JP2013172124A - Soiウエハおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、ウエハ内部に空洞パターン3を備えるSOIウエハであって、SOIウエハ上に露光を行う際に、低コストで露光マスクの位置合わせを行うことが可能なSOIウエハの提供を目的とする。
【解決手段】本発明に係るSOIウエハは、支持基板1と、支持基板1上に形成される絶縁層2と、を備え、絶縁層2が形成された支持基板1の一方主面には所定の空洞パターン3が形成されており、この空洞パターン3を塞いで絶縁層2上に形成される活性半導体層5をさらに備え、支持基板1の外周部には活性半導体層5が形成されておらず、支持基板1の前記一方主面側の前記外周部に形成され、空洞パターン3の位置を特定する複数の重ね合わせマークパターン4をさらに備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、SOIウエハおよびその製造方法に関するものである。
内部に空洞パターンを含むSOI(Semiconductor on Insulator)ウエハの製造方法は、2枚のシリコン基板を貼り合わせて形成する、貼り合わせ方式が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、空洞パターン及び絶縁層が形成された支持基板と、デバイスを形成する活性半導体層基板とを、空洞パターン及び絶縁層を介して貼り合わせる方法が記載されている。また、SOIウエハ内部に、絶縁層が存在する部分と存在しない部分が所定のパターンとして混在するSOIウエハが知られている(特許文献2参照)。
以上のような、ウエハ内部にパターンが形成されたSOIウエハ上に露光を行う際、ウエハ内部のパターンの位置と、露光マスクの位置を合わせて露光を行う必要がある。しかし、通常はウエハ表面の活性半導体層の厚みが10μm程度あるため、ウエハ内部のパターンは活性半導体層により遮られている。従って、ウエハ内部のパターン位置を、露光装置に備わる検出器による画像認識によって検出することができない。このため、一般的な露光装置、即ち、ウエハ表面のパターンを検出して露光マスクの位置合わせを行う露光装置では、ウエハ内部にパターンを備えるSOIウエハに対応することができない。
そこで、従来は、ウエハ内部にパターンを備えるSOIウエハの裏面に、ウエハ内部のパターンの位置を特定するための重ね合わせマークパターンを形成し、そのパターンを、裏面検出を備える専用の露光装置で検出することにより、間接的にウエハ内部のパターンの位置を認識する方法で露光マスクとSOIウエハの位置合わせを行っていた。
前述した裏面検出を備える専用の露光装置について説明する。露光装置に備わる、ウエハを保持するウエハステージには、ウエハステージを貫通する穴が開けられている。この穴にウエハ裏面の重ね合わせマークパターンが位置するように、重ね合わせマークパターンは形成され、ウエハはウエハステージ上の最適な位置に配置される。ウエハステージ裏側に設置された検出器によって、ウエハステージを貫通する穴を通して、重ね合わせマークパターンの位置を、例えば検出器のカメラにより検出する。露光装置に備わる制御ユニットにより、検出した重ね合わせマークパターンの位置を解析してウエハ内部のパターンの位置を特定する。この位置情報を、露光マスクを保持するマスクステージへ送り、ウエハ上の最適な位置へマスクステージを移動させて露光を行う。
上述のように、従来は、ウエハ内部にパターンを備えるSOIウエハ表面に対して露光を行う場合は、SOIウエハ裏面にウエハ内部のパターン位置を特定するための重ね合わせマークパターンを形成し、さらに、その裏面パターンを検出するために、裏面検出を備える専用の露光装置を用いてSOIウエハの露光を行っていた。
特開2004−146461号公報 特開2004−228206号公報
上述した従来の、ウエハ内部にパターンを備えるSOIウエハにおいて、ウエハ内部のパターンの位置を特定するためのパターンを、ウエハ裏面に形成しなければならず、それにより製造工程が複雑化するため、製造コストの増大という課題があった。また、このSOIウエハに対して露光を行う場合、前述した裏面検出を備える専用の露光装置を用いる必要があり、設備コストが増大する課題があった。
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、ウエハ内部に空洞パターンを備えるSOIウエハ及びその製造方法であって、SOIウエハ上に露光を行う際に、低コストで露光マスクの位置合わせを行うことが可能なSOIウエハ及びその製造方法の提供を目的とする。
本発明に係るSOIウエハは、支持基板と、前記支持基板上に形成される絶縁層と、を備え、絶縁層が形成された支持基板の一方主面には所定の空洞パターンが形成されており、この空洞パターンを塞いで絶縁層上に形成される活性半導体層をさらに備え、支持基板の外周部には活性半導体層が形成されておらず、支持基板の前記一方主面側の外周部に形成され、空洞パターンの位置を特定する複数の重ね合わせマークパターンをさらに備える、SOIウエハである。
また、本発明に係るSOIウエハの製造方法は、支持基板を準備する工程と、支持基板上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層が形成された支持基板の一方主面に所定の空洞パターンを形成する工程と、前記空洞パターンを塞いで絶縁層上に活性半導体層を形成する工程とを備え、支持基板の外周部には活性半導体層が形成されておらず、支持基板の前記一方主面側の外周部に、空洞パターンの位置を特定する複数の重ね合わせマークパターンを形成する工程をさらに備える。
本発明に係るSOIウエハにおいて、ウエハ内部に形成される所定の空洞パターンの位置が、複数の重ね合わせマークパターンによって特定される。前記重ね合わせマークパターンは、一般的な露光装置により検出可能なため、重ね合わせマークパターンを介して、空洞パターンの位置を認識することが可能になる。従って、設備コストを削減する効果がある。また、本発明に係るSOIウエハの製造方法において、重ね合わせマークパターンは、従来のようにウエハ裏面に形成されることなく、ウエハの表側、即ち支持基板の前記一方主面側に形成されるので、製造工程を簡素化でき、製造コストを削減することができる。
実施の形態1に係るSOIウエハの平面図(a)と断面図(b)である。 実施の形態1に係るSOIウエハの空洞パターンと重ね合わせマークパターンの平面図である。 実施の形態1に係るSOIウエハの製造工程を示す図である。 実施の形態2に係るSOIウエハの製造工程を示す図である。 実施の形態3に係る基準ウエハの平面図(a)と断面図(b)である。 実施の形態3に係るSOIウエハの製造方法のフローチャートである。 実施の形態4に係るSOIウエハの構造を示す図である。 実施の形態4に係るSOIウエハの製造工程を示す図である。
<実施の形態1>
<SOIウエハの構造>
図1は、本実施の形態におけるSOIウエハの構造を示す平面図(図1(a))と断面図(図1(b))である。本実施の形態におけるSOIウエハは、表面に絶縁層2としてのシリコン酸化膜が形成された支持基板1と、活性半導体層5用基板を、シリコン酸化膜を介して貼り合わせることで形成される。ここで、絶縁層2および支持基板1には、後述する方法にて空洞パターン3および複数の重ね合わせマークパターン4が形成されている。また、支持基板1の外周部には、活性半導体層5が形成されない領域を備える。なお、活性半導体層5の表面は、SOIウエハ表面であり、この面は半導体素子が形成される面である。また、支持基板1と活性半導体層5用基板はシリコン基板である。
絶縁層2が形成された支持基板1の一方主面、即ち活性半導体層5側には、所定の空洞パターン3が形成される。この空洞パターン3は絶縁層2を貫通して支持基板1の表面から所望の深さに深溝として形成されており、空洞パターン3が活性半導体層5で塞がれることで、空洞パターン3内部が空洞となる。空洞パターン3は、図1(a)に示すように、デバイス作成領域7内に形成される。この空洞パターン3は、SOIウエハ上に形成される半導体パターンに応じて設計された、所定のパターンである。空洞パターン3の平面図の一例を図2(a)に示す。
また、前記一方主面の外周部には、空洞パターン3の位置を特定するための複数の重ね合わせマークパターン4が形成される。この重ね合わせマークパターン4も空洞パターン3と同様、絶縁層2を貫通して支持基板1の表面から所望の深さに深溝として形成されている。また、重ね合わせマークパターン4は、活性半導体層5によって塞がれず、SOIウエハ表面に露出している。なお、重ね合わせマークパターンは、支持基板1の最外周から5mm程度内側の領域に形成される。重ね合わせマークパターン4の一例を図2(b)に示す。
また、複数の重ね合わせマークパターン4と空洞パターン3の位置関係が特定されており、複数の重ね合わせマークパターン4に対する空洞パターン3の相対的な位置情報が露光装置に記憶されている。
<SOIウエハの製造方法>
以下では、前述した構造を持つSOIウエハの製造方法について説明する。図3に、本実施の形態におけるSOIウエハの製造工程を示す。まず、支持基板1としてシリコン基板を準備する(図3(a))。支持基板1に、熱酸化法又はCVD法を用いることにより、絶縁層2としてのシリコン酸化膜を形成する(図3(b))。次に、露光工程として、本実施の形態では等倍投影露光装置を用いて行う。絶縁膜2が形成された支持基板1の一方主面にレジストを塗布し、空洞パターン3と重ね合わせマークパターン4の両パターンを備える露光マスクを用いて、同時に露光を行う。露光されたレジストを現像し、レジスト6に空洞パターン3と重ね合わせマークパターン4に対応した開口部が形成される(図3(c))。
この開口部に対して、絶縁層2のエッチングと、支持基板1のエッチングを行うことで、シリコン酸化膜、即ち絶縁層2を貫通して支持基板1に至る深さの深溝ができ、空洞パターン3と重ね合わせマークパターン4が同時に形成される(図3(d))。ここで、エッチングは異方性のドライエッチング又はウエットエッチングで行われ、エッチングの時間を調整することで、深溝の深さを調整することができる。
ここで、複数の重ね合わせマークパターン4と空洞パターン3の位置関係は、前記同一の露光マスクによって特定されており、この位置関係、即ち、複数の重ね合わせマークパターン4に対する空洞パターン3の相対的な位置情報を、露光装置に記憶しておく。
次に、絶縁層2が形成された支持基板1と、活性半導体層5用の基板を、絶縁層2を介して貼り合わせる(図3(e))。貼り合わせ方法には周知の方法を用いる。例えば、絶縁層2上に、貼り合わせ面を鏡面仕上げした活性半導体層5用の基板を、室温、大気中で接触させた状態から、1100℃の雰囲気で3時間の熱処理を施すことにより貼り合わせが行われる。この工程により、空洞パターン3が活性半導体層5によって塞がれ、空洞パターン3内部は空洞となる。また、この工程では、重ね合わせマークパターン4も塞がれる。
次に、活性半導体層5を所定の厚み、例えば10μmの厚さになるように研磨し、加えて、活性半導体層5の外周部を取り除く端面処理を行うことで、支持基板1の外周部に形成された重ね合わせマークパターン4を露出させる(図3(f))。以上の工程により、本実施の形態におけるSOIウエハを製造することができる。
<効果>
本実施の形態におけるSOIウエハは、支持基板1と、支持基板1上に形成される絶縁層2とを備え、絶縁層2が形成された支持基板1の一方主面には所定の空洞パターン3が形成されており、空洞パターン3を塞いで絶縁層2上に形成される活性半導体層5をさらに備え、支持基板1の外周部には活性半導体層5が形成されておらず、支持基板1の一方主面側の外周部に形成され、空洞パターン3の位置を特定する複数の重ね合わせマークパターン4をさらに備える。
従って、SOIウエハ上に半導体パターンを露光する際に、ウエハ表面に露出している、空洞パターン3の位置を特定する複数の重ね合わせマークパターン4を一般的な露光装置を用いて検出することにより、露光マスクとSOIウエハとの位置合わせを行うことができるため、従来のように裏面検出を備える専用の露光装置を用いる必要がなく、設備コストの削減が期待できる。
また、本実施の形態におけるSOIウエハに備わる空洞パターン3および重ね合わせマークパターン4は、絶縁層2を貫通して支持基板1に至る深さに形成されていることを特徴とする。従って、SOIウエハの特性を、空洞パターン3の配置及び深さに応じて変化させることができるため、SOIウエハ上に形成する半導体デバイスの自由度が向上する。
また、本実施の形態におけるSOIウエハの製造方法は、支持基板1を準備する工程と、支持基板1上に絶縁層2を形成する工程と、絶縁層2が形成された支持基板1の一方主面に所定の空洞パターン3を形成する工程と、空洞パターン3を塞いで絶縁層2上に活性半導体層5を形成する工程とを備え、支持基板1の外周部には活性半導体層5が形成されておらず、支持基板1の前記一方主面側の前記外周部に、空洞パターン3の位置を特定する複数の重ね合わせマークパターン4を形成する工程をさらに備える。
従って、本実施の形態におけるSOIウエハを製造することができる。また、従来のように、支持基板1の前記一方主面の反対側の面(他方主面)、即ちSOIウエハの裏面に対して重ね合わせマークパターン4を形成するのではなく、SOIウエハ表面側に重ね合わせマークパターン4を形成するので、従来に比べて製造工程を簡素化でき、製造コストを削減する効果が期待できる。
また、本実施の形態におけるSOIウエハの製造方法において、絶縁層2が形成された支持基板1の一方主面に所定の空洞パターン3を形成する工程と、支持基板1の前記一方主面側の前記外周部に、空洞パターン3の位置を特定する複数の重ね合わせマークパターン4を形成する工程は、同一露光マスクを用いて同時に行われることを特徴とする。従って、露光工程が一度で済むため、スループットが高く、製造コスト削減の効果が期待できる。
<実施の形態2>
<SOIウエハの製造方法>
本実施の形態におけるSOIウエハの構造は、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。また、本実施の形態に係るSOIウエハの製造方法における露光工程は、縮小投影露光装置を用いて行う。
縮小投影露光装置について簡単に説明する。露光マスクはマスクステージ(レティクルステージともいう)に設置され、露光マスクを通過したパターン像は、投影レンズにより、例えば1/5に縮小され、ウエハステージに設置されたウエハに投影される。そして、ウエハステージを移動させることで、ウエハの所定の位置に露光を行う。
本実施の形態のSOIウエハの製造方法を、図4を用いて説明する。支持基板1の準備工程(図4(a))、絶縁層2形成工程(図4(b))およびレジスト塗布工程は実施の形態1と同じである。
次工程として、重ね合わせマークパターン4の露光マスク、即ち第2の露光マスクをマスクステージに設置し、例えば図1(a)に示す各重ね合わせマークパターン4の位置(3箇所)で露光を行い、レジスト6を感光させる(図4(c))。次に、空洞パターンの露光マスク、即ち第1の露光マスクをマスクステージに設置し、例えば、図1(a)に示すデバイス作製領域7内の各区画に対して順次露光を行う(図4(d))。そして、レジスト6の現像を行い、感光したレジスト6a、6bを除去する(図4(e))。
この後、実施の形態1と同様、エッチングを行い、重ね合わせマークパターンと空洞パターンを形成する(図4(f))。この際、形成された重ね合わせマークパターンと空洞パターンの位置関係を特定するために、実施の形態1と同様に、各パターンの配置を調査し、位置関係を特定する情報を露光装置に記憶しておく。以降の工程(図4(g),(h))は実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。
<効果>
本実施の形態のSOIウエハの製造方法において、絶縁層2が形成された支持基板1の一方主面に所定の空洞パターン3を形成する工程は、第1の露光マスクを用いて空洞パターン3の露光を行う工程を備え、支持基板1の前記一方主面側の前記外周部に、空洞パターン3の位置を特定する複数の重ね合わせマークパターン4を形成する工程は、第2の露光マスクを用いて重ね合わせマークパターン4の露光を行う工程を備える。つまり、空洞パターン用露光マスク(第1の露光マスク)と重ね合わせマークパターン用露光マスク(第2の露光マスク)とがそれぞれ異なる露光マスクとして用意される。
従って、実施の形態1で述べた効果に加えて、縮小投影露光装置が利用可能となるため、複数チップを同時に製造できるので製造効率が向上する。また、縮小投影露光装置用の露光マスクは、等倍投影露光装置用の露光マスクに対して比較的安価に製造でき、重ね合わせマークパターンの露光マスクを異なる製品にも共通して適用可能であるため、製造コスト削減の効果がある。さらに、縮小投影露光装置を使用することで、微細加工のデザインルールが適用でき、また、8インチ以上の大口径のウエハにも適用が可能となる。
<実施の形態3>
本実施の形態におけるSOIウエハの構造は、実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。本実施の形態では、予め作製した基準ウエハを参照して、重ね合わせマークパターン4及び空洞パターン3の露光マスクの位置決めを行う。基準ウエハの平面図および断面図を図5に示す。この基準ウエハは、図5に示すように、図1のSOIウエハから、活性半導体層5を除いたウエハである。つまり、基準ウエハには、製品としてのSOIウエハと同じ重ね合わせマークパターン4および空洞パターン3が形成され、かつこれらのパターンが表面に露出した構成となっている。
本実施の形態におけるSOIウエハの製造方法のフローチャートを図6に示す。なお、図6の最後の工程は、製造されたSOIウエハ対して露光を行う工程である。また、本実施の形態でも、実施の形態2と同じく縮小投影露光装置を用いるが、それに限らず、一般的な露光装置であればよい。以下では、縮小投影露光装置も含めて、単に露光装置と呼ぶ。
まず、露光装置のウエハステージに基準ウエハが設置され、基準ウエハ上の重ね合わせマークパターン4と空洞パターン3の位置を、露光装置の検出器が検出する。検出した位置情報を露光装置に記憶した後、基準ウエハは露光装置から取り出される。
次に、絶縁層2が形成された支持基板1をウエハステージに設置し、また、マスクステージに重ね合わせマークパターン4の露光マスク、即ち第2の露光マスクを設置して、レジスト塗布に続いて露光を行う。この際、予め露光装置に記憶された位置情報に従って、重ね合わせマークパターン4の露光位置を決定する。
次に、マスクステージに空洞パターン3の露光マスク、即ち第1の露光マスクを設置し、重ね合わせマークパターン4の露光の場合と同様に、露光装置に記憶された基準ウエハの位置情報を参照して、露光位置を決定し、露光を行う。以降の工程は実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。
なお、基準ウエハに形成される各パターンの、より正確な位置情報が利用可能な場合は、その位置情報と、露光装置で検出した基準ウエハの各パターンの位置情報を比較することで、個々の露光装置が有する微細なずれを補正して上記露光工程を行うことができるので、より好ましい。
また、SOIウエハ上に露光を行う際には、ウエハ表面に露出している重ね合わせマークパターン4を検出し、露光装置に記憶されている前記基準ウエハの位置情報を参照して、表面上は見えない空洞パターン3に対して、露光マスクの位置合わせを行う。なお、本工程でも、前述の、露光装置が有する微細なずれの補正を行うことで、さらに位置合わせ精度を向上させることができる。
<効果>
本実施の形態に係るSOIウエハの製造方法において、第1の露光マスクを用いて空洞パターン3の露光を行う工程及び、第2の露光マスクを用いて重ね合わせマークパターン4の露光を行う工程は、同一の基準ウエハを参照して実行される。
従って、実施の形態2で述べた効果に加えて、基準ウエハに配置されたパターンの正確な位置情報が利用可能であれば、個々の露光装置が有する微細なずれを補正して、より高い精度で、重ね合わせマークパターン4の露光マスクおよび空洞パターン3の露光マスクの露光位置を決定できる。
<実施の形態4>
図7は、本実施の形態におけるSOIウエハの特徴とする部分の構造を示すものであり、外周部を含む部分断面図である。実施の形態1(図1)と異なる点は、重ね合わせマークパターン内部がシリコン酸化膜により充填され、かつ空洞パターン内部にもシリコン酸化膜が形成されている点にある。それ以外は、図1と同じ構造であり、実施の形態1と同様、複数の重ね合わせマークパターンによって空洞パターンの位置が特定されている。
本実施の形態におけるSOIウエハの製造方法について、図8を用いて説明する。本実施の形態では、図8(d)までの工程、即ち支持基板1を準備する工程(図8(a))、支持基板1上に絶縁層2を形成する工程(図8(b))、重ね合わせマークパターン4及び空洞パターン3の露光・現像工程(図8(c))及び、レジスト越しにエッチングを行うことで重ね合わせマークパターン4及び空洞パターン3を形成する工程(図8(d))は、実施の形態1と同じである。この工程の後、絶縁層2を、例えばウエットエッチングにより全面除去する(図8(e))。そして、次工程で、熱酸化法またはCVD法により支持基板1に絶縁層2としてのシリコン酸化膜を再び形成する(図8(f))。このとき、重ね合わせマークパターン4の深溝がシリコン酸化膜で充填されるまで行う。なお、SOIウエハの特性上問題が無ければ、空洞パターン3の深溝がシリコン酸化膜で充填されてもよい。以降の工程(図8(g),(h))は、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。
<効果>
本実施の形態におけるSOIウエハに備わる絶縁層2は、空洞パターン3および重ね合わせマークパターン4内部にも形成されていることを特徴とする。従って、実施の形態1で述べた効果に加えて、重ね合わせマークパターン4内部は絶縁層2すなわちシリコン酸化膜で充填されているので、重ね合わせマークパターン4内部へのレジストの入り込みや、重ね合わせマークパターン4の段差部でのエッチング残渣の発生により、重ね合わせマークパターンが異物の発生源となることを避ける効果が期待できる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 支持基板、2 絶縁層、3 空洞パターン、4 重ね合わせマークパターン、5 活性半導体層、6 レジスト、6a,6b 感光したレジスト、7 デバイス作製領域。

Claims (7)

  1. 支持基板と、
    前記支持基板上に形成される絶縁層と、
    を備え、
    前記絶縁層が形成された前記支持基板の一方主面には所定の空洞パターンが形成されており、
    前記空洞パターンを塞いで前記絶縁層上に形成される活性半導体層をさらに備え、
    前記支持基板の外周部には前記活性半導体層が形成されておらず、
    前記支持基板の前記一方主面側の前記外周部に形成され、前記空洞パターンの位置を特定する複数の重ね合わせマークパターンをさらに備える、
    SOIウエハ。
  2. 前記空洞パターンおよび前記重ね合わせマークパターンは、前記絶縁層を貫通して前記支持基板に至る深さに形成されていることを特徴とする、
    請求項1に記載のSOIウエハ。
  3. 前記絶縁層は、前記空洞パターンおよび前記重ね合わせマークパターン内部にも形成されていることを特徴とする、
    請求項1に記載のSOIウエハ。
  4. (a)支持基板を準備する工程と、
    (b)前記支持基板上に絶縁層を形成する工程と、
    (c)前記絶縁層が形成された前記支持基板の一方主面に所定の空洞パターンを形成する工程と、
    (d)前記空洞パターンを塞いで前記絶縁層上に活性半導体層を形成する工程と、
    を備え、
    前記支持基板の外周部には前記活性半導体層が形成されておらず、
    (e)前記支持基板の前記一方主面側の前記外周部に、前記空洞パターンの位置を特定する複数の重ね合わせマークパターンを形成する工程を、
    さらに備える、
    SOIウエハの製造方法。
  5. 前記工程(c)と前記工程(e)は同一露光マスクを用いて同時に行われることを特徴とする、
    請求項4に記載のSOIウエハの製造方法。
  6. 前記工程(c)は、第1の露光マスクを用いて前記空洞パターンの露光を行う工程を備え、
    前記工程(e)は、第2の露光マスクを用いて前記重ね合わせマークパターンの露光を行う工程を備える、
    請求項4に記載のSOIウエハの製造方法。
  7. 前記工程(c)及び前記工程(e)は同一の基準ウエハを参照して実行される、
    請求項6に記載のSOIウエハの製造方法。
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