JPH0644547B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、詳細には、半
導体基板（ウエハ）の位置検出を良好に行う方法に関す
る。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 半導体基板（ウエハ）の表面の平滑度の良し悪しは、半
導体装置の特性や製造工程に直接大きな影響を与える。
例えば、周知のフォトリソグラフィ（光食刻）工程にお
けるフォトマスクとウエハの相対的な位置合せは、マス
クアライメント装置を使用して自動的に行われるのが一
般的となってきている。このとき、ウエハの上面に形成
した酸化膜の一部を所定の形状に除去して凹部を形成
し、これをフォトマスクに対するウエハの相対的な位置
合せ用の標識とすることがある。この標識の位置検出
は、標識とその周辺部分の酸化膜にレーザー光線を走査
して、そのレーザー光線のウエハからの反射角度のちが
いから識別する方法によって行われる。つまり、標識が
形成された部分は、標識の形成されていない部分の酸化
膜表面よりも所定の傾斜で窪んでいる。このため、酸化
膜表面に対して略垂直方向に向かうレーザー光線を走査
すれば、標識の形成されていない部分では、レーザー光
線が酸化膜表面から略垂直方向に反射するが、標識の周
部では酸化膜が傾斜しているのでこの部分に当ったレー
ザー光線は酸化膜表面に対して所定の角度を有して反射
する。従って、この所定の角度で反射したレーザー光線
の反射光量を測定すれば、標識の位置検出が可能であ
る。しかしながら、ウエハの表面が十分に平滑化されて
いないと、ウエハの表面に形成する酸化膜は、ウエハ表
面の凹凸によって表面が粗面となる。このため、レーザ
ー光線の走査の際に、標識の周部以外の酸化膜上面でレ
ーザー光線が乱反射して蒸気の測定が正確に行えなくな
る。結果として、標識の位置検出が困難となる。そこ
で、従来では化学的研磨に使用するエッチング液の組成
やエッチング方法に工夫を加えてウエハの平滑度を向上
させていた。しかしながら、十分に満足いく結果が得ら
れていないのが実情である。

そこで、本発明は上記の問題を解決して、フォトマスク
とウエハの相対的な位置合せを良好に行うことができる
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］ 上記目的を達成するための本願発明は、少なくとも一方
の主面側にマイクロクラックが存在するダメージ層が生
じるように機械的研磨された半導体基板を用意する工程
と、五酸化リンを加熱して得た蒸気を使用して前記半導
体基板に前記ダメージ層よりも深くリン（Ｐ）を導入し
て前記半導体基板の少なくとも一方の主面の略全部を含
むようにｎ型の半導体領域を形成する工程と、前記ｎ型
の半導体領域の表面から前記ダメージ層以上であると共
に前記ｎ型の半導体領域の厚さの1/2以上の深さまでエ
ッチングして平滑化された表面を得る工程と、前記平滑
化された表面上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の標識形
成予定部をその厚み方向において一部又は全部除去し
て、前記半導体基板の位置を検出するために用いる標識
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法に係わるものである。

［発明の作用効果］ 本発明は次の作用効果を有する。

（イ）機械的研磨によるダメージ層とダメージを有さな
い領域との境界の平坦性は半導体基板を機械的研磨した
時に生じる凹凸を有する表面の平坦性よりも良いのが普
通である。このようにマイクロクラックを有する半導体
基板にリンを導入すると、ダメージ層を非常に速い速度
でリンが拡散する。このためダメージ層の全部に対する
リン拡散はほぼ同時に終了し、次に、ダメージ層を仮想
不純物源として非ダメージ領域にリンが拡散する。この
結果、リンの拡散領域と非拡散領域との境界の平坦性が
良くなる。この状態でダメージ層以上であると共にリン
拡散で生じたｎ型の半導体領域の厚さの1/2以上をエッ
チングで除去すると、平滑性の良い表面を得ることがで
きる。平滑性の良い表面に形成された絶縁膜の表面も平
滑性が良くなる。そして、平滑性の良い絶縁膜に位置検
出用標識を形成すると、絶縁膜表面の乱反射に妨害され
ずに光学的に位置検出用標識を検出することができる。

（ロ）五酸化リンの蒸気を使用すると、ＰＯＣ１₃等を
使用する場合よりも平坦性の良いｎ型の半導体領域が得
られる。

［実施例］ 本発明の１実施例に係わる半導体装置の製造方法を第１
図及び第２図を参照して以下に説明する。

まず、第１図（Ａ）に示す半導体基板としてシリコンウ
エハ１を用意する。ウエハ１は、出発母材であるｎ領域
のみを有しており、その不純物濃度は約１×１０¹⁴cm^-3
となっている。ウエハ１の一方の主面と他方の主面に
は、周知のラッピング加工（と粒またはパウダと加工液
とを混合させたものを、ラップ定盤とウエハの間に入
れ、両者に圧力を加えながら相対運動させて、ウエハの
表面を平滑化する方法）による機械的研磨が施されてい
る。しかしながら、ウエハ１の両主面は機械的研磨を施
したのみであるから十分には平滑化されておらず、比較
的大きな凹凸を有する粗面となっている。

次に、第１図（Ｂ）に示すように、ウエハ１の一方の主
面側と他方の主面側にｎ⁺領域（半導体領域）２を形成
する。ｎ⁺領域２の形成は、第１図（Ａ）に示すよう
に、ウエハ１にその一方の主面側及び他方の主面側から
不純物としてリンを導入することで行う。リンの導入
は、周知の気相拡散法によって行う。即ち、第１図
（Ａ）に示すウエハ１を拡散炉に入れ、ウエハ１を高温
中に置き、この拡散炉にリンの蒸気を導入する。本実施
例では、固体不純物であるＰ₂Ｏ₅（五酸化リン）を加熱
してリンの蒸気を得る。リンの拡散はウエハ１の一方の
主面の全面と他方の主面の全面に行うので、第１図
（Ｂ）に示すように、ウエハ１の一方の主面側と他方の
主面側に形成されたｎ⁺領域２は、その表面がそれぞれ
ウエハ１の一方の主面と他方の主面の全面に露出してい
る。本実施例では、リンの拡散を約１２００℃で約１２
０分間行った。これにより、ｎ⁺領域２の層厚はそれぞ
れ約１５μｍとなり、表面のリンの濃度は約１×１０²¹
cm^-3となっている。なお、ウエハ１の厚みは約２５０μ
ｍとなっている。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、ウエハ１の一方の主
面側及び他方の主面側をエッチングして、ウエハ１から
ｎ⁺領域２を実質的に除去する。シリコンに対するエッ
チング液である弗酸と硝酸を含む混酸は、リンの高濃度
層に対して速いエッチング速度を有する。従って、この
性質を利用してｎ⁺領域２と領域１ａとの境界面まで除
去する。これにより、ウエハ１の厚みは約２２０μｍと
薄くなり、その一方の主面と他方の主面には出発母材で
あるｎ領域１ａが露出する。この結果、ウエハ１の一方
の主面及び他方の主面は凹凸がとれ、第１図（Ａ）に示
すウエハ１の表面よりも平滑化される。この理由は確か
ではないが以下のように考えられる。ウエハ１の表面側
５μｍ程度の深さまでの領域は、機械的研磨によって生
じたマイクロクラック等の存在するダメージ層となって
いる。このダメージ層へのリンの拡散速度は非常に速
い。従って、５μｍ程度以上の深さまでリン拡散を行っ
た場合、ウエハ１の表面の凹凸はリン拡散の進行に対し
て殆んど影響を与えなくなり、ｎ⁺領域２とｎ領域１ａ
の境界面は平滑された面となる。この結果、ｎ⁺領域２
を除去すれば、平滑化したｎ領域１ａが露出する。

次に、第１図（Ｃ）のウエハ１を、酸化雰囲気中で加熱
して熱酸化し、第１図（Ｄ）に示すように、ウエハ１の
一方の主面にシリコン酸化膜から成る絶縁膜３を形成す
る。ウエハ１の一方の主面に形成された絶縁膜３は、下
地となるウエハ１の一方の主面が十分に平滑化されてい
るので、凹凸が十分に小さい平滑な表面となる。

次に、第１図（Ｅ）に示すように、絶縁膜３の上面の全
体にフォトレジスト４を塗布する。フォトレジスト４
は、後述のように光の照射された部分のみが現像段階で
溶融するポジ形のフォトレジストである。なお、フォト
レジスト４及び絶縁膜３は第１図（Ｅ）で説明上厚く描
かれているが、実際には、それぞれ約１μｍ及び約３μ
ｍ程度の極薄の膜である。フォトレジスト４を絶縁膜３
の上面に塗布した後、ウエハ１を恒温槽に入れて８０℃
程度で加熱して、フォトレジスト４を絶縁膜３に十分に
密着させる。

次に、第１図（Ｆ）に示すように、ウエハ１の上方にガ
ラス基板２１の上にＣｒから成るマスク６を形成した第
１のフォトマスク５を配置する。第１のフォトマスク５
のマスク６には、絶縁膜３に形成する標識（ウエハの位
置検出用の標識）に合致した開口６ａが設けられてお
り、図示のように紫外線２２を照射すると、開口６ａを
通じて開口６ａの下方のフォトレジスト４が部分的に露
光される。その後、現像すると、第１図（Ｇ）に示すよ
うに、フォトレジスト４は上記の露光部分のみが選択的
に除去される。

その後、ウエハ１を再び恒温槽に入れて熱処理して、フ
ォトレジスト４と絶縁膜３の密着性を高めた後、ウエハ
１を弗酸系エッチング液に投入する。これにより、フォ
トレジスト４のない部分の絶縁膜３は溶解して除去さ
れ、第１図（Ｈ）に示すように、絶縁膜３に標識７とし
ての凹部が形成される。なお、フォトレジスト４のない
部分の絶縁膜３は、その厚み方向で全て除去されておら
ず、標識７の底面には絶縁膜３が薄く残存している。標
識７の周縁（端部）は図示のように傾斜している。標識
７は第２図に示すように、ウエハ１の表面の左右２箇所
に形成されており、Ｖ字状の平面形状を有する。第２図
では、標識７が左右に一個づつ形成されているが、実際
には使用するフォトマスクの数に応じて左右に複数個づ
つ形成される。この標識７は、以後のフォトリソグラフ
ィ工程においてウエハ１のフォトマスクに対する相対的
な位置決めに使用される。なお、両者の位置決め方法に
ついては、後で詳述する。

次に、標識７が形成された部分を含めて、絶縁膜３の上
面全体に再びフォトレジスト８を塗布してから、第１図
（Ｉ）に示すように、ガラス基板２３上にクロムから成
るマスク１０を形成した第２のフォトマスク９をウエハ
１の上方に位置する。第２のフォトマスク９のマスク１
０には、後に絶縁膜３に拡散窓として形成する開口部に
対応した複数の開口１０ａが設けられている。また、第
２のフォトマスク９には、第２のフォトマスク９の位置
検出用の標識１１（第２図では点線で示す）が形成され
ている。第２のフォトマスク９とウエハ１の相対的な位
置合せは、前述のように、この標識１１とウエハ１の絶
縁膜３に形成された標識７とを使用して行う。即ち、ま
ずウエハ１と第２のフォトマスク９を第１図（Ｉ）に示
すようにウエハ１のオリエンテーションフラット１ｂを
利用して予備位置合せしたら、第１図（Ｉ）に示す照射
位置１２によって、第２のフォトマスク９の上方から絶
縁膜３に位置検出用のレーザー光線（可視光あるいは赤
外光）を投射し且つこれを走査する。レーザー光線は、
フォトレジスト８を通過して絶縁膜３と標識７の部分で
反射する。また、第２のフォトマスク９の標識１１でも
反射する。第１図（Ｉ）に示すように、レーザー光線を
絶縁膜３の表面に略垂直方向に照射すると、標識１１及
び絶縁膜３では、レーザー光線が照射方向と略平行する
方向に反射されるが、標識１１の傾斜した周辺端部に照
射されたレーザー光線は照射方向と所定の角度を有して
反射する。また、絶縁膜３と標識１１ではレーザー光線
の反射強度が異なる。従って、第１図（Ｉ）に示すよう
に、レーザー光線を走査して、垂直方向に反射するレー
ザー光線と所定の角度で反射するレーザー光線の反射光
量を測定することによって標識７と標識１１の位置が検
出できる。次に、第２図に示すように、第２のフォトマ
スク９の標識１１の略中央にウエハ１の標識７が位置す
るように移動して、両者を正確な関係に配置する。第１
図（Ｉ）では、ウエハ１を第２のフォトマスク９に対し
て相対的に左方向に移動させて正確な位置にセットす
る。第１図（Ｉ）では、レーザー光線の反射光を受光す
る装置は、標識７からの反射光を受光する受光装置１３
のみを示しているが、実際には、垂直方向に反射するレ
ーザー光線用の受光装置も有する。

第２のフォトマスク９とウエハ１とが位置決めされた
ら、開口１０ａを通じて開口１０ａの下方のフォトレジ
スト８を露光し、現像してフォトレジスト８に絶縁膜３
に設ける拡散窓に対応する開口を形成する。以後、絶縁
膜３のエッチング、不純物の選択拡散等を複数回行うこ
とになるが、第３、第４のフォトマスクを使用するとき
は、フォトマスクに対する位置合せを上記と同様に、ウ
エハの標識７とそれぞれのフォトマスクに形成された標
識とを使用して行う。標識７は、第３、第４のフォトマ
スクを使用するときは、絶縁膜３の厚さが酸化によって
変化しているが、標識としての機能（位置、形状）は維
持されている。

以上のように、本実施例によれば、絶縁膜３に形成した
標識７をレーザー光線の走査によって容易に且つ確実に
位置検出することができ、ウエハ１とフォトマスクの位
置合せを高精度に行うことができる。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例え
ば、次の変形が可能なものである。

（１）実施例においては、ウエハ１を一方の主面からｎ
⁺領域２が実質的に全部除去される深さまでエッチング
除去したが、ｎ⁺領域２を残存させてもよい。この場
合、ｎ⁺領域２の層厚の１／２以上の深さまでエッチン
グすれば平滑化の効果が得られる。即ち、エッチング速
度はリンの不純物濃度に依存し、リンの不純物濃度の高
いｎ⁺領域２の表面側ではエッチング速度が速く、リン
の不純物濃度が低くなるｎ⁺領域２のｎ領域１ａとの境
界側に向かうにつれてエッチング速度が遅くなる。した
がって、ｎ⁺領域２を１／２以上の深さまでエッチング
除去すれば、表面の凹凸の影響は緩和されて平滑な面が
得られる。また、ｎ⁺領域２の下方のｎ領域１ａの一部
を含めてエッチングしてもよい。

（２）ウエハ１の表面が機械的研磨により仕上げられた
面であるとき、ｎ⁺領域２のエッチング量を５μｍ以
上、望ましくは１０μｍ以上とするべきである。また、
このエッチング量が必要以上に大きくても材料のむだで
あるので、このエッチング量を４０μｍ以下、望ましく
は３０μｍ以下とするのが良い。

（３）本発明は標識７の検出をレーザー光線等の光を走
査して行う方法のとき特に有効だが、画像認識等で検出
する方法にも平滑化に伴って認識率が向上するので効果
がある。

（４）標識７はフォトリソグラフィ工程以外におけるウ
エハ１の位置検出にも使用できる。

（５）ウエハ１はＰ型の導電形でもよいが、ｎ型の導電
形のときに特に有効である。

（６）ｎ⁺領域２の表面濃度を１×１０¹⁸cm^-3程度とす
れば、平滑化の効果はそれなりに得られるが、効果を十
分に得るためには１×１０¹⁹cm^-3以上望ましくは１×１
０²⁰cm^-3以上とするのが良い。

（７）本発明は、平滑化すべき面が＃５００〜＃１５０
０の研磨材で機械的研磨して仕上げたウエハに特に有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｉ）は本発明の実施例に係わる半導体
装置の製造方法を工程順に示す断面図、 第２図は第１図（Ｉ）の状態を原理的に示す平面図であ
る。 １…ウエハ、２…ｎ⁺領域、３…絶縁膜、４…フォトレ
ジスト、７…標識。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方の主面側にマイクロクラッ
   クが存在するダメージ層が生じるように機械的研磨され
   た半導体基板を用意する工程と、 五酸化リンを加熱して得た蒸気を使用して前記半導体基
   板に前記ダメージ層よりも深くリン（Ｐ）を導入して前
   記半導体基板の少なくとも一方の主面の略全部を含むよ
   うにｎ型の半導体領域を形成する工程と、 前記ｎ型の半導体領域の表面から前記ダメージ層以上で
   あると共に前記ｎ型の半導体領域の厚さの1/2以上の深
   さまでエッチングして平滑化された表面を得る工程と、 前記平滑化された表面上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜
   の標識形成予定部をその厚み方向において一部又は全部
   除去して、前記半導体基板の位置を検出するために用い
   る標識を形成する工程とを有することを特徴とする半導
   体装置の製造方法。