JP3453793B2 - 半導体装置及びこれを用いたアライメント検査方法 - Google Patents

半導体装置及びこれを用いたアライメント検査方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びこれを用
いたアライメント検査方法に関し、より詳細には半導体
装置の製造工程においてマスク層間のアライメントずれ
を検出するための半導体装置及びこれを用いたアライメ
ント検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MOS(Metal Oxide Semiconductor )
型半導体装置の製造工程において、マスク層間のアライ
メントずれを観察する従来の方法として、例えば以下の
ような方法が用いられていた。
【0003】図2はマスク層間のアライメントずれを測
定するために、活性領域とこの活性領域の中に多結晶シ
リコンパターンとが作製された従来の検査パターンの一
部を模式的に示した平面図である。
【0004】半導体基板の表面に、図2に示した活性領
域21と多結晶シリコンパターン22を作製するには、
まず通常の方法により正方形の活性領域21をX方向及
びY方向に数個ずつ、全体として十字のパターンになる
ように所定の間隔S1 で形成する。次に、活性領域21
よりも小さな正方形の多結晶シリコンパターン22を通
常の方法で活性領域21の中に所定の間隔S2 で形成す
る。このとき、S1 とS2 との差は0.05〜0.1μ
m程度に設定する。
【0005】前記方法で作製されたパターンを用いてア
ライメント精度を読み取るには、形成された活性領域2
1と多結晶シリコンパターン22との間の位置関係のず
れの状態を、X方向及びY方向についてそれぞれ別々に
判断すればよい。すなわち、多結晶シリコンパターン2
2が、左右又は上下の位置関係について活性領域21の
中心に位置するものがどれであるかを読み取り、そのパ
ターンが中央のパターンからそれぞれ何個ずれているか
を読み取る。例えば多結晶シリコンパターン22が左右
の位置関係について活性領域21の中心に位置するもの
が、中央のパターンから数えてXの正の方向にn個目で
あれば、多結晶シリコンパターン22は活性領域21に
対しXの正の方向にn×(S1 −S2 )だけアライメン
トずれが生じているということになる。同様にして、Y
方向についてもアライメントずれを測定することができ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のアライ
メントずれの測定方法においては、活性領域21の左右
又は上下方向に関して活性領域21の中心に多結晶シリ
コンパターン22が存在するのがどの活性領域21につ
いてであるかを、作業者による目視の検査で判断してい
た。
【0007】このような作業者の主観的な判断によりア
ライメントずれを測定する方法では、アライメントずれ
が正確に判断されない場合があり、また個人により正確
さが異なるためにばらつきが生じ易く、さらに前記の判
断を行うまでにかなりの時間を要するのでスループット
も悪いという課題があった。
【0008】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、半導体製造工程においてアライメントずれを検査す
る際に、人の判断による不正確さをなくし、正確かつ迅
速にアライメントずれを検査することができる装置及び
これを用いたアライメント検査方法を提供することを目
的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体装置(1)は、アライメントのず
れを検出する、複数のトランジスタを備えた半導体装置
であって、互いに向き合う第1のトランジスタと第2の
トランジスタとを結ぶ直線と、互いに向き合う第3のト
ランジスタと第4のトランジスタとを結ぶ直線とが、略
直交するように、前記第1〜前記第4のトランジスタが
配置され、前記第1〜前記第4のトランジスタが、活性
領域、ゲート、ソース、及びドレインを含んで構成さ
れ、アライメントのずれにより、前記活性領域と重なる
前記ゲートの幅が変化するように構成されると共に、前
記第1〜前記第4のトランジスタを構成する各ゲート
が、互いに接続されていることを特徴としている。また
本発明に係る半導体装置(2)は、上記半導体装置
(1)において、前記活性領域が、略台形形状をした領
域を有して形成されていることを特徴としている。また
本発明に係る半導体装置(3)は、アライメントのずれ
を検出する、複数のトランジスタを備えた半導体装置で
あって、互いに向き合う第1のトランジスタと第2のト
ランジスタとを結ぶ直線と、互いに向き合う第3のトラ
ンジスタと第4のトランジスタとを結ぶ直線とが、略直
交するように、前記第1〜前記第4のトランジスタが配
置され、前記第1〜前記第4のトランジスタが、活性領
域、ゲート、ソース、及びドレインを含んで構成され、
アライメントのずれにより、前記活性領域と重なる前記
ゲートの幅が変化するように構成されると共に、前記第
1〜前記第4のトランジスタを構成するソース、又はド
レインが共通化されていることを特徴としている。また
本発明に係る半導体装置(4)は、上記半導体装置
(3)において、前記活性領域が、略台形形状をした領
域を有して形成されていることを特徴としている。また
本発明に係る半導体装置(5)は、上記半導体装置
(1)又は(2)において、前記第1〜前記第4のトラ
ンジスタを構成するソース、又はドレインが共通化され
ていることを特徴としている。
【0010】また本発明に係る半導体装置を用いたアラ
イメント検査方法は、上記半導体装置()〜(5)の
いずれかを用いたアライメント検査方法であって、前記
第1〜前記第4のトランジスタのドレイン電流値を測定
し、該ドレイン電流値からアライメントのずれを検出す
ることを特徴としている。
【0011】
【作用】上記構成の半導体装置(1)〜(5)のいずれ
によれば、アライメントのずれを検出する前記第1〜
前記第4のトランジスタが十字状に配置されているの
で、この半導体装置を使用してアライメントずれの検査
を行うことにより、異層マスク間におけるアライメント
ずれについて、そのずれ方向とずれ量が定量的、かつ迅
速に求められる。
【0012】また本発明に係る半導体装置を用いたアラ
イメント検査方法によれば、前記第1〜前記4のトラン
ジスタのドレイン電流値を測定し、該ドレイン電流値か
らアライメントのずれを検出するので、異層マスク間に
おけるアライメントずれについて、そのずれ方向とずれ
量が検査者の主観的判断の介入の余地なく定量的、かつ
迅速に求められる。
【0013】
【実施例】以下、本発明に係る半導体装置及びこれを用
いたアライメント検査方法の実施例を図面に基づいて説
明する。
【0014】まず、本発明の実施例に係る半導体装置に
ついて説明する。図1は実施例に係る半導体装置であ
る、MOS型半導体装置を示した模式的な平面図であ
る。
【0015】半導体基板10には、同じ形状の4個の略
台形形状、正確には等脚台形の下底の部分に長方形が付
加された形状のものが、前記台形の上底側を中心に四方
向から集合した形の活性領域11が形成されている。ま
た前記等脚台形の上底で囲まれた中心部分も活性領域1
1となっており、4個の台形はお互いに少し離れて位置
しており、隣り合う台形の脚同士の間には活性領域11
は形成されていない。
【0016】そして、この活性領域11の中心にソース
12が形成され、このソース12を中心にこれを囲むよ
うに正方形の各辺を中心とした帯形状の多結晶シリコン
ゲート13が形成され、多結晶シリコンゲート13の一
つの頂点から、前記した活性領域11が形成されていな
い部分を通り抜けるように多結晶シリコンゲート13の
配線が伸びている。さらに、多結晶シリコンゲート13
から少し離れた位置に、多結晶シリコンゲート13の各
辺に平行に、それぞれ4個のドレイン14a、14b、
14c、14dが形成されている。
【0017】このような構成の半導体装置10では、多
結晶シリコンゲート13を挟んで、ソース12と4個の
ドレイン14a、14b、14c、14dとの間に、そ
れぞれ4個のトランジスタTa、Tb、Tc、Tdが形
成されることになる。また、形成されたトランジスタT
a、Tb・・・ では、多結晶シリコンゲート13が台形の
活性領域11の各脚を横断するように形成されているた
め、活性領域11に対する多結晶シリコンゲート13の
位置のわずかなずれにより、活性領域11と重なる多結
晶シリコンゲート13の幅が変化し、そのためにドレイ
ン電流値ID が変化することになる。以下、ドレイン電
流値ID と形成されたトランジスタTa、Tb・・・ のチ
ャネル幅及びチャネル長との関係について説明する。
【0018】ドレイン電流ID は、下記の数1のように
表すことができる。
【0019】
【数1】
【0020】ここでAは定数、Wは実効チャネル幅、L
は実効チャネル長であり、この実効チャネル幅Wが前記
した活性領域11と重なる多結晶シリコンゲート13の
幅とほぼ等しい値となる。
【0021】前記した数1式を実効チャネル幅Wに関す
る式に変形すると、下記の数2式となる。
【0022】
【数2】
【0023】従って、対向する位置にあるトランジスタ
TaとトランジスタTc、及びトランジスタTbとトラ
ンジスタTdの実効チャネル幅Wの差を求め、それを位
置のずれに換算すれば、アライメントずれを検査できる
ことになる。
【0024】実際にアライメントずれを計算した例につ
いて、以下に説明する。
【0025】表1は実施例に係るMOS型半導体装置の
ドレイン電流ID の測定例である。
【0026】
【表1】
【0027】図1で対向する位置関係にあるトランジス
タTaとトランジスタTcとのドレイン電流ID の差
は、表1より計算すると5.6μAであるから、数2式
よりこのトランジスタTaとトランジスタTcとの実効
チャネル幅の差(Wa−Wc)は、下記の数3式で表さ
れる。
【0028】
【数3】
【0029】また上記した数3式よりトランジスタTa
の実効チャネル幅Waの方が大きいことがわかり、この
結果より多結晶シリコンゲート13が+Y方向にずれて
いることがわかる。また前記した活性領域11を示す台
形の脚は、多結晶シリコンゲート13に対して45°の
角度で交わっているので、+Y方向のずれの大きさHY
は実効チャネルの幅の差(Wa−Wc)の1/4と等し
くなり、下記の数4式で表されることとなる。
【0030】
【数4】
【0031】X方向についても同様に計算すると、下記
の数5式の結果となる。
【0032】
【数5】
【0033】上記した結果より、製造された半導体装置
は+Y方向に(5.6×L/4A)、−X方向に(1.
4×L/4A)、アライメントずれが生じていることが
わかった。
【0034】この場合、A及びLは他の標準的なMOS
トランジスタの特性を測定することにより求めることが
できる。また前記実施例において、活性領域11、多結
晶シリコンゲート13、ソース12及びドレイン14等
は、通常行われている公知の方法により形成することが
できる。 上記した方法を応用して、製造されたMOS
型半導体装置の各トランジスタのドレイン電流値ID
自動測定を行い、この結果よりアライメントのずれ方向
及びずれ量の自動計算を行うことにより、MOS型半導
体装置のアライメントのずれ方向及びずれ量をウエハ全
面について、迅速かつ正確に検査することも可能であ
る。
【0035】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
装置にあっては、アライメントのずれを検出する前記第
1〜前記第4のトランジスタが十字状に配置されている
ので、この半導体装置を使用してアライメントずれの検
査を行うことにより、異層マスク間におけるアライメン
トずれについて、そのずれ方向とずれ量を定量的、かつ
迅速に求めることができる。
【0036】また本発明に係る半導体装置を用いたアラ
イメント検査方法にあっては、前記トランジスタのドレ
イン電流値を測定し、該ドレイン電流値からアライメン
トのずれを検出するので、異層マスク間におけるアライ
メントずれについて、そのずれ方向とずれ量を検査者の
主観的な介入の余地なく定量的、かつ迅速に求めること
ができる。
【0037】さらに前記方法を応用して自動測定装置に
よる測定を行うことにより、ウエハ全体のアライメント
ずれの情報を迅速かつ正確に知ることができ、半導体
置の微細化及び高性能化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るMOS型半導体装置を模
式的に示した平面図である。
【図2】マスク層間のアライメントずれを測定するため
に、活性領域とこの活性領域の中に多結晶シリコンパタ
ーンとが作製された従来の検査パターンの一部を模式的
に示した平面図である。
【符合の説明】
10 半導体基板 11 活性領域 13 多結晶シリコンゲート 14a、14b、14c、14d ドレイン Ta、Tb、Tc、Td トランジスタ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アライメントのずれを検出する、複数の
    トランジスタを備えた半導体装置であって、 互いに向き合う第1のトランジスタと第2のトランジス
    タとを結ぶ直線と、互いに向き合う第3のトランジスタ
    と第4のトランジスタとを結ぶ直線とが、略直交するよ
    うに、前記第1〜前記第4のトランジスタが配置され 前記第1〜前記第4のトランジスタが、活性領域、ゲー
    ト、ソース、及びドレインを含んで構成され、 アライメントのずれにより、前記活性領域と重なる前記
    ゲートの幅が変化するように構成されると共に、 前記第1〜前記第4のトランジスタを構成する各ゲート
    が、互いに接続され ていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 前記活性領域が、略台形形状をした領域
    を有して形成されていることを特徴とする請求項1記載
    の半導体装置。
  3. 【請求項3】 アライメントのずれを検出する、複数の
    トランジスタを備えた半導体装置であって、 互いに向き合う第1のトランジスタと第2のトランジス
    タとを結ぶ直線と、互いに向き合う第3のトランジスタ
    と第4のトランジスタとを結ぶ直線とが、略直交するよ
    うに、前記第1〜前記第4のトランジスタが配置され、 前記第1〜前記第4のトランジスタが、活性領域、ゲー
    ト、ソース、及びドレインを含んで構成され、 アライメントのずれにより、前記活性領域と重なる前記
    ゲートの幅が変化するように構成されると共に、 前記第1〜前記第4のトランジスタを構成するソース、
    又はドレインが共通化されていることを特徴とする 半導
    体装置。
  4. 【請求項4】 前記活性領域が、略台形形状をした領域
    を有して形成されていることを特徴とする請求項3記載
    の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1〜前記第4のトランジスタを構
    成するソース、又はドレインが共通化されていることを
    特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1〜前記第4のトランジスタのド
    レイン電流値を測定し、該ドレイン電流値からアライメ
    ントのずれを検出することを特徴とする請求項〜5の
    いずれかの項に記載の半導体装置を用いたアライメント
    検査方法。
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