタクト層３６Ａ、３６Ｂの上方を除いて、フィールド酸化膜１２で覆われている。

【0022】

＜不純物の濃度プロファイルの評価方法＞
次に、図３を参照して、上記の半導体装置１を用いて、半導体素子のＮ型ウェルの不純物の濃度プロファイルを評価する方法について説明する。

【0023】

第１構造部２０において、Ｎ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂの各々に、対応する端子２８Ａ、２８Ｂを接続する。端子２８Ａ、２８Ｂ間に電流を流すと、Ｐ型埋め込み層２４が障壁となり、点線の矢印で示すように上部ウェル２２Ａを通る電流経路が形成される。したがって、端子２８Ａ、２８Ｂ間に電流を流して、上部ウェル２２Ａの抵抗値Ｒ_１を測定する。

【0024】

また、第２構造部３０において、Ｎ^＋型コンタクト層３６Ａ、３６Ｂの各々に、対応する端子３８Ａ、３８Ｂを接続する。端子３８Ａ、３８Ｂ間に電流を流すと、Ｐ型遮断層３４Ａ及びＰ型埋め込み層３４Ｂが障壁となり、点線の矢印で示すようにウェル３２の下部を通る電流経路が形成される。したがって、端子３８Ａ、３８Ｂ間に電流を流して、ウェル３２の下部の抵抗値Ｒ_２を測定する。

【0025】

Ｎ型ウェル２２とＮ型ウェル３２とは、半導体素子のＮ型ウェルと同じ拡散プロファイルを備えているので、上部ウェル２２Ａの抵抗値Ｒ_１とウェル３２の下部の抵抗値Ｒ_２とは、半導体素子のＮ型ウェルの上部及び下部について測定された抵抗値とみなすことができる。上部ウェル２２Ａの抵抗値Ｒ_１とウェル３２の下部の抵抗値Ｒ_２とから、下記式で表される比Ｄを求める。

【0026】

【数1】

【0027】

上部の抵抗値Ｒ_１と下部の抵抗値Ｒ_２とが略等しいとき（Ｒ_１≒Ｒ_２、Ｄ≒１）、不純物の濃度プロファイルは、図１（Ａ）に示すものとなり、「適正」と評価される。一方、上部の抵抗値Ｒ_１が下部の抵抗値Ｒ_２より大きいとき（Ｒ_１＞Ｒ_２で、Ｄ＞１）、不純物の濃度プロファイルは、図１（Ｃ）に示すものとなり、「拡散過剰」と評価される。また、上部の抵抗値Ｒ_１が下部の抵抗値Ｒ_２より小さいとき（Ｒ_１＜Ｒ_２で、Ｄ＜１）、不純物の濃度プロファイルは、図１（Ｂ）に示すものとなり、「拡散不十分」と評価される。

【0028】

また、抵抗値の比Ｄの目標値Ｄ_ｔを設定し、評価用構造から得られた比Ｄ_ｍを目標値Ｄ_ｔと比較して評価を行うことができる。目標値Ｄ_ｔは実験的に設定することができる。例えば、図４に示すように、複数の半導体素子について比Ｄに対して耐圧等の性能の値をプロットする。図４から分かるように、比Ｄが「１．０」から離れるほど、性能のばらつきが大きくなる。複数の半導体素子における性能のばらつきが最小又は予め定めたスペック以内となる比Ｄの値を、目標値Ｄ_ｔとすることができる。

【0029】

このように目標値Ｄ_ｔを設定した場合は、評価用構造から得られた比Ｄ_ｍが目標値Ｄ_ｔと略等しいとき（Ｄ_ｍ≒Ｄ_ｔ）、不純物の濃度プロファイルは「適正」と評価される。一方、比Ｄ_ｍが目標値Ｄ_ｔより大きいとき（Ｄ_ｍ＞Ｄ_ｔ）、不純物の濃度プロファイルは「拡散過剰」と評価される。また、比Ｄ_ｍが目標値Ｄ_ｔより小さいとき（Ｄ_ｍ＜Ｄ_ｔ）、不純物の濃度プロファイルは「拡散不十分」と評価される。半導体装置の製造プロセスの工程管理という観点からは、このように半導体素子の性能に基づいて評価を行うことがより好ましい。

【0030】

「拡散不十分」という評価の場合は、不純物拡散工程における処理条件が、例えば、熱処理の温度を高くする、熱処理の時間を長くする等、不純物の拡散を促進するように変更される。一方、「拡散過剰」という評価の場合は、不純物拡散工程における処理条件が、例えば、熱処理の温度を低くする、熱処理の時間を短くする等、不純物の拡散を抑制するように変更される。

【0031】

＜半導体装置の製造工程＞
次に、図５～図１０を参照して図２に示す半導体装置の製造工程について説明する。
上述した通り、評価用構造は、製品素子構造の製造工程中に、製品素子構造と共に作製される。ここでは、評価用構造の製造工程として説明する。半導体基板１０は「シリコン基板１０」と言い換える。

【0032】

まず、シリコン基板１０の表面を熱酸化して、シリコン基板１０の表面に酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなるプレ酸化膜１４を形成する。次に、プレ酸化膜１４上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、Ｎ型ウェル２２及びＮ型ウェル３２に対応する部分に開口を有するマスクを形成する。その後、このマスクを用いてプレ酸化膜１４をエッチングして、開口が形成されたプレ酸化膜１４を得る（図５参照）。

【0033】

次に、プレ酸化膜１４の開口から、イオン注入法によりＮ型不純物を打ち込み、高温で熱処理するドライブインを行い、Ｎ型不純物を深くまで熱拡散させて、Ｎ型ウェル２２及びＮ型ウェル３２を形成する。その後、プレ酸化膜１４をエッチング等により除去する（図６参照）。

【0034】

次に、シリコン基板１０の表面を熱酸化して、シリコン基板１０の表面にＳｉＯ_２からなるパッド酸化膜（図示せず）を形成する。次に、パッド酸化膜（図示せず）上に、減圧ＣＶＤ法等により窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなるロコス窒化膜１６を形成する。次に、ロコス窒化膜１６上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、フィールド酸化膜１２に対応する部分に開口を有するマスクを形成する。その後、このマスクを用いてロコス窒化膜１６をエッチングして、開口が形成されたロコス窒化膜１６を得る（図７参照）。

【0035】

次に、シリコン基板１０上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、Ｐ型遮断層３４Ａに対応する部分に開口を有するマスクを形成する。その後、このマスクを用いて、ロコス窒化膜１６の開口の一部から、イオン注入法によりＰ型不純物を打ち込み、Ｐ型遮断層３４Ａを形成する。次に、開口が形成されたロコス窒化膜１６をマスクとして、シリコン基板１０の表面を熱酸化して、フィールド酸化膜１２を形成する。その後、パッド酸化膜（図示せず）及びロコス窒化膜１６をエッチング等により除去する（図８参照）。

【0036】

次に、シリコン基板１０上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、Ｐ型埋め込み層２４及びＰ型埋め込み層３４Ｂに対応する部分に開口を有するマスクを形成する。その後、このマスクを用いて、イオン注入法によりフィールド酸化膜１２を介して高エネルギーでＰ型不純物を打ち込み、Ｐ型埋め込み層２４及びＰ型埋め込み層３４Ｂを形成する（図９参照）。

【0037】

次に、シリコン基板１０上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、Ｎ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂ、３６Ａ、及び３６Ｂに対応する部分に開口を有するマスクを形成する。その後、このマスクを用いて、フィールド酸化膜１２の開口から露出したＮ型ウェル２２及びＮ型ウェル３２の表面に、イオン注入法によりＮ型不純物を打ち込み、Ｎ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂ、３６Ａ、及び３６Ｂを形成する（図１０参照）。

【0038】

図示はしていないが、最後に、Ｎ^＋型コンタクト層２６Ａ、２６Ｂ、３６Ａ、及び３６Ｂの各々に電気的に接続するための端子や金属配線を形成してもよい。

【0039】

以上の通り、本実施形態によれば、Ｎ型ウェル（すなわち、拡散層）の上部の抵抗値と下部の抵抗値とを別々に測定することができる。また、評価用構造における上部の抵抗値と下部の抵抗値との比に基づいて、半導体素子の拡散層における不純物の濃度プロファイルを評価することができる。また、半導体装置の表面に設けられたコンタクト層から拡散層の上部の抵抗値と下部の抵抗値とを測定することができ、拡散層の不純物の濃度プロファイルの評価を非破壊で行うことができる。この評価方法は、ＳＲ法のような従来の評価方法と比較して、簡便で実用的である。

【0040】

また、本実施形態によれば、上部の抵抗値と下部の抵抗値との比について、製品である半導体素子の性能に基づいて目標値を具体的に設定し、目標値との比較で不純物の濃度プロファイルを評価することができる。これにより、不純物拡散工程の処理条件を、製品において良好な性能が得られるように改善することができ、製造される半導体素子の性能のばらつきを低減することができる。

【0041】

また、本実施形態によれば、評価用構造は、製品である半導体素子の製造工程中に半導体素子と共に作製されるので、ＳＲ法のように測定試料を用意する必要がなく、本実施形態に係る評価方法は、半導体装置の製造プロセス終了後、すぐに評価を行うことができる。このため、製品の特性確認に要する期間を短縮することができる。また、評価用構造は、ウエハ毎に作製されるので、ウエハ毎に評価を行うことができる。このため、本実施形態に係る評価方法は、製造プロセスの工程管理に最適である。

【0042】

＜変形例＞
上記実施の形態で説明した半導体装置及び不純物の濃度プロファイルの評価方法の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。

【0043】

本実施形態では、第１構造部ではＰ型埋め込み層を形成してＮ型ウェルの上部の抵抗値を測定できるようにし、第２構造部ではＰ型遮断層及びＰ型埋め込み層を形成してＮ型ウェルの下部の抵抗値を測定できるようにしているが、Ｎ型ウェルの上部を通る電流経路と下部を通る電流経路とが生成されればよく、評価用構造はこれに限定される訳ではない。例えば、第２構造部では、Ｐ型遮断層及びＰ型埋め込み層を形成する代わりに、電流を遮断するトレンチや絶縁層を形成してもよい。

【0044】

また、本実施形態では、上部の抵抗値と下部の抵抗値との比に基づいて評価を行っているが、上部の抵抗値と下部の抵抗値との差や、上部の抵抗値と下部の抵抗値から求められる他のパラメータに基づいて評価を行ってもよい。

【0045】

［付記］なお、以上の実施形態の説明に関して、更に以下の付記を開示する。
本発明の第１態様は、第１導電型の不純物が拡散された拡散層を備える半導体素子が形成された半導体基板と、前記拡散層の特性評価用に前記半導体基板上に形成された第１構造部であって、前記拡散層と共に前記半導体基板上に形成された第１拡散層を備え、前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定するための第１構造部と、前記拡散層の特性評価用に前記半導体基板上に形成された第２構造部であって、前記拡散層と共に前記半導体基板上に形成された前記第１拡散層とは異なる第２拡散層を備え、前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定するための第２構造部と、を備える半導体装置である。
本発明の第２態様は、前記第１構造部は、前記第１拡散層の表面から予め定めた深さに前記第１構造部を横切るように埋め込まれた第２導電型の第１埋め込み層を備え、前記第１埋め込み層により、前記第１拡散層の上部を通る電流経路を前記第１拡散層の下部から分離し、前記第２構造部は、前記第２拡散層の表面から予め定めた深さに前記第２拡散層の一部を横切るように埋め込まれた第２導電型の第２埋め込み層と、前記第２埋め込み層の上方を前記第２導電型の不純物で埋めるように設けられた前記第２導電型の遮断層とを備え、前記第２埋め込み層及び前記遮断層により、前記第２拡散層の下部を通る電流経路を形成する、第１態様に係る半導体装置である。
本発明の第３態様は、前記第１構造部は、前記第１拡散層の表面に配置され、前記第１導電型の不純物を前記第１拡散層より高い濃度で含む一対の第１コンタクト層を備え、前記一対の第１コンタクト層を介して前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定可能とし、前記第２構造部は、前記第２拡散層の表面に配置され、前記第１導電型の不純物を前記第２拡散層より高い濃度で含む一対の第２コンタクト層を備え、前記一対の第２コンタクト層を介して前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定可能とする、第１態様又は第２態様に係る半導体装置である。
本発明の第４態様は、前記第２構造部の前記第２埋め込み層及び前記遮断層は、前記一対の第２コンタクト層の下方を除いて形成される、第３態様に係る半導体装置である。
本発明の第５態様は、前記第１構造部及び前記第２構造部の表面は、前記一対の第１コンタクト層及び前記一対の第２コンタクト層を除いてフィールド酸化膜で覆われている、第３態様に係る半導体装置である。
本発明の第６態様は、前記特性評価は、前記半導体素子の前記拡散層の不純物の濃度プロファイルの評価である、第１態様から第５態様までのいずれか１つに係る半導体装置である。
本発明の第７態様は、第１態様から第６態様までのいずれか１つに係る半導体装置を用いて、前記半導体素子の前記拡散層の不純物の濃度プロファイルを評価する評価方法であって、前記第１構造部における前記第１拡散層の上部の抵抗値を測定することと、前記第２構造部における前記第２拡散層の下部の抵抗値を測定することと、前記第１拡散層の上部の抵抗値と前記第２拡散層の下部の抵抗値とに基づいて、前記拡散層の不純物の濃度プロファイルを評価することと、を含む、評価方法である。
本発明の第８態様は、前記不純物の濃度プロファイルを評価することは、前記第１拡散層の上部の抵抗値と前記第２拡散層の下部の抵抗値との比を求め、得られた比を予め定めた目標値と比較することにより行われる、第７態様に係る評価方法である。
本発明の第９態様は、前記予め定めた目標値は、前記半導体素子の性能と前記比との関係に基づいて設定される、第８態様に係る評価方法である。
本発明の第１０態様は、前記得られた比が予め定めた目標値と等しい場合は、前記不純物の濃度プロファイルを適正と評価し、前記得られた比が予め定めた目標値より大きい場合は、前記不純物の濃度プロファイルを拡散不十分と評価し、前記得られた比が予め定めた目標値より小さい場合は、前記不純物の濃度プロファイルを拡散過剰と評価する、第８態様又は第９態様に係る評価方法である。

【符号の説明】

【0046】

１０ 半導体基板（シリコン基板）
１２ フィールド酸化膜
１４ プレ酸化膜
１６ ロコス窒化膜
２０ 第１構造部
２２ Ｎ型ウェル
２２Ａ 上部ウェル
２２Ｂ 下部ウェル
２４ Ｐ型埋め込み層
２６Ａ、２６Ｂ Ｎ^＋型コンタクト層
２８Ａ、２８Ｂ 端子
３０ 第２構造部
３２ Ｎ型ウェル
３４ Ｐ型半導体層
３４Ａ Ｐ型遮断層
３４Ｂ Ｐ型埋め込み層
３６Ａ、３６Ｂ Ｎ^＋型コンタクト層
３８Ａ、３８Ｂ 端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】