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JP5685811B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に、リソグラフィに用いられるアライメントマークを有する半導体装置及びその製造方法に関する。
露光装置におけるウェーハアライメントマークの検出方法として、画像処理方式がある。画像処理方式では、露光装置に搭載されたアライメントスコープにより視野内に存在するウェーハ上のアライメントマークを観察し、CCDカメラなどによって装置内にアライメントマーク像として取り込む。そして、取り込んだアライメントマーク像を装置内に設定されたテンプレート図形と照合することにより、特定のアライメントマークを検出するとともに、ウェーハの位置ずれ量を計測する。
アライメントマークを検出する際、アライメントスコープの視野内に同じ大きさのアライメントマークが2個以上存在すると、検出対象ではないアライメントマークを誤検出する虞がある。このため、一般的には、露光装置の性能に応じた制約のもと、アライメントマークの配置間隔が決定されている。
特許第2947196号明細書 特許第3572555号明細書
アライメントマークは、半導体ウェーハのスクライブ領域上に配置されることが多い。しかしながら、通常の半導体ウェーハのスクライブ領域には、大きさの異なる種々のプロセスパターン、例えば、アライメントマーク、検査マーク、工程管理用モニタなどが配置されている。このため、必要な数の画像処理適用マークを所定の配置間隔でスクライブ領域上に配置することは容易ではなかった。
また、プロセスパターン専用チップを設け、このチップ内に画像処理適用マークを配置することもある。しかしながら、必要な画像処理適用マークを所定の配置間隔で配置するために多数のプロセスパターン専用チップを必要とし、製品チップの収率が低下することがあった。
本発明の目的は、画像処理適用マークの配置制約を緩和し、画像処理適用マークを容易に配置しうるとともに製品チップの収率低下を抑制しうる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、半導体基板上に形成されたアライメントマークと、前記アライメントマーク上に配置され、前記アライメントマークのマーク機能領域内にパターンのエッジを有し、前記アライメントマークが露光装置の画像検出器により前記アライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンとを有する半導体装置が提供される。
また、実施形態の他の観点によれば、第1のアライメントマークが形成された半導体基板上に、第2のアライメントマークを含むパターンを形成する工程を有し、前記パターンを形成する工程では、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に前記第1のアライメントマーク及び前記第2のアライメントマークが位置するように前記第2のアライメントマークを配置し、前記第1のアライメントマーク上に、前記第1のアライメントマークが前記画像検出器により前記第1のアライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンを形成する半導体装置の製造方法が提供される。
また、実施形態の更に他の観点によれば、半導体基板上に、第1のアライメントマークを含む第1のパターンを形成する工程と、前記第1のパターンが形成された前記半導体基板上に、前記第1のアライメントマークのマーク機能領域内にパターンのエッジを有し、前記第1のアライメントマークが露光装置の画像検出器により前記アライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンと、第2のアライメントマークとを含む第2のパターンを形成する工程と、前記第1のパターン及び前記第2のパターンが形成された前記半導体基板上に、前記第2のアライメントマークに対して位置合わせを行い第3のパターンを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
開示の半導体装置及びその製造方法によれば、使用済みアライメントマーク上に、使用済みアライメントマークが露光装置の画像検出器により当該アライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンを形成するので、使用済みアライメントマークに対する他のアライメントマークの配置制約を無効化することができる。これにより、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に複数のアライメントマークを配置することが可能となり、アライメントマークの配置の自由度を向上することができる。また、プロセスパターン専用チップの数を減らすことができ、製品チップの収率を向上することができる。
図1は、第1実施形態による半導体装置の構造を示す平面図である。 図2は、画像処理適用マークの配置間隔とアライメントスコープの検出エリアとの関係を示す平面図である。 図3は、第1実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び概略断面図である。 図4は、画像処理阻害パターンによるマーク像の変化を説明する図(その1)である。 図5は、画像処理阻害パターンによるマーク像の変化を説明する図(その2)である。 図6は、画像処理阻害パターンによるマーク像の変化を説明する図(その3)である。 図7は、画像処理阻害パターンの例を示す平面図である。 図8は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 図9は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 図10は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 図11は、第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す平面図及び概略断面図である。 図12は、第2実施形態による半導体装置の構造を示す平面図である。 図13は、画像処理阻害パターンを使用しない半導体装置の構造を示す平面図である。 図14は、第3実施形態による半導体装置の構造を示す平面図である。 図15は、第3実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び概略断面図である。 図16は、第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 図17は、第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 図18は、第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。
[第1実施形態]
第1実施形態による半導体装置及びその製造方法について図1乃至図11を用いて説明する。
図1は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図である。図2は、画像処理適用マークの配置間隔とアライメントスコープの検出エリアとの関係を示す平面図である。図3は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び概略断面図である。図4乃至図6は、画像処理阻害パターンによるマーク像の変化を説明する図である。図7は、画像処理阻害パターンの例を示す平面図である。図8乃至図11は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図1乃至図7を用いて説明する。
本実施形態による半導体装置では、半導体ウェーハ上のスクライブ領域に、リソグラフィ用の画像処理適用マーク(アライメントマーク)を配置する。
半導体ウェーハのスクライブ領域には、例えば図1に示すように、各種プロセスパターン群P1〜P6が形成されている。リソグラフィ用の画像処理適用マークは、プロセスパターン群P1〜P6が形成されていない空き領域に形成される。
図1に示す例では、プロセスパターン群P1,P2の間、プロセスパターン群P5,P6の間に、空き領域CS11,CS12がそれぞれ存在している。この場合、リソグラフィ用の画像処理適用マークは、例えば図1中に×印で示したように、空き領域CS11,CS12に配置することができる。ここでは、空き領域CS11に、画像処理適用マークのパターン群PG21を形成し、空き領域CS12に、画像処理適用マークのパターン群PG22,PG23を形成するものとする。
露光装置において画像処理適用マークを検出する際、アライメントスコープ(画像検出器)の一視野内に同じ大きさの画像処理適用マークが2個以上存在すると、検出対象ではない画像処理適用マークを誤検出する虞がある。そこで、誤検出の虞がある画像処理適用マーク同士は、アライメントスコープの検出エリア(半径)をR、画像処理適用マークの配置間隔をLxとして、Lx>Rの関係を満たすように配置される。
図1の例では、パターン群PG21とパターン群PG22との配置間隔L1x、パターン群PG22とパターン群PG23との配置間隔L2xが、アライメントスコープの検出エリアRよりも大きくなるように、パターン群PG21,PG22,PG23が配置される。
なお、図1の例では、空き領域CS11内にパターン群PG21を形成し、空き領域CS12内にパターン群PG22,PG23を形成しているが、L1x,L2x>Rの関係を満たしていれば、パターン群PG21の形成場所はこれに限定されるものではない。例えば、プロセスパターン群P2,P3,P4,P5を再配置し、プロセスパターン群P2,P3の間、プロセスパターン群P3,P4の間又はプロセスパターン群P4,P5の間に空き領域を形成し、この空き領域にパターン群PG22を配置してもよい。或いは、空き領域CS11内にパターン群PG21,PG22を形成するようにしてもよい。或いは、パターン群PG21,PG22,PG23を、一つの空き領域内に形成するようにしてもよい。
ここで、一例として一般的な配線4層の半導体装置を想定すると、画像処理適用マークとしては、フィールドアライメントマークF11、ゲートアライメントマークG11、コンタクトマークV11,V12,V13,V14、配線マークM11,M12,M13,M14の10種類が使用される。フィールドアライメントマークF11は、フィールド酸化膜の形成過程で形成される画像処理適用マークである。ゲートアライメントマークG11は、ゲート電極の形成過程で形成される画像処理適用マークである。コンタクトマークV11,V12,V13,V14は、それぞれ、第1層間絶縁膜12、第2層間絶縁膜14、第3層間絶縁膜16、第4層間絶縁膜18に形成されるコンタクトホールの形成過程で形成される画像処理適用マークである。配線マークM11,M12,M13,M14は、それぞれ、第1配線層、第2配線層、第3配線層、第4配線層の形成過程で形成される画像処理適用マークである。
これら画像処理適用マークは、事前にパターン群化され、所定の空き領域に配置される。
まず、半導体装置の形成に必要な画像処理適用マークの数を試算し、使用工程順に別々のパターン群に振り分ける。
例えば上述の配線4層の半導体装置において、パターン群PG21,PG22,PG23を有する場合には、まず、フィールドアライメントマークF11を、パターン群PG21に割り当てる。次いで、ゲートアライメントマークG11を、パターン群PG22に割り当てる。次いで、コンタクトマークV11及び配線マークM11を、パターン群PG23に割り当てる。次いで、コンタクトマークV12及び配線マークM12を、パターン群PG21に割り当てる。次いで、コンタクトマークV13及び配線マークM13を、パターン群PG22に割り当てる。次いで、コンタクトマークV14及び配線マークM14を、パターン群PG23に割り当てる(図3参照)。
次いで、各パターン群において、使用済みの画像処理適用マーク以外に、以降の工程で形成する画像処理適用マークが存在する場合、又は以降の工程で使用する画像処理適用マークが存在する場合、使用済みの画像処理適用マーク上に画像処理阻害パターンを配置する。画像処理阻害パターンは、使用済みの画像処理適用マーク上に、層間絶縁膜を介して、配線層を形成するための配線材料によって形成する。
例えば図3に示すように、フィールドアライメントマークF11上に、画像処理阻害パターンC11を配置する。また、ゲートアライメントマークG11上に、画像処理阻害パターンC12を配置する。また、配線マークM11上に、画像処理阻害パターンC13を配置する。画像処理阻害パターンC11は、配線マークM11と同層の導電材料により形成する。画像処理阻害パターンC12は、配線マークM12と同層の導電材料により形成することができる。画像処理阻害パターンC12は、第1層間絶縁膜上に、配線マークM11と同層の導電材料によって形成するようにしてもよい。画像処理阻害パターンC13は、配線マークM13と同層の導電材料により形成することができる。画像処理阻害パターンC13は、第2層間絶縁膜上に、配線マークM12と同層の導電材料によって形成するようにしてもよい。
露光装置における画像処理適用マークの検出過程では、まず、半導体ウェーハ上の画像処理適用マークにハロゲンランプ光を照射し、マークエッジからの散乱光とマーク表面からの反射光とを検出し、マーク像としてアライメントスコープから取り込む。
次いで、取り込まれたマーク像を指定した色深度を基準に2値化(指定した画像を白と黒の2階調の画像に変換する処理)する。
次いで、2値化されたマーク像と、予め露光装置に登録されている基準パターン(テンプレート)とのパターン照合を行い、一致した場合にアライメントマークと判定する。この判定は、相関度のしきい値を基準として行われる。
使用済み画像処理適用マーク上に形成する画像処理阻害パターンは、2値化後のマーク像を、使用済みの画像処理適用マークに対応する基準パターンとは異なるマーク像に変えるためのものである。使用済み画像処理適用マークにあるパターンエッジの位置を変える形状又は見えなくする形状の画像処理阻害パターンを使用済み画像処理適用マーク上に形成することにより、当該使用済み画像処理適用マークに対する他の画像処理適用マークの配置制約を無効化することができる。すなわち、使用済み画像処理適用マークとの間隔がアライメントスコープの検出エリアR以下の領域に、他の画像処理適用マークを配置することが可能となる。
図4乃至図6は、使用済み画像処理適用マーク上に画像処理阻害パターンを形成することによる色深度の変化のイメージを示す図である。
図4は、配線マークM11上に、配線マークM11と同じ大きさの画像処理阻害パターンC12を形成した例である。図5及び図6は、配線マークM11上に、配線マークM11よりも小さい画像処理阻害パターンC12を形成した例である。図5は、画像処理阻害パターンC12を配線材料の残しパターンにより形成した例であり、図6は、画像処理阻害パターンC12を層間絶縁膜の抜きパターンにより形成した例である。
何れの場合にも、使用済み画像処理適用マーク上に画像処理阻害パターンを形成することにより、画像処理阻害パターン形成前のマーク像とは異なるマーク像に変えることができる。これにより、画像処理阻害パターンの形成後に得られるマーク像が、使用済み画像処理適用マークに対応する基準パターンに一致するものであると判定されるのを防止することができる。
画像処理阻害パターンは、下地の画像処理適用マークにあるパターンエッジの位置を変える形状又は見えなくするパターンであれば、特に限定されるものではない。図4乃至図6に示す画像処理阻害パターンのほか、例えば図7に示すような種々のパターンを適用することができる。図7中、点線は、下地の画像処理適用マークのマーク機能領域を表している。
図7(a)〜(d)は、矩形状の単純図形により形成したパターン例である。図7(a)は、下地の画像処理適用マークのマーク機能領域の全体を覆うパターンであり、図7(b)〜(d)は、下地の画像処理適用マークのマーク機能領域の一部を覆うパターンである。図7(e)〜図7(h)は、ラインアンドスペースにより形成したパターン例である。図7(i)は、図7(e)のパターンと図7(f)のパターンを重ねた変形パターンである。図7(j)は、図7(g)のパターンと図7(h)のパターンを重ねた変形パターンである。図7(k)〜(n)は、矩形のダミーパターンを配列したダミー図形により形成したパターン例である。図7(o)は、他のマークの額縁領域を利用した代替パターン例である。図7(p)は、デバイス領域の下層接続のない配線パターンを利用した代替パターン例である。
これらのうち、下地の画像処理適用マークにあるパターンエッジの位置を変える形状の画像処理阻害パターンは、画像処理阻害パターンが形成される面の平坦性に影響を受けないため、特に有効である。なお、下地の画像処理適用マークにあるパターンエッジの位置を変える形状の画像処理阻害パターンは、具体的には、下地の画像処理適用マークのマーク機能領域の内側に、下地の画像処理適用マークのパターンエッジとは異なるパターンエッジを有する画像処理阻害パターンである。
例えば図7(a)に示すような下地の画像処理適用マークのマーク機能領域の全体を覆う画像処理阻害パターンは、平坦化された層間絶縁膜の表面上に形成されている場合には、効果的に下地の画像処理適用マークを見えなくすることができる。しかしながら、層間絶縁膜の表面が平坦化されておらず、層間絶縁膜の表面に、下地の画像処理適用マークの表面凹凸が反映されているような場合には、その上に形成する画像処理阻害パターンの表面にも、下地の画像処理適用マークの表面凹凸が反映されてしまう。このような場合、画像処理阻害パターンの表面に反映された表面凹凸が画像処理によって認識され、画像処理阻害パターンが意味をなさなくなる虞がある。
一方、下地の画像処理適用マークにあるパターンエッジの位置を変える形状の画像処理阻害パターンは、例えば図5及び図6に示すように、下地の画像処理適用マークのパターンエッジとは異なる位置に新たなパターンエッジを形成するものである。したがって、画像処理阻害パターンの表面に下地の画像処理適用マークの表面凹凸が反映されているような場合にも、下地の画像処理適用マークの誤検出を防止することができる。
画像処理阻害パターンは、図5及び図6に示すように、配線材料の残しパターンにより形成してもよいし、層間絶縁膜の抜きパターンにより形成してもよい。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図8乃至図11を用いて説明する。図8乃至図11は、半導体ウェーハのスクライブ領域における工程断面図である。なお、以下の説明では、MOSトランジスタを有する配線4層の半導体装置の製造方法を、画像処理適用マークを用いた加工工程を中心に抜粋して説明する。
まず、シリコン基板10のデバイス領域に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、フィールド酸化膜を埋め込むための素子分離溝(図示せず)のパターンを形成する。この際、シリコン基板10のスクライブライン上には、フィールドアライメントマークF11用の溝のパターンを形成する(図8(a))。ここでは、フィールドアライメントマークF11は、事前にパターン群PG21に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS11の左側の領域に形成する。
次いで、シリコン基板10上の全面に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、例えば膜厚680nmのシリコン酸化膜(図示せず)を堆積し、素子分離溝内及びフィールドアライメントマークF11の溝内をシリコン酸化膜によって埋め込む。
次いで、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法により、シリコン酸化膜の堆積によって形成された表面の凹凸を平坦化する。
こうして、いわゆるSTI(Shallow Trench Isolation)法により、素子分離溝内に埋め込まれたシリコン酸化膜により形成されたフィールド酸化膜(図示せず)を形成するとともに、フィールドアライメントマークF11の溝内にシリコン酸化膜を埋め込む。
次いで、フィールド酸化膜により画定されたシリコン基板10の活性領域上に、例えばCVD法により、例えば膜厚10nmのシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のゲート絶縁膜(図示せず)を形成する。
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚180nmの多結晶シリコン膜(図示せず)と、例えば膜厚20nmのタングステンシリサイド膜(図示せず)とを堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、タングステンシリサイド膜及び多結晶シリコン膜をパターニングし、タングステンポリサイド構造のゲート電極(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、ゲート電極を形成する導電材料により、ゲートアライメントマークG11のパターンを形成する(図8(b))。ここでは、ゲートアライメントマークG11は、事前にパターン群PG22に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12の左側の領域に形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたフィールドアライメントマークF11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
次いで、全面に、例えばCVD法により例えば膜厚1000nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第1層間絶縁膜12を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第1層間絶縁膜12に、デバイス領域に形成された半導体素子との接続用のコンタクトホール(基板コンタクトやゲートコンタクトなど)(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第1層間絶縁膜12に形成された開口部により、コンタクトマークV11のパターンを形成する(図8(c))。コンタクトマークV11は、例えば図11(a)に示すように、十字型のパターンを有している。ここでは、コンタクトマークV11は、事前にパターン群PG23に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12の右側の領域に形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたフィールドアライメントマークF11又はゲートアライメントマークG11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
次いで、第1層間絶縁膜12上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第1層間絶縁膜上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内及びコンタクトマークV11の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第1コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第1コンタクトプラグが埋め込まれた第1層間絶縁膜12上に、例えばPVD(Physical Vapor Deposition:物理気相成長)法により、例えば膜厚500nmのアルミニウムなどの導電膜(図示せず)を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第1コンタクトプラグを介してデバイス領域に接続された第1配線層(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第1配線層を形成する導電材料により、配線マークM11及び画像処理阻害パターンC11のパターンを形成する(図8(d))。ここでは、配線マークM11は、事前にパターン群PG23に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12のコンタクトマークV11上に形成する。また、画像処理阻害パターンC11は、事前にパターン群PG21に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS11のフィールドアライメントマークF11上に形成する。
配線マークM11は、例えば図11(b)に示すように、コンタクトマークV11を覆い隠すとともに、新たな画像処理適用マークを形成するものである。この配線マークM11により、直下にあるコンタクトマークV11は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。また、画像処理阻害パターンC11により、直下にあるフィールドアライメントマークF11は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
次いで、第1配線層が形成された第1層間絶縁膜12上に、例えばCVD法により例えば膜厚800nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第2層間絶縁膜14を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第2層間絶縁膜14に、第1配線層との接続用のコンタクトホール(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第2層間絶縁膜14に形成された開口部により、コンタクトマークV12のパターンを形成する(図9(a))。ここでは、コンタクトマークV12は、事前にパターン群PG21に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS11のフィールドアライメントマークF11及び画像処理阻害パターンC11を形成した領域の右側に、位置合わせ余裕分の間隔を空けて形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
次いで、第2層間絶縁膜14上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第2層間絶縁膜上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内及びコンタクトマークV12の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第2コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第2コンタクトプラグが埋め込まれた第2層間絶縁膜14上に、例えばPVD法により、例えば膜厚500nmのアルミニウムなどの導電膜を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第2コンタクトプラグを介して第1配線層に接続された第2配線層(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第2配線層を形成する導電材料により、配線マークM12及び画像処理阻害パターンC12のパターンを形成する(図9(b))。ここでは、配線マークM12は、事前にパターン群PG21に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS11のコンタクトマークV12上に形成する。また、画像処理阻害パターンC12は、事前にパターン群PG22に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12のゲートアライメントマークG11上に形成する。
配線マークM12は、コンタクトマークV12を覆い隠すとともに、新たな画像処理適用マークを形成するものである。この配線マークM12により、直下にあるコンタクトマークV12は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。また、画像処理阻害パターンC12により、直下にあるゲートアライメントマークG11は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV12を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
コンタクトマークV12を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、フィールドアライメントマークF11が存在する。しかしながら、フィールドアライメントマークF11の上層には画像処理阻害パターンC11が形成されているため、コンタクトマークV12の検出のための画像処理過程でフィールドアライメントマークF11を誤検出することはない。
次いで、第2配線層が形成された第2層間絶縁膜14上に、例えばCVD法により例えば膜厚800nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第3層間絶縁膜16を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第3層間絶縁膜16に、第2配線層との接続用のコンタクトホール(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第3層間絶縁膜16に形成された開口部により、コンタクトマークV13のパターンを形成する(図9(c))。ここでは、コンタクトマークV13は、事前にパターン群PG22に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12のゲートアライメントマークG11及び画像処理阻害パターンC12を形成した領域の右側に、位置合わせ余裕分の間隔を空けて形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM12を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
配線マークM12を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、フィールドアライメントマークF11が存在する。しかしながら、フィールドアライメントマークF11の上層には画像処理阻害パターンC11が形成されているため、配線マークM12の検出のための画像処理過程でフィールドアライメントマークF11を誤検出することはない。
次いで、第3層間絶縁膜16上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第3層間絶縁膜16上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内及びコンタクトマークV13の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第3コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第3コンタクトプラグが埋め込まれた第3層間絶縁膜16上に、例えばPVD法により、例えば膜厚500nmのアルミニウムなどの導電膜を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第3コンタクトプラグを介して第2配線層に接続された第3配線層(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第3配線層を形成する導電材料により、配線マークM13及び画像処理阻害パターンC13のパターンを形成する(図9(d))。ここでは、配線マークM13は、事前にパターン群PG22に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12のコンタクトマークV13上に形成する。また、画像処理阻害パターンC13は、事前にパターン群PG23に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12の配線マークM11上に形成する。
配線マークM13は、コンタクトマークV13を覆い隠すとともに、新たな画像処理適用マークを形成するものである。この配線マークM13により、直下にあるコンタクトマークV13は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。また、画像処理阻害パターンC13により、直下にある配線マークM11は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV13を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
コンタクトマークV13を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC13が形成されているため、コンタクトマークV13の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11を誤検出することはない。
次いで、第3配線層が形成された第3層間絶縁膜16上に、例えばCVD法により例えば膜厚800nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第4層間絶縁膜18を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第4層間絶縁膜18に、第3配線層との接続用のコンタクトホール(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第4層間絶縁膜18に形成された開口部により、コンタクトマークV14のパターンを形成する(図10(a))。ここでは、コンタクトマークV14は、事前にパターン群PG23に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12のコンタクトマークV11及び配線マークM11を形成した領域の右側に、位置合わせ余裕分の間隔を空けて形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM13を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
配線マークM13を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC12が形成されているため、配線マークM13の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11を誤検出することはない。
次いで、第4層間絶縁膜18上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第4層間絶縁膜上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内及びコンタクトマークV14の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第4コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第4コンタクトプラグが埋め込まれた第4層間絶縁膜18上に、例えばPVD法により、例えば膜厚800nmのアルミニウムなどの導電膜を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第4コンタクトプラグを介して第3配線層に接続された第4配線層(図示せず)のパターンを形成する。第4配線層は、ワイヤボンディングパッドへの引き出し配線等を含む。この際、スクライブライン上には、配線マークM14のパターンを形成する(図10(b))。ここでは、配線マークM14は、事前にパターン群PG23に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12のコンタクトマークV14上に形成する。この配線マークM14により、直下にあるコンタクトマークV14は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV14を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
コンタクトマークV14を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、配線マークM11が存在する。しかしながら、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC13が形成されているため、コンタクトマークV14の検出のための画像処理過程で配線マークM11を誤検出することはない。
次いで、第4配線層が形成された第4層間絶縁膜18上に、耐水性の高い絶縁膜、例えばスピンコート法により、例えば膜厚1200nmのSOG(Spin On Glass)膜を堆積し、パッシベーション膜20を形成する(図10(c))。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、パッシベーション膜20に、第4配線層に達するパッド開口部(図示せず)を形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM14を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
配線マークM14を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、配線マークM11が存在する。しかしながら、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC13が形成されているため、配線マークM14の検出のための画像処理過程で配線マークM11を誤検出することはない。
こうして、本実施形態による半導体装置を完成する。
このように、本実施形態によれば、使用済みの画像処理適用マーク上に、使用済みの画像処理適用マークにあるパターンのエッジの位置を変える形状又は見えなくする形状の画像処理阻害パターンを配置するので、使用済みの画像処理適用マークに対する他の画像処理適用マークの配置制約を無効化することができる。これにより、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に複数の画像処理適用マークを配置することが可能となり、画像処理適用マークの配置の自由度を向上することができる。また、画像処理適用マークの配置領域を縮小することができる。
[第2実施形態]
第2実施形態による半導体装置及びその製造方法について図12及び図13を用いて説明する。図1乃至図11に示す第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
図12は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図である。図13は、画像処理阻害パターンを使用しない半導体装置の構造を示す平面図である。
第1実施形態による半導体装置では、画像処理適用マークをスクライブライン上の空き領域に形成したが、プロセスパターン専用チップを設け、そのチップ内に画像処理適用マークを配置することもできる。
図12(a)は、1ショットのイメージを示す図である。図12(a)の例では、1ショットの領域内に63チップが含まれている。ここでは、この63チップのうち、角部に位置するチップを、プロセスパターン専用チップとして用いることを想定する。
図12(b)は、図12(a)のショットイメージを半導体ウェーハに繰り返し露光したときの、ショット交点におけるイメージを示す図である。図12(b)に示される8つのチップのうち、右上の2つのチップが、右上のショット内の左下の2チップ(図12(a)のイメージにおいて太線で囲った左下の2チップ)に相当する。また、右下の2つのチップが、右下のショット内の左上の2チップ(図12(a)のイメージにおいて太線で囲った左上の2チップ)に相当する。また、左上の2つのチップが、左上のショット内の右下の2チップ(図12(a)のイメージにおいて太線で囲った右下の2チップ)に相当する。また、左下の2つのチップが、左下のショット内の右上の2チップ(図12(a)のイメージにおいて太線で囲った右上の2チップ)に相当する。
第1実施形態による半導体装置及びその製造方法では、パターン群PG21,PG22,PG23を、スクライブライン上に配置した。これに対し、本実施形態による半導体装置及びその製造方法では、パターン群PG21,PG22,PG23に対応するパターン群PG31,PG32,PG33を、ショットの角部に設けられたプロセスパターン専用チップに配置している。
パターン群PG31,PG32,PG33は、X方向の配置間隔をLx、Y方向の配置間隔をLyとして、Lx,Ly>Rとなるように、プロセスパターン専用チップ内に配置される。ここで、チップサイズを例えば900μm□、アライメントスコープの検出エリアRを例えば1000μmと仮定すると、パターン群PG31,PG32,PG33は、それぞれ異なるプロセスパターン専用チップに配置されることになる(図12(b)参照)。
第1実施形態による半導体装置及びその製造方法の場合において、画像処理阻害パターンC11,C12,C13を設けないと、フィールドアライメントマークF11を設ける領域、ゲートアライメントマークG11を設ける領域、コンタクトマークV11及び配線マークM11を設ける領域、コンタクトマークV12及び配線マークM12を設ける領域、コンタクトマークV13及び配線マークM13を設ける領域、コンタクトマークV14及び配線マークM14を設ける領域、の6つのパターン形成領域が必要である。この6つの領域は、互いにLx,Ly>Rの関係を満たして配置しなければならないため、チップサイズを例えば900μm□、アライメントスコープの検出エリアRを例えば1000μmとした上記例では、プロセスパターン専用チップを6つ設ける必要がある(図13参照)。
画像処理阻害パターンC11,C12,C13を設けて画像処理適用マークをパターン群PG31,PG32,PG33とすることにより、画像処理適用マーク用に必要なプロセスパターン専用チップを3チップに減らすことができる。これにより、製品チップの収率を向上することができる。
なお、本実施形態による半導体装置の製造方法は、パターン群PG31,PG32,PG33の配置場所がプロセスパターン専用チップに移動するほかは、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様である。
このように、本実施形態によれば、使用済みの画像処理適用マーク上に、使用済みの画像処理適用マークにあるパターンのエッジの位置を変える形状又は見えなくする形状の画像処理阻害パターンを配置するので、使用済みの画像処理適用マークに対する他の画像処理適用マークの配置制約を無効化することができる。これにより、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に複数の画像処理適用マークを配置することが可能となり、画像処理適用マークの配置の自由度を向上することができる。また、プロセスパターン専用チップの数を減らすことができ、製品チップの収率を向上することができる。
[第3実施形態]
第3実施形態による半導体装置及びその製造方法について図14乃至図18を用いて説明する。図1乃至図13に示す第1及び第2実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
図14は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図である。図15は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び概略断面図である。図16乃至図18は、第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図14及び図15を用いて説明する。
本実施形態による半導体装置では、第1実施形態の場合と同様、半導体ウェーハ上のスクライブ領域に画像処理適用マークを配置する。ただし、第2実施形態の場合と同様に、プロセスパターン専用チップ内に画像処理適用マークを配置するようにしてもよい。
半導体ウェーハのスクライブ領域には、例えば図14に示すように、各種プロセスパターン群P1〜P6が形成されている。リソグラフィ用の画像処理適用マークは、プロセスパターン群P1〜P6が形成されていない空き領域に形成される。
図14に示す例では、プロセスパターン群P1,P2の間、プロセスパターン群P5,P6の間に、空き領域CS11,CS12がそれぞれ存在している。この場合、リソグラフィ用の画像処理適用マークは、例えば図1中に×印で示したように、空き領域CS11,CS12に配置することができる。ここでは、空き領域CS11に、画像処理適用マークのパターン群PG41を形成し、空き領域CS12に、画像処理適用マークのパターン群PG42を形成するものとする。パターン群PG41とパターン群PG42とは、アライメントスコープの検出エリアをR、パターン群PG41とパターン群PG42との配置間隔をLxとして、Lx>Rの関係を満たすように配置される。
ここで、一例として上述のような配線4層の半導体装置を想定すると、画像処理適用マークとしては、フィールドアライメントマークF11、ゲートアライメントマークG11、コンタクトマークV11,V12,V13,V14、配線マークM11,M12,M13,M14の10種類が使用される。
これら画像処理適用マークは、事前にパターン群化され、所定の空き領域に配置される。
まず、半導体装置の形成に必要な画像処理適用マークの数を試算し、使用工程順に別々のパターン群に振り分ける。
ここでは、フィールドアライメントマークF11を、パターン群PG41に割り当てる。また、ゲートアライメントマークG11、コンタクトマークV11及び配線マークM11、コンタクトマークV12及び配線マークM12、コンタクトマークV13及び配線マークM13、コンタクトマークV14及び配線マークM14を、パターン群PG42に割り当てる(図15参照)。
次いで、各パターン群において、使用済みの画像処理適用マーク以外に、以降の工程で形成する画像処理適用マークが存在する場合、又は以降の工程で使用する画像処理適用マークが存在する場合、使用済みの画像処理適用マーク上に画像処理阻害パターンを配置する。
本実施形態では、画像処理阻害パターンを、配線層上の層間絶縁膜に形成された開口部によって形成する。
例えば図15に示すように、ゲートアライメントマークG11上に、第1層間絶縁膜12に形成された画像処理阻害パターンC11を配置する。また、配線マークM11上に、第2層間絶縁膜14に形成された画像処理阻害パターンC12を配置する。また、配線マークM12上に、第3層間絶縁膜16に形成された画像処理阻害パターンC13を配置する。また、配線マークM13上に、第4層間絶縁膜18に形成された画像処理阻害パターンC14を配置する。また、画像処理阻害パターンC11,C12,C13,C14上には、カバーパターンD11,D12,D13,D14を、それぞれ配置する。
前述のように、層間絶縁膜に形成した開口部によって画像処理阻害パターンを形成することもできる。この場合の画像処理阻害パターンも、2値化後のマーク像を、使用済みの画像処理適用マークに対応する基準パターンとは異なるマーク像に変えるためのものである。使用済み画像処理適用マークにあるパターンエッジの位置を変える形状の画像処理阻害パターンを使用済み画像処理適用マーク上に形成することにより、当該使用済み画像処理適用マークに対する他の画像処理適用マークの配置制約を無効化することができる。すなわち、使用済み画像処理適用マークとの間隔がアライメントスコープの検出エリアR以下の領域に、他の画像処理適用マークを配置することが可能となる。
カバーパターンD11,D12,D13,D14は、画像処理阻害パターンC11,C12,C13,C14の溝内に埋め込まれたタングステンなどの導電膜が、それぞれの次工程にあたる配線形成工程において発生し得る膜剥がれなどを防止する。また、例えば、アルミニウムなどの導電膜によるカバーパターンを画像処理阻害パターンC11,C12,C13,C14上に形成することにより、タングステンなどの薄膜のカバーパターンにおいて生じる使用済み画像処理適用マークにあるパターンエッジの位置を変えた形状を維持することができない状況を軽減できる。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図16乃至図18を用いて説明する。
まず、シリコン基板10のデバイス領域に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、フィールド酸化膜を埋め込むための素子分離溝(図示せず)のパターンを形成する。この際、シリコン基板10のスクライブライン上には、フィールドアライメントマークF11のパターンの溝を形成する(図16(a))。ここでは、フィールドアライメントマークF11は、事前にパターン群PG41に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS11に形成する。
次いで、シリコン基板10上の全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚680nmのシリコン酸化膜(図示せず)を堆積し、素子分離溝及びフィールドアライメントマークF11の溝をシリコン酸化膜によって埋め込む。
次いで、例えばCMP法により、シリコン酸化膜の堆積によって形成された表面の凹凸を平坦化する。
こうして、いわゆるSTI法により、素子分離溝内に埋め込まれたシリコン酸化膜により形成されたフィールド酸化膜(図示せず)を形成するとともに、フィールドアライメントマークF11の溝内にシリコン酸化膜を埋め込む。
次いで、フィールド酸化膜により画定されたシリコン基板10の活性領域上に、例えばCVD法により、例えば膜厚10nmのシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のゲート絶縁膜(図示せず)を形成する。
次いで、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚180nmの多結晶シリコン膜(図示せず)と、例えば膜厚20nmのタングステンシリサイド膜(図示せず)とを堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、タングステンシリサイド膜及び多結晶シリコン膜をパターニングし、タングステンポリサイド構造のゲート電極(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、ゲート電極を形成する導電材料により、ゲートアライメントマークG11を形成する(図16(b))。ここでは、ゲートアライメントマークG11は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、スクライブライン上の空き領域CS12の左側の領域に形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたフィールドアライメントマークF11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
次いで、全面に、例えばCVD法により例えば膜厚1000nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第1層間絶縁膜12を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第1層間絶縁膜12に、デバイス領域に形成された半導体素子との接続用のコンタクトホール(基板コンタクトやゲートコンタクトなど)(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第1層間絶縁膜12に形成された開口部により、コンタクトマークV11と画像処理阻害パターンC11のパターンを形成する(図16(c))。ここでは、コンタクトマークV11は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、ゲートアライメントマークG11を形成した領域の右側に、位置合わせ余裕分の間隔を空けて形成する。画像処理阻害パターンC11は、ゲートアライメントマークG11を無効とするためのパターンであり、例えば図7(b)に示すようなパターンを、ゲートアライメントマークG11上に形成する。画像処理阻害パターンC11を形成することにより、直下にあるゲートアライメントマークG11は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたフィールドアライメントマークF11又はゲートアライメントマークG11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
次いで、第1層間絶縁膜12上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第1層間絶縁膜上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内、コンタクトマークV11及び画像処理阻害パターンC11の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第1コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第1コンタクトプラグが埋め込まれた第1層間絶縁膜12上に、例えばPVD法により、例えば膜厚500nmのアルミニウムなどの導電膜(図示せず)を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第1コンタクトプラグを介してデバイス領域に接続された第1配線層(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第1配線層を形成する導電材料により、配線マークM11及びカバーパターンD11のパターンを形成する(図16(d))。ここでは、配線マークM11は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、コンタクトマークV11上に形成する。また、カバーパターンD11は、画像処理阻害パターンC11上に形成する。
配線マークM11は、コンタクトマークV11を覆い隠すとともに、新たな画像処理適用マークを形成するものである。この配線マークM11により、直下にあるコンタクトマークV11は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
コンタクトマークV11を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及び第1層間絶縁膜12上にはアルミニウムなどの導電膜(図示せず)が形成されているため、コンタクトマークV11の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11を誤検出することはない。
次いで、第1配線層が形成された第1層間絶縁膜12上に、例えばCVD法により例えば膜厚800nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第2層間絶縁膜14を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第2層間絶縁膜14に、第1配線層との接続用のコンタクトホール(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第2層間絶縁膜14に形成された開口部により、コンタクトマークV12と画像処理阻害パターンC12のパターンを形成する(図17(a))。ここでは、コンタクトマークV12は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、配線マークM11を形成した領域の右側に、位置合わせ余裕分の間隔を空けて形成する。画像処理阻害パターンC12は、配線マークM11を無効とするためのパターンであり、例えば図7(b)に示すようなパターンを、配線マークM11上に形成する。画像処理阻害パターンC12を形成することにより、直下にある配線マークM11は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM11を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
配線マークM11を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及びカバーパターンD11が形成されているため、コンタクトマークV11の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11を誤検出することはない。
次いで、第2層間絶縁膜14上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第2層間絶縁膜上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内、コンタクトマークV12及び画像処理阻害パターンC12の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第2コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第2コンタクトプラグが埋め込まれた第2層間絶縁膜14上に、例えばPVD法により、例えば膜厚500nmのアルミニウムなどの導電膜を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第2コンタクトプラグを介して第1配線層に接続された第2配線層(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第2配線層を形成する導電材料により、配線マークM12及びカバーパターンD12のパターンを形成する(図17(b))。ここでは、配線マークM12は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、コンタクトマークV12上に形成する。また、カバーパターンD12は、画像処理阻害パターンC12上に形成する。
配線マークM12は、コンタクトマークV12を覆い隠すとともに、新たな画像処理適用マークを形成するものである。この配線マークM12により、直下にあるコンタクトマークV12は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV12を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
コンタクトマークV12を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11及び配線マークM11が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及び第2層間絶縁膜14上にはアルミニウムなどの導電膜(図示せず)が形成されており、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC12が形成されているため、コンタクトマークV12の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11及び配線マークM11を誤検出することはない。
次いで、第2配線層が形成された第2層間絶縁膜14上に、例えばCVD法により例えば膜厚800nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第3層間絶縁膜16を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第3層間絶縁膜16に、第2配線層との接続用のコンタクトホール(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第3層間絶縁膜16に形成された開口部により、コンタクトマークV13と画像処理阻害パターンC13のパターンを形成する(図17(c))。ここでは、コンタクトマークV13は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、配線マークM12を形成した領域の右側に、位置合わせ余裕分の間隔を空けて形成する。画像処理阻害パターンC13は、配線マークM12を無効とするためのパターンであり、例えば図7(b)に示すようなパターンを、配線マークM12上に形成する。画像処理阻害パターンC13を形成することにより、直下にある配線マークM12は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM12を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
配線マークM12を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11及び配線マークM11が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及びカバーパターンD11が形成されており、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC12及びカバーパターンD12が形成されているため、配線マークM12の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11及び配線マークM11を誤検出することはない。
次いで、第3層間絶縁膜16上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第3層間絶縁膜16上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内、コンタクトマークV13及び画像処理阻害パターンC13の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第3コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第3コンタクトプラグが埋め込まれた第3層間絶縁膜16上に、例えばPVD法により、例えば膜厚500nmのアルミニウムなどの導電膜を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第3コンタクトプラグを介して第2配線層に接続された第3配線層(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第3配線層を形成する導電材料により、配線マークM13及びカバーパターンD13のパターンを形成する(図17(d))。ここでは、配線マークM13は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、コンタクトマークV13上に形成する。また、カバーパターンD13は、画像処理阻害パターンC13上に形成する。
配線マークM13は、コンタクトマークV13を覆い隠すとともに、新たな画像処理適用マークを形成するものである。この配線マークM13により、直下にあるコンタクトマークV13は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV13を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
コンタクトマークV13を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11、配線マークM11及び配線マークM12が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及びカバーパターンD11が形成されており、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC12及びカバーパターンD12が形成されており、配線マークM12の上層には画像処理阻害パターンC13及び第3層間絶縁膜16上にはアルミニウムなどの導電膜(図示せず)が形成されているため、コンタクトマークV13の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11、配線マークM11及び配線マークM12を誤検出することはない。
次いで、第3配線層が形成された第3層間絶縁膜16上に、例えばCVD法により例えば膜厚800nmのシリコン酸化膜を堆積し、例えばCMP法により堆積したシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜の第4層間絶縁膜18を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第4層間絶縁膜18に、第3配線層との接続用のコンタクトホール(図示せず)のパターンを形成する。この際、スクライブライン上には、第4層間絶縁膜18に形成された開口部により、コンタクトマークV14と画像処理阻害パターンC14のパターンを形成する(図18(a))。ここでは、コンタクトマークV14は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、配線マークM13を形成した領域の右側に、位置合わせ余裕分の間隔を空けて形成する。画像処理阻害パターンC14は、配線マークM13を無効とするためのパターンであり、例えば図7(b)に示すようなパターンを、配線マークM13上に形成する。画像処理阻害パターンC14を形成することにより、直下にある配線マークM13は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM13を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
配線マークM13を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11、配線マークM11及び配線マークM12が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及びカバーパターンD11が形成されており、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC12及びカバーパターンD12が形成されており、配線マークM12の上層には画像処理阻害パターンC13及びカバーパターンD13が形成されているため、配線マークM13の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11、配線マークM11及び配線マークM12を誤検出することはない。
次いで、第4層間絶縁膜18上に、例えばCVD法により例えば膜厚300nmのタングステンなどの導電膜を堆積し、例えばCMP法により第4層間絶縁膜上の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内及びコンタクトマークV14の溝内に導電膜を残存させる。これにより、コンタクトホール内には、導電膜の第4コンタクトプラグ(図示せず)が形成される。
次いで、第4コンタクトプラグが埋め込まれた第4層間絶縁膜18上に、例えばPVD法により、例えば膜厚800nmのアルミニウムなどの導電膜を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、導電膜をパターニングし、第4コンタクトプラグを介して第3配線層に接続された第4配線層(図示せず)のパターンを形成する。第4配線層は、ワイヤボンディングパッドへの引き出し配線等を含む。この際、スクライブライン上には、第4配線層を形成する導電材料により、配線マークM14及びカバーパターンD14のパターンを形成する(図18(b))。ここでは、配線マークM14は、事前にパターン群PG42に振り分けられているものとし、コンタクトマークV14上に形成する。また、カバーパターンD14は、画像処理阻害パターンC14上に形成する。
配線マークM14は、コンタクトマークV14を覆い隠すとともに、新たな画像処理適用マークを形成するものである。この配線マークM14により、直下にあるコンタクトマークV14は、以降のリソグラフィの露光処理において画像処理適用マークとして検出されることはない。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成されたコンタクトマークV14を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
コンタクトマークV14を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11、配線マークM11、配線マークM12及び配線マークM13が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及びカバーパターンD11が形成されており、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC12及びカバーパターンD12が形成されており、配線マークM12の上層には画像処理阻害パターンC13が形成されており、配線マークM13の上層には画像処理阻害パターンC14及び第4層間絶縁膜18上にはアルミニウムなどの導電膜(図示せず)が形成されているため、コンタクトマークV14の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11、配線マークM11、配線マークM12及び配線マークM13を誤検出することはない。
次いで、第4配線層が形成された第4層間絶縁膜18上に、耐水性の高い絶縁膜、例えばスピンコート法により、例えば膜厚1200nmのSOG(Spin On Glass)膜を堆積し、パッシベーション膜20を形成する(図18(c))。
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、パッシベーション膜20に、第4配線層に達するパッド開口部(図示せず)を形成する。
なお、このフォトリソグラフィでは、スクライブライン上に形成された配線マークM14を基準に位置合わせを行い、フォトレジスト膜のパターニングを行う。
配線マークM14を基準に位置合わせを行う際、画像処理検出エリア内には、ゲートアライメントマークG11、配線マークM11、配線マークM12及び配線マークM13が存在する。しかしながら、ゲートアライメントマークG11の上層には画像処理阻害パターンC11及びカバーパターンD11が形成されており、配線マークM11の上層には画像処理阻害パターンC12及びカバーパターンD12が形成されており、配線マークM12の上層には画像処理阻害パターンC13が形成されており、配線マークM13の上層には画像処理阻害パターンC14及びカバーパターンD14が形成されているため、配線マークM14の検出のための画像処理過程でゲートアライメントマークG11、配線マークM11、配線マークM12及び配線マークM13を誤検出することはない。
こうして、本実施形態による半導体装置を完成する。
このように、本実施形態によれば、使用済みの画像処理適用マーク上に、使用済みの画像処理適用マークにあるパターンのエッジの位置を変える形状又は見えなくする形状の画像処理阻害パターンを配置するので、使用済みの画像処理適用マークに対する他の画像処理適用マークの配置制約を無効化することができる。これにより、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に複数の画像処理適用マークを配置することが可能となり、画像処理適用マークの配置の自由度を向上することができる。また、画像処理適用マークの配置領域を縮小することができる。
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、画像処理適用マークを振り分けるパターン群の数や、各パターン郡内に含まれる画像処理適用マークの数は、実施形態に記載のものに限定されるものではない。これら数は、スクライブライン上やプロセスパターン専用チップ上の空き領域の数や広さに応じて、適宜設定することができる。
例えば、第3実施形態において、フィールドアライメントマークF11を、パターン群PG42に振り分け、空き領域CS12内に配置するようにしてもよい。この場合、フィールドアライメントマークF11上に、コンタクトマークV11と同時に形成される画像処理阻害パターンと、カバーパターンD11と同時に形成されるカバーパターンとを配置し、後工程で検出されないようにすればよい。
露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に複数のアライメントマークを配置する場合には、第3実施形態で示したように、使用済みのアライメントマーク上に順次画像処理阻害パターンを形成すればよい。
また、上記実施形態では、配線4層の半導体装置を例にして説明したが、配線層の層数や構造は、これに限定されるものではない。配線層の層数は、3層以下であってもよいし、5層以上であってもよい。
また、配線層をダマシン法により形成する場合にも適用可能である。例えば、先ビア方式のデュアルダマシンプロセスでは、ビアホールを形成する際に、下層配線層のアライメントマークを無効化する画像処理阻害パターンとコンタクトマークとを同時に形成し、このコンタクトマークに位置合わせして配線トレンチを形成することができる。
また、上記実施形態に記載の半導体装置の構造、構成材料、製造条件等は、一例を記載したものであり、必要に応じて適宜変更が可能である。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 半導体基板上に形成されたアライメントマークと、
前記アライメントマーク上に配置され、前記アライメントマークのマーク機能領域内にパターンのエッジを有し、前記アライメントマークが露光装置の画像検出器により前記アライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンと
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2) 付記1記載の半導体装置において、
前記阻害パターンは、前記アライメントマークのパターンのエッジとは異なる位置に前記パターンのエッジを有する
ことを特徴とする半導体装置。
(付記3) 付記1又は2記載の半導体装置において、
前記阻害パターンは、前記アライメントマーク上に絶縁膜を介して形成された導電膜により形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
(付記4) 付記1又は2記載の半導体装置において、
前記阻害パターンは、前記アライメントマークを覆う絶縁膜に形成された開口部により形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
(付記5) 付記4記載の半導体装置において、
前記阻害パターン上に形成されたカバーパターンを更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
(付記6) 付記5記載の半導体装置において、
前記カバーパターンは、前記絶縁膜上に形成された導電膜により形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
(付記7) 付記3乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜の表面に、前記アライメントマークの形状を反映した凹凸が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
(付記8) 付記1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記半導体ウェーハ上に形成された他のアライメントマークを更に有し、
前記アライメントマークと前記他のアライメントマークとは、前記画像検出器の一視野に相当する範囲内に配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
(付記9) 第1のアライメントマークが形成された半導体基板上に、第2のアライメントマークを含むパターンを形成する工程を有し、
前記パターンを形成する工程では、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に前記第1のアライメントマーク及び前記第2のアライメントマークが位置するように前記第2のアライメントマークを配置し、前記第1のアライメントマーク上に、前記第1のアライメントマークが前記画像検出器により前記第1のアライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンを形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10) 付記8記載の半導体装置の製造方法において、
前記パターンを形成する工程では、前記第1のアライメントマークのマーク機能領域内にパターンのエッジを有する前記阻害パターンを形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記11) 半導体基板上に、第1のアライメントマークを含む第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンが形成された前記半導体基板上に、前記第1のアライメントマークのマーク機能領域内にパターンのエッジを有し、前記第1のアライメントマークが露光装置の画像検出器により前記アライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンと、第2のアライメントマークとを含む第2のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターン及び前記第2のパターンが形成された前記半導体基板上に、前記第2のアライメントマークに対して位置合わせを行い第3のパターンを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12) 付記11記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2のパターンを形成する工程では、前記第1のアライメントマークのパターンのエッジとは異なる位置に前記パターンのエッジを有する前記阻害パターンを形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記13) 付記11又は12記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2のパターンを形成する工程では、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に前記第1のアライメントマーク及び前記第2のアライメントが位置するように前記第2のアライメントマークを配置する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記14) 付記11乃至13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のパターンを形成する工程と前記第2のパターンを形成する工程との間に、絶縁膜を形成する工程を更に有し、
前記第2のパターンを形成する工程では、前記絶縁膜上に形成された導電膜により、前記第2のパターンを形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記15) 付記14記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電膜は、前記第1のアライメントマークの形状を反映した表面凹凸を有する前記絶縁膜上に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記16) 付記11乃至13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のパターンを形成する工程と前記第2のパターンを形成する工程との間に、絶縁膜を形成する工程を更に有し、
前記第2のパターンを形成する工程では、前記絶縁膜に形成された開口部により、前記第2のパターンを形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記17) 付記16記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口部は、前記第1のアライメントマークの形状を反映した表面凹凸を有する前記絶縁膜に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記18) 付記16又は17記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3のパターンを形成する工程では、前記阻害パターン上に、カバーパターンを更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
C11,C12,C13,C14…画像処理阻害パターン
D11,D12,D13,D14…カバーパターン
F11…フィールドアライメントマーク
G11…ゲートアライメントマーク
M11,M12,M13,M14…配線マーク
V11,V12,V13,V14…コンタクトマーク
10…シリコン基板
12…第1層間絶縁膜
14…第2層間絶縁膜
16…第3層間絶縁膜
18…第4層間絶縁膜
20…パッシベーション膜

Claims (12)

  1. 半導体基板上に形成されたアライメントマークと、
    前記アライメントマーク上に配置され、前記アライメントマークのパターンの最も外側のエッジよりも内側にパターンのエッジを有し、前記アライメントマークが露光装置の画像検出器により前記アライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンと
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記阻害パターンは、前記アライメントマーク上に絶縁膜を介して形成された導電膜により形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記阻害パターンは、前記アライメントマークを覆う絶縁膜に形成された開口部により形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記半導体ウェーハ上に形成された他のアライメントマークを更に有し、
    前記アライメントマークと前記他のアライメントマークとは、前記画像検出器の一視野に相当する範囲内に配置されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項2乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記絶縁膜の表面に、前記アライメントマークの形状を反映した凹凸が形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 第1のアライメントマークが形成された半導体基板上に、第2のアライメントマークを含むパターンを形成する工程を有し、
    前記パターンを形成する工程では、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に前記第1のアライメントマーク及び前記第2のアライメントマークが位置するように前記第2のアライメントマークを配置し、前記第1のアライメントマーク上に、前記第1のアライメントマークのパターンの最も外側のエッジよりも内側にパターンのエッジを有し、前記第1のアライメントマークが前記画像検出器により前記第1のアライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンを形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 半導体基板上に、第1のアライメントマークを含む第1のパターンを形成する工程と、
    前記第1のパターンが形成された前記半導体基板上に、前記第1のアライメントマークのパターンの最も外側のエッジよりも内側にエッジを有し、前記第1のアライメントマークが露光装置の画像検出器により前記アライメントマークとして認識されるのを阻害する阻害パターンと、第2のアライメントマークとを含む第2のパターンを形成する工程と、
    前記第1のパターン及び前記第2のパターンが形成された前記半導体基板上に、前記第2のアライメントマークに対して位置合わせを行い第3のパターンを形成する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2のパターンを形成する工程では、前記第1のアライメントマークのパターンのエッジとは異なる位置に前記パターンのエッジを有する前記阻害パターンを形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 請求項7又は8記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2のパターンを形成する工程では、露光装置の画像検出器の一視野に相当する範囲内に前記第1のアライメントマーク及び前記第2のアライメントが位置するように前記第2のアライメントマークを配置する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1のパターンを形成する工程と前記第2のパターンを形成する工程との間に、絶縁膜を形成する工程を更に有し、
    前記第2のパターンを形成する工程では、前記絶縁膜上に形成された導電膜により、前記第2のパターンを形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1のパターンを形成する工程と前記第2のパターンを形成する工程との間に、絶縁膜を形成する工程を更に有し、
    前記第2のパターンを形成する工程では、前記絶縁膜に形成された開口部により、前記第2のパターンを形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 請求項10又は11記載の半導体装置の製造方法において、
    前記絶縁膜の表面に、前記アライメントマークの形状を反映した凹凸が形成されている
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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