JP2006114772A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせを精度良く行うことが可能なアライメントマークを備えた半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device including an alignment mark that can be accurately superimposed between a plurality of photoengraving steps, and a method for manufacturing the same.
一般に半導体装置はシリコン基板に対して、成膜工程、写真製版工程、加工・イオン注入口工程を繰り返すことで形成される。そして、このような半導体装置は、写真製版工程で形成される複数のパターンを積層して形成する構造であるため、複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせを精度良く行うことが重要となる。 Generally, a semiconductor device is formed on a silicon substrate by repeating a film forming process, a photolithography process, and a processing / ion implantation process. And since such a semiconductor device has a structure in which a plurality of patterns formed in the photolithography process are laminated, it is important to perform overlaying between the photolithography processes performed multiple times with high accuracy. Become.
ここで、多くの半導体装置では最初に素子分離構造を形成するため、素子分離構造で形成されたアライメントマークは写真製版の重ね合わせについてリファレンスとなる。そして、後の工程で重ね合わせを精度良く行うためには、アライメントマークがそれぞれの工程ではっきりと識別できるように形成する必要がある。 Here, since many semiconductor devices first form an element isolation structure, the alignment mark formed by the element isolation structure serves as a reference for superposition of photolithography. And in order to perform superposition | superposition with a sufficient precision in a next process, it is necessary to form so that an alignment mark can be identified clearly at each process.
写真製版の重ね合わせが問題となる場合としては、下地の構造が見えにくくなる工程が挙げられる。具体的にはトランジスタのゲート電極を形成する際に、電極の材料としてメタルやメタルシリサイドを用いる場合などがある。シリコン基板全面にメタル層が成膜された場合は、メタル層が光を反射するため光学的にアライメントマークを検出するのが難しくなる。特に下地の分離構造のシリコン基板との段差が小さい場合には、重ね合わせの難易度はより大きくなる。 An example of a case where superposition of photolithography is a problem is a process in which the underlying structure is difficult to see. Specifically, when forming a gate electrode of a transistor, metal or metal silicide may be used as an electrode material. When the metal layer is formed on the entire surface of the silicon substrate, it is difficult to optically detect the alignment mark because the metal layer reflects light. In particular, when the level difference from the silicon substrate of the base separation structure is small, the difficulty of superposition becomes greater.
これを回避する方法の1つとして、素子分離構造に用いられる絶縁膜をエッチングし、段差を付けておく手法がある。基板の一部をマスクして選択的に酸化することで素子分離構造を形成するLOCOS法(Local Oxidation of Silicon)や、基板をエッチングして溝(トレンチ)を形成し、この溝に絶縁膜を埋め込んで素子分離を形成するSTI(Shallow Trench Isolation)構造によりアライメントマークをパターニングした後、アライメントマーク部のみを開口したフォトレジストをマスクとして絶縁膜のエッチングを行うことで、シリコン基板をリセスしたマークが形成される。特に基板に垂直段差が形成できるSTI構造では段差のはっきりとしたマークが形成可能となる。 As one method of avoiding this, there is a method of providing a step by etching an insulating film used for an element isolation structure. LOCOS method (Local Oxidation of Silicon) that forms an element isolation structure by selectively oxidizing with masking a part of the substrate, or a trench is formed by etching the substrate, and an insulating film is formed in this trench After patterning the alignment mark with an STI (Shallow Trench Isolation) structure that embeds and forms element isolation, the insulating film is etched using a photoresist having an opening only in the alignment mark as a mask. It is formed. In particular, in an STI structure that can form a vertical step on a substrate, a mark with a clear step can be formed.
このように素子分離構造に用いられるアライメントマークとしては、通常の素子分離と同様に形成したアライメントマーク(以下、分離マークと称する)や、素子分離構造の絶縁膜をエッチングし、基板をリセスしたアライメントマーク(以下、基板マークと称する)などがある。これらのマークの上に積層される膜が光学的に透明な膜である場合は重ね合わせを行うことができる。一方、該基板マークの上に積層される膜が光学的に不透明な反射膜である場合は、段差の小さい分離マークでは検出が難しく、比較的大きな段差を形成できる基板マークのような構造が必要となる。 As an alignment mark used in the element isolation structure as described above, an alignment mark formed in the same manner as normal element isolation (hereinafter referred to as an isolation mark) or an insulating film of the element isolation structure is etched to recess the substrate. Marks (hereinafter referred to as substrate marks). When the film laminated on these marks is an optically transparent film, superposition can be performed. On the other hand, when the film laminated on the substrate mark is an optically opaque reflective film, it is difficult to detect with a separation mark having a small step, and a structure like a substrate mark that can form a relatively large step is required. It becomes.
基板マークを形成する場合、STI構造を形成する際の、広い活性領域上の絶縁膜を選択的にエッチングにより除去する工程(以下、プリエッチングと称する)により行う。STI構造を形成する工程は大きく分けると、基板にトレンチを形成する工程、絶縁膜を堆積する工程、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法による平坦化工程、の3つのステップで構成される。堆積した絶縁膜をそのままCMPで研磨したい場合、広い分離構造の領域はすり鉢状に落ち込む場合がある(以下、ディッシングと称する)。これは、CMPの研磨布のたわみ等が影響して、活性領域上の絶縁膜を除去する際に広い分離の、特に中央分が削られることが原因である。 The formation of the substrate mark is performed by a step of selectively removing the insulating film on the wide active region by etching (hereinafter referred to as pre-etching) when forming the STI structure. The process of forming the STI structure is roughly divided into three steps: a process of forming a trench in the substrate, a process of depositing an insulating film, and a planarization process by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. When it is desired to polish the deposited insulating film as it is by CMP, a wide isolation structure region may fall into a mortar shape (hereinafter referred to as dishing). This is because, due to the influence of the CMP polishing cloth, the wide separation, particularly the central portion, is removed when the insulating film on the active region is removed.
このディッシングの発生を避けるためにプリエッチングを行い、活性領域上の研磨量を減らしてディッシングの発生を抑制し、分離構造膜厚の面内均一性を向上させる。プリエッチングは広い活性領域部を開口したフォトレジストマスクを用いて写真製版を行い、絶縁膜をエッチングする。この際にアライメントマーク部も開口しておくことで、工程数を増加させることなく基板マーク構造を形成することができる。 In order to avoid the occurrence of dishing, pre-etching is performed, the amount of polishing on the active region is reduced to suppress the occurrence of dishing, and the in-plane uniformity of the separation structure film thickness is improved. In the pre-etching, photolithography is performed using a photoresist mask having a wide active region portion, and the insulating film is etched. At this time, by opening the alignment mark part, the substrate mark structure can be formed without increasing the number of steps.
また、その他にも、基板上に熱酸化膜および窒化膜を形成した後、レジストを用いて熱酸化膜および窒化膜の所定の位置に溝を形成し、この溝をアライメントマークとして用いる技術が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。しかしながら、この技術において形成したアライメントマークは、窒化膜/酸化膜スタック越しにイオン注入を行う際の写真製版工程に特化したマークであり、任意の工程において用いることができないという不都合がある。 In addition, a technique is proposed in which after a thermal oxide film and a nitride film are formed on a substrate, a groove is formed at a predetermined position of the thermal oxide film and the nitride film using a resist, and this groove is used as an alignment mark. (For example, refer to Patent Document 1). However, the alignment mark formed in this technique is a mark specialized for a photoengraving process when ion implantation is performed through a nitride film / oxide film stack, and there is a disadvantage that it cannot be used in an arbitrary process.
ところで、より高速で動作するCMOS回路への需要から、MOSトランジスタの駆動電流を大きくすることは重要な課題となっている。この大きな駆動電流と、低消費電力の要求による低電源電圧化とを両立させる手法として、特殊な基板を用いてキャリアの移動度を高くする手法が知られている。このような手法の一例としては、シリコン基板のバルク部分に、シリコン結晶より格子間隔が大きいゲルマニウム原子層を配置したSiGe基板を用いる手法がある。この手法によれば、SiGe層の存在によって表面Si層の格子間隔を広げる効果が得られ、その結果として電子の移動度が高くなって駆動電流を大きくすることができる。 By the way, due to the demand for CMOS circuits operating at higher speeds, increasing the driving current of MOS transistors has become an important issue. As a technique for achieving both of this large drive current and a low power supply voltage due to the demand for low power consumption, a technique for increasing carrier mobility using a special substrate is known. As an example of such a method, there is a method using a SiGe substrate in which a germanium atomic layer having a lattice spacing larger than that of a silicon crystal is arranged in a bulk portion of a silicon substrate. According to this method, the effect of widening the lattice spacing of the surface Si layer due to the presence of the SiGe layer is obtained, and as a result, the electron mobility is increased and the driving current can be increased.
しかしながら、上記従来の技術によれば、素子分離の酸化膜を除去することにより形成されたアライメントマークは、後工程で堆積される膜の光学的特性によらずアライメントマークの検出が行えるという利点がある一方、SiGe基板を用いた場合は、トレンチ側壁および底面にSiGe層が露出することが問題となる。すなわち、ゲート絶縁膜を形成する際に、Geを含んだ層が露出しているため、形成されるゲート絶縁膜が汚染され、機能劣化するなど素子の電気特性に影響を与える虞があり、高い電流駆動特性、低電源電圧化と高い素子の信頼性を両立するためには、ゲルマニウム汚染について対策が問題となっている。 However, according to the above conventional technique, the alignment mark formed by removing the element isolation oxide film has the advantage that the alignment mark can be detected regardless of the optical characteristics of the film deposited in the subsequent process. On the other hand, when a SiGe substrate is used, the problem is that the SiGe layer is exposed on the side wall and bottom surface of the trench. That is, when the gate insulating film is formed, since the layer containing Ge is exposed, there is a possibility that the formed gate insulating film may be contaminated and the electrical characteristics of the element may be affected. In order to achieve both current drive characteristics, low power supply voltage, and high device reliability, countermeasures against germanium contamination have become a problem.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、写真製版工程等における精度の良好な重ね合わせを実現するアライメントマークを備えた半導体装置およびその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor device provided with an alignment mark that realizes a highly accurate overlay in a photoengraving process or the like and a method for manufacturing the same.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、基板上の素子形成領域に溝型の素子分離を形成するとともに基板上のアライメントマーク形成領域にアライメントマークを形成する半導体装置の製造方法であって、基板上に第1層を形成する第1層形成工程と、第1層上に第2層を形成する第2層形成工程と、第2層と第1層と基板とをエッチングして素子形成領域およびアライメントマーク形成領域に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、第1トレンチのうちアライメントマーク形成領域の第1トレンチをさらにエッチングして第1トレンチよりも深い第2トレンチを形成するとともにアライメントマーク形成領域の第2層の厚みを薄くする第2トレンチ形成工程と、第1トレンチおよび第2トレンチを埋め込むように第2層上に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、アライメントマーク形成領域の第2層上に絶縁膜を残留させた状態に絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、アライメントマーク形成領域の第2層上に残留した絶縁膜をエッチングマスクとして素子形成領域の第2層をエッチング除去する除去工程と、アライメントマーク形成領域の絶縁膜をエッチング除去する絶縁膜除去工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, groove-shaped element isolation is formed in the element formation region on the substrate and the alignment mark formation region on the substrate is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a first layer forming step of forming a first layer on a substrate, a second layer forming step of forming a second layer on the first layer, A first trench forming step of etching the two layers, the first layer, and the substrate to form a first trench in the element formation region and the alignment mark formation region; and a first trench in the alignment mark formation region of the first trench Etching to form a second trench deeper than the first trench and to reduce the thickness of the second layer in the alignment mark formation region; An insulating film deposition step for depositing an insulating film on the second layer so as to fill the trench and the second trench, and a flattening process for flattening the insulating film in a state in which the insulating film remains on the second layer in the alignment mark formation region And removing the second layer of the element forming region by etching using the insulating film remaining on the second layer of the alignment mark forming region as an etching mask, and the insulating film removing the insulating film of the alignment mark forming region by etching And a removing step.
この発明によれば、絶縁膜によりトレンチを埋め込んだ後は、基板のバルク部分が露出することがない。このため、この後のゲート絶縁膜などの他層を形成する際に基板の構成元素がゲート絶縁膜などに拡散して該ゲート絶縁膜等を汚染することがない。また、この発明によれば、アライメントマークは、物理的に大きな段差を有するため、アライメントマークの形成後は、光学的に不透明な膜をその上部に形成した場合においても、複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせが確実且つ精度良くなされる。そして、この発明によれば、アライメントマークは該アライメントマーク形成後の任意の写真製版工程において使用することが可能とされる。 According to the present invention, the bulk portion of the substrate is not exposed after the trench is filled with the insulating film. For this reason, when another layer such as a gate insulating film is formed thereafter, the constituent elements of the substrate do not diffuse into the gate insulating film or the like to contaminate the gate insulating film or the like. Further, according to the present invention, since the alignment mark has a physically large step, even after the formation of the alignment mark, even when an optically opaque film is formed on the upper portion, photolithography is performed a plurality of times. Overlaying between processes is performed reliably and accurately. According to the present invention, the alignment mark can be used in any photolithography process after the alignment mark is formed.
この発明によれば、絶縁膜によりトレンチを埋め込んだ後は、基板のバルク部分が露出することがないため、ゲート絶縁膜などの他層を形成する際に基板の構成元素がゲート絶縁膜などに拡散して該ゲート絶縁膜等を汚染することを防止し、該汚染に起因した電気特性の影響を効果的に防止してアライメントマークを形成することができる。 According to the present invention, after the trench is filled with the insulating film, the bulk portion of the substrate is not exposed. Therefore, when forming another layer such as the gate insulating film, the constituent elements of the substrate become the gate insulating film or the like. The alignment mark can be formed by preventing the diffusion and contamination of the gate insulating film and the like, and effectively preventing the influence of electrical characteristics due to the contamination.
また、この発明によれば、アライメントマークは、物理的に大きな段差を有するため、光学的に不透明な膜をその上部に形成した場合においても、複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせを確実且つ精度良く行うことができ、位置精度に優れた高品質の半導体装置を製造することができる。 Further, according to the present invention, since the alignment mark has a physically large step, even when an optically opaque film is formed on the alignment mark, the alignment mark is overlapped between a plurality of photolithography processes. A high-quality semiconductor device that can be reliably and accurately performed and has excellent positional accuracy can be manufactured.
そして、この発明によれば、アライメントマークは該アライメントマーク形成後の任意の写真製版工程において使用することが可能である。したがって、この発明によれば、写真製版工程等における精度の良好な重ね合わせを実現するアライメントマークを備えた半導体装置およびその製造方法を得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, the alignment mark can be used in any photolithography process after the alignment mark is formed. Therefore, according to the present invention, there is an effect that it is possible to obtain a semiconductor device provided with an alignment mark that realizes superposition with good accuracy in a photolithography process or the like and a manufacturing method thereof.
以下に、本発明にかかる半導体装置およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の概略構成を示す断面図である。この半導体装置においては、シリコンゲルマニウム(SiGe)基板2(以下、SiGe基板2と称する)の回路素子領域26Aおよびアライメントマーク領域26Bを有する。回路素子領域26Aには、ソース/ドレイン領域8を含む半導体素子であるMOSトランジタ10と、該MOSトランジタ10を他のMOSトランジタから分離する溝型素子分離4と、配線14と、が設けられている。また、MOSトランジタ10と配線14との間は層間絶縁膜12で分離されており、ソース/ドレイン領域8と配線14とはコンタクト16により電気的に接続されている。溝型素子分離4は、STI(Shallow Trench Isolation)構造をなすものであり、SiGe基板2に設けられたトレンチの内壁に保護膜6を形成し、さらに絶縁材料を埋め込んで形成された素子分離である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. This semiconductor device has a
アライメントマーク領域26Bでは、上記のSTI構造形成時に使用された下敷き酸化膜(シリコン酸化膜)22およびシリコン窒化膜24が除去されずに残されており、これらがSiGe基板2の表面から突出した状態で積層されてアライメントマーク20を構成している。隣接するアライメントマーク20間には、溝部内壁に保護膜6が形成され、絶縁膜18が埋め込まれている。また、アライメントマーク領域26Bにおいても、アライメントマーク20を覆って層間絶縁膜12が形成されている。
In the alignment mark region 26 </ b> B, the underlying oxide film (silicon oxide film) 22 and the
以上のような本実施の形態にかかる半導体装置においては、半導体基板としてシリコン基板のバルク部分に、シリコン結晶より格子間隔が大きいゲルマニウム原子層を配置したSiGe基板2を用いている。これにより、SiGe層の存在によって表面Si層の格子間隔を広げる効果が得られ、その結果として電子の移動度が高くなって駆動電流を大きくすることができる。したがって、高い電流駆動特性、低電源電圧化と高い素子の信頼性を兼ね備えた高品質の半導体装置が実現されている。
In the semiconductor device according to the present embodiment as described above, the
また、以上のような本実施の形態にかかる半導体装置においては、SiGe基板2のバルク部分が露出することがなく絶縁膜18により埋め込まれている。これにより、ゲート絶縁膜等の他層を形成する際に、Geを含んだ層の露出に起因してゲート絶縁膜などの他層がGeにより汚染され、機能劣化することがない。したがって、基板としてSiGe基板2を用いた場合においても、Ge汚染に起因して素子の電気特性に影響が生じることが確実に防止されており、高い電流駆動特性と高い素子の信頼性を両立した半導体装置が実現されている。
Further, in the semiconductor device according to the present embodiment as described above, the bulk portion of the
さらに、アライメントマーク20は物理的にSiGe基板2の表面と大きな段差を有するため、アライメントマーク20の形成後は、光学的に透明な膜をその上部に形成した場合は勿論のこと、光学的に不透明な膜をその上部に形成した場合においても、複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせを精度良く行うことが可能であり、位置精度に優れた高品質の半導体装置が実現されている。
Furthermore, since the
つぎに、以上のような本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment as described above will be described with reference to the drawings.
まず、図2に示すようにSiGe基板2上を熱酸化して下敷き酸化膜22をたとえば5nm〜50nmの膜厚で形成する。つぎに、図3に示すように該下敷き酸化膜22上にシリコン窒化膜24をたとえば50nm〜200nmの膜厚で形成する。そして、写真製版技術およびドライエッチング技術を用いて、図4に示すようにトレンチを形成する部分を開口したフォトレジスト30をパターニングする。その後、該フォトレジスト30をマスクに用いて図5に示すようにシリコン窒化膜24、下敷き酸化膜22およびSiGe基板2の異方性エッチングを行い、トレンチ32を形成する。
First, as shown in FIG. 2, the
トレンチ32の形成後、写真製版技術により図6に示すように回路素子領域26Aにのみをフォトレジスト34で覆う。この状態でさらにSiGe基板2の追加異方性エッチングを行い、フォトレジスト34を除去する。これにより、図7に示すようにアライメントマーク領域26Bにはトレンチ32よりも深さに深いトレンチ32′が形成される。この追加異方性エッチングは、SiGe基板2のリセス量でたとえば50nm〜150nm程度実施する。
After the formation of the
上述したように、SiGe基板2の追加異方性エッチングを行って形成されたアライメントマーク領域26Bのトレンチ32′は、回路素子領域26Aに形成されたトレンチ32よりもトレンチ深さが深くなる。一方、アライメントマーク領域26Bのシリコン窒化膜24は、追加異方性エッチングによる目減り分だけ回路素子領域26Aのシリコン窒化膜24よりも膜厚が薄くなる。この追加異方性エッチングによる目減り分量は、追加異方性エッチングにおけるSiGe基板2に対するシリコン窒化膜24の選択比で決まるため使用する膜の膜質により異なるが、一例としては20nm〜200nm程度となる。
As described above, the
トレンチ32およびトレンチ32′の形成後、熱酸化を行うことによりトレンチ32およびトレンチ32′の内壁、すなわち内側面および底面のダメージ部分を除去するとともに、図8に示すようにトレンチ32およびトレンチ32′の内壁に保護膜36を形成する。この保護膜36は、後工程である酸化膜の埋め込み工程を行う場合、たとえば高密度プラズマ(High-density plasma)CVD(chemical vapor deposition)法(以下、HDP CVD法と称する)を用いて酸化膜の埋め込みを行う際に、プラズマが直接SiGe基板2を叩くことによりSiGe基板2にダメージが加わらないようにSiGe基板2を保護するために設けるものである。このような保護膜36は、たとえば5nm〜50nm程度の厚みで形成する。
After the formation of the
つぎに、CVD法を用いて、図9に示すようにトレンチ32およびトレンチ32′を埋め込むようにシリコン酸化膜38を堆積する。CVD法としては、たとえばHDP CVD法を用いることができる。ここで堆積するシリコン酸化膜38の膜厚Aは、図9に示すようにアライメントマーク領域26Bにおいてトレンチ32′の底面に形成された保護膜36の表面から、該アライメントマーク領域26Bのシリコン窒化膜24の表面までの距離Bに若干の追加量Cを加えた膜厚とする。ただし、この追加量Cは、少なくとも上述したSiGe基板2の追加異方性エッチングにより目減りしたアライメントマーク領域26Bのシリコン窒化膜24の目減り分と同等か、もしくはそれよりも厚くする必要がある。この追加量Cは、一例として20nm〜100nmとすることができる。
Next, using a CVD method, a
シリコン酸化膜38を堆積した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いてシリコン酸化膜38の全面を研磨して図10に示すようにシリコン酸化膜38の平坦化を行う。このCMP法を用いた研磨においては、シリコン酸化膜38のプリエッチングを行わず、シリコン酸化膜38の凹凸が無くなった時点で研磨にオートストップがかかり高い平坦性を得られるスラリー(以下、高平坦化スラリーと称する)を用いることが好ましい。このような高平坦化スラリーを用いてCMP法による研磨を行うことにより、最も高さの低い平坦面にシリコン酸化膜38の表面レベルが揃うまで研磨が進み、完全に平坦になった後はほとんど研磨が進まなくなる。これにより、シリコン酸化膜38を研磨しすぎるといった不具合の発生を防止することができる。なお、シリコン酸化膜38の研磨は、上述した高平坦化スラリーを用いることなく行うことも可能である。
After the
シリコン酸化膜38において最も高さの低い平坦面は、図9に示すように分離領域すなわちトレンチ32′上の領域である。このため、高平坦化スラリーを用いてCMP法による研磨を行う場合には、図10に示すようにシリコン窒化膜24の上に若干の膜厚C′のシリコン酸化膜38を残した状態で研磨は停止する。ここで若干の膜厚C′は、上述した図9における追加量Cと同等か、もしくはこれよりも若干(〜数nm)薄くなった程度である。
The flat surface having the lowest height in the
つぎに、必要に応じて図11に示すようにシリコン酸化膜38のエッチングを行い、SiGe基板2表面からの突出量を調整したシリコン酸化膜38′を形成する。このシリコン酸化膜38′が最終的な回路素子領域26Aにおける溝型素子分離4となる(図1参照)。したがって、このエッチングは溝型素子分離4のSiGe基板2表面からの突出量を調整するためにおこなう。このときのシリコン酸化膜38のエッチング量Dは、上述した図10における若干の膜厚C′よりも少ない量とし、少なくとも膜厚C′よりも薄い膜厚C″のシリコン酸化膜38が残るようにする。
Next, if necessary, the
その後、エッチングにより図12に示すようにアライメントマーク領域26Bのシリコン酸化膜38をエッチングマスクとしてシリコン窒化膜24の除去を行う。このとき、回路素子領域26Aのシリコン窒化膜24は表面に露出しているため、エッチングにより除去されるが、アライメントマーク領域26Bのシリコン窒化膜24は表面に露出していないため、エッチングにより除去されることなく、図12に示すようにそのまま残留している。
Thereafter, the
そして、シリコン窒化膜24を除去した後、従来公知のMOSトランジタの形成工程に従って、下敷き酸化膜22の除去工程、イオン注入のためのスクリーン酸化膜形成工程、イオン注入後のスクリーン酸化膜除去工程およびゲート絶縁膜形成工程を行う。その結果、図13に示すようにアライメントマーク領域26Bのシリコン窒化膜24が表面上に突出した状態となり、SiGe基板2の表面と段差を有したアライメントマーク20が形成される。
Then, after removing the
ここで、アライメントマーク20のSiGe基板2の表面からの突出量Eは、シリコン窒化膜24の初期堆積膜厚、SiGe基板2の追加異方性エッチング量、下敷き酸化膜22とスクリーン酸化膜との膜厚およびこれらを除去する際のエッチング量の設定によりコントロールすることが可能である。このような突出量Eの一例としては、たとえば20nm〜100nmとすることができる。
Here, the protruding amount E of the
これ以降、従来公知のMOSトランジタの形成工程に従って、MOSトランジタ10、層間絶縁膜12、コンタクト16および配線14を形成して図1に示すような半導体装置を形成することができる。
Thereafter, according to a conventionally known MOS transistor forming process, the
以上のような本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、シリコン酸化膜38によりトレンチ32、32′を埋め込んだ後は、SiGe基板2のバルク部分(SiGe基板2のGeが含まれている部分)が露出することがない。このため、この後のゲート絶縁膜などの他層を形成する際にGeがゲート絶縁膜などに拡散して該ゲート絶縁膜等を汚染することがない。すなわち、半導体基板としてSiGe基板2を用いた場合においてもゲート絶縁膜等の他層に拡散したGeに起因して半導体素子(MOSトランジタ10)の電気特性に影響が生じることを効果的に防止してアライメントマーク20を形成することができる。これにより、半導体基板としてSiGe基板2を用いた、高い電流駆動特性、低電源電圧化と高い素子の信頼性を兼ね備えた高品質の半導体装置を製造することが可能である。
According to the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment as described above, after the
また、アライメントマーク20は、物理的に大きな段差を有するため、アライメントマーク20の形成後は、光学的に不透明な膜をその上部に形成した場合においても、複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせを精度良く行うことができ、位置精度に優れた高品質の半導体装置を製造することができる。
In addition, since the
そして、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法により形成されたアライメントマーク20は、任意の写真製版工程において使用することが可能であるという利点を有する。従来の技術においては、たとえば窒化膜/酸化膜スタック越しにイオン注入を行う際の写真製版工程やコンタクトホール形成の際の写真製版工程のみに特化して使用可能なアライメントマーク、ゲート電極材を用いたアライメントマーク、製造プロセスの途中で除去されるアライメントマークなども存在する。しかしながら、これらのアライメントマークは、特定の写真製版工程のみにおいて使用可能である、または特定の写真製版工程においては使用不可能である、などの制約があり、使用に関する自由度の小さいものである。しかしながら、本実施の形態にかかるアライメントマークは、製造プロセスが完了するまで存在し、また、アライメントマークの形成後においては任意のあらゆる写真製版工程において使用することが可能であるという効果を有するものである。
The
なお、本発明においては、シリコン窒化膜24を除去した後に、従来公知のCMOSトランジタの形成工程に従って、下敷き酸化膜22の除去工程、イオン注入のためのスクリーン酸化膜形成工程、イオン注入後のスクリーン酸化膜除去工程に続いて、SiGe基板2に薄膜ゲート絶縁膜/厚膜ゲート絶縁膜を形成する工程(以下、デュアルオキサイド工程と称する)を行うこともできる。
In the present invention, after the
デュアルオキサイド工程においては、厚膜ゲート酸化により厚膜ゲート絶縁膜の形成を先に行う。続いて薄膜ゲート絶縁膜形成領域を開口したフォトレジストをパターニングし、該フォトレジストをマスクとして薄膜ゲート絶縁膜形成領域の厚膜ゲート絶縁膜を除去する。そして該フォトレジストを除去した後に薄膜ゲート酸化により薄膜ゲート絶縁膜を形成することにより同一基板上に2種類の膜厚のゲート絶縁膜を形成することができる。これにより、電気特性の異なる複数の半導体素子を備えた半導体装置を形成することができる。 In the dual oxide process, a thick gate insulating film is first formed by thick gate oxidation. Subsequently, the photoresist having an opening in the thin film gate insulating film forming region is patterned, and the thick gate insulating film in the thin film gate insulating film forming region is removed using the photoresist as a mask. Then, after removing the photoresist, a thin film gate insulating film is formed by thin film gate oxidation, whereby two types of gate insulating films can be formed on the same substrate. Thereby, a semiconductor device including a plurality of semiconductor elements having different electrical characteristics can be formed.
ここで、アライメントマーク20のSiGe基板2の表面からの突出量Eは、シリコン窒化膜24の初期堆積膜厚、SiGe基板2の追加異方性エッチング量、下敷き酸化膜22とスクリーン酸化膜と厚膜ゲート絶縁膜との膜厚およびこれらを除去する際のエッチング量の設定によりコントロールすることが可能である。このような突出量Eの一例としては、上記と同様にたとえば20nm〜100nmとすることができる。
Here, the protruding amount E of the
また、上記においては、基板としてSiGe基板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基板としてシリコン基板等を用いた場合についても広く適用することが可能である。 In the above description, the SiGe substrate is used as the substrate. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be widely applied to the case where a silicon substrate or the like is used as the substrate. .
実施の形態2.
図14は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す断面図である。この半導体装置においては、シリコンゲルマニウム(SiGe)基板2(以下、SiGe基板2と称する)の回路素子領域26Cおよびアライメントマーク領域26Dを有する。回路素子領域26Cには、ソース/ドレイン領域8を含む半導体素子であるMOSトランジタ10と、該MOSトランジタ10を他のMOSトランジタから分離する溝型素子分離4′と、配線14と、が設けられている。また、MOSトランジタ10と配線14との間は層間絶縁膜12で分離されており、ソース/ドレイン領域8と配線14とはコンタクト16により電気的に接続されている。溝型素子分離4′は、STI(Shallow Trench Isolation)構造をなすものであり、SiGe基板2に設けられたトレンチの内壁に保護膜6を形成し、さらに絶縁材料を埋め込んで形成された素子分離である。
FIG. 14 is a sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This semiconductor device has a
アライメントマーク領域26Dでは、上記のSTI構造形成時に使用された下敷き酸化膜(シリコン酸化膜)52、ポリシリコン膜54およびシリコン窒化膜56が除去されずに残されており、これらがSiGe基板2の表面から突出した状態で積層されてアライメントマーク50を構成している。また、このアライメントマーク50においては、ポリシリコン膜54の端部が酸化されて形成されたバーズビーク53が形成されている。回路素子領域26Cにおいては、このバーズビークは最終的に除去されているが、この製造工程中には回路素子領域26Cにおいてもこのバーズビークが存在しており、このバーズビークが溝型素子分離4′の分離端5の落ち込みを防止するため、溝型素子分離4′が保護膜6を介してSiGe基板2との間に隙間無く形成されている。これにより、この半導体装置においては、活性領域端の電界集中を緩和され、良好な素子特性を有している。
In the
隣接するアライメントマーク20間には、溝部内壁に保護膜6が形成され、絶縁膜18が埋め込まれている。また、アライメントマーク領域26Dにおいても、アライメントマーク20を覆って層間絶縁膜12が形成されている。なお、図14および以降に示す図面においては、理解の容易のため実施の形態1で示した図1と同様の部材については同じ符号を付してある。
A
以上のような本実施の形態にかかる半導体装置においては、半導体基板としてシリコン基板のバルク部分に、シリコン結晶より格子間隔が大きいゲルマニウム原子層を配置したSiGe基板2を用いている。これにより、SiGe層の存在によって表面Si層の格子間隔を広げる効果が得られ、その結果として電子の移動度が高くなって駆動電流を大きくすることができる。したがって、高い電流駆動特性、低電源電圧化と高い素子の信頼性を兼ね備えた高品質の半導体装置が実現されている。
In the semiconductor device according to the present embodiment as described above, the
また、以上のような本実施の形態にかかる半導体装置においては、SiGe基板2のバルク部分が露出することがなく絶縁膜18により埋め込まれている。これにより、ゲート絶縁膜等の他層を形成する際に、Geを含んだ層の露出に起因してゲート絶縁膜などの他層がGeにより汚染され、機能劣化することがない。したがって、基板としてSiGe基板2を用いた場合においても、Ge汚染に起因して素子の電気特性に影響が生じることが確実に防止されており、高い電流駆動特性と高い素子の信頼性を両立した半導体装置が実現されている。
Further, in the semiconductor device according to the present embodiment as described above, the bulk portion of the
さらに、アライメントマーク20は物理的にSiGe基板2の表面と大きな段差を有するため、アライメントマーク20の形成後は、光学的に透明な膜をその上部に形成した場合は勿論のこと、光学的に不透明な膜をその上部に形成した場合においても、複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせを精度良く行うことが可能であり、位置精度に優れた高品質の半導体装置が実現されている。
Furthermore, since the
さらに、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法においては、アライメントマーク50を下敷き酸化膜52およびシリコン窒化膜56と、これらと光学係数の異なるポリシリコン膜54と、を積層した3層構造として形成している。これにより、このアライメントマーク50を用いて半導体装置を製造する際に、波長を調整することによりアライメントマーク50の輪郭をより明確に検出することができ、より高精度で写真製版工程間での重ね合わせを行うことが可能であり、位置精度に優れた高品質の半導体装置を製造することができる。
Furthermore, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the
つぎに、以上のような本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment as described above will be described with reference to the drawings.
まず、図15に示すようにSiGe基板2上を熱酸化して下敷き酸化膜52をたとえば5nm〜50nmの膜厚で形成する。つぎに、図16に示すように該下敷き酸化膜52上にポリシリコン膜54をたとえば20nm〜100nmの膜厚で形成する。さらに、図17に示すようにポリシリコン膜54上にシリコン窒化膜56をたとえば50nm〜200nmの膜厚で形成する。そして、写真製版技術およびドライエッチング技術を用いて、図18に示すようにトレンチを形成する部分を開口したフォトレジスト30をパターニングする。その後、該フォトレジスト30をマスクに用いて図19に示すようにシリコン窒化膜56、ポリシリコン膜54、下敷き酸化膜52およびSiGe基板2の異方性エッチングを行い、トレンチ58を形成する。
First, as shown in FIG. 15, the
トレンチ58の形成後、写真製版技術により図20に示すように回路素子領域26Cにのみをフォトレジスト34で覆う。この状態でさらにSiGe基板2の追加異方性エッチングを行い、フォトレジスト34を除去する。これにより、図21に示すようにアライメントマーク領域26Dにはトレンチ58よりも深さに深いトレンチ58′が形成される。この追加異方性エッチングは、SiGe基板2のリセス量でたとえば50nm〜150nm程度実施する。
After the formation of the
上述したように、SiGe基板2の追加異方性エッチングを行って形成されたアライメントマーク領域26Dのトレンチ58′は、回路素子領域26Cに形成されたトレンチ58よりもトレンチ深さが深くなる。一方、アライメントマーク領域26Dのシリコン窒化膜24は、追加異方性エッチングによる目減り分だけ回路素子領域26Cのシリコン窒化膜24よりも膜厚が薄くなる。この追加異方性エッチングによる目減り分量は、追加異方性エッチングにおけるSiGe基板2に対するシリコン窒化膜56の選択比で決まるため使用する膜の膜質により異なるが、一例としては20nm〜200nm程度となる。
As described above, the
トレンチ58およびトレンチ58′の形成後、熱酸化を行うことによりトレンチ58およびトレンチ58′の内壁、すなわち内側面および底面のダメージ部分を除去するとともに、図22に示すようにトレンチ58およびトレンチ58′の内壁に保護膜36を形成する。この保護膜36は、後工程である酸化膜の埋め込み工程を行う場合、たとえば高密度プラズマ(High-density plasma)CVD(chemical vapor deposition)法(以下、HDP CVD法と称する)を用いて酸化膜の埋め込みを行う際に、プラズマが直接SiGe基板2を叩くことによりSiGe基板2にダメージが加わらないようにSiGe基板2を保護するために設けるものである。このような保護膜36は、たとえば5nm〜50nm程度の厚みで形成する。また、この熱酸化によりポリシリコン膜54の端部においては、図22に示すようにバーズビーク53が形成されている。
After the formation of the
つぎに、CVD法を用いて、図23に示すようにトレンチ58およびトレンチ58′を埋め込むようにシリコン酸化膜38を堆積する。CVD法としては、たとえばHDP CVD法を用いることができる。ここで堆積するシリコン酸化膜38の膜厚Aは、図23に示すようにアライメントマーク領域26Dにおいてトレンチ58′の底面に形成された保護膜36の表面から、該アライメントマーク領域26Dのシリコン窒化膜56の表面までの距離Bに若干の追加量Cを加えた膜厚とする。ただし、この追加量Cは、少なくとも上述したSiGe基板2の追加異方性エッチングにより目減りしたアライメントマーク領域26Dのシリコン窒化膜56の目減り分と同等か、もしくはそれよりも厚くする必要がある。この追加量Cは、一例として20nm〜100nmとすることができる。
Next, using a CVD method, a
シリコン酸化膜38を堆積した後、CMP法を用いてシリコン酸化膜38の全面を研磨して図24に示すようにシリコン酸化膜38の平坦化を行う。このCMP法を用いた研磨においては、上述した実施の形態の場合と同様にシリコン酸化膜38のプリエッチングを行わず、シリコン酸化膜38の凹凸が無くなった時点で研磨にオートストップがかかり高い平坦性を得られるスラリー(以下、高平坦化スラリーと称する)を用いることが好ましい。このような高平坦化スラリーを用いてCMP法による研磨を行うことにより、最も高さの低い平坦面にシリコン酸化膜38の表面レベルが揃うまで研磨が進み、完全に平坦になった後はほとんど研磨が進まなくなる。これにより、シリコン酸化膜38を研磨しすぎるといった不具合の発生を防止することができる。なお、シリコン酸化膜38の研磨は、上述した高平坦化スラリーを用いることなく行うことも可能である。
After the
シリコン酸化膜38において最も高さの低い平坦面は、図23に示すように分離領域すなわちトレンチ58′上の領域である。このため、高平坦化スラリーを用いてCMP法による研磨を行う場合には、図24に示すようにシリコン窒化膜56の上に若干の膜厚C′のシリコン酸化膜38を残した状態で研磨は停止する。ここで若干の膜厚C′は、上述した図23における追加量Cと同等か、もしくはこれよりも若干(〜数nm)薄くなった程度である。
The flat surface having the lowest height in the
つぎに、必要に応じて図25に示すようにシリコン酸化膜38のエッチングを行い、SiGe基板2表面からの突出量を調整したシリコン酸化膜38′を形成する。このシリコン酸化膜38′が最終的な回路素子領域26Cにおける溝型素子分離4′となる。したがって、このエッチングは溝型素子分離4のSiGe基板2表面からの突出量を調整するためにおこなう。このときのシリコン酸化膜38のエッチング量Dは、上述した図24における膜厚C′よりも少ない量とし、少なくとも膜厚C′よりも薄い膜厚C″のシリコン酸化膜38が残るようにする。
Next, if necessary, the
その後、エッチングにより図26に示すようにアライメントマーク領域26Dのシリコン酸化膜38をエッチングマスクとしてシリコン窒化膜56およびポリシリコン膜54の除去を行う。これによりシリコン酸化膜38″が露出する。このとき、回路素子領域26Cのシリコン窒化膜56は表面に露出しているため、エッチングにより除去されるが、アライメントマーク領域26Dのシリコン窒化膜56は表面に露出していないため、エッチングにより除去されることなく、図26に示すようにそのまま残留している。
Thereafter, as shown in FIG. 26, the
そして、シリコン窒化膜56を除去した後、従来公知のMOSトランジタの形成工程に従って、下敷き酸化膜52の除去工程、イオン注入のためのスクリーン酸化膜形成工程、イオン注入後のスクリーン酸化膜除去工程およびゲート絶縁膜形成工程を行う。その結果、図27に示すようにアライメントマーク領域26Dのシリコン窒化膜56が表面上に突出した状態となり、SiGe基板2の表面と段差を有したアライメントマーク50が形成される。
Then, after removing the
ここで、アライメントマーク50のSiGe基板2の表面からの突出量Eは、シリコン窒化膜56の初期堆積膜厚、SiGe基板2の追加異方性エッチング量、下敷き酸化膜52とスクリーン酸化膜との膜厚およびこれらを除去する際のエッチング量の設定によりコントロールすることが可能である。このような突出量Eの一例としては、たとえば20nm〜100nmとすることができる。
Here, the protrusion amount E of the
また、図27に示すように溝型素子分離4′の分離端5においては、溝型素子分離4′が保護膜6を介してSiGe基板2との間に隙間無く形成されている。上述した実施の形態1にかかる製造方法においては、図28に示すように溝型素子分離4の分離端7においては、溝型素子分離4とSiGe基板2との間に隙間が存在してしまう。しかしながら、本実施の形態においては、回路素子領域26Cにおいてバーズビーク53が存在しており、このバーズビークが溝型素子分離4′の分離端5の落ち込みを防止するため、図27に示すように溝型素子分離4′の分離端5において溝型素子分離4′とSiGe基板2との間に隙間を空けることなく無く溝型素子分離4′を形成することができる。これにより、活性領域端の電界集中を緩和され、良好な素子特性を有する半導体装置を製造することができる。
Further, as shown in FIG. 27, at the separation end 5 of the groove type element isolation 4 ′, the groove type element isolation 4 ′ is formed between the
これ以降、従来公知のMOSトランジタの形成工程に従って、MOSトランジタ10、層間絶縁膜12、コンタクト16および配線14を形成して図14に示すような半導体装置を形成することができる。
Thereafter, according to a conventionally known MOS transistor forming process, the
以上のような本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、シリコン酸化膜38によりトレンチ32、32′を埋め込んだ後は、SiGe基板2のバルク部分(SiGe基板2のGeが含まれている部分)が露出することがない。このため、この後のゲート絶縁膜などの他層を形成する際にGeがゲート絶縁膜などに拡散して該ゲート絶縁膜等を汚染することがない。すなわち、半導体基板としてSiGe基板2を用いた場合においてもゲート絶縁膜等の他層に拡散したGeに起因して半導体素子(MOSトランジタ10)の電気特性に影響が生じることを効果的に防止してアライメントマーク20を形成することができる。これにより、半導体基板としてSiGe基板2を用いた、高い電流駆動特性、低電源電圧化と高い素子の信頼性を兼ね備えた高品質の半導体装置を製造することが可能である。
According to the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment as described above, after the
また、アライメントマーク20は、物理的に大きな段差を有するため、アライメントマーク20の形成後は、光学的に不透明な膜をその上部に形成した場合においても、複数回行われる写真製版工程間での重ね合わせを精度良く行うことができ、位置精度に優れた高品質の半導体装置を製造することができる。
In addition, since the
そして、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法により形成されたアライメントマーク20は、任意の写真製版工程において使用することが可能であるという利点を有する。従来の技術においては、たとえば窒化膜/酸化膜スタック越しにイオン注入を行う際の写真製版工程やコンタクトホール形成の際の写真製版工程のみに特化して使用可能なアライメントマーク、ゲート電極材を用いたアライメントマーク、製造プロセスの途中で除去されるアライメントマークなども存在する。しかしながら、これらのアライメントマークは、特定の写真製版工程のみにおいて使用可能である、または特定の写真製版工程においては使用不可能である、などの制約があり、使用に関する自由度の小さいものである。しかしながら、本実施の形態にかかるアライメントマークは、製造プロセスが完了するまで存在し、また、アライメントマークの形成後においては任意のあらゆる写真製版工程において使用することが可能であるという効果を有するものである。
The
さらに、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法においては、アライメントマーク50を下敷き酸化膜52およびシリコン窒化膜56と、これらと光学係数の異なるポリシリコン膜54と、を積層した3層構造として形成している。これにより、このアライメントマーク50を用いて半導体装置を製造する際に、波長を調整することによりアライメントマーク50の輪郭をより明確に検出することができ、より高精度で写真製版工程間での重ね合わせを行うことが可能であり、位置精度に優れた高品質の半導体装置を製造することができる。
Furthermore, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the
また、本発明においては、シリコン窒化膜56を除去した後に、従来公知のMOSトランジタの形成工程に従って、ポリシリコン膜54および下敷き酸化膜52の除去工程、イオン注入のためのスクリーン酸化膜形成工程、イオン注入後のスクリーン酸化膜除去工程に続いて、SiGe基板2に薄膜ゲート絶縁膜/厚膜ゲート絶縁膜を形成する工程(以下、デュアルオキサイド工程と称する)を行っても良い。
In the present invention, after the
デュアルオキサイド工程においては、厚膜ゲート酸化により厚膜ゲート絶縁膜の形成を先に行う。続いて薄膜ゲート絶縁膜形成領域を開口したフォトレジストをパターニングし、該フォトレジストをマスクとして薄膜ゲート絶縁膜形成領域の厚膜ゲート絶縁膜を除去する。そして該フォトレジストを除去した後に薄膜ゲート酸化により薄膜ゲート絶縁膜を形成することにより同一基板上に2種類の膜厚のゲート絶縁膜を形成することができる。これにより、電気特性の異なる複数の半導体素子を備えた半導体装置を形成することができる。 In the dual oxide process, a thick gate insulating film is first formed by thick gate oxidation. Subsequently, the photoresist having an opening in the thin film gate insulating film forming region is patterned, and the thick gate insulating film in the thin film gate insulating film forming region is removed using the photoresist as a mask. Then, after removing the photoresist, a thin film gate insulating film is formed by thin film gate oxidation, whereby two types of gate insulating films can be formed on the same substrate. Thereby, a semiconductor device including a plurality of semiconductor elements having different electrical characteristics can be formed.
ここで、アライメントマーク50のSiGe基板2の表面からの突出量Eは、シリコン窒化膜56の初期堆積膜厚、SiGe基板2の追加異方性エッチング量、下敷き酸化膜52とスクリーン酸化膜と厚膜ゲート絶縁膜との膜厚およびこれらを除去する際のエッチング量の設定によりコントロールすることが可能である。このような突出量Eの一例としては、上記と同様にたとえば20nm〜100nmとすることができる。
Here, the protrusion amount E of the
また、上記においては、基板としてSiGe基板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基板としてシリコン基板等を用いた場合についても広く適用することが可能である。 In the above description, the SiGe substrate is used as the substrate. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be widely applied to the case where a silicon substrate or the like is used as the substrate. .
実施の形態3.
実施の形態3では、上述した実施の形態1において説明した半導体装置の変形例について説明する。図29は、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の概略構成を示す断面図である。
In the third embodiment, a modified example of the semiconductor device described in the first embodiment will be described. FIG. 29 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
この半導体装置においては、シリコンゲルマニウム(SiGe)基板2(以下、SiGe基板2と称する)の回路素子領域26C、アライメントマーク領域26Dおよびアライメントマーク領域26Cを有する。回路素子領域26Cおよびアライメントマーク領域26Dの構成は、実施の形態1において図1で示した構成と同様である。
This semiconductor device has a
図29に示す半導体装置が図1で示した半導体装置と異なる点は、STI構造のアライメントマーク70を有するアライメントマーク領域26Cを備える点である。このSTI構造のアライメントマーク70は、回路素子領域26Aの溝型素子分離4と同様の工程により該溝型素子分離4と同時に作製することができる。したがって、工程数を増やすことなく形成することが可能である。
The semiconductor device shown in FIG. 29 is different from the semiconductor device shown in FIG. 1 in that an
このような構成とすることにより、この半導体装置は、上述した実施の形態1において説明した効果を有する。また、この半導体装置は、光学的に透明な膜を形成した後の写真製版工程において、アライメントマーク20とSTI構造のアライメントマーク70とを使い分けることが可能である。アライメントマーク70は、積層膜を用いていないシンプルな構成であるため、アライメントマークの輪郭がかすむなどの状況が発生せず、精度良く検出することが可能である。したがって、作業工程に応じて検出精度の高いアライメントマークを用いるなど、写真製版工程毎にアライメントマーク20とアライメントマーク70とを使い分けることにより、より高精度で写真製版工程間での重ね合わせを行うことが可能であり、位置精度に優れた高品質の半導体装置を製造することができる。
By adopting such a configuration, this semiconductor device has the effects described in the first embodiment. Further, in this semiconductor device, the
実施の形態4.
実施の形態3では、上述した実施の形態2において説明した半導体装置の変形例について説明する。図30は、本発明の実施の形態4にかかる半導体装置の概略構成を示す断面図である。
Embodiment 4 FIG.
In the third embodiment, a modification of the semiconductor device described in the second embodiment will be described. FIG. 30 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
この半導体装置においては、シリコンゲルマニウム(SiGe)基板2(以下、SiGe基板2と称する)の回路素子領域26C、アライメントマーク領域26Dおよびアライメントマーク領域26Eを有する。回路素子領域26Cおよびアライメントマーク領域26Dの構成は、実施の形態2において図14で示した構成と同様である。
This semiconductor device has a
図30に示す半導体装置が図14で示した半導体装置と異なる点は、STI構造のアライメントマーク80を有するアライメントマーク領域26Eを備える点である。このSTI構造のアライメントマーク80は、回路素子領域26Cの溝型素子分離4′と同様の工程により該溝型素子分離4′と同時に作製することができる。したがって、工程数を増やすことなく形成することが可能である。
The semiconductor device shown in FIG. 30 is different from the semiconductor device shown in FIG. 14 in that an alignment mark region 26E having an STI
このような構成とすることにより、この半導体装置は、上述した実施の形態2において説明した効果を有する。また、この半導体装置は、光学的に透明な膜を形成した後の写真製版工程において、アライメントマーク20とSTI構造のアライメントマーク80とを使い分けることが可能である。アライメントマーク80は、積層膜を用いていないシンプルな構成であるため、アライメントマークの輪郭がかすむなどの状況が発生せず、精度良く検出することが可能である。したがって、作業工程に応じて検出精度の高いアライメントマークを用いるなど、写真製版工程毎にアライメントマーク20とアライメントマーク80とを使い分けることにより、より高精度で写真製版工程間での重ね合わせを行うことが可能であり、位置精度に優れた高品質の半導体装置を製造することができる。
By adopting such a configuration, this semiconductor device has the effects described in the second embodiment. Further, in this semiconductor device, the
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、写真製版工程を有する半導体装置の製造に有用であり、特に、同一基板上に電気特性の異なる複数の半導体素子を有し、写真製版工程を多用する半導体装置の製造に適している。 As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful for manufacturing a semiconductor device having a photolithography process, and in particular, includes a plurality of semiconductor elements having different electrical characteristics on the same substrate, and photolithography. It is suitable for manufacturing a semiconductor device that uses many processes.
2 シリコン基板
4 溝型素子分離
4′ 溝型素子分離
5 溝型素子分離4′の分離端
6 保護膜
7 溝型素子分離4の分離端
8 ソース/ドレイン領域
10 半導体素子
12 層間絶縁膜
14 配線
16 コンタクト
18 絶縁膜
20 アライメントマーク
22 下敷き酸化膜
24 シリコン窒化膜
26A 回路素子領域
26B アライメントマーク領域
30 フォトレジスト
32 トレンチ
32′ トレンチ
34 フォトレジスト
36 保護膜
38 シリコン酸化膜
50 アライメントマーク
52 下敷き酸化膜
53 バーズビーク
54 ポリシリコン膜
56 シリコン窒化膜
58 トレンチ
58′ トレンチ
70 STI構造のアライメントマーク
80 STI構造のアライメントマーク
2 Silicon substrate 4 Groove type element isolation 4 'Groove type element isolation 5 Separation end of groove type element isolation 4' 6
Claims (17)
前記基板上に第1層を形成する第1層形成工程と、
前記第1層上に第2層を形成する第2層形成工程と、
前記第2層と第1層と基板とをエッチングして前記素子形成領域および前記アライメントマーク形成領域に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチのうち前記アライメントマーク形成領域の前記第1トレンチをさらにエッチングして前記第1トレンチよりも深い第2トレンチを形成するとともに前記アライメントマーク形成領域の前記第2層の厚みを薄くする第2トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチおよび第2トレンチを埋め込むように前記第2層上に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記第2層上に前記絶縁膜を残留させた状態に前記絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記第2層上に残留した前記絶縁膜をエッチングマスクとして前記素子形成領域の前記第2層をエッチング除去する除去工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記絶縁膜をエッチング除去する絶縁膜除去工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein groove-shaped element isolation is formed in an element formation region on a substrate and an alignment mark is formed in the alignment mark formation region on the substrate,
A first layer forming step of forming a first layer on the substrate;
A second layer forming step of forming a second layer on the first layer;
A first trench formation step of etching the second layer, the first layer, and the substrate to form a first trench in the element formation region and the alignment mark formation region;
The first trench in the alignment mark formation region of the first trench is further etched to form a second trench deeper than the first trench, and the thickness of the second layer in the alignment mark formation region is reduced. A second trench forming step;
An insulating film deposition step of depositing an insulating film on the second layer so as to fill the first trench and the second trench;
A planarization step of planarizing the insulating film in a state in which the insulating film remains on the second layer in the alignment mark formation region;
A removal step of etching and removing the second layer in the element formation region using the insulating film remaining on the second layer in the alignment mark formation region as an etching mask;
An insulating film removing step of etching away the insulating film in the alignment mark forming region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a thermal oxidation step of thermally oxidizing inner walls of the first trench and the second trench between the second trench formation step and the insulating film deposition step. Production method.
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The adjusting step of adjusting the height of the insulating film by etching the insulating film in the element formation region is included between the planarizing step and the second layer removing step. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
前記基板上に第1層を形成する第1層形成工程と、
前記第1層上に第2層を形成する第2層形成工程と、
前記第2層上に第3層を形成する第3層形成工程と、
前記第3層、第2層、第1層および基板とをエッチングして前記素子形成領域および前記アライメントマーク形成領域に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチのうち前記アライメントマーク形成領域の前記第1トレンチをさらにエッチングして前記第1トレンチよりも深い第2トレンチを形成するとともに前記アライメントマーク形成領域の前記第2層の厚みを薄くする第2トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチおよび第2トレンチを埋め込むように前記第3層上に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記第3層上に前記絶縁膜を残留させた状態に前記絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記第3層上に残留した前記絶縁膜をエッチングマスクとして前記素子形成領域の前記第3層および第2層をエッチング除去する除去工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記絶縁膜をエッチング除去する絶縁膜除去工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein groove-shaped element isolation is formed in an element formation region on a substrate and an alignment mark is formed in the alignment mark formation region on the substrate,
A first layer forming step of forming a first layer on the substrate;
A second layer forming step of forming a second layer on the first layer;
A third layer forming step of forming a third layer on the second layer;
A first trench formation step of etching the third layer, the second layer, the first layer, and the substrate to form a first trench in the element formation region and the alignment mark formation region;
The first trench in the alignment mark formation region of the first trench is further etched to form a second trench deeper than the first trench, and the thickness of the second layer in the alignment mark formation region is reduced. A second trench forming step;
An insulating film deposition step of depositing an insulating film on the third layer so as to fill the first trench and the second trench;
A planarization step of planarizing the insulating film in a state where the insulating film remains on the third layer in the alignment mark formation region;
A removal step of etching and removing the third layer and the second layer in the element formation region using the insulating film remaining on the third layer in the alignment mark formation region as an etching mask;
An insulating film removing step of etching away the insulating film in the alignment mark forming region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
を特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device according to claim 5, further comprising a thermal oxidation step of thermally oxidizing inner walls of the first trench and the second trench between the second trench formation step and the insulating film deposition step. Production method.
を特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor according to claim 5, further comprising an adjusting step of adjusting the height of the insulating film by etching the insulating film in the element formation region between the planarizing step and the removing step. Device manufacturing method.
前記基板上に第1層を形成する第1層形成工程と、
前記第1層上に第2層を形成する第2層形成工程と、
前記第2層と第1層と基板とをエッチングして前記素子形成領域、前記第1アライメントマーク形成領域および前記第2アライメントマーク形成領域に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチのうち前記第1アライメントマーク形成領域の前記第1トレンチをさらにエッチングして前記第1トレンチよりも深い第2トレンチを形成するとともに前記第1アライメントマーク形成領域の前記第2層の厚みを薄くする第2トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチおよび第2トレンチを埋め込むように前記第2層上に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、
前記第1アライメントマーク形成領域の前記第2層上に前記絶縁膜を残留させた状態に前記絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、
前記第1アライメントマーク形成領域の前記第2層上に残留した前記絶縁膜をエッチングマスクとして前記素子形成領域および前記第2アライメントマーク形成領域の前記第2層をエッチング除去する除去工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記絶縁膜をエッチング除去する絶縁膜除去工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Groove-type element isolation is formed in the element formation region on the substrate, and alignment marks having the same structure as the groove-type element isolation are formed in the first alignment mark formation region and the second alignment mark formation region on the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A first layer forming step of forming a first layer on the substrate;
A second layer forming step of forming a second layer on the first layer;
Etching the second layer, the first layer, and the substrate to form a first trench in the element formation region, the first alignment mark formation region, and the second alignment mark formation region;
The first trench in the first alignment mark formation region of the first trench is further etched to form a second trench deeper than the first trench, and the second layer in the first alignment mark formation region is formed. A second trench forming step for reducing the thickness;
An insulating film deposition step of depositing an insulating film on the second layer so as to fill the first trench and the second trench;
A planarization step of planarizing the insulating film in a state in which the insulating film remains on the second layer in the first alignment mark formation region;
A removal step of etching and removing the element formation region and the second layer of the second alignment mark formation region using the insulating film remaining on the second layer of the first alignment mark formation region as an etching mask;
An insulating film removing step of etching away the insulating film in the alignment mark forming region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記基板上に第1層を形成する第1層形成工程と、
前記第1層上に第2層を形成する第2層形成工程と、
前記第2層上に第3層を形成する第3層形成工程と、
前記第3層、第2層、第1層および基板とをエッチングして前記素子形成領域、前記第1アライメントマーク形成領域および前記第2アライメントマーク形成領域に第1トレンチを形成する第1トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチのうち前記アライメントマーク形成領域の前記第1トレンチをさらにエッチングして前記第1トレンチよりも深い第2トレンチを形成するとともに前記アライメントマーク形成領域の前記第2層の厚みを薄くする第2トレンチ形成工程と、
前記第1トレンチおよび第2トレンチを埋め込むように前記第3層上に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記第3層上に前記絶縁膜を残留させた状態に前記絶縁膜を平坦化する平坦化工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記第3層上に残留した前記絶縁膜をエッチングマスクとして前記素子形成領域および前記第2アライメントマーク形成領域の前記第3層および第2層をエッチング除去する除去工程と、
前記アライメントマーク形成領域の前記絶縁膜をエッチング除去する絶縁膜除去工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Groove-type element isolation is formed in the element formation region on the substrate, and alignment marks having the same structure as the groove-type element isolation are formed in the first alignment mark formation region and the second alignment mark formation region on the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A first layer forming step of forming a first layer on the substrate;
A second layer forming step of forming a second layer on the first layer;
A third layer forming step of forming a third layer on the second layer;
Forming a first trench by etching the third layer, the second layer, the first layer, and the substrate to form a first trench in the element formation region, the first alignment mark formation region, and the second alignment mark formation region Process,
The first trench in the alignment mark formation region of the first trench is further etched to form a second trench deeper than the first trench, and the thickness of the second layer in the alignment mark formation region is reduced. A second trench forming step;
An insulating film deposition step of depositing an insulating film on the third layer so as to fill the first trench and the second trench;
A planarization step of planarizing the insulating film in a state where the insulating film remains on the third layer in the alignment mark formation region;
A removal step of etching and removing the element formation region and the third layer and the second layer of the second alignment mark formation region using the insulating film remaining on the third layer of the alignment mark formation region as an etching mask;
An insulating film removing step of etching away the insulating film in the alignment mark forming region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
基板と、
前記基板に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子を素子分離する溝型の素子分離と、
前記基板上に、複数層が積層されて構成され、前記基板表面から突出した状態で設けられたアライメントマークと、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a semiconductor element is separated by groove-type element separation,
A substrate,
A semiconductor element provided on the substrate;
Trench-type element isolation for element isolation of the semiconductor element;
A plurality of layers are laminated on the substrate, and an alignment mark provided in a state protruding from the substrate surface;
A semiconductor device comprising:
を特徴とする請求項14に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 14, further comprising another alignment mark in which an insulating film is embedded in a trench provided in the substrate.
を特徴とする請求項16に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16, further comprising another alignment mark in which an insulating film is embedded in a trench provided in the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004301922A JP2006114772A (en) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004301922A JP2006114772A (en) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112510016A (en) * | 2020-12-08 | 2021-03-16 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
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2004
- 2004-10-15 JP JP2004301922A patent/JP2006114772A/en active Pending
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