JP6705359B2 - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
特許文献1に、薄板部と、薄板部を囲むとともに薄板部よりも厚みが厚い厚板部を有する半導体ウエハが開示されている。この半導体ウエハによれば、厚板部に支持されることによって薄板部の反りが抑制される。薄板部を用いて、厚みが薄い半導体装置を製造することができる。 Patent Document 1 discloses a semiconductor wafer having a thin plate portion and a thick plate portion surrounding the thin plate portion and having a thickness thicker than the thin plate portion. According to this semiconductor wafer, the warp of the thin plate portion is suppressed by being supported by the thick plate portion. A thin semiconductor device can be manufactured by using the thin plate portion.
特許文献1のように薄板部と厚板部を有する半導体ウエハは、薄板部と厚板部の境界の位置に段差を有する。段差を有する表面において、薄板部にパターニングされた構造(例えば、拡散層、絶縁層または電極等)を形成する場合がある。このような構造を形成する場合、半導体ウエハの段差を有する表面において、薄板部内にパターニングされたレジストが設けられる。レジストは、以下のようにして形成される。まず、段差を有する表面に感光性樹脂を塗布する。次に、遮光パターンを有するフォトマスクを介して薄板部上の感光性樹脂に光を照射する。感光性樹脂の光を照射された部分が変質する。以下では、このように、光の照射によって感光性樹脂が変質することを、「感光」という。遮光パターンを介した光の照射によって感光性樹脂を感光させることによって、遮光パターンの形状を感光性樹脂に転写する。その後、感光性樹脂の感光した部分を除去する。除去されずに残存した感光性樹脂が、レジストとなる。レジストを介して、イオン注入やエッチングを行うことで、薄板部にパターニングされた構造(例えば、拡散層、絶縁層または電極等)を形成することができる。 A semiconductor wafer having a thin plate portion and a thick plate portion as in Patent Document 1 has a step at a boundary position between the thin plate portion and the thick plate portion. A patterned structure (for example, a diffusion layer, an insulating layer, an electrode, or the like) may be formed on the thin plate portion on the stepped surface. When forming such a structure, a patterned resist is provided in the thin plate portion on the stepped surface of the semiconductor wafer. The resist is formed as follows. First, a photosensitive resin is applied to the surface having steps. Next, the photosensitive resin on the thin plate portion is irradiated with light through a photomask having a light shielding pattern. The light-irradiated portion of the photosensitive resin is altered. Hereinafter, such deterioration of the photosensitive resin due to light irradiation is referred to as “photosensitivity”. The shape of the light shielding pattern is transferred to the photosensitive resin by exposing the photosensitive resin to light by irradiating the light through the light shielding pattern. Then, the exposed portion of the photosensitive resin is removed. The photosensitive resin remaining without being removed serves as a resist. By performing ion implantation or etching through the resist, it is possible to form a patterned structure (for example, a diffusion layer, an insulating layer or an electrode) on the thin plate portion.
上述したレジストの形成方法では、半導体ウエハの表面に感光性樹脂を塗布するときに、薄板部と厚板部の境界の段差を覆う部分で感光性樹脂が局所的に厚くなる。このため、段差を覆う部分の感光性樹脂が感光し難い。段差を覆う部分の感光性樹脂が十分に感光しないと、この部分の感光性樹脂を適切に除去することができず、段差に感光性樹脂が残存する。この場合、後工程で残存した感光性樹脂が剥離し、パーティクルの原因となる。また、段差を覆う部分の感光性樹脂を十分に感光させるために光の照射量を多くすると、遮光パターンの裏側に回り込む光が多くなり、遮光パターンの形状を感光性樹脂に正確に転写することができない。この場合、薄板部に正確にレジストを形成することができず、加工精度が悪化する。本明細書では、段差を覆う感光性樹脂を十分に感光させることができるとともに、薄板部に正確にレジストを形成することが可能な技術を提供する。 In the above-described resist forming method, when the photosensitive resin is applied to the surface of the semiconductor wafer, the photosensitive resin locally thickens at the portion covering the step at the boundary between the thin plate portion and the thick plate portion. Therefore, it is difficult for the photosensitive resin in the portion covering the step to be exposed. If the photosensitive resin in the part covering the step is not sufficiently exposed, the photosensitive resin in this part cannot be removed properly, and the photosensitive resin remains on the step. In this case, the photosensitive resin remaining in the subsequent step is peeled off, which causes particles. Also, if the light irradiation amount is increased in order to sufficiently expose the photosensitive resin in the portion that covers the step, more light will go around to the back side of the light shielding pattern, and the shape of the light shielding pattern should be accurately transferred to the photosensitive resin. I can't. In this case, the resist cannot be accurately formed on the thin plate portion, and the processing accuracy deteriorates. The present specification provides a technique capable of sufficiently exposing a photosensitive resin that covers a step to a resist and accurately forming a resist on a thin plate portion.
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、薄板部と前記薄板部を囲むとともに前記薄板部よりも厚みが厚い厚板部を有する半導体ウエハを準備する工程と、前記薄板部と前記厚板部の境界の段差を有する前記半導体ウエハの表面に感光性樹脂を塗布する工程と、フォトマスクを介して前記感光性樹脂に光を照射する工程を有している。前記フォトマスクが、透光性ウエハと、遮光パターンと、減光フィルタを有している。前記透光性ウエハが、中央部と、前記中央部を囲む外周部を有している。前記透光性ウエハの下面において、前記中央部が前記外周部よりも下側に突出している。前記中央部内の前記透光性ウエハの前記下面に、前記遮光パターンが設けられている。前記透光性ウエハの上面に、前記中央部で前記外周部よりも光透過率が低くなるように前記減光フィルタが設けられている。光を照射する前記工程では、前記中央部が前記薄板部の上方に位置し、前記外周部が前記厚板部及び前記段差の上方に位置するように、前記透光性ウエハの前記下面を前記半導体ウエハの前記表面に対向させた状態で光を照射する。 A method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification includes a step of preparing a semiconductor wafer having a thin plate portion and a thick plate portion surrounding the thin plate portion and having a thickness thicker than the thin plate portion, the thin plate portion and the thick plate. There is a step of applying a photosensitive resin to the surface of the semiconductor wafer having a step at the boundary of the parts, and a step of irradiating the photosensitive resin with light through a photomask. The photomask has a transparent wafer, a light blocking pattern, and a neutral density filter. The translucent wafer has a central portion and an outer peripheral portion surrounding the central portion. On the lower surface of the translucent wafer, the central portion projects below the outer peripheral portion. The light shielding pattern is provided on the lower surface of the translucent wafer in the central portion. The neutral density filter is provided on the upper surface of the translucent wafer so that the central portion has a lower light transmittance than the outer peripheral portion. In the step of irradiating light, the lower surface of the translucent wafer is abutted so that the central portion is located above the thin plate portion and the outer peripheral portion is located above the thick plate portion and the step. Light is irradiated while facing the surface of the semiconductor wafer.
この製造方法では、半導体ウエハに感光性樹脂を塗布する工程において、薄板部と厚板部の境界の段差を覆う部分で感光性樹脂が局所的に厚くなる。その後、フォトマスクを介して感光性樹脂に光が照射される。フォトマスクの透光性ウエハは、中央部と外周部を有する。中央部が薄板部の上方に位置し、外周部が厚板部及び段差の上方に位置するようにフォトマスクが配置される。減光フィルタは、中央部で外周部よりも光透過率が低くなるように設けられている。したがって、中央部を透過する光が、外周部を透過する光よりも弱くなる。外周部を透過した光(強い光)は、半導体ウエハの薄板部と段差を覆う感光性樹脂に照射される。段差を覆う感光性樹脂に強い光が照射されるので、段差を覆う厚い感光性樹脂を十分に感光させることができる。また、中央部で減光された弱い光は、遮光パターンを介して薄板部を覆う感光性樹脂に照射される。遮光パターンの隙間を通過する光が弱いので、遮光パターンの裏側への光の回り込みを抑制することができる。したがって、薄板部を覆う感光性樹脂に、正確に遮光パターンの形状を転写することができる。したがって、感光性樹脂の感光した部分を除去することで、薄板部の表面に正確にレジストを形成することができる。以上に説明したように、この製造方法によれば、段差を覆う感光性樹脂を十分に感光させることができるとともに、薄板部に正確にレジストを形成することができる。 In this manufacturing method, in the step of applying the photosensitive resin to the semiconductor wafer, the photosensitive resin locally thickens at the portion covering the step at the boundary between the thin plate portion and the thick plate portion. Then, the photosensitive resin is irradiated with light through the photomask. The transparent wafer of the photomask has a central portion and an outer peripheral portion. The photomask is arranged such that the central portion is located above the thin plate portion and the outer peripheral portion is located above the thick plate portion and the step. The neutral density filter is provided so that the light transmittance is lower in the central portion than in the outer peripheral portion. Therefore, the light transmitted through the central portion becomes weaker than the light transmitted through the outer peripheral portion. The light (strong light) transmitted through the outer peripheral portion is applied to the photosensitive resin that covers the thin plate portion and the step of the semiconductor wafer. Since the photosensitive resin covering the step is irradiated with strong light, the thick photosensitive resin covering the step can be sufficiently exposed. Further, the weak light reduced in the central portion is applied to the photosensitive resin covering the thin plate portion through the light shielding pattern. Since the light passing through the gap of the light shielding pattern is weak, it is possible to prevent the light from wrapping around to the back side of the light shielding pattern. Therefore, the shape of the light shielding pattern can be accurately transferred to the photosensitive resin that covers the thin plate portion. Therefore, by removing the exposed portion of the photosensitive resin, the resist can be accurately formed on the surface of the thin plate portion. As described above, according to this manufacturing method, the photosensitive resin covering the step can be sufficiently exposed, and the resist can be accurately formed on the thin plate portion.
図1、2に示す半導体ウエハ12は、薄板部14と厚板部16を有している。薄板部14は、半導体ウエハ12の中央部に設けられている。厚板部16は、半導体ウエハ12の外周部に設けられている。厚板部16の厚みは、薄板部14の厚みよりも厚い。厚板部16は、環状に伸びており、薄板部14を囲んでいる。半導体ウエハ12は、おもて面12aと裏面12bを有している。おもて面12aは平坦である。裏面12bには、薄板部14と厚板部16との境界を構成する段差18が設けられている。
The
実施形態の製造方法では、半導体ウエハ12から半導体装置を製造する。まず、薄板部14のおもて面12a側の半導体領域に、必要な素子構造(図示省略)を形成する。また、薄板部14のおもて面12a上に必要な電極、絶縁層等(図示省略)を形成する。
In the manufacturing method of the embodiment, a semiconductor device is manufactured from the
次に、図3に示すように、スピンコート法によって、半導体ウエハ12の裏面12bに感光性樹脂20を塗布する。より詳細には、半導体ウエハ12をその中心軸周りに回転させた状態で、薄板部14内の裏面12bに液状の感光性樹脂20を塗布する。すると、遠心力によって裏面12b上の感光性樹脂20が外周側に向かって移動する。感光性樹脂20は、段差18を乗り越えて厚板部16まで移動する。したがって、薄板部14から厚板部16に亘って裏面12b全体が感光性樹脂20によって覆われる。このように感光性樹脂20を塗布すると、段差18において感光性樹脂20が局所的に厚くなる。感光性樹脂20を塗布したら、感光性樹脂20を乾燥させる。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、フォトマスクを介して感光性樹脂20に光を照射する。まず、フォトマスクについて説明する。図4、5に示すように、フォトマスク30は、透光性ウエハ32、減光フィルタ40及び遮光パターン42を有している。
Next, the
透光性ウエハ32は、透明なガラスにより構成されている。透光性ウエハ32は、中央部34と外周部36を有している。外周部36は、環状に伸びており、中央部34を囲んでいる。中央部34の厚みは、外周部36の厚みよりも厚い。透光性ウエハ32は、上面32aと下面32bを有している。上面32aは平坦である。下面32bにおいては、中央部34が外周部36よりも下側に突出している。図1及び図4に示すように半導体ウエハ12と透光性ウエハ32を平面視したときに、半導体ウエハ12の薄板部14の直径は、透光性ウエハ32の中央部34の直径よりも大きい。
The
減光フィルタ40は、中央部34内の上面32aに設けられている。外周部36内の上面32aには、減光フィルタ40が設けられていない。減光フィルタ40は、ND(Neutral Density)フィルタ40aとバンドフィルタ40bを有している。NDフィルタ40aは、略全ての波長の光を略均等に減光するフィルタである。NDフィルタ40aは、透光性ウエハ32の上面32aに貼り付けられている。バンドフィルタ40bは、波長によって光透過率が変化するフィルタである。バンドフィルタ40bは、短い波長の光に対して高い光透過率を有し、長い波長の光に対して低い光透過率を有する。より詳細には、バンドフィルタ40bは、i線(365nmの波長の光)に対して高い光透過率を有し、h線(405nmの波長の光)及びg線(436nmの波長の光)に対して低い光透過率を有する。バンドフィルタ40bはNDフィルタ40aの表面に貼り付けられている。
The
遮光パターン42は、中央部34内の下面32bに設けられている。遮光パターン42は、光を透過しない材料によって構成されている。遮光パターン42は、中央部34内の下面32bに部分的に設けられている。下面32bの遮光パターン42が設けられていない範囲では、光が透過する。
The
感光性樹脂20に光を照射する工程では、図6に示すように、透光性ウエハ32の下面32bが半導体ウエハ12の裏面12bと対向するように、フォトマスク30を配置する。より詳細には、透光性ウエハ32の中央部34が半導体ウエハ12の薄板部14の上方に位置し、透光性ウエハ32の外周部36が半導体ウエハ12の厚板部16及び段差18の上方に位置するようにフォトマスク30を配置する。次に、フォトマスク30の上方から、図6の矢印92に示すように、半導体ウエハ12に向かって光を照射する。ここでは、少なくともi線、h線及びg線を含む波長範囲の光を照射する。
In the step of irradiating the
透光性ウエハ32の外周部36は減光フィルタ40に覆われていないので、外周部36では略全ての光が透過する。このため、半導体ウエハ12の厚板部16及び段差18を覆う感光性樹脂20に強い光が照射される。段差18を覆う部分の感光性樹脂20は厚みが厚いが、強い光によってその全体が感光される。このため、厚板部16及び段差18を覆う感光性樹脂20を十分に感光させることができる。
Since the outer
透光性ウエハ32の中央部34は減光フィルタ40に覆われているので、中央部34では光の透過率が低い。特に、バンドフィルタ40bは長い波長の光を透過し難いので、中央部34では長い波長の光が特に減光される。また、中央部34内の下面32bに遮光パターン42が設けられている。遮光パターン42が存在する部分では、光が透過しない。遮光パターン42が存在しない部分(以下、遮光パターン42の隙間という)では、減光フィルタ40によって減光された光が透過する。遮光パターン42の隙間を通過した光は、半導体ウエハ12の薄板部14を覆っている感光性樹脂20に照射される。したがって、中央部34の下側で、光が照射された部分の感光性樹脂20が感光する。これによって、感光性樹脂20に、遮光パターン42の形状が転写される。上述したように、中央部34では減光フィルタ40によって光が減光されるので、遮光パターン42の隙間を通過する光の強度は弱い。しかしながら、半導体ウエハ12の薄板部14を覆う感光性樹脂20の厚みが薄いので、弱い光でも十分に感光性樹脂20を感光させることができる。また、遮光パターン42が中央部34内の下面32bに設けられているので、遮光パターン42が感光性樹脂20に対して近い位置に配置される。これによって、図6の矢印90に示すように遮光パターン42の裏側に光が周り込むことが抑制される。さらに、遮光パターン42の隙間を通過する光の強度が弱いので、図6の矢印90に示すように遮光パターン42の裏側に回り込む光が少ない。特に、バンドフィルタ40bによって回折し易い長波長の光が減光されているので、矢印90に示すように回り込む光は特に少ない。したがって、遮光パターン42の形状を正確に感光性樹脂20に転写することができる。
Since the
次に、感光性樹脂20の感光した部分を選択的にエッチングして除去する。感光性樹脂20の段差18を覆う部分(厚みが厚い部分)が十分に感光されているので、この部分を好適に除去することができる。したがって、段差18に感光性樹脂20の残渣が残存し難い。感光性樹脂20の感光した部分を除去することで、図7に示すように、薄板部14内の裏面12bに、感光性樹脂20の感光していない部分が残存する。感光性樹脂20の残存した部分が、レジスト50となる。次に、レジスト50を介して薄板部14にn型不純物をイオン注入する。レジスト50が正確に形成されているので、n型不純物の注入範囲を正確に制御することができる。その後、必要な電極等を裏面12bに形成し、半導体ウエハ12を複数のチップに分割することで、半導体装置が完成する。
Next, the exposed portion of the
以上に説明したように、この製造方法によれば、感光性樹脂20の段差18を覆う部分(厚い部分)を十分に感光させることができるので、その後にこの部分を好適に除去することができる。段差18に感光性樹脂20の残渣が残存し難いので、その後の工程で残渣を原因とするパーティクルが生じ難い。このため、半導体装置の良品率が向上する。また、この製造方法では、感光性樹脂20の薄板部14を覆う部分に正確に遮光パターン42の形状を転写することができるので、半導体ウエハ12に正確にn型不純物を注入することができる。なお、上述した実施形態ではn型不純物注入時にマスクとして用いられるレジスト50を形成する工程について説明したが、電極や絶縁層をパターニングするためのレジストを形成する工程に本明細書に開示の技術を用いてもよい。
As described above, according to this manufacturing method, the portion (thick portion) of the
また、上述した実施形態では、減光フィルタ40がNDフィルタ40aとバンドフィルタ40bによって構成されていた。しかしながら、減光フィルタ40が、NDフィルタ40aのみ、または、バンドフィルタ40bのみによって構成されていてもよい。また、減光フィルタ40が他のフィルタによって構成されていてもよい。また、上述した実施形態では、透光性ウエハ32の外周部36に減光フィルタ40が設けられていなかったが、外周部36に中央部34よりも光透過率が高い減光フィルタが設けられていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、図8に示すように、減光フィルタ40の側面40cが、透光性ウエハ32の上面32aに対して略垂直であった(なお、図8では、図の見易さのため、NDフィルタ40aとバンドフィルタ40bを区別していない)。この構成では、図8に示すように、減光フィルタ40の側面40cに入射した光が、透光性ウエハ32の中心側に向かって屈折する。このため、屈折した光が遮光パターン42の範囲内に照射される場合があった。これに対し、図9に示すように、減光フィルタ40の側面40cを、透光性ウエハ32の中心側に向かって傾斜させてもよい。図9の構成によれば、側面40cに入射した光が、下方向に屈折し易くなる。このため、屈折した光が遮光パターン42の範囲内に照射されることを抑制することができる。これによって、より正確にレジスト50を形成することが可能となる。
Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 8, the
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and achieving the one object among them has technical utility.
12 :半導体ウエハ
14 :薄板部
16 :厚板部
18 :段差
20 :感光性樹脂
30 :フォトマスク
32 :透光性ウエハ
34 :中央部
36 :外周部
40 :減光フィルタ
42 :遮光パターン
12: semiconductor wafer 14: thin plate part 16: thick plate part 18: step 20: photosensitive resin 30: photomask 32: translucent wafer 34: central part 36: outer peripheral part 40: neutral density filter 42: light-shielding pattern
Claims (1)
薄板部と、前記薄板部を囲むとともに前記薄板部よりも厚みが厚い厚板部を有する半導体ウエハを準備する工程と、
前記薄板部と前記厚板部の境界の段差を有する前記半導体ウエハの表面に、感光性樹脂を塗布する工程と、
フォトマスクを介して前記感光性樹脂に光を照射する工程、
を有しており、
前記フォトマスクが、透光性ウエハと、遮光パターンと、減光フィルタを有しており、
前記透光性ウエハが、中央部と、前記中央部を囲む外周部を有しており、
前記透光性ウエハの下面において、前記中央部が前記外周部よりも下側に突出しており、
前記中央部内の前記透光性ウエハの前記下面に、前記遮光パターンが設けられており、
前記透光性ウエハの上面に、前記中央部で前記外周部よりも光透過率が低くなるように前記減光フィルタが設けられており、
前記減光フィルタの側面が、前記透光性ウエハの前記上面から遠ざかるに従って前記透光性ウエハの中心側に近づくように前記透光性ウエハの前記上面に対して傾斜しており、
光を照射する前記工程では、前記中央部が前記薄板部の上方に位置し、前記外周部が前記厚板部及び前記段差の上方に位置するように、前記光透過性ウエハの前記下面を前記半導体ウエハの前記表面に対向させた状態で光を照射する、
製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
Preparing a semiconductor wafer having a thin plate portion and a thick plate portion surrounding the thin plate portion and having a thickness thicker than the thin plate portion;
A step of applying a photosensitive resin on the surface of the semiconductor wafer having a step at the boundary between the thin plate portion and the thick plate portion,
Irradiating the photosensitive resin with light through a photomask,
Has
The photomask has a transparent wafer, a light-shielding pattern, and a neutral density filter,
The translucent wafer has a central portion and an outer peripheral portion surrounding the central portion,
On the lower surface of the translucent wafer, the central portion projects downward from the outer peripheral portion,
The light shielding pattern is provided on the lower surface of the transparent wafer in the central portion,
On the upper surface of the translucent wafer, the neutral density filter is provided so that the light transmittance is lower in the central portion than in the outer peripheral portion,
The side surface of the neutral density filter is inclined with respect to the upper surface of the transparent wafer so as to approach the center side of the transparent wafer as the distance from the upper surface of the transparent wafer increases,
In the step of irradiating light, the lower surface of the light transmissive wafer is set so that the central portion is located above the thin plate portion and the outer peripheral portion is located above the thick plate portion and the step. Irradiate light while facing the surface of the semiconductor wafer,
Production method.
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