JP2007012902A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上の素子領域の配置に基づいて形成された断面構造用評価素子群を有し、該基板のへき開面から断面構造用評価素子群を露出させて観察することで素子領域の断面構造の解析を容易に行うことができる半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明にかかる半導体装置１０は、基板１１上に、半導体素子が配列された素子領域１２と、半導体素子と同じ構成を有し、素子領域１２の所望の断面を評価するための断面構造評価用素子群１３とを有し、断面構造評価用素子群は、所望の断面Ｓが基板１１のへき開の断面と平行になる側に傾斜した状態で形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子を有する素子領域の断面構造を評価するのに用いられる断面構造用評価素子群を備えた半導体装置に関する。

従来、半導体素子内部におけるトランジスタ等の断面構造を解析し、評価をするため、解析の対象となる部位の断面構造の形状及び寸法で形成された断面構造用評価素子群（Test Element Group、以下単にＴＥＧともいう。）が半導体基板上に設けられている。断面構造用評価素子群は、解析する断面に対して直角方向に数百μｍから数ｍｍにわたって均一な構造を有している。そして、断面構造用評価素子群によって断面構造を解析する際には、基板における断面構造用評価素子群が形成された部位又はその近傍をへき開し、そのへき開面を機械研磨により露出させて観察することで、実質的に素子領域の断面構造を評価している。

図２は半導体ウエハＷ上に半導体素子ｄを複数形成した状態を示している。また、図３は、半導体素子ｄの基板上には素子領域Ａと、該素子領域Ａの周辺に、同じ素子構造を有する断面構造用評価素子群Ｔが形成されている。半導体素子ｄの断面構造を解析する場合には、半導体ウエハを所定の方向（図３においてへき開方向とした。）に沿ってへき開し、その後、へき開された断面を機械研磨し、断面構造用評価素子群Ｔの構造が解析可能な所望の断面を露呈させている。

ところで、半導体素子としては、図４に示す固体撮像素子のように、転送電極１０１，１０２，１０３と受光部１０４と有し、受光部１０４がハニカム状等の所定のパターンで配置されたものがある。なお、図４は、図３の素子領域Ａの素子の配置の状態を示す平面図である。一方、固体撮像素子が配設されたウェハＷのへき開方向は、通常、一定の方向に限られている。すると、このような固体撮像素子の素子構造について、所望の断面Ｓを観察することで断面構造の解析を行う場合に、半導体ウエハＷのへき開の断面が観察したい断面Ｓに対して傾斜しているため、所望の断面Ｓを観察することができなかった。また、へき開の断面に機械研磨を行って所望の断面を露出させる場合には、該へき開の断面が観察したい断面Ｓに対して傾斜しているため、へき開面に対して平行に機械研磨を行うことができず、所望の断面Ｓの観察が不可能であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、基板上の素子領域の配置に基づいて形成された断面構造用評価素子を有し、該基板のへき開面から断面構造用評価素子を露出させて観察することで素子領域の断面構造の解析を容易に行うことができる半導体装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、基板上に、半導体素子が配列された素子領域と、半導体素子と同じ構成を有し、素子領域の所望の断面を評価するための断面構造評価用素子群とを有する半導体装置であって、断面構造評価用素子群は、所望の断面が基板のへき開の断面と平行になる側に傾斜した状態で形成されていることを特徴とする半導体装置によって達成される。

本発明の半導体装置は、素子領域の評価したい所望の断面が基板のへき開の断面と平行になる側へ、素子領域と同じ構成を有する断面構造評価用素子群の配列が素子領域の配列に対して傾斜した状態で形成されている。このため、所望の断面構造を評価する場合には、素子領域の配置パターンにかかわず、へき開による断面を該断面に対して平行に機械研磨することで所望の断面を簡便に露出させることができる。こうして、断面構造評価用素子群の露出した所望の断面を観察することで、素子領域の断面構造を解析し、評価することができる。

上記半導体装置は、素子領域に受光部がハニカム状に配置され、断面構造評価用素子群は、受光部の複数を含む所望の断面がへき開の断面に対して平行となるように、形成されていることが好ましい。こうすれば、ハニカム状に配置された受光部を備えた固体撮像装置の素子領域における断面構造を評価する場合に、所望の断面を容易に露出させることで、評価にかかる作業負担を軽減することができる。

また、上記半導体装置は、受光部が素子領域の水平及び垂直方向における画素ピッチの１／√２のピッチの正方格子を４５度傾けた状態に配列され、断面構造評価用素子群の配列が素子領域の配列に対して４５度回転した状態で形成されていることが好ましい。

本発明によれば、基板上の素子領域の配置に基づいて形成された断面構造用評価素子群を有し、該基板のへき開面から断面構造用評価素子群を露出させて観察することで素子領域の断面構造の解析を容易に行うことができる半導体装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明に係る半導体装置を示す図である。本実施形態では、半導体装置の一例として固体撮像装置を用いて説明する。

図１（ａ）に示すように、固体撮像装置１０は、シリコンなどの半導体基板（以下、単に基板という。）１１を有している。基板１１上には、素子領域１２と、該素子領域１２の周辺に断面構造用評価素子群１３とが形成されている。

固体撮像装置１０は、図２で示すように、半導体ウエハＷ上にフォトリソグラフィー工程等の従来の半導体製造プロセスによって製造される。固体撮像装置１０の基板１１の縦方向と横方向とはそれぞれ、図２で示す半導体ウエハの上下方向と左右方向とに相当するものとする。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の素子領域１２を拡大した状態を模式的に示す平面図である。図１（ｂ）に示すように、素子領域１２は、画素領域に相当する受光部２４が複数配置され、画素領域の両側には受光部２４で生成された電荷信号を転送するため電荷転送路２１，２２，２３が形成されている。

本実施形態の固体撮像装置１０は、電荷転送路２１，２２，２３の所定単位ごとに交互に且つ逆方向に電荷を転送する構成であって、所謂、全画素読み出し型のフレームインターライン転送型ＣＣＤ（ＦＩＴ−ＣＣＤ）を構成するものである。

受光部２４のうち、ある受光部２４に隣接する受光部２４を水平及び垂直方向の画素ピッチの半分ずらした位置に配し、受光部２４の画素配列をハニカム状に配置したハニカム配列のＣＣＤ撮像素子を固体撮像素子として用いる。具体的に、受光部２４は、隣接する受光部２４に対して水平及び垂直方向において画素ピッチの半分ずらした状態で配列される。すなわち、ある受光部２４において水平及び垂直方向に形成される正方格子の中心点位置にそれぞれ隣接する受光部が配置される。これにより、水平及び垂直方向における画素ピッチの１／√２のピッチの正方格子を４５度傾けた状態に受光部が配列された素子領域が構成される。

受光部２４は、例えば、基板１１内部に形成された、Ｐ型低濃度不純物領域（Ｐウェル領域）と、Ｎ型高濃度不純物層と、基板１１の表面に形成されたＰ型高濃度不純物層からなる埋め込みフォトダイオードにより構成される。電荷転送路２１，２２，２３は、受光部２４の周囲の隣接する領域に垂直方向（図１（ｂ）の縦方向）に蛇行しつつ延設されている。

本実施形態の固体撮像装置１０において、素子領域１２の断面構造を評価する場合には、素子領域１２において左下側から右上側への斜め方向にわたる直線上に配列された複数の受光部２４の断面を、解析の対象とする所望の断面とする。この所望の断面は、素子領域１２の縦方向、言い換えると図１（ａ）に示す固体撮像装置１０の基板１１の縦方向に対して４５度傾斜している。

図１（ａ）に示すように固体撮像装置１０は、半導体ウエハの構成に基づいて基板１１のへき開の方向Ｃが一定となる。ここで、本実施形態では、基板１１のへき開の断面と平行になる側に傾斜した状態となるように、断面構造評価用素子群１３を形成している。

図１（ｃ）は断面構造評価用素子群１３を拡大した状態を模式的に示す平面図である。断面構造評価用素子群１３は、素子領域１２の構成と同じ寸法及び形状で受光部２４ａ及び電荷転送路２１ａ，２２ａ，２３ａ等から構成されている。しかし、断面構造評価用素子群１３における各素子は、図１（ｂ）に示す素子領域１２を図中時計方向反対側に４５度傾けた状態で配置されている。つまり、素子領域１２の所望の断面Ｓが固体撮像装置１０の基板１１の縦方向に４５度傾いていたのに対し、断面構造評価用素子群１３の素子の配列においては、所望の断面Ｓが基板１１の縦方向と等しい方向となる。

本実施形態において、固体撮像装置１０の断面構造を評価する際には、半導体ウエハをへき開すると、へき開の断面が固体撮像装置１０の基板１１の縦方向に沿った面方向を有し、断面構造評価用素子群１３における所望の断面Ｓの方向と平行になる。そして、このへき開の断面を平行に機械研磨することで、断面構造評価用素子群１３の所望の断面Ｓを露出させることができ、露出した面を解析することで、素子領域１２において評価したい断面Ｓを評価するのと実質上同様に評価することができる。

本実施形態では、一例として固体撮像装置を適用して素子領域を評価する形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、素子領域において、所定の配置パターンで素子群が形成され、配置パターンに基づいてへき開の断面と所望の断面が平行でない場合に、断面構造評価用素子群を、所望の断面が基板のへき開の断面と平行になる側に傾斜させて形成した半導体装置に適用することができる。

このように、本発明にかかる半導体装置１０は、素子領域１２の評価したい所望の断面Ｓが基板１１のへき開の断面と平行になる側へ、素子領域１２と同じ構成を有する断面構造評価用素子群１３の配列が素子領域１２の配列に対して傾斜した状態で形成されている。このため、所望の断面構造を評価する場合には、素子領域１２の配置パターンにかかわず、へき開による断面を該断面に対して平行に機械研磨することで所望の断面Ｓを簡便に露出させることができる。こうして、断面構造評価用素子群１３の露出した所望の断面Ｓを観察することで、素子領域１２の断面構造を解析し、評価することができる。

素子領域１２に受光部２４がハニカム状に配置され、断面構造評価用素子群１３は、受光部２４の複数を含む所望の断面Ｓがへき開の断面に対して平行となるように、形成されていることが好ましい。こうすれば、ハニカム状に配置された受光部２４を備えた固体撮像装置１０の素子領域１２における断面構造を評価する場合に、所望の断面を容易に露出させることで、評価にかかる作業負担を軽減することができる。

本発明に係る半導体装置と、その素子領域及び断面構造評価用素子群を示す図である。 半導体素子が形成された半導体ウエハを平面視した状態である。 従来の半導体素子の概略的な構成とそのへき開の方向との関係を説明する図である。 固体撮像素子の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 固体撮像装置（半導体装置）
１１ 半導体基板
１２ 素子領域
１３ 断面構造用評価素子群
２１，２２，２３ 電荷転送路
２４ 受光部
Ｓ （評価の対象となる）所定の断面

Claims (3)

1. 基板上に、半導体素子が配列された素子領域と、前記半導体素子と同じ構成を有し、前記素子領域の所望の断面を評価するための断面構造評価用素子群とを有する半導体装置であって、
   前記断面構造評価用素子群は、前記所望の断面が前記基板のへき開の断面と平行になる側に傾斜した状態で形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記素子領域に受光部がハニカム状に配置され、前記断面構造評価用素子群は、前記受光部の複数を含む前記所望の断面が前記へき開の断面に対して平行となるように、形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記受光部が前記素子領域の水平及び垂直方向における画素ピッチの１／√２のピッチの正方格子を４５度傾けた状態に配列され、前記断面構造評価用素子群の配列が前記素子領域の配列に対して４５度回転した状態で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
   

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