JPH08274004A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH08274004A
JPH08274004A JP7072810A JP7281095A JPH08274004A JP H08274004 A JPH08274004 A JP H08274004A JP 7072810 A JP7072810 A JP 7072810A JP 7281095 A JP7281095 A JP 7281095A JP H08274004 A JPH08274004 A JP H08274004A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】1つのアライメント精度検出パターン(上地工
程)に対応させて、2つ以上の下地工程に対するアライ
メント精度を検出する。 【構成】アライメント精度検出において、パターン10
1はアライメントする工程のパターンであるが、アライ
メント精度をチェックする下地を、互いに異なる2つの
工程から構成されるパターン102およびパターン10
3で構成する。これにより、パターン102を形成した
工程とパターン103を形成した工程の両方に対するア
ライメント精度は、パターン101を形成する工程の1
つのアライメント精度検出パターンでチェックすること
ができる。なお、アライメントされる下地工程は3種以
上の互いに異なる製造工程のパターンから構成されてい
てもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路製造過
程のフォトリソグラフィ工程におけるアライメント(目
合わせ)精度を検出するための精度チェックパターンに
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路は一般に、半導体基板上
に導電層または絶縁層を積層する工程と、フォトリソグ
ラフィ工程と、導電層あるいは絶縁層を所望の形状に加
工する工程と、所定の位置にイオン注入を行う工程等を
所定の順序で作業することにより製造される。
【0003】このうち、フォトリソグラフィ工程は所定
のマスクパターンを半導体基板上に転写する工程であ
り、フォトレジストを塗布する工程と、フォトマスクを
通してフォトレジストの所定の位置に露光を行う工程
と、露光されたフォトレジストを現像する工程とから構
成される。
【0004】通常1つの半導体集積回路を製造する際に
は、複数回のフォトリソグラフィ工程が必要であり、そ
れぞれのフォトリソグラフィ工程には所定のフォトマス
クが対応している。
【0005】すなわち1つの半導体集積回路を製造する
ためには複数のフォトマスクパターンが、所望の関係と
なるように正確に半導体基板上に転写されなければなら
ない。あるフォトマスクパターンの転写が、すでに半導
体基板上に転写されているパターンと所望の関係に重ね
合わされるように、露光時に位置合わせする作業をアラ
イメントといい、このアライメントの正確さの尺度をア
ライメント精度という。
【0006】半導体集積回路の高集積化、高性能化にと
もない、近年、より正確なアライメント精度が要求され
るようになってきている。
【0007】あるフォトリソグラフィ工程のアライメン
ト精度の検出には、たとえばすでに半導体基板上に加工
された所定の下地パターンに、レイアウト上重複して、
アライメントする工程のフォトレジストを所定の形状に
パターンニングし、すでに加工された下地パターンおよ
びアライメントする工程のフォトレジストパターンの両
方が所望の関係にアライメントされているかを検出する
ための上地パターンを用いる。この検出用の上地パター
ンを有する半導体装置の従来例が、たとえば特開平2−
197113号公報に記載されている。
【0008】同公報記載のライメント精度検出パターン
を有する半導体装置は、そのアライメト制度検出パター
ンの一例を平面図で示した図4(a)、およびアライメ
ト制度検出パターンの他の例を平面図で示した図4
(b)を参照すると、ここでは本発明の実施例と対応さ
せるため一部形状を変形して示してある。矩形パターン
202a〜202gは、アライメントされる下地パター
ンである。この下地パターン202a〜202gは、あ
るアライメントが必要なフォトリソグラフィ工程より以
前の工程で基板上に形成されているパターンである。ま
たこれらのパターン202a〜202gはある一定のピ
ッチqで配列されている。
【0009】さらに図4(a)において他の矩形パター
ン201a〜201gは、アライメントする工程の上地
パターンである。フォトリソグラフィ工程においてアラ
イメント精度を検出する際は、上地パターン201a〜
201gはフォトレジストにより形成される。上地パタ
ーン201a〜201gは矩形パターンがある一定のピ
ッチpで配列されている。
【0010】ピッチpとピッチqは異なる値であるのが
一般的である。図4(a)では、 p<q………………………………(1) の関係を満足するように設定されている。
【0011】次に、アライメント精度の検出方法を説明
するための第1の平面図を示した図5(a)および第2
の平面図を示した図5(a)を併せて参照すると、ここ
でピッチpとピッチqの差を、 q−p=t…………………………(2) となるように設計したと仮定する。
【0012】下地パターン302a〜302gはアライ
メントされるパターンであり、上地パターン301a〜
301gはアライメントする工程のパターンである。上
地パターン301a〜301gはパターン301dを中
心にX方向に線対称に配列されており、下地パターン3
02a〜302gもパターン302dを中心にX方向に
線対称に配列されている。
【0013】図5(a)においては、パターン301d
の中心線とパターン302dの中心線が同一線上に位置
している。このような状態では、パターン301a〜3
01g(以下、パターン301と称す)とパターン30
2a〜302g(以下、パターン302と称す)の間に
アライメントずれはない。
【0014】すなわち、パターン302を形成した下地
工程に対して、アライメントする工程(パターン301
を形成する工程)のアライメント精度は完全である。
【0015】一方、図5(b)においては、パターン3
01eの中心線とパターン302eの中心線が同一線上
に位置している。このような状態では、パターン301
はパターン302に対して、X(+)方向にtだけアラ
イメントずれがある。
【0016】すなわち図5(b)の状態は、パターン3
02を形成した下地工程に対して、アライメントする工
程(パターン301を形成する工程)は、全体としてX
(+)方向にtに対応する量のアライメントずれを起こ
していることを示している。
【0017】また一般に、図4(a)および(b)のよ
うなアライメント精度検出パターンを用いたアライメン
ト精度検出には、半導体集積回路の製造オペレータが従
事する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路を構成
する要素のなかには、スタティックRAMのメモリセル
によく用いられるようなシェアードコンタクト等があ
る。このシェアードコンタクトの断面図を示した図6を
参照すると、シェアードコンタクトは2つの異なる下地
工程のどちらに対しても、アライメントを精度よく加工
する必要があり、この場合、半導体基板401上に形成
された拡散層403と、導電層408をコンタクト40
7で接続し、かつ導電層404とも接続する。これら拡
散層403および408間は酸化シリコン膜402、4
05、409により分離されている。この拡散層領域4
03および導電層404のどちらに対してもアライメン
トを精度よく加工しなければならない。
【0019】半導体集積回路の高集積化にともない、構
成する配線、コンタクトホール等は年々微細化の一途を
たどっている。それにともないアライメントずれに対す
るマージンも微小になってきている。したがってふとつ
の異なる下地工程のそれぞれに対して、アライメントを
精度よく加工しなければならないシェアードコンタクト
等は、より綿密なアライメント精度の検出が必要とな
る。
【0020】従来、2つの異なる下地工程のそれぞれに
対してアライメントが必要な工程のアライメント精度検
出には、例えば前述した図4(a)および(b)のよう
なパターンを用いていた。
【0021】下地パターン202およびパターン204
a〜204g(以下、パターン204と称す)は、それ
ぞれアライメントされるパターンであり、パターン20
2とパターン204は互いに異なる製造工程で形成され
たパターンである。
【0022】一方、アライメントする工程の上地パター
ンとしては、図2(a)ではパターン201が、図2
(b)ではパターン203a〜203g(以下、パター
ン203と称す)が配列されており、パターン201と
パターン203は同じ製造工程で形成されるパターンで
あり、この図では同一形状のパターンの例を示してあ
る。
【0023】従来は図2(a)に示したパターンおよび
図2(b)に示したパターンをそれぞれ別個に半導体基
板上に設け、アライメントされる2つの異なる下地工程
に対してアライメントする側の1つの上地工程(上地パ
ターンは同一工程で2個所に配置)とのアライメント精
度の検出は、それぞれの下地工程ごとに別々に行われて
いた。すなわち、パターン202の工程に対してパター
ン201を、パターン204の工程に対してパターン2
03をそれぞれアライメントしていた。
【0024】このような状況では、1つの工程のアライ
メント精度を検出するのに、2つのアライメント精度検
出パターンを調査しなければならない。したがって、下
地パターン202に対するアライメントずれを検出する
時間と、下地パターン204に対するアライメントずれ
を検出する時間と、これら両方のアライメント検出パタ
ーン間を検査装置が移動する時間とを足し合わせた時間
が、トータルの検出時間として必要であり、スループッ
トが落ちるという問題があった。
【0025】また製造オペレータにも大きな負荷がかか
るという問題もあり、さらに1つの工程に対するアライ
メント精度検出パターンを2つ設けなければならないた
め、半導体基板上に占める上地パターン面積も2倍にな
るという問題もあった。
【0026】本発明の目的は上述した問題点に鑑みなさ
れたものであり、アライメント用の1つの上地パターン
に対応する位置に2つのアライメント精度検出用の下地
パターンを配置することにより、検出時間のスループッ
トを短縮したアライメント精度検出装置を提供すること
にある。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の特
徴は、半導体製造工程におけるフォトリソグラフィ工程
に用いられ、かつ半導体基板上に形成される目合わせ用
素子パターン群であって、前記半導体基板上に既に形成
された所定工程の前記素子パターン群とその後工程の前
記素子パターン群形成用フォトマスクの転写パターン群
とを重ね合せてこれら工程間の目合せ精度を検出するア
ライメント精度検出パターン群を備えた半導体装置にお
いて、前記目合わせ時に、1組の前記転写パターン群の
配列を複数工程の前記素子パターン群の配列にそれぞれ
オーバラップさせて前記目合わせ精度を検出する目合わ
せ用素子配置にある。
【0028】また、所定の工程で第1の等間隔に配列さ
れる目合わせ用の第1の下地パターン群および所定の他
の工程で前記第1の等間隔に配列される目合わせ用の第
2の下地パターン群からなる前記素子パターン群とこれ
ら下地パターン群より幅の狭いパターンでかつ第2の等
間隔で形成される1列の前記転写パターン群とを有し、
前記目合せ時におけるこれらパターン群相互の位置関係
は、前記第1および前記第2の下地パターン群が2列に
対向配置されかつこれら対向するパターン上に1列の前
記転写パターン群のそれぞれ対応するパターンが少なく
とも1部分オーバラップして転写される配置にすること
がでくる。
【0029】さらに、3列以上の前記下地パターン群と
1列の前記転写パターン群とを有し、前記目合せ時にお
けるこれらパターン群相互の位置関係は、前記下地パタ
ーン群が3列以上に対向配置されかつこれら対向するパ
ターン上に1列の前記転写パターン群のそれぞれ対応す
るパターンが少なくとも1部分オーバラップして転写さ
れる配置にすることもできる。
【0030】さらにまた、前記第1および前記第2の下
地パターン群または3列以上の前記下地パターン群のそ
れぞれの長手方向の少なくとも1端が、相互にオーバラ
ップしてもよい。
【0031】
【作用】半導体集積回路の製造課程におけるアライメン
ト(目合せ)精度を検出するための精度チェックパター
ンにおいて、1つのアライメント精度検出パターンに対
して、アライメントされる下地パターンを2つ以上の下
地工程から構成することにより、たとえばシェアードコ
ンタクトのような、2つの異なる下地工程のいずれに対
してもアライメントを精度よく加工する必要がある工程
に対して、1つのアライメント精度検出パターンを調査
してアライメント精度検出を行えばよく、製造オペレー
タにも負荷がかからず、スループットも向上し、基板上
に占める面積も従来技術に対して縮小できる。
【0032】
【実施例】本発明について図面を参照しながら説明す
る。
【0033】図1は本発明の第1の実施例を示すアライ
メント精度検出用パターンの平面図である。図1を参照
すると、下地パターン102a〜102g(以下、第1
の下地パターン102と称す)はアライメントされるパ
ターンであり、下地パターン103a〜103g(以
下、第2の下地パターン103と称す)もアライメント
されるパターンである。第1の下地パターン102と第
2の下地パターン103は、互いに異なる製造工程で形
成されたパターンであり、アライメントが必要な、ある
フォトリソグラフィ工程よりも以前の工程で半導体基板
上に形成されているパターンである。
【0034】ここで第1の下地パターン102と第2の
下地パターン103は、それぞれ矩形のパターンであ
り、ある一定のピッチqで配列され、それぞれの配列ピ
ッチqは両方とも一致させてある。
【0035】これら2つの下地パターンは平面的レイア
ウト上で見た場合は見掛上、図1に示すように、パター
ン102aと103a、パターン102bと103b、
パターン102cと103c、パターン102dと10
3d、パターン102eと103e、パターン102f
と103fとがそれぞれ所定の間隔で対向する位置にく
るようにあらかじめ配設されている。
【0036】上地パターン101a〜101g(以下、
上地パターン101と称す)はアライメントする工程の
パターンである。フォトリソグラフィ工程にてアライメ
ント精度を検出する際は、上地パターン101はフォト
レジストにより形成される。
【0037】ここで、上地パターン101もまた矩形の
パターンであり、ある一定のピッチpで配列されてい
る。
【0038】さらに、第1の下地パターン102および
第2の下地パターン103の配列ピッチと上地パターン
101の配列ピッチとは異なるように設定する。たとえ
ば図1の場合は従来と同様に、 p<q とする。
【0039】さらにアライメントする上地パターン10
1は、アライメントされる第1の下地パターン102お
よびアライメントされる第2の下地パターン103の両
方に、平面的レイアウト上で見た場合は見掛上、図1に
示すように少なくともその長手方向の両端部分の1部分
がオーバラップしていることが望ましい。
【0040】このオーバーラップの仕方は、第1の下地
パターン102と第2の下地パターン103の一部分上
に上地パターン101の一部分がそれぞれオーバーラッ
プしていればよいが、このオーバーラップ面積は可能な
限り大きくしたほうが、製造オペレータにとってアライ
メントずれを検出しやすい。
【0041】次に、本実施例を用いたアライメント精度
の検出方法を説明するための第1の平面図を示した図2
(a)および第2の平面図を示した図2(b)を参照す
ると、構成要素の符号は図1に示した構成要素にそれぞ
れ対応している。すなわち第1の下地パターン102a
〜102gはアライメントされるパターンであり、第2
の下地パターン103a〜103gもアライメントされ
るパターンである。また上地パターン101a〜101
gはアライメントする工程のパターンである。
【0042】この上地パターン101a〜101gは1
01dを中心にX方向に線対称に配列されており、第1
の下地パターン102a〜102gはパターン102d
を中心にX方向に線対称に配列されており、第2の下地
パターン103a〜103gはパターン103dを中心
にX方向に線対称に配列されている。ここで上地パター
ン101の配列ピッチをpとし、第1の下地パターン1
02の配列ピッチをqとし、第2の下地パターン103
の配列ピッチをqとする。さらにピッチpとピッチqの
差を、 q−p=t となるように設計したと仮定する。また第1の下地パタ
ーン102と第2の下地パターン103は、パターン1
03がパターン102に対して、たとえばX(+)方向
にtだけアライメントずれを起こしている例が図5
(a)に示した平面図である。
【0043】図2(a)においては、上地パターン10
1dの中心線と第1の下地パターン102dの中心線が
同一線上に位置している。また上地パターン101cの
中心線と第2の下地パターン103cの中心線が同一線
上に位置している。このような状態では、上地パターン
101は第1の下地パターン102との間にアライメン
トずれはないが、第2の下地パターン103との間には
アライメントずれがtだけあることを示している。
【0044】すなわち、上地パターン101を形成する
工程のアライメント精度は、第1の下地パターン102
を形成した下地工程に対しては完全であるが、第2の下
地パターン103を形成した下地工程に対してはX
(−)方向にtだけアライメントずれを起こしているこ
とが1つのアライメントずれ検出パターンから読み取れ
る。
【0045】一方、図2(b)においては、上地パター
ン101cの中心線と第1の下地パターン102cの中
心線とが同一線上に位置している。また上地パターン1
01bの中心線と第2の下地パターン103bの中心線
が同一線上に位置している。
【0046】このような状態では、上地パターン101
は、第1の下地パターン102との間にアライメントず
れがtだけあることを示しており、さらに上地パターン
101は、第2の下地パターン103との間にアライメ
ントずれが2tだけあることを示している。
【0047】すなわち上地パターン101を形成する工
程のアライメント精度は第1の下地パターン102を形
成した下地工程に対してX(−)方向にtだけアライメ
ントずれを起こしており、第2の下地パターン103を
形成した下地工程に対してX(−)方向に2tだけアラ
イメントずれを起こしていることが1つのアライメント
ずれ検出パターンから読み取れる。
【0048】上述したように本実施例では、1つのアラ
イメントずれ検出パターンから、異なる2つの下地工程
に対するアライメントずれ量の情報を得ることができ
る。したがって従来問題となっていた、2つの下地工程
に対するアライメント精度を検出するために、2つのア
ライメント精度検出パターンをチェックし、アライメン
ト精度検出パターン間をチェック装置が移動しなければ
ならないという問題が解決し、半導体集積回路製造のス
ループットを向上することができる。
【0049】なお、本実施例1では、アライメント精度
検出パターンは矩形パターンの配列で示していたが、矩
形パターンに限らず、種々の変形パターンが考えられ
る。
【0050】また図2に示した実施例のパターンでは、
第1の下地パターンと第2の下地パターンは、相互に分
離して配列しているが、アライメント精度検出パターン
の占有面積縮小の目的で、アライメントずれ検出に支障
のない限り、オーバラップさせることも可能である。
【0051】本発明の第2の実施例の平面図を示した図
3を参照すると、第1の実施例との相違点は、第1の実
施例では2つの工程に配設されたアライメントずれ検出
パターンの下地工程を、3つ以上の下地工程の配列とし
たことである。
【0052】すなわち、実施例1と同様に、Nを3以上
の整数とするとアライメントする工程の上地パターン1
01a〜101dおよびすべてのアライメントされる下
地パターン102a〜102g、…、10Na〜10N
gは、それぞれ矩形のパターンがある一定のピッチqで
配列され、アライメントする工程の上地パターン101
a〜101gの配列ピッチpとアライメントされる下地
パターン102a〜102g、…、10Na〜10Ng
の配列ピッチは互いに異なる。
【0053】さらにアライメントする上地パターンに対
し、その長手方向の両端間に等間隔1列の下地パターン
がN−1列配置され、長手方向の両端に対応する位置に
配列される下地パターン102a〜102gと10Na
〜10Ngは長手方向の両端の一辺に上地パターンの各
々がそれぞれ一部オーバラップして転写され、それ以外
の下地パターン103a〜103g、…、10(N−
1)a〜10(N−1)gはその長手方向の両端を含ん
でオーバラップする配置形状を有する配列にしている。
【0054】図3に示した第2の実施例のパターンで
は、下地パターン102a〜102g、…、10Na〜
10Ngは、相互に分離して配列しているが、第1の実
施例と同様に、アライメント精度検出パターンの占有面
積縮小の目的で、アライメントずれ検出に支障のない限
り、オーバラップさせることも可能である。
【0055】本実施例を用いたアライメント精度の検出
方法は、この上地パターン101a〜101gは101
dを中心にX方向に線対称に配列されており、第1の下
地パターン102a〜102gはパターン102dを中
心にX方向に線対称に配列されており、第2の下地パタ
ーン103a〜103gはパターン103dを中心にX
方向に線対称に配列され、第N−1の下地パターン10
Na〜10Ngはパターン10Nfを中心にX方向に線
対称に配列されている。
【0056】ここで上地パターン101の配列ピッチを
pとし、下地パターン102a〜102g、…、10N
a〜10Ngの配列ピッチをそれぞれqとする。さらに
ピッチpとピッチqの差を、 q−p=t となるように設計したと仮定する。また第1の下地パタ
ーン102と第N−1の下地パターン10Nは、パター
ン10Nがパターン102に対して、たとえばX(−)
方向に2tだけアライメントずれを起こしている。
【0057】上地パターン101dの中心線と第1の下
地パターン102dの中心線が同一線上に位置してい
る。また上地パターン101fの中心線と第N−1の下
地パターン10Nfの中心線が同一線上に位置してい
る。このような状態では、上地パターン101は第1の
下地パターン102との間にアライメントずれはない
が、第N−1の下地パターン10Nとの間にはアライメ
ントずれが2tだけあることを示している。
【0058】すなわち、上地パターン101を形成する
工程のアライメント精度は、第1の下地パターン102
および第2の下地パターン103を形成した下地工程に
対しては完全であるが、第N−1の下地パターン10N
を形成した下地工程に対してはX(+)方向に2tだけ
アライメントずれを起こしていることが1つのアライメ
ントずれ検出パターンから読み取れる。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では1つの
アライメントずれ検出パターンに対して、アライメント
される下地パターンに2つ以上の下地工程を対応させて
形成するパターンを配列したので、異なる2つ以上の下
地工程に対するアライメント精度を1つのアライメント
精度検出パターンを用いて検出することができる。した
がって、従来問題となっていた、2つ以上の下地工程に
対するアライメント精度を検出するために、2つ以上の
アライメント精度検出パターンをチェックし、アライメ
ント精度検出パターン間をチェック装置が移動しなけれ
ばならないという問題が解決し、かつ半導体集積回路製
造工程において製造データにも負荷がかからず、スルー
プットも向上し、また、2つ以上の下地パターンを互に
オーバラップさせて配置出来るので、半導体基板上に占
めるパターン面積が従来よりも縮小できるという効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す平面図である。
【図2】第1の実施例説明用の平面図である。
【図3】第2の実施例を示す平面図である。
【図4】従来例の一例を示す平面図である。
【図5】従来例の説明用の平面図である。
【図6】シェアードコンタクトを説明用の断面図であ
る。
【符号の説明】
101a〜101g,201a〜201g,203a〜
203g,301a〜301g アライメントする工
程のパターン 102a〜102g,103a〜103g,202a〜
202g,204a〜204g,302a〜302g
アライメントされる下地パターン 401 半導体基板 402,405,406,409 酸化シリコン膜 403 拡散層領域 404,408 導電層 407 シェアードコンタクト

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体製造工程におけるフォトリソグラ
    フィ工程に用いられ、かつ半導体基板上に形成される目
    合わせ用素子パターン群であって、前記半導体基板上に
    既に形成された所定工程の前記素子パターン群とその後
    工程の前記素子パターン群形成用フォトマスクの転写パ
    ターン群とを重ね合せてこれら工程間の目合せ精度を検
    出するアライメント精度検出パターン群を備えた半導体
    装置において、前記目合わせ時に、1組の前記転写パタ
    ーン群の配列を複数工程の前記素子パターン群の配列に
    それぞれオーバラップさせて前記目合わせ精度を検出す
    る目合わせ用素子配置を特徴とした半導体装置。
  2. 【請求項2】 所定の工程で第1の等間隔に配列される
    目合わせ用の第1の下地パターン群および所定の他の工
    程で前記第1の等間隔に配列される目合わせ用の第2の
    下地パターン群からなる前記素子パターン群とこれら下
    地パターン群より幅の狭いパターンでかつ第2の等間隔
    で形成される1列の前記転写パターン群とを備え、前記
    目合せ時におけるこれらパターン群相互の位置関係は、
    前記第1および前記第2の下地パターン群が2列に対向
    配置されかつこれら対向するパターン上に1列の前記転
    写パターン群のそれぞれ対応するパターンが少なくとも
    1部分オーバラップして転写される配置にした請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 3列以上の前記下地パターン群と1列の
    前記転写パターン群とを備え、前記目合せ時におけるこ
    れらパターン群相互の位置関係は、前記下地パターン群
    が3列以上に対向配置されかつこれら対向するパターン
    上に1列の前記転写パターン群のそれぞれ対応するパタ
    ーンが少なくとも1部分オーバラップして転写される配
    置にした請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1および前記第2の下地パターン
    群または3列以上の前記下地パターン群のそれぞれの長
    手方向の少なくとも1端が、相互にオーバラップしてな
    る請求項2または3記載の半導体装置。
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