JP4848937B2

JP4848937B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4848937B2
Application number: JP2006315843A
Authority: JP
Inventors: 淳志笠原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: JP2008130919A

Description

この発明は、基板上にエピタキシャル層を積層して形成される半導体装置の製造方法に関する。

従来、基板上にエピタキシャル層を積層して形成される半導体装置の製造方法として、基板面に位置決めを行うためのアライメントマークを形成し、このアライメントマークを使用して基板にリセス部を設けた後に、基板全面にエピタキシャル層を成長させ、アライメントマークを使用してエピタキシャル層をパターニングする半導体装置の製造方法が知られている。
例えば、特許文献１には、図４に示すように、まず、基板１１１上に、第１のアライメントマーク１１２を形成し、この第１のアライメントマーク１１２を使用して、基板１１１の表面にリセス部１１３を形成する。次に、全面にエピタキシャル層１１４を成長させる。この後、第１のアライメントマーク１１２を用いて第２のアライメントマーク１１５をエピタキシャル層１１４の表面に形成する。そして、この第２のアライメントマーク１１５を用いてマスク合わせをし、ＵＶ露光を行って各素子を形成するための選択的エッチングをすることにより、集積回路を形成する、という製造方法が開示されている。
特開平５−３４３３１９号公報

しかし、上述の方法によれば、第１のアライメントマーク１１２は、エピタキシャル層１１４を成長させた際に面方位のズレ等により形状にダレが生じたり、変形したりするため、第１のアライメントマーク１１２が不明瞭になり、第１のアライメントマーク１１２を基に第２のアライメントマーク１１５を形成する際に位置ずれが生じやすい。その結果、精度の高いマスクのアライメントを行うことができないという問題があった。この傾向は、エピタキシャル層が１０μｍ以上の場合に特に顕著となる。

そこで、本発明は、精度の高いマスクのアライメントを行うことができる半導体装置の製造方法を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板にエピタキシャル層を積層し、当該エピタキシャル層をパターニングすることにより素子部を形成する半導体装置の製造方法において、前記基板の基板面に第１のアライメントマークを凹形状に形成する工程と、前記第１のアライメントマークの上方に前記第１のアライメントマークの形状に対応した第２のアライメントマークが凹形状に形成されるエピタキシャル層を前記基板面上に形成する工程と、前記基板面の面方位と異なる面方位に沿って優先的または選択的にエッチングを行うエッチング液を用いて前記エピタキシャル層をエッチングすることにより、前記エピタキシャル層の表面と前記第２のアライメントマークとの境界を明確にする工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、基板にエピタキシャル層を積層し、当該エピタキシャル層をパターニングすることにより素子部を形成する半導体装置の製造方法において、基板の基板面に第１のアライメントマークを凹形状に形成し、第１のアライメントマークの上方に第１のアライメントマークの形状に対応した第２のアライメントマークが凹形状に形成されるエピタキシャル層を基板面上に形成する。
続いて、基板面の面方位と異なる面方位に沿って優先的または選択的にエッチングを行うエッチング液を用いてエピタキシャル層をエッチングすることにより、エピタキシャル層の表面は厚さ方向にほとんどエッチングされないが、第２のアライメントマークは特定の面方位に沿って優先的または選択的にエッチングされるので、エピタキシャル層の表面と第２のアライメントマークとの境界を明確にすることができる。
これにより、第２のアライメントマークの形状が明確となるため、露光装置により第２のアライメントマークの位置及び形状を正確に認識することができ、精度の高いマスクのアライメントを行うことができる。
つまり、精度の高いマスクのアライメントを行うことができる半導体装置の製造方法を実現することができる。
なお、「エピタキシャル層の表面と第２のアライメントマークとの境界を明確にする」とは、露光装置などにより第２のアライメントマークの位置及び形状が認識可能な状態にすることを意味する。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記エッチング液は、ＫＯＨ溶液である、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明によれば、エッチング液として、ＫＯＨ溶液を用いることができる。ＫＯＨ溶液は、例えば、[１１１]方向のエッチング速度が、[１１０]方向のエッチング速度に比べて極めて早いため、エピタキシャル層の表面と第２のアライメントマークとの境界をより明確にすることができるので、エッチング液として好適に用いることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記エッチング液は、有機系アルカリ溶液である、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明のように、エッチング液として、例えば、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）のような有機系アルカリ溶液を好適に用いることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、前記基板は、前記基板面が（１１０）面であるシリコン基板である、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明によれば、基板として、基板面が（１１０）面であるシリコン基板を用いることができる。
特に、ＫＯＨ溶液でエッチングを行うと、（１１１）面のエッチング速度が速いため、第２のアライメントマークとエピタキシャル層の表面である（１１０）面との境界をより一層明確にすることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、前記基板面の面方位と異なる面方位に沿って優先的または選択的にエッチングを行うエッチング液を用いて前記エピタキシャル層をエッチングする前に、前記エピタキシャル層の表面であって、前記第２のアライメントマークが形成されていない領域にエッチングを行わない領域を設ける工程を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明によれば、基板面の面方位と異なる面方位に沿って優先的または選択的にエッチングを行うエッチング液を用いてエピタキシャル層をエッチングする前に、エピタキシャル層の表面であって、アライメントマークを形成しない領域にエッチングを行わない領域を設ける工程を備えているため、例えば、エピタキシャル層の表面に微小な凸部が存在した場合でも、その領域にエッチングを行わないようにすることができるので、凸部を起点として特定方向に沿って優先的にエッチングが進行してエピタキシャル層の表面にデバイス特性に影響を与えるような形状不良が発生するおそれがない。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２のアライメントマークが形成されていない領域にエッチングを行わない領域を設ける工程は、前記第２のアライメントマークが形成されていない領域にフォトレジストが形成された領域を設ける工程である、という技術的手段を用いる。

特に、請求項６に記載の発明のように、第２のアライメントマークが形成されていない領域にエッチングを行わない領域を設ける工程は、フォトレジストによりエピタキシャル層の表面を被覆してエッチングを行わない領域を設けることにより、容易かつ効果的に実施することができる。

この発明に係る半導体装置の製造方法について、図を参照して説明する。
図１は、アライメントマークの形成工程を示す断面説明図である。図２は、エッチング工程を示す部分拡大断面説明図である。図３は、本実施形態の変更例を示す断面説明図である。
なお、いずれの図においても、説明のために一部を拡大して誇張して示している。

まず、基板面１０ａが（１１０）面となるように形成されているＰ型の半導体基板１０を用意する。次に、図１（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、基板面１０ａに凹形状の第１アライメントマーク１１を形成する。本実施形態では、第１アライメントマーク１１は、複数の溝状に形成されている。ここで、第１アライメントマーク１１と基板面１０ａとの境界部において、エッジ部１１ａを明確に認識することができる。

続いて、図１（Ｂ）に示すように、半導体基板１０の基板面１０ａに、気相エピタキシャル法などによりエピタキシャル層１２を半導体基板１０の厚さ方向に成長させる。
エピタキシャル層１２は、第１アライメントマーク１１の内部にも形成されるため、第１アライメントマーク１１の上方には、第１アライメントマーク１１の形状に対応した第２アライメントマーク１３が形成される。ここで、第１アライメントマーク１１の内壁部１１ｂにおける面方位のずれなどによりエピタキシャル層１２の成長速度が一定ではないため、第２アライメントマーク１３では、第１アライメントマーク１１の形状が正確には再現されない。特に、エッジ部１１ａが丸まった状態となる。

続いて、エピタキシャル層１２の成長方向と異なる特定の面方位に対して、エッチングを優先的または選択的に行うことができるエッチング液を用いて、エピタキシャル層１２のエッチングを行う。本実施形態では、エッチング液として、ＫＯＨ溶液を用いる。ＫＯＨ溶液は、エピタキシャル層１２の[１１１]方向のエッチング速度が早いという性質を有している。例えば、濃度３０〜４０ｗｔ％のＫＯＨ溶液を用い、６０〜１２０℃にて保持することにより、エッチング速度は１５μｍ毎分となり、[１１０]方向のエッチング速度の約１００倍となる。

ＫＯＨ溶液によるエピタキシャル層１２のエッチング状況を図２に示す。図２（Ａ）に示すように、エッチング前には、第２アライメントマーク１３の内壁部１３ｂは滑らかな凸形状を成しており、第２アライメントマーク１３とエピタキシャル層１２の表面との境界が不明確な状態である。つまり、第１アライメントマーク１１のエッジ部１１ａのような明確な角部が認められない。
エッチングは、図２（Ｂ）に示すように、エピタキシャル層１２の[１１０]方向よりも[１１１]方向に優先的に進行するため、エッチングの進行につれて、図２（Ｃ）に示すように、第２アライメントマーク１３の内壁部１３ｂは、エッチング前よりも平坦な面となる。この平坦な面は、（１１１）面または（１１１）面と面方位が近い面となる。
これにより、図１（Ｃ）及び図２（Ｃ）に示すように、第２アライメントマーク１３とエピタキシャル層１２の表面との境界が明確になり、エッジ部１３ａが形成される。

そして、この第２アライメントマーク１３を露光装置により認識して、エピタキシャル層１２にフォトダイオードや高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等の素子のパターン形成を行うためのマスク合わせをする。続いて、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、エピタキシャル層１２のパターニングを行い、所望の半導体装置を形成する。
ここで、第２アライメントマーク１３とエピタキシャル層１２との境界が、エッジ部１３ａとして形成されているため、露光装置により第２アライメントマーク１３の位置及び形状を正確に認識することができるので、精度の高いマスクのアライメントを行うことができる。

（変更例）
本実施形態では、基板面１０ａが（１１０）面となるように形成されているＰ型の半導体基板１０を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、Ｓｉ−Ｇｅにより形成されている基板を用いることができる。
また、基板面の面方位が、エッチング液により優先的または選択的にエッチングされる面方位と異なっていればよいため、例えば、基板面が（１００）面となるように形成されている半導体基板を用いることもできる。

本実施形態では、エッチング液としてＫＯＨ溶液を用いたが、エッチング液により優先的または選択的にエッチングされる面方位が基板面の面方位と異なっていれば、これに限定されるものではない。例えば、無機系のアルカリ溶液として、ＮａＯＨ、ＣｓＯＨ、ＮＨ_４ＯＨなどを用いることができる。また、有機系のアルカリ溶液として、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ヒドラジン、コリンなどを用いることができる。

［最良の形態の効果］
半導体基板１０にエピタキシャル層１２を積層し、当該エピタキシャル層１２をパターニングすることにより素子部を形成する半導体装置１の製造方法において、半導体基板１０の基板面１０ａに第１アライメントマーク１１を形成し、第１アライメントマーク１１の上方に第１アライメントマーク１１の形状に対応した第２アライメントマーク１３が形成されるエピタキシャル層１２を基板面１０ａ上に形成する。
続いて、基板面１０ａである（１１０）面と異なる方位の（１１１）面に沿って優先的にエッチングを行うＫＯＨ溶液を用いてエピタキシャル層１２をエッチングすることにより、エピタキシャル層１２の表面は厚さ方向にほとんどエッチングされないが、第２アライメントマーク１３は（１１１）面に沿って優先的にエッチングされるので、エピタキシャル層１２の表面と第２アライメントマーク１３との境界を明確にすることができる。
これにより、第２アライメントマーク１３の形状が明確となるため、露光装置により第２アライメントマーク１３の位置及び形状を正確に認識することができ、精度の高いマスクのアライメントを行うことができる。
つまり、精度の高いマスクのアライメントを行うことができる半導体装置１の製造方法を実現することができる。

[その他の実施形態]
エピタキシャル層１２の表面であって第２アライメントマーク１３を形成しない領域、例えばデバイス領域などをエッチングしない構成を採用することもできる。
例えば、図４に示すように、エピタキシャル層１２の表面に微小な凸部１２ａが存在した場合、そのままＫＯＨ溶液によりエッチングを行うと、この凸部１２ａを起点として[１１１]方向に沿って優先的にエッチングが進行して、エピタキシャル層１２の表面にデバイス特性に影響を与えるような形状不良が発生するおそれがある。
そこで、エピタキシャル層１２の表面で、第２アライメントマーク１３を形成しない領域に、フォトレジスト１４を形成した後に、エッチングを行うことができる。ここで、フォトレジスト１４は、エッジ部１３ａが形成されていない状態（図２（ｂ））の第２アライメントマーク１３を基準として、予め見積もったアライメントのずれ量以上に第２アライメントマーク１３から離して形成する。
これにより、エピタキシャル層１２の表面に微小な凸部１２ａが存在した場合でも、デバイス特性に影響を与えるような形状不良が発生するおそれをなくすことができる。
エピタキシャル層１２の表面であって第２アライメントマーク１３を形成しない領域をエッチングしないためには、エッチングしない領域を被覆していればよく、フォトレジスト１４以外に、例えば、めっきなどを施してもよい。

アライメントマークの形成工程を示す断面説明図である。エッチング工程を示す部分拡大断面説明図である。本実施形態の変更例を示す断面説明図である。従来の半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。

符号の説明

１０半導体基板
１０ａ基板面
１１第１アライメントマーク
１２エピタキシャル層
１３第２アライメントマーク
１４フォトレジスト

Claims

基板にエピタキシャル層を積層し、当該エピタキシャル層をパターニングすることにより素子部を形成する半導体装置の製造方法において、
前記基板の基板面に第１のアライメントマークを凹形状に形成する工程と、
前記第１のアライメントマークの上方に前記第１のアライメントマークの形状に対応した第２のアライメントマークが凹形状に形成されるエピタキシャル層を前記基板面上に形成する工程と、
前記基板面の面方位と異なる面方位に沿って優先的または選択的にエッチングを行うエッチング液を用いて前記エピタキシャル層をエッチングすることにより、前記エピタキシャル層の表面と前記第２のアライメントマークとの境界を明確にする工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記エッチング液は、ＫＯＨ溶液であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記エッチング液は、有機系アルカリ溶液であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記基板は、前記基板面が（１１０）面であるシリコン基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
前記基板面の面方位と異なる面方位に沿って優先的または選択的にエッチングを行うエッチング液を用いて前記エピタキシャル層をエッチングする前に、前記エピタキシャル層の表面であって、前記第２のアライメントマークが形成されていない領域にエッチングを行わない領域を設ける工程を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
前記第２のアライメントマークが形成されていない領域にエッチングを行わない領域を設ける工程は、前記第２のアライメントマークが形成されていない領域にフォトレジストが形成された領域を設ける工程であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。