JPH06177027A - 電子ビーム描画方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 上層レジストを均一に塗布することができ、
多くのプロセスを経ても検出精度が保持され、位置合わ
せ精度良くパターン形成のできる電子ビーム描画方法、
及び半導体装置を得る。 【構成】 シリコン基板１上にシリコン酸化膜５を形成
し、この上にタングステン９ａを蒸着し、このタングス
テン９ａを材料として位置合わせマーク９のパターンを
形成する。さらにこの上にシリコン酸化膜８を形成し、
電子ビーム用感光性レジスト３を平坦に塗布して、電子
ビーム４によりこの位置合わせマーク９を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電子ビームを用いて微
細パターンを形成する電子ビーム描画方法、及び半導体
装置に関し、特に重金属材料により位置合わせマークを
形成し、電子ビームを用いてこの位置合わせマークを検
出してレジストパターンの描画を行う電子ビーム描画方
法、及びこの方法により製造される半導体装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（Ｌ
ＳＩ）の作製に際しては、シリコンウエハ上にキャパシ
タ、抵抗、トランジスタ、配線等を何層にも重ねあわせ
てパターン形成する必要があり、そのため前に形成され
たパターンの位置を検出して、次のパターンの形成位置
を制御しつつパターンを作成しなければならない。

【０００３】図５は従来の電子ビームウエハ直接描画方
法における位置検出方法を示す図であり、図５(a) は位
置合わせマークの検出信号を示す図、図５(b) は位置合
わせマークのＩ−Ｉ線切断断面図、図５(c) は位置合わ
せマークの拡大図、図５(d)は位置合わせマークの形成
されたウエハ基板の平面図である。これらの図におい
て、１はウエハ基板、２は位置合わせマーク、３は電子
ビーム用感光性レジスト、４は電子ビームである。

【０００４】次に従来の電子ビームウエハ直接描画方法
について説明する。半導体ウエハ基板１上に、正方形の
中央に十字型のマークを残すよう、図５(c) に示すよう
な位置合わせマーク２のマスクパターン２０を形成し、
これをマスクにドライエッチング等により、図５(b) の
ように、半導体基板１を彫り込むことにより周囲に深さ
約１μｍの彫り込みを有する十字型の位置合わせマーク
２のパターンを形成し、この上に約１μｍの膜厚のレジ
スト３を塗布する。

【０００５】このようにして形成されたマーク２上を電
子ビーム４を用いて走査すると、図５(a) のように、マ
ーク２の位置に依存した電子の反射信号が戻ってくる。
これはマーク２の凸部において電子の反射する率が大き
くなることにより生じるもので、この反射により電子ビ
ーム４の位置とマーク２の位置との相対関係を知ること
ができるため、下地基板１との位置制御がなされたパタ
ーンの作製が可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム描画
方法においては以上のようにして位置合わせマークを形
成し、このマークを検出するようにしているので、半導
体ウエハ基板１に深さ約１μｍ程度の彫り込みがあるこ
とによって、その上にレジスト３を均一に塗布できない
などの問題点や、ゲートアレイ等のスライス工程（目的
別に使いわけられる配線工程）、コンタクト工程、配線
工程、スルーホール工程等の多くのプロセスを経ること
により、酸化膜のスピンコート等によって位置合わせマ
ークの段差が埋め込まれ、このマークを検出することが
できなくなる等の問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、上層レジストを均一に塗布する
ことができ、多くのプロセスを経ても検出精度を保持す
ることのできる位置合わせマークの検出工程を含む電子
ビーム描画方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電子ビー
ム描画方法は、ウエハ基板上の電子ビーム用感光性レジ
スト以外の層中に重金属材料からなる位置合わせマーク
を形成する工程を含むものである。

【０００９】また、この発明に係る電子ビーム描画方法
は、基板上に形成したシリコン酸化膜上に重金属材料か
らなる位置合わせマークのパターンを形成し、その上に
被エッチング物質を形成し、さらにその上に電子ビーム
用感光性レジストを平坦に形成する工程を含むものであ
る。

【００１０】さらに、この発明に係る電子ビーム描画方
法は、上記位置合わせマークのパターンを、配線材料と
重金属材料との２層膜によりシリコン酸化膜上に形成す
るものである。また、この発明に係る半導体装置は、上
記いずれかの電子ビーム描画方法により製造されるもの
である。

【００１１】

【作用】この発明においては、ウエハ基板上の電子ビー
ム用感光性レジスト以外の層中に、重金属材料からなる
位置合わせマークを形成し、このマークを電子ビームに
より検出するようにしたから、上層レジストを均一に塗
布することができるとともに、多くのプロセスを経ても
検出精度を保持することができ、位置合わせマークを精
度良く検出することができる。

【００１２】また、この発明においては、基板上に形成
したシリコン酸化膜上に重金属材料からなる位置合わせ
マークのパターンを形成し、その上に酸化膜等の被エッ
チング物質を形成し、さらにその上に電子ビーム用感光
性レジストを平坦に形成するから、上層レジストを均一
に塗布することができるとともに、多くのプロセスを経
ても検出精度を保持することができ、位置合わせマーク
を精度良く検出することができる。

【００１３】さらに、この発明においては、上記位置合
わせマークのパターンを、配線材料と重金属材料との２
層膜によりシリコン酸化膜上に形成するから、位置合わ
せマークを精度良く検出することができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の第１の実施例による電子ビ
ーム描画方法における位置合わせマークを説明するため
の図であり、図１(a) は位置合わせマークの検出信号を
示す図、図１(b) は位置合わせマークのII−II線切断断
面図、図１(c) は位置合わせマークの拡大図、図１(d)
は位置合わせマークの形成されたシリコン基板の平面図
である。また、図２は位置合わせマークのパターンを形
成するためのプロセスフローを示す断面図である。これ
らの図において、図５及び図６と同一符号は同一又は相
当部分を示し、８は次工程で加工されるべき被エッチン
グ物質としてのシリコン酸化膜、９は膜厚約０．１〜
０．５μｍのタングステン９ａにより形成された位置合
わせマーク、１０は十字形状にパターニングされたレジ
スト膜である。

【００１５】まず、図２を用いて位置合わせマークのパ
ターンを形成する工程について説明する。まず、図２
(a) に示すように、シリコン基板１上にシリコン酸化膜
５を熱酸化等により膜厚約０．１〜１．０μｍに形成
し、この上にタングステン９ａをスパッタリング法等に
より、約０．１〜０．５μｍの膜厚に蒸着する。

【００１６】次に、図２(b) に示すように、レジスト膜
１０をパターニングし、これをマスクにドライエッチン
グ等を用いて、図１(c) のような十字形状をした位置合
わせマーク９のパターンを形成する（図２(c))。さら
に、その上に被エッチング物質としてのシリコン酸化膜
８を形成し（図２(d))、その上に電子ビーム用感光性レ
ジスト３を平坦に塗布する（図２(e))。

【００１７】次に、本実施例の電子ビーム描画方法にお
ける位置合わせマークを検出する方法について説明す
る。図１(b) に示すように、この位置合わせマーク９上
を電子ビーム４を走査すると、図１(a) のようなマーク
位置に依存した反射信号が戻ってくる。これは入射した
電子が散乱して、ウエハ上面に戻ってくる率がシリコン
酸化膜８よりマーク構成物質の方が大きいことに起因す
るものである。

【００１８】走査する電子ビームのエネルギーを２０ｋ
ｅＶとし、本実施例のように位置合わせマーク９の構成
物質がタングステン９ａであり、位置合わせマーク９の
形成された層の被エッチング物質がシリコン酸化膜８の
場合、上記タングステン９ａの膜厚は０．１μｍあれば
十分であり、膜厚１．０μｍ以上のシリコン酸化膜８、
膜厚１．０μｍ以上のレジスト３に対しても、効率よく
位置合わせマーク９を検出することができる。

【００１９】このように、シリコン酸化膜とマーク構成
物質との反射信号が戻ってくる率の差は、マーク構成物
質が原子番号が高く、密度が高い物質、即ち重金属であ
るほど大きく、より明確な信号を得ることができる。

【００２０】また重金属としては、原子番号２２以上、
比重４以上のものが望ましく、これらには、本実施例に
おけるタングステンの他、スズ、モリブデン等や、それ
らの化合物であるタングステンシリサイド、酸化スズ、
モリブデンシリサイド等がある。

【００２１】このように本実施例によれば、電子ビーム
用感光性レジスト以外の層中にタングステンを材料とし
た位置合わせマークを形成したので、上層レジストを均
一に塗布することができるとともに、多くのプロセスを
経ても検出精度を保持することができ、位置合わせマー
クを精度良く検出することができる。

【００２２】実施例２．図３(a),(b) はこの発明の第２
の実施例による電子ビーム描画方法を説明するための図
で、図４は本実施例２の位置合わせマークのマークパタ
ーンを形成するためのプロセスフローを示した断面図で
ある。

【００２３】上記実施例１では、位置合わせマークパタ
ーンを重金属を用いて図２に示すような位置合わせマー
クパターン形成工程を用いて作製したが、これは通常の
ＬＳＩ製造工程では不要な工程であり、望ましくない。
本実施例２の電子ビーム描画方法においては、通常のＬ
ＳＩ製造工程の一部工程を流用して位置合わせマークパ
ターンを形成するようにしたものである。

【００２４】通常のアルミ配線工程では、図３(a) のよ
うなウエハ断面形状を有しており、半導体基板１上にシ
リコン酸化膜５を膜厚約０．３〜１．０μｍに形成し、
その上にアルミ配線パターン６を形成し、その上に上層
となるシリコン酸化膜８を形成し、このシリコン酸化膜
８の上にレジスト３を塗布し、このレジスト３を電子ビ
ーム４により描画し、パターニングされたレジスト３を
マスクとして、アルミ配線６上のシリコン酸化膜８に接
続孔を開口するようにしている。このような従来のアル
ミ配線工程において、アルミニウムによりマークを形成
しようと試みたが、アルミニウムは重金属ではないた
め、アルミニウムをマークとして電子ビーム４により走
査しても、この位置を判別できるほどの検出信号を得る
ことができなかった。

【００２５】そこで、本実施例２のアルミ配線工程で
は、図３(b) に示すようなアルミ配線を形成するように
したものであり、図３(b) 及び図４の両図において、１
１はアルミ配線６とタングステン９ａからなる位置合わ
せマークである。

【００２６】次に、図４を用いてこの位置合わせマーク
のマークパターンを形成する工程について説明する。本
実施例２のマークパターンの形成工程は、この工程を通
常のＬＳＩの製造工程の一部工程に組み込んでパターン
を形成するもので、まず図４(a) のように、シリコン基
板１上にＣＶＤ（Chemical Vopor Deposition)法を用い
てシリコン酸化膜５を膜厚約０．３〜１．０μｍに形成
し、その上にスパッタリング法によりアルミニウム６ａ
を約０．５μｍの膜厚に形成し、その上に同じくスパッ
タリング法によりタングステン９ａを約０．１μｍの膜
厚に蒸着する。

【００２７】次に、図４(b) のように、アルミ配線パタ
ーン６を得るために、写真製版によりレジスト膜１０を
パターニングし、ドライエッチング等を用いて、このレ
ジスト膜１０をマスクにアルミ配線パターン６を形成し
て、位置合わせマーク１１を得る（図４(c))。

【００２８】さらに、アルミニウム６ａとタングステン
９ａとの２層膜により形成された位置合わせマーク１１
のマークパターン上に、ＣＶＤ法又はスピン塗布法を用
いてシリコン酸化膜８を約１．０μｍの膜厚に形成し
（図４(d))、その上に電子ビーム用感光性レジスト膜３
を約０．３〜１．０μｍの膜厚に平坦に形成する（図４
(e))。

【００２９】上記のようにして形成された位置合わせマ
ーク１１を、図３(b) に示すように電子ビーム４により
走査することにより、電子がタングステン９ａにより反
射され、このマーク位置に依存した反射信号が戻ってく
る。

【００３０】このような本実施例２では、位置合わせマ
ークをアルミニウムとタングステンの２層膜とし、この
マークを電子ビームにより走査するようにしたので、ア
ルミニウムの場合より電子の戻ってくる率が大きくな
り、効率よく信号を得ることができ、検出信号を著しく
改善することができる。

【００３１】なお、上記本実施例２はアルミ配線工程に
ついてのものであったが、その他ＬＳＩの分離工程であ
るフィールドシールド工程やトランジスタのゲート作製
工程において実施するようにしてもよい。

【００３２】この場合、ポリシリコン材料と重金属の化
合物であるタングステンシリサイド又はモリブデンシリ
サイドとの２層膜を形成し、さらにこの上にチタンナイ
トライド等の膜を形成した後、この２層膜による位置合
わせマークパターンをマークとして使用しても、上記と
同様の効果を得ることができる。

【００３３】実施例３．この発明の第３の実施例による
半導体装置は、上記実施例１，２等の電子ビーム描画方
法により製造されるものである。本実施例３の半導体装
置においては、上記電子ビーム描画方法を用いたので、
多くのプロセスを経ても位置合わせパターンの検出精度
を保持でき、高い位置合わせ精度でもってパターン形成
がなされた半導体装置が得られる効果がある。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明に係る電子ビーム描
画方法によれば、ウエハ基板上の電子ビーム用感光性レ
ジスト以外の層中に、重金属材料により位置合わせマー
クを形成し、このマークを電子ビームにより検出するよ
うにしたので、上層のレジスト膜を均一に塗布すること
ができるとともに、多くのプロセスを経ても位置合わせ
マークの検出精度を保持でき、高い位置合わせ精度をも
ってパターン形成ができる効果がある。

【００３５】また、この発明にかかる半導体装置によれ
ば、上記電子ビーム描画方法を用いたので、多くのプロ
セスを経ても製造されるものにおいても、高い位置合わ
せ精度でもってパターン形成がなされた半導体装置が得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による電子ビーム描画
方法における位置合わせマークを説明するための図であ
る。

【図２】実施例１の位置合わせマークの形成フローを示
す断面工程図である。

【図３】この発明の第２の実施例による電子ビーム描画
方法における位置合わせマークを説明するための図であ
る。

【図４】実施例２の位置合わせマークの形成フローを示
す断面工程図である。

【図５】従来の電子ビーム描画方法における位置合わせ
マークを説明する図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 位置合わせマーク ３ 電子ビーム感光性レジスト ４ 電子ビーム ５ シリコン酸化膜 ６ アルミ配線 ６ａ アルミニウム ８ シリコン酸化膜 ９ 位置合わせマーク ９ａ タングステン １１ 位置合わせマーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成した位置合わせマークを位
   置の基準として電子ビーム描画を行う電子ビーム描画方
   法において、 電子ビーム用感光性レジスト以外の層中に重金属材料か
   らなる位置合わせマークを形成する工程を含むことを特
   徴とする電子ビーム描画方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電子ビーム描画方法にお
   いて、 上記位置合わせマークを形成する工程は、 基板上に形成したシリコン酸化膜上に重金属材料からな
   る位置合わせマークのパターンを形成する工程と、 その上に被エッチング物質を形成する工程と、 その上に電子ビーム用感光性レジストを平坦に形成する
   工程とを含むことを特徴とする電子ビーム描画方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の電子ビーム描画方法にお
   いて、 上記位置合わせマークのパターンを形成する工程は、上
   記シリコン酸化膜上に配線材料と重金属材料との２層膜
   からなる位置合わせマークパターンを形成する工程であ
   ることを特徴とする電子ビーム描画方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の電
   子ビーム描画方法において、 重金属材料がタングステン，モリブデン，またはスズ、
   またはその化合物であることを特徴とする電子ビーム描
   画方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の電
   子ビーム描画方法により製造されることを特徴とする半
   導体装置。