半導体装置の製造方法
【課題】高温アニール後でも高精度なマスク合わせができるアライメントマークを提供する。
【解決手段】基板1の主面に、段差パターン2をなす溝部を形成する。そして、溝部を覆うようにカーボン膜3を形成してアライメントマーク10を形成する。カーボン膜3は耐熱性であるため、カーボン膜3により溝部を覆うことで、高温アニール後に溝部の形状が崩れるのを防ぐことができる。溝部形状の崩れが抑制されることで、高温アニール後も高精度のマスク合わせができる。
【解決手段】基板1の主面に、段差パターン2をなす溝部を形成する。そして、溝部を覆うようにカーボン膜3を形成してアライメントマーク10を形成する。カーボン膜3は耐熱性であるため、カーボン膜3により溝部を覆うことで、高温アニール後に溝部の形状が崩れるのを防ぐことができる。溝部形状の崩れが抑制されることで、高温アニール後も高精度のマスク合わせができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、フォトリソグラフィ工程において、基板と転写用マスクのマスク合わせに用いられるアライメントマークを有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パワー用途のSiC(炭化シリコン)電界効果トランジスタ(MOSFET)は、SiC基板上にエピタキシャル成長されたn-型のドリフト領域と、n-型のドリフト領域の表層領域にイオン注入によって形成されたp型ベース領域と、p型ベース領域内に形成されたn+ソース領域と、それらのイオン注入領域の上に絶縁膜を挟んでゲート電極が形成されている。
【0003】
SiCMOSFETの場合、イオン注入層の活性化には1500℃以上の高温アニールが必要である。しかし、絶縁膜やゲート電極は高温の熱処理に耐えられないので、SiCMOSFETでは、すべてのイオン注入を行ってから高温アニールを行い、その後にゲート電極を形成する(例えば特許文献1参照)。
【0004】
各層はフォトリソグラフィによってパターンを形成するが、重ね合わせ精度で素子の性能や歩留まりが決まるため正確なマスク合わせ精度が要求される。そのため、ステッパなどの高性能なマスク合わせ精度をもった露光装置が使用される。ここで、高精度なマスク合わせを行うには、アライメントマーク(マスク合わせマーク、重ね合わせマーク)の形状が重要である。
【0005】
SiCMOSFETの製造工程では、1500℃以上の高温のアニールにより酸化膜などは無くなるため、SiC基板のn-型のドリフト領域の表層領域をRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングによりエッチングして0.3μm程度の段差パターンを形成し、その段差パターンをアライメントマークとして用いている。
【0006】
高温アニール後に0.5μm程度の薄いSiCのエピタキシャル膜を形成する場合もあるが、SiC基板に形成された段差パターンは、高温アニール後も、エピタキシャル膜形成後も残るので、ゲート電極などの後の工程のマスク合わせは、この段差パターンをアライメントマークとして用いることで行うことができる。
【0007】
【特許文献1】特開2005−252157号公報(0009〜0026段落、図1〜6、0036〜0038段落、図13)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、SiC基板の段差パターンを利用したアライメントマークでは、高温アニールやエピタキシャル成長をすると、形状が崩れて正確なマスク合わせができなくなるという問題点があった。
【0009】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するために為されたものであり、高温アニールやエピタキシャル成長後も高精度なマスク合わせができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、(a)主面と、前記主面に形成された段差部と、前記段差部を覆うように形成された耐熱性の保護膜と、を備える基板を準備する工程と、(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、を備えることを特徴とする。
【0011】
請求項3に記載の半導体装置の製造方法は、(a)主面と、前記主面に形成され、段差部をなす耐熱性の材料よりなる突起部と、を備える基板を準備する工程と、(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法によれば、耐熱性の保護膜により覆われた段差部を用いて基板と転写用マスクのアライメントを行うので、高温アニールやエピタキシャル成長後も高精度なマスク合わせができる。
【0013】
請求項3に記載のアライメントマークによれば、突起部をなす耐熱性の材料によりなる段差部を備えているので、高温アニールやエピタキシャル成長後も、段差部を用いて高精度なマスク合わせができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
<実施の形態1>
<A.構成>
図1は、本実施の形態1に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。図2は、図1のA−A線断面図である。本実施の形態1に係る半導体装置は、例えば、SiCMOSFETであり、図1,2に示すように、SiC基板(基板)1と転写用マスクのアライメントに用いられるアライメントマーク10を備えている。
【0015】
次に、図1,2を参照して、本実施の形態1に係るアライメントマーク10の構成について説明する。アライメントマーク形成領域のSiC基板1の主面に、段差パターン2をなす溝部が段差部として形成されている。段差パターン2は、平面視で十字形に形成されている。図2に示すように、段差部である溝部を覆うように、耐熱性の保護膜であるカーボン膜3が形成されている。カーボン膜3の表面には段差パターン2を反映した段差パターン5(第2段差パターン)が形成されている。ここで、図2のSiC基板1には、[0001]面を示す線を図示している。
【0016】
<B.製造方法>
次に、図1から図4を参照して、本実施の形態1に係るアライメントマークの製造方法について説明する。図3は、SiC基板1上に段差パターン2なす溝部を形成した状態を示し、図4は、図3のB−B線断面図を示す。
【0017】
まず、図3,4に示す工程では、所定のアライメントマーク形成領域において、SiC基板1の主面を例えばRIEなどのエッチング装置でエッチングして段差パターン2をなす溝部を形成する。図3に示すように段差パターン2は平面視で十字形に形成されている。次に、溝部の段差パターン2を用いて、ステッパなどの露光機で、フォトレジストを形成した基板1と転写用マスク(レチクル)のアライメントと露光を行い、基板1上のフォトレジストをパターニングして、それをマスクとして基板1に選択的に各種のイオン注入等を行う。
【0018】
次に、図1,2に示す工程では、溝部を覆ってカーボン膜3を形成する。例えば、カーボン膜3をSiC基板1上の全面に成膜した後、カーボン膜3上にレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィにより、段差パターン2を覆うようにレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンをマスクに用いて、RIEなどによりカーボン膜3をエッチングし、図1に示すカーボン膜3を形成する。
【0019】
また、レジストなどの有機材料をSiC基板1上の全面に成膜した後、フォトリソグラフィにより、段差パターン2を覆うようにレジストなどの有機材料のパターンを形成し、1000℃程度の高温で熱処理によりレジストなどの有機材料を炭化することにより、図2に示すカーボン膜3を形成してもよい。ここで、図2に示すように、カーボン膜3は、段差パターン2を反映して形成された段差パターン5を表面に有している。以上の工程により、溝部の段差パターン2とカーボン膜3の段差パターン5からなるアライメントマーク10がSiC基板1上に形成される。
【0020】
次に、上記アライメントマーク10を利用した本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、前述した工程により、主面と、前記主面に形成された段差パターン2をなす溝部である段差部と、段差部を覆うように形成された耐熱性の保護膜であるカーボン膜3と、を備えるSiC基板1を準備する。
【0021】
次に、イオン注入層の活性化のために1500℃以上の高温のアニールを行う。このとき、段差パターン2は、カーボン膜3により覆われているので、高温アニールを行っても、形状は崩れない。高温アニール後の工程では、段差パターン2をなす溝部を用いて、SiC基板1と転写用マスクのアライメントを行うことにより、ゲート電極等の加工のためのマスクを形成し、SiCMOSFETを完成する。
【0022】
なお、高温アニール後にSiC基板1上にエピタキシャル膜を成長する工程を追加した場合であっても、段差パターン2はカーボン膜3により覆われているので形状が崩れない。そのためエピタキシャル膜成長後も精度よくアライメントを行うことができる。ここで、カーボン膜3を透過して段差パターン2を用いてアライメントを行うことができないときには、保護膜表面の段差パターン5を用いてアライメントを行うことがある。
【0023】
<C.効果>
本実施の形態1に係る発明の効果について説明する前に、比較のため、従来技術の問題点について説明する。従来は、高温アニール後でも、図3,4に示すカーボン膜3が形成されていない段差パターン2を用いてアライメントを行っている。ここで、SiCMOSFETの場合、平坦なエピタキシャル成長膜を得るために基板表面の結晶面を傾けたオフセット基板を使用することが一般的である。図3,4に示したSiC基板1内の左下がりの線は[0001]面を表し、[0001]面をX方向に8度傾けたオフセット基板を模式的に描いている。
【0024】
理想的なオフセット基板上のエピタキシャル成長では、基板表面に等間隔に現れた結晶面の1原子層のステップにしたがって1原子層ずつ結晶成長するので1原子ステップの平坦な表面が得られる。しかし、イオン注入層の活性化のために1500℃以上の高温のアニールを行うと、図5,6に示すように、基板1の表面原子が解離してステップの上を走り集まって大きな段差を形成することがある。
【0025】
この段差は、バンチングステップとも呼ばれ、例えばX方向に傾いたオフセット基板を用いた場合、図5,6に示すようにY方向にバンチングステップ11が生じる。ここで、図5は、高温アニール後の従来のアライメントマークの構成を示す上面図である。また、図6は、図5のC−C線断面図である。
【0026】
段差パターン2にバンチングステップ11の段差が重なると、図6に示すように、段差パターン2のY方向の段差の端がX方向にずれたり、段差の周りに新たな段差が生じたりする。そのため、マスク合わせ時のマーク検出信号のノイズになったりするのでX方向のマスク合わせ精度が悪化する。さらに、X方向の段差パターン2の端の形状も崩れるのでY方向のマスク合わせ精度も悪化する。また、高温アニール工程においては、SiC基板1の表面原子が昇華することもある。
【0027】
この場合も段差パターン2の形状が崩れてマスク合わせ精度が悪化する。さらに、図7に示すように、エピタキシャル膜12をSiC基板1上に成長させると、エピタキシャル膜12は、X方向の断面の段差パターン2の形状が左右で異なる。そのため、X方向の段差パターン2が左右非対称に形成されてマスク合わせ精度が悪化する。高温アニールでの段差パターン2の崩れがある場合はさらに大きく崩れてマスク合わせ精度が悪化する。
【0028】
本実施の形態1に係るアライメントマーク10は、段差パターン2をなす溝部を覆うようにカーボン膜3が形成されている。1500℃以上の高温アニールを行っても段差パターン2をなす溝部の表面はカーボン膜3によって覆われているので、溝部表面の原子の移動や昇華が抑制される。そのため、段差パターン2をなす溝部の形状の崩れが抑制され、高温アニール後でも精度のよいマスク合わせができる。さらに、エピタキシャル成長を行った後も、段差パターン2をなす溝部がカーボン膜3で覆われているので、溝部の形状は左右非対称にならない。そのため、エピタキシャル成長後も精度のよいマスク合わせができる。
【0029】
本実施の形態1に係るアライメントマーク10の製造方法によれば、高温アニール後やエピタキシャル膜の形成後も形状の崩れないアライメントマーク10を容易に形成できる。
【0030】
本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、段差パターン2を用いてアライメントを行う工程を備えているので、高温アニールやエピタキシャル成長後も高精度なマスク合わせができる。その結果、高性能のSiCMOSFETを歩留まりよく製造できる。
【0031】
なお、図1では、基板1をエッチング加工した凹型の段差パターン2の例を示したが、基板1上に突起状に形成された凸型(メサ型)の段差パターンであっても同様な効果がある。凸型段差パターンは、例えば、凸型段差パターンの形成領域にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンを用いて段差パターン形成領域周辺の基板1をエッチングすることにより形成できる。
【0032】
また、平面視で、十字形状の段差パターン2の例を示したが、段差パターン2の形状は露光装置が認識できるものであればどのような形状でもかまわない。さらに、段差パターン2を覆うカーボン膜3が矩形状のものを示したが、これは他の形であっても段差パターン2を覆うものであればよい。また、カーボン膜3は段差パターン2の全体を覆ったものを示したが、これは段差パターン2上で少なくとも露光機のスキャン範囲内を覆っていればよい。
【0033】
<実施の形態2>
<A.構成>
図8は、本実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。図9は、図1のD−D線断面図である。本実施の形態2に係る半導体装置は、例えば、SiCMOSFETである。そして、SiC基板1(基板)と転写用マスクのアライメントに用いられるアライメントマークを備えている。
【0034】
次に、図8,9を参照して、本実施の形態2に係るアライメントマークの構成について説明する。SiC基板1上に、段差パターン4(段差部)をなす耐熱性の材料よりなる突起部が、アライメントマークとして形成されている。突起部の材料は、例えばカーボンである。そして、段差パターン4をなす突起部は、平面視で十字形状に形成されている。
【0035】
<B.製造方法>
次に、本実施の形態2に係るアライメントマークの製造方法について説明する。所定のアライメントマーク形成領域において、SiC基板1上に、耐熱性の材料よりなる突起部を段差パターン4として形成する。より具体的には、まず、SiC基板1上にカーボン膜を成膜する。次に、カーボン膜上に、フォトリソグラフィにより十字形状のマスクを形成する。続いて、RIEなどのエッチング装置でカーボン膜をエッチングすることにより、図8,9に示す十字形状の段差パターン4からなるアライメントマークを得ることができる。
【0036】
次に、本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、前述した製造方法により、主面と、前記主面に形成され、段差部である段差パターン4をなす耐熱性の材料よりなる突起部と、を備えるSiC基板1を準備する。次に、突起部の段差パターン4をアライメントマークとして用いて、ステッパなどの露光機でマスク合わせと露光を行う。そして、各種イオン注入を行った後に、1500℃以上の高温アニールを行う。次に、突起部の段差パターン4によりマスク合わせを行って、ゲート電極等を形成し、SiCMOSFETを完成する。
【0037】
<C.効果>
本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法によれば、段差パターン4を用いてマスク合わせを行う工程を備えているので、高温アニールやエピタキシャル成長後でも高精度のマスク合わせが可能になる。その結果、高性能のSiCMOSFETを高い歩留まりで形成できる。
【0038】
なお、図8,9では、アライメントマークの十字部分が基板表面から出たメサ形のアライメントマークの例を示したが、これは十字の部分がエッチング加工されてへこんだアライメントマークであっても同様な効果がある。また平面視で十字形状のマークの例を示したが、この形状は露光装置が認識できるものであればどのような形状でもかまわない。
【0039】
<実施の形態3>
<A.構成>
図10は、本実施の形態3に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。図11は、図10のE−E線断面図である。本実施の形態3に係る半導体装置は、実施の形態1と2の組み合わせであって、図1,2又は図8,9と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0040】
<B.製造方法>
次に、本実施の形態3に係るアライメントマークの製造方法について説明する。まず、SiC基板1に段差パターン2をなす溝部を形成する。次に、段差パターン2をアライメントマークに用いて、各種イオン注入のマスク合わせとイオン注入を行う。次に、段差パターン2をなす溝部を覆うようにカーボン膜3を形成する。
【0041】
図11に示すように、カーボン膜3の表面には、段差パターン2を反映した段差パターン5が形成されている。また、アライメントマーク形成領域の基板1上に、段差パターン2とは別に、耐熱性のカーボンを材料とする段差パターン4を形成する。以上の工程により、アライメントマーク10及び段差パターン4をなす突起部からなるアライメントマークが形成される。
【0042】
次に、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法について説明する。前述した工程により、段差パターン4と、アライメントマーク10からなるアライメントマークが形成されたSiC基板1を準備する。続いて、SiC基板1に注入されたイオンを活性化するための高温アニールを行う。次に、カーボン膜3に覆われた段差パターン2とカーボン膜を材料とする段差パターン4の少なくとも一方を用いて、ゲート電極等を形成するためのマスク合わせを行って、SiCMOSFETを完成する。
【0043】
<C.効果>
本実施の形態3に係るアライメントマークによれば、段差パターン2をなす溝部はカーボン膜3により覆われ、段差パターン4をなす突起部はカーボンにより形成されているので、高温アニールやエピタキシャル成長後も形状が崩れない。
【0044】
本実施の形態3に係るアライメントマークの製造方法によれば、高温アニール後やエピタキシャル膜の形成後も形状の崩れないアライメントマークを容易に形成できる。
【0045】
本実施の形態3に係る半導体装置によれば、高温アニールやエピタキシャル成長後も、段差パターン2及び段差パターン4の少なくとも一方を用いて精度よくマスク合わせを行って製造できる。
【0046】
また、露光機のアライメントマークの認識率は、アライメントマーク上に形成された膜構造によって変化する。そのため、露光機の認識率は溝状の段差パターン2よりも突起状の段差パターン4のほうがよい場合がある。このようなレイヤのマスク合わせに関しては、段差パターン4をアライメントマークとして使用できるのでマスク合わせ精度を向上できる。
【0047】
すなわち、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法によれば、段差パターン4及び段差パターン2の少なくとも一方によりマスク合わせを行う工程を備えているので、段差パターン2,4をレイヤによって使い分けてマスク合わせを行うことで、マスク合わせ精度を向上しつつ、アライメント速度を向上できる。
【0048】
なお、図12,13に示すように、必ずしも、段差パターン2をなす溝部上にカーボン膜3を形成する必要はない。ここで、図12は、カーボン膜3を溝部上に形成しないアライメントマークの構成を示す上面図である。また、図13は、図12のF−F線断面図である。
【0049】
後工程ではマスク合わせ精度が要求されないレイヤもあるので、図12に示すようにカーボン膜3で覆われていない段差パターン2でもアライメントに使用できる。つまり、重ね合わせ精度が要求されないレイヤであってカーボン膜3で覆われていない段差パターン2のほうが露光機の認識率が高いレイヤの場合は、段差パターン2をアライメントマークとして用いることでアライメント速度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】実施の形態1に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図2】実施の形態1に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【図3】実施の形態1に係るアライメントマークの製造方法を示す上面図である。
【図4】実施の形態1に係るアライメントマークの製造方法を示す断面図である。
【図5】従来のアライメントマークの構成を示す上面図である。
【図6】従来のアライメントマークの構成を示す断面図である。
【図7】従来のアライメントマーク上へエピタキシャル膜を形成した後の構成を示す断面図である。
【図8】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図9】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【図10】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図11】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【図12】実施の形態3に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図13】実施の形態3に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【0051】
1 SiC基板、2,4,5 段差パターン、3 カーボン膜、10 アライメントマーク、11 バンチングステップ、12 エピタキシャル膜。
【技術分野】
【0001】
この発明は、フォトリソグラフィ工程において、基板と転写用マスクのマスク合わせに用いられるアライメントマークを有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パワー用途のSiC(炭化シリコン)電界効果トランジスタ(MOSFET)は、SiC基板上にエピタキシャル成長されたn-型のドリフト領域と、n-型のドリフト領域の表層領域にイオン注入によって形成されたp型ベース領域と、p型ベース領域内に形成されたn+ソース領域と、それらのイオン注入領域の上に絶縁膜を挟んでゲート電極が形成されている。
【0003】
SiCMOSFETの場合、イオン注入層の活性化には1500℃以上の高温アニールが必要である。しかし、絶縁膜やゲート電極は高温の熱処理に耐えられないので、SiCMOSFETでは、すべてのイオン注入を行ってから高温アニールを行い、その後にゲート電極を形成する(例えば特許文献1参照)。
【0004】
各層はフォトリソグラフィによってパターンを形成するが、重ね合わせ精度で素子の性能や歩留まりが決まるため正確なマスク合わせ精度が要求される。そのため、ステッパなどの高性能なマスク合わせ精度をもった露光装置が使用される。ここで、高精度なマスク合わせを行うには、アライメントマーク(マスク合わせマーク、重ね合わせマーク)の形状が重要である。
【0005】
SiCMOSFETの製造工程では、1500℃以上の高温のアニールにより酸化膜などは無くなるため、SiC基板のn-型のドリフト領域の表層領域をRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングによりエッチングして0.3μm程度の段差パターンを形成し、その段差パターンをアライメントマークとして用いている。
【0006】
高温アニール後に0.5μm程度の薄いSiCのエピタキシャル膜を形成する場合もあるが、SiC基板に形成された段差パターンは、高温アニール後も、エピタキシャル膜形成後も残るので、ゲート電極などの後の工程のマスク合わせは、この段差パターンをアライメントマークとして用いることで行うことができる。
【0007】
【特許文献1】特開2005−252157号公報(0009〜0026段落、図1〜6、0036〜0038段落、図13)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、SiC基板の段差パターンを利用したアライメントマークでは、高温アニールやエピタキシャル成長をすると、形状が崩れて正確なマスク合わせができなくなるという問題点があった。
【0009】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するために為されたものであり、高温アニールやエピタキシャル成長後も高精度なマスク合わせができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、(a)主面と、前記主面に形成された段差部と、前記段差部を覆うように形成された耐熱性の保護膜と、を備える基板を準備する工程と、(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、を備えることを特徴とする。
【0011】
請求項3に記載の半導体装置の製造方法は、(a)主面と、前記主面に形成され、段差部をなす耐熱性の材料よりなる突起部と、を備える基板を準備する工程と、(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法によれば、耐熱性の保護膜により覆われた段差部を用いて基板と転写用マスクのアライメントを行うので、高温アニールやエピタキシャル成長後も高精度なマスク合わせができる。
【0013】
請求項3に記載のアライメントマークによれば、突起部をなす耐熱性の材料によりなる段差部を備えているので、高温アニールやエピタキシャル成長後も、段差部を用いて高精度なマスク合わせができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
<実施の形態1>
<A.構成>
図1は、本実施の形態1に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。図2は、図1のA−A線断面図である。本実施の形態1に係る半導体装置は、例えば、SiCMOSFETであり、図1,2に示すように、SiC基板(基板)1と転写用マスクのアライメントに用いられるアライメントマーク10を備えている。
【0015】
次に、図1,2を参照して、本実施の形態1に係るアライメントマーク10の構成について説明する。アライメントマーク形成領域のSiC基板1の主面に、段差パターン2をなす溝部が段差部として形成されている。段差パターン2は、平面視で十字形に形成されている。図2に示すように、段差部である溝部を覆うように、耐熱性の保護膜であるカーボン膜3が形成されている。カーボン膜3の表面には段差パターン2を反映した段差パターン5(第2段差パターン)が形成されている。ここで、図2のSiC基板1には、[0001]面を示す線を図示している。
【0016】
<B.製造方法>
次に、図1から図4を参照して、本実施の形態1に係るアライメントマークの製造方法について説明する。図3は、SiC基板1上に段差パターン2なす溝部を形成した状態を示し、図4は、図3のB−B線断面図を示す。
【0017】
まず、図3,4に示す工程では、所定のアライメントマーク形成領域において、SiC基板1の主面を例えばRIEなどのエッチング装置でエッチングして段差パターン2をなす溝部を形成する。図3に示すように段差パターン2は平面視で十字形に形成されている。次に、溝部の段差パターン2を用いて、ステッパなどの露光機で、フォトレジストを形成した基板1と転写用マスク(レチクル)のアライメントと露光を行い、基板1上のフォトレジストをパターニングして、それをマスクとして基板1に選択的に各種のイオン注入等を行う。
【0018】
次に、図1,2に示す工程では、溝部を覆ってカーボン膜3を形成する。例えば、カーボン膜3をSiC基板1上の全面に成膜した後、カーボン膜3上にレジストを塗布する。そして、フォトリソグラフィにより、段差パターン2を覆うようにレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンをマスクに用いて、RIEなどによりカーボン膜3をエッチングし、図1に示すカーボン膜3を形成する。
【0019】
また、レジストなどの有機材料をSiC基板1上の全面に成膜した後、フォトリソグラフィにより、段差パターン2を覆うようにレジストなどの有機材料のパターンを形成し、1000℃程度の高温で熱処理によりレジストなどの有機材料を炭化することにより、図2に示すカーボン膜3を形成してもよい。ここで、図2に示すように、カーボン膜3は、段差パターン2を反映して形成された段差パターン5を表面に有している。以上の工程により、溝部の段差パターン2とカーボン膜3の段差パターン5からなるアライメントマーク10がSiC基板1上に形成される。
【0020】
次に、上記アライメントマーク10を利用した本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、前述した工程により、主面と、前記主面に形成された段差パターン2をなす溝部である段差部と、段差部を覆うように形成された耐熱性の保護膜であるカーボン膜3と、を備えるSiC基板1を準備する。
【0021】
次に、イオン注入層の活性化のために1500℃以上の高温のアニールを行う。このとき、段差パターン2は、カーボン膜3により覆われているので、高温アニールを行っても、形状は崩れない。高温アニール後の工程では、段差パターン2をなす溝部を用いて、SiC基板1と転写用マスクのアライメントを行うことにより、ゲート電極等の加工のためのマスクを形成し、SiCMOSFETを完成する。
【0022】
なお、高温アニール後にSiC基板1上にエピタキシャル膜を成長する工程を追加した場合であっても、段差パターン2はカーボン膜3により覆われているので形状が崩れない。そのためエピタキシャル膜成長後も精度よくアライメントを行うことができる。ここで、カーボン膜3を透過して段差パターン2を用いてアライメントを行うことができないときには、保護膜表面の段差パターン5を用いてアライメントを行うことがある。
【0023】
<C.効果>
本実施の形態1に係る発明の効果について説明する前に、比較のため、従来技術の問題点について説明する。従来は、高温アニール後でも、図3,4に示すカーボン膜3が形成されていない段差パターン2を用いてアライメントを行っている。ここで、SiCMOSFETの場合、平坦なエピタキシャル成長膜を得るために基板表面の結晶面を傾けたオフセット基板を使用することが一般的である。図3,4に示したSiC基板1内の左下がりの線は[0001]面を表し、[0001]面をX方向に8度傾けたオフセット基板を模式的に描いている。
【0024】
理想的なオフセット基板上のエピタキシャル成長では、基板表面に等間隔に現れた結晶面の1原子層のステップにしたがって1原子層ずつ結晶成長するので1原子ステップの平坦な表面が得られる。しかし、イオン注入層の活性化のために1500℃以上の高温のアニールを行うと、図5,6に示すように、基板1の表面原子が解離してステップの上を走り集まって大きな段差を形成することがある。
【0025】
この段差は、バンチングステップとも呼ばれ、例えばX方向に傾いたオフセット基板を用いた場合、図5,6に示すようにY方向にバンチングステップ11が生じる。ここで、図5は、高温アニール後の従来のアライメントマークの構成を示す上面図である。また、図6は、図5のC−C線断面図である。
【0026】
段差パターン2にバンチングステップ11の段差が重なると、図6に示すように、段差パターン2のY方向の段差の端がX方向にずれたり、段差の周りに新たな段差が生じたりする。そのため、マスク合わせ時のマーク検出信号のノイズになったりするのでX方向のマスク合わせ精度が悪化する。さらに、X方向の段差パターン2の端の形状も崩れるのでY方向のマスク合わせ精度も悪化する。また、高温アニール工程においては、SiC基板1の表面原子が昇華することもある。
【0027】
この場合も段差パターン2の形状が崩れてマスク合わせ精度が悪化する。さらに、図7に示すように、エピタキシャル膜12をSiC基板1上に成長させると、エピタキシャル膜12は、X方向の断面の段差パターン2の形状が左右で異なる。そのため、X方向の段差パターン2が左右非対称に形成されてマスク合わせ精度が悪化する。高温アニールでの段差パターン2の崩れがある場合はさらに大きく崩れてマスク合わせ精度が悪化する。
【0028】
本実施の形態1に係るアライメントマーク10は、段差パターン2をなす溝部を覆うようにカーボン膜3が形成されている。1500℃以上の高温アニールを行っても段差パターン2をなす溝部の表面はカーボン膜3によって覆われているので、溝部表面の原子の移動や昇華が抑制される。そのため、段差パターン2をなす溝部の形状の崩れが抑制され、高温アニール後でも精度のよいマスク合わせができる。さらに、エピタキシャル成長を行った後も、段差パターン2をなす溝部がカーボン膜3で覆われているので、溝部の形状は左右非対称にならない。そのため、エピタキシャル成長後も精度のよいマスク合わせができる。
【0029】
本実施の形態1に係るアライメントマーク10の製造方法によれば、高温アニール後やエピタキシャル膜の形成後も形状の崩れないアライメントマーク10を容易に形成できる。
【0030】
本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、段差パターン2を用いてアライメントを行う工程を備えているので、高温アニールやエピタキシャル成長後も高精度なマスク合わせができる。その結果、高性能のSiCMOSFETを歩留まりよく製造できる。
【0031】
なお、図1では、基板1をエッチング加工した凹型の段差パターン2の例を示したが、基板1上に突起状に形成された凸型(メサ型)の段差パターンであっても同様な効果がある。凸型段差パターンは、例えば、凸型段差パターンの形成領域にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンを用いて段差パターン形成領域周辺の基板1をエッチングすることにより形成できる。
【0032】
また、平面視で、十字形状の段差パターン2の例を示したが、段差パターン2の形状は露光装置が認識できるものであればどのような形状でもかまわない。さらに、段差パターン2を覆うカーボン膜3が矩形状のものを示したが、これは他の形であっても段差パターン2を覆うものであればよい。また、カーボン膜3は段差パターン2の全体を覆ったものを示したが、これは段差パターン2上で少なくとも露光機のスキャン範囲内を覆っていればよい。
【0033】
<実施の形態2>
<A.構成>
図8は、本実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。図9は、図1のD−D線断面図である。本実施の形態2に係る半導体装置は、例えば、SiCMOSFETである。そして、SiC基板1(基板)と転写用マスクのアライメントに用いられるアライメントマークを備えている。
【0034】
次に、図8,9を参照して、本実施の形態2に係るアライメントマークの構成について説明する。SiC基板1上に、段差パターン4(段差部)をなす耐熱性の材料よりなる突起部が、アライメントマークとして形成されている。突起部の材料は、例えばカーボンである。そして、段差パターン4をなす突起部は、平面視で十字形状に形成されている。
【0035】
<B.製造方法>
次に、本実施の形態2に係るアライメントマークの製造方法について説明する。所定のアライメントマーク形成領域において、SiC基板1上に、耐熱性の材料よりなる突起部を段差パターン4として形成する。より具体的には、まず、SiC基板1上にカーボン膜を成膜する。次に、カーボン膜上に、フォトリソグラフィにより十字形状のマスクを形成する。続いて、RIEなどのエッチング装置でカーボン膜をエッチングすることにより、図8,9に示す十字形状の段差パターン4からなるアライメントマークを得ることができる。
【0036】
次に、本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、前述した製造方法により、主面と、前記主面に形成され、段差部である段差パターン4をなす耐熱性の材料よりなる突起部と、を備えるSiC基板1を準備する。次に、突起部の段差パターン4をアライメントマークとして用いて、ステッパなどの露光機でマスク合わせと露光を行う。そして、各種イオン注入を行った後に、1500℃以上の高温アニールを行う。次に、突起部の段差パターン4によりマスク合わせを行って、ゲート電極等を形成し、SiCMOSFETを完成する。
【0037】
<C.効果>
本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法によれば、段差パターン4を用いてマスク合わせを行う工程を備えているので、高温アニールやエピタキシャル成長後でも高精度のマスク合わせが可能になる。その結果、高性能のSiCMOSFETを高い歩留まりで形成できる。
【0038】
なお、図8,9では、アライメントマークの十字部分が基板表面から出たメサ形のアライメントマークの例を示したが、これは十字の部分がエッチング加工されてへこんだアライメントマークであっても同様な効果がある。また平面視で十字形状のマークの例を示したが、この形状は露光装置が認識できるものであればどのような形状でもかまわない。
【0039】
<実施の形態3>
<A.構成>
図10は、本実施の形態3に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。図11は、図10のE−E線断面図である。本実施の形態3に係る半導体装置は、実施の形態1と2の組み合わせであって、図1,2又は図8,9と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0040】
<B.製造方法>
次に、本実施の形態3に係るアライメントマークの製造方法について説明する。まず、SiC基板1に段差パターン2をなす溝部を形成する。次に、段差パターン2をアライメントマークに用いて、各種イオン注入のマスク合わせとイオン注入を行う。次に、段差パターン2をなす溝部を覆うようにカーボン膜3を形成する。
【0041】
図11に示すように、カーボン膜3の表面には、段差パターン2を反映した段差パターン5が形成されている。また、アライメントマーク形成領域の基板1上に、段差パターン2とは別に、耐熱性のカーボンを材料とする段差パターン4を形成する。以上の工程により、アライメントマーク10及び段差パターン4をなす突起部からなるアライメントマークが形成される。
【0042】
次に、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法について説明する。前述した工程により、段差パターン4と、アライメントマーク10からなるアライメントマークが形成されたSiC基板1を準備する。続いて、SiC基板1に注入されたイオンを活性化するための高温アニールを行う。次に、カーボン膜3に覆われた段差パターン2とカーボン膜を材料とする段差パターン4の少なくとも一方を用いて、ゲート電極等を形成するためのマスク合わせを行って、SiCMOSFETを完成する。
【0043】
<C.効果>
本実施の形態3に係るアライメントマークによれば、段差パターン2をなす溝部はカーボン膜3により覆われ、段差パターン4をなす突起部はカーボンにより形成されているので、高温アニールやエピタキシャル成長後も形状が崩れない。
【0044】
本実施の形態3に係るアライメントマークの製造方法によれば、高温アニール後やエピタキシャル膜の形成後も形状の崩れないアライメントマークを容易に形成できる。
【0045】
本実施の形態3に係る半導体装置によれば、高温アニールやエピタキシャル成長後も、段差パターン2及び段差パターン4の少なくとも一方を用いて精度よくマスク合わせを行って製造できる。
【0046】
また、露光機のアライメントマークの認識率は、アライメントマーク上に形成された膜構造によって変化する。そのため、露光機の認識率は溝状の段差パターン2よりも突起状の段差パターン4のほうがよい場合がある。このようなレイヤのマスク合わせに関しては、段差パターン4をアライメントマークとして使用できるのでマスク合わせ精度を向上できる。
【0047】
すなわち、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法によれば、段差パターン4及び段差パターン2の少なくとも一方によりマスク合わせを行う工程を備えているので、段差パターン2,4をレイヤによって使い分けてマスク合わせを行うことで、マスク合わせ精度を向上しつつ、アライメント速度を向上できる。
【0048】
なお、図12,13に示すように、必ずしも、段差パターン2をなす溝部上にカーボン膜3を形成する必要はない。ここで、図12は、カーボン膜3を溝部上に形成しないアライメントマークの構成を示す上面図である。また、図13は、図12のF−F線断面図である。
【0049】
後工程ではマスク合わせ精度が要求されないレイヤもあるので、図12に示すようにカーボン膜3で覆われていない段差パターン2でもアライメントに使用できる。つまり、重ね合わせ精度が要求されないレイヤであってカーボン膜3で覆われていない段差パターン2のほうが露光機の認識率が高いレイヤの場合は、段差パターン2をアライメントマークとして用いることでアライメント速度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】実施の形態1に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図2】実施の形態1に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【図3】実施の形態1に係るアライメントマークの製造方法を示す上面図である。
【図4】実施の形態1に係るアライメントマークの製造方法を示す断面図である。
【図5】従来のアライメントマークの構成を示す上面図である。
【図6】従来のアライメントマークの構成を示す断面図である。
【図7】従来のアライメントマーク上へエピタキシャル膜を形成した後の構成を示す断面図である。
【図8】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図9】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【図10】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図11】実施の形態2に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【図12】実施の形態3に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す上面図である。
【図13】実施の形態3に係る半導体装置のアライメントマーク形成領域の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【0051】
1 SiC基板、2,4,5 段差パターン、3 カーボン膜、10 アライメントマーク、11 バンチングステップ、12 エピタキシャル膜。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)主面と、前記主面に形成された段差部と、前記段差部を覆うように形成された耐熱性の保護膜と、を備える基板を準備する工程と、
(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記工程(a)は、前記基板がSiC基板であり、前記保護膜の材料がカーボンである前記基板を準備する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載半導体装置の製造方法。
【請求項3】
(a)主面と、前記主面に形成され、段差部をなす耐熱性の材料よりなる突起部と、を備える基板を準備する工程と、
(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記工程(a)は、前記基板がSiC基板であり、前記耐熱性の材料がカーボンである前記基板を準備する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の載半導体装置の製造方法。
【請求項1】
(a)主面と、前記主面に形成された段差部と、前記段差部を覆うように形成された耐熱性の保護膜と、を備える基板を準備する工程と、
(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記工程(a)は、前記基板がSiC基板であり、前記保護膜の材料がカーボンである前記基板を準備する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載半導体装置の製造方法。
【請求項3】
(a)主面と、前記主面に形成され、段差部をなす耐熱性の材料よりなる突起部と、を備える基板を準備する工程と、
(b)前記段差部を用いて、前記基板と前記転写用マスクのアライメントを行う工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記工程(a)は、前記基板がSiC基板であり、前記耐熱性の材料がカーボンである前記基板を準備する工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の載半導体装置の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2007−281157(P2007−281157A)
【公開日】平成19年10月25日(2007.10.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−104910(P2006−104910)
【出願日】平成18年4月6日(2006.4.6)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年10月25日(2007.10.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年4月6日(2006.4.6)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]