JP3587712B2 - 保護ダミーパターンを有する半導体製造用アライメントマーク構造 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造技術に係り、特に保護ダミーパターンを有するアライメントマーク構造に関する。このアライメントマーク構造によりウェハ上のアライメントマークを保護し、該マークが損なわれることなく且つ化学機械研磨(CMP)によって視覚的に明瞭な品質が劣化しないように保護する。
【0002】
【従来の技術】
半導体回路(IC)はコンピュータや種々のディジタル電子デバイスの最も重要な構成部品である。IC製造には通常の製造装置が用いられ非常に複雑な工程を有している。
【0003】
代表的なIC製造工程では数100の工程が必要とされ、完成するまでに数ヶ月を要する。IC産業には4つの主要な領域、即ちIC設計、ウェハ製造、ウェハテスト及び実装がある。ウェハ製造は酸化、拡散、デポジション、パターン画成及びエッチングを含む。
【0004】
これらの技術の中でパターン画成には特に複雑で高精度の製造装置が必要とされる。マスクは通常所定のパターンをウェハ上に転写するために用いられる。典型的なIC装置では全部の製造過程において通常10〜18のマスクを必要とする。マスクパターンをウェハ上に正確に転写しようとすると、マスクを正確にマスク合わせしなければならない。さもないと出来上がる部品が機能しなくなる。現在IC製造技術は0.18μmの深さのサブ半ミクロンレベルの集積度を実現している。従って、マスク合わせはより精度を要する。
【0005】
通常、複数のアライメントマークはウェハ上に形成され、ウェハへのマスク合わせを支援する。しかし、視覚的に明瞭な品質を持ったこれらのアライメントマークはCMPプロセスによって簡単に劣化してしまう。するとアライメントエラーがマスクに発生し、マスクからの転写パターンが非常に不正確になってしまう。これらの欠点について図4から図8を参照して説明する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図4は、半導体ウェハ100の上面図を示す略図であって、ウェハ100上には一対のアライメントマーク102が形成されている。アライメントマーク102は通常ウェハ100の非構成部品領域またはスクライブ線上に形成されている。
【0007】
アライメントマーク102は図示しないマスクをウェハ100に正確なパターンを持って転写をするために用いられる。
【0008】
図4において、アライメントマーク102は図示の便宜上拡大されて描かれており、実際のスケールを反映してはいない。
【0009】
図5は、図4に示すアライメントマーク102の拡大部分を示した略図である。図示されるように、各々のアライメントマーク102は4組の縦横に平行に伸びる溝104を有している。
【0010】
写真食刻工程において光ビームがこれらの溝104に入射すると、反射光に対して位相差を生じ、これが図示しないマスクをウェハ100に位置合わせするのを助ける。
【0011】
上述したアライメントマークは、しかしながら、後続のCMP工程においてある程度簡単に損なわれてしまい、アライメントマークの視覚的に明瞭な品質が劣化する。これによってマスク合わせの精度が劣化する。
【0012】
次にこのような欠点についてウェハの断面図を示す図6と図7とを用いて説明する。
【0013】
図6(A)に示す断面図において、各アライメントマーク102の溝が2つだけ、番号102a,102bとして示されている。これらの溝102a,102bはウェハ100上の所定の位置に形成される。
【0014】
図6(B)を参照すると半導体構造106がウェハ100上に形成されている。半導体構造106は例えばゲート、ソース・ドレイン領域及びフィールド酸化膜を有するMOSトランジスタとすることができる。半導体構造106の製造そのものは本発明の範囲にはないため、その構成要素をここでは包括的に単一層として参照番号106で示してある。半導体構造106が作製された後、元のアライメントマーク102の溝102a,102bは半導体構造106の表面に対応する溝として形成される。半導体構造106の表面上の溝はここでは同一参照番号102a,102bで示されている。
【0015】
従って、例え、元のアライメントマーク102が半導体構造106によって覆われてもアライメントパターンは半導体構造106の表面に表れる。
【0016】
次に図6(C)を参照すると、次の工程で半導体構造106の選択された部分が選択的に除去される。残存部分をここでは参照番号106aで示してある。その後誘電体層108がウェハ100の全表面に形成され半導体構造106aの露出した表面が被覆される。次いで、誘電体層108の表面を平坦化するためのCMP工程が誘電体層108に対して実行される。
【0017】
図7(A)を参照すると、半導体構造106aの直上にあった誘電体層108の選択された部分が選択的に除去される。誘電体層108の残存部分をここでは参照番号108aで示してある。この工程により半導体構造106aは露出され、半導体構造106aの表面の溝102a,102bが同様に露出される。
【0018】
次に図7(B)を参照すると、後続の工程においてタングステンなどの金属層からなる導電層110がウェハ100の誘電体層108aの表面と半導体構造106aの表面とを覆うように形成される。この工程によって元のアライメントマーク102のパターンは導電層110の表面に表われる。ここでは導電層110の表面に溝102a,102bとして示してある。
【0019】
次いで図7(C)を参照すると、後続の工程において導電層110の表面にCMP工程が実行され表面が削られてプラグが形成される。しかしこのCMP工程において2つの溝102a,102bが不必要に削られてしまうことがある。すると溝102a,102bによって現わされていたアライメントパターンが視覚的に不明瞭になる。これは時にはアライメントパターンの機能を減少させ、或いは完全になくしてしまうことがある。
【0020】
図8はCMP工程後の損傷を受けたアライメントパターンの上面図を示したものである。通常、ウェハ100上の元のアライメントマーク102は、使用されないブランク領域112によってウェハの構成部品領域と分離されている。CMP工程中に機械研磨力によりこの不使用ブランク領域112が凹んでしまう。更に、構成部品領域はアライメントマーク102よりも密度において通常は大きいため、より大きな研磨力が研磨のために必要となる。このような大きな機械研磨力が加わるとウェハ上のアライメントパターンを不必要に沢山削ってしまい、精度がある程度損なわれてしまう。すると、アライメントを実行することが困難となる。マスク合わせが失敗すると、ウェハ上でのマスクからのパターン転写において回転エラーやスケーリングエラーなどの欠陥が発生する。
【0021】
従って本発明の目的は、CMPによるウェハ上でのアライメントマークの損傷を防止しアライメントマークからのアライメントパターンがウェハ表面において視覚的に明瞭な品質をもってウェハ表面に残存し、マスクの正確なアライメントを可能とする個々のダミーパターンを有するアライメントマーク構造を提供することにある。
【0022】
本発明の他の目的は、保護ダミーパターンを有するアライメントマーク構造を提供することによりステッパーアライメントセンサーの能力を改良し、ウェハにマスクの正確なアライメントを実現することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために本発明では保護ダミーパターンを有する新しいアライメントマーク構造が提供される。
【0024】
本発明のアライメントマーク構造はウェハのスクライブ線または非構成部品領域の1つに形成されたアライメントマークとこのアライメントマークの周辺に位置し、アライメントマークをCMPから保護する保護ダミーパターンとを有する。
【0025】
このような本発明による保護ダミーパターンを有するアライメントマーク構造により、アライメントマークがCMP工程によって視覚的に明瞭な品質が劣化するのを防ぐことができる。従って、マスクをウェハに正確に合わせることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による保護ダミーパターンを有するアライメントマーク構造の上面を示す略図である。図に示すように、本発明のアライメントマーク構造は従来の構造と異なっており、特に各アライメントマークの周辺にダミーパターン114を備えている点で異なる。実際には各ウェハは少なくとも2つのアライメントマークがウェハ上の所定の領域、好ましくはスクライブ線上または非構成部品領域に形成される。本発明では、各アライメントマークは保護ダミーパターン114を図1に示すようにその周囲に有している。保護ダミーパターン114はほぼその密度は図示しない構成部品領域の密度と等しい。保護ダミーパターン114はCMPプロセスにおいてアライメントマーク102が余分に研磨されるのを防ぐ役割を有している。従ってウェハ表面でアライメントマーク102からのアライメントパターンが損なわれることはなく、CMPプロセスによって劣化することもない。
【0027】
図2は、アライメントマーク102の周辺に形成された保護ダミーパターン114のコーナー部115の拡大された図を示したものである。
【0028】
図示されるように保護ダミーパターン114は複数列の予め定められた形状のマーク、例えば疑問符などで構成される。保護ダミーパターン114のこれらの疑問符は所定の方法で散らばっており、この保護ダミーパターン114によってアライメントマーク102がCMP工程での機械的研磨により削られるのを防止している。
【0029】
図3は、従来の技術と比較した場合の本発明の利点を示すために用いられるグラフであって、図3(A)はX軸方向のウェハ番号に関してオーバーレイの程度を示すものであり、図3(B)はウェハ番号に関してY軸方向でのオーバーレイの程度を示したものである。保護ダミーパターンを有しない通常のアライメントマークを使用したウェハの場合にはSTI(細いトレンチ分離)構造用のマスクアライメントでは平均的オーバーレイ誤差はX軸方向で94nmであり、Y軸方向で97nmである。
【0030】
タングステンエッチバックとW−CMP(タングステン化学機械研磨)用のマスクアライメントではX軸方向のオーバーレイ誤差は134nmであり、Y軸方向では143nmである。
【0031】
一方、本発明による保護ダミーパターンを有するアライメントマーク構造を用いたウェハの場合にはSTI構造のマスクアライメントにおいてオーバーレイ誤差はX軸方向で52nm、Y軸方向において64nmである。また、タングステンエッチバックとW−CMP用のマスクアライメントにおいてはX軸方向でオーバーレイエラーは80nm、Y軸方向で74nmである。
【0032】
これらのオーバーレイ誤差は従来のものよりも小さくなっている。
【0033】
図3に示すように、アライメントマークに保護ダミーパターンを付けることによりX軸及びY軸でのオーバーレイの程度は所定の領域では非常に近接している。
【0034】
従って、従来の技術と比較してアライメント誤差は減少している。従って、本発明の保護ダミーパターンを有するアライメントマーク構造はアライメントマークの視覚的に明瞭な品質がCMP工程によって損なわれ劣化することを防止している。
【0035】
これによりステッパーアライメントセンサーの能力を改良しマスクのウェハへの正確な位置合わせを可能とする。
【0036】
本発明はウェハ上の各アライメントマークの回りに保護ダミーパターンを設けることを特徴としている。この保護ダミーパターンが構成部品領域の密度とほぼ同一もしくは非常に近い密度を有している。
【0037】
従ってCMPプロセスを経た後もアライメントマークが視覚的に明瞭な品質で保たれてアライメントパターンとして使用することができる。
【0038】
更に、本発明ではステッパーアライメントセンサーの能力を向上することができるため、マスクのウェハへの位置合わせを正確に行うことができる。
【0039】
上述の説明においては、本発明は好ましい実施例について説明された。しかしながら本発明の範囲はこれらの上述した実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。従って、請求の範囲は本発明の実態をはずれることなくこれらの全ての変形を含むよう広く解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の保護ダミーパターンを有するアライメントマーク構造の上面図を示す略図である。
【図2】本発明のアライメントマーク構造の回りに形成された保護ダミーパターンのコーナー部の拡大図である。
【図3】本発明のアライメントマーク構造を使用してX軸方向及びY軸方向で得られる減少したオーバーレイ誤差をそれぞれ示すグラフである。
【図4】一対のアライメントマークを有する半導体ウェハの上面図である。
【図5】図4に示す各アライメントマークの拡大図である。
【図6】CMP工程によってウェハ上のアライメントマークがどのように損なわれるかを説明するために用いられる半導体ウェハの各種のステップの断面構造図(その1)。
【図7】CMP工程によってウェハ上のアライメントマークがどのように損なわれるかを説明するために用いられる半導体ウェハの各種のステップの断面構造図(その2)。
【図8】CMP工程によって劣化したアライメントマークの上面図である。
【符号の説明】
102 アライメントマーク
114 保護ダミーパターン
115 コーナー部

Claims (8)

  1. 複数のスクライブ線によって分離された複数のチップと複数の未使用非構成部品領域とを有する半導体ウェハに使用されるアライメントマーク構造において、前記構造は、
    前記ウェハの前記スクライブ線の1つに形成されたアライメントマークと、
    前記アライメントマークの周辺に位置し、前記アライメントマークをCMPから保護する保護ダミーパターンとを含み、
    前記保護ダミーパターンの密度は前記ウェハの構成部品領域の密度とほぼ等しいことを特徴とするアライメントマーク構造。
  2. 請求項1に記載のアライメントマーク構造において、
    前記ウェハの2つの異なる位置に形成された2つのアライメントマークを含み、
    各アライメントマークは1つの保護ダミーパターンをその周辺に有することを特徴とするアライメントマーク構造。
  3. 請求項1に記載のアライメントマーク構造において、
    前記保護ダミーパターンは均一密度であることを特徴とするアライメントマーク構造。
  4. 請求項1に記載のアライメントマーク構造において、
    前記保護ダミーパターンが複数の疑問符の列からなることを特徴とするアライメントマーク構造。
  5. 複数のスクライブ線によって分離された複数のチップと複数の未使用非構成部品領域とを有する半導体ウェハに使用されるアライメントマーク構造において、前記構造は、
    前記ウェハの非構成部品領域の1つに形成されたアライメントマークと、
    前記アライメントマークの周辺に位置し、前記アライメントマークをCMPから保護する保護ダミーパターンとを含み、
    前記保護ダミーパターンの密度は前記ウェハの構成部品領域の密度とほぼ等しいことを特徴とするアライメントマーク構造。
  6. 請求項に記載のアライメントマーク構造において、
    前記ウェハの2つの異なる位置に形成された2つのアライメントマークを含み、
    各アライメントマークは1つの保護ダミーパターンをその周辺に有することを特徴とするアライメントマーク構造。
  7. 請求項に記載のアライメントマーク構造において、
    前記保護ダミーパターンは均一密度であることを特徴とするアライメントマーク構造。
  8. 請求項に記載のアライメントマーク構造において、
    前記保護ダミーパターンが複数の疑問符の列からなることを特徴とするアライメントマーク構造。
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