JP2006287036A - 半導体装置の合わせマーク、ならびに半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 半導体装置の合わせマーク、ならびに前記合わせマークを含む半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明の半導体装置の合わせマークは、絶縁層80に設けられた凹部38と、凹部38に埋め込まれた導電層32と、導電層32上に設けられた酸化バリア層42と、を含み、平面パターンにおける凹部38の面積占有率が5%以上である。
【選択図】 図4

Description

本発明は、半導体装置の合わせマーク、ならびに半導体装置に関する。
半導体装置の製造工程において、ウエハとフォトマスクとの位置合わせは必須の工程であり、その際に生じる誤差を最小限に抑えることが要求される。このため、ウエハ上に設けられたパターンに、次に形成すべきマスクパターンを正しく重ね合わせるために、合わせマークが一般に使用されている。
合わせマークは主に、露光機を用いてレジストを露光する際に露光機によって読み取られる粗合わせ用マークと、精密合わせ用マークと、露光および現像後に合わせ検査器を用いてずれを検出するための合わせマークとに大別される。したがって、合わせマークはまず第1に、露光機や合わせ検査器によって認識されることが必要である。
特開平11−258775号公報
本発明の目的は、半導体装置の合わせマーク、ならびに前記合わせマークを含む半導体装置を提供することである。
(1)本発明の半導体装置の合わせマークは、
絶縁層に設けられた凹部に埋め込まれた導電層と、
前記導電層上に設けられた酸化バリア層と、
を含み、
平面パターンにおける前記凹部の面積占有率が5%以上である。
本発明の半導体装置の合わせマークによれば、絶縁層に設けられた凹部に埋め込まれた導電層と、前記導電層上に設けられた酸化バリア層と、を含み、平面パターンにおける前記凹部の面積占有率が5%以上であることにより、露光機や合わせ検査器等の測定機器によって確実に認識可能である。
上記本発明の半導体装置の合わせマークは、強誘電体メモリ装置内に設けることができる。この場合、前記強誘電体メモリ装置はコンタクト部を含み、前記凹部の最小幅dは、前記コンタクト部の径dに対して0.8〜2であることができる。
(2)本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体装置の合わせマークを含む。
上記本発明の半導体装置において、強誘電体メモリ装置をさらに含むことができる。この場合、前記強誘電体メモリ装置はコンタクト部を含み、前記凹部の最小幅dは、前記コンタクト部の径dに対して0.8〜2であることができる。
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
1.半導体装置の合わせマークおよび半導体装置の構造
図1は、本発明の一実施形態の半導体装置の合わせマーク20(以下、単に「合わせマーク」ともいう)の配列を模式的に示す平面図である。図2は、図1に示される合わせマーク20を含む半導体装置120を模式的に示す断面図である。図3は、本発明の一実施形態の合わせマーク20を模式的に示す拡大平面図である。図4は、図3に示されるA−Aに沿った断面を模式的に示す図である。
本実施の形態の合わせマーク20は、半導体装置の製造において一般的に使用される合わせマークとして使用可能である。例えば、合わせマーク20は、露光機を用いてレジストを露光する際に露光機によって読み取られる粗合わせ用マーク、精密合わせ用マーク、または露光および現像後に合わせ検査器を用いてずれを検出するための合わせマークとして使用可能である。
図1においては、複数の合わせマーク20(20a)が行方向および列方向に配置されている。なお、合わせマーク20の配列様式はこれに限定されず、測定機器によって認識が可能であればよい。また、合わせマーク20は、図2に示される強誘電体メモリ装置100を含む半導体装置120の製造工程において使用可能である。したがって、合わせマーク20は、半導体装置120内(強誘電体メモリ装置100内)に設けることができる。
本実施の形態の合わせマーク20は、図4に示されるように、絶縁層80に設けられた凹部38に埋め込まれた導電層32と、導電層32上に設けられた酸化バリア層42と、を含む。図4においては、酸化バリア層42は、導電層32および絶縁層80上に設けられている。また、図3に示されるように、合わせマーク20(20a)の平面パターンは環状であることができる。
本実施の形態の合わせマーク20においては、平面パターンにおける凹部38の面積占有率が5%以上である。ここで、「合わせマーク20の平面パターンにおける凹部38の面積占有率」とは、図3に示されるように、1つの合わせマーク20の平面パターンにおいて、線Xで囲まれた領域(線Xの内部領域)の面積に対する領域Y(斜線で示された領域、すなわち、凹部38)の面積をいう。すなわち、「合わせマーク20の平面パターンにおける凹部38の面積占有率(%)」は、「平面パターンにおける領域Yの面積/平面パターンにおける線Xの内部領域の面積×100」で表される(図3参照)。なお、図3において、線Xは実線で示された領域Yの外周である。
本実施の形態の合わせマーク20において、平面パターンにおける凹部38の面積占有率が5%未満であると、露光機や合わせ検査器等の測定機器によって認識されない場合がある。
本実施の形態の合わせマーク20は、図2に示される強誘電体メモリ装置100内に設けられたコンタクト部30と同じ材質からなることができる。より具体的には、合わせマーク20およびコンタクト部30は同じ絶縁層80に配置され、同じ材質の導電層32を含む。また、本実施の形態の合わせマーク20とコンタクト部30とを同じ工程にて形成してもよい。
また、強誘電体メモリ装置100の強誘電体キャパシタ100Cと絶縁層80との間に配置された酸化バリア層42(図2参照)は、合わせマーク20に含まれる酸化バリア層42(図4参照)と同一の工程にて形成可能であり、この場合、両者は同じ材質からなることができる。なお、図2では、コンタクト部30に酸化バリア層が設けられていない例を示したが、あるいは、合わせマーク20およびコンタクト部30に同じ酸化バリア層42が形成されていてもよい。
導電層32は、例えばタングステン等の高融点金属からなる。酸化バリア層42は、導電層32の酸化を防止する機能を有する。酸化バリア層42としては、例えば、TiNや、TiAlN、Al、TiとTiNの積層体等が挙げられる。
合わせマーク20の凹部38の最小幅d(図3参照)は、コンタクト部30の径d(図2参照)に対して0.8〜2であること(すなわち、d=0.8d2〜2d2)が好ましく、d=d2であることがより好ましい。コンタクト部30の径dに対する合わせマーク20の凹部38の最小幅dが0.8〜2であることにより、コンタクト部30の導電層32を形成するために導電材料を開口部36に埋め込む工程と同一の工程によって、前記導電材料を凹部38に埋め込むことにより、合わせマーク20の導電層32を形成することができる。さらに、合わせマーク20の凹部38の最小幅dが、コンタクト部30の径dとほぼ等しいことがさらに好ましい。なお、上述した、合わせマーク20の凹部38の最小幅dと、コンタクト部30の径dとの大きさの関係は、図5〜図8に示される合わせマーク20b〜20eにおいても同様に適用される。
図5〜図8は、図1に示される合わせマーク20の一変形例(20b〜20e)を模式的に示す拡大平面図である。また、図5〜図8に示される合わせマーク20b〜20eにおいて、A−Aに沿った断面は、図3に示される合わせマーク20aにおける断面(図4)と同様である。すなわち、図5〜図8に示される合わせマーク20b〜20eのいずれにおいても、斜線部で示される部分が領域Y(凹部38、言い換えれば、導電層32が配置されている部分)である。すなわち、図5〜図8に示される合わせマーク20b〜20eにおいても、図3に示される合わせマーク20aと同様に、凹部38に導電層32が埋め込まれている。また、図5〜図8に示される合わせマーク20b〜20eは、図3に示される合わせマーク20aと同様に、図1のように配列させることができる。なお、図5〜図8において、線Xは点線で示されている。
図5に示される合わせマーク20bの平面パターンは、図3に示される合わせマーク20aの平面パターンから4隅近傍の領域が除去された形状を有する。
図6に示される合わせマーク20cの平面パターンは、正方形の領域Y(導電層32、凹部38)が格子状に配列した形状を有する。
図7に示される合わせマーク20dの平面パターンは、長方形の領域Y(導電層32、凹部38)がストライプ状に配列した形状を有する。
図8に示される合わせマーク20eの平面パターンは、図5に示される合わせマーク20bの平面パターン内に、図6に示される合わせマーク20cの平面パターンと同様のパターンが配置された形状を有する。
上述した部分以外については、図5〜図8に示される合わせマーク20b〜20eはいずれも、上述した合わせマーク20aと同様の構成を有し、かつ同様の作用効果を有する。
強誘電体メモリ装置100は、トランジスタ10および強誘電体キャパシタ100Cを含む。なお、本実施形態においては、1T/1C型のメモリセルについて説明するが、本発明が適用されるのは1T/1C型のメモリセルに限定されない。また、強誘電体メモリ装置100は、絶縁層80に設けられたコンタクト部30,31を含む。コンタクト部30は、第1不純物領域14の上に配置されている。コンタクト部31は、第2不純物領域16の上に形成されている。
強誘電体キャパシタ100Cは主に、第1電極101と、第1電極102の上に形成された強誘電体膜102と、強誘電体膜102の上に形成された第2電極103とから構成される。また、強誘電体キャパシタ100Cは、コンタクト部31の上に配置されている。
強誘電体膜102は、強誘電体物質を含む。この強誘電体物質は、ペロブスカイト型の結晶構造を有し、A1−b1−aの一般式で示されることができる。Aは、Pbを含む。Bは、ZrおよびTiのうちの少なくとも1つからなる。Xは、V、Nb、Ta、Cr、Mo、およびWのうちの少なくとも1つからなる。強誘電体膜102は、強誘電体膜として使用可能な公知の材料を使用することができ、例えば、(Pb(Zr,Ti)O)(PZT)、SrBiTa(SBT)、(Bi,La)Ti12(BLT)が挙げられる。強誘電体膜102は、例えばゾルゲル法により成膜された膜を高温焼成することにより形成可能である。
トランジスタ10は、ゲート絶縁層12と、ゲート絶縁層12上に形成されたゲート導電層13と、ソース/ドレイン領域である第1および第2不純物領域14,16とを含む。
2.作用効果
本実施の形態の半導体装置の合わせマーク20は、平面パターンにおける凹部38の面積占有率が5%以上であることにより、露光機や合わせ検査器等の測定機器によって確実に認識可能である。本実施の形態の半導体装置の合わせマーク20の作用効果をより詳細に説明するために、まず、半導体装置の製造において、強誘電体メモリ装置120内に設けられたコンタクト部と、合わせマークとを同一の工程にて形成する一般的な工程について説明する。
2.1.一般的なコンタクト部および合わせマークの製造工程
図9〜図11において、「30A」は図2に示されるコンタクト部30の形成領域を示し、「130A」は従来の合わせマーク130の形成領域を示す。
まず、図9に示されるように、例えばフォトリソグラフィ法により、コンタクト部30の形成領域30Aにおいて開口部36を、合わせマーク130の形成領域130Aにおいて凹部138を、絶縁層80にそれぞれ形成する。従来の合わせマークにおいては、通常、凹部138の幅は開口部36の径より少なくとも5倍大きい。例えば、開口部36の径(後に形成されるコンタクト部30の径)が0.6μmである場合、凹部138の幅が3μmである。
次に、図10に示されるように、例えばスパッタリング法やCVD法により、開口部36に導電層32aを埋め込む。この導電層32aはコンタクトプラグとなる導電層を形成するための導電材料であり、例えば上述したように、タングステン等からなる。この工程により、凹部138の表面上に導電層32aが形成される。しかしながら、凹部138の幅は開口部36の径よりずっと大きいため、凹部138は導電層32aによって埋め込まれず、凹部138には段差が生じたままである。続いて、例えばCMP法によって、絶縁層80上の導電層32aを除去する。
次いで、図11に示されるように、導電層32および絶縁層80の上に酸化バリア層42を形成する。なお、コンタクト部30の形成領域においては、酸化バリア層42は除去される。以上により、半導体装置120内にコンタクト部30および合わせマーク130が形成される。ここで、合わせマーク130Aの形成領域においては、酸化バリア層42は、絶縁層80の上面、ならびに凹部138の側壁44および底面46に形成される(図11参照)。しかしながら、酸化バリア層42は一般に、スパッタリングにより形成されるため、凹部130の側壁44に形成された酸化バリア層42の膜厚は、絶縁層80の上面に形成された酸化バリア層42の膜厚と比較して薄い(図11参照)。
一方、強誘電体メモリ装置の製造においては一般に、強誘電体膜102(図2参照)は高温熱処理による焼成によって形成される。この高温熱処理の温度は一般に、400〜750℃以上である。これに対して、上述したように、従来の合わせマーク130においては、凹部138の側壁44に形成された酸化バリア層42の膜厚が薄いため(図11参照)、酸化バリア層42が酸化バリア機能を発揮しえず、強誘電体膜102の焼成のための高温熱処理によって、凹部138の側壁44においてタングステン等の高融点金属からなる導電層32が酸化される。その結果、凹部138の側壁44近傍において合わせマーク130の形状が損なわれることがあった。これにより、合わせマーク130が測定機器によって認識されないことがあった。
2.2.本実施の形態の合わせマーク20の作用効果
これに対して、本実施の形態の合わせマーク20によれば、図3および図4に示されるように、凹部38に埋め込まれた導電層32と、導電層32上に設けられた酸化バリア層42とを含み、平面パターンにおける凹部38の面積占有率が5%以上である。これにより、導電層32が凹部38に埋め込まれており、かつ酸化バリア層42によって導電層32の酸化が防止されている。このため、強誘電体膜102の焼成のための高温熱処理において、導電層32が酸化されるのを確実に防止することができる。このため、凹部138の側壁44近傍において合わせマーク130の形状が損なわれることがない。さらに、本実施の形態の合わせマーク20によれば、平面パターンにおける凹部38の面積占有率が5%以上であることにより、本実施の形態の合わせマーク20の平面パターンは、露光機や合わせ検査器等の測定機器によって確実に認識可能である。
また、本実施の形態の合わせマーク20によれば、強誘電体メモリ装置100を含む半導体装置120内に設けられ、強誘電体メモリ装置100はコンタクト部30を含み、凹部38の最小幅dは、コンタクト部30の径dに対して0.8〜2であることにより、強誘電体メモリ装置100に含まれるコンタクト部30に導電層32を埋め込む工程と同一の工程にて、合わせマーク20を形成するために凹部38に導電層32を確実に埋め込むことができる。これにより、導電層32の上面が酸化バリア層42で覆われた合わせマーク20を得ることができる。その結果、導電層32の酸化が酸化バリア層42によって確実に防止された合わせマーク20を得ることができる。この合わせマーク20は、導電層32の酸化が酸化バリア層42によって確実に防止されているため、強誘電体膜102の焼成のための高温熱処理において、導電層32の酸化によって形状が変化することがない。したがって、本実施の形態の合わせマーク20は、例えば、強誘電体メモリ装置100の製造において使用される場合、露光機や合わせ検査器等の測定機器によってより正確に認識することができる。
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
本発明の一実施形態の半導体装置の合わせマークの配列を模式的に示す平面図。 図1に示される合わせマークを含む半導体装置を模式的に示す断面図。 本発明の一実施形態の合わせマークを模式的に示す拡大平面図。 図3に示されるA−Aに沿った断面を模式的に示す図。 図1に示される合わせマークの一変形例を模式的に示す拡大平面図。 図1に示される合わせマークの一変形例を模式的に示す拡大平面図。 図1に示される合わせマークの一変形例を模式的に示す拡大平面図。 図1に示される合わせマークの一変形例を模式的に示す拡大平面図。 一般的な半導体装置の一製造工程を模式的に示す断面図。 一般的な半導体装置の一製造工程を模式的に示す断面図。 一般的な半導体装置の一製造工程を模式的に示す断面図。
符号の説明
10・・・トランジスタ、11・・・半導体基板、12・・・ゲート絶縁層、13・・・ゲート導電層、14・・・第1不純物領域、15・・・サイドウォール絶縁層、16・・・第2不純物領域、18・・・素子分離領域、20(20a,20b,20c,20d,20e)・・・合わせマーク、30,31・・・コンタクト部、30A・・・コンタクト部の形成領域、32,32a・・・導電層、36・・・開口部、38・・・凹部、40・・・配線、42・・・酸化バリア層、44・・・凹部の側壁、46・・・凹部の底面、80・・・絶縁層、100・・・強誘電体メモリ装置、100C・・・強誘電体キャパシタ、101・・・第1電極、102・・・強誘電体膜、103・・・第2電極、120・・・半導体装置、130A・・・合わせマークの形成領域、138・・・凹部、d・・・凹部の最小幅、d・・・強誘電体メモリ装置のコンタクト部の径

Claims (6)

  1. 絶縁層に設けられた凹部に埋め込まれた導電層と、
    前記導電層上に設けられた酸化バリア層と、
    を含み、
    平面パターンにおける前記凹部の面積占有率が5%以上である、半導体装置の合わせマーク。
  2. 請求項1において、
    強誘電体メモリ装置内に設けられた、半導体装置の合わせマーク。
  3. 請求項2において、
    前記強誘電体メモリ装置はコンタクト部を含み、
    前記凹部の最小幅dは、前記コンタクト部の径dに対して0.8〜2である、半導体装置の合わせマーク。
  4. 請求項1に記載の半導体装置の合わせマークを含む、半導体装置。
  5. 請求項4において、
    強誘電体メモリ装置をさらに含む、半導体装置。
  6. 請求項5において、
    前記強誘電体メモリ装置はコンタクト部を含み、
    前記凹部の最小幅dは、前記コンタクト部の径dに対して0.8〜2である、半導体装置。
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