JPH0250413A - 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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JPH0250413A
JPH0250413A JP63199922A JP19992288A JPH0250413A JP H0250413 A JPH0250413 A JP H0250413A JP 63199922 A JP63199922 A JP 63199922A JP 19992288 A JP19992288 A JP 19992288A JP H0250413 A JPH0250413 A JP H0250413A
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JP
Japan
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oxide film
film
alignment mark
semiconductor substrate
alignment
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JP63199922A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Tsubone
坪根 衡
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 And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (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】 [産業上の利用分野コ 本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特に半導体素
子の製造方法におけるホトリソのオートアライメントに
関するものである。
[従来の技術] 一般に、トランジスタ、IC等の半導体装置には、ウェ
ー\と称するシリコンの単結晶体をスクライビング、ク
ラツシング等の加工により、上記ウェハを分割して得ら
れたチップと称する半導体基板が使用される。
リソグラフィ技術工程における露光技術は、シリコンウ
ェハー上に、ホトレジスト膜を塗布し、集積回路を構成
する1層分のパターンを描画(露光)現像することによ
り、シリコンウェハー上にレジストパターンを形成する
ものである。
この露光技術の本質は、要求される寸法、精度をいかに
シリコンウェハー上に形成し、いかに制御するかにある
リソグラフィ技術は、通常、前処理(洗浄)。
塗布、ベーク、加工、除去の順で進む。
そのうち、従来のホトリソのオートアライメントについ
て述べる。
第3図は、従来のオートアライメントマークの説明図で
ある。
第3図において、61はシェブロン型パターンで幅Wo
が5〜201aIであり、θが90°の角度をもって形
成され、45″傾けて使用する。
62.63はそれぞれ61の各月に平行で、50〜15
〇−離れた位置に形成したパターンであり、オートアラ
イメントに用いるとき、シェブロン型パターン61とパ
ターン62.パターン63は、1組として同一工程でウ
ェハ表面に、2組以上形成することにより、アライメン
トに供される。
次に、第4図及び第5図a、b、cを用いて、オートア
ライメントに於けるパターン認識について説明する。
第4図は、通常の段差の表面反射を示す説明図である。
第4図において、10は通常の段差を有するウェハーで
あり、11はウェハーの表面に塗布したホトレジストで
ある。12は落下照明光であり、13はウェハー10の
表面にある段差で散乱した光である。
第4図のように、ウェハー10の表面にある段差は、散
乱光13のみを取出すと、明瞭なパターンが浮き出す。
この方法は一般に暗視野と言われ、オートアライメント
において多く用いられる。
第5図a、b、cは、通常の段差の散乱光の信号の説明
図である。これは段差の散乱光をレンズでホトダイオー
ドアレイに結像させた時の光強度信号を示したものであ
る。
第5a図は、ホトダイオードアレイへ焦点が合って、結
像が正常の場合の信号で、2ケの段差から各々パルス状
の信号81.82が得られている。
第5b図は、ホトダイオードアレイへ焦点がズして、結
像が不良の場合の信号で、2ケの段差からの各々の信号
は相互に干渉し、1ケのブロードな信号となってしまい
、アライメントマークとして再現性良く認識出来ない。
そこで、一般にオートアライメント装置では、1ケの段
差から1ケのパルス状の信号が得られるように散乱光を
焦光するレンズを調整し、2ケの段差から2ケの信号が
取れるようになっている。
第5c図は、実際のウェハーにおけるオートアライメン
トマーク部の信号説明図である。
第5C図に示す如く、暗視野での散乱光でアライメント
マークを認識しているため、オートアライメントマーク
近傍に、“ゴミ° “凸起1があると、散乱光は通常の
段差と同様に発生し、アライメントマークの信号81.
82と前記“ゴミ1“凸起”の信号83.84 (以後
ノイズと呼称す)のいわゆるノイズが実際のオートアラ
イメント使用時には混在する。
そこで、信号のS/N比を改善するため、一般にオート
アライメント装置では、シェブロン型パターン61とパ
ターン62.63を予め同じ幅で設計し、アライメント
マークの信号81.82の信号間隔T1のみ選別する処
理回路が設けられており、ノイズ83とアライメントマ
ークの信号81が形成する信号間隔T2やアライメント
マークの信号81とノイズ84が形成する信号間隔T 
の関係は、T  < T 2 < T tであり、信号
ノイズは選別され、第5a図に示す如く、アライメント
マークの近傍に“ゴミ”凸起″が存在しても、アライメ
ントマークの信号のみ検出出来るようになっている。
以上のように、オートアライメントのパターン認識は、
決められた寸法の幅のパターンより形成した2ケの段差
から得られる一定の信号間隔を持つことを利用している
次に、第6図及び第7図a、bに基づいて、オートアラ
イメントの動作について説明する。
第6図は、通常の段差のオートアライメントパターンの
説明図であり、ウェハー側アライメントマークは、第3
図と同様であり、シェブロン型パターン61とそれと平
行なパターン62と63から構成されている。
また、マスク側のアライメントマークの91は、シェブ
ロン型パターン61とパターン62の間に入るように構
成され、2本の細いスリット(2〜3 IJm )状の
パターンで2本のスリット間隔Wl。
W はウェーハ側アライメントマークの幅Woと同一と
なっている。
又、パターン62と90°の角度の位置に、あるパター
ン63とシェブロン型パターン61の間にも、同様にマ
スク側のアライメントマークの92が入るように構成さ
れている。
このシェブロン型パターン61とパターン62に直角に
散乱光を検出するホトダイオードアレーも位置させ、ア
ライメントマーク91の透過光をホトダイオードアレイ
に検出させると第7a図の如く信号が得られる。
信号62a、62bはシェブロン型パターン62の信号
であり、91a、91bはマスク側アライメントマーク
91の信号であり、信号61a。
61bはシェブロン型パターン61の信号である。
オートアライメント装置は、信号91a、91bをマス
ク側のアライメントマーク91の信号であることを認識
し、又信号62aと信号91aの信号間隔T4と信号9
1bと信号61aの信号間隔T5からマスク側のアライ
メントマーク91の位置を算出する。
第7b図は、マスク側のアライメントマーク91の位置
を移動し、パターン62とマスク側のアライメントマー
ク91の信号間隔T8とシェブロン型パターン61とマ
スク側アライメントマーク91の信号間隔T7が同一と
なった時の光信号であり、ウェハーアライメントマーク
とマスク側のアライメントマークが合ったことを示すも
のである。
そして、シェブロン型パターン61とパターン63及び
マスク側アライメントマーク92も同様に位置を移動す
ることで、XY座標上1点しかないウェハーとマスクの
アライメント位置が検出される。
又、第8図のオートアライメントマークの位置図に示す
ように、ウェハー上に2点オートアライメントマークを
準備し、ウェハーパターンとマスクパターンを完全に一
致させることが出来る。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このオートアライメントマークをエピタ
キシャル成長前のシリコン基板に形成された被合わせマ
ーク(ウェハアライメントマーク)にマスク側のアライ
メントマークを合わせようとする場合、エピタキシャル
成長時に生ずるパターンだれという問題のため、オート
アライメントが使用出来なくなるという問題があった。
この問題点について、以下第9図(a) 、 (b) 
、 (C) 。
(d)、 (e) 、 (f)及び第10図を用いて説
明する。
一般に、バイポーラ集積回路は、P型基板を用いN型エ
ピタキシャル層を成長させ、このN型エピタキシャル層
をP型拡散により素子分離を行ったのちに、バイポーラ
素子を各分離領域内に形成することにより製造されるが
、この理由及び製法については、広く周知のことなので
、ここでは説明を省略し、まずエピタキシャル成長時に
生ずるパターン段差だれについて、第9図(a)〜(f
)を用いて説明する。
第9図(a)〜(f)は、一般的なバイポーラ集積回路
の製造工程の説明図であり、これら製造工程を図に従っ
て順に説明する。
(a)第9図(a)に示す工程は、P型シリコン基板(
100) 1に酸化膜2を1040℃、ウェット0□雰
囲気、3時間の処理で成長させ、周知のホトリソグラフ
ィ技術を用い、酸化膜2をエツチング除去し、任意のN
型拡散層を形成する部分に窓あけ15を形成したもので
ある。
(b)第9図(b)に示す工程は、P型シリコン基板(
100) 1に、N型不純物拡散を行うための拡散ソー
スとな、るsbシリカフィルム(東京応化製5b−20
220) 3をスピンコード法で厚み2000〜300
0人コーティングする。
(c)第9図(c)に示す如く、この基板1を1250
℃の不活性ガス雰囲気(N2)中で、4時間の熱処理を
行うと、拡散深さ5g+a、層抵抗20Ω/口のN型埋
込み層4が形成出来る。
この熱処理時に少量の02を添加するかあるいは不活性
ガス雰囲気の処理後に02雰囲気で・酸化処理を行うこ
とにより、P型シリコン基板に段差5.6を形成する。
この段差5,6は、拡散領域15と酸化膜2で覆われて
いる領域との酸化速度の差で生ずる訳であるが、この理
由については周知の事実であるのでここでは説明を省略
する。
又酸化は、酸素のシリコン基板への等方拡散で行われる
ため、酸化膜とシリコン基板との境界に出来たシリコン
段差5,6は、それぞれ線対称の傾きをもつことは言う
までもない。
又、この傾きは温度、0゜ガスなどの拡散条件にもよる
が、3°〜10’程度であることが知られている。
(d)ついで、第9図(d)に示す如く、この基板は、
エピタキシャル成長に供されるため、基板表面上の酸化
膜2は全てHF系の液でエツチング除去される。このと
き前述のシリコン段差5,6はそのままの形状で残され
ることは言うまでもない。
(e)ついで、第9図(e)に示す如く、この基板に、
エピタキシャル成長を行い、比抵抗2Ω、印2厚み10
Iulのエピタキシャル層7を得る。
ところで、シリコン基板1は一般に(100)あるいは
(itt)と称される結晶面を表面にもつ基板をバイポ
ーラ集積回路に用いるのが一般的であるが、この基板は
一般に(ioo)あるいは(111)面より数度傾けて
用いるのが一般的である。
この理由の1つは、熱酸化により酸化膜真下のシリコン
単結晶体の結晶主表面に発生する面状欠陥の分布密度数
を軽減するためであり、この欠陥の発生機構については
未だ充分には解明されていないが、この技術内容につい
ては、特公昭50−182号公報に述べられている。
又理由の2つは、エピタキシャル成長後のダレ・ズレを
小さくする為であり、この技術内容については、丸善■
、昭和61年6月25日発行の1シリコン結晶とドーピ
ング″の第87頁に述べられている。
この様な理由で、(100)基板から数度傾けた基板を
用いている為前記(e)工程において、形の上では線対
称となっている段差5,6は、結晶学上は全く異なる結
晶面が表われていることになる。
この様な異なる結晶面を持つくぼみ上にエピタキシャル
層7を成長させると、シリコン段差5゜6はそれぞれエ
ピタキシャル表面に8,9に示すように転写され、例え
ばシリコン段差5に対してエピタキシャル表面の段差は
なだらかな8の形状に、又シリコン段差6に対してはほ
ぼ角度も同一のエピタキシャル表面の段差が9という具
合に、エピタキシャル層7が形成される。
この様に、結晶面より段差形状が変化する原因について
は、未だ解明されていない部分も多いが、5olid 
5tate technoo+ogy /日本版/Ja
n、19g2゜P2O−67、S、P、Weeks著な
どによると、段差形状の転写は、エピタキシャル成長時
の条件、ガス、クロルの量、温度などによるものの段差
部のファセット成長により、これは即ち、シリコン結晶
面の面方位による成長速度の違いによるものであると考
えられている。
(「)第9図(r)に示す工程においては、前記の様に
エピタキシャル成長された基板に、次の分離拡散のマス
ク酸化膜となる酸化膜10を成長させ、分離領域を得る
ためのホトリソ工程を行うべく、ホトレジスト膜11を
スピンコードし、分離領域用フォトマスクのアライメン
トマークと、シリコン基板上の埋め込み拡散時に形成さ
れた段差による被アライメントマーク(ウェハアライメ
ントマーク)を、オートアライメントにより位置出しを
行なおうとすると、以下に説明する問題点が発生する。
これを第10図を用いて述べる。
第10図はエピタキシャル後の段差の表面反射を示した
説明図である。
10はウェハーであり、11はウェハー表面に塗布した
ホトレジストである。又12は落下照明であり、8はエ
ピタキシャルによって、緩いスロ−ブ状となった段差で
あり、9はエピタキシャルを行ったが殆ど変化しなかっ
た段差である。13は段差9により発生した散乱光であ
り、通常の段差の場合と大差は無い。14は段差8によ
り発生した散乱光で、散乱光13と比較し、平面に対し
垂直成分が多く、散乱光のみを集光すると光強度が極め
て弱い。
第11図はエピタキシャル後の段差の散乱光の信号を示
した説明図である。
第11図において、段差9の散乱光13の光強度信号1
13は、パルス状の信号が得られるが、段差8の散乱光
14の光強度信号114は、波高が低くブロードな波形
状である。。
第12図はエピタキシャル後の段差のオートアライメン
ト光信号の説明図である。
第12図において、段差115と116はパターン62
の信号であるが、信号115と信号116の波高が過度
に異なる点等により、オートアライメント装置は認識で
きず、ノイズと分別が不可となり、誤動作が多発し、全
くオートアライメントが使用できないという問題があっ
た。
そこでエビ、タキシャル直後のホトリソのみアライメン
トを手動で行わなければならないので、これが全自動化
への障害となっていた。
この発明は、以上述べた問題点を解消するためになされ
たものである。
即ちエピタキシャル成長前のシリコン基板に形成された
被合わせマーク(ウェハアライメントマーク)にマスク
側のアライメントマークを合わせる(位置合わせをする
)際に、段差によって形成されるアライメントマークが
、段差の角度が緩やかであるため、エピタキシャル成長
後にパターンだれという現象により、さらに緩やかとな
り、エピタキシャル成長後の第2のアライメントマーク
の位置合せか、自動で出来なくなるという問題点を除去
し、自動合せが出来る半導体素子の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、半導体基板上に段差による第1のアライメン
トマークを形成し、前記半導体基板表面にエピタキシャ
ル層の形成し、前記エピタキシ中ル層表面に転写された
第1のアライメントマークの段差を被アライメントマー
クとして用いて第2のアライメント作業を行う半導体素
子の製造方法において、 (a)前記半導体基板上に酸化膜を形成し、(b)前記
酸化膜上にCVD成長により窒化膜。
酸化膜を形成し、 (c)前記窒化膜、酸化膜の複合膜の埋め込み層を形成
する場所と被アライメントマークとなる場所の両方の領
域に窓あけを行ない、(d)前記半導体基板を酸化雰囲
気中で不純物拡散を行うことにより、前記両方の領域に
同時に埋め込み拡散層を形成すると同時に該両領域に酸
化膜を成長させる工程と、 (e)前記半導体基板上の酸化膜を除去する工程と、 (t’)前記半導体基板表面にエピタキシャル成長を行
う 以上(a)〜(f’)工程からなることを特徴とする半
導体素子の製造方法である。
[作用] 本発明によれば、以上のように半導体素子の製造方法を
構成したので、埋め込み拡散時に、酸化性雰囲気でパタ
ーン段差をつけるための酸化を行う際、拡散領域以外の
領域をSIN 4膜で覆うことにより、酸素の拡散によ
り酸化が進むことを防止し、その結果、パターン段差が
急峻な傾きをもつシリコン段差が得られ、エピタキシャ
ル成長後に、この段差の傾きがやや緩やかとなるものの
、充分エピタキシャル成長後のマスク合わせ工程に於い
て、オートアライメントを可能とするものである等の効
果を奏するものである。
従って、前述のような問題点を解消し得たものである。
次に本発明の実施例について述べる。
[実施例] 本発明の実施例を、第1図(a)〜(f)を用いて、説
明する。
第1図(a)〜(r)は、本発明によるバイボーラ集積
回路の製造工程説明図である。
第1図において、21はP型(100) S i基板。
22はパッド酸化膜、23はS 13 N4膜、24は
S iO2酸化膜、25は拡散領域、26はsbシリカ
フィルム、27はN型埋込み層、28゜29は段差、3
0は酸化膜、31は領域、32はエピタキシャル層、3
3.34は28.29の夫々転写段差である。
(a)まず第1図(a)に示すように、P型シリコン基
板(100) 21を1000℃、乾燥02雰囲気で5
0分の酸化を行い、基板21上に500人のパッド酸化
膜22を成長させた後、周知のCVD(C:heslc
al vapour deposlition )法に
より12000人の5iaN4膜23.8000人のS
iO□酸化膜24を形成する。
(b)次いで、第1図(b)に示すように、周知のホト
リソ技術を用い、任意のN型拡散層を形成する領域25
をS I O2酸化膜24.Si3N4膜23、パッド
酸化膜22の順でこれらの膜をエツチング除去し窓明け
をする。
(c)次に第1図(c)に示すように、前記P型(10
0)シリコン基板21に、N型不純物拡散を行うための
拡散ソースとなるsbシリカフィルム(東京応化製5b
−20220) 26を、スピンコード法で2000〜
3000人の厚さにコーティングする。
(d)前記(e)工程の基板を、第1図(d)に示すよ
うに、1250℃の不活性ガス雰囲気中例えばN2ガス
中で4時間の熱処理を行うと、拡散深さ51J11.層
抵抗20Ω/口のN型埋込み層27が形成出来る。
この熱処理時に少量の02を添加するか、あるいは不活
性ガス雰囲気の処理後に、0□雰囲気で酸化処理を行う
ことにより、拡散領域25に酸化膜30が形成されると
同時に、P型シリコン基板に段差28.29が形成され
る。
この段差28.29が形成される様子を、段差28付近
を拡大した第2図で説明する。
第2図において、拡散領域25が酸素のシリコン中への
拡散により酸化膜30を形成するとき、Si3N4膜2
3で覆われた領域31へは、酸素は513N4膜23に
より拡散が妨げられ、殆ど拡散することなく、5iaN
4膜との境界部よりの拡散のみによって、横方向拡散す
ることにより段差28は形成されるものである。(この
酸化方法はLocal酸化と呼ばれ半導体製造工程では
一般に用いられているので、詳しい説明はここでは省略
する。)図中、θ−20°〜30°の急峻な角度を持つ
段差28が得られる。
又第1図(d)において、段差29の形状(角度)も段
差28に対して線対称の関係にあることは言うまでもな
い。
(e)次いでこの基板21は、第1図(e)に示すよう
に、エピタキシャル成長に供されるため、基板21表面
の酸化膜を全てHF系のエツチング液でエツチング除去
する。このとき段差28.29は、前述の第2図に説明
したように、そのままの傾きθ−20°〜30°を有す
る。
(f)次いで第1図(f)に示すように、この基板21
にエピタキシャル成長を行い、比抵抗2Ω−備厚み10
1a+のエピタキシャル層32を得る。
このときシリコン基板の表面は、従来技術で述べたよう
な理由で(100)面から傾けて切り出しであるので、
シリコン基板段差28.29はそれぞれエピタキシャル
表面に33.34に示すように転写され、例えばシリコ
ン段差28に対してエピタキシャル表面33の段差はや
\なだらかに、29に対して34はほぼ同一の角度が得
られる。
この角度は本実施例よると、1150℃、5tH2CR
2ガスを用い、常圧バレル形エピタキシャル装置を用い
て、エピタキシャル成長を行った場合、なだらかな段差
33のほうで、15°〜25° また段差34はうで2
0°〜30°とエピタキシャル成長前の角度と同一であ
った。
このことより従来の方法に比べ角度の改善即ち急峻とす
ることが得られた。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明の半導体素子の製造
方法によれば、埋め込み拡散時に、酸化性雰囲気でパタ
ーン段差をつけるための酸化を行うとき、拡散領域以外
の領域をS iN 4膜で覆うことにより、酸素の拡散
により酸化が進むことを防止し、その結果、パターン段
差が急峻な傾きをもつシリコン段差が得られ、エピタキ
シャル成長後に、この段差の傾きがやや緩やかとなるも
のの、充分エピタキシャル成長後のマスク合わせ工程に
於いて、オートアライメントを可能とするものである効
果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は、本発明によるバイポーラ集積
回路の製造工程説明図、第2図は段差部の拡大説明図、
第3図は従来のオートアライメントマークの説明図、第
4図は通常の段差の表面反射の説明図、第5図a、b、
cは通常の段差の散乱光の信号説明図、第6図は通常の
段差のオートアライメントの説明図、第7図a、bは通
常の段差のオートアライメント光信号説明図、第8図は
オートアライメントマークの位置図、第9図は一般的な
バイポーラ集積回路の製造工程説明図、第10図はエピ
タキシャル後の段差の表面反射説明図、第11図はエピ
タキシャル後の段差の散乱光の信号説明図゛、第12図
はエピタキシャル後の段差のオートアライメント光信号
の説明図である。 図において、21:P型(100)シリコン基板。 22:パッド酸化膜、23:Si3N4膜、24はSi
o2酸化膜、25:拡散領域、26:Sbシリカフィル
ム、27:N型埋込み層、28,29:段差、30:酸
化膜、31:領域、32:エビタキシャル層、33,3
4:夫々28.29の転写段差である。 第8図 第 図 第 図 第 図 ニ=亡ド 4:N’:理乏々曽 5.6:段荒 □□□□−−二!ト1 6′6 第 図 1゜ 2゜ 3゜ 4゜ 事件の表示 特願昭63−199922号 発明の名称 半導体素子の製造方法 補正をする者 事件との関係 住所 名称

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体基板上に、段差による第1のアライメントマーク
    を形成し、前記半導体基板表面にエピタキシャル層の形
    成し、前記エピタキシャル層表面に転写された第1のア
    ライメントマークの段差を、被アライメントマークとし
    て用いて、第2のアライメント作業を行う半導体素子の
    製造方法において、 (a)前記半導体基板上に酸化膜を形成し、(b)前記
    酸化膜上にCVD成長により窒化膜、酸化膜を形成し、 (c)前記窒化膜、酸化膜の複合膜の埋め込み層を形成
    する場所と被アライメントマークとなる場所の両方の領
    域に窓あけを行ない、 (d)前記半導体基板を酸化雰囲気中で不純物拡散を行
    うことにより、前記両方の領域に同時に埋め込み拡散層
    を形成すると同時に該両領域に酸化膜を成長させる工程
    と、 (e)前記半導体基板上の酸化膜を除去する工程と、 (f)前記半導体基板表面にエピタキシャル成長を行う 以上(a)〜(f)工程からなることを特徴とする半導
    体素子の製造方法。
JP63199922A 1988-08-12 1988-08-12 半導体素子の製造方法 Pending JPH0250413A (ja)

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JP63199922A Pending JPH0250413A (ja) 1988-08-12 1988-08-12 半導体素子の製造方法

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