JP2020112766A - 半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】保護テープ等がある場合でも認識率の低下を抑制することが可能なアライメントマークを備える半導体基板を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体基板１０は、デバイスを構成するデバイス用トレンチとアライメントマーク１１とを備える半導体基板であって、アライメントマーク１１は、半導体基板１０に形成されたアライメントマーク用トレンチ１２と、半導体基板１０の表面から突出する凸状部１３とを含み、凸状部１３の側面は、半導体基板１０の表面に対して傾斜する傾斜面１４である。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体基板に関する。

基板上に微細構造をパターニングする方法として、フォトリソグラフィが広く知られている。フォトリソグラフィでは、基板表面に塗布されたレジストを、マスクを介して露光し、マスクパターンをレジストに転写する。そして、露光されたレジストを現像し、蒸着やエッチングを施した後にレジストを除去することで基板上にリソグラフィパターンが形成される。

このとき、基板上に設けられたアライメントマークとマスクのアライメントマークとを位置合わせすることで、基板上の所定位置にリソグラフィパターンを形成することができる。アライメントを行う際に利用されるアライメントマークとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載のアライメントマークは段差を有しており、高さ又は深さ方向のいずれかに左右対称の順テーパ状の斜面を備えている。

また、特許文献２に記載のように、半導体基板にトレンチを形成し、トレンチ内にエピタキシャル層を埋め込んでｐｎ接合構造を構成して、ＭＯＳＦＥＴ等のデバイスを形成することが知られている。このようなデバイスを形成する際に、ｐｎ接合構造のトレンチと同時に、アライメントマークとして利用されるトレンチが同一の半導体基板上に形成される。アライメントマークとして利用されるトレンチは、ｐｎ接合構造を形成するためのトレンチ内にエピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層で埋め込まれないこと、また、エピタキシャル層を成長させた後にもアライメントマークとして認識されることが必要である。

そこで、特許文献２では、デバイスを形成するためのトレンチの立体角が、アライメントマークとして利用するためのトレンチの立体角より大きくなるようにすることで、エピタキシャル層を成長させた際にもアライメントマークとして利用することができるようにする技術が開示されている。

特開２００８−０１０５４８号公報 特開２００９−１７０５５８号公報

ところで、基板の一方の表面だけでなく、裏面にもリソグラフィパターンを設けることが必要となる場合がある。基板の両面にリソグラフィパターンを設ける場合、両面のリソグラフィパターンの相対的な位置が正確に一致する必要がある。両面のリソグラフィパターンを相互に正確に位置合わせされた状態で設けるため、表面に形成されたアライメントマークを、裏面にリソグラフィパターンを設けるときに裏面側から赤外線カメラで認識する場合がある。

基板の裏面を加工する際、基板の表面には形成したデバイスを保護するための保護テープが貼り付けられる。このため、赤外線カメラにより表面のトレンチをアライメントマークとして認識する際、保護テープによるノイズが発生し、アライメントマークの認識率が低下するという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、保護テープ等がある場合でも認識率の低下を抑制することが可能なアライメントマークを備える半導体基板を提供することである。

本発明の一態様に係る半導体基板は、デバイスを構成するデバイス用トレンチとアライメントマークとを備える半導体基板であって、前記アライメントマークは、前記半導体基板に形成されたアライメントマーク用トレンチと、前記半導体基板の表面から突出する凸状部とを含み、前記凸状部の側面は、前記半導体基板の表面に対して傾斜する傾斜面であるものである。

本発明によれば、保護テープ等がある場合でも認識率の低下を抑制することが可能なアライメントマークを備える半導体基板を提供することができる。

実施の形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の製造工程の一例を示す図である。 実施の形態に係る半導体基板に形成されたアライメントマークの構成の一例を示す図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 実施の形態に係る半導体基板を赤外線カメラで撮像したときの各部の輝度を説明する図である。 赤外線カメラで撮像された実施の形態に係る半導体基板の画像の一例である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 実施の形態に係る半導体基板の製造工程を説明する図である。 比較例の半導体基板に形成されたアライメントマークの構成を示す図である。 比較例の半導体基板のアライメントマークを可視光カメラで撮像したときの各部の輝度を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態は、デバイスを構成するデバイス用トレンチとアライメントマークとを備える半導体基板に関する。実施の形態に係る半導体基板において、アライメントマークは、半導体基板に形成されたアライメントマーク用トレンチと、半導体基板の表面から突出する凸状部とを含む。また、凸状部の側面は、半導体基板の表面に対して傾斜する傾斜面である。このようにトレンチと傾斜面を有する凸状部とでアライメントマークを形成することで、半導体基板に保護テープ等が貼り付けられている場合でも認識率の低下を抑制することが可能となる。

以下、実施の形態にかかる半導体基板について詳細に説明する。図１は、実施の形態に係る半導体基板を用いた半導体装置の製造工程の一例を示す図である。図１に示すように、半導体装置の製造工程は、マスク２０のパターン２１を半導体基板１０上に形成されたレジスト（不図示）に転写する露光工程を含む。光源３０から照射された光は、パターン２１が形成されたマスク２０を透過し、レンズ３１を介して半導体基板１０に照射される。なお、マスク２０には、パターン２１への塵の付着を防止するためのペリクル２２が形成されていてもよい。

図１では、半導体基板１０の表面１０ａにデバイスを形成した後に、裏面１０ｂに露光する例が示されている。半導体基板１０の表面１０ａの中央部には半導体装置の回路パターン（不図示）が形成され、周縁部にはマスク２０の位置合わせのためのアライメントマーク１１が形成される。回路パターンには、例えば、半導体基板にデバイス用トレンチを形成し、該トレンチ内にゲート電極を形成したトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴなどのデバイスが含まれる。アライメントマーク１１は、このようなデバイスを形成する際に、デバイス用トレンチと同時に形成されたアライメントマーク用トレンチを含む。アライメントマーク１１の製造方法については、後に詳述する。

半導体基板１０の表面１０ａに形成されたアライメントマーク１１は、裏面１０ｂにリソグラフィパターンを形成するときに、裏面１０ｂ側から赤外線カメラ３２で撮像される。赤外線カメラ３２は、半導体基板１０を透過する波長を使用したもので、半導体基板１０の裏面１０ｂ側から表面１０ａ側のアライメントマーク１１を認識する。アライメントマーク１１は、半導体基板１０とマスク２０の位置合わせを行う際に用いられる。例えば、赤外線カメラ３２により撮像されたアライメントマーク１１の画像と、予め登録されたアライメントマーク画像とが一致するようにパターンマッチが行われ、半導体基板１０とマスク２０との位置合わせが行われる。

図２は、実施の形態に係る半導体基板１０に形成されたアライメントマーク１１の構成の一例を示す図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２、３に示すように、アライメントマーク１１は、アライメントマーク用トレンチ１２（以下、トレンチ１２とも表記する）、凸状部１３、傾斜面１４、平坦部１５を含む。アライメントマーク１１が形成される領域には、半導体基板１０を覆うように酸化膜が形成されている。

酸化膜には、十字状の凸状部１３が形成されている。また、十字状の凸状部１３の各枝で区切られた４つの領域のそれぞれおいて、酸化膜には、略正方形状の凸状部１３が形成されている。これらの凸状部１３は、半導体基板１０から突出するように形成されている。凸状部１３の側面は、半導体基板１０の表面１０ａに対して傾斜を有する傾斜面１４である。傾斜面１４は、平面であってもよく、凹状に湾曲した凹曲面であってもよい。

また、十字状の凸状部１３の各枝で区切られた４つの領域のそれぞれにおいて、正方形状の凸状部１３の外側には、トレンチ１２が設けられている。図２に示すように、トレンチ１２は、長さの異なる２種類のトレンチ含む。図２に示す例では、トレンチ１２は、長さの短いトレンチ９本のトレンチと、長さの長い７本のトレンチとを組み合わせて、上面視で鍵括弧状になるように配置されている。図３に示すように、トレンチ１２は、酸化膜を貫通し、半導体基板１０内に達するように形成されている。アライメントマーク１１において、トレンチ１２、凸状部１３が形成されていない領域が平坦部１５となる。

ここで、比較例について説明する。図７は、比較例の半導体基板に形成されたアライメントマーク１１の構成を示す図である。比較例では、アライメントマーク１１は、半導体基板１０内に達するトレンチ１２のみで形成されている。比較例のアライメントは、あらかじめ登録したアライメントマーク画像に対して、可視光カメラで撮像したアライメントマークをパターンマッチすることによって行われる。登録するアライメントマーク画像は誤認識を避けるため特異なものである必要がある。比較例では、トレンチ１２の配置は、上面視で、図２のトレンチ１２と凸状部１３の配置と等しいものとした。

図８は、この比較例の半導体基板のアライメントマークを可視光カメラで半導体基板の表面側から撮像したときの各部の輝度を説明する図である。図８は、例えば、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける各部の輝度を表している。比較例のアライメントマークはトレンチが形成された部分とトレンチが形成されていない平坦部のみであるため、例えば、トレンチ部分が０階調、平坦部１５が２５５階調で表される。

画像としての見え方は、アライメントマーク１１の平坦部１５が白く、トレンチ１２は黒く見える。通常、アライメントマークの段差が大きければ大きいほど、画像の色は濃くなる。トレンチ１２でアライメントマーク１１を作成した場合、深い溝（例えば、トレンチ１２深さは５．５μｍ）が出来るため、濃い黒に見え、他の平坦部１５との濃淡差が大きくなる。

しかし、トレンチ部分が０階調、平坦部１５が２５５階調といった、白黒がはっきりしすぎている画像を、予め登録するアライメントマーク画像とすると、半導体基板に保護テープ等が貼り付けられていたり、テープ切削痕などが残っている場合に、画像の一部がグレー（例えば、１２７階調）となり、マッチングスコアが規定値以下となって、アライメントマーク画像とのパターンマッチがＮＧにつながる。

これに対し、実施の形態では、アライメントマーク１１は、トレンチ１２、傾斜面１４を有する凸状部１３、平坦部１５を含んでいる。図４は、実施の形態の半導体基板１０のアライメントマーク１１を赤外線カメラ３２で半導体基板１０の裏面１０ｂ側から撮像したときの各部の輝度を説明する図である。図４では、例えば、トレンチ部分が０階調、凸状部１３が２５５階調で表される。実施の形態のアライメントマーク１１を撮像した画像では、凸状部１３が最も明るく（白）、トレンチ１２が最も暗くなる（黒）。平坦部１５は、凸状部１３とトレンチ１２の中間の明るさ（グレー）であり、傾斜面１４は、平坦部１５から凸状部１３へとグラデーションになる。

図９は、赤外線カメラ３２で撮像された実施の形態に係る半導体基板の画像の一例である。このように、実施の形態によれば、比較例のように白・黒の２色だけではなく、その中間のグレーを加えた三色以上でアライメントマークを認識することが可能となる。このため、保護テープ等がある場合でもアライメントマーク１１の認識率の低下を抑制することが可能となる。

ここで、図６Ａ〜６Ｊを参照して、実施の形態に係る半導体基板の製造方法について説明する。なお、図６Ａ〜６Ｊは、図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおけるアライメントマーク１１の製造工程断面図を示している。上述したように、アライメントマーク１１のトレンチ１２は、デバイスを形成する際にデバイス用トレンチと同時に形成される。なお、デバイスは公知の方法によって形成されるため、その形成方法については説明を省略する。

図６Ａに示すように、まず、半導体基板１０の全面に、酸化膜１が形成される。酸化膜１は、例えば、ＣＶＤ法（chemical vapor deposition）により半導体基板１０上に堆積させることができる。次に、図６Ｂに示すように、所定の位置に開口部を有するレジスト２を形成する。この工程では、デバイス形成領域においてディープＰ型領域を形成し、アライメントマーク形成領域において凸状部１３を形成するための開口部が、フォトリソグラフィによりレジスト２に形成される。続いて、酸化膜１がウエットエッチングにより除去される。これにより、レジスト２で覆われた酸化膜１の部分が残り、図６Ｃに示す形状となる。

なお、レジスト２としては、その後に行われる酸化膜１のエッチングに十分な耐性を有するものであれば、従来公知のレジスト材料を使用することができる。また、酸化膜１のエッチングの方法も、特に限定されるものではなく、フッ素系ガスを用いたドライエッチングなどの公知の方法を採用してもよい。

そして、レジスト２を除去した後に（図６Ｄ）、半導体基板１０の全面に酸化膜１をさらに形成する。図６Ｅに示すように、酸化膜１は、図６Ｄにおいて酸化膜１が残っていた部分が厚く、酸化膜１が除去されていた部分が薄くなる。そして、図６Ｅのように、所定の位置に開口部を有するレジスト２を形成する。この工程では、デバイス形成領域において活性領域（ＳＤＧ）を形成し、アライメントマーク形成領域において凸状部１３を形成するための開口部が、フォトリソグラフィによりレジスト２に形成される。続いて、酸化膜１がウエットエッチングにより除去される。これにより、レジスト２で覆われた酸化膜１の部分が残り、図６Ｆに示す形状となる。

そして、レジスト２を除去した後に（図６Ｇ）、半導体基板１０の全面に酸化膜１をさらに形成する（図６Ｈ）。そして、図６Ｉのように、トレンチ１２を形成するための開口部が形成されたレジスト２を形成する。この工程では、デバイス形成領域においてデバイス用トレンチを形成し、アライメントマーク形成領域においてトレンチ１２を形成するための開口部が、フォトリソグラフィによりレジスト２に形成される。そして、図６Ｊに示すように、レジスト２をマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、酸化膜１を貫通し、半導体基板１０内に達するトレンチ１２が形成される。最後に、レジスト２を除去することで、図３に示すような、アライメントマーク１１が得られる。

このように、実施の形態では、ディープＰ型領域形成工程と活性領域形成工程により、半導体基板１０から突出する酸化膜の段差を形成することができる。酸化膜の段差の高さは例えば、０．５μｍである。酸化膜の段差の側面は、半導体基板１０に対して傾斜した傾斜面となっている。

上述したトレンチ１２に加え、酸化膜の段差を凸状部１３として、アライメントマーク１１を構成することで、赤外線カメラ３２で撮像した画像において、白黒はっきりとしたパターンに加えてグレーのパターンを作ることができる。このように、白黒グレーを組み合わせたパターンを形成することで、アライメント時の画像内に保護テープ等によるノイズが入ってもマッチングスコアの低下を抑制できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 半導体基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１１ アライメントマーク
１２ トレンチ
１３ 凸状部
１４ 傾斜面
１５ 平坦部
２０ マスク
２１ パターン
２２ ペリクル
３０ 光源
３１ レンズ
３２ 赤外線カメラ
１ 酸化膜
２ レジスト

Claims (1)

1. デバイスを構成するデバイス用トレンチとアライメントマークとを備える半導体基板であって、
   前記アライメントマークは、
   前記半導体基板に形成されたアライメントマーク用トレンチと、
   前記半導体基板の表面から突出する凸状部とを含み、
   前記凸状部の側面は、前記半導体基板の表面に対して傾斜する傾斜面である、
   半導体基板。