JP2004235245A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体ウェハのチップ形成予定領域に第1のトレンチを形成すると共に、半導体ウェハのスクライブラインとなる領域に第2のトレンチ2を第1のトレンチと同じ開口幅にて形成する。このとき、アライメントマークは、例えば、平面形状が第2のトレンチ2により縁取られた十字形状とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子内にトレンチが形成された構造を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、トレンチを有する半導体装置としては、半導体基板の表面に形成されたトレンチ内にゲート電極が埋め込まれた、いわゆるトレンチゲート構造の縦型パワーMOSFETがある。トレンチゲート構造の縦型パワーMOSFETとしては、図7に示す構造のものが考えられる。
【0003】
図7に示すパワーMOSFETは、N+型シリコン基板11と、ドリフト層となるN−型層12と、ベース層となるP型層13と、ソース領域となるN+型領域14とを有する半導体基板15を有している。
【0004】
そして、半導体基板15の主表面には、半導体基板15の表面からP型層13を貫通して形成されたトレンチ16の内壁にゲート絶縁膜17が形成されており、トレンチ16内にゲート電極18が形成されている。このゲート電極18は断面がT字形状となっている。また、P型層13のゲート電極18近傍がチャネル領域13aとなっている。
【0005】
また、ゲート電極18の表面上を含む半導体基板15の表面上には、層間絶縁膜19を介してソース電極20が形成されており、層間絶縁膜19に形成されたコンタクトホール21を介してN+型領域14とソース電極20とが電気的に接続されている。半導体基板15の裏面側にはドレイン電極22が形成されている。
【0006】
このような構造を有する半導体装置の製造方法としては、以下にて説明する方法が考えられる。
【0007】
図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)、図10(a)〜(c)、図11(a)〜(c)に、図7に示す構造のMOSFETの製造工程を示す。なお、図8(a)〜図11(a)は図7中の1つのゲート電極18を含む領域の断面図を示しており、図11(b)、(c)は図7中の隣接する2つのゲート電極を含む領域の断面図を示している。
【0008】
〔図8(a)に示す工程〕
N+型のシリコン基板11の主表面上にエピタキシャル成長法によりN−型層12が形成された半導体基板(半導体ウェハ)15に素子分離のためのフィールド絶縁膜を形成する。フィールド絶縁膜としては、例えばLOCOS法による酸化膜を形成する。
【0009】
このとき、後にトレンチ16(図7参照)を形成するためのフォトリソグラフィ工程において、図12に示すように、マスク合わせを行うためのアライメントマークとしての段差を半導体ウェハ15のうち、複数のチップを形成する領域41を除く、非チップ形成予定領域に形成する。非チップ形成予定領域は、例えば、複数のチップの形成予定領域41の間のスクライブラインとなる領域42とする。なお、本明細書でいうチップの形成予定領域41とはスクライブラインとなる領域42を含まない領域のことである。
【0010】
続いて、半導体基板15の主表面上に絶縁膜31を形成する。そして、トレンチ16を形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。フォトリソグラフィ工程では、半導体基板15の表面上にフォトレジスト32を成膜し、フォトレジスト32が成膜された半導体基板15を露光装置にセットし、フォトマスクを通して露光することで、フォトレジスト32にマスクパターンを転写する。
【0011】
このとき、マスクパターンを転写する前に、露光装置の画像認識等によりアライメントマークとして形成された段差を読みとり、フォトマスクのマークと合わせ込むことで、半導体基板15に対するフォトマスクの位置合わせを行う。これがマスク合わせである。その後、現像処理することで、フォトレジスト32をパターニングする。
【0012】
〔図8(b)に示す工程〕
ドライエッチング工程により、パターニングされたフォトレジスト32をマスクとして、絶縁膜31をエッチングする。これにより、絶縁膜31のうち、トレンチ16の形成予定領域に対向する領域を開口する。その後、フォトレジスト32を除去する。
【0013】
〔図8(c)に示す工程〕
開口部を有する絶縁膜31をマスクとして、ドライエッチングにより、半導体基板15の表面から厚さ方向に基板表面からの深さが1μm以上であり、幅が1μm程度であるトレンチ16を形成する。このとき、図12中のスクライブラインとなる領域42に、図13に示すように、後のフォトリソグラフィ工程でのマスク合わせのためのアライメントマーク用のトレンチ43を形成する。
【0014】
図13(a)、(b)にアライメントマーク用のトレンチの平面図と断面図を示す。図13(a)、(b)に示すように、このアライメントマーク51の平面形状は、例えば十字形状となっており、アライメントマーク51の全体がトレンチ43により構成されている。なお、このトレンチ43の開口幅を例えば6μmとする。
【0015】
〔図9(a)に示す工程〕
トレンチ形成のためのエッチングで発生した反応生成物を除去し、トレンチ16の内壁に存在するこのエッチングによるダメージ除去を目的とした犠牲酸化、高温アニールを行う。なお、アライメントマーク51を構成するトレンチ43においても、同時に、ダメージ除去を行う。これにより、酸化膜31の開口部の端面が後退し、開口部が広がる。
【0016】
その後、ICチップの形成予定領域41のトレンチ16の内壁表面に酸化膜等からなるゲート絶縁膜17を形成すると同時に、スクライブラインとなる領域42のトレンチ2の内壁表面にも絶縁膜17を形成する。
【0017】
〔図9(b)に示す工程〕
トレンチ16の内部を含む半導体基板15(絶縁膜31)の表面上にポリシリコン膜33を成膜する。このとき、アライメントマークを構成するトレンチ43の内部にもポリシリコン膜33が埋め込まれる。
【0018】
〔図9(c)に示す工程〕
チップの形成予定領域41およびスクライブラインとなる領域42において、ポリシリコン膜33をエッチングする。これにより、ICチップの形成予定領域41では、上部表面が半導体基板15の表面よりも高く、断面がT字形状であるゲート電極18を形成する。また、同様に、アライメントマーク51を構成するトレンチ43においても、埋め込まれたポリシリコン膜の断面形状をT字形状とする。
【0019】
〔図10(a)に示す工程〕
ドライエッチングにより、トレンチ16形成用のマスクとして用いた絶縁膜31を除去する。
【0020】
〔図10(b)に示す工程〕
ゲート電極18の表面を含む半導体基板15の表面上に酸化膜34を形成する。
【0021】
〔図10(c)に示す工程〕
イオン注入によりP型層13を形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。この工程においても、図示しないが酸化膜34の上にフォトレジストを成膜し、アライメントマーク51に基づいてマスク合わせを行う。そして、フォトレジストをパターニングすることで、半導体基板15の表層のうち、イオン注入を行わない領域上にのみフォトレジストを残す。このフォトレジストをマスクとしたイオン注入を行うことで、P型層13を形成する。その後、フォトレジストを除去する。
【0022】
〔図11(a)に示す工程〕
イオン注入によりN+型領域14を形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。再度、酸化膜34の上にフォトレジスト35を成膜し、アライメントマーク51に基づいてマスク合わせを行い、パターニングすることで、半導体基板15の表層のうち、イオン注入を行わない領域上にのみフォトレジスト35を残す。そして、このフォトレジスト35をマスクとしたイオン注入により、N+型領域14を形成する。その後、フォトレジスト35を除去する。
【0023】
〔図11(b)に示す工程〕
半導体基板15の表面上にBPSG等からなる層間絶縁膜19を形成する。次に、層間絶縁膜19にコンタクトホール21を形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。層間絶縁膜19の上にフォトレジスト36を成膜し、この場合のいても、アライメントマーク51に基づいてマスク合わせを行い、パターニングする。これにより、フォトレジスト36のうち、コンタクトホール21の形成予定領域に対向する領域を開口する。
【0024】
〔図11(c)に示す工程〕
フォトレジスト36をマスクとしたエッチングを行うことで、層間絶縁膜19にコンタクトホール21を形成する。そして、フォトレジスト36を除去する。
【0025】
その後、図示しないが、コンタクトホール21内を含む層間絶縁膜19の上にソース電極20を形成する。また、N+型シリコン基板11の裏面側にドレイン電極22を形成する。これらの工程を経ることで、図7に示すパワーMOSFETが製造される。
【0026】
この方法では、図8(c)に示す工程において、半導体基板15のうち、ICチップの形成予定領域41にトレンチ16を形成するとともに、スクライブラインとなる領域42にアライメントマーク用のトレンチ43を形成している。このように、半導体素子を形成するための工程と同時に、アライメントマークを形成することで、製造工程の増加を抑制することができる。
【0027】
そして、トレンチ16を形成した後の図10(c)、図11(a)に示すように、P型層13やN+型領域14等の不純物拡散層をイオン注入により形成するためのフォトリソグラフィ工程では、トレンチ43により形成したアライメントマーク51に基づいて、マスク合わせを行っている。
【0028】
同様に、図11(b)に示す層間絶縁膜19にコンタクトホール21を形成するためのフォトリソグラフィ工程においても、アライメントマーク51に基づいてマスク合わせを行っている。
【0029】
ここで、不純物拡散層をイオン注入により形成するためのフォトリソグラフィ工程や、コンタクトホール21を形成するためのフォトリソグラフィ工程において、図8(a)に示す工程にてトレンチ16を形成する際に用いたアライメントマークに基づいてマスク合わせを行う方法が考えられる。
【0030】
しかし、この場合、トレンチ16を形成するためのフォトリソグラフィ工程のマスク合わせにてズレが生じてしまうと、その後の不純物拡散層やコンタクトホール21を形成するためのフォトリソグラフィ工程にて、トレンチ16の位置に対して精度良くマスク合わせを行うことができない。つまり、トレンチ16に対して直接マスク合わせを行えないことから、トレンチ16の位置に対するマスク合わせ精度が低下してしまう。
【0031】
これに対して、上述した製造方法では、トレンチ16と同時に形成したトレンチ43により構成されたアライメントマーク51に基づいてマスク合わせを行うことから、図8(a)に示す工程にてトレンチ16を形成する際に用いたアライメントマークに基づいてマスク合わせを行う場合よりも、トレンチ16に対するマスク合わせを精度良く行うことができる。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】
上述した製造方法において、製造工程中に不純物等により半導体装置が汚染されたり、製造装置内が汚染されるのを抑制したいという要望がある。
【0033】
そこで、本発明者らがこのような工程内での汚染を抑制する方法を検討したところ、以下の理由により、アライメントマーク51を構成するトレンチ43が工程内での汚染源になる可能性があることがわかった。
【0034】
図9(b)に示す工程では、半導体素子が形成されるチップ形成予定領域、つまり、ICチップの形成予定領域41のトレンチ16の内部にポリシリコン膜33を埋め込むと共に、アライメントマーク51を構成するトレンチ43の内部にもポリシリコン膜33を埋め込んでいる。
【0035】
このとき、アライメントマーク51を構成するトレンチ43の開口幅が、チップの形成予定領域41に形成されるトレンチ16の開口幅よりも大きい場合、図14に示すように、このトレンチ43にポリシリコンが完全に埋め込まれず、ボイド44が発生する恐れがある。このため、このボイド44にフォトレジストや塵等が入りこみ、工程内の汚染源となる可能性がある。
【0036】
このような問題は、ゲート電極の断面形状がいわゆるI字形状、すなわち、ゲート電極の上部表面が半導体基板の表面と同じ高さ、もしくはそれよりも低い形状のトレンチゲート電極を有する縦型パワーMOSFETや、トレンチゲート電極以外のトレンチキャパシタや、深さが1μm以上のトレンチ内に絶縁膜を埋め込むことで素子分離を行うトレンチ分離等のトレンチを有する構造の半導体装置の製造方法においても言える。
【0037】
断面がI字形状のゲート電極を有する半導体装置は、先に説明した図8〜図11の製造工程に対して、図9(c)に示す工程にて、ポリシリコン膜33がI字形状となるようにパターニングするように変更することで製造される。このとき、トレンチ43の開口幅がICチップの形成予定領域41に形成されるトレンチ16の開口幅よりも大きい場合、図15に示すように、このトレンチ43にポリシリコン膜33が完全に埋め込まれず、ボイド44が発生する恐れがある。
【0038】
また、トレンチ分離の場合では、図示しないが、半導体ウェハのチップ形成予定領域内にトレンチを形成すると共に、スクライブラインにアライメントマークを構成するトレンチを形成する。そして、チップ形成予定領域内のトレンチ内に酸化膜等の絶縁膜を埋め込むと共に、アライメントマークを構成するトレンチ内にも絶縁膜を埋め込む。そして、トレンチ分離の形成後のフォトリソグラフィ工程では、このアライメントマークに基づいて、マスク合わせを行う方法が考えられる。
【0039】
このときにおいても、アライメントマークを構成するトレンチの開口幅が、チップ形成予定領域のトレンチの開口幅よりも大きい場合、トレンチ内に埋め込み用の絶縁膜が完全に埋め込まれず、ボイドが発生する。このため、このボイドにレジストや塵等が入りこみ、工程内の汚染源となる可能性がある。
【0040】
本発明は上記点に鑑みて、アライメントマークを形成するためにトレンチを形成し、その後の工程において、このトレンチ内にポリシリコンや酸化膜等の埋め込み膜を形成したとき、このトレンチ内にボイドが発生するのを抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0041】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、トレンチを形成する工程にて、チップ形成予定領域(41)に第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、半導体ウェハ(15)の非チップ形成予定領域(42)に第2のトレンチ(2)を第1のトレンチ(16)と同じ開口幅にて形成することでアライメントマーク(1)を形成する。埋め込み膜を形成する工程にて、第1のトレンチ(16)および第2のトレンチ(2)の内部に埋め込み膜(18、3)を形成する。その後、フォトリソグラフィ工程にて、アライメントマーク(1)に基づいて、マスク合わせを行うことを特徴としている。
【0042】
通常、チップ形成予定領域に形成するトレンチは、埋め込み膜にてトレンチ内部が完全に充填されるような開口幅にて形成される。したがって、本発明では、非チップ形成予定領域にて、チップ形成予定領域に形成する第1のトレンチと同じ開口幅にて第2のトレンチを形成することから、第2のトレンチの内部に埋め込み膜を形成したとき、ボイドの発生を抑制することができる。
【0043】
これにより、アライメントマークとしての第2のトレンチを形成したとき、このトレンチが工程内での汚染源となる可能性を抑えることができる。
【0044】
また、埋め込み膜を形成した後のフォトリソグラフィ工程では、この第2のトレンチを基にして、マスク合わせを行うことで、第1のトレンチの位置に対して、精度良くマスク合わせを行うことができる。
【0045】
例えば、アライメントマークの平面形状は、請求項2に示すように、第2のトレンチ(2)により縁取られた形状とすることができる。これにより、アライメントマーク自体の大きさを任意の大きさにて形成することができる。
【0046】
請求項3に記載の発明では、トレンチを形成する工程にて、半導体ウェハ(15)の表面上に開口部を有するマスク材(31)を形成し、マスク材(31)を用いたエッチングにより、チップ形成予定領域(41)に第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、半導体ウェハ(15)の非チップ形成予定領域(42)に、第2のトレンチ(2)を第1のトレンチ(16)と同じ開口幅にて形成する。埋め込み膜(18)を形成する工程にて、非チップ形成予定領域(42)にマスク材(31)を残した状態で、第1のトレンチ(16)および第2のトレンチ(2)の内部に、上部表面が半導体ウェハ(15)の表面と同じ高さ、もしくは半導体ウェハ(15)の表面よりも低くなるように埋め込み膜(18、3)を形成すると共に、非チップ形成予定領域(42)にマスク材(31)の開口部の端面(31a)により構成されたアライメントマーク(5)を形成する。その後、フォトリソグラフィ工程にて、アライメントマーク(5)に基づいて、マスク合わせを行うことを特徴としている。
【0047】
ここで、トレンチ形成後のフォトリソグラフィ工程は、レジストを半導体ウェハの表面上に成膜した後、露光装置にて画像認識等により、半導体ウェハに形成されたアライメントマークを読みとることでマスク合わせを行う。
【0048】
しかし、非チップ形成予定領域にて第2のトレンチ(2)によりアライメントマーク(1)を形成し、その後、第2のトレンチの内部に上部表面が半導体ウェハの表面と同じ高さとなるように埋め込み膜(18、3)を形成し、さらに、トレンチを形成するときに用いたマスク材を除去した場合、第2のトレンチの内部が埋め込み膜で埋め込まれ、半導体ウェハ表面との間に段差が無くなるように平坦化されていることから、第2のトレンチにより形成されたアライメントマークを読みとることが困難な場合がある。
【0049】
また、フォトリソグラフィ工程にてパターニングするための膜等が第2のトレンチを覆うように形成されている場合、第2のトレンチにより形成されたアライメントマークを読みとることが困難な場合がある。
【0050】
そこで、請求項3に記載の発明では、第2のトレンチを第1のトレンチと同じ開口幅にて形成するだけでなく、さらに第1のトレンチおよび第2のトレンチの内部に、上部表面が半導体ウェハの表面と同じ高さ、もしくは半導体ウェハの表面よりも低い形状となるように、埋め込み膜を形成し、非チップ形成予定領域において、マスク材を除去せず残した状態とすることで、マスク材の開口部にてマスク材の表面と半導体ウェハの表面との間に段差を生じさせている。すなわち、マスク材の開口部の端面によりアライメントマーク(5)を形成している。
【0051】
したがって、このように半導体ウェハの表面上方、すなわち、第2のトレンチよりも、露光装置に近い部分に別途アライメントマークとしての段差を設けていことから、露光装置にて画像認識等により第2のトレンチに形成されたアライメントマークを読みとる場合と比較して、アライメントマークの読みとりを容易に行うことができる。
【0052】
また、請求項5に記載の発明では、トレンチを形成する工程にて、半導体ウェハ(15)の表面上に開口部を有するマスク材(31)を形成し、マスク材(31)を用いたエッチングにより、チップ形成予定領域(41)に第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、半導体ウェハ(15)の非チップ形成予定領域(42)に、第2のトレンチ(2)を第1のトレンチ(16)と同じ開口幅にて形成する。導電性膜を形成する工程にて、マスク材(31)を残した状態で、第1のトレンチ(16)および第2のトレンチ(2)の内部に、上部表面が半導体ウェハ(15)の表面よりも高く、マスク材(31)の表面よりも低くなるように導電性膜(18、3)を形成し、非チップ形成予定領域(42)にてマスク材(31)を除去することで、導電性膜(3)の半導体ウェハ(15)の表面上方に突出した部分(3a)の端面(3c)により構成されたアライメントマーク(4)を形成する。その後、フォトリソグラフィ工程にて、アライメントマーク(4)に基づいて、マスク合わせを行うことを特徴としている。
【0053】
ここで、非チップ形成予定領域に第2のトレンチによりアライメントマークを形成し、その後、マスク材を残した状態で、第2のトレンチの内部に上部表面が半導体ウェハの表面よりも高く、マスク材の表面と同じ、もしくはそれよりも低くなるように導電性膜(18、3)を形成し、さらにフォトリソグラフィ工程においても、マスク材を残した状態でマスク合わせを行う場合、埋め込み膜やフォトリソグラフィ工程にてパターニングするための膜等が第2のトレンチを覆うように形成されていることから、第2のトレンチにより形成されたアライメントマークを読みとることが困難な場合がある。
【0054】
これに対して、請求項5に記載の発明では、第2のトレンチを第1のトレンチと同じ開口幅にて形成するだけでなく、さらに第1のトレンチおよび第2のトレンチの内部に、上部表面が半導体ウェハの表面よりも高くなるように導電性膜を形成すると共に、非チップ形成予定領域にて、マスク材を除去することで、半導体ウェハの表面上方に突出した部分と半導体ウェハの表面とに段差を生じさせている。すなわち、導電性膜の半導体ウェハの表面上方に突出した部分(3a)の端面(3c)によりアライメントマーク(4)を形成している。
【0055】
したがって、請求項5に記載の発明によれば、このように半導体ウェハの表面上方、すなわち、第2のトレンチよりも、露光装置に近い部分に別途アライメントマークとしての段差を設けていことから、露光装置にて画像認識等により第2のトレンチに形成されたアライメントマークを読みとる場合と比較して、アライメントマークの読みとりを容易に行うことができる。
【0056】
アライメントマークの平面形状は、請求項4、6に示すように、例えば、マスク材(31)の開口部や、導電性膜(3)により縁取られた形状とすることができる。これにより、アライメントマーク自体の大きさを任意の大きさにて形成することができる。
【0057】
また、請求項7に示すように、チップ形成予定領域(41)に開口幅が異なる複数の第1のトレンチ(16)を形成する場合、トレンチを形成する工程にて、チップ形成予定領域(41)に開口幅が異なる複数の第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、複数の第1のトレンチ(16)のうち、開口幅が最も小さいトレンチと同じ開口幅にて、非チップ形成予定領域(42)に第2のトレンチ(2)を形成することが好ましい。
【0058】
また、請求項8に示すように、チップ形成予定領域(41)にトレンチを形成する工程では、表面からの深さが1μm以上であるトレンチ(16)を形成することが好ましい。
【0059】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0060】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態では、従来技術の欄と同様に、図7に示すトレンチゲート構造の縦型パワーMOSFETの製造方法を例として、図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)、図10(a)〜(c)、図11(a)〜(c)を用いて説明する。なお、従来技術の欄にて説明した内容と同じ内容については、一部説明を省略する。
【0061】
図8(a)〜(c)に示す工程にて、フォトリソグラフィとドライエッチング工程により、半導体基板15の主表面(一表面)にトレンチ16を形成する。本実施形態では、このトレンチ16の基板表面からの深さは例えば1〜3μmとし、開口幅は例えば1μm程度とする。このとき、図12中の各ICチップが形成される領域41の間のスクライブラインとなる領域42に、図1に示すように、後のフォトリソグラフィ工程でのマスク合わせ用のアライメントマークとしてのトレンチ2を形成する。
【0062】
図1(a)にアライメントマークの平面図を示し、図1(b)に図1(a)中のA−A線方向断面図を示す。本実施形態では、図1(a)、(b)に示すように、アライメントマーク1の平面形状を、例えば、トレンチ2により縁取られた十字形状とする。また、このトレンチ2の開口幅2aは、ICチップの形成予定領域41に形成するトレンチ16と同様に1μm程度とする。
【0063】
図9(a)に示す工程にてゲート絶縁膜を形成し、図9(b)に示す工程にて、絶縁膜31を残した状態で、ICチップの形成予定領域41のトレンチ16およびスクライブライン領域のトレンチ2の内部を含む半導体基板15の表面上にポリシリコン膜33を堆積させる。なお、ポリシリコン膜33の代わりに他の導電性膜を用いることもできる。
【0064】
そして、図9(c)に示す工程にて、ポリシリコン膜33をエッチングすることで、チップ形成予定領域にゲート電極18を形成する。このゲート電極18の形成では、トレンチ6の内壁のダメージ除去処理のためのケミカルドライエッチング等にて、開口端が後退した絶縁膜31を利用したエッチングにより、断面がT字形状のゲート電極18を形成する。なお、ゲート電極18の上部表面は半導体基板15の表面よりも高く、かつ、絶縁膜31の表面と同じか、もしくはそれよりも低くなっている。
【0065】
このとき、ここでは図示しないが、スクライブラインとなる領域42のトレンチ2においても、ゲート電極18と同様にトレンチ2に埋め込まれたポリシリコン膜33をパターニングし、断面がT字形状のポリシリコン膜3を形成する。続いて、図10(a)に示す工程にて、トレンチ16の形成用のマスクとして用いた絶縁膜31を除去する。
【0066】
これにより、図2(b)に示すように、ポリシリコン膜3には端面3cが生じ、ポリシリコン膜3の表面と半導体基板15の表面との間に段差が生じる。そして、この半導体基板15の表面上方からこの半導体基板15の表面をみたとき、図2(a)に示すように、スクライブラインとなる領域42において、ポリシリコン膜3により縁取られた十字形状の図形4が形成される。
【0067】
なお、このT字形状のポリシリコン膜3の断面形状において、ひさし部3aの先端3bからトレンチ2の開口端2aまでの長さ3dは、任意に設定することができる。
【0068】
図10(b)に示す工程にて半導体基板15の基板表面に酸化膜34を形成する。
【0069】
図10(c)に示す工程にてイオン注入を行う際のマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。この工程では表面上にフォトレジストを成膜した半導体基板15を露光装置にセットし、フォトマスクを通した露光により、マスクパターンをフォトレジストに転写する。このとき、マスク合わせは、スクライブラインとなる領域42に形成されたT字形状のポリシリコン膜3により構成された十字形状の図形をアライメントマーク4として、露光装置の画像認識等により読みとることで行う。
【0070】
続いて、フォトレジストを現像処理することでパターニングし、このフォトレジストをマスクとしたイオン注入によりP型層13を形成する。その後、このフォトレジストを除去する。
【0071】
図11(a)に示す工程にてイオン注入を行う際のマスクを形成するために再度フォトリソグラフィ工程を行う。この工程においても、図2(a)に示すように、スクライブラインとなる領域42に形成されたT字形状のポリシリコン膜3の端面3cより構成された平面形状が十字形状であるアライメントマーク4に基づいてマスク合わせを行い、フォトレジスト35をパターニングする。
【0072】
そして、パターニングされたフォトレジスト35をマスクとしたイオン注入により、N+型領域14を形成する。
【0073】
図11(b)に示す工程では、ゲート電極18の表面上を含む半導体基板15の表面上にBPSG膜等により層間絶縁膜19を形成する。このとき、図3に示すように、スクライブラインとなる領域42においても、T字形状のポリシリコン膜3の上に層間絶縁膜19が形成される。
【0074】
その後、層間絶縁膜19にエッチングによりコンタクトホール21を形成する際のマスクを形成するためにフォトリソグラフィ工程を行う。この工程においても、図10(c)に示す工程と同様に、スクライブラインとなる領域42に形成されたT字形状のポリシリコン膜3の端面3cにより構成された平面形状が十字形状のアライメントマーク4に基づいてマスク合わせを行い、フォトレジスト36をパターニングする。これにより、フォトレジスト36のうち、コンタクトホール21の形成予定領域上に位置する領域を開口させる。
【0075】
図11(c)に示す工程にて、パターニングされたフォトレジスト36をマスクとしたエッチングを行うことで、層間絶縁膜19にコンタクトホール21を形成する。そして、フォトレジスト36を除去する。
【0076】
その後、従来の技術の欄にて説明したように、ソース電極20、ドレイン電極22を形成する。これらの工程を経ることで、図7に示すパワーMOSFETを製造することができる。
【0077】
上述したように、本実施形態では図8(a)〜(c)に示す工程において、半導体基板15(半導体ウェハ)のICチップの形成予定領域41にゲート電極を形成するためのトレンチ16を形成すると共に、スクライブラインとなる領域42に、トレンチ2を形成している。このとき、トレンチ2の開口幅をチップ形成予定領域のトレンチ16の開口幅と同じ大きさとしている。
【0078】
ここで、トレンチゲート電極を有する半導体装置では、通常、ICチップの形成予定領域41のトレンチ内にポリシリコン等の導電性膜を埋め込むことでゲート電極を形成したとき、トレンチの内部にボイドが発生しないように、狭い開口幅にてトレンチを形成している。
【0079】
本実施形態では、スクライブラインとなる領域42に形成したトレンチ2の開口幅をチップ形成予定領域のトレンチ16と同じ大きさとしていることから、図3に示すように、トレンチ2の内部を完全にポリシリコン膜33にて埋め込むことができ、ボイドが発生するのを抑制することができる。したがって、ボイドにフォトレジストや塵等が入り、ボイドが工程内の汚染源となるのを防ぐことができる。
【0080】
また、本実施形態では、図9(c)に示す工程にて、チップ形成予定領域41のトレンチ16の内部に埋め込まれたポリシリコン膜33を断面がT字形状となるようにパターニングすると共に、スクライブラインとなる領域42のトレンチ2の内部に埋め込まれたポリシリコン膜33も断面がT字形状となるようにパターニングしている。その後、絶縁膜31を除去することで、断面がT字形状のポリシリコン膜3による半導体基板15の表面との段差を生じさせる。
【0081】
そして、トレンチ16を形成した後の図10(c)、図11(a)に示すP型層13、N+型領域14をイオン注入にて形成する際のマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程や、図11(b)に示す層間絶縁膜19にコンタクトホール21をエッチングにより形成する際のマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程では、T字形状のポリシリコン膜3のうち、半導体基板15の表面上の端面(ひさし部3aの先端3bの端面)3cにより構成された十字形状のアライメントマーク4を、半導体基板15の表面上方から露光装置の画像認識等により読みとることでマスク合わせを行っている。
【0082】
ここで、図10(a)に示す工程では、チップ形成予定領域の絶縁膜31をエッチングにより除去すると共に、スクライブラインとなる領域42の絶縁膜31もエッチングにより除去していたが、図10(a)に示す工程の前に、スクライブラインとなる領域42の絶縁膜31の上にフォトレジストを形成しておくことで、スクライブラインとなる領域42の絶縁膜31は除去せず、残した状態にすることもできる。
【0083】
この場合では、図10(c)、図11(a)、(b)に示すフォトリソグラフィ工程において、トレンチ2により構成されたアライメントマーク1を露光装置の画像認識等により読みとることでマスク合わせを行う。アライメントマーク1がポリシリコン膜等の膜に覆われていても、アライメントマーク1を読みとることができるので、このようにしてトレンチ16の位置に対してマスク合わせを行うこともできる。
【0084】
しかし、図10(c)、図11(a)に示す工程のように、トレンチ2がポリシリコン膜3により覆われている場合では、マスク合わせを行うとき、トレンチ2により形成されたアライメントマーク1を読みとるのが困難となる場合が生じる可能性がある。
【0085】
また、図11(b)に示す工程では、トレンチ2がポリシリコン膜3だけでなく、さらに層間絶縁膜19により覆われているため、アライメントマークを読みとるのが困難な場合が生じる可能性がある。
【0086】
これに対して、本実施形態では、スクライブラインとなる領域42において、トレンチ2の内部に埋め込んだポリシリコン膜3をT字形状にてパターニングし、絶縁膜31を除去することで、別途、ポリシリコン膜3の表面と半導体基板15の表面との間に段差を設け、アライメントマーク4を形成している。
【0087】
このことから、図10(c)、図11(a)、(b)に示すフォトリソグラフィ工程でのマスク合わせにおいて、絶縁膜31を除去せずトレンチ2により形成されたアライメントマーク1を読みとる場合と比較して、マスク合わせを容易に行うことができる。
【0088】
また、本実施形態では、図1に示すように、アライメントマーク1の平面形状を十字形状とし、そのアライメントマーク1の縁部分にのみトレンチ2を形成している。すなわち、アライメントマーク1の平面形状をトレンチ2によって縁取られた十字形状としている。同様に、本実施形態では、アライメントマーク4の平面形状をポリシリコン膜3によって縁取られた十字形状としている。
【0089】
しかしながら、アライメントマーク1およびアライメントマーク4の形状は露光装置の画像認識等により、アライメントマークの読みとりが可能であれば、アライメントマーク1およびアライメントマーク4全体をトレンチ2またはポリシリコン膜3により形成した十字形状とすることもできる。
【0090】
ただし、マスク合わせのときにアライメントマークを認識するための図形の必要な大きさは、露光装置によって異なる。したがって、アライメントマークの図形を平面での十字形状とし、そのアライメントマーク全体をトレンチ2(ポリシリコン膜3)により形成した場合では、トレンチ2(ポリシリコン膜3)の幅が小さいため、認識できない場合がある。
【0091】
このような場合、本実施形態のように所望の大きさの図形の縁部分にトレンチ2(ポリシリコン膜3)を形成することで、所望の大きさのアライメントマークを形成することができる。これにより、どのような種類の露光装置であっても、マスク合わせ時にアライメントマークを認識することができる。
【0092】
(第2実施形態)
第1実施形態では、スクライブラインとなる領域42のトレンチ2に埋め込まれたポリシリコン膜3の断面形状をT字形状とした場合を説明したが、以下に説明するように、ポリシリコン膜3の断面をいわゆるI字形状とすることもできる。
【0093】
図4に本実施形態におけるトレンチゲート電極を有する半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、図7に示す半導体装置に対して、ゲート電極18の断面形状が異なっているだけであり、その他の構造は同じであるため、図3と同じ構造部については同一の符号を付すことで説明を省略する。
【0094】
この半導体装置は、ゲート電極18の上部表面が半導体基板15の表面と同等、もしくは半導体基板15の表面よりも低くなるように形成されている。このような半導体装置を製造する場合では、図8〜図11に示す製造工程を以下のように変更する。
【0095】
図9(c)に示す工程にて、絶縁膜31を残した状態で、ICチップの形成予定領域41のトレンチ16に埋め込まれたポリシリコン膜33の最上部の表面が半導体基板15の表面と同等もしくはそれよりも低くなるように、ポリシリコン膜33をエッチングする。
【0096】
このとき、スクライブラインとなる領域42のトレンチ2に埋め込まれたポリシリコン膜33もICチップの形成予定領域41と同様に、ポリシリコン膜33の最上部の表面が半導体基板15の表面と同等もしくはそれよりも低くなるようにエッチングする。
【0097】
図10(a)に示す工程では、ICチップの形成予定領域41にて、トレンチ16の形成用のマスクとして用いた絶縁膜31を除去し、スクライブラインとなる領域42においては、絶縁膜31の表面上にあらかじめフォトレジストによりマスクを形成しておくことで、絶縁膜31を残した状態とする。その後、このフォトレジストを除去する。
【0098】
これにより、図5(b)に示すように、絶縁膜31は開口端31aを有しているため、絶縁膜31の表面と半導体基板15の表面との間に段差が生じており、この段差により、図5(a)に示すように、平面形状が十字形状であるアライメントマーク5が構成される。なお、このアライメントマーク5は、絶縁膜31の開口部により縁取られた形状となっている。
【0099】
そして、図10(c)に示すP型層13をイオン注入により形成する際のマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程においては、絶縁膜31の開口端31aにより構成されたアライメントマークを露光装置の画像処理等により読みとることでマスク合わせを行う。
【0100】
同様に、図11(a)に示すN+型領域14をイオン注入により形成する際のマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程においても、絶縁膜31の開口端31aにより構成されたアライメントマーク5を読みとることでマスク合わせを行う。
【0101】
また、図11(b)に示す工程では、ICチップの形成予定領域41およびスクライブラインとなる領域42の半導体基板15の表面に層間絶縁膜19を形成する。そして、層間絶縁膜19にコンタクトホール21をエッチングにより形成する際のマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程においても、図9に示すように、スクライブラインとなる領域42における絶縁膜31の開口端31aにより構成されたアライメントマーク5を読みとることでマスク合わせを行う。
【0102】
このように製造工程を変更することで、図4に示す半導体装置を製造することができる。
【0103】
本実施形態においても、図6に示すように、スクライブラインとなる領域42に形成したトレンチ2の開口幅をチップ形成予定領域のトレンチ16と同じ大きさとしていることから、トレンチ2の内部をポリシリコン膜3にて完全に埋め込むことができ、トレンチ2に埋め込まれたポリシリコン膜3にボイドが発生するのを抑制することができる。
【0104】
また、本実施形態では、スクライブラインとなる領域42でのトレンチ2に埋め込まれたポリシリコン膜3を断面がI字形状にて形成したとき、絶縁膜31を残した状態としている。
【0105】
ここで、絶縁膜31を必ず残す必要はなく、絶縁膜31を除去することもできる。この場合では、図10(c)、図11(a)、(b)に示すフォトリソグラフィ工程において、トレンチ2により構成されたアライメントマーク1を露光装置の画像認識等により読みとることでマスク合わせを行う。
【0106】
しかし、絶縁膜31を除去した場合では、トレンチ2の内部に埋め込まれたポリシリコン膜3の最上部表面の位置が半導体基板15の表面と同等の高さとなっている場合、スクライブラインとなる領域42の表面が平坦となっているため、アライメントマークを露光装置の画像処理等により読みとることが困難となる場合が生じる可能性がある。
【0107】
また、図11(b)に示す工程では、トレンチ2が層間絶縁膜19により覆われているため、アライメントマーク1を読みとるのが困難な場合が生じる可能性がある。
【0108】
これに対して、本実施形態では、図5(a)に示すように、半導体基板15の表面上に、絶縁膜31の開口部の端面31aによる段差を生じさせることで、絶縁膜31の開口部により縁取られた十字形状のアライメントマーク5を形成している。そして、図10(c)、図11(a)、(b)に示す工程にて、このアライメントマーク5に基づいてマスク合わせをしている。これにより、絶縁膜31が除去され、トレンチ2により形成されたアライメントマーク1に基づいてマスク合わせをする場合と比較して、トレンチ16を形成した後のフォトリソグラフィ工程にて、マスク合わせを容易に行うことができる。
【0109】
(他の実施形態)
なお、上記した各実施形態では、トレンチ16内にゲート電極18を形成する工程の後に、P型層13、N+型領域14の不純物拡散層を形成する工程を行うパワーMOSFETを有する半導体装置の製造方法を例として説明したが、トレンチ16内にゲート電極18を形成する工程の前に、P型層13、N+型領域14の不純物拡散層を形成する工程を行うパワーMOSFETを有する半導体装置の製造方法においても本発明を適用することができる。
【0110】
また、上記した各実施形態では、Nチャネル型のトレンチゲート構造の縦型パワーMOSFETを例として説明したが、各半導体層の導電型が反対の導電型であるPチャネル型のトレンチゲート構造の縦型パワーMOSFETを有する半導体装置の製造方法にも本発明を適用することができる。
【0111】
また、パワーMOSFETに対してシリコン基板11とドリフト層12の導電型が相互に異なるIGBT、トレンチキャパシタ等のトレンチゲート構造を有する半導体装置や、素子分離のためのトレンチ内に絶縁膜が配置されている半導体装置等のトレンチを有する構造の半導体装置の製造方法においても、本発明を適用することができる。なお、素子分離のためのトレンチ内に絶縁膜が配置されている半導体装置の製造方法では、特にトレンチの深さが表面から1μm以上である半導体装置を製造する場合に本発明を適用するのが好ましい。
【0112】
また、上記した各実施形態において、ICチップの形成予定領域41に開口幅が異なる複数のトレンチを形成する場合では、図8(a)〜(c)に示す工程にて、ICチップの形成予定領域41に開口幅が異なる複数のトレンチを形成し、スクライブラインとなる領域42に、それら複数のトレンチのうち、開口幅が最も小さいトレンチと同じ開口幅にて、トレンチ2を形成することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1実施形態におけるトレンチにより形成されたアライメントマークの平面図であり、(b)は(a)中のA−A線方向断面図である。
【図2】(a)は本発明の第1実施形態におけるトレンチ内に埋め込まれたポリシリコンにより形成されたアライメントマークの平面図であり、(b)は(a)中のA−A線方向断面図である。
【図3】半導体基板の表面上に層間絶縁膜が形成された後の図2(b)中の1つのトレンチ近傍を示す図である。
【図4】本発明の第2実施形態におけるトレンチゲート構造のパワーMOSFETの断面図である。
【図5】(a)は本発明の第2実施形態におけるアライメントマークの平面図であり、(b)は(a)中のA−A線方向断面図である。
【図6】半導体基板の表面上に層間絶縁膜が形成された後の図5(b)中の1つのトレンチ近傍を示す図である。
【図7】トレンチゲート構造のパワーMOSFETの断面図である。
【図8】図7に示すパワーMOSFETの製造方法を説明するための断面図である。
【図9】図8に続くパワーMOSFETの製造方法を説明するための断面図である。
【図10】図9に続くパワーMOSFETの製造方法を説明するための断面図である。
【図11】図10に続くパワーMOSFETの製造方法を説明するための断面図である。
【図12】図7に示すパワーMOSFETを製造する際に用いる半導体基板(半導体ウェハ)の平面図である。
【図13】(a)は従来技術の欄にて説明するトレンチにより形成されたアライメントマークの平面図であり、(b)はA−A線方向断面図である。
【図14】アライメントマークをトレンチにより形成したときの課題を説明するための図であり、(a)、(b)はそれぞれ図13(a)、(b)に対応する図である。
【図15】アライメントマークをトレンチにより形成したときの課題を説明するための図であり、図13(b)に対応する図である。
【符号の説明】
1、4、5…アライメントマーク、2…トレンチ、3…ポリシリコン膜、
11…N+型シリコン基板、12…N−型層、13…P型層、14…N+型領域、
15…半導体基板、16…トレンチ、17…ゲート絶縁膜、
18、33…ポリシリコン膜、19…層間絶縁膜、20…ソース電極、
21…コンタクトホール、22…ドレイン電極。
Claims (8)
- 半導体ウェハ(15)のチップ形成予定領域(41)にトレンチ(16)を形成する工程と、
前記トレンチ(16)の内部に埋め込み膜(18)を形成する工程と、
前記埋め込み膜(18)を形成する工程後に行うフォトリソグラフィ工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記トレンチを形成する工程では、前記チップ形成予定領域(41)に第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、前記半導体ウェハ(15)の非チップ形成予定領域(42)に第2のトレンチ(2)を前記第1のトレンチ(16)と同じ開口幅にて形成することでアライメントマーク(1)を形成し、
前記埋め込み膜を形成する工程では、前記第1のトレンチ(16)および前記第2のトレンチ(2)の内部に埋め込み膜(18、3)を形成し、
前記フォトリソグラフィ工程では、前記アライメントマーク(1)に基づいて、マスク合わせを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記アライメントマーク(1)の平面形状を前記第2のトレンチ(2)により縁取られた形状とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体ウェハ(15)のチップ形成予定領域(41)にトレンチ(16)を形成する工程と、
前記トレンチ(16)の内部に埋め込み膜(18)を形成する工程と、
前記埋め込み膜(18)を形成する工程後に行うフォトリソグラフィ工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記トレンチを形成する工程では、前記半導体ウェハ(15)の表面上に開口部を有するマスク材(31)を形成し、前記マスク材(31)を用いたエッチングにより、前記チップ形成予定領域(41)に第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、前記半導体ウェハ(15)の非チップ形成予定領域(42)に、第2のトレンチ(2)を前記第1のトレンチ(16)と同じ開口幅にて形成し、
前記埋め込み膜(18)を形成する工程では、前記非チップ形成予定領域(42)に前記マスク材(31)を残した状態で、前記第1のトレンチ(16)および前記第2のトレンチ(2)の内部に、上部表面が前記半導体ウェハ(15)の表面と同じ高さ、もしくは前記半導体ウェハ(15)の表面よりも低くなるように前記埋め込み膜(18、3)を形成すると共に、前記非チップ形成予定領域(42)に前記前記マスク材(31)の開口部の端面(31a)により構成されたアライメントマーク(5)を形成し、
前記フォトリソグラフィ工程では、前記アライメントマーク(5)に基づいて、前記マスク合わせを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記アライメントマーク(5)の平面形状を前記マスク材(31)の前記開口部により縁取られた形状とすることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体ウェハ(15)のチップ形成予定領域(41)にトレンチ(16)を形成する工程と、
前記トレンチ(16)の内部に導電性膜(18)を形成する工程と、
前記導電性膜(18)を形成する工程後に行うフォトリソグラフィ工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記トレンチを形成する工程では、前記半導体ウェハ(15)の表面上に開口部を有するマスク材(31)を形成し、前記マスク材(31)を用いたエッチングにより、前記チップ形成予定領域(41)に第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、前記半導体ウェハ(15)の非チップ形成予定領域(42)に、第2のトレンチ(2)を前記第1のトレンチ(16)と同じ開口幅にて形成し、
前記導電性膜を形成する工程では、前記マスク材(31)を残した状態で、前記第1のトレンチ(16)および前記第2のトレンチ(2)の内部に、上部表面が前記半導体ウェハ(15)の表面よりも高く、かつ、前記マスク材(31)の表面と同じ高さ、もしくは前記マスク材(31)の表面よりも低くなるように前記導電性膜(18、3)を形成し、前記非チップ形成予定領域(42)にて前記マスク材(31)を除去することで、前記導電性膜(3)の前記半導体ウェハ(15)の表面上方に突出した部分(3a)の端面(3c)により構成されたアライメントマーク(4)を形成し、
前記フォトリソグラフィ工程では、前記アライメントマーク(4)に基づいて、マスク合わせを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記アライメントマーク(4)の平面形状を前記第2のトレンチ(2)に埋め込まれた前記導電性膜(3)により縁取られた形状とすることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチを形成する工程では、前記チップ形成予定領域(41)に開口幅が異なる複数の第1のトレンチ(16)を形成すると同時に、前記複数の第1のトレンチ(16)のうち、開口幅が最も小さいトレンチと同じ開口幅にて、前記非チップ形成予定領域(42)に第2のトレンチ(2)を形成することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記トレンチを形成する工程では、表面からの深さが1μm以上である前記トレンチ(16)を形成することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
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