JPH0265118A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH0265118A
JPH0265118A JP63216119A JP21611988A JPH0265118A JP H0265118 A JPH0265118 A JP H0265118A JP 63216119 A JP63216119 A JP 63216119A JP 21611988 A JP21611988 A JP 21611988A JP H0265118 A JPH0265118 A JP H0265118A
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JP
Japan
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alignment mark
wafer
oxide film
alignment
forming
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JP63216119A
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Inventor
Tatsuya Kimura
木村 立也
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、半導体素子の製造技術に闇するものであり
、特に、シリコンから成るウェーハに所望の材料から成
るエピタキシャル層を成長させた後のホトリソ工程で、
ホトマスクの位言合わせが容易となるオートアライメン
ト技術に闇する。
(従来の技術) 従来、種々の半導体素子を製造するに当って、ホトリソ
工程が広く利用されている。周知のように、ホトリソ工
程では、ウェーハ上の設計に応した位置に、所定のレジ
ストパターンを形成するプロセスが重要となっている。
上述のプロセスのうち、特に、ウェーハとホトマスクと
を重ね合わせる際の位置決めは最も重要であり、所謂、
アライメント技術として種々の提案かなされている。こ
のアライメント技術は、ウェーハ側に画成されたアライ
メントマークと、ホトマスク側に画成されたアライメン
トマークとの配置1fffi係を光学的に読み取ること
により、自動化か進められている。
まず、第2図はアライメントマークが形成されたウェー
ハを概略的平面により示す説明図である。同図中、aの
符号を付しで示すように、通常、ウェーハ11には2つ
以上のアライメントマークが形成され、ウェーハの位言
出し精度の向上が図られている。
次に、第3図(A)及び(B)を参照して、上述したア
ライメントマークの一例につき説明する。
第3図(A)は、上述したウェーハ11にaの符号を付
して示した領域のみを拡大しで示す説明図である。図示
のアライメントマーク13は、シェブロン(Chevr
an)型パターン13aと、当該バタン13a8構成す
る直線部分と平行に形成されたストライブ状パターン+
3b及び13cとがら構成されている。ウェーハ11側
に形成されたアライメントマーク13は、通常、ウェー
ハ11の表面に高さ0.2(um)程度の段差を形成す
ることによって画成される(後段で詳述)。このアライ
メントマーク13の寸法につき一例を挙げて説明すれば
、パターン13a〜13cはいずれも5〜20(um)
程度の範囲内の所定の幅を以って形成されでおり、シェ
ブロン型パターン13aと、ストライブ状パターン+3
bまたは13cとの間の離間距離は50〜150(um
)程度である。
方、第3図(B)にはホトマスクに画成されたアライメ
ントマークの一例を概略的平面により示す。ホトマスク
15側のアライメントマーク17は、スリット状パター
ン17a及び+7bによって構成され、各々のパターン
として2〜3 (un)程度の幅のラインか2本形成さ
れる。これら2本のライン同士の離間距離は、第3図(
A)を参照して説明したウェーハ側のアライメントマー
ク13の幅に一致させるのが一般的である。
次に、第4図(A)及び(B)を参照して、上述したウ
ェーハ11側のアライメントマーク13と、ホトマスク
15側のアライメントマーク17とを利用しで行なわれ
るアライメントにつき簡単に説明する。
第4図(A)は、ウェーハ11とホトマスク15とを重
ね合わせた状態を透視的に示す平面図、第4図(B)は
、第4図(A)中、−点鎖線すを付して示す部分を概略
的な断面により示す説明図である。
まず始めに、第4図(A)を参照してアライメントの原
理につき説明する。
従来行なわれているアライメントでは、ウェハ11とホ
トマスク15とを重ね合わせた後、ホトマスク15側か
ら照明する。この照明は、第4図(A)に示す平面に亙
って走査され、例えば−点鎖線すに治って夫々のアライ
メントマーク13及び15からの反射光を検出する。こ
の反射光によってd、またはd2としで示すアライメン
トマーク同士のM間距離が等しい値となるように、ウェ
ーハ11とホトマスク15との配言開係を調節する。
このような位置合わせは、シェブロン型パターン13a
、ストライブ状パターン+3t)及びスリット状パター
ン17a %利用して行なった後、シェブロン型パター
ン13a、ストライブ状パターン13c及びスリット状
パターン+71:l利用しで、再度行なわれる。従って
、一対のアライメントマーク13と17とを用いること
により、ウェーハ11とホトマスク15とを二次元的に
位置合わせすることができる。
次に、第4図(B) 71j参照しで、実際に半導体素
子の製造工程中で行なわれるアライメントにつき説明す
る。同図中、断面を示すハツチングは一部省略する。尚
、周知のように、アライメントは、下地に相当するウェ
ーハの表面に、例えばエピタキシャル層のようなバター
シニングされる構成成分と、レジスト材とを順次に被着
した後、ホトマスクを重ね合わせで行なわれる。従って
、この第4図CB)には、第4図(A)で説明したウェ
ーハ11とホトマスク15とに加えて、エピタキシャル
層19及びレジスト材21を被着した状態として図示し
である。
第4図(A)!参照して説明したように、アライメント
はアライメントマーク13とアライメントマーク17と
の間隔を光学的に検出しで行なわれる。従って、実際の
製造プロセスで、エビタキシャル層19とレジスト材2
1とが被着されたウェーハ11に関してアライメントを
行なう場合、ウェハ11の表面に形成されたアライメン
トマーク13の代わりに、当該マーク13がエピタキシ
ャル層19の表面に転写されたアライメントマーク23
ヲ検出して行なうこととなる。以下、説明の理解を容易
とするため、ウェーハ11の表面に形成されたアライメ
ントマークを第一のアライメントマーク13とし、エピ
タキシャル層19の表面に転写されたマークを第二のア
ライメントマーク23と称する。
次に、第5図(A)〜(E)を参照して、上述した第一
のアライメントマーク13ヲウエーハ11の表面に形成
して半導体素子を製造する技術につき詳細に説明する。
尚、以下の説明では、p型シリコシから成るウェーハを
用いてバイポーラトランジスタを作製する際の製造工程
につき例示する。
第5図(A)〜(E)は、第4図(B)を参照しで説明
したアライメントマークの断面に相当する部分のみを拡
大し、各製造工程を概略的なウェーハ断面により示す説
明図である0図中、断面を示すハツチングは一部省略し
て示す。
まず始めに、表面の面方位が(100)または(II+
)の結晶面のうちのいずれかから数度傾いたウェーハ1
1ヲ用意する。このような結晶面のウェーハを用いるの
は、例えば文献工:特穎昭45−17084号公報に開
示されるように、シリコン表面に酸化膜を成長させた際
、当該酸化膜との界面に発生する面状欠陥の分布密度を
低減するためである。また、このような結晶面を利用す
る他の目的として、文献II : rシリコン結晶とド
ーピング」 (第87頁、丸善−刊、 1986年6月
発行)には、工どタキシャル層をウェーハ表面に成長せ
しめた際のダレやズレを低減し得ることが開示されてい
る。
このようなウェーハ11に対して、ウェット酸素雰囲気
中、約3時間に亙って1040(”C)の温度で熱酸化
処理し、約1 (um)程度のマスク酸化膜25ヲ形成
する。然る後、従来周知のホトリソグラフィ技術によっ
て、設計に応じた第一のアライメントマークの幅に亙っ
て上述したマスク酸化膜25をエツチング除去し、開口
27ヲ形成する(第5図(A))。
次に、拡散炉を用い、例えば窒素(N2)のような非酸
化雰囲気に、三酸化アンチモン(SbzO3)を流し、
上述した状態のウェーハI 11Fr+250 (’C
)の温度で約4時間に亙って加熱処理を行なう、このよ
うな加熱処理は2ゾーン拡散法と呼ばれるが、この熱処
理により、前述した開口27を介してアンチモン(Sb
)がウェーハ11中に拡散し、例えば、深さ約5 (u
m) 、層抵抗的20(Ω/口)の埋込層29が形成さ
れる。また、この熱処理に係る雰囲気(5b203)中
に含まれる酸素1こよって、前述したマスク酸化膜25
が再成長すると共に、ウェーハ11が露出する部分には
酸化膜31が形成される(第5図(B))。
ここで、上述した工程での、マスク酸化膜25と酸化膜
31との成長につき説明する。
従来周知のように、マスク酸化膜25が被着されている
ウェーハの表面部分に比べて、アンチモンを拡散せしめ
た埋込層29が形成されているウェーハの表面部分での
酸化シリコンの成長速度が大きい。これがため、埋込層
29が形成されたウェーハの表面と、マスク酸化膜25
か被着されているウェーハ表面との門には、高さ約0.
2(um)程度の段差を生じることとなる。また、ウェ
ーハに対する酸化は、前述した開口27(第5図(A)
参照)を介して等方拡散により進行する。従って、上述
の段差を構成する斜面33aと斜面33bとは、本来の
ウェーハ表面(前述した結晶面)に対し、約3〜10°
の傾きを以って線対称に形成される。
このような段差を形成した後、例えばフッ酸系のエッチ
ャントを用いて、ウェーハ表面に形成された酸化シリコ
ンを除去し、第5図(C)に示すような第一のアライメ
ントマーク13が得られる。
続いて、第5図(D)に示すように、上述したウェーハ
11の全面に、n型不純物を含む、比抵抗が約2(Ω−
cm)のエピタキシャル層19を約10(μm)の厚き
て成長させる。この図からも理解できるように、エピタ
キシャル層19の表面には前述した第一のアライメント
マーク13の段差に対応しで、斜面35a及び斜面35
bにより構成される段差か形成され、第二のアライメン
トマーク23が転写される。
続いて、半導体素子の設計に応じて素子同士を分離する
ための分離用酸化膜37を形成した後、レジスト材21
ヲ塗布形成して第5図(E)に示すような状態が得られ
る。ここで、分離用酸化膜37を形成するための酸化は
、前述と同様に等方拡散によって進行する。これがため
、第5図(D)を参照して説明した第二のアライメント
マーク23の形状は、分離用酸化膜37の表面においで
も保存される。
このような工程の後、上述した第二のアライメントマー
ク23ヲ用いて、第4図(A)及び(B)を参照して説
明したアライメントを行ない、素子の設計に応じた種々
の製造プロセスを経て半導体素子が製造される。
尚、上述した製造技術では、パイポーラトランジスクを
製造するため、図示していない素子領域に埋込層を形成
する目的で、三酸化アンチモンを用いて埋込層29を形
成した場合につき説明した。
しかしながら、係る埋込層29ヲ形成する必要が無い場
合には、第5図(B)を参照しで説明した工程で、少量
の酸素(0□)を流し、酸化膜31のみを成長させでも
、第一のアライメントマーク13を形成することができ
る。
(発明が解決しようとする課題) 上述した説明からも理解できるように、従来の半導体素
子の製造方法では、酸化膜成長によって下地の表面に形
成された第一のアライメントマーク13か、エピタキシ
ャル層19の表面に転写され、当該層19上の第二のア
ライメントマーク23ヲ検出することによってアライメ
ントが行なわれでいる。
しかしながら、面状欠陥やエピタキシャル成長時のダレ
・ズレの低減を図る目的で、下地と成るウェーハの結晶
面を傾けて用いるため、第二のアライメントマークを構
成する斜面と、第一のアライメントマークを構成する斜
面との配置関係及び形状が一敗せず、アライメントを正
確に行なうことか難しいという問題点が有った。
この工とタキシャル成長時の斜面形状の不一致について
は、例えば文献m:”5olid 5tatetech
noloqy (ソリッド ステート チク ) ロジ
ーXS、P、’#eeks(ニス ビー ウイークス)
著。
第66〜67頁、 1982年1月発行(日本語版))
″に開示されでおり、成長に用いるガスの成分、温度ま
たはその他の条件によってファセット成長を生じるため
と考えられている。
ざらに述べれば、従来のアライメントマークは例えば2
ゾーン拡散法のような酸化膜成長のみによって段差を形
成する。これがため、第一のアライメントマークに係る
段差の高さを充分(こ採ることか難しく、上述した転写
形状の不一致も重なり、第二のアライメントマークを構
成する斜面が緩やかに成ってしまう。従って、転写によ
って形成される第二のアライメントマークが不明瞭とな
り、アライメントの自動化の妨げとなる場合も有った。
この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、エピ
タキシャル層に転写された第二のアライメントマークを
明確に形成し得る技術を提供することにより、アライメ
ントの自動化を図ることか可能な半導体素子の製造方法
を実現することに有る。
(課題を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明の半導体素子の製
造方法によれば、第一のアライメントマークを下地に形
成する工程と、上述した下地の表面にエピタキシャル層
を形成する工程と、このエピタキシャル層の表面に前述
した第一のアライメントマークが転写されて成る第二の
アライメントマークを用いてアライメントを行なう工程
とを経て半導体素子を製造するに当り、 上述した第一のアライメントマークの形成を、前述した
下地の表面にマスク酸化膜を形成し、このマスク酸化膜
により画成される開口を形成する工程と、 上述の開口を介して露出する前述の下地をエツチングし
て溝を形成した後、酸化膜を成長させる工程と を経て行なう ことを特徴としでいる。
(作用) この発明の半導体素子の製造方法によれば、開口を介し
てエツチング処理を行ない、下地に溝を形成した後、酸
化膜成長による段差形成を行なう構成となっている。こ
れがため、第一のアライメントマークの段差に係る高さ
を充分に採ることができ、当該マークが転写された第二
のアライメントマークを明確にすることができる。
(実施例) 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。尚、以下の説明の理解を容易とするため、特定の条
件を例示して説明するが、この発明は、これら例示条件
にのみ限定されるものではないことを理解されたい。
第1図(A)〜(F)は、この発明の詳細な説明するた
め、第5図(A)〜(E)と同様、概略的基板断面によ
って各製造工程毎に示す説明図である。尚、以下に説明
する実施例では、前述した従来技術と同様に、p型シリ
コンから成るウェーハを用いてバイポーラトランジスタ
を製造する場合の工程を例示して説明する。また、これ
ら図中、既に説明した構成成分と同一の機能を有する構
成成分については同一の符号を付して示し、断面を表わ
すハツチングは一部省略して示す。
まず始めに、従来と同様に、表面の面方位が(+00)
または(II+)の結晶面のうちのいずれかから数度傾
いたウェーハ11を用意する。然る後、このウェーハ1
1に対して、ウニ・ント酸素雰囲気中、約3時間に亙っ
て1040(”C)の温度で熱酸化処理し、約1(μm
)程度のマスク酸化膜25を形成する。然る後、周知の
ホトリソグラフィ技術によって、上述したマスク酸化膜
25を従来と同様にエツチング除去し、開口27を形成
する(第1図(A))。
次に、上述したウェーハ11を拡散炉内に載置して、例
えば窒素(N2)のような非酸化雰囲気とし、+250
(’C)の温度とする0次に、上述の条件とした拡散炉
内に、例えば塩化水素(MC11)のようにシリコンの
みを選択的にエツチング除去し得るガスを導入し、開口
27ヲ介してウェーハ11に溝39を形成する(第1図
(B))。
この実施例では、上述した手順によって、約0.2(u
m)の深さで溝39を形成した。また、上述のエツチン
グが等方性を示すことから、当該溝39を構成する斜面
41aと41bは線対称な傾きとなり、各々、約45°
の傾斜を以って形成される。
続いて、上述したHC(Lの代わりに、5b203を導
入して、上述の温度条件下で約4時間に亙って加熱処理
し、第5図(B)を参照して既に説明した2ゾーン拡散
を行なう、これによって、従来と同様に、深さ約5 (
um) 、層抵抗約20(Ω/口)の埋込層29が形成
されると共に、溝39が形成された部分には、雰囲気中
に含まれる酸素によって約500(λ)の膜厚で酸化膜
31が形成される(第1図(C))。
ここで、マスク酸化膜25が被着されているウェーハ表
面と、前述した溝39が形成されているウェーハ表面と
では、酸化シリコンの成長速度の差により、約0.2(
μm)程度の段差を生じることとなる。従って、前述し
た溝39の形成工程と、2ゾーン拡散法による酸化膜成
長とによって、約0.4(um)程度の段差を形成する
ことができる。この実施例に係る工程では、当該段差を
構成する斜面43aと斜面43bとが、本来のウェーハ
表面(前述した結晶面)に対し、約40°の傾きを以っ
て形成された。
続いて、上述したウェーハ11に対して、第5図(C)
を参照して説明したのと同様に、フッ酸系のエッチャン
トを用(Aてウェーハ表面に形成された酸化シリコンを
除去し、第1図(D)に示すような第一のアライメント
マーク45が得られる。
続いて、上述したウェーハ11の全面に、n型不純物を
含む、比抵抗が約2(Ω−cm)のエピタキシャル層1
9ヲ約10(um)の厚さで成長させる。このエピタキ
シャル成長では、前述した第−のアライメントマーク4
5の段差に対応して斜面47a及び斜面47bにより構
成される第二のアライメントマーク49が転写される(
第1図(E))。
ここで、上述した第二のアライメントマーク49の形状
と、エピタキシャル成長の条件とにつき説明する。
既に説明したように、ウェーハ11の結晶面を(!00
)面またはCII+)面から傾けで用いることにより、
第二のアライメントマークを構成する斜面形状の不一致
を生じる。この実施例では、エピタキシャル層19を成
長させるに当って、5i82C11□を反応ガスとし、
約1+50(”C)の温度で常圧バレル型エピタキシャ
ル装M18用いで行なった。このように、従来行なわれ
でいる一般的な条件下、第二のアライメントマーク49
ヲ形成した復、斜面47aと斜面47bとの傾きを測定
した。その結果、一方の斜面(例えば図示の斜面47b
)は第一のアライメントマーク45を構成する斜面(例
えば43b)が転写されて約40“であったのに対して
、他方の斜面(図示の斜面47a)は約35°程度の傾
きを示した。この説明からも理解できるように、この実
施例に係る方法により、従来の方法に比べて斜面の傾き
に関する改善を図ることができた。
続いて、第5図(E)V参照しで説明したのと同様に、
素子同士を分離するための分離用酸化膜37を形成した
後、レジスト材21ヲ塗布形成する(第1図(F))。
このような状態で前述のアライメントを行なったところ
、第二のアライメントマーク49ヲ構成する斜面43a
及び43bの傾きが上述したように充分なS+有するた
め、アライメントマークの検出を容易に行なうことがで
きた。
また、ざらに述べれば、上述した実施例の方法による第
二のアライメントマーク49ヲ用いたアライメントでは
、エピタキシャル層19の成長の後にごみが付着した場
合であっても、段差に係る斜面を急峻にすることによっ
て、当該ごみに関する検出信号と、アライメントマーク
に閉する検出信号との区別が容易であった。
従って、上述した技術を適用すること(こより、アライ
メントの自動化を達成することが容易となる。
以上、この発明の実施例につき詳細に説明したが、この
発明は、上述した実施例にのみ限定されるものではない
こと明らかである。
例えば、上述の実施例では、n型シリコンから成るウェ
ーハを用いた場合につき詳細に説明したが、n型シリコ
ンを用いて半導体素子を製造する場合であっても同様な
効果を得ることができる。
また、上述の実施例では、工とタキシャル層の表面に転
写された第二のアライメントマークを用いてアライメン
トを行なった場合につき説明した。しかしながら、この
発明に係る方法によれば、酸化膜成長を利用しで形成さ
れた第一のアライメントマークの高さが充分な値を以っ
て形成し得るため、当該マークを転写して得られる第二
のアライメントマークのみならず、第三のアライメント
マークを転写形成した債のアライメントであっても、自
動化を図ることが期待できる。
ざらに、実施例の説明においでは、アライメントマーク
の平面形状につき省略して説明したが、この発明の方法
は特定の平面形状を有するアライメントマークによって
のみ効果が得られるものではないこと明らかである。
これに加えて、上述の実施例では、バイポーラトランジ
スタの埋込層を形成するため、三酸化アンチモンを利用
した2ゾーン拡散を行ない、この際の酸化膜成長を利用
して第一のアライメントマークを形成した場合につき説
明した。しかしなから、既に説明したように、半導体素
子の設計に応し、上述の三酸化アンチモンの代わりに、
少量の酸素(02)を流すことによって、埋込層を形成
することなく第一のアライメントマークを形成すること
もできる。
これら材料、形状、数値的条件、配MF係及びその他の
条件は、この発明の目的の範囲内で、任意好適な設計の
変更及び変形を行ない得ること明らかである。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
素子の製造方法によれば、開口を介してエツチング処理
を行ない、下地に溝を形成した後、酸化膜成長による段
差形成を行なう。これがため、第一のアライメントマー
クの段差に係る高さを充分に採ることができ、当該マー
クか転写された第二のアライメントマークを明確にする
ことができる。
従って、エピタキシャル層に転写された第二のアライメ
ントマークを明確に形成し得る技術を提供することによ
り、アライメントの自動化を図ることが可能な半導体素
子の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(F)は、この発明の詳細な説明するた
め、各製造工程毎に、概略的な断面により示す説明図、 第2図、第3図(A)及び第3図(B)は、従来のアラ
イメントマークを説明するため、要部を概略的平面によ
り示す説明図、 第4図(A)及び(B)は、アライメントを説明するた
め、夫々、要部平面または要部断面により概略的に示す
説明図、 第5図(A)〜(E)は、従来の製造方法を説明するた
め、第1図(A)〜(F)と同様にして示す説明図であ
る。 11・・・・ウェーハ(下地) u、45・・・・・第一のアライメントマーク13a・
・・・・シェプロシ型パターン13b、 13c・・・
・・ストライブ状パターン■・・・・ホトマスク U・・・・アライメントマーク(ホトマスク側)17a
、 17b・・・・・スリ・シト状パターン19・・・
・エピタキシャル層、21・・・・レジスト材υ、49
・・・・・第二のアライメントマーク25・・・・マス
ク酸化膜、27・・・・開口29・・・・埋込層、31
・・・・酸化膜33a、33b、43a、43b・・・
・・斜面(第一のアライメントマークを構成する成分) 35a、 35b、 47a、 47b・・・・・斜面
(第二のアライメントマークを構成する成分) 37・・・・分離用酸化膜、39・・・・溝41a、4
1b・・・・・斜面(溝を構成する成分)a・・・・ア
ライメントマークを形成する領域部分d+、d2・・・
・・アライメントマーク同士の間隔。 27:開口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一のアライメントマークを下地に形成する工程
    と、前記下地の表面にエピタキシャル層を形成する工程
    と、該エピタキシャル層の表面に前記第一のアライメン
    トマークが転写されて成る第二のアライメントマークを
    用いてアライメントを行なう工程とを経て半導体素子を
    製造するに当り、 前記第一のアライメントマークの形成を、 前記下地の表面にマスク酸化膜を形成し、 該マスク酸化膜により画成される開口を形成する工程と
    、 前記開口により露出する前記下地をエッチングして溝を
    形成した後、酸化膜を成長させる工程とを経て行なう ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
JP63216119A 1988-08-30 1988-08-30 半導体素子の製造方法 Pending JPH0265118A (ja)

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JP63216119A Pending JPH0265118A (ja) 1988-08-30 1988-08-30 半導体素子の製造方法

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JP (1) JPH0265118A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5476800A (en) * 1994-01-31 1995-12-19 Burton; Gregory N. Method for formation of a buried layer for a semiconductor device
KR100822607B1 (ko) * 2006-06-28 2008-04-17 주식회사 하이닉스반도체 반도체 장치의 오버레이 버니어 형성 방법
JP2008130919A (ja) * 2006-11-22 2008-06-05 Denso Corp 半導体装置の製造方法

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