JP2012084591A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Katsuichi Fukui
勝一 福井
Satoshi Abe
智 阿部
Yasushi Morimoto
康史 森本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming alignment marks having improved visibility in a simple process.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device comprises the steps of: forming patterns MK having a step with respect to a primary surface of a semiconductor substrate SUB, on the primary surface; forming a first semiconductor layer PS1 containing a semiconductor material above the patterns MK; forming a second semiconductor layer PS2 containing a semiconductor material above the first semiconductor layer PS1; and forming resist patterns RS above the second semiconductor layer PS2. In the step of forming the resist patterns RS, the patterns MK are used as alignment marks.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、積層構造の形成に用いるアライメントマークの形成方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming an alignment mark used for forming a laminated structure.

半導体素子が複数形成された半導体装置の製造工程において、いわゆるリソグラフィ技術などの写真製版技術が広く用いられる。具体的には、レジストパターンを形成することにより、半導体基板上に異なる種類の薄膜のパターンを複数積層する。この積層された複数の薄膜のパターンを組み合わせたものが、半導体素子として機能する。   In the manufacturing process of a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are formed, photolithography technology such as so-called lithography technology is widely used. Specifically, a plurality of different types of thin film patterns are stacked on a semiconductor substrate by forming a resist pattern. A combination of the laminated thin film patterns functions as a semiconductor element.

既に形成された薄膜のパターンの上に、異なる薄膜のパターンを積層する際には、既に形成された薄膜に対して所望の位置に異なる薄膜のパターンが形成されるように、平面視における位置を正確に定める必要がある。このため下層のパターンを形成する際に、半導体基板上の所定領域には、アライメントマークが同時に形成される。そして上に積層された薄膜にパターンを形成する際には、段差としてのパターンであるアライメントマークを光学的に認識しながら、パターンを形成すべき位置が正確に定められる。   When different thin film patterns are stacked on the already formed thin film pattern, the position in plan view is set so that a different thin film pattern is formed at a desired position with respect to the already formed thin film pattern. It needs to be determined accurately. Therefore, when forming the lower layer pattern, alignment marks are simultaneously formed in a predetermined region on the semiconductor substrate. When a pattern is formed on the thin film laminated thereon, the position where the pattern is to be formed is accurately determined while optically recognizing an alignment mark as a pattern as a step.

下層のパターンおよびアライメントマークが形成された後にその上に形成される薄膜が、たとえば絶縁膜のような光学的に透明な膜であれば、その膜を透過して下層のアライメントマークが透けて見える。したがって当該上部の薄膜にパターンを形成する際には下層のアライメントマークを可視的に確認しながら位置を調整することが比較的容易である。しかし、上に形成される薄膜がたとえば金属の薄膜やシリコンの薄膜のような光学的に不透明な膜であれば、上層のパターン形成時に下層のアライメントマークを可視的に確認することが困難となる。   If the thin film formed on the lower layer pattern and alignment mark after it is formed is an optically transparent film such as an insulating film, the lower alignment mark can be seen through the film. . Therefore, when forming a pattern on the upper thin film, it is relatively easy to adjust the position while visually confirming the lower alignment mark. However, if the thin film formed thereon is an optically opaque film such as a metal thin film or a silicon thin film, it is difficult to visually confirm the lower alignment mark when forming the upper layer pattern. .

このためたとえば特開2003−7815号公報(特許文献1)においては、半導体基板の表面に対して段差となるように形成された絶縁膜上に、コントラストの良好なエッチングストッパ膜が重ね合わせ検査マーク(アライメントマーク)として形成される。当該検査マークは、基板に対して段差を形成している上に、マーク自体が可視的に容易に確認できる薄膜で形成されている。このため当該検査マークを用いれば、下層パターン上に、良好な位置精度で容易に、上層パターンを形成することが可能となる。   For this reason, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-7815 (Patent Document 1), an etching stopper film having a good contrast is placed on the insulating film formed so as to be stepped with respect to the surface of the semiconductor substrate. (Alignment mark). The inspection mark is formed of a thin film that forms a step with respect to the substrate and that can be easily visually confirmed. For this reason, if the inspection mark is used, it is possible to easily form the upper layer pattern on the lower layer pattern with good positional accuracy.

特開2003−7815号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-7815

しかしながら、微細化の進む半導体素子製造技術においては、パターンをより平坦に形成する技術が不可欠となっている。このため特許文献1に開示される段差を形成するにしても、アライメントマークの段差の高さ(主表面に対して突出する部分)を精密に制御し、当該高さが過剰になることを抑制する必要がある。   However, in the semiconductor element manufacturing technology that is increasingly miniaturized, a technology for forming a pattern more flat is indispensable. For this reason, even if the step disclosed in Patent Document 1 is formed, the height of the step of the alignment mark (the portion protruding from the main surface) is precisely controlled to prevent the height from becoming excessive. There is a need to.

また将来、半導体素子の微細化がさらに進むと、アライメントマークに段差を施しただけではその視認が困難になる可能性がある。   Further, in the future, if the semiconductor element is further miniaturized, it may become difficult to visually recognize the alignment mark only by providing a step.

さらに、特許文献1に開示される検査マークの形成方法においては、検査マークのパターンを形成するだけの目的でレジストパターンが形成される。このため検査マークの形成に多くの工程を要し、その結果生産コストが増大する可能性がある。   Furthermore, in the inspection mark forming method disclosed in Patent Document 1, a resist pattern is formed only for the purpose of forming an inspection mark pattern. For this reason, many processes are required for forming the inspection mark, and as a result, the production cost may increase.

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、より視認が容易なアライメントマークを簡素な工程で形成することが可能な、半導体装置の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of forming alignment marks that are easier to visually recognize in a simple process.

本発明の一実施例による半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。
まず半導体基板の主表面上に、主表面に対して段差を有するパターンが形成される。上記パターン上に、半導体材料を含む第1の半導体層が形成される。上記第1の半導体層上に、半導体材料を含む第2の半導体層が形成される。上記第2の半導体層上にレジストパターンが形成される。上記レジストパターンが形成される工程において、パターンが位置合わせマークとして用いられる。
A manufacturing method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes the following steps.
First, a pattern having a step with respect to the main surface is formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first semiconductor layer containing a semiconductor material is formed on the pattern. A second semiconductor layer containing a semiconductor material is formed on the first semiconductor layer. A resist pattern is formed on the second semiconductor layer. In the step of forming the resist pattern, the pattern is used as an alignment mark.

上記一実施例のように、アライメントマークの上に、第1および第2の半導体層の2層が積層される。第1および第2の半導体層とは、当該半導体装置中の半導体素子を構成する。このような構成を有することにより、アライメントマークの上に1層の半導体層のみが形成される場合に比べて、鮮明なアライメントマークが視認される。したがってたとえばマークのみを形成する工程を排除することができ、工程数を増やすことなく、位置合わせの精度が高められる。   As in the above embodiment, two layers of the first and second semiconductor layers are stacked on the alignment mark. The first and second semiconductor layers constitute a semiconductor element in the semiconductor device. By having such a configuration, a clear alignment mark is visually recognized as compared with the case where only one semiconductor layer is formed on the alignment mark. Therefore, for example, the step of forming only the mark can be eliminated, and the alignment accuracy can be improved without increasing the number of steps.

本実施の形態1に係る半導体装置であってウェハの状態を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing a state of a wafer, which is a semiconductor device according to a first embodiment. 本実施の形態1に係る半導体装置において、マーク部に形成されるアライメントマークの態様を示す概略断面図である。In the semiconductor device concerning this Embodiment 1, it is a schematic sectional drawing which shows the aspect of the alignment mark formed in a mark part. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 5th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 6th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 7th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第8工程を示す概略断面図、および同一工程におけるトランジスタが形成される領域の状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 8th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and a schematic sectional drawing which shows the state of the area | region in which the transistor in the same process is formed. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第9工程を示す概略断面図、および同一工程におけるトランジスタが形成される領域の状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 9th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and a schematic sectional drawing which shows the state of the area | region in which the transistor in the same process is formed. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第10工程を示す概略断面図、および同一工程におけるトランジスタが形成される領域の状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 10th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and a schematic sectional drawing which shows the state of the area | region in which the transistor in the same process is formed. 本発明の実施の形態1における半導体装置のマーク部の製造方法の第11工程を示す概略断面図、および同一工程におけるトランジスタが形成される領域の状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 11th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and a schematic sectional drawing which shows the state of the area | region in which the transistor in the same process is formed. 本発明の実施の形態1における半導体装置の、図2に示すマーク部が形成される工程である、製造方法の第12工程におけるトランジスタが形成される領域の状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state of the area | region in which the transistor in the 12th process of a manufacturing method is a process in which the mark part shown in FIG. 2 of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention is formed. 実施の形態1の比較例における半導体装置のマーク部の製造方法の、図12に対応する工程を示す概略断面図である。FIG. 13 is a schematic cross sectional view showing a step corresponding to FIG. 12 of the method for manufacturing the mark portion of the semiconductor device in the comparative example of the first embodiment. 実施の形態1の比較例における半導体装置のマーク部の製造方法の、図13に対応する工程を示す概略断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a step corresponding to FIG. 13 of the method for manufacturing the mark portion of the semiconductor device in the comparative example of the first embodiment. 実施の形態1の比較例における半導体装置のマーク部の製造方法の、図14に対応する工程を示す概略断面図である。FIG. 15 is a schematic cross sectional view showing a process corresponding to FIG. 14 of the method for manufacturing the mark portion of the semiconductor device in the comparative example of the first embodiment. 実施の形態1の比較例として、多結晶シリコン層が1層のみ形成されたパターンMKに、視認用の光が入射され反射される態様を示す概略断面図である。As a comparative example of Embodiment 1, it is a schematic sectional view showing an aspect in which light for viewing is incident and reflected on a pattern MK in which only one polycrystalline silicon layer is formed. 図18の態様におけるパターンMKの、平面視における態様の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of the aspect in planar view of the pattern MK in the aspect of FIG. 本発明の実施の形態1として、多結晶シリコン層が1層のみ形成されたパターンMKに、視認用の光が入射され反射される態様を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the aspect in which the light for visual recognition enters into the pattern MK in which only one polycrystalline silicon layer was formed as Embodiment 1 of this invention, and is reflected. 図20の態様におけるパターンMKの、平面視における態様の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of the aspect in planar view of the pattern MK in the aspect of FIG. 本実施の形態2に係る半導体装置において、マーク部に形成されるアライメントマークの態様を示す概略断面図である。In the semiconductor device concerning this Embodiment 2, it is a schematic sectional drawing which shows the aspect of the alignment mark formed in a mark part. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 5th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 6th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 7th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第8工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 8th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第9工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 9th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第10工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 10th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第11工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 11th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置のマーク部の製造方法の第12工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 12th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体装置のマーク部の製造方法の、実施の形態2の図27に示す工程に続く工程を示す概略断面図である。FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 27 of the second embodiment in the method for manufacturing the mark portion of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3における半導体装置のマーク部の製造方法の、図35に示す工程に続く工程を示す概略断面図である。FIG. 36 is a schematic cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 35 in the method for manufacturing the mark portion of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3における半導体装置のマーク部の製造方法の、図36に示す工程に続く工程を示す概略断面図である。FIG. 37 is a schematic cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 36 in the method for manufacturing a mark portion of a semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 本実施の形態4に係る半導体装置において、マーク部に形成されるアライメントマークの態様を示す概略断面図である。In the semiconductor device concerning this Embodiment 4, it is a schematic sectional drawing which shows the aspect of the alignment mark formed in a mark part. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 5th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 6th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 7th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第8工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 8th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第9工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 9th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第10工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 10th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における半導体装置のマーク部の製造方法の第11工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 11th process of the manufacturing method of the mark part of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
まず、本実施の形態としてウェハ状態の半導体装置について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, a semiconductor device in a wafer state will be described as this embodiment.

図1を参照して、半導体ウェハである半導体基板SUBの主表面上には、チップ形成領域CLとマーク部とが配置される。すなわち、当該主表面上に複数のチップ形成領域CLが規則的に並び、2つのチップ形成領域に挟まれる領域がマーク部として形成される。   Referring to FIG. 1, a chip formation region CL and a mark portion are arranged on the main surface of a semiconductor substrate SUB that is a semiconductor wafer. That is, a plurality of chip formation regions CL are regularly arranged on the main surface, and a region sandwiched between two chip formation regions is formed as a mark portion.

チップ形成領域CLにはたとえばトランジスタ(半導体素子)が複数形成され、マーク部にはアライメントマーク(位置合わせマーク)が複数形成される。   For example, a plurality of transistors (semiconductor elements) are formed in the chip formation region CL, and a plurality of alignment marks (alignment marks) are formed in the mark portion.

図2を参照して、半導体基板SUBはたとえばシリコン(Si)単結晶から形成される。半導体基板のうち、シリコン単結晶から構成され、n型またはp型の不純物を含む主要部分をここでは支持基板SSとする。   Referring to FIG. 2, semiconductor substrate SUB is formed of, for example, a silicon (Si) single crystal. Of the semiconductor substrate, a main portion made of silicon single crystal and containing n-type or p-type impurities is referred to as a support substrate SS here.

さらに図2を参照して、アライメントマークとしてのパターンMKは、半導体基板SUBの主表面(支持基板SSの最上部)よりも、半導体基板SUBの内部に向かうように延びた形状を有する。つまりパターンMKは半導体基板SUBの主表面に対して凹形状を有するトレンチ溝TRにより形成される。なおトレンチ溝TRの内部の少なくとも一部にたとえばシリコン酸化膜(SiO2)などの絶縁膜IIが充填されていてもよい。 Further, referring to FIG. 2, pattern MK as an alignment mark has a shape extending from the main surface of semiconductor substrate SUB (the uppermost portion of support substrate SS) toward the inside of semiconductor substrate SUB. That is, the pattern MK is formed by the trench groove TR having a concave shape with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB. Note that at least a part of the inside of the trench TR may be filled with an insulating film II such as a silicon oxide film (SiO 2 ).

半導体基板SUBの主表面上には、ゲート絶縁膜GI1、アモルファスシリコン層AMS、多結晶シリコン層PS1(第1の半導体層)、界面絶縁層III(絶縁物層)、多結晶シリコン層PS2(第2の半導体層)、反射防止膜BC、レジストパターンRSがこの順で積層されている。界面絶縁層IIIは、界面酸化膜O1、界面窒化膜N1、界面酸化膜O2の順に積層された3層からなる。ここで多結晶シリコン層PS1および多結晶シリコン層PS2の一部が、パターンMKを構成するトレンチ溝TRの内部の一部を充填することが好ましい。   On the main surface of the semiconductor substrate SUB, a gate insulating film GI1, an amorphous silicon layer AMS, a polycrystalline silicon layer PS1 (first semiconductor layer), an interface insulating layer III (insulator layer), and a polycrystalline silicon layer PS2 (first layer). 2 semiconductor layer), antireflection film BC, and resist pattern RS are laminated in this order. The interfacial insulating layer III includes three layers in which an interfacial oxide film O1, an interfacial nitride film N1, and an interfacial oxide film O2 are stacked in this order. Here, it is preferable that a part of the polycrystalline silicon layer PS1 and the polycrystalline silicon layer PS2 fill a part of the trench groove TR constituting the pattern MK.

ゲート絶縁膜GI1はたとえばシリコン酸化膜からなる薄膜である。アモルファスシリコン層AMSはたとえば非晶質シリコンからなる薄膜である。多結晶シリコン層PS1および多結晶シリコン層PS2は、いずれもシリコンなどの半導体材料の多結晶体を含む半導体層である。多結晶シリコン層PS1と多結晶シリコン層PS2とを構成する半導体材料や、当該半導体材料に含有される不純物の材質および、当該半導体材料の含まれる割合(組成)は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。   The gate insulating film GI1 is a thin film made of, for example, a silicon oxide film. The amorphous silicon layer AMS is a thin film made of, for example, amorphous silicon. Polycrystalline silicon layer PS1 and polycrystalline silicon layer PS2 are both semiconductor layers containing a polycrystalline body of a semiconductor material such as silicon. The semiconductor material constituting the polycrystalline silicon layer PS1 and the polycrystalline silicon layer PS2, the material of impurities contained in the semiconductor material, and the ratio (composition) of the semiconductor material may be the same. , May be different.

界面酸化膜O1、O2はたとえばシリコン酸化膜からなる薄膜であり、界面窒化膜N1はたとえばシリコン窒化膜(SiN)からなる薄膜である。   The interface oxide films O1 and O2 are thin films made of, for example, a silicon oxide film, and the interface nitride film N1 is a thin film made of, for example, a silicon nitride film (SiN).

たとえば多結晶シリコン層PS1および多結晶シリコン層PS2が、通常の写真製版技術によりパターニングされる際には、図2に示すように、形成された多結晶シリコン層PS1、PS2の上に塗布された感光剤としてのレジストがレジストパターンRSとなる。このレジストパターンRSの形状を基に、多結晶シリコン層PS1および多結晶シリコン層PS2がパターニングされる。   For example, when the polycrystalline silicon layer PS1 and the polycrystalline silicon layer PS2 are patterned by a normal photolithography technique, they are applied on the formed polycrystalline silicon layers PS1 and PS2, as shown in FIG. The resist as the photosensitive agent becomes the resist pattern RS. Based on the shape of resist pattern RS, polycrystalline silicon layer PS1 and polycrystalline silicon layer PS2 are patterned.

ここで、多結晶シリコン層PS1と多結晶シリコン層PS2との界面に、絶縁物層としての界面絶縁層IIIを有すれば、界面絶縁層IIIの上の多結晶シリコン層PS2(多結晶層)から界面絶縁層IIIの方へ進む、パターンMKを視認するための光が、多結晶シリコン層PS2と界面絶縁層IIIとの界面において屈折する。この屈折により、パターンMKの存在を視認することがより容易となり、レジストパターンRSをより高精度に形成することができる。   Here, if the interface insulating layer III as an insulator layer is provided at the interface between the polycrystalline silicon layer PS1 and the polycrystalline silicon layer PS2, the polycrystalline silicon layer PS2 (polycrystalline layer) on the interface insulating layer III. The light for visually recognizing the pattern MK traveling from the first to the interface insulating layer III is refracted at the interface between the polycrystalline silicon layer PS2 and the interface insulating layer III. This refraction makes it easier to visually recognize the presence of the pattern MK, and the resist pattern RS can be formed with higher accuracy.

このため多結晶シリコン層PS1と多結晶シリコン層PS2との間には、界面絶縁層IIIが配置されることがより好ましい。ただし界面絶縁層IIIが形成されず、多結晶シリコン層PS1の上に直接多結晶シリコン層PS2が形成されてもよい。   For this reason, it is more preferable that the interfacial insulating layer III is disposed between the polycrystalline silicon layer PS1 and the polycrystalline silicon layer PS2. However, the interface insulating layer III may not be formed, and the polycrystalline silicon layer PS2 may be formed directly on the polycrystalline silicon layer PS1.

反射防止膜BCはたとえば有機材料からなる薄膜であり、半導体基板SUBの上方から照射される光が反射して、パターンMKに到達されなくなることを抑制する機能を有する。   The antireflection film BC is a thin film made of, for example, an organic material, and has a function of preventing light irradiated from above the semiconductor substrate SUB from being reflected and not reaching the pattern MK.

次に図2に示す、本実施の形態の半導体装置の、特にマーク部の製造方法について図3〜図13を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the mark portion of the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS.

図3を参照して、まずたとえばn型のシリコン単結晶からなる支持基板SSからなる半導体基板SUBの一方(ここでは上方)の主表面上に、ゲート絶縁膜GI1とアモルファスシリコン層AMSとシリコン窒化膜SNとがこの順に積層される。アモルファスシリコン層AMSとシリコン窒化膜SNとは、たとえばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。ゲート絶縁膜GI1は熱酸化により形成されることが好ましいが、プラズマCVD法により形成されてもよい。その後、通常の写真製版技術により、シリコン窒化膜SN上に塗布されたレジストがパターニングされ、レジストパターンRSが形成される。   Referring to FIG. 3, first, gate insulating film GI1, amorphous silicon layer AMS, and silicon nitride are formed on one main surface (upper here) of semiconductor substrate SUB made of support substrate SS made of, for example, an n-type silicon single crystal. The film SN is stacked in this order. The amorphous silicon layer AMS and the silicon nitride film SN are formed by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The gate insulating film GI1 is preferably formed by thermal oxidation, but may be formed by a plasma CVD method. Thereafter, the resist applied on the silicon nitride film SN is patterned by a normal photolithography technique to form a resist pattern RS.

図3および図4を参照して、レジストパターンRSをマスクとして支持基板SSaがエッチングされ、トレンチ溝TRが形成される。トレンチ溝TRはレジストパターンRSの下部のシリコン窒化膜SN、アモルファスシリコン層AMS、ゲート絶縁膜GI1のそれぞれを貫通し、支持基板SSaの一部を削るように形成されることが好ましい。半導体基板SUBの内部にトレンチ溝TRが形成されることにより、支持基板SSaは支持基板SSとなる。このようにトレンチ溝TRの底面(図3、図4における最下部)が半導体基板SUBの、薄膜が形成された主表面に対して段差を有する(上下方向の高さが異なる)ように形成されることが好ましい。その後、たとえば酸素アッシングによりレジストパターンRSが除去される。   Referring to FIGS. 3 and 4, support substrate SSa is etched using resist pattern RS as a mask to form trench trench TR. The trench TR is preferably formed so as to penetrate each of the silicon nitride film SN, the amorphous silicon layer AMS, and the gate insulating film GI1 below the resist pattern RS and cut off a part of the support substrate SSa. By forming the trench TR in the semiconductor substrate SUB, the support substrate SSa becomes the support substrate SS. In this way, the bottom surface of trench trench TR (the lowermost portion in FIGS. 3 and 4) is formed to have a step (the height in the vertical direction differs) with respect to the main surface of semiconductor substrate SUB on which the thin film is formed. It is preferable. Thereafter, resist pattern RS is removed by, for example, oxygen ashing.

図5を参照して、シリコン窒化膜SN上を覆い、かつトレンチ溝TRの内部を埋めるように、たとえばシリコン酸化膜からなる絶縁膜IIaが形成される。この絶縁膜IIaは、たとえばHDP(High Density Plasma)−CVD法により形成される。   Referring to FIG. 5, an insulating film IIa made of, for example, a silicon oxide film is formed so as to cover silicon nitride film SN and fill trench trench TR. This insulating film IIa is formed, for example, by HDP (High Density Plasma) -CVD.

図6を参照して、絶縁膜IIa上にレジストが塗布され、通常の写真製版技術によりレジストパターンRSが形成される。このレジストパターンRSは、トレンチ溝TRの上部にレジストパターンRSの開口部が形成される態様であることが好ましい。   Referring to FIG. 6, a resist is applied on insulating film IIa, and a resist pattern RS is formed by a normal photolithography technique. The resist pattern RS is preferably in a form in which an opening of the resist pattern RS is formed above the trench groove TR.

図7を参照して、レジストパターンRSをマスクとして絶縁膜IIaがドライエッチングにより除去され、絶縁膜IIaは絶縁膜IIbとなる。このとき、レジストパターンRSの開口部の下部にトレンチ溝TRが形成されていれば、トレンチ溝TRの内部の絶縁膜IIaもその一部が除去される。しかし図7に示すように、絶縁膜IIaの一部がトレンチ溝TRの内部に残り、絶縁膜IIbを構成してもよい。   Referring to FIG. 7, insulating film IIa is removed by dry etching using resist pattern RS as a mask, and insulating film IIa becomes insulating film IIb. At this time, if the trench groove TR is formed below the opening of the resist pattern RS, a part of the insulating film IIa inside the trench groove TR is also removed. However, as shown in FIG. 7, a part of the insulating film IIa may remain inside the trench TR to form the insulating film IIb.

図8を参照して、レジストパターンRSをマスクとしてたとえばエッチングおよびアッシングがなされ、レジストパターンRSおよび、その真下の絶縁膜IIbが除去される。以下、図7におけるトレンチ溝TRの底部の絶縁膜IIbを絶縁膜IIと呼ぶことにする。そしてトレンチ溝TRおよび絶縁膜IIは、パターンMKを構成する。このパターンMKは後述するように、最終的にアライメントマークとなる。   Referring to FIG. 8, for example, etching and ashing are performed using resist pattern RS as a mask, and resist pattern RS and insulating film IIb immediately below it are removed. Hereinafter, the insulating film IIb at the bottom of the trench TR in FIG. 7 is referred to as an insulating film II. Trench trench TR and insulating film II constitute pattern MK. As will be described later, this pattern MK finally becomes an alignment mark.

図9を参照して、シリコン窒化膜SNおよびアモルファスシリコン層AMSが、たとえばエッチングにより除去される。   Referring to FIG. 9, silicon nitride film SN and amorphous silicon layer AMS are removed by, for example, etching.

図10〜図13においては、各工程におけるマーク部の態様Mと、各工程におけるトランジスタが形成される領域の態様Tとが図示される。図10を参照して、パターンMK上に、たとえばアモルファスシリコン層AMSと多結晶シリコン層PS1aとが形成される。アモルファスシリコン層AMSはたとえば熱CVD法やプラズマCVD法により形成される。また多結晶シリコン層PS1aは、たとえば熱CVD法やプラズマCVD法により形成されたシリコンの薄膜に対して熱処理を施すことにより形成される。そして多結晶シリコン層PS1aには、必要に応じて、たとえばイオン注入法を用いて、所望の不純物が注入される。   10 to 13 show the aspect M of the mark portion in each process and the aspect T of the region in which the transistor is formed in each process. Referring to FIG. 10, for example, amorphous silicon layer AMS and polycrystalline silicon layer PS1a are formed on pattern MK. The amorphous silicon layer AMS is formed by, for example, a thermal CVD method or a plasma CVD method. Polycrystalline silicon layer PS1a is formed, for example, by subjecting a silicon thin film formed by thermal CVD or plasma CVD to a heat treatment. Then, a desired impurity is implanted into polycrystalline silicon layer PS1a as necessary, for example, using an ion implantation method.

このとき、図1のチップ形成領域CLにおける、トランジスタが形成される領域においては、図10を参照して、トレンチ溝TRに挟まれた領域のゲート絶縁膜GI1上に、マーク部と同様にアモルファスシリコン層AMSと多結晶シリコン層PS1aとが形成される。このとき、マーク部のパターンMKの内部の一部にもアモルファスシリコン層AMSや多結晶シリコン層PS1aが充填されることが好ましい。   At this time, in the region where the transistor is formed in the chip formation region CL of FIG. 1, referring to FIG. 10, the amorphous region is formed on the gate insulating film GI1 in the region sandwiched between the trenches TR. A silicon layer AMS and a polycrystalline silicon layer PS1a are formed. At this time, it is preferable that the amorphous silicon layer AMS and the polycrystalline silicon layer PS1a are also filled in a part of the mark portion pattern MK.

図11を参照して、マーク部、チップ形成領域CLともに、界面絶縁層IIIaを構成する界面酸化膜O1、界面窒化膜N1、界面酸化膜O2が形成され、その上に多結晶シリコン層PS2aが、多結晶シリコン層PS1aと同様の方法により形成される。   Referring to FIG. 11, interface oxide film O1, interface nitride film N1, and interface oxide film O2 constituting interface insulating layer IIIa are formed in both the mark portion and chip formation region CL, and polycrystalline silicon layer PS2a is formed thereon. The polycrystalline silicon layer PS1a is formed by the same method.

ここで図10および図11の工程において形成されるシリコンを有するシリコン層、すなわちアモルファスシリコン層AMSと多結晶シリコン層PS1aと多結晶シリコン層PS2aとの厚みの和をt(nm)とする。また写真製版技術を行なう際に用いる光源が放つ光の主波長をα(nm)とする。このとき   Here, the sum of the thickness of the silicon layer having silicon formed in the steps of FIGS. 10 and 11, that is, the amorphous silicon layer AMS, the polycrystalline silicon layer PS1a, and the polycrystalline silicon layer PS2a is defined as t (nm). In addition, the main wavelength of light emitted from a light source used when performing photoengraving technology is α (nm). At this time

の関係を満たす厚みとなるように、シリコン層の各薄膜が形成されることが好ましい。
一例として、位置合わせの際に用いられる光の主波長が660nmである場合、アモルファスシリコン層AMSの厚みが20nm、多結晶シリコン層PS1aの厚みが230nm、多結晶シリコン層PS2aの厚みが80nmであることが好ましい。このとき、各層の厚みの和は330nmであり、tがαの1/2となる。また上記厚みの場合は一例として、界面絶縁層IIIaを構成する界面酸化膜O1の厚みが3nm、界面窒化膜N1の厚みが8nm、界面酸化膜O2の厚みが7nmであることが好ましい。
Each thin film of the silicon layer is preferably formed so as to have a thickness satisfying the above relationship.
As an example, when the dominant wavelength of light used for alignment is 660 nm, the thickness of the amorphous silicon layer AMS is 20 nm, the thickness of the polycrystalline silicon layer PS1a is 230 nm, and the thickness of the polycrystalline silicon layer PS2a is 80 nm. It is preferable. At this time, the sum of the thicknesses of the respective layers is 330 nm, and t is ½ of α. In the case of the above thicknesses, as an example, it is preferable that the interface oxide film O1 constituting the interface insulating layer IIIa has a thickness of 3 nm, the interface nitride film N1 has a thickness of 8 nm, and the interface oxide film O2 has a thickness of 7 nm.

上記の一例に示すように、たとえばレジストパターンが形成される工程(多結晶シリコン層PS2aなどがパターニングされる工程)において、位置合わせのためにパターンMKが視認されるために用いられる光の主波長は、600nm以上720nm以下であることが好ましい。これは、各層の厚みの和tを330nmと仮定し、これを上記の数式に代入することにより求めたαの範囲である。   As shown in the above example, for example, in the step of forming a resist pattern (step of patterning the polycrystalline silicon layer PS2a or the like), the main wavelength of light used for visually recognizing the pattern MK for alignment Is preferably 600 nm or more and 720 nm or less. This is the range of α obtained by assuming that the total thickness t of each layer is 330 nm and substituting it into the above formula.

図12を参照して、マーク部、チップ形成領域CLともに、界面絶縁層III上にレジストが塗布され、通常の写真製版技術によりレジストパターンRSが形成される。その後エッチングにより、チップ形成領域CLのうち、トランジスタが形成される領域以外の領域に形成された多結晶シリコン層PS2aが除去され、多結晶シリコン層PS2となる。ただし図12の工程の際には、上述したパターンMKとは別のアライメントマークを用いて位置合わせされる。   Referring to FIG. 12, a resist is applied on interface insulating layer III in both the mark portion and chip formation region CL, and a resist pattern RS is formed by a normal photolithography technique. Thereafter, by etching, the polycrystalline silicon layer PS2a formed in a region other than the region where the transistor is formed in the chip formation region CL is removed, so that the polycrystalline silicon layer PS2 is obtained. However, in the process of FIG. 12, alignment is performed using an alignment mark different from the pattern MK described above.

ここでたとえば形成しようとするトランジスタが多結晶シリコン層を1層のみ有する構成である場合には、トランジスタが形成される領域の多結晶シリコン層PS2は、不要であるため除去されてもよい。   Here, for example, when the transistor to be formed has a structure having only one polycrystalline silicon layer, the polycrystalline silicon layer PS2 in the region where the transistor is formed is unnecessary and may be removed.

またこのとき、マーク部は全面がレジストパターンRSで覆われており、マーク部の多結晶シリコン層PS2aはパターニングされずに、全面が多結晶シリコン層PS2として残存する。したがって図12に示すように、パターンMK上は多結晶シリコン層PS2およびレジストパターンRSで覆われた状態となる。   At this time, the entire mark portion is covered with the resist pattern RS, and the polycrystalline silicon layer PS2a in the mark portion is not patterned, and the entire surface remains as the polycrystalline silicon layer PS2. Therefore, as shown in FIG. 12, the pattern MK is covered with the polycrystalline silicon layer PS2 and the resist pattern RS.

図13を参照して、マーク部、チップ形成領域CLともに、たとえばアッシングによりレジストパターンRSが除去される。その後、たとえばエッチングにより、チップ形成領域CLにおいて露出された界面絶縁層IIIaが除去される。しかしマーク部においては多結晶シリコン層PS2aが除去されないため、その下の界面絶縁層IIIaも除去されず、界面絶縁層IIIとして残存する。   Referring to FIG. 13, resist pattern RS is removed by, for example, ashing in both the mark portion and chip formation region CL. Thereafter, the interface insulating layer IIIa exposed in the chip formation region CL is removed by, for example, etching. However, since the polycrystalline silicon layer PS2a is not removed in the mark portion, the underlying interface insulating layer IIIa is not removed and remains as the interface insulating layer III.

またこの工程の後、多結晶シリコン層PS1aの内部に不純物が注入されてもよい。この不純物の注入は、たとえばイオン注入法によりなされることが好ましい。ただし当該不純物が注入される工程は、多結晶シリコン層PS1aが形成される直後に行なってもよい。多結晶シリコン層PS2aについても同様であり、成膜直後に不純物が注入されることが好ましい。   Further, after this step, impurities may be implanted into the polycrystalline silicon layer PS1a. This impurity is preferably implanted by, for example, an ion implantation method. However, the step of implanting the impurity may be performed immediately after the formation of the polycrystalline silicon layer PS1a. The same applies to the polycrystalline silicon layer PS2a, and it is preferable that impurities are implanted immediately after the film formation.

図2および図14を参照して、マーク部、チップ形成領域CLともに反射防止膜BCおよびレジストが塗布され、通常の写真製版技術によりレジストパターンRSが形成される。その後エッチングにより、レジストパターンRSを用いて、チップ形成領域CLのうち、トランジスタが形成される領域以外の領域に形成される多結晶シリコン層PS1aが除去され、トランジスタが形成される領域、およびマーク部の多結晶シリコン層PS1aは多結晶シリコン層PS1となる。   Referring to FIGS. 2 and 14, an antireflection film BC and a resist are applied to both the mark portion and the chip formation region CL, and a resist pattern RS is formed by a normal photolithography technique. Thereafter, by etching, the resist pattern RS is used to remove the polycrystalline silicon layer PS1a formed in a region other than the region where the transistor is to be formed in the chip forming region CL, the region where the transistor is formed, and the mark portion The polycrystalline silicon layer PS1a becomes the polycrystalline silicon layer PS1.

このときの多結晶シリコン層PS1aがエッチングされるべき位置を合わせるために、上述したアライメントマークとしてのパターンMKが用いられる。つまりパターンMKは半導体基板SUBの主表面に対して段差を有する凹形状であるため、これをマークとして視認することができる。   In order to align the position where the polycrystalline silicon layer PS1a is to be etched at this time, the above-described pattern MK as the alignment mark is used. That is, since the pattern MK is a concave shape having a step with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB, it can be visually recognized as a mark.

ここでは図2に示すように、マーク部においてもレジストにパターンRSが形成されてもよい。ただしさらに後の工程においてもパターンMKを位置合わせに用いる場合には、図14の工程においてもマーク部のレジストにはパターンRSが形成されずに全体が残存することが好ましい。   Here, as shown in FIG. 2, a pattern RS may be formed in the resist also in the mark portion. However, when the pattern MK is used for alignment in a later process, it is preferable that the pattern RS is not formed in the resist in the mark portion and remains in the process of FIG.

なお、反射防止膜BCは塗布により形成されるものであってもよいし、たとえばCVD法により成膜されるものであってもよい。   The antireflection film BC may be formed by coating, or may be formed by a CVD method, for example.

次に、本実施の形態である比較例を示す図15〜図17を参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。   Next, the effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 17 showing comparative examples of the present embodiment.

ここで、2層の多結晶シリコン層PS1、PS2を有するトランジスタが形成される比較例を考える。図15を参照して、図11に示す工程の後、マーク部、チップ形成領域CLともに、界面絶縁層III上にレジストが塗布され、通常の写真製版技術によりレジストパターンRSが形成される。この後エッチングにより、チップ形成領域CLのトランジスタが形成される領域以外の領域とともに、マーク部のパターンMK上の多結晶シリコン層PS2aも除去される。すなわちマーク部においても多結晶シリコン層PS2のパターンが形成される。なお、このときのトランジスタが形成される領域の態様は図12に示すとおりである。   Consider a comparative example in which a transistor having two polycrystalline silicon layers PS1 and PS2 is formed. Referring to FIG. 15, after the step shown in FIG. 11, a resist is applied on interface insulating layer III in both the mark portion and chip formation region CL, and a resist pattern RS is formed by a normal photolithography technique. Thereafter, the polycrystalline silicon layer PS2a on the pattern MK in the mark portion is removed together with the region other than the region where the transistor is formed in the chip formation region CL by etching. That is, the pattern of the polycrystalline silicon layer PS2 is also formed in the mark portion. Note that a mode of a region where a transistor is formed at this time is as shown in FIG.

図16を参照して、次にアッシングによりレジストパターンRSが除去された後、マーク部、チップ形成領域CLともに、界面絶縁層IIIaが除去される。なお上記のように、この工程の後に、多結晶シリコン層PS1に対して不純物の注入がなされてもよい。このときのトランジスタが形成される領域の態様は図13に示すとおりである。   Referring to FIG. 16, next, after resist pattern RS is removed by ashing, interface insulating layer IIIa is removed in both the mark portion and chip formation region CL. As described above, impurities may be implanted into the polycrystalline silicon layer PS1 after this step. The mode of the region where the transistor is formed at this time is as shown in FIG.

図17を参照して、マーク部、チップ形成領域CLともに反射防止膜BCおよびレジストが塗布され、通常の写真製版技術によりレジストパターンRSが形成される。その後エッチングにより、レジストパターンRSを用いて、図14に示す工程と同様に所望のパターンおよびトランジスタが形成される。   Referring to FIG. 17, an antireflection film BC and a resist are applied to both the mark portion and the chip formation region CL, and a resist pattern RS is formed by a normal photolithography technique. Thereafter, a desired pattern and transistor are formed by etching using the resist pattern RS in the same manner as in the step shown in FIG.

このとき、パターンMKの上には1層の多結晶シリコン層PS1のみが形成されている。つまりここでは、パターンMKを用いた位置合わせの際に、光に対して不透明である多結晶シリコン層の積層される数がより少なくなった状態で後工程のパターニングがなされる。   At this time, only one polycrystalline silicon layer PS1 is formed on the pattern MK. That is, here, in the alignment using the pattern MK, the subsequent patterning is performed in a state where the number of stacked polycrystalline silicon layers opaque to light is reduced.

ところが本発明の発明者は鋭意研究の結果、パターンMKの上に1層のみの多結晶シリコン層が形成される場合に比べて、パターンMK上に2層の多結晶シリコン層が積層された構成の方が、上方からのパターンMKの視認が容易となることを見出した。つまり、パターンMKの上の多結晶シリコン層が1層のみの場合に比べて、パターンMK上に2層の多結晶シリコン層が積層された場合の方が、パターンMKの段差など縁部が明瞭に視認される。   However, as a result of earnest research, the inventor of the present invention has a configuration in which two polycrystalline silicon layers are stacked on the pattern MK as compared with the case where only one polycrystalline silicon layer is formed on the pattern MK. It has been found that the pattern MK from above is easier to see. That is, the edge of the pattern MK, such as a step, is clearer when two polycrystalline silicon layers are stacked on the pattern MK than when only one polycrystalline silicon layer is on the pattern MK. Visible to.

図18を参照して、パターンMKを用いた位置合わせの際には、視認するための光(入射光)がパターンMK上にて反射する。ここで半導体基板SUBに形成され、半導体基板SUBの主表面に対して段差を有するパターンMKの上の多結晶シリコン層が多結晶シリコン層PS1の1層のみである場合には、パターンMK(インナーマーク)は平面視において図19に示す態様を有する。このときの焦点深度を表わすAF(Auto Focus)レンジが2.5μmとなる。   Referring to FIG. 18, in the alignment using the pattern MK, the light (incident light) for visual recognition is reflected on the pattern MK. Here, when the polycrystalline silicon layer formed on the semiconductor substrate SUB and having a step with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB is only one layer of the polycrystalline silicon layer PS1, the pattern MK (inner The mark has a form shown in FIG. 19 in plan view. The AF (Auto Focus) range representing the depth of focus at this time is 2.5 μm.

これに対して、図20を参照して、図18と同様のパターンMKが形成された半導体基板SUBの主表面上に、図18と同様の多結晶シリコン層PS1に加えて、上記の厚みを有する界面絶縁層IIIと多結晶シリコン層PS2とが形成される場合には、パターンMKは平面視において図21に示す態様を有する。図21のパターンMKは図19のパターンMKに比べて縁部が鮮明になっており、このときのAFレンジは8.75μmとなる。なお図19および図21は、図1に示す半導体ウェハの中央部と、中央部より左側の領域との2箇所にて観察されたものである。   On the other hand, referring to FIG. 20, on the main surface of semiconductor substrate SUB on which pattern MK similar to FIG. 18 is formed, in addition to polycrystalline silicon layer PS1 similar to FIG. When the interfacial insulating layer III and the polycrystalline silicon layer PS2 are formed, the pattern MK has an aspect shown in FIG. 21 in plan view. The pattern MK in FIG. 21 has a sharper edge than the pattern MK in FIG. 19, and the AF range at this time is 8.75 μm. 19 and FIG. 21 are observed at two locations, that is, a central portion of the semiconductor wafer shown in FIG. 1 and a region on the left side of the central portion.

図19と図21との比較により、パターンMK上の多結晶シリコン層が1層である場合よりも、パターンMK上の多結晶シリコン層が2層である場合の方が、パターンMKの縁部が鮮明に確認でき、かつAFレンジが大きくなることがわかる。   19 and 21, the edge of the pattern MK is more in the case where the number of polycrystalline silicon layers on the pattern MK is two than that in the case where the number of polycrystalline silicon layers on the pattern MK is one. It can be clearly seen that the AF range becomes large.

以上のように、パターンMK上に1層のみ形成される場合に比べて2層形成される方が明瞭なパターンMKが視認できる効果は、特にパターンMK上の層が、多結晶シリコン層PS1、PS2のようにシリコン、特にシリコンの多結晶を含む場合に顕著となる。   As described above, compared to the case where only one layer is formed on the pattern MK, the effect of visually recognizing the clear pattern MK is that the layer on the pattern MK is the polycrystalline silicon layer PS1, This becomes conspicuous when silicon, especially polycrystal of silicon, is included as in PS2.

パターンMK上に形成されるシリコン層、すなわち多結晶シリコン層PS1、PS2、アモルファスシリコン層AMSの厚みの和t(nm)と、パターンMKの視認に用いる光の主波長α(nm)との間に   Between the sum t (nm) of the thickness of the silicon layer formed on the pattern MK, that is, the polycrystalline silicon layers PS1, PS2, and the amorphous silicon layer AMS, and the main wavelength α (nm) of the light used for viewing the pattern MK In

の関係を有するときには、tがαのほぼ1/2となる。このとき、多結晶シリコン層PS1などの内部を透過する光が、シリコン層の最下部にて効率よく反射される。このため上記関係を有する場合に、特に鮮明なパターンMKが視認される。また光の波長分布が±30nmであるため、上記関係式に30nmの誤差が含まれる。すなわち、光の主波長が660nmの場合は、シリコン層の膜厚の和が300nm以上360nm以下であれば、効率よくパターンMKを視認することができる。 T is approximately ½ of α. At this time, the light passing through the inside of the polycrystalline silicon layer PS1 and the like is efficiently reflected at the bottom of the silicon layer. For this reason, when it has the said relationship, especially clear pattern MK is visually recognized. Since the wavelength distribution of light is ± 30 nm, the above relational expression includes an error of 30 nm. That is, when the main wavelength of light is 660 nm, the pattern MK can be efficiently visually recognized if the sum of the film thicknesses of the silicon layers is not less than 300 nm and not more than 360 nm.

逆に上記数式中で、シリコンの膜厚の和tが波長分布の中央値である330nmとすれば、光の主波長αの範囲は600nm以上720nmとなる。したがって光の主波長が600nm以上720以下の範囲内であれば、330nmのシリコン層が積層されたパターンMKを高効率に視認することができる。   On the contrary, in the above formula, if the sum t of the silicon film thickness is 330 nm which is the median value of the wavelength distribution, the range of the main wavelength α of light is 600 nm or more and 720 nm. Therefore, when the main wavelength of light is in the range of 600 nm or more and 720 or less, the pattern MK in which the 330 nm silicon layer is laminated can be visually recognized with high efficiency.

上記光が様々な波長の光の合成波である場合、その中で効率よく反射される波長が、シリコン層の厚みの総和にほぼ等しい330nmの整数倍となる。   When the light is a composite wave of light of various wavelengths, the wavelength that is efficiently reflected therein is an integral multiple of 330 nm that is substantially equal to the total thickness of the silicon layers.

本実施の形態のようにマーク部に多結晶シリコン層が2層積層された構造は、たとえばフラッシュ混載LSIのように、上部電極としての多結晶シリコン層が2層積層された半導体素子を形成する際に特に有効である。上記の多結晶シリコン層PS2aがパターニングされて多結晶シリコン層PS2が形成される際に、パターンMK上の多結晶シリコン層PS2aが除去されないようにすれば、これを除去した場合に比べて、後工程におけるパターンMKの視認がより容易になるためである。   The structure in which two polycrystalline silicon layers are stacked in the mark portion as in the present embodiment forms a semiconductor element in which two polycrystalline silicon layers as upper electrodes are stacked, such as a flash-embedded LSI. It is especially effective when. When the polycrystalline silicon layer PS2a is patterned and the polycrystalline silicon layer PS2 is formed, if the polycrystalline silicon layer PS2a on the pattern MK is not removed, it will be later compared to the case where it is removed. This is because it becomes easier to visually recognize the pattern MK in the process.

また半導体素子の微細化の要望により、パターンMKの段差を小さく(パターンMKをより平坦に近い形状に)加工する場合においても、パターンMKの上方に2層の多結晶シリコン層が形成されていれば、その視認が容易になされる。   Also, due to the demand for miniaturization of the semiconductor element, even when processing the step of the pattern MK to be small (the pattern MK has a shape closer to flatness), two polycrystalline silicon layers may be formed above the pattern MK. In this case, the visual recognition is easily performed.

さらに本実施の形態において、マーク部の多結晶シリコン層PS2aのエッチングを抑制するために、特別な工程を追加する必要はない。このため図15〜図17の比較例に比べて工程数を増やすことなく、パターンMKをより高感度に確認することができる。   Furthermore, in this embodiment, it is not necessary to add a special process in order to suppress the etching of the polycrystalline silicon layer PS2a in the mark portion. Therefore, the pattern MK can be confirmed with higher sensitivity without increasing the number of steps as compared with the comparative examples of FIGS.

以上のように本実施の形態においてはパターンMKの上に多結晶シリコン層PS1などの不透明な薄膜が積層された状態においても、当該不透明膜の上からパターンMKを鮮明に視認することを可能にする。このため、不透明な薄膜を形成するために別個、位置合わせ用のマークを形成する必要がなくなり、トランジスタ構造をパターニングしながらパターンMKを形成することができる。このため本実施の形態により、マークだけを形成する工程を省略することができ、工程削減およびコスト削減ができる。その結果スループットが向上される。   As described above, in the present embodiment, even when an opaque thin film such as the polycrystalline silicon layer PS1 is laminated on the pattern MK, the pattern MK can be clearly seen from above the opaque film. To do. Therefore, it is not necessary to separately form alignment marks in order to form an opaque thin film, and the pattern MK can be formed while patterning the transistor structure. For this reason, according to this embodiment, the process of forming only the mark can be omitted, and the process and cost can be reduced. As a result, the throughput is improved.

(実施の形態2)
本実施の形態は、実施の形態1と比較して、パターンMKの形成方法において異なっている。以下、本実施の形態について説明する。
(Embodiment 2)
The present embodiment is different from the first embodiment in the method for forming the pattern MK. Hereinafter, this embodiment will be described.

図22を参照して、本実施の形態の半導体装置のパターンMKは、半導体基板SUBの主表面(支持基板SSの最上部)よりも、半導体基板SUBの外部に向かうように延びた形状を有する。つまりパターンMKは半導体基板SUBの主表面に対して凸形状を有する。本実施の形態のパターンMKが半導体基板SUBの主表面に対して有する段差が、実施の形態1と逆向きになっている。   Referring to FIG. 22, pattern MK of the semiconductor device of the present embodiment has a shape extending from the main surface of semiconductor substrate SUB (the uppermost portion of support substrate SS) toward the outside of semiconductor substrate SUB. . That is, the pattern MK has a convex shape with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB. The level difference that the pattern MK of the present embodiment has with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB is opposite to that of the first embodiment.

半導体基板SUBの主表面と、パターンMKの最上部との段差は20nm以上であることが好ましい。言い換えればパターンMKの最上部(半導体基板SUBの主表面に対してもっとも離れた箇所)は、半導体基板SUBの主表面に対して、半導体基板SUBが配置される側と反対方向(図22の上向き)に20nm以上離れた位置に配置される構成であることが好ましい。   The step between the main surface of the semiconductor substrate SUB and the uppermost part of the pattern MK is preferably 20 nm or more. In other words, the uppermost portion of the pattern MK (the place farthest from the main surface of the semiconductor substrate SUB) is opposite to the side where the semiconductor substrate SUB is disposed (upward in FIG. 22) with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB. ) Is preferably arranged at a position separated by 20 nm or more.

実施の形態2においてはパターンMKの周辺に不純物領域IRが形成されている。これは後述する工程においてチップ形成領域CLの所望領域に不純物イオンを注入する際に、付随的に形成されるものである。   In the second embodiment, impurity region IR is formed around pattern MK. This is incidentally formed when impurity ions are implanted into a desired region of the chip formation region CL in a process described later.

次に図22に示す、本実施の形態の半導体装置の、特にマーク部の製造方法について図23〜図34を用いて説明する。なお以下の説明において、実施の形態1と同様の構成については同一の参照符号を付しており、その説明は繰り返さない。   Next, a method for manufacturing the mark portion of the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 22 will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図23を参照して、実施の形態1の図3の工程と同様の手順により、半導体基板SUBの主表面上に薄膜が形成される。ただし図23の工程においては、ゲート絶縁膜GI1が20nm程度(少なくとも10nm)、アモルファスシリコン層AMSが20nm程度(少なくとも10nm)、シリコン窒化膜SNが120nm程度(少なくとも80nm)の厚みとなるように形成されることが好ましい。   Referring to FIG. 23, a thin film is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB by a procedure similar to the step of FIG. 3 of the first embodiment. However, in the process of FIG. 23, the gate insulating film GI1 is formed to have a thickness of about 20 nm (at least 10 nm), the amorphous silicon layer AMS is about 20 nm (at least 10 nm), and the silicon nitride film SN is about 120 nm (at least 80 nm). It is preferred that

図23および図24を参照して、実施の形態1の図3および図4の工程と同様の手順によりトレンチ溝TRが形成される。ここでのトレンチ溝TRの、主表面に沿う方向に関する幅(図24の左右方向)は1μm以上15μm以下であることが好ましい。なおこの中でも、2μm以上10μm以下であることが特に好ましい。また複数形成されるトレンチ溝TRが形成された後に、平面視においてマーク部(パターンMKが形成されうるパターン領域)全体に対して、トレンチ溝TR(パターンMK)が形成される領域以外の領域が占める割合(シリコン占有面積)が40%以上96%以下であることが好ましい。なお上記のシリコン占有面積は60%以上96%以下であることがより好ましく、60%以上90%以下であることが特に好ましい。   23 and 24, trench trench TR is formed by the same procedure as the steps of FIGS. 3 and 4 of the first embodiment. Here, the width of trench trench TR in the direction along the main surface (left-right direction in FIG. 24) is preferably 1 μm or more and 15 μm or less. Of these, the thickness is particularly preferably 2 μm or more and 10 μm or less. In addition, after the plurality of trench grooves TR are formed, a region other than the region where the trench groove TR (pattern MK) is formed with respect to the entire mark portion (pattern region where the pattern MK can be formed) in a plan view. The occupying ratio (silicon occupation area) is preferably 40% or more and 96% or less. The silicon occupation area is more preferably 60% or more and 96% or less, and particularly preferably 60% or more and 90% or less.

図25を参照して、実施の形態1の図5の工程と同様の手順により、トレンチ溝TRの内部を充填するように絶縁膜IIaが形成される。この絶縁膜IIaに充填されたトレンチ溝TRが、パターンMKが形成される領域である。   Referring to FIG. 25, insulating film IIa is formed so as to fill the inside of trench trench TR by the same procedure as the step of FIG. 5 of the first embodiment. The trench TR filled in the insulating film IIa is a region where the pattern MK is formed.

図26を参照して、たとえばCMP(Chemical Mechanical Polishing)により、トレンチ溝TRの外部(シリコン窒化膜SN上)に形成された絶縁膜IIaが研磨、除去される。この処理によりトレンチ溝TRの内部に残存する絶縁膜IIaを以後、絶縁膜IIと呼ぶことにする。   Referring to FIG. 26, insulating film IIa formed outside trench trench TR (on silicon nitride film SN) is polished and removed by, for example, CMP (Chemical Mechanical Polishing). The insulating film IIa remaining in the trench trench TR by this process is hereinafter referred to as an insulating film II.

図27を参照して、たとえばドライエッチングにより、シリコン窒化膜SNとアモルファスシリコン層AMSとが除去される。このとき、トレンチ溝TRと絶縁膜IIとからなるパターンMKの最上部は、半導体基板SUBの最上面に対して約100nm上部に配置された状態となる。この約100nm上部に配置された状態が段差となるため、平面視においてマークとして視認することが可能となる。   Referring to FIG. 27, silicon nitride film SN and amorphous silicon layer AMS are removed by dry etching, for example. At this time, the uppermost portion of the pattern MK formed of the trench trench TR and the insulating film II is in a state of being disposed about 100 nm above the uppermost surface of the semiconductor substrate SUB. Since the state of being disposed about 100 nm above is a step, it can be visually recognized as a mark in plan view.

図28を参照して、パターンMKの上部を覆うようにレジストパターンRS(感光剤)が、通常の写真製版技術およびエッチングにより形成される。その後、たとえばチップ形成領域CLのトランジスタが形成される領域の所望の領域に、不純物イオンが注入される。ここでの不純物の注入は、たとえばイオン注入法によりなされる。   Referring to FIG. 28, a resist pattern RS (photosensitive agent) is formed by ordinary photolithography and etching so as to cover the upper part of pattern MK. Thereafter, for example, impurity ions are implanted into a desired region of the chip formation region CL where the transistor is to be formed. The impurity implantation here is performed, for example, by an ion implantation method.

ここでレジストパターンRSがパターンMKの上部に配置されているため、パターンMKを構成する絶縁膜IIの内部に不純物イオンが注入されることが抑制される。このため絶縁膜IIの内部に注入される不純物の種類により、絶縁膜IIのエッチングレートが大きく変化することが抑制される。このため、たとえば絶縁膜IIが過剰にエッチングされることにより、パターンMKの、半導体基板SUBの主表面に対する段差の高さが確保できなくなることが抑制される。   Here, since the resist pattern RS is disposed above the pattern MK, impurity ions are suppressed from being implanted into the insulating film II constituting the pattern MK. For this reason, a significant change in the etching rate of the insulating film II is suppressed depending on the type of impurities implanted into the insulating film II. For this reason, it is suppressed that the height of the level | step difference with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB of the pattern MK cannot be ensured, for example by etching the insulating film II excessively.

図29を参照して、不純物イオンの注入後に、たとえばアッシングによりパターンMKの上部を覆うレジストパターンRSが除去される。   Referring to FIG. 29, after the implantation of impurity ions, resist pattern RS covering the upper portion of pattern MK is removed, for example, by ashing.

図30を参照して、マーク部の全面および、チップ形成領域CLの所望の箇所のゲート絶縁膜GI1が、ウェットエッチングにより除去され、半導体基板SUBの主表面が露出される。   Referring to FIG. 30, the entire surface of the mark portion and a desired portion of gate insulating film GI1 in chip formation region CL are removed by wet etching, and the main surface of semiconductor substrate SUB is exposed.

図31を参照して、図示しないレジストが再度パターニングされ、マーク部のパターンMK上以外の領域、およびトランジスタが形成される領域にゲート絶縁膜GI2が形成される。ゲート絶縁膜GI2はゲート絶縁膜GI1と同様の材質や厚みを有しており、ゲート絶縁膜GI1と同様に熱酸化により形成されることが好ましい。   Referring to FIG. 31, a resist (not shown) is patterned again, and gate insulating film GI2 is formed in a region other than the mark portion pattern MK and a region where a transistor is formed. The gate insulating film GI2 has the same material and thickness as the gate insulating film GI1, and is preferably formed by thermal oxidation like the gate insulating film GI1.

ここで図示されないが、実際には図28〜図31の工程は複数回繰り返され、この過程でチップ形成領域CLのトランジスタが形成されてゆく。この過程でマーク部のパターンMKの最上部が徐々にエッチングされ、上記の段差が次第に少なくなる。しかし通常のウェットエッチング処理を1回行なう際に削られる厚みは5nm程度である。このため、図27の状態においてパターンMKが約100nmの段差を有していれば、上記の各工程の繰り返しが終了した時点での、パターンMKの段差を40nm以上確保することができる。   Although not shown here, the steps of FIGS. 28 to 31 are actually repeated a plurality of times, and transistors in the chip formation region CL are formed in this process. In this process, the uppermost portion of the mark portion pattern MK is gradually etched, and the above-mentioned step is gradually reduced. However, the thickness cut when performing a normal wet etching process once is about 5 nm. Therefore, if the pattern MK has a step of about 100 nm in the state of FIG. 27, the step of the pattern MK at the time when the repetition of each of the above steps is completed can be ensured by 40 nm or more.

ただし図30に示すシリコン酸化膜の全面エッチング除去の際に、パターンMKを構成する絶縁膜IIも約20nm除去される。このため、数回繰り返されるうちの最終の図30の工程が終わった時点で、半導体基板SUBの主表面に対するパターンMK(絶縁膜II)の段差が20nm以上となるようにするためには、最終の図30の工程の直前の図29の工程が終わった時点で、パターンMKの段差を40nm以上確保することが好ましい。   However, when the entire surface of the silicon oxide film shown in FIG. 30 is removed by etching, the insulating film II constituting the pattern MK is also removed by about 20 nm. For this reason, at the time when the final step of FIG. 30 is repeated among several times, the step of the pattern MK (insulating film II) with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB is set to 20 nm or more in order When the step of FIG. 29 just before the step of FIG. 30 is completed, it is preferable to secure a step of the pattern MK of 40 nm or more.

図32を参照して、実施の形態1の図10の工程と同様の手順により、パターンMK上にたとえばアモルファスシリコン層AMSと多結晶シリコン層PS1aとが形成される。このときのトランジスタが形成される領域の態様は図10に示すとおりである。   Referring to FIG. 32, for example, amorphous silicon layer AMS and polycrystalline silicon layer PS1a are formed on pattern MK by the same procedure as the process of FIG. 10 of the first embodiment. The mode of the region where the transistor is formed at this time is as shown in FIG.

図33を参照して、実施の形態1の図11、図12の工程と同様の手順により、マーク部、チップ形成領域CLともに、界面絶縁層IIIa、多結晶シリコン層PS2とが形成される。このときのトランジスタが形成される領域の態様は図12に示すとおりである。   Referring to FIG. 33, interfacial insulating layer IIIa and polycrystalline silicon layer PS2 are formed in both the mark portion and chip formation region CL by the same procedure as the steps of FIGS. 11 and 12 of the first embodiment. The mode of the region where the transistor is formed at this time is as shown in FIG.

図34を参照して、実施の形態1の図13の工程と同様の手順により、チップ形成領域CLにおいて露出された界面絶縁層IIIaが除去され、マーク部の界面絶縁層IIIが残存する。このときのトランジスタが形成される領域の態様は図13に示すとおりである。   Referring to FIG. 34, the interface insulating layer IIIa exposed in the chip formation region CL is removed by the same procedure as the process of FIG. 13 of the first embodiment, and the interface insulating layer III in the mark portion remains. The mode of the region where the transistor is formed at this time is as shown in FIG.

図22および図14を参照して、実施の形態1の図14の工程と同様に、レジストパターンRSにより多結晶シリコン層PS1aがパターニングされて多結晶シリコン層PS1となる。   Referring to FIGS. 22 and 14, as in the step of FIG. 14 of the first embodiment, polycrystalline silicon layer PS1a is patterned by resist pattern RS to form polycrystalline silicon layer PS1.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においても、図22に示す多結晶シリコン層PS1がレジストパターンRSによりパターニングされる際に、位置合わせに用いるパターンMKの上には多結晶シリコン層PS1、PS2の2層が積層されている。このため実施の形態1と同様に、パターンMKの視認性が向上する効果を有する。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
Also in the present embodiment, when the polycrystalline silicon layer PS1 shown in FIG. 22 is patterned by the resist pattern RS, two polycrystalline silicon layers PS1 and PS2 are stacked on the pattern MK used for alignment. ing. For this reason, as in the first embodiment, the visibility of the pattern MK is improved.

上記の効果に加えて本実施の形態においては、パターンMKを形成する際に、パターンMKを構成するためのトレンチ溝TRの幅が15μm以下(1μm以上)となるように形成される。マーク部全体に対する、パターンMKが占有しない領域の面積の割合が40%以上96%以下となるようにトレンチ溝TRが形成される。このような条件で、半導体基板SUBの主表面に対して凸方向の段差を有するパターンMKが形成される。上記の条件とすることにより、パターンMKの段差が20μm以上となり、パターンMKの視認が確実にできるようになる。   In addition to the above effects, in the present embodiment, when the pattern MK is formed, the trench groove TR for forming the pattern MK is formed to have a width of 15 μm or less (1 μm or more). Trench trench TR is formed such that the ratio of the area of the region not occupied by pattern MK to the entire mark portion is 40% or more and 96% or less. Under such conditions, a pattern MK having a step in the convex direction with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB is formed. By setting it as said conditions, the level | step difference of the pattern MK will be 20 micrometers or more, and the visual recognition of the pattern MK can be performed reliably now.

また逆に、上記の方法を用いれば、パターンMKの段差が過剰になることを抑制することもできる。微細化が進み、より段差の小さい(平坦に近い)パターンMKの形成が要求される場合においても、上記の方法を用いて、たとえば図23にて形成される薄膜の膜厚を制御したり、エッチング量を調整することにより、その段差を精密に制御することができる。   On the other hand, if the above method is used, it is possible to prevent the step of the pattern MK from becoming excessive. Even when miniaturization advances and formation of a pattern MK having a smaller step (close to flat) is required, the above method is used to control the film thickness of the thin film formed, for example, in FIG. The level difference can be precisely controlled by adjusting the etching amount.

さらに、パターンMKの絶縁膜IIの内部に不純物イオンが注入されることを抑制することにより、パターンMKが過剰にエッチングされることが抑制される。このことからも、パターンMKの段差を確保することが可能となる。   Further, by suppressing the implantation of impurity ions into the insulating film II of the pattern MK, the pattern MK is suppressed from being excessively etched. Also from this, it becomes possible to ensure the step of the pattern MK.

本実施の形態は、以上に述べた各点についてのみ、実施の形態1と異なる。すなわち、本実施の形態について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に準ずる。   The present embodiment is different from the first embodiment only in each point described above. In other words, all the configurations, conditions, procedures, effects, and the like not described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment of the present invention.

(実施の形態3)
本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2と比較して、パターンMKの形成方法において異なっている。以下、本実施の形態について説明する。
(Embodiment 3)
The present embodiment is different from the first and second embodiments in the method for forming the pattern MK. Hereinafter, this embodiment will be described.

本実施の形態のマーク部に形成されるパターンMKは、実施の形態1とほぼ同様の外観を有する。ただし本実施の形態においては、図2の半導体基板SUBの主表面と、パターンMKの最下部との段差は20nm以上であることが好ましい。言い換えればパターンMKの溝の底面(半導体基板SUBの主表面に対してもっとも離れた箇所)は、半導体基板SUBの主表面に対して、半導体基板SUBの内部に向かう方向(図2の下向き)に20nm以上の深さの位置に配置される構成であることが好ましい。   The pattern MK formed on the mark portion of the present embodiment has an appearance that is substantially the same as that of the first embodiment. However, in the present embodiment, the step between the main surface of the semiconductor substrate SUB in FIG. 2 and the lowermost portion of the pattern MK is preferably 20 nm or more. In other words, the bottom surface of the groove of the pattern MK (the place farthest from the main surface of the semiconductor substrate SUB) is directed toward the inside of the semiconductor substrate SUB (downward in FIG. 2) with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB. It is preferable that the configuration be arranged at a position having a depth of 20 nm or more.

以下、本実施の形態の半導体装置の、特にマーク部の製造方法について図35〜図37を用いて説明する。なお以下の説明において、実施の形態1と同様の構成については同一の参照符号を付しており、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, a method of manufacturing the mark portion of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

マーク部に、絶縁膜IIが充填されたパターンMKの突起形状が形成される過程については、実施の形態2の図23〜図27に示す各工程と同様の手順によりなされる。   The process of forming the projection shape of the pattern MK filled with the insulating film II in the mark portion is performed by the same procedure as each step shown in FIGS. 23 to 27 of the second embodiment.

図35を参照して、図27に示す工程の後、実施の形態2の図28に示す工程と同様の不純物イオンの注入がなされる。ただし本実施の形態においては実施の形態2と逆に、パターンMKの上にはレジストパターンRSが形成されず、パターンMKの絶縁膜IIの内部に積極的に不純物イオンが注入される。   Referring to FIG. 35, after the step shown in FIG. 27, impurity ions similar to those in the step shown in FIG. 28 of the second embodiment are implanted. However, in the present embodiment, contrary to the second embodiment, the resist pattern RS is not formed on the pattern MK, and impurity ions are positively implanted into the insulating film II of the pattern MK.

図36を参照して、不純物の注入後に、たとえばアッシングによりパターンMKの上部を覆うレジストパターンRSが除去される。絶縁膜IIの内部には不純物イオンIOが含まれている。   Referring to FIG. 36, after impurity implantation, resist pattern RS covering the top of pattern MK is removed, for example, by ashing. Impurity ions IO are contained inside the insulating film II.

図37を参照して、マーク部の全面および、チップ形成領域CLの所望の箇所のゲート絶縁膜GI1が、ウェットエッチングにより除去され、半導体基板SUBの主表面が露出される。   Referring to FIG. 37, the entire surface of the mark portion and a desired portion of gate insulating film GI1 in chip formation region CL are removed by wet etching, and the main surface of semiconductor substrate SUB is exposed.

実施の形態2と同様に、図35〜図37の各工程は複数回繰り返される。この際、特に図37の工程におけるシリコン酸化膜のウェットエッチングにより、パターンMKを構成する絶縁膜IIがエッチングされる。このため図36に示すように、当初半導体基板SUBの主表面に対して凸形状であったパターンMKが、最終的には当該主表面に対して凹形状となる。なお最終的にトレンチ溝TRの内部の一部に絶縁膜IIが残存してもよいし、残存しなくてもよい。   Similar to the second embodiment, each step in FIGS. 35 to 37 is repeated a plurality of times. At this time, the insulating film II constituting the pattern MK is etched by wet etching of the silicon oxide film in the process of FIG. For this reason, as shown in FIG. 36, the pattern MK that is initially convex with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB finally becomes a concave shape with respect to the main surface. Note that the insulating film II may or may not remain in part of the trench trench TR.

この後、実施の形態1、実施の形態2と同様にトランジスタが形成される領域のゲート絶縁膜GI2が形成され、さらにその上に、図10と同様にアモルファスシリコンAMSや多結晶シリコン層PS1aが形成される。その後、実施の形態1の図11〜図14の各工程と同様の手順により、図2に示すパターンMKの態様となり、チップ形成領域CLにはトランジスタが形成される。   Thereafter, a gate insulating film GI2 in a region where a transistor is formed is formed as in the first and second embodiments, and an amorphous silicon AMS and a polycrystalline silicon layer PS1a are further formed thereon as in FIG. It is formed. After that, the pattern MK shown in FIG. 2 is obtained by the same procedure as each step of FIGS. 11 to 14 of the first embodiment, and a transistor is formed in the chip formation region CL.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においても、図2に示す多結晶シリコン層PS1がレジストパターンRSによりパターニングされる際に、位置合わせに用いるパターンMKの上には多結晶シリコン層PS1、PS2の2層が積層されている。このため実施の形態1と同様に、パターンMKの視認性が向上する効果を有する。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
Also in the present embodiment, when the polycrystalline silicon layer PS1 shown in FIG. 2 is patterned by the resist pattern RS, two polycrystalline silicon layers PS1 and PS2 are stacked on the pattern MK used for alignment. ing. For this reason, as in the first embodiment, the visibility of the pattern MK is improved.

これに加えて本実施の形態では、パターンMKの絶縁膜IIの内部に不純物イオンが注入されることにより、パターンMKの過剰なエッチングが促進される。このため当初凸形状を有したパターンMKが最終的に凹形状を有するまでエッチングされる。凹形状を有することにより、パターンMKが半導体基板SUBの主表面に対して段差を形成し、視認が可能となる。つまり本実施の形態においては、凸形状を有するパターンMKのエッチングを抑制して凸形状の段差を確保した実施の形態2と逆の観点から、パターンMKに凹形状の段差を形成することができる。   In addition, in this embodiment, excessive etching of the pattern MK is promoted by implanting impurity ions into the insulating film II of the pattern MK. Therefore, the pattern MK having the initial convex shape is etched until it finally has the concave shape. By having the concave shape, the pattern MK forms a step with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB, and is visible. That is, in the present embodiment, it is possible to form the concave step in the pattern MK from the viewpoint opposite to that of the second embodiment in which the etching of the convex pattern MK is suppressed to ensure the convex step. .

ここで凹形状のパターンMKが、半導体基板SUBの主表面に対して20nm以上の段差を有することにより、パターンMKの視認が確実にできるようになる。また逆に、上記の方法を用いれば、パターンMKの段差が過剰になることを抑制することもできる。微細化が進み、より段差の小さい(平坦に近い)パターンMKの形成が要求される場合においても、上記の方法を用いて、たとえばエッチング量を調整することにより、その段差を精密に制御することができる。   Here, the concave pattern MK has a step of 20 nm or more with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB, so that the pattern MK can be surely recognized. On the other hand, if the above method is used, it is possible to prevent the step of the pattern MK from becoming excessive. Even when miniaturization advances and formation of a pattern MK having a smaller step (close to flat) is required, the step can be precisely controlled by adjusting the etching amount, for example, using the above method. Can do.

たとえばシリコン酸化膜がフッ酸(HF)によりウェットエッチングされる場合には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜IIの内部に不純物イオンが注入されると、不純物の種類によりウェットエッチングレートが最大で約10倍になる。このため実施の形態2では、不純物イオンの注入に起因する絶縁膜IIの凸方向の段差の減少を抑制するために絶縁膜IIが被覆された状態でイオン注入される。これに対して実施の形態3では、絶縁膜IIが大きくエッチングされ、十分な段差を有する凹方向の段差を形成するために絶縁膜IIに不純物イオンが注入される。   For example, when the silicon oxide film is wet-etched with hydrofluoric acid (HF), when impurity ions are implanted into the insulating film II made of the silicon oxide film, the wet etching rate is about 10 at the maximum depending on the type of impurities. Double. For this reason, in the second embodiment, ion implantation is performed in a state where the insulating film II is covered in order to suppress a decrease in the level difference in the convex direction of the insulating film II due to the implantation of impurity ions. On the other hand, in Embodiment 3, the insulating film II is largely etched, and impurity ions are implanted into the insulating film II in order to form a step in the concave direction having a sufficient level difference.

本実施の形態は、以上に述べた各点についてのみ、実施の形態1と異なる。すなわち、本実施の形態について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に準ずる。   The present embodiment is different from the first embodiment only in each point described above. In other words, all the configurations, conditions, procedures, effects, and the like not described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment of the present invention.

(実施の形態4)
本実施の形態は、実施の形態1〜実施の形態3と比較して、パターンMKの形成方法において異なっている。以下、本実施の形態について説明する。
(Embodiment 4)
This embodiment is different from the first to third embodiments in the method for forming the pattern MK. Hereinafter, this embodiment will be described.

図38を参照して、本実施の形態の半導体装置のパターンMKは、支持基板SSの一部として形成されている。つまり支持基板SSの一部がエッチング除去されて形成されるトレンチ溝TRの幅が、他の実施の形態よりも広く、複数のトレンチ溝TRの間隔が、他の実施の形態よりも狭い。このトレンチ溝TRに挟まれた狭い領域がトレンチ溝TRに対する突起部として形成されたものが、パターンMKである。つまり本実施の形態のパターンMKは、実施の形態2と同様に、半導体基板SUBの主表面に対して凸方向に突出した形状である。   Referring to FIG. 38, the pattern MK of the semiconductor device of the present embodiment is formed as a part of the support substrate SS. That is, the width of the trench groove TR formed by etching away a part of the support substrate SS is wider than that of the other embodiments, and the interval between the plurality of trench grooves TR is narrower than that of the other embodiments. A pattern MK is a pattern in which a narrow region sandwiched between the trenches TR is formed as a protrusion with respect to the trench TR. That is, the pattern MK of the present embodiment has a shape protruding in the convex direction with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB, as in the second embodiment.

トレンチ溝TRの内部には絶縁膜IIが形成されている。半導体基板SUBの主表面に沿う方向(図38の左右方向)におけるトレンチ溝TRの端部近傍において、絶縁膜IIが傾斜するようになだらかな曲線を描く断面形状を有している。このためその上に形成される多結晶シリコン層PS1、PS2なども、同様の曲線を描いている。   An insulating film II is formed inside the trench TR. In the vicinity of the end of the trench TR in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SUB (the left-right direction in FIG. 38), the insulating film II has a cross-sectional shape that draws a gentle curve so as to be inclined. For this reason, the polycrystalline silicon layers PS1, PS2 and the like formed thereon have a similar curve.

次に図38に示す、本実施の形態の半導体装置の、特にマーク部の製造方法について図39〜図49を用いて説明する。なお以下の説明において、実施の形態1と同様の構成については同一の参照符号を付しており、その説明は繰り返さない。   Next, a method of manufacturing the mark portion of the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 38 will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図39を参照して、半導体基板SUBの支持基板SSaの一方の主表面上に、たとえば実施の形態2の図23の工程と同様の手順により(同様の厚みとなるように)、ゲート絶縁膜GI1とアモルファスシリコン層AMSとシリコン窒化膜SNとがこの順に積層される。その後、通常の写真製版技術およびエッチングにより、図39に示す態様となる。図39を平面視した際に各薄膜が形成されている領域が、パターンMKが形成される領域である。   Referring to FIG. 39, a gate insulating film is formed on one main surface of support substrate SSa of semiconductor substrate SUB by a procedure similar to the step of FIG. 23 of the second embodiment (so as to have the same thickness). GI1, amorphous silicon layer AMS, and silicon nitride film SN are stacked in this order. Thereafter, the mode shown in FIG. 39 is obtained by ordinary photolithography and etching. A region where each thin film is formed when FIG. 39 is viewed in plan is a region where the pattern MK is formed.

ここで、平面視においてマーク部(パターンMKが形成されうるパターン領域)全体に対して、トレンチ溝TRが形成される領域以外の領域(実際にパターンMKが形成される領域)が占有する面積の割合が25%以下であることが好ましい。ただし上記割合は2%以上8%以下であることがより好ましい。   Here, the area occupied by the region other than the region where the trench trench TR is formed (the region where the pattern MK is actually formed) occupies the entire mark portion (pattern region where the pattern MK can be formed) in plan view. The ratio is preferably 25% or less. However, the ratio is more preferably 2% or more and 8% or less.

また上記のトレンチ溝TRの(主表面に沿う方向の)幅は、43μm以上100μm以下であることが好ましく、その中でも50μm以上80μm以下であることが特に好ましい。   The width of the trench TR (in the direction along the main surface) is preferably 43 μm or more and 100 μm or less, and particularly preferably 50 μm or more and 80 μm or less.

さらに、シリコン窒化膜SNなどが積層された領域の、主表面に沿う方向に関する幅(図39の左右方向)は1μm以上15μm以下であることが好ましい。なおこの中でも、2μm以上10μm以下であることが特に好ましい。   Furthermore, the width (the left-right direction in FIG. 39) in the direction along the main surface of the region where the silicon nitride film SN or the like is laminated is preferably 1 μm or more and 15 μm or less. Of these, the thickness is particularly preferably 2 μm or more and 10 μm or less.

図39および図40を参照して、図3および図4の工程と同様の手順により、レジストパターンRSをマスクとして支持基板SSaがエッチングされて支持基板SSとなり、トレンチ溝TRが形成される。図40に示すように、シリコン窒化膜SNなどの薄膜が残存している領域において支持基板SSaがエッチングされずに残存する。その結果、シリコン窒化膜SNなどの薄膜が残存している領域は、他の領域に対して突起を形成する。この突起が最終的にパターンMKとなる。   Referring to FIGS. 39 and 40, support substrate SSa is etched to form support substrate SS using resist pattern RS as a mask, and trench trench TR is formed by the same procedure as the steps of FIGS. As shown in FIG. 40, the support substrate SSa remains without being etched in the region where the thin film such as the silicon nitride film SN remains. As a result, the region where the thin film such as the silicon nitride film SN remains forms a protrusion with respect to the other region. This protrusion finally becomes a pattern MK.

図41を参照して、図5の工程と同様の手順により、絶縁膜IIaが形成される。
図42を参照して、図26の工程と同様の手順(たとえばCMP)により、絶縁膜IIaが研磨、除去され、絶縁膜IIbとなる。
Referring to FIG. 41, insulating film IIa is formed by the same procedure as in the process of FIG.
Referring to FIG. 42, insulating film IIa is polished and removed by the same procedure (for example, CMP) as in the process of FIG. 26 to form insulating film IIb.

ここで絶縁膜IIbには、いわゆるエロージョンと呼ばれる減肉現象が起こり、なだらかな凹みが形成される。この現象は、複数の異なる材質が混在した領域で研磨レートが大きい材質が優先的に削れることにより引き起こされる。またそれぞれの材質の占有率によっても凹みの程度が異なり、定性的には占有率が小さい材質ほどその材質の研磨レートが大きくなり、エロージョンが発生しやすくなる。   Here, a thinning phenomenon called so-called erosion occurs in the insulating film IIb, and a gentle recess is formed. This phenomenon is caused by preferentially scraping a material having a high polishing rate in a region where a plurality of different materials are mixed. In addition, the degree of the dent differs depending on the occupation ratio of each material. Qualitatively, the smaller the occupation ratio, the higher the polishing rate of the material, and the easier the erosion occurs.

図43を参照して、図27と同様のたとえばドライエッチングにより、シリコン窒化膜SNとアモルファスシリコン層AMSとが除去される。   Referring to FIG. 43, silicon nitride film SN and amorphous silicon layer AMS are removed by dry etching, for example, similar to FIG.

図44を参照して、図28や図36に示す工程と同様の不純物イオンの注入がなされる。このとき特に、支持基板SSの突起部を挟む絶縁膜IIbが上方に突き出た突起部TPの近傍において積極的に不純物イオンIOが注入されるよう、当該領域が開口部となるレジストパターンRSが形成されることが好ましい。   Referring to FIG. 44, impurity ions are implanted in the same manner as in the steps shown in FIGS. At this time, in particular, a resist pattern RS in which the region is an opening is formed so that the impurity ions IO are positively implanted in the vicinity of the protrusion TP protruding upward from the insulating film IIb sandwiching the protrusion of the support substrate SS. It is preferred that

その後、図示されないパターニングや不純物イオンの注入、チップ形成領域CLを含むシリコン酸化膜の除去が実施の形態2、実施の形態3と同様に繰り返され、図45に示す態様となる。この過程で絶縁膜IIbが徐々にエッチングされる。ここでは特にシリコン酸化膜の除去において、突起部TPの近傍が高いエッチングレートで除去される。これは実施の形態3と同様に、絶縁膜IIbの突起部TPに不純物が注入され、エッチング除去が加速されるためである。その結果、図46に示すように、絶縁膜IIbに対して支持基板SSの一部であるパターンMKが凸形状を有するまでに絶縁膜IIbがエッチングされ、絶縁膜IIとなる。   Thereafter, patterning, impurity ion implantation, and removal of the silicon oxide film including the chip formation region CL, not shown, are repeated in the same manner as in the second and third embodiments, resulting in the mode shown in FIG. In this process, the insulating film IIb is gradually etched. Here, particularly in the removal of the silicon oxide film, the vicinity of the protrusion TP is removed at a high etching rate. This is because, as in the third embodiment, impurities are implanted into the protrusion TP of the insulating film IIb, and etching removal is accelerated. As a result, as shown in FIG. 46, the insulating film IIb is etched until the pattern MK, which is a part of the support substrate SS, has a convex shape with respect to the insulating film IIb, thereby forming the insulating film II.

図47〜図49を参照して、以後は実施の形態1の図10〜図14の工程と同様の手順により、最終的に図38に示すマーク部および図14に示すトランジスタが形成される。図47、図48、図49の各工程に対応する、トランジスタが形成される領域の態様はそれぞれ図10、図12、図13に示すとおりである。なお図44〜図49においても図43と同様にゲート絶縁膜GI1が残っていてもよい。また図44〜図49の絶縁膜IIbの上(アモルファスシリコン層AMSの下)にはゲート絶縁膜が形成されてもよい。   47 to 49, the mark portion shown in FIG. 38 and the transistor shown in FIG. 14 are finally formed by the same procedure as the steps of FIGS. 10 to 14 in the first embodiment. The mode of the region in which the transistor is formed corresponding to each step of FIGS. 47, 48, and 49 is as shown in FIGS. 10, 12, and 13, respectively. 44 to 49, the gate insulating film GI1 may remain as in FIG. A gate insulating film may be formed on the insulating film IIb (under the amorphous silicon layer AMS) in FIGS.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においても、図38に示す多結晶シリコン層PS1がレジストパターンRSによりパターニングされる際に、位置合わせに用いるパターンMKの上には多結晶シリコン層PS1、PS2の2層が積層されている。このため実施の形態1と同様に、パターンMKの視認性が向上する効果を有する。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
Also in the present embodiment, when the polycrystalline silicon layer PS1 shown in FIG. 38 is patterned by the resist pattern RS, two polycrystalline silicon layers PS1 and PS2 are stacked on the pattern MK used for alignment. ing. For this reason, as in the first embodiment, the visibility of the pattern MK is improved.

これに加えて本実施の形態には、以下の作用効果を有する。たとえば実施の形態3においては、不純物イオンIOが注入される絶縁膜IIは、エッチングされる前の段階(図35参照)にて半導体基板SUBの主表面に対して大きく凸方向に突出している。このため絶縁膜IIが半導体基板SUBの主表面に対して凹形状となるまでエッチングするためには多数回エッチングがなされる必要がある。このため、エッチングの回数が少ない場合には実施の形態3の手順を用いることは困難である。   In addition to this, the present embodiment has the following effects. For example, in the third embodiment, insulating film II into which impurity ions IO are implanted protrudes largely in the convex direction with respect to the main surface of semiconductor substrate SUB at the stage before etching (see FIG. 35). For this reason, in order to etch until the insulating film II becomes a concave shape with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB, the etching needs to be performed many times. For this reason, when the number of times of etching is small, it is difficult to use the procedure of the third embodiment.

これに対して本実施の形態では、支持基板SSが凸形状に突き出した部分を挟むように形成されるトレンチ溝TRの幅が広い(43nm以上)。また支持基板SSが突き出しておりパターンMKが形成されるパターン領域の、マーク部全体の面積に対する占有面積の割合が低い(25%以下)。このため図42の工程に示すように、トレンチ溝TRの内部の絶縁膜IIbに不純物イオンIOが注入される前に、絶縁膜IIbがCMPにより研磨される。   On the other hand, in the present embodiment, the trench groove TR formed so as to sandwich the portion where the support substrate SS protrudes in a convex shape is wide (43 nm or more). In addition, the ratio of the occupied area to the entire area of the mark portion of the pattern region where the support substrate SS protrudes and the pattern MK is formed is low (25% or less). Therefore, as shown in the process of FIG. 42, before the impurity ions IO are implanted into the insulating film IIb inside the trench TR, the insulating film IIb is polished by CMP.

その結果、絶縁膜IIbに不純物イオンIOが注入され、絶縁膜IIbがエッチングされる前の段階にて、絶縁膜IIbがある程度除去されることになる。したがって不純物イオンIOが注入された後にエッチングされるべき回数が少なくなる。つまり本実施の形態は、後工程においてたとえばトランジスタが形成される領域がエッチングされる回数が少ない場合においても、十分な(凸方向の)段差を有するパターンMKが形成される。   As a result, the impurity ions IO are implanted into the insulating film IIb, and the insulating film IIb is removed to some extent before the insulating film IIb is etched. Therefore, the number of times to be etched after the impurity ions IO are implanted is reduced. That is, in this embodiment, even when the number of times that a region where a transistor is formed is etched in a later process is small, a pattern MK having a sufficient (convex direction) step is formed.

また、上記のようなトレンチ溝TRの幅やパターン占有面積の条件を用いれば、パターンMKの、半導体基板SUBの主表面に対する凸方向への段差が20μm以上となり、パターンMKの視認が確実にできるようになる。   Further, if the conditions of the width of trench trench TR and the area occupied by the pattern are used as described above, the level difference in the convex direction of pattern MK with respect to the main surface of semiconductor substrate SUB is 20 μm or more, and pattern MK can be reliably recognized. It becomes like this.

本実施の形態は、以上に述べた各点についてのみ、実施の形態1と異なる。すなわち、本実施の形態について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態1に準ずる。   The present embodiment is different from the first embodiment only in each point described above. In other words, all the configurations, conditions, procedures, effects, and the like not described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment of the present invention.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、多結晶シリコン層が2層形成された半導体素子を有する半導体装置に、特に有利に適用されうる。   The present invention can be particularly advantageously applied to a semiconductor device having a semiconductor element in which two polycrystalline silicon layers are formed.

AMS アモルファスシリコン層、BC 反射防止膜、CL チップ形成領域、GI1 ゲート絶縁膜、II,IIa 絶縁膜、III,IIIa 界面絶縁層、IO 不純物イオン、IR 不純物領域、MK パターン、N1 界面窒化膜、O1,O2 界面酸化膜、PS1,PS1a,PS2,PS2a 多結晶シリコン層、RS レジストパターン、SN シリコン窒化膜、SUB 半導体基板、SS 支持基板、TP 突起部、TR トレンチ溝。   AMS amorphous silicon layer, BC antireflection film, CL chip forming region, GI1 gate insulating film, II, IIa insulating film, III, IIIa interface insulating layer, IO impurity ion, IR impurity region, MK pattern, N1 interface nitride film, O1 , O2 interface oxide film, PS1, PS1a, PS2, PS2a polycrystalline silicon layer, RS resist pattern, SN silicon nitride film, SUB semiconductor substrate, SS support substrate, TP protrusion, TR trench groove.

Claims (11)

半導体基板の主表面上に半導体素子が形成された半導体装置の製造方法であって、
前記主表面上に、前記主表面に対して段差を有するパターンが形成される工程と、
前記パターン上に、半導体材料を含む第1の半導体層が形成される工程と、
前記第1の半導体層上に、半導体材料を含む第2の半導体層が形成される工程と、
前記第2の半導体層上にレジストパターンが形成される工程とを備えており、
前記レジストパターンが形成される工程において、前記パターンが位置合わせマークとして用いられる、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on a main surface of a semiconductor substrate,
A step of forming a pattern having a step with respect to the main surface on the main surface;
Forming a first semiconductor layer containing a semiconductor material on the pattern;
Forming a second semiconductor layer containing a semiconductor material on the first semiconductor layer;
And a step of forming a resist pattern on the second semiconductor layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pattern is used as an alignment mark in the step of forming the resist pattern.
前記第1の半導体層はシリコンの多結晶を含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer includes polycrystalline silicon. 前記第2の半導体層は第1のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜と第2のシリコン酸化膜とがこの順で積層された絶縁物層と、
前記絶縁物層の上に積層された、シリコンの多結晶を含む多結晶層とを有する、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
The second semiconductor layer includes an insulator layer in which a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film are stacked in this order;
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: a polycrystalline layer including a polycrystalline silicon layer stacked on the insulator layer.
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とを含む、シリコンを有するシリコン層の厚みの和t(nm)は、前記レジストパターンが形成される工程において前記パターンを視認するために用いる光の主波長をα(nm)とすれば、
の関係を満たす、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The sum t (nm) of the thickness of the silicon layer including silicon including the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is light used for visually recognizing the pattern in the step of forming the resist pattern. If the main wavelength of α is α (nm),
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
前記レジストパターンが形成される工程において前記パターンを視認するために用いる前記光の主波長は600nm以上720nm以下である、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a main wavelength of the light used for visually recognizing the pattern in the step of forming the resist pattern is 600 nm or more and 720 nm or less. 前記パターンが形成される工程には、
前記主表面上に薄膜が形成される工程と、
前記薄膜を、前記主表面に交差する方向に貫通する溝が形成される工程と、
前記溝の内部が絶縁膜によって充填される工程とを含んでおり、
前記溝の、前記主表面に沿う方向に関する幅は1μm以上15μm以下であり、
平面視において、前記パターンが形成されうるパターン領域の全体の面積に対する、前記パターンが占有しない領域の面積の割合は40%以上96%以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
In the process of forming the pattern,
Forming a thin film on the main surface;
Forming a groove penetrating the thin film in a direction intersecting the main surface;
Filling the inside of the groove with an insulating film,
The width of the groove in the direction along the main surface is 1 μm or more and 15 μm or less,
6. The semiconductor according to claim 1, wherein, in a plan view, a ratio of an area of a region not occupied by the pattern to a total area of a pattern region in which the pattern can be formed is 40% or more and 96% or less. Device manufacturing method.
前記溝の内部が絶縁膜によって充填される工程の後に、前記半導体素子が形成される領域に不純物イオンが注入される工程をさらに有しており、
前記不純物イオンが注入される工程において、前記溝の上部は感光剤に覆われている、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
After the step of filling the inside of the trench with an insulating film, the method further includes a step of implanting impurity ions into a region where the semiconductor element is formed,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein in the step of implanting the impurity ions, an upper portion of the groove is covered with a photosensitive agent.
前記絶縁膜が前記パターンとして構成され、
前記パターンが前記主表面に対してもっとも離れた箇所は、前記主表面に対して前記半導体基板と反対方向に20nm以上離れた位置に配置される、請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
The insulating film is configured as the pattern;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the place where the pattern is farthest from the main surface is disposed at a position away from the main surface by 20 nm or more in a direction opposite to the semiconductor substrate.
前記パターンが形成される工程には、
前記主表面上に薄膜が形成される工程と、
前記薄膜を、前記主表面に交差する方向に貫通する溝が形成される工程と、
前記溝の内部が絶縁膜によって充填される工程とを含んでおり、
前記溝の内部が絶縁膜によって充填される工程の後に、前記絶縁膜の内部に不純物イオンが注入される工程をさらに含む、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
In the process of forming the pattern,
Forming a thin film on the main surface;
Forming a groove penetrating the thin film in a direction intersecting the main surface;
Filling the inside of the groove with an insulating film,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of implanting impurity ions into the insulating film after the step of filling the inside of the trench with an insulating film.
前記溝が前記パターンとして構成され、
前記溝の底面は前記主表面に対して前記半導体基板の内部に向かう方向に20nm以上の深さの位置に配置される、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
The groove is configured as the pattern;
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein a bottom surface of the groove is disposed at a depth of 20 nm or more in a direction toward the inside of the semiconductor substrate with respect to the main surface.
前記パターンが形成される工程には、
前記主表面上に薄膜が形成される工程と、
前記薄膜を、前記主表面に交差する方向に貫通する複数の溝が形成される工程と、
前記溝の内部が絶縁膜によって充填される工程とを含んでおり、
平面視において隣り合う前記溝に挟まれた領域が前記パターンとして構成され、
前記溝の、前記主表面に沿う方向に関する幅は43μm以上100μm以下であり、
平面視において、前記パターンが形成されうるパターン領域の全体の面積に対する、前記パターンが占有する面積の割合は25%以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
In the process of forming the pattern,
Forming a thin film on the main surface;
Forming a plurality of grooves penetrating the thin film in a direction intersecting the main surface;
Filling the inside of the groove with an insulating film,
A region sandwiched between the grooves adjacent in plan view is configured as the pattern,
The width of the groove in the direction along the main surface is 43 μm or more and 100 μm or less,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of an area occupied by the pattern to an entire area of a pattern region in which the pattern can be formed is 25% or less in a plan view.
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