JP2001176780A - Semiconductor device and method for displacement of alignment - Google Patents

Semiconductor device and method for displacement of alignment

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JP2001176780A
JP2001176780A JP35935099A JP35935099A JP2001176780A JP 2001176780 A JP2001176780 A JP 2001176780A JP 35935099 A JP35935099 A JP 35935099A JP 35935099 A JP35935099 A JP 35935099A JP 2001176780 A JP2001176780 A JP 2001176780A
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wiring layer
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alignment
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教男 水越
Yoichi Shichijo
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent failures in the formation of a metallic wiring pattern and provide a highly reliable semiconductor device by preventing thinning of an interlayer insulation film, due to the formation of marks for measuring displacements in alignment and improving the recognition accuracy of the mark thereof. SOLUTION: This semiconductor device has a multilayer wiring structure, formed by laminating a plurality of metallic wiring layers 11a, 11b and 13a and a plurality of interlayer insulation films 10, 12 and 14. A mark 13b for measuring displacement of alignment, which is formed of a metal wiring layer on the second layer or on the upper layer, is formed in other pattern inhibited region III, and the metal wiring layer is removed in the lower side within the other pattern inhibited region III.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置及びア
ライメントずれの制御方法に関し、より詳細には、フォ
トリソグラフィ工程でのアライメントずれを測定するた
めのアライメントずれ測定用マークが形成された多層配
線構造の半導体装置及びアライメントずれの制御方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for controlling an alignment shift, and more particularly, to a multilayer wiring structure having an alignment shift measuring mark for measuring an alignment shift in a photolithography process. And a method of controlling alignment deviation.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】多層配
線構造を有する半導体装置を製造する場合、図2(a)
及び(b)に示したように、まず、下層金属配線層21
b、21a及び層間絶縁膜22が順次形成された層間絶
縁膜20上に配線層材料を堆積する。次いで、フォトリ
ソグラフィ工程により、ステッパーを用いてアライメン
トを行い、露光、現像することによって、所定の形状の
レジストパターン(図示せず)を形成し、このレジスト
パターンをマスクとして用いて配線層材料をパターニン
グして上層金属配線層23aを形成するとともに、配線
層材料によりアライメントずれ測定用マーク23bを形
成する。その後、これらの上層に、層間絶縁膜24を形
成し、この層間絶縁膜24にビアホールを形成する場合
に、アライメントずれ測定用マーク23bを利用して、
アライメントずれ検査装置によってアライメントずれの
測定を行う。
2. Description of the Related Art In manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, FIG.
And (b), first, the lower metal wiring layer 21
A wiring layer material is deposited on the interlayer insulating film 20 on which b, 21a and the interlayer insulating film 22 are sequentially formed. Next, in a photolithography process, alignment is performed using a stepper, exposure and development are performed to form a resist pattern (not shown) having a predetermined shape, and the wiring layer material is patterned using the resist pattern as a mask. Then, the upper metal wiring layer 23a is formed, and the alignment deviation measurement mark 23b is formed from the wiring layer material. Thereafter, an interlayer insulating film 24 is formed on these upper layers, and when forming a via hole in the interlayer insulating film 24, the alignment deviation measurement mark 23b is used.
The misalignment is measured by the misalignment inspection apparatus.

【0003】つまり、アライメントずれの測定は、アラ
イメントずれ測定用マーク23bを主尺として用い、そ
の上層に形成されたレジストパターン25のマーク26
を副尺として用いて、主尺の中点と副尺の中点との座標
差から求められる。この測定は、通常、画像認識におい
て行われるので、アライメントずれ測定用マーク23b
の近傍に他のパターンが存在すると、アライメントずれ
検査装置が他のパターンをアライメントずれ測定用マー
クとして誤認識することがあるため、通常、アライメン
トずれ測定用マーク23bは、マーク以外の他のパター
ンが配置されない他パターン禁止領域IIIに形成され、
その近傍には、他のパターンが配置されていない。
In other words, alignment misalignment is measured using the alignment misalignment measurement mark 23b as a main scale, and the mark 26 of the resist pattern 25 formed thereover.
Is used as the vernier scale, and is obtained from the coordinate difference between the midpoint of the main scale and the midpoint of the vernier scale. Since this measurement is usually performed in image recognition, the alignment deviation measurement mark 23b
If there is another pattern near the mark, the misalignment inspection apparatus may erroneously recognize the other pattern as the misalignment measurement mark. Formed in the other pattern prohibition region III that is not arranged,
No other pattern is arranged in the vicinity thereof.

【0004】しかし、配線層が全くない広い領域がある
と、その上に層間絶縁膜を堆積し、CMP(Chemical Me
chanical Polishing)法により平坦化を行う際、配線層
が存在しない領域上の層間絶縁膜が、配線層が存在する
領域上の層間膜よりも薄くなるディッシングが生じる。
特に、多層配線を用いた半導体装置では、このディッシ
ングの影響が累積され、配線層が存在する領域と存在し
ない領域との間において高低差が顕著になる。その結
果、配線層が存在する領域に適した加工条件で加工する
場合に、配線層が存在しない領域において、フォーカス
ずれによるパターンの形成不良が発生することとなる。
However, if there is a large area without any wiring layer, an interlayer insulating film is deposited thereon, and the
When flattening is performed by the physical polishing method, dishing occurs in which the interlayer insulating film on the region where the wiring layer does not exist is thinner than the interlayer film on the region where the wiring layer exists.
In particular, in a semiconductor device using a multilayer wiring, the effect of the dishing is accumulated, and a height difference between a region where a wiring layer exists and a region where the wiring layer does not exist becomes remarkable. As a result, when processing is performed under processing conditions suitable for a region where a wiring layer exists, pattern formation failure due to a focus shift occurs in a region where a wiring layer does not exist.

【0005】そこで、このようなディッシングの影響を
防止するために、図2(a)及び(b)に示すように、
アライメントずれ測定用マーク23bよりも下層の金属
配線層21bを、アライメントずれ測定用マーク23b
近傍の他パターン禁止領域III下に配置する方法が提案
されている。
Therefore, in order to prevent the influence of dishing, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b),
The metal wiring layer 21b lower than the alignment deviation measurement mark 23b is moved to the alignment deviation measurement mark 23b.
There has been proposed a method of arranging it in the vicinity of another pattern below the prohibited area III.

【0006】しかし、金属配線層で形成されたアライメ
ントずれ測定用マーク23bを画像認識する際に、その
背後に同じ材質で形成された金属配線層21bのパター
ンが存在すると、アライメントずれ測定用マーク23b
の認識がしにくくなるという問題が生じる。
However, when recognizing an image of the misalignment measuring mark 23b formed of the metal wiring layer, if the pattern of the metal wiring layer 21b formed of the same material exists behind the mark, the misalignment measuring mark 23b is not recognized.
There is a problem that it becomes difficult to recognize the image.

【0007】また、ディッシングの影響を防止する別の
方法として、図3(a)に示すように、アライメントず
れ測定用マーク33bより下層の金属配線層31bを直
方体形状で規則的に複数個配置する方法が提案されてい
る(特開平5−94933号公報)。
As another method for preventing the influence of dishing, as shown in FIG. 3A, a plurality of metal wiring layers 31b below the alignment deviation measuring mark 33b are regularly arranged in a rectangular parallelepiped shape. A method has been proposed (JP-A-5-94933).

【0008】この方法によれば、層間絶縁膜の平坦性を
維持でき、ディッシングを防止することができるととも
に、アライメントずれ測定用マーク33bが下層の金属
配線層31bと重なっていない箇所を用いることにより
アライメントずれを目視で測定することができる。
According to this method, the flatness of the interlayer insulating film can be maintained, dishing can be prevented, and at the same time, the position where the misalignment measuring mark 33b does not overlap the lower metal wiring layer 31b is used. The misalignment can be measured visually.

【0009】しかし、高精度のアライメントずれの測定
を行うためには、目視で行うのは困難であり、アライメ
ントずれ検査装置による自動測定が不可欠となる。よっ
て、この方法では、測定精度に限界があるという問題が
ある。
However, in order to measure the alignment deviation with high accuracy, it is difficult to perform the measurement visually, and automatic measurement by an alignment deviation inspection device is indispensable. Therefore, this method has a problem that measurement accuracy is limited.

【0010】なお、目視での測定を自動測定に適用した
場合には、図3(b)に示したように、下層に金属配線
層31bがある箇所α及びない箇所βはいずれも同様に
測定され、平均化されるため、下層の金属配線層31b
の有無による凹凸に起因して、アライメントずれ測定用
マーク33bの検出が正確に行われず(図3(b)中、
X)、結果的に測定精度が低下するという課題がある。
When the visual measurement is applied to the automatic measurement, as shown in FIG. 3 (b), a portion α where the metal wiring layer 31b is located below and a portion β where the metal wiring layer 31b is not located are similarly measured. Is averaged, so that the lower metal wiring layer 31b
Due to the unevenness due to the presence or absence of the mark, the detection of the alignment deviation measurement mark 33b is not accurately performed (FIG. 3B,
X) As a result, there is a problem that the measurement accuracy is reduced.

【0011】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、アライメントずれ測定用マークの形成に起因する層
間絶縁膜の薄膜化を防止するとともに、アライメントず
れ測定用マークの認識精度を向上させることにより、金
属配線パターンの形成不良の発生を阻止して、信頼性の
高い半導体装置を提供すること及び高信頼性の半導体装
置を製造するためのアライメントずれの制御方法を提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is intended to prevent the interlayer insulating film from being thinned due to the formation of the alignment deviation measurement mark and to improve the recognition accuracy of the alignment deviation measurement mark. It is another object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor device by preventing the occurrence of a formation failure of a metal wiring pattern, and to provide a method of controlling an alignment shift for manufacturing a highly reliable semiconductor device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に形成された複数の金属配線層と該金属配線層間
に配置する層間絶縁膜からなる多層配線構造を有し、2
層目又はそれより上層の金属配線層によって形成された
アライメントずれ測定用マークを有する半導体装置であ
って、前記アライメントずれ測定用マークが他パターン
禁止領域に形成されており、該他パターン禁止領域内の
下方において金属配線層が除去されてなる半導体装置が
提供される。
According to the present invention, there is provided a multilayer wiring structure comprising a plurality of metal wiring layers formed on a semiconductor substrate and an interlayer insulating film disposed between the metal wiring layers.
A semiconductor device having a misalignment measurement mark formed by a layer or an upper metal wiring layer, wherein the misalignment measurement mark is formed in another pattern prohibition region, and the misalignment measurement mark is formed in the other pattern prohibition region. A semiconductor device in which a metal wiring layer is removed below the semiconductor device.

【0013】また、本発明によれば、上記半導体装置に
おけるアライメントずれ測定用マークの位置を光学的信
号出力によって認識し、該アライメントずれ測定用マー
クの位置を基準にしてフォトリソグラフィ工程でのアラ
イメントずれを制御することからなるアライメントずれ
の制御方法が提供される。
According to the present invention, the position of the alignment deviation measurement mark in the semiconductor device is recognized by an optical signal output, and the alignment deviation in the photolithography process is determined with reference to the position of the alignment deviation measurement mark. , And a method for controlling the misalignment, comprising:

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置は、半導体基
板上に形成された多層配線構造を有するものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device according to the present invention has a multilayer wiring structure formed on a semiconductor substrate.

【0015】本発明における半導体基板は、例えば、シ
リコン、ゲルマニウム等の元素半導体、GaAs、In
GaAs、ZnSe等の化合物半導体、さらには、SO
I基板又は多層SOI基板等が挙げられる。なかでもシ
リコン基板が好ましい。
The semiconductor substrate according to the present invention includes, for example, elemental semiconductors such as silicon and germanium, GaAs and In.
Compound semiconductors such as GaAs and ZnSe, and SO
An I substrate, a multilayer SOI substrate, or the like can be given. Among them, a silicon substrate is preferable.

【0016】また、複数の金属配線層とは、トランジス
タ、キャパシタ等の半導体素子等の電極として形成され
た層であってもよいし、これら素子間を接続するための
配線層であってもよいし、通常の電極や配線として機能
しない、いわゆるダミーで形成される配線層であっても
よいし、さらには、コンタクトホールやビアホール等に
埋設されたプラグ等であってもよい。金属配線層を構成
する材料は、特に限定されるものではなく、通常電極や
配線に使用されている材料、例えば、金、白金、銀、
銅、アルミニウム等の金属;チタン、タンタル、タング
ステン等の高融点金属;高融点金属とのシリサイド、ポ
リサイド等の単層膜又は積層膜により形成することがで
きる。金属配線層の膜厚は、特に限定されるものではな
く、例えば、100〜10000Å程度が挙げられる。
Further, the plurality of metal wiring layers may be layers formed as electrodes of semiconductor elements such as transistors and capacitors, or wiring layers for connecting these elements. However, it may be a wiring layer formed as a so-called dummy that does not function as a normal electrode or wiring, or may be a plug or the like buried in a contact hole, a via hole, or the like. The material constituting the metal wiring layer is not particularly limited, and materials usually used for electrodes and wiring, for example, gold, platinum, silver,
Metals such as copper and aluminum; refractory metals such as titanium, tantalum and tungsten; and single-layer films or laminated films such as silicide and polycide with high-melting metals. The thickness of the metal wiring layer is not particularly limited, and is, for example, about 100 to 10000 °.

【0017】複数の金属配線層のうち、最下層の金属配
線は、上述したような半導体基板の直上に形成されてい
てもよいし、層間絶縁膜を介して形成されていてもよ
い。なお、複数とは、2層以上を意味するが、本発明に
おいては、3層目以降(2層目より上層)の配線層を形
成するために、有効であるため、3層以上であることが
好ましい。
[0017] Of the plurality of metal wiring layers, the lowermost metal wiring may be formed immediately above the semiconductor substrate as described above, or may be formed via an interlayer insulating film. Note that the term “plurality” means two or more layers. In the present invention, three or more layers are required because they are effective for forming the third and subsequent wiring layers (upper layers than the second layer). Is preferred.

【0018】層間絶縁膜は、上記のような金属配線層の
間において、金属配線層の絶縁性を確保するために設け
られるものであり、例えば、シリコン酸化膜、シリコン
窒化膜、SOG膜、ドープドシリコン酸化膜、HSQ、
HOSP、FLARE等の単層膜又はこれらの2層以上
の積層膜等が挙げられる。層間絶縁膜の膜厚は、特に限
定されるものではなく、例えば、5000〜10000
Å程度が挙げられる。
The interlayer insulating film is provided between the metal wiring layers as described above to ensure the insulating property of the metal wiring layer. For example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a SOG film, a doped Silicon oxide film, HSQ,
A single-layer film such as HOSP or FLARE, or a laminated film of two or more of these films may be used. The thickness of the interlayer insulating film is not particularly limited, and is, for example, 5,000 to 10,000.
Å degree.

【0019】アライメントずれ測定用マークは、2層目
又はそれより上層の金属配線層によって、電気的に独立
に、つまり浮遊するように形成されている。このマーク
を構成する金属配線は、上述したような材料、膜厚で形
成することができる。また、形状は、特に限定されるも
のではなく、円形;三角、四角等の多角形;多角形の角
が丸みをおびた略多角形等が挙げられる。なかでも、正
方形、長方形等の四角形形状が好ましい。大きさは、例
えば、1〜160μm2程度の面積、特に四角形形状の
場合には、5μm×5μm〜40μm×40μm程度が
挙げられる。
The misalignment measurement mark is formed by the second or higher metal wiring layer so as to be electrically independent, that is, to be floating. The metal wiring forming this mark can be formed with the above-mentioned material and film thickness. The shape is not particularly limited, and examples thereof include a circle; a polygon such as a triangle and a square; and a substantially polygonal shape having rounded corners. Among them, a square shape such as a square or a rectangle is preferable. The size is, for example, an area of about 1 to 160 μm 2 , and particularly about 5 μm × 5 μm to 40 μm × 40 μm in the case of a square shape.

【0020】また、アライメントずれ測定用マークは、
他パターン禁止領域に形成されている。ここで、他パタ
ーン禁止領域とは、このマーク以外の配線パターンが形
成されていない領域を意味し、例えば、半導体基板上に
おける回路領域と回路領域との間、回路領域とメモリ領
域との間、半導体基板の端部、ダイシング・ライン上等
に配置される領域が挙げられる。他パターン禁止領域
は、一般に使用される、光学的信号出力(画像)によっ
てこのマークを認識し得るアライメントずれ検査装置
が、このマークの近傍に位置する配線パターンを、この
マークと誤認識しない程度に、このマークをとり囲む大
きさであることを要する。具体的には、このマークの大
きさにもよるが、このマーク外周から10μm程度以上
の幅でこのマークを取り囲む大きさ、あるいは、このマ
ークの50%程度の大きさでこのマークを取り囲むよう
に設定されていることが好ましい。
Further, the alignment deviation measuring mark is
It is formed in another pattern prohibited area. Here, the other pattern prohibited area means an area where no wiring pattern other than the mark is formed, for example, between a circuit area and a circuit area on a semiconductor substrate, between a circuit area and a memory area, Examples include a region disposed on an edge of a semiconductor substrate, a dicing line, and the like. The other pattern prohibited area is set to such an extent that an alignment misalignment inspection apparatus that can recognize this mark by optical signal output (image), which is generally used, does not mistakenly recognize a wiring pattern located near this mark as this mark. Must be large enough to surround this mark. More specifically, depending on the size of the mark, the mark may be surrounded by a width of about 10 μm or more from the outer periphery of the mark, or may be surrounded by a size of about 50% of the mark. Preferably, it is set.

【0021】他パターン禁止領域においては、その下
方、つまり他パターン禁止領域の下方への投影領域内
に、金属配線層が除去されて存在しない。具体的には、
アライメントずれ測定用マークが2層目の金属配線層で
形成されている場合には、1層目の金属配線層は他パタ
ーン禁止領域の下方への投影領域には全く存在せず、ア
ライメントずれ測定用マークが3層目の金属配線層で形
成されている場合には、1層目及び2層目の金属配線層
は他パターン禁止領域の下方への投影領域には全く存在
しない。これにより、アライメントずれ測定マークを、
その上方からの光学的信号出力によって認識する場合
に、アライメントずれ測定用マークの近傍に金属配線層
が存在することによって生じる誤差を防止することがで
きる。
In the other pattern forbidden area, the metal wiring layer is not present below the other pattern forbidden area, that is, in the projected area below the other pattern forbidden area. In particular,
When the misalignment measurement mark is formed by the second metal wiring layer, the first metal wiring layer does not exist at all in the projection area below the other pattern prohibited area, and the misalignment measurement is performed. When the use mark is formed by the third metal wiring layer, the first and second metal wiring layers do not exist at all in the projected area below the other pattern prohibited area. As a result, the misalignment measurement mark
When the recognition is performed by an optical signal output from above, it is possible to prevent an error caused by the presence of the metal wiring layer in the vicinity of the alignment deviation measurement mark.

【0022】なお、他パターン禁止領域の外周領域の下
方には、アライメントずれ測定用マークを構成する金属
配線層よりも下層の金属配線層が配置されていることが
好ましい。
It is preferable that a metal wiring layer lower than the metal wiring layer forming the misalignment measurement mark be disposed below the outer peripheral area of the other pattern prohibited area.

【0023】ここで、他パターン禁止領域の外周領域と
は、他パターン禁止領域の大きさ及び形状にもよるが、
例えば、他パターン禁止領域外周から1μm程度以上の
幅でこの領域を取り囲む大きさ、あるいは、他パターン
禁止領域の10%程度の大きさでこの領域を取り囲むよ
うに設定されていることが好ましい。
Here, the outer peripheral area of the other pattern prohibited area depends on the size and shape of the other pattern prohibited area.
For example, it is preferable that the area is set so as to surround this area with a width of about 1 μm or more from the outer periphery of the other pattern prohibited area, or to surround this area with a size of about 10% of the other pattern prohibited area.

【0024】他パターン禁止領域の外周領域の下方に配
置される金属配線層は、アライメントずれ測定用マーク
を構成する金属配線層よりも下層、好ましくは、このマ
ークを構成する金属配線層の直下層であることが好まし
い。この金属配線層は、アライメントずれ測定用マーク
の下層において、回路において電極や配線層を構成する
金属配線層でもよいし、いわゆるダミー配線層、浮遊の
配線層であってもよい。他パターン禁止領域の外周領域
の下方に配置される金属配線層は、他パターン禁止領域
の外周領域下方において、規則的かつ島状に配置される
ことが好ましい。ここでの島の形状は特に限定されず、
他パターン禁止領域の外周を一体的に取り囲むような形
状でもよいし、アライメントずれ測定用マークの形状と
して例示したものと同様の形状でもよい。大きさは、例
えば、1〜100μm2程度の面積、特に四角形形状の
場合には、1μm×1μm〜10μm×10μm程度が
好ましい。なお、島は、アライメントずれ測定用マーク
の外周領域に複数個配置されることが好ましい。
The metal wiring layer disposed below the outer peripheral region of the other pattern prohibition region is lower than the metal wiring layer forming the misalignment measurement mark, preferably, a layer immediately below the metal wiring layer forming the mark. It is preferred that The metal wiring layer may be a metal wiring layer that forms an electrode or a wiring layer in a circuit below the alignment deviation measurement mark, a so-called dummy wiring layer, or a floating wiring layer. It is preferable that the metal wiring layers arranged below the outer peripheral area of the other pattern prohibited area are arranged regularly and in an island shape below the outer peripheral area of the other pattern prohibited area. The shape of the island here is not particularly limited,
A shape that integrally surrounds the outer periphery of the other pattern prohibition region may be used, or a shape similar to that exemplified as the shape of the alignment deviation measurement mark may be used. The size is preferably, for example, about 1 to 100 μm 2 , particularly about 1 μm × 1 μm to 10 μm × 10 μm in the case of a square shape. Preferably, a plurality of islands are arranged in the outer peripheral region of the alignment deviation measurement mark.

【0025】また、規則的に配置されているとは、同じ
形状、同じ大きさの島が、同じ間隔で配置されているこ
とを意味する。具体的には、上記に例示したような形
状、大きさの場合には、2〜20μm程度の間隔で島が
規則的に配置されていることが好ましい。このように、
島が、アライメントずれ測定用マークよりも小さく、他
パターン禁止領域の外周を規則的に取り囲む場合には、
一体的に取り囲むような形状に比べて、これらの金属配
線層によって形成される寄生容量を低減することができ
るからである。
To be regularly arranged means that islands having the same shape and the same size are arranged at the same interval. Specifically, in the case of the shape and size as exemplified above, it is preferable that the islands are regularly arranged at intervals of about 2 to 20 μm. in this way,
If the island is smaller than the misalignment measurement mark and regularly surrounds the periphery of the other pattern prohibited area,
This is because the parasitic capacitance formed by these metal wiring layers can be reduced as compared with a shape in which the metal wiring layers are integrally surrounded.

【0026】本発明のアライメントずれの制御方法は、
半導体装置の製造プロセスにおいて、アライメントずれ
測定用マークを利用して、その上層にアライメントされ
る対象のずれを精度よく測定し、そのずれを制御する方
法である。具体的には、半導体装置の製造プロセスにお
いて、上記したようなアライメントずれ測定用マークが
形成された半導体基板上に、フォトリソグラフィ工程
で、レジスト層を形成し、所定形状のアライメントずれ
検査用パターンを含む所望のマスク形状をそのレジスト
層に露光、現像した後に、アライメントずれ測定用マー
クの位置を光学的信号出力によって認識する。これと同
時に、レジスト層に形成されたアライメントずれ検査用
パターンの位置をも同様に認識する。そして、両者の位
置を比較、例えば、アライメントずれ測定用マーク及び
アライメントずれ検査用マークの中点座標の差を検出し
て、このレジスト層へのマスク形状のアライメントにず
れが生じていないか、どの程度のずれが生じているかを
測定する。
The method for controlling the misalignment according to the present invention comprises:
In a manufacturing process of a semiconductor device, a method is used in which a misalignment measurement mark is used to accurately measure a misalignment of an object to be aligned on an upper layer and to control the misalignment. Specifically, in a semiconductor device manufacturing process, a resist layer is formed by a photolithography step on a semiconductor substrate on which the above-described misalignment measurement marks are formed, and a misalignment inspection pattern having a predetermined shape is formed. After exposing and developing a desired mask shape including the resist pattern on the resist layer, the position of the alignment measurement mark is recognized by an optical signal output. At the same time, the position of the misalignment inspection pattern formed on the resist layer is similarly recognized. Then, the two positions are compared, for example, by detecting the difference between the coordinates of the center point of the alignment deviation measurement mark and the alignment deviation inspection mark, to determine whether there is any deviation in the alignment of the mask shape with this resist layer. Measure for any deviation.

【0027】なお、アライメントずれが回路動作不良等
をひきおこす程度に検出されれば、このレジスト層を除
去し、再度レジスト層を形成し、検出されたアライメン
トずれ値を基に位置補正を行ってパターニングし、上記
と同様にアライメントずれが生じていないか測定する。
これによって、このフォトリソグラフィー工程でのアラ
イメントずれを最小限にとどめることができる。
If the misalignment is detected to a degree that causes a circuit operation failure or the like, the resist layer is removed, a resist layer is formed again, and position correction is performed based on the detected misalignment value to perform patterning. Then, similarly to the above, it is measured whether or not an alignment shift has occurred.
Thereby, the misalignment in the photolithography process can be minimized.

【0028】なお、本発明においては、アライメントず
れ測定用マークは、アライメントずれ測定にのみ利用で
きるものではなく、このマークの上層におけるフォトリ
ソグラフィ工程において、アライメント・マークとして
も利用してもよいし、このマークを予め形成し、このマ
ークを基準にして、同層における金属配線層のアライメ
ントに利用してもよい。
In the present invention, the misalignment measurement mark can be used not only for the misalignment measurement, but also as an alignment mark in a photolithography process in a layer above the mark. This mark may be formed in advance and used for alignment of the metal wiring layer in the same layer based on the mark.

【0029】以下、本発明の半導体装置及びアライメン
トずれの制御方法を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a semiconductor device and a method of controlling an alignment deviation according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0030】この実施の形態の半導体装置は、図1
(a)及び(b)に示したように、層間絶縁膜10上に
おける回路領域Iに下層金属配線層11aが、他パター
ン禁止領域IIIと回路領域Iと以外の領域IIに下層金属
配線層11bが形成されており、後にアライメントずれ
測定用マークが形成される領域に対応する他パターン禁
止領域III下方には、金属配線層は形成されていない。
また、これら下層金属配線層11a、11b上には層間
絶縁膜12を介して、回路領域Iに下層金属配線層13
aが、他パターン禁止領域IIIにアライメントずれ測定
用マーク13bが形成されている。
The semiconductor device of this embodiment is similar to that of FIG.
As shown in (a) and (b), the lower metal wiring layer 11a is provided in the circuit region I on the interlayer insulating film 10 and the lower metal wiring layer 11b is provided in the region II other than the other pattern prohibited region III and the circuit region I. Are formed, and no metal wiring layer is formed below the other pattern prohibition region III corresponding to the region where the misalignment measurement mark will be formed later.
On the lower metal wiring layers 11a and 11b, the lower metal wiring layer 13
As for a, the misalignment measurement mark 13b is formed in the other pattern prohibited area III.

【0031】なお、下層配線層11bは、島状に、規則
的に、他パターン禁止領域IIIの外周領域に配置されて
いる。
The lower wiring layer 11b is regularly arranged in an island shape in the outer peripheral region of the other pattern prohibition region III.

【0032】上記のような半導体装置は、以下の方法に
より製造することができる。
The semiconductor device as described above can be manufactured by the following method.

【0033】まず、層間絶縁膜10上に、スパッタ法に
より、膜厚5000Å程度の金属膜を形成し、フォトリ
ソグラフィ及びドライエッチング工程により、回路領域
Iにおいて、金属膜を下層金属配線層11aにパターニ
ングする。この際、回路領域I及び他パターン禁止領域
III以外の領域IIにも、安定して加工可能な形状、例え
ば、L/W=4μm/4μm程度で下層金属配線層11
bを形成する。なお、他パターン禁止領域IIIの下方に
は、金属配線層が形成されないようにする。
First, a metal film having a thickness of about 5000 ° is formed on the interlayer insulating film 10 by a sputtering method, and the metal film is patterned into the lower metal wiring layer 11a in the circuit region I by a photolithography and dry etching process. I do. At this time, the circuit area I and the other pattern prohibited area
In the region II other than the region III, a shape that can be stably processed, for example, L / W = about 4 μm / 4 μm and the lower metal wiring layer 11
b is formed. It should be noted that no metal wiring layer is formed below the other pattern prohibition region III.

【0034】次に、膜厚15000Å程度の層間絶縁膜
12を堆積し、その後、CMP法により平坦化する。こ
の際、他パターン禁止領域IIIの外周領域である領域II
にも、下層金属配線層11bが配置されているために、
他パターン禁止領域III下方の領域に金属配線層がない
ことに起因するディッシングによる層間絶縁膜12の薄
膜化が避けられる。
Next, an interlayer insulating film 12 having a thickness of about 15000 ° is deposited, and then flattened by a CMP method. At this time, the area II which is the outer peripheral area of the other pattern prohibited area III
Also, since the lower metal wiring layer 11b is arranged,
The thinning of the interlayer insulating film 12 due to dishing due to the absence of the metal wiring layer in the region below the other pattern prohibited region III can be avoided.

【0035】さらに、層間絶縁膜12上に、スパッタ法
により、膜厚5000Å程度の金属膜を形成し、フォト
リソグラフィ及びドライエッチング工程により、回路領
域Iにおいて、金属膜を上層金属配線層13aにパター
ニングするとともに、他パターン禁止領域IIIにおい
て、例えば、L/W=25μm/25μm程度の大きさ
のアライメントずれ測定用マーク13bを形成する。こ
の際、他パターン禁止領域IIIに近い回路領域Iにおい
ても、層間絶縁膜12の膜厚が他の領域と均一に保たれ
ているため、上層配線層13aの形成不良が生じない。
Further, a metal film having a thickness of about 5000 ° is formed on the interlayer insulating film 12 by a sputtering method, and the metal film is patterned into an upper metal wiring layer 13a in the circuit region I by a photolithography and dry etching process. At the same time, in the other pattern prohibition region III, for example, the alignment deviation measurement mark 13b having a size of about L / W = 25 μm / 25 μm is formed. At this time, even in the circuit region I near the other pattern prohibition region III, since the thickness of the interlayer insulating film 12 is kept uniform with the other regions, the formation failure of the upper wiring layer 13a does not occur.

【0036】続いて、膜厚15000Å程度の層間絶縁
膜14を堆積し、層間絶縁膜14の表面をCMP法によ
り平坦化する。
Subsequently, an interlayer insulating film 14 having a thickness of about 15000 ° is deposited, and the surface of the interlayer insulating film 14 is planarized by the CMP method.

【0037】次いで、層間絶縁膜14上にレジスト層1
5を形成し、フォトリソグラフィ及びドライエッチング
工程により、レジスト層15に、回路領域Iにおける層
間絶縁膜14にビアホールを形成するための開口(図示
せず)と、アライメントずれ測定用マーク13b上にア
ライメントずれ検査用のマーク16とを形成する。その
後、アライメントずれ測定用マーク13bを主尺として
その中点の座標を、市販のアライメントずれ検査用の自
動測定装置で検出し、さらに、レジスト層15のアライ
メントずれ検査用のマーク16を副尺としてその中点の
座標を検出し、両者の座標の差からアライメントずれを
求める。この際、アライメントずれ測定用マーク13b
の背後(下方)に金属配線は全く形成されていないた
め、正確にアライメントずれ測定用マーク13bの位置
を検出することができ、高精度でアライメントずれを測
定することが可能となる。
Next, the resist layer 1 is formed on the interlayer insulating film 14.
5, an opening (not shown) for forming a via hole in the interlayer insulating film 14 in the circuit region I, and an alignment on the misalignment measurement mark 13b in the resist layer 15 by photolithography and dry etching processes. A mark 16 for displacement inspection is formed. Thereafter, the coordinates of the center point of the alignment deviation measurement mark 13b are detected using a commercially available automatic measurement device for alignment deviation inspection, and the alignment deviation inspection mark 16 of the resist layer 15 is used as a vernier scale. The coordinates of the midpoint are detected, and the alignment deviation is determined from the difference between the two coordinates. At this time, the alignment deviation measurement mark 13b
Since no metal wiring is formed behind (below) the position of the misalignment measurement mark 13b can be accurately detected, and the misalignment can be measured with high accuracy.

【0038】つまり、このアライメントずれの測定によ
って、アライメントずれが回路動作不良を引き起こす程
度、例えば、0.05μm〜0.2μm以上で検出され
れば、そのレジスト層15を除去し、再度レジスト層を
形成し、検出されたアライメントずれ値を基に位置補正
を行ってパターニングを行い、同様にアライメントずれ
測定用マーク13bを主尺としてその中点の座標を検出
し、さらに、レジスト層15のアライメントずれ検査用
のマーク16を副尺としてその中点の座標を検出し、両
者の座標の差からアライメントずれを求め、アライメン
トずれが許容される程度になるまでこれを繰り返して、
ビアホール形成のためのフォトリソグラフィ工程のアラ
イメントずれを小さくすることができる。
That is, if the misalignment is detected to a degree that causes a circuit operation failure, for example, 0.05 μm to 0.2 μm or more, the resist layer 15 is removed, and the resist layer is removed again. Formed, patterning is performed by performing position correction based on the detected misalignment value, similarly, the coordinates of the midpoint are detected using the misalignment measurement mark 13b as a main scale, and furthermore, misalignment of the resist layer 15 is detected. Using the inspection mark 16 as a vernier scale, the coordinates of the midpoint are detected, the alignment deviation is determined from the difference between the two coordinates, and this is repeated until the alignment deviation is tolerable.
The misalignment in the photolithography process for forming a via hole can be reduced.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、2層目又はそれより上
層の金属配線層のいずれかからなるアライメントずれ測
定用マークが他パターン禁止領域に形成されており、他
パターン禁止領域内の下方において金属配線層が除去さ
れているため、アライメントずれ測定用マーク境界の検
出が容易になり、高精度でフォトリソグラフィ工程のア
ライメントずれを測定することができる。
According to the present invention, the misalignment measuring mark formed of either the second layer or the metal wiring layer above the second layer is formed in the other pattern prohibited area, and the lower mark in the other pattern prohibited area is formed. Since the metal wiring layer is removed in the above, it is easy to detect the boundary of the alignment deviation measurement mark, and the alignment deviation in the photolithography process can be measured with high accuracy.

【0040】特に、他パターン禁止領域の外周領域の下
方に、アライメントずれ測定用マークを構成する金属配
線層よりも下層の金属配線層が配置されていることによ
り、アライメントずれ測定用マークの上下に配置する層
間絶縁膜のディッシングによる薄膜化を防止することが
でき、フォトリソグラフィにおける露光時のフォーカス
ずれを抑制し、回路内の金属配線層のパターンの形成不
良を阻止することができ、信頼性の高い半導体装置を提
供することができる。
In particular, since the metal wiring layer lower than the metal wiring layer forming the misalignment measurement mark is arranged below the outer peripheral area of the other pattern prohibition area, the metallization layer is arranged above and below the misalignment measurement mark. It is possible to prevent thinning due to dishing of the inter-layer insulating film to be arranged, suppress a focus shift during exposure in photolithography, prevent a pattern formation failure of a metal wiring layer in a circuit, and improve reliability. A high semiconductor device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の実施例を説明するための
(a)要部の概略平面図及び(b)要部の概略断面図で
ある。
FIGS. 1A and 1B are a schematic plan view of a main part and a schematic cross-sectional view of a main part, for explaining an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】従来の半導体装置の実施例を説明するための
(a)要部の概略平面図及び(b)要部の概略断面図で
ある。
2A and 2B are a schematic plan view of a main part and a schematic cross-sectional view of a main part, for explaining an example of a conventional semiconductor device.

【図3】従来の半導体装置の別の実施例を説明するため
の要部の概略平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view of a main part for describing another embodiment of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、13、14 層間絶縁膜 11a、11b 下層金属配線層 13a 上層金像配線層 13b アライメントずれ測定用マーク 15 レジスト層 16 アライメントずれ検査用のマーク I 回路領域 II 回路領域及び他パターン禁止領域以外の領域 III他パターン禁止領域 10, 13, 14 Interlayer insulating film 11a, 11b Lower metal wiring layer 13a Upper gold image wiring layer 13b Alignment misalignment measurement mark 15 Resist layer 16 Alignment misalignment inspection mark I Circuit area II Other than circuit area and other pattern prohibited area Area III Other pattern prohibited area

フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH07 HH08 HH11 HH13 HH14 HH18 HH19 HH21 HH26 MM07 QQ01 QQ48 RR04 RR06 RR09 RR11 RR12 UU01 VV01 VV12 XX01 XX37 5F046 EA18 EA19 EB07 EB08 EB10 FA09 FC06 Continued on front page F-term (reference)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された複数の金属配
線層と該金属配線層間に配置する層間絶縁膜からなる多
層配線構造を有し、2層目又はそれより上層の金属配線
層によって形成されたアライメントずれ測定用マークを
有する半導体装置であって、前記アライメントずれ測定
用マークが他パターン禁止領域に形成されており、該他
パターン禁止領域内の下方において金属配線層が除去さ
れてなる半導体装置。
1. A multilayer wiring structure comprising a plurality of metal wiring layers formed on a semiconductor substrate and an interlayer insulating film disposed between the metal wiring layers, and formed by a second or higher metal wiring layer. A semiconductor device having a misalignment measurement mark formed therein, wherein the misalignment measurement mark is formed in another pattern prohibited area, and a metal wiring layer is removed below the other pattern prohibited area. apparatus.
【請求項2】 他パターン禁止領域の外周領域の下方
に、アライメントずれ測定用マークを構成する金属配線
層よりも下層の金属配線層が配置されてなる請求項1に
記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a metal wiring layer lower than a metal wiring layer forming the misalignment measurement mark is arranged below an outer peripheral region of the other pattern prohibition region.
【請求項3】 下層の金属配線が、他パターン禁止領域
の外周領域の下方に規則的かつ島状に配置されてなる請
求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the lower metal wirings are arranged regularly and in an island shape below an outer peripheral region of the other pattern prohibited region.
【請求項4】 請求項1〜3の半導体装置におけるアラ
イメントずれ測定用マークの位置を光学的信号出力によ
って認識し、該アライメントずれ測定用マークの位置を
基準にしてフォトリソグラフィ工程でのアライメントず
れを制御することからなるアライメントずれの制御方
法。
4. A semiconductor device according to claim 1, wherein the position of the alignment deviation measurement mark is recognized by an optical signal output, and the alignment deviation in a photolithography process is determined based on the position of the alignment deviation measurement mark. A method for controlling an alignment deviation, which comprises controlling the alignment.
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