JP4680424B2 - 重ね合わせ位置検出マークの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ね合わせ位置検出マークの製造方法にかかり、特に、集積回路パターンの製造時に上層のパターンと下層のパターンとを重ね合わせるための重ね合わせ位置検出マークの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路装置(以下、LSIと称する。)の製造工程には、LSI基板(以下、ウエハと称する)上にLSI素子を形成するために所望の材料よりなる材料膜を形成する成膜工程と、集積回路パターン(以下、回路パターンと称する。)を感光性高分子膜(以下、レジスト膜と称する。)に転写してレジストパターンを形成するリソグラフィ工程と、レジストパターンを阻止膜としてレジスト膜より下層にある材料膜を喰刻加工するエッチング工程などがある。
【0003】
LSIは、成膜工程、リソグラフィ工程、及びエッチング工程を組み合わせて必要な回数繰り返し行うことで複数のパターン形成層を積層形成することにより、立体的に製造される。
【0004】
一般に、リソグラフィ工程では、露光光線を通過させるガラス基板などの材料上に、露光光線に対して遮光性を有するクロム等の材料よりなる回路パターン膜を設けた原版(以下、マスクと称する。) が用いられる。マスクに形成された回路パターン膜のパターン(以下、マスクパターンと称する。)を、反射又は投影光学系によって等倍、或いは縮小して、レジスト膜に結像することにより、レジストを露光して、レジスト膜をマスクパターン状に感光させることにより、レジストパターンを形成し、このレジストパターンに基づいてレジスト膜の下層に形成された層をパターン加工する。
【0005】
LSIの製造では、LSI素子を構成する回路パターンを複数積層して立体的なLSI素子を構成するが、リソグラフィ工程において、既に加工形成されているウエハ上の回路パターンと、これから露光により生成する回路パターンとの相対的な位置を高精度に合致させるように位置合わせを行うことはLSIの性能を大きく作用するため、必要不可欠である。
【0006】
リソグラフィ工程では、既に加工形成されているウエハ上の回路パターンと、これから露光及び現像により形成する回路パターンとの相対的な位置を高精度に合致させるために、マスクとウエハとの相対位置合わせを精度よく行うことがなされている。
【0007】
この相対位置合わせは、マスク側とウエハ側との両方に形成した重ね合わせ位置検出マーク(アライメントマーク)を用いてなされる。マスク側のアライメントマークはマスクパターンの一部として構成されており、一般に、露光装置には、これら2つのアライメントマークを検出して相対位置を計測する位置計測手段と、マスクとウエハとをそれぞれ所望の位置に移動させる移動手段とが設けられており、露光前に、位置計測手段がこれら2つのアライメントマークを検出して相対位置を計測した結果に基づき、移動手段がマスク及びウエハの少なくとも一方を移動させることで、ウエハ上に形成したアライメントマークと、マスクに形成されたアライメントマークとを精度よく合致させる。
【0008】
このとき、前回の露光及び現像により形成されたパターンと、このパターンの下層のパターンとの相対位置ずれ量が露光時の位置合わせの補正情報としてフィードバックされており、これにより、マスクとウエハとの相対位置合わせをより高精度に行うことが可能となっている。
【0009】
この位置合わせの補正情報は、レジストパターンの一部として形成したレジストマークと、レジストパターンの下層パターンを形成したときにパターンの一部として形成した基準マークとの2種類のマークの測定によって得られる。
【0010】
ここで、一例として、配線層の製造工程におけるリソグラフィ工程で利用するアライメントマークについて説明する。配線層は、LSIの主要な構成要素であるが、この製造工程は、第1配線層の上層に層間絶縁層を形成し、この層間絶縁層に第1配線層と、層間絶縁層の上層に設ける第2配線層とを電気的に接続する接続孔(以下、ビアホールと称す。)を形成してから、層間絶縁層の上層に第2配線層を形成するという一連の工程である。
【0011】
この工程においては、特に、第2配線層と層間絶縁層に形成したビアホールとを高精度に位置合わせする必要があるので、第2配線層の下層の層間絶縁層の形成時に層間絶縁層にアライメントマークを形成することが望ましい。
【0012】
そのようなアライメントマークとしては、種々の形状のものを適用できるが、例えば、図8に示すパターン形状のアライメントマークを適用する場合について説明する。なお、図8に示したアライメントマークは溝の底面に下層の配線パターンの上面が露出するように形成した溝を複数並列して組み合わせた構成である。
【0013】
まず、第1配線層の上層に一様に形成した層間絶縁層にビアホールを形成する際に、ビアホールの形成と同時にアライメントマークを形成する。このアライメントマークはビアホールや配線や回路などのLSIを構成するパターンが形成されるデバイス領域以外に形成される。
【0014】
次に、アライメントマークが形成された層間絶縁層の上層に、上層の配線パターンを形成する導電性材料よりなる膜と、例えば、約300nmから約2000nm程度の膜厚のレジスト膜とを全面一様に形成する。
【0015】
その後、配線パターンが形成されたマスクを用いて、マスクに形成されたアライメントマークと、層間絶縁層に形成したアライメントマークとを検出してマスクとウエハとの相対位置ずれ量を計測して、その結果を移動手段に出力することで、移動手段に相対位置ずれ量をなくすようにマスク及びウエハとを相対的に移動させることで2つのアライメントマークの高精度な位置合わせ行う。なお、層間絶縁層に形成したアライメントマークの検出は、層間絶縁層表面とアライメントマークを構成する溝の底面との段差とを検出することにより行っている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アライメントマークはビアホールや配線や回路などのLSIを構成するデバイスパターンと同じ層に形成されるため、デバイスパターンの処理中にアライメントマーク上に副生成物が形成されてしまうことがあり(図9参照)、これがアライメントマークの形状を変え、アライメントマークの信頼性を劣らせるという問題が生じている。
【0017】
例えば、上層の配線パターンと下層の配線パターンとを電気的に接続するビアホール内に導電性材料を埋め込む場合について説明する。まず、図10(A)に示すように、ウエハ50と絶縁するためのSiO2等から形成される第1層間絶縁層52上に、第1配線54、第2層間絶縁層56を順に形成した後、全面にレジストを塗布してレジスト膜58を形成する。
【0018】
次に、図10(B)に示すように、リソグラフィ工程と、エッチング工程によって第2層間絶縁層56のLSI素子形成領域にビアホール60を形成すると共に、第2層間絶縁層56のアライメントマーク形成領域に溝状のアライメントマーク62を形成する。なお、アライメントマーク形成領域とはデバイスパターン形成領域外の所定領域である。
【0019】
その後、レジスト膜58を除去してから、図10(C)に示すように、例えば、タングステン、ポリシリコン、またはこれらとの積層構造を持つ金属などの導電性を有する埋め込み材料よりなる導電膜57を、ビアホールが埋め込まれるように全面均一に成膜する。一般に、ビアホール60は、0.5μm以下程度であり、アライメントマーク62の幅Wは約1μmから約数μm程度であり、アライメントマーク62はビアホールよりも大きいので、アライメントマーク62領域は埋め込み材料により完全には埋め込まれず溝状のままとなる。
【0020】
埋め込み材料の成膜後、埋め込み材料をエッチバックによって取り除いてビアホール内のみに埋め込み材料を残してプラグ59とする。このとき、例えば、配線材料にアルミニウムが含まれており、エッチングガスに塩素が含まれている場合などのように、配線材料とエッチングガスとの組合わせによっては、アライメントマーク62の低部に露出する配線材料に含まれる成分とエッチングガスに含まれる成分、または、配線材料に含まれる成分とエッチングガスに含まれる成分及びウエハが置かれた環境の空気中の成分とが反応してアライメントマーク62の底部に副生成物70を生成してしまう場合がある。この副生成物は、ゲル状に体積が膨張したものであるため、形、大きさ数の一様性が全く無く、一様な処理によって排除するのが難しい。
【0021】
このような副生成物70は、異物として顕在化してしまい、図9に示すように、アライメントマーク形状を変えるので、重ね合わせ位置を検出するためのマークとしてのアライメントマークの信頼性が損なわれるという不具合がある。
【0022】
以上のことから本発明は、パターンの処理中に重ね合わせ位置検出マーク位置に副生成物が形成されることがなく、信頼性の高い重ね合わせ位置検出マークの製造方法を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様の重ね合わせ位置検出マークの製造方法は、第1のパターン層と第2のパターン層とを積層形成する際に、前記第1のパターン層のパターンと第2のパターン層のパターンとを所定の配置で重ね合わせるために用いる重ね合わせ位置検出マークの製造方法であって、第1のパターン層の形成時に第1のパターン層の所定領域に形成された第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層の所定領域を削って第2の重ね合わせ位置検出マークを生成し、該第2の重ね合わせ位置検出マークに対して前記第2の重ね合わせ位置検出マークを埋め込む厚さであって300nm〜2000nmの厚さのレジストを形成してから、前記第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンを形成し、その後、前記レジストを除去して前記第2の重ね合わせ位置検出マークを露出させることを特徴とする。
【0024】
この第1の態様の重ね合わせ位置検出マークの製造方法では、該第2の重ね合わせ位置検出マークに対して保護層としてのレジストを設けているため、第2の重ね合わせ位置検出マークの底部に第1のパターン層が露出していても、第2のパターン層のパターン形成時には保護層としてのレジストにより被覆された状態となっているので、副生成物を生成するなどの第1のパターン層が露出することによる不具合を解消することができる。
【0025】
例えば、第1のパターン層を導電性材料よりなる配線層、第2のパターン層が絶縁性材料よりなる層間絶縁膜としての絶縁層とした場合、第2のパターン層を部分的にエッチングなどにより削って第1のパターン層の表面を露出させて重ね合わせ位置検出マークとした後、少なくともこの重ね合わせ位置検出マークに対して保護層としてのレジストを設けてから、第2のパターン層の回路形成領域にパターンを形成する。そのため、例えば、第2のパターン層の回路形成時にエッチバックを行って、エッチバック後に残留するエッチングガスと第1のパターン層とが反応して副生成物を生成するなどの第1のパターン層が露出することによる不具合が生じるのを回避できる。
【0026】
この第1の態様の重ね合わせ位置検出マークの製造方法では、前記第2の重ね合わせ位置検出マークを埋め込む厚さのレジストを形成し、前記第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンを形成した後、レジストを除去して前記第2の重ね合わせ位置検出マークを露出させることにより、第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンを形成するときだけレジストを一時的な保護層として適用することにより比較的容易に形成することができる。
【0027】
また、本発明の第2の態様の重ね合わせ位置検出マークの製造方法は、第1のパターン層と第2のパターン層とを積層形成する際に、前記第1のパターン層のパターンと第2のパターン層のパターンとを所定の配置で重ね合わせるために用いる重ね合わせ位置検出マークの製造方法であって、第1のパターン層の形成時に第1のパターン層の所定領域に形成された第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層の所定領域を削ると共に第2のパターン層を200nm残量させて第2の重ね合わせ位置検出マークを生成してから、前記第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンを形成することを特徴とする。
このように、第2のパターン層を削って前記第2の重ね合わせ位置検出マークを生成する際に、第2のパターン層を残量させて保護層として適用するようにできる。この場合、保護層を形成するための材料が不要であり、また、第2のパターン層の削り方を変更するだけで保護層を形成できるので、コストを抑えることができると共に、製造工程も増やすことがないので好ましい。
【0028】
また、本発明の第3の態様の重ね合わせ位置検出マークの製造方法は、第1のパターン層と第2のパターン層とを積層形成する際に、前記第1のパターン層のパターンと第2のパターン層のパターンとを所定の配置で重ね合わせるために用いる重ね合わせ位置検出マークの製造方法であって、第1のパターン層の形成時に第1のパターン層の所定領域に形成された第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層の所定領域に第2の重ね合わせ位置検出マークと、第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンとを形成し、その際に、前記第2の重ね合わせ位置検出マークの直径寸法Wmと、前記第2のパターン層に形成する所定のパターンの直径寸法Wvとが、以下の(1)式を満たすようにし、その後、前記所定のパターンを埋め込むように埋め込み材料を全面に形成し、その後、前記埋め込み材料をエッチバック処理し、エッチバック処理時に前記第2の重ね合わせ位置検出マーク内に前記埋め込み材料が残存することを特徴とする。
Wv<Wm<Wv×2 …(1)式
【0029】
すなわち、重ね合わせ位置検出マークの直径寸法Wmが、回路形成領域に形成する所定のパターンの直径寸法Wvよりも大きい寸法で、かつ、回路形成領域に形成する所定のパターンの直径寸法Wvの2倍よりも小さい寸法とすることにより、所定のパターンの直径寸法Wvに埋め込み材料を埋め込む処理を行う際に、全面に埋め込み材料を成膜してエッチバックにより表面から取り除いても、重ね合わせ位置検出マーク内には前記埋め込み材料が少なくともWvは残存する。この残存した埋め込み材料が重ね合わせ位置検出マークの保護層として働くこととなる。
【0030】
これにより、例えば、第2のパターン層の回路形成時にエッチバックを行って、エッチバック後に残留するエッチングガスと第1のパターン層とが反応して副生成物を生成するなどの第1のパターン層が露出することによる不具合が生じるのを回避できる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の第1の実施の形態から第4の実施の形態について説明する。
【0032】
(第1の実施の形態)
図4(A)にはウエハの一部領域が示されている。デバイス形成領域40の周囲には個々のデバイスに分割する際の切断領域であるスクライブライン42が形成されている。このスクライブライン42の一部は、デバイス製造時には上下の層の位置合わせを行うための合わせマークとしてのアライメントマークが形成されるアライメントマーク形成領域44となっている。
【0033】
アライメントマーク形成領域44は、図4(B)に示すように複数に分割されており、各々の分割領域はそれぞれデバイスを構成する各層に対応している。以下、アライメントマークの形成とデバイスパターンの形成について説明する。
【0034】
第1の実施の形態では、図1(F)に示すように、第2層間絶縁層16の上層と下層とに設けた第1配線14と第2配線26とを、第2層間絶縁層16に形成したビアホール34に金属を埋め込んで形成したプラグ24を介して電気的に接続する構成について説明する。
【0035】
まず、SiO2等から形成される第1層間絶縁層12、第1配線14、第2層間絶縁層16を順に形成した後、全面にレジストを300nm程度以上2000n程度以上の膜厚となるように塗布してレジスト膜18aを形成する。
【0036】
次に、リソグラフィ技術によってレジスト膜18aのアライメントマーク形成領域44bにアライメントマーク30のパターンを露光する。このときの露光位置の位置合わせは、前工程で下層のパターンを形成したときに下層パターンと同じ層で、かつ、アライメントマーク形成領域44aに形成したアライメントマーク30を用いて行う。なお、本第1の実施の形態では、アライメントマーク30として図2に示すような格子状パターンとする。
【0037】
その後、現像によってレジスト膜18aの非露光領域(又は露光領域)を取り除いて、第2層間絶縁層16の表面をアライメントマーク30のパターンに合わせて露出させる。さらに、露出させた第2層間絶縁層16部分をエッチングによって取り除き、図1(A)に示すように、アライメントマーク30を形成する。
【0038】
次に、エッチングによりレジスト膜18aを取り除き、図1(B)に示すように、全面に、例えば、酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの絶縁性材料からなる中間層20を、200nm程度の膜厚となるように成膜する。
【0039】
その後、さらに、全面にレジストを塗付してレジスト膜18bを形成する。このとき、アライメントマーク30はレジストに埋め込まれる。
【0040】
次に、アライメントマーク形成領域44aに形成したアライメントマーク30を用いて、リソグラフィ技術とエッチングによってレジスト膜18bのLSI素子形成領域の予め定めた位置にビアホールパターンを形成する。その後、現像によってレジスト膜18aの非露光領域(又は露光領域)を取り除いて、中間層20の表面をパターンに合わせて露出させる。さらに、露出させた中間層20部分をエッチングによって取り除き、第2層間絶縁層16の表面をパターンに合わせて露出させる。さらに、露出させた第2層間絶縁層16部分をエッチングによって取り除き、図1(C)に示すように、ビアホール34を形成する。
【0041】
その後、エッチングによりレジスト膜18bを取り除き、例えば、タングステン、ポリシリコン、又はこれらとの積層構造を持つ金属などの導電性を有する埋め込み材料22を、図1(D)に示すように、ビアホール34が十分に埋め込まれる膜厚分全面に成膜する。なお、アライメントマーク30の幅は1μmから数μm程度であるのに対し、パターンを微細化した集積度の高いLSIのビアホール34の径は一般的に0.5μm程度以下であるので、ビアホール34が埋め込まれる条件では、アライメントマーク30は埋め込まれない。
【0042】
その後、その他の部分の埋め込み材料22をエッチ・バック処理により取り除き、図1(E)に示すように、埋め込み材料22をビアホール34内のみに残しプラグ24とする。プラグ24の形成後、図1(F)に示すように、第2配線26を形成することにより、第1配線14と第2配線26とをプラグ24を介して電気的に接続した多層配線構造とする。
【0043】
なお、プラグ24形成時のエッチ・バック処理において、アライメントマーク30の底部に形成された埋め込み材料22は完全に除去されるが、埋め込み材料22の下層には、中間層20が設けられているため、この中間層20が第1配線14の保護層の役目を果たし、第1配線14が露出することがないのでエッチングガスと第1配線14とが反応することがないので、アライメントマーク30の底面に副生成物が生成されることがない。したがって、図3に示すように、格子の部分が明瞭な高品質なアライメントマーク30となる。従って、次に層を形成する際に、このアライメントマーク30を用いて高精度に位置合わせを行うことができる。
【0044】
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同様に、図5(E)に示すように、第2層間絶縁層16の上層と下層とに設けた第1配線14と第2配線26とを、第2層間絶縁層16に形成したビアホール34に金属を埋め込んで形成したプラグ24を介して電気的に接続する構成について説明する。なお、第1の実施の形態と同様な個所は同様な符号を付して説明は省略する。
【0045】
まず、ウエハ10の表面にSiO2等から形成される第1層間絶縁層12、第1配線14、第2層間絶縁層16を順に形成した後、全面にレジストを300nm程度以上2000n程度以上の膜厚となるように塗布してレジスト膜18aを形成する。
【0046】
次に、リソグラフィ技術によってレジスト膜18aの合わせマーク形成領域にアライメントマーク30のパターンを形成すると共に、LSI素子形成領域の予め定めた位置にビアホールパターンを形成する。アライメントマーク形成領域44bにアライメントマーク30のパターンを露光する。このときの露光位置の位置合わせは、前工程で下層のパターンを形成したときに下層パターンと同じ層で、かつ、アライメントマーク形成領域44aに形成したアライメントマーク30を用いて行う。
【0047】
その後、現像によってレジスト膜18aの非露光領域(又は露光領域)を取り除いて、第2層間絶縁層16の表面をパターンに合わせて露出させる。さらに、露出させた第2層間絶縁層16部分をエッチングによって取り除く。これにより、図5(A)に示すように、合わせマーク形成領域に溝状のアライメントマーク30が形成されると共に、LSI素子形成領域の予め定めた位置にビアホール34が形成される。なお、アライメントマーク30とビアホール34との配置関係は予め決定されている。勿論、この配置関係はLSIの設計上の都合などに応じて適宜変更できるものである。
【0048】
次に、エッチングにより最上層のレジスト膜18aを取り除き、例えば、タングステン、ポリシリコン、又はこれらとの積層構造を持つ金属などの導電性を有する埋め込み材料22を、図5(B)に示すように、ビアホール34が十分に埋め込まれる膜厚分全面に成膜する。
【0049】
さらに、全面にレジスト膜18bを塗付してレジスト膜18bを形成し、リソグラフィ技術によってLSI素子形成領域のみを露光(又はLSI素子形成領域以外を露光)した後、現像によってレジスト膜18bの露光領域(又は非露光領域)を取り除いて、図5(C)に示すように、第2層間絶縁層16のLSI素子形成領域表面を露出させる。
【0050】
その後、露出されたLSI素子形成領域表面の埋め込み材料22をエッチ・バック処理により取り除き、図5(D)に示すように、埋め込み材料22をビアホール34内のみに残しプラグ24とする。
【0051】
プラグ24の形成後、レジスト膜18bを除去してから、リソグラフィ技術とエッチングによって第2配線26を形成することにより、図5(E)に示すように、第1配線14と第2配線26とをプラグ24を介して電気的に接続した多層配線構造とする。
【0052】
このように第2の実施の形態では、LSI素子形成領域表面の埋め込み材料22のエッチ・バック処理時に、合わせマークをレジストにより被覆した状態として、エッチングガスと接触しないように保護しているため、空気中の水分と、合わせマークの底面に露出する配線又は例えば、アルミニウム等の配線に含まれる金属と、例えば、残留塩素等のエッチングガスに含まれる成分とが反応することがなく、格子の部分が明瞭な高品質なアライメントマーク30となる。よってアライメントマーク30の底面に副生成物が生成されてアライメントマーク30の信頼性が損なわれるのを防ぐことができ、次の第2配線26の形成時にアライメントマーク30を用いて高精度に位置合わせを行うことができる。
【0053】
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同様に、図6(E)に示すように、第2層間絶縁層16の上層と下層とに設けた第1配線14と第2配線26とを、第2層間絶縁層16に形成したビアホール34に金属を埋め込んで形成したプラグ24を介して電気的に接続する構成について説明する。なお、第1の実施の形態と同様な個所は同様な符号を付して説明は省略する。
【0054】
まず、SiO2等から形成される第1層間絶縁層12、第1配線14、第2層間絶縁層16を順に形成した後、全面にレジストを300nm程度以上2000nm程度以下の膜厚となるように塗布してレジスト膜18aを形成する。
【0055】
次に、リソグラフィ技術によってレジスト膜18aのアライメントマーク形成領域44bにアライメントマーク30のパターンを露光する。このときの露光位置の位置合わせは、前工程で下層のパターンを形成したときに下層パターンと同じ層で、かつ、アライメントマーク形成領域44aに形成したアライメントマーク30を用いて行う。
【0056】
その後、現像によってレジスト膜18aの非露光領域(又は露光領域)を取り除いて、第2層間絶縁層16の表面をアライメントマーク30のパターンに合わせて露出させる。さらに、露出させた第2層間絶縁層16部分をエッチングによって取り除く。この際、エッチング時間を制御して、図6(A)に示すように、アライメントマーク30の底部に第2層間絶縁層16が、例えば、200nm程度残存する状態のときにエッチングを終了する。
【0057】
次に、エッチングによりレジスト膜18aを取り除き、再び、全面にレジストを300nm程度以上2000nm程度以下の膜厚となるように塗布してレジスト膜18bを形成する。この際、アライメントマーク30はレジスト膜18bにより埋め込まれる。
【0058】
そのため、アライメントマーク形成領域44aに形成したアライメントマーク30を用いて、リソグラフィ技術とエッチングによってレジスト膜18bのLSI素子形成領域の予め定めた位置にビアホールパターンを形成する。その後、現像によってレジスト膜18bの非露光領域(又は露光領域)を取り除いて、第2層間絶縁層16の表面を露出させる。さらに、露出させた第2層間絶縁層16部分をエッチングによって取り除き、図6(B)に示すように、ビアホール34を形成する。
【0059】
次に、エッチングにより最上層のレジスト膜18bを取り除き、例えば、タングステン、ポリシリコン、又はこれらとの積層構造を持つ金属などの導電性を有する埋め込み材料22を、図6(C)に示すように、ビアホール34が十分に埋め込まれる膜厚分全面に成膜する。
【0060】
その後、最上層の埋め込み材料22をエッチ・バック処理により取り除き、図6(D)に示すように、埋め込み材料22をビアホール34内のみに残しプラグ24とする。プラグ24の形成後、リソグラフィ技術とエッチングによって第2配線26を形成することにより、図6(E)に示すように、第1配線14と第2配線26とをプラグ24を介して電気的に接続した多層配線構造とする。
【0061】
このように第3の実施の形態では、アライメントマーク30を形成する際のエッチング時に、第1配線14が露出しないように第2層間絶縁層16を若干残してエッチングを終了しているため、この残した第2層間絶縁層16が第1配線14の保護層として働くため、第1配線14が空気中の水分と残留塩素等のエッチングガスに含まれる成分等と反応することがなく、格子の部分が明瞭な高品質なアライメントマーク30となる。よってアライメントマーク30の底面に副生成物が生成されてアライメントマーク30の信頼性が損なわれるのを防ぐことができ、次の第2配線26の形成時にアライメントマーク30を用いて高精度に位置合わせを行うことができる。
【0062】
さらに、第3の実施の形態では、第2層間絶縁層16のエッチング時間を制御するだけで第1配線14の保護層を形成できるので、特別な製造工程を加える必要が無く、第1配線14の保護層を形成ためのコストが余計に掛からないという利点もある。
【0063】
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同様に層間絶縁層の上層と下層とに設ける第1配線と第2配線とを層間絶縁層に形成したビアホールを介して電気的に接続する構成を形成する場合について説明する。なお、第1の実施の形態と同様な個所は同様な符号を付して説明は省略する。
【0064】
第4の実施の形態では、まず、図7(A)に示すように、ウエハ10の表面にSiO2等から形成される第1層間絶縁層12、第1配線14、第2層間絶縁層16を順に形成した後、全面にレジストを300nm程度以上2000nm程度以下の膜厚となるように塗布してレジスト膜18aを形成する。
【0065】
次に、リソグラフィ技術によってレジスト膜18aの合わせマーク形成領域にアライメントマーク30のパターンを形成すると共に、LSI素子形成領域の予め定めた位置にビアホールパターンを形成する。
【0066】
その後、現像によってレジスト膜18aの非露光領域(又は露光領域)を取り除いて、第2層間絶縁層16の表面をパターンに合わせて露出させる。さらに、露出させた第2層間絶縁層16部分をエッチングによって取り除く。これにより、図7(B)に示すように、合わせマーク形成領域に溝状のアライメントマーク30が形成されると共に、LSI素子形成領域の予め定めた位置にビアホール34が形成される。なお、本第4の実施の形態では、ビアホール34の直径寸法をW1としたとき、アライメントマーク30の直径寸法W2は、W1<W2<W1×2を満たす寸法に決定されている。
【0067】
次に、エッチングにより最上層のレジスト膜18aを取り除き、例えば、タングステン、ポリシリコン、又はこれらとの積層構造を持つ金属などの導電性を有する埋め込み材料22を、図7(C)に示すように、ビアホール34が十分に埋め込まれる膜厚分全面に成膜する。なお、埋め込み材料22は、好ましくは、W1の厚さとなるように成膜すると良い。
【0068】
本第4の実施の形態では、アライメントマーク30の直径寸法W2は、W1<W2<W1×2を満たす寸法としているため、W1の厚さとなるように成膜した場合、ビアホール34領域よりも薄くなり、アライメントマーク30の直径W2がビアホール34の直径W1より大きく、かつ、ビアホール34の直径W1の2倍の寸法よりも小さいことから、アライメントマーク30領域の埋め込み材料22は、アライメントマーク30の直径寸法W2からビアホール34の直径W1を引いた分だけビアホール34領域よりも約W1程度以下窪んだ凹状になる。
【0069】
その後、最上層の埋め込み材料22をエッチ・バック処理により取り除き、埋め込み材料22をビアホール34内にに残しプラグ24とする。このときアライメントマーク30内には、埋め込み材料22が残存してプラグが形成されて第1配線14の保護層として働くこととなる。
【0070】
プラグ24の形成後、リソグラフィ技術とエッチングによって第2配線26を形成することにより、図7(D)に示すように、第1配線14と第2配線26とをプラグ24を介して電気的に接続した多層配線構造とする。
【0071】
このように、第4の実施の形態では、スルーホール内にプラグを形成する際に、合わせマーク内にも埋め込み材料22が残存するように合わせマークの直径寸法を決定している。そのため、スルーホール内にプラグを形成した後に合わせマークの底面に第1配線14が露出することなく、残存した埋め込み材料22が保護層として働いて、第1配線14が空気中の水分と残留塩素等のエッチングガスに含まれる成分等と反応することがなく、格子の部分が明瞭な高品質なアライメントマーク30となる。よってアライメントマーク30の底面に副生成物が生成されてアライメントマーク30の信頼性が損なわれるのを防ぐことができ、次の第2配線26の形成時にアライメントマーク30を用いて高精度に位置合わせを行うことができる。
【0072】
また、第4の実施の形態では、アライメントマーク30の形成時にアライメントマーク30の寸法を制御するだけで、合わせマーク内にも埋め込み材料22を残存させるようにしているため、特別な製造工程を加える必要が無く、第1配線14の保護層を形成ためのコストが余計に掛からないという利点もある。
【0073】
なお、以上説明した第1の実施の形態から第4の実施の形態では、アライメントマーク30として格子状の凹型溝形状マークを適用した場合について説明したが、本発明は格子状マークに限らず、棒形状、ドット形状、十字形状及び三角形状など等、重ね合わせ位置検出マークとして適用可能な全てのマークに適用可能である。また、凹型構成のアライメントマークに限らず、凸型構成の合わせマークに同様に適用できる。
【0074】
また、以上説明した第1の実施の形態から第4の実施の形態では、リソグラフィ工程における重ね合わせ露光に利用する重ね合わせ位置検出マークとしてのアライメントマークについて説明したが、同様な構造を持つその他のアライメントマークにも適用可能である。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、パターンの処理中に重ね合わせ位置検出マーク上に副生成物が形成されることがなく、信頼性の高い重ね合わせ位置検出マークが得られる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態の一例を示す工程図である。
【図2】 アライメントマークのパターンの一例を示す上面図である。
【図3】 図1の工程で形成したアライメントマークのパターンの上面図である。
【図4】 図4(A)はウエハの一部領域を示す概略上面図であり、図4(B)は図4(A)に示したアライメントマーク形成領域の拡大説明図である。
【図5】 本発明の第2の実施の形態の一例を示す工程図である。
【図6】 本発明の第3の実施の形態の一例を示す工程図である。
【図7】 本発明の第4の実施の形態の一例を示す工程図である。
【図8】 従来の工程で形成したアライメントマークのパターンの上面図である。
【図9】 図8に示したアライメントマークのパターン部分のの拡大図である。
【図10】 従来の第1の実施の形態の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
10 ウエハ
12 第1層間絶縁層
14 第1配線
16 第2層間絶縁層
18a 、18b レジスト膜
20 中間層
22 埋め込み材料
24 プラグ
26 第2配線
30 アライメントマーク
34 ビアホール
40 デバイス形成領域
42 スクライブライン
44a〜44n アライメントマーク形成領域
Claims (3)
- 第1のパターン層と第2のパターン層とを積層形成する際に、前記第1のパターン層のパターンと第2のパターン層のパターンとを所定の配置で重ね合わせるために用いる重ね合わせ位置検出マークの製造方法であって、
第1のパターン層の形成時に第1のパターン層の所定領域に形成された第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層の所定領域を削って第2の重ね合わせ位置検出マークを生成し、該第2の重ね合わせ位置検出マークに対して前記第2の重ね合わせ位置検出マークを埋め込む厚さであって300nm〜2000nmの厚さのレジストを形成してから、前記第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンを形成し、その後、前記レジストを除去して前記第2の重ね合わせ位置検出マークを露出させることを特徴とする重ね合わせ位置検出マークの製造方法。 - 第1のパターン層と第2のパターン層とを積層形成する際に、前記第1のパターン層のパターンと第2のパターン層のパターンとを所定の配置で重ね合わせるために用いる重ね合わせ位置検出マークの製造方法であって、
第1のパターン層の形成時に第1のパターン層の所定領域に形成された第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層の所定領域を削ると共に第2のパターン層を200nm残量させて第2の重ね合わせ位置検出マークを生成してから、前記第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンを形成することを特徴とする重ね合わせ位置検出マークの製造方法。 - 第1のパターン層と第2のパターン層とを積層形成する際に、前記第1のパターン層のパターンと第2のパターン層のパターンとを所定の配置で重ね合わせるために用いる重ね合わせ位置検出マークの製造方法であって、
第1のパターン層の形成時に第1のパターン層の所定領域に形成された第1の重ね合わせ位置検出マークを用いて、第2のパターン層の所定領域に第2の重ね合わせ位置検出マークと、第2のパターン層のパターン形成領域に所定のパターンとを形成し、その際に、前記第2の重ね合わせ位置検出マークの直径寸法Wmと、前記第2のパターン層に形成する所定のパターンの直径寸法Wvとが、以下の(1)式を満たすようにし、その後、前記所定のパターンを埋め込むように埋め込み材料を全面に形成し、その後、前記埋め込み材料をエッチバック処理し、エッチバック処理時に前記第2の重ね合わせ位置検出マーク内に前記埋め込み材料が残存することを特徴とする重ね合わせ位置検出マークの製造方法。
Wv<Wm<Wv×2 …(1)式
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