JPS61185930A - 両面マスク合せ用アラインメントマ−クを有する半導体基板およびその製法 - Google Patents

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 本発明はマスク合せ用アラインメントマークを有する半
導体基板に関する。更に詳しくは、半導体基板等の両面
加工を行う際に表、裏の整合性を保証するための両面マ
スク合せ用アラインメントマークを有する半導体基板お
よびその製造方法に関する。

従来の技術 トランジスタ、ダイオード、ＩＣ等を代表とする半導体
デバイスは、一般に半導体基板等の上にフォｌ−ＩＪソ
ゲラフイー、各種エツチング並びに各種薄膜形成技術等
を適当に組合せて利用して、所定の動作層、素子を形成
することにより得られる。

例えば、フォトエツチングによる場合、前処理（密着性
改善のための予備熱処理、洗浄等）、レジスト塗布、プ
レベーク処理、露光、現像、ポストベーク、エツチング
の各工程に従って目的とするパターンを半導体基板上に
形成することができる。

ところで、前記露光工程を行う際、通常の半導体素子の
製造工程では複数回のエツチング処理が必要であるため
に、予めフォトマスクのパターンと基板上のパターンと
の相対的な位置合せを行う必要がある。このマスク合せ
の精度はそのまま、最終製品の性能の信頼性に反映され
る（特にＬＳＩやＶＬＳ　Ｉなどではその影響が大きく
、製造歩留りが大きく左右される）ので、極めて重要で
あり、そのために様々なアラインメントマークと呼ばれ
るマスク合せ用のパターンが工夫され、目合せ又は自動
的に重ね合せできるようにしている。もっとも最近では
露光装置自体が、夫々特有の位置合せ用パターンを内蔵
しており、それによって自動的な重ね合せが実施できる
ようになっている。

ところで、場合によっては基板等に両面加工を施し、し
かも表、裏の素子間の配列性に整合性が要求されること
がある。このようなものとしては、例えば、基板裏面に
ダイヤフラムを形成し、表面の所定の位置に不純物を拡
散させもしくは注入してひずみゲージを形成し、該基板
を熱応力の小さな支持体に接合して金属ケースなどに装
置した、ダイヤフラム形状を有する半導体圧力センサー
などに代表される、外形・形状に３次元加工を施すこと
が必要とされる半導体装置を例示できる。

このような両面加工を必要とする半導体デバイスの作製
のためには両面のマスク合せが必要であるが、従来はこ
のような操作は非常に難しいものであった。例えば、極
めて特殊な露光装置などといった高価な設備を用いるか
、あるいは通常の露光装置を使用することも可能である
。しかしながら、後者の方法では表・裏貫通した穴等を
利用する必要があり、これらの穴を形成する際、基板の
割れ等の問題を回避するためにはどうしてもレーザー加
工法などの利用が必要であり、高価なレーザー設備など
が必要となる。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、基板等の３次元的加工が必要とされ
る半導体デバイスの作製プロセスにおいては、一般的な
一面加工の際に利用されるプロセス技術をそのまま利用
することは不可能もしくは困難であり、また極めて高価
かつ特殊な設備、装置が必要であった。また、レーザー
加工により貫通孔を設け、それを両面マスク合せ用アラ
インメントマークとして利用することも可能であったが
、この場合貫通孔の表面側断面形状と裏面側断面形状と
が必ずしも一意的に決るものとはいえない。

このような情況の下で、より簡単な操作で、かつ安価な
装置もしくは従来公知の既存の設備を利用して両面マス
ク合せを行い、３次元加工を可能とする方法を開発する
ことは、前記ダイヤフラムを有する半導体圧力センサー
などの量産を可能とし、かつ製造コストを節減し、ひい
ては上記デバイスの需要の拡大を図る上で大きな意味を
もつものと思われる。本発明の目的もこの点にある。ま
た、両面マスク合せ用アラインメントマークを有する半
導体基板を提供することも本発明の目的の１つである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は上記解決すべき問題点としての両面マスク
合せ用アラインメントマークとしては表・裏貫通孔を利
用することが最も有利であり、かつ該貫通孔の表・層形
状を一意的に決め得る手段としては特定の方向性を有し
初期のフォトレジストパターンを正確に転写し得る異方
性エツチング技術が利用できることを見出し、本発明を
完成した。

即ち、本発明の両面マスク合せ用アラインメントマーク
を有する半導体基板は、半導体基板と、該基板に形成さ
れた両面マスク合せ用アラインメントマークとして機能
する少なくとも２つの貫通孔とを有し、鎖孔の表面側断
面形状と裏面側断面形状とが相似関係にあり、かつこれ
らの中心を結ぶ線が前記基板の垂直軸に平行にあること
を特徴とする。

上記本発明の半導体基板は、その所定の面上にレジスト
を塗布し、該レジストの所定の位置に少な（とも２つの
窓を所定の形状で形成し、次いで異方性エツチングする
ことにより少なくとも２つの貫通孔を形成することを特
徴とする。

ここで、異方性エツチングとしては、例えばシリコン基
板を用いる場合には（ｉ）水酸化カリウム、（ｉｉ）ヒ
ドラジン、（ｉｉｉ）エチレンジアミン＋ピロカテコー
ル＋水の混合液などからなる１種のエツチング液を使用
する化学エツチングの利用が好ましい。また、その他の
各種単体半導体、化合物半導体についても、それぞれ公
知の異方性エツチング液などを使用して同様に両面マス
ク合せ用アラインメントマークを形成することができる
。

以下添付図を参照しつつ本発明の方法を更に詳しく説明
する。

第１図は本発明の詳細な説明するための模式的フロー図
である。本発明の方法を実施するには、まず結晶基板の
結晶方位、結晶面を決定しなければならない。これは、
例えばエッチピットを利用する光像法、Ｘ線回折を用い
たラウェ法、電子線回折法など公知の方法に従って行う
ことができる。

かくして、基板１の方位決定を行った後、基板両面に公
知の方法によりＰＳＧＸＳ１０２、ＳＩ３Ｎ４等の膜を
形成し、フォトレジストを塗布したのち、基板片面に第
１図（ａ）に従ってフォトリソグラフィー法によりエツ
チングすべき部分のフォトレジスト５に所定形状の窓３
を必要数だけ形成する。次いで、（ａ）で形成したフォ
トレジスト膜５のパターンをマスクとして異方性エツチ
ング液に耐えるＰ　Ｓ　Ｇ、　５Ｉ０２．５１３　Ｎ−
等の膜を公知のエツチング液を用いてエツチングし、異
方性エツチングのマスクを形成した後、フォトレジスト
５を除去する（第１図（ｂ）参照）。次いで、異方性エ
ツチングを行って、第１図（Ｃ）に示すように貫通孔４
を形成する。更に、異方性エツチングマスクとして使用
したＰ　Ｓ　Ｇ　、　Ｓ　ｒ　０２．５１３Ｎ４等の膜
を除去しく第１図（ｄ）参照）、シリコン基板両面に形
成された穴をアラインメントマークとして後のマスク合
せに用いる。

ここで、レジストとしては公知の各種材料、例えば東京
応化社のＯ３Ｒ，ＴＰＲシリーズ（ポリケイ皮酸ビニル
系樹脂）、５ｈｉｐｌｅｙ社のＡＺシリーズ、東京応化
社の０ＦＰＲシリーズ（ノボラック形フェノール樹脂と
０−キノンアジドのエステル）および東京応化社のＯＭ
Ｒシリーズ、Ｋｏｄａｋ社のＫＭＥＲＳＫＴＦＲシリー
ズ（シスイソプレンとアリルジアジド架橋剤）などの他
、ポリメチルメタクリレート、エポキシ化ポリブタジェ
ンなどの電子線レジストなどがいずれも使用できる。

−作Ｊ 本発明の両面マスク合せ用アラインメントマークを有す
る半導体基板によれば、表面側および裏面側の断面形状
が相互に相似関係にある幾何学形状にあり、しかもこれ
らの中心を通る線が基板の中心軸と平行な貫通孔をアラ
インメントマークとして使用できるので、従来法におけ
る如く、両面マスク合せ用の特殊な装置は必要とされず
、従来の片面加工用の位置合せのみを利用することによ
って、半導体デバイス作製プロセスを実行できる。

また、このような貫通孔の形成方法においても、何隻特
殊な手段、装置を用いる必要がなく、基板の所定面に対
し異方性エツチングが可能なエツチング液の選択が必要
となるにすぎない。

基板に貫通孔を形成するに際して、異方性エツチングを
利用したことに基き、等方性エツチング等にみられるよ
うなオーバーエツチングによるパターンずれが生じない
。その結果、表・裏貫通孔断面間には上記のような幾何
学的関係が保証され、該貫通孔は両面マスク合せ用のア
ラインメントマ−クとして機能し得ることになる。

本発明の半導体基板としては任意のものであり得、特に
前述のようなダイヤフラム形状を有する半導体圧力セン
サーなどの、３次元加工を要する半導体装置の作製プロ
セスにおいて有利である。

実施例 以下、実施例により本発明の方法を更に具体的に説明す
る。

実施例１ ４５０μｍ厚のＳｉウェハを用い、該ウェハの（１００
）面に、６５０μｍ”の窓明はパターンをフォトレジス
トを用いて窓明はパターンを形成したＳｉＯ□により２
ケ所形成し、次いでエツチング液としてエチレンジアミ
ン−ピロカテコール−水混合液を用い、約３時間のエツ
チングを行らたところ、第２図（ａ）、ら）に示すよう
に、ウェハ１の裏面に１３μｍＯの貫通孔を形成するこ
とができた。この裏面の断面は表側の断面（６５０μｍ
ｇ）の中央に位置していた。

かくして形成した貫通孔は両面マスク合せ用アラインメ
ントマークとして十分に満足できるものであった。

更に、約３０分のオーバーエツチングによる孔の裏側断
面の広がりは約２μｍであり、これは位置合せにはまっ
たく支障がなかった。

本パターンにより、４００μｍ±５０μｍ厚のウェハで
両面パターニングが実施できた。

ｍ匁釆 以上詳しく述べたように、本発明の両面マスク合せ用ア
ラインメントマークを有する半導体基板を使用すること
により、従来法でみられたような新たなかつ高価な特殊
装置を使用することなしに簡単に両面加工用の位置合せ
が実施できることになる。

また、該両面マスク合せ用アラインメントマークは簡単
な操作で形成することができ、加工手段が化学エツチン
グによる異方性エツチングであることから、貫通孔形成
に伴う熱ひずみ、機械的衝撃による割れ等の危険性が全
くなく、しかもオーバーエツチングによるパターンずれ
も生じない。

従って、本発明の方法並びに基板は両面加工（３次元加
工）を要する各種半導体装置の製造のために極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の詳細な説明するための
模式的なフロー図であり、 第２図（ａ）は本発明の半導体基板の表面側からみた平
面図であり、（ｂ）は第２図（ａ）のラインＡ−Ａ’に
沿ってとった拡大断面図である。 （主な参照番号） １・・Ｓｉ基板、 ２・・ＰＳＧ、ＳｉＯ□、Ｓ＋＊Ｎ４等異方性エツチン
グマスク、 ３・・窓、　　４・・貫通孔、　　５・・レジスト特許
出願人　　　住友電気工業株式会社代　理　人　　　弁
理士　　新居　正彦第１図 １：Ｓｉ３伝 ２：　ＰＳＧ、ＳｉＯ２，Ｓｉ２Ｎ３等具方性１ツナン
フ゛°マス７３：認 ４４通孔 ５：Ｌジスト

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、該基板に形成された両面マスク合
   せ用アラインメントマークとして機能する少なくとも２
   つの貫通孔とを有し、該孔の表面における断面形状と裏
   面における断面形状とが相似関係にあり、かつこれらの
   中心を結ぶ線が前記基板の垂直軸と平行関係にあること
   を特徴とする両面マスク合せ用アラインメントマークを
   有する半導体基板。
2. （２）前記貫通孔が少なくとも２種の異る断面形状を有
   するものを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の基板。
3. （３）半導体基板の所定の面にレジストを塗布し、該レ
   ジストに所定の位置および形状の少なくとも２つの窓を
   設け、次いで異方性エッチングに付すことにより、少な
   くとも２つの貫通孔を形成することを特徴とする両面マ
   スク合せ用アラインメントマークを有する半導体基板の
   製造方法。
4. （４）前記基板がＳｉ基板であることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の方法。
5. （５）前記異方性エッチングを、水酸化カリウム溶液、
   ヒドラジンおよびエチレンジアミン−ピロカテコール−
   水の混合物からなる群から選ばれるエッチング液の使用
   により行うことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の方法。