JPS613409A - 半導体ウエ−ハの整合マ−ク形成方法 - 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〕 この発明は、広くはシリコンウェーハの表裏面にフォト
レジストマスクを正確に整合させるための方法に関し、
特に濃くドープされた内側の層をもつウェーハの裏側に
レーザービームを用いて整合マークを書き入れるための
、取付具の不用な処理に関するものである。上記内側の
層にはレーザービームによって顕微璋的な微小な欠陥が
生ぜしめられ、次にウェーハを加熱することによりその
欠陥をウェーハの表側まで伝播させる。すると、欠陥が
ウェーハの表側に伝播した箇所は、ウェーハの裏側に書
き入れられた整合マークと同一位置に位置づけられた影
像としてあられれることになる。

〔従来技術〕

従来、半導体ウェーハの表裏両面を食刻用マスクに整合
させる、という問題が当業者に認識されている。例えば
、米国特許第３７５２５８９号にはウェーハの一側面上
のマスクのパターンを他側面上のパターンに整合させる
ための光学機械的手段及び方法が開示されている。これ
によれば、先ずウェーハ両面上のパターンのパターンの
光学的影像が撮影され、次にその２つの光学的影像が整
合するまでマスクの位置が調節される。

米国特許第４０４６９８５号には、ウエーノ・の裏面を
、溝切シ用（ｋｅｒｆ−ｃｕｔｔｉｎｇ　）レーザーの
軸に繰り返し整合させるための、光学機械的な半導体ウ
ェーハ整合装置が開示されている。この装置においては
、先ず、表面にデバイスパターンと、不透明なウェーハ
上の整合マークとの複写パターンを有する透明なマスク
が視覚的にレーザーに整合されて、この整合を維持する
ように装置がセットされる。こうして、同一の整合マー
クをもつ不透明な半導体ウェーかがそのあと挿入され、
そのウェーハは、ウェーハの反転パターンをもつ透明。

マスクの経路と同一の経路に沿って装置を通過するよう
に移動される。これにより、ウェーハの裏側は、ビーム
が自動的にデバイス間の切断領域に入射するレーザーに
整合する。

米国特許４３１８７５２号には、ｎ型にドープされた層
とそれに隣接するＰ型にドープされた層とをもつ多層半
導体基板において、Ｐ型にドープされた層を通って隣接
するｎ型にドープされた層へレーザービームを通過させ
ることによって、ｎ型にドープされた層にＰ型にドープ
された領域を形成するための方法が開示されている。こ
の方法の原理は、ｎ型の層がレーザービームのエネルギ
ーを吸収して熱を発生し、Ｐ型にドープされた層をｎ型
にドープされた層に拡散させることに基づいている。こ
のとき、レーザービームの波長は、レーザービームが、
Ｐ型の層で吸収を受けることなく通過するように選択さ
れている。

米国特許第４１３１４８７号には半導体ウェーハをレー
ザービームでゲッタリングするための処理方法が開示さ
れておシ、この方法°においてはウェーハの裏面に格子
欠陥と歪みとがつくり出されるように、ウェーハの裏面
にレーザービームが照射される。そのあとウェーハを加
熱すると、歪みが解放されて移動可能な欠陥がウェーハ
の表面から裏面に引き寄せられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明の主な目的は、高価で操作の煩しい整合用の取
付具を使用することなく半導体ウェーハの表裏面を整合
させるための簡易な方法を提供することにある。

この発明の別の目的は、エツチング工程の間のフォトレ
ジスト障壁層を不要とするような整合処理方法を提供す
ることにある。

この発明のさらに別の目的は、サンドイッチ構造または
他の構造であって、その−側面が被覆され、あるいは整
合手続を行うことができないような構造に整合マークを
形成するための処理方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によれば、半導体ウェーハの裏面に整合マーク
を書き入れるべくレーザービームを使用することによっ
て、半導体ウェーハの表と裏の両面に、同一に位置決め
された整合マークが形成される。このとき、レーザービ
ームの波長は、そのビームが薄くドープされたウェーハ
の領域では吸収されずに通過して、次の濃くドープされ
た領域では吸収されるように選択されている。これによ
シ、濃くドープされた領域が熱せられて、そこに欠陥が
生じる。次に、その欠陥を、薄くドープされたエピタキ
シャル層からウェーハの表面へ移動させるためにウェー
ハが加熱される。すると、ウェーハの表面には、ウェー
ハの裏面に書き入れられたマークと同一の位置に位置決
めされた影像があられれる。

〔実施例〕

シリコンウェーハの表面と裏面とでフォトレジストマス
クを正確に整合させることは、驚くほど多数の応用技術
において要求されている。例えば、航空工学や自動車工
学の産業分野では、圧力や、流量や、加速度を測定する
ための変換としてシリコンが利用され始めておシ、この
ためシリコンの両側整合をはかる必要性が顕著に々って
きている。

尚、シリコンの変換器やその他の微小機械的な応用につ
いては、１９８２年５月のＩＥＥＥ　会報の４２０〜４
５７ページ、Ｋ、Ｅ、ビータ−セン（Ｐｅｔｅｒｓｅｎ
　）によるパ機械材料としてのシリコン（５ｉｌｉｃｏ
ｎ　ａｓ　ａ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ　）”　と題する論文を参照されたい。シリコンは微
小機械的な装置に好適である、というのはシリコンの強
度はステンレス鋼の２．５倍だからである。現在、シリ
コンウェーハの両側整合は、先ず接触マスクをシリコン
ウェーハの一側面に整合させ、次に機械的な取付具によ
シウエーハを所定位置に固定することにより行なわれて
いる。それから、第２の接触マスクが第１の接触マスク
に整合される。この整合は両方のマスクの端部に設けら
れた整合マークによって行なわれる。そうして−たん整
合が得られると、ウェーハとマスクの全体がクランプさ
れ、次にフォトレジストの露光が行なわれる。しかし、
この方法における問題点は、きわめて労働集約的であり
、相当な量の処理を要するとともに、手間がかが９自動
化に適合しない、ということである。さらに、最新の投
影印刷具を利用できない、という欠点もある。

そこで、これから述べるこの発明は上記の欠点を解決す
るとともに既存の装置に実施可能な比較的簡単な方法で
ある。

さて、第１図及び第２図には、それぞれ、シリコンウェ
ーハ１０及び１２のその底面１４及び１６に、レーザー
ビーム１８及び２ｏによって書き込みがなされる状態が
示されている。尚、そのどちらの場合にも、図示する上
での便宜上、レーザービームの入射角がある角度だけ傾
斜して描かれているが、実際はレーザービームがウェー
ハの平面状の底面に対し垂直に入射されることを理解さ
れたい。第１図のウェーハと第２図のウェーハの相違は
、ウェーハ１２（第２図）が軽くドープされた基板２４
のすぐ上にｐ　またｌｄｎ　　の層が埋め込まれている
のに対し、ウェーハ１０（第１図）にはそのような層が
埋め込まれていない、ということにある。バイポーラ・
トランジスタの製造の場合、濃くドープされた層２２が
埋め込まれた絶縁層、または（層状の）サブ・コレクタ
に対応する。また、微小機械的構造の場合は、層２２が
、通常は層状であるところの、典型的なホウ素エツチン
グ停止層に対応することになろう。

レーザービームの波長は、真性シリコンのバンド・エツ
ジ（ｂａｎｄ　ｅｄｇｅ　）よりも長い近赤外領域内に
選択されている（そのような波長は、従来の書き・込み
用レーザーから、着脱可能な周波数倍増器を取り外すだ
けで得られる）。こうして、典型的には、ここで利用さ
ｎる最も短い波長は１１μｍであり、最も長い波長は、
要求される解像度によって決定される。

そのどちらの場合にも、レーザービームからの電磁的な
フラックスはウェーハの底面中で熱として散逸し、これ
により特徴的な書き込みマーク２６及び２８が形成され
る。その残りの電磁的フラックスは、軽くドープされた
ウェーハの基板を通過するが、その基板は、選択された
レーザーの波長に対してはほぼ透明である。そして、第
１図においては、レーザービームは、真空チャック２８
に到達するまでシリコンの軽くドープされた層内を進み
続け、真空チャック２７でレーザービームはまわシに悪
影響を及ぼすことなく散逸するが、もしくは反射してウ
ェーハの外方に至る。第２図は、この発明の第１ステツ
プを示す図であり、レーザービーム２０が濃くドープさ
れた領域２２に入射すると、そこで、電磁的なフラック
スが、高ドーピング濃度によってつくり出された自由な
キャリアに結合し、これによりこの領域ではレーザービ
ームの吸収係数が１０°　倍程度増大する。そして、濃
くドープされた層２２は典型的には２〜３μｍの厚さで
あるから、吸収されるエネルギー密度は飛躍的に高まり
、この層内に微小外欠陥２９を生じせしめるに十分カ程
となる。この時点では、整合マークはウェーハ１２の裏
面１６の地点２６にのみ存在しているにすぎない。しか
し、次にウェーハを加熱すると、あたかも゛′秘密のイ
ンク″′の如く、第３図に示すようにウェーハの上面に
書き込みがあられれる。一方、これとは対照的に、濃く
ドープされた層をもたないウェーハ１０においては、同
様な熱処理を施しても、その表面は空白のままである。

尚、濃くドープされた領域と軽くドープされた領域の間
の分割線では１ｃｎｉあたり、３Ｘ１０　　原子のドー
パントが存在している。

欠陥が伝播してゆく機構は次のようなものであると考え
らｎる。すなわち、濃くドープされた層２２に生じた局
所化さ扛た歪みが微小な欠陥をエピタキシャル層３０の
上面に伝播されるとともに、下方の基板２４中にも若干
の距離だけ伝播させる。

このことは第３図の参照符号３２で示されている。

ぐ１００〉ウェーハ中に垂直にそのような欠陥を伝播さ
せるために必要な温度は比較的小さい。例えば、第１〜
４図に示す構造は、７００℃の水晶蒸気で約１時間アニ
ールしたものである。この場合、”　Ｐ　”という文字
がウェーハの底面に書き入れらｎｌその文字の鏡面反転
した鮮明な影像がウェーハの上面で高出力光学顕微竺に
よシ視察された。そして鏡影像の写真が撮られた。言い
かえると、その効果は、あたかも観察者かもとのレーザ
ー書き込みマークをウェーハをそのまま透過して読み取
ったかのようであった。

第１〜４図に示した層の典型的な厚さは次のようである
： 基板＝４００〜６００μｍ 層２２：１〜４μｍ 上層３０　：　１／２〜１０μｍ 水晶層３４：０．０１〜１０μｍ この処理方法にはいくつかの長所がある。例えば、ある
製造工程では、レーザー書き込み整合マーク２６をもつ
基板２４が除去されることがある。

しかるに、本発明の方法によれば、整合マークがエピタ
キシャル層３０の上面に保持される。また、ホウ素を濃
くドープされた層２２に生じた欠陥がレーザー書き込み
整合マークとの正確な対応位置に存在していることは別
の利点をもたらす。すなワチ、例えばＥ、Ｄ、Ｐ、　　
エツチング液を用いた場合、非等方的エツチングが、層
２２及び３０の欠陥によって画定される領域にのみ生″
じ、残りのＰ＋層は通常のエツチング停止層として働く
。このように、レーザーによって生じせしめられた欠陥
をもつ、濃くドープされた層２２が埋め込オれたエツチ
ング停止層としての機能を果たすが、この発明によらな
いならば、エツチングされた整合マークを与えるべくエ
ツチングを続けることが望まれている箇所でＰ＋があら
れれるのを防止するために防護用マスクが必要である。

言いかえると、この発明は、そのような防護用マスクの
必要性を除去するものでもある。

他の実施例 第５Ａ〜５Ｇ回は、半導体基板の一側面が被覆されてい
て物理的に見ることができないようなサンドインチ構造
において整合をはかるための、本発明の他の実施例を示
す図である。先ず第５Ａ図には、濃くドープされた基板
４０と軽くドープされたエピタキシャル層４２とが示さ
れており、エピタキシャル層４２は例えば透明な酸化層
４４で覆わｎている。この実施例では、レーザービーム
４６（第５図）が上面に導入され、その地点からレーザ
ービーム４６は薄い透明な層４４と層４２とを通過する
゛。するとそれらの上面が露光されて、層４４と層４２
の上面に整合マーク４８が書き込まれ、濃くドープされ
た基板４０中に欠陥５２が生じせしめられる。第５Ｃ図
には加熱による欠陥の移動経路５４が示されている（こ
の欠陥の移動は、通常のアニーリング工程によシ生じせ
しめることができる）。図示するように欠陥はエピタキ
シャル層４２の上面に向かって上方に移動してゆくとと
もに、下方に濃くドープした基板４０中にも移動してゆ
く。

第５Ｄ図に示すように、酸化層４４中に、多結晶シリコ
ン、珪化物またはデバイスのような構造５５を形成する
ためにフォトレジストマスク工程が使用される。このと
きマスクを整合するために、書き込まれたマーク４８ま
たは視覚可能な欠陥が利用される。この製造された構成
それ自体は、別の整合特徴を形成する。しがしながら、
第５Ｅ図に示すように、水晶の絶縁層５８を付着し、そ
の水晶層５８に別の不透明なシリコンウェーハ６０を接
着することにより不透明な５ＯＩ（絶縁層上のシリコン
）構造５６がウェーハの上面に形成される。ここで第５
Ｆ図に示すように、例えば１：３：８の比率のＨＮＡの
ような、等方的な、濃度依存性のエツチング剤によりも
との基板が除去される。このとき、軽くドープさｎたエ
ピタキシャル層４２がほぼ完全なエツチング停止膜とし
て働くので、もし本発明に基づかなければ、完全に特徴
のない、すなわち整合マークの設けられていない平面状
の底面が残されることであろう（その上面は不透明なシ
リコンウェーハ６０によって覆われている）。しかしな
がら、本発明によれば、このエツチング剤は軽くドープ
された層４２をエツチングし続けて、その層４２にエツ
チングされた整合マーク６２を形成する。この整合マー
ク６２は、別の構造を、現在隠蔽されている構造５５に
整合させるために使用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、ドーピング濃度の異
なる層をもつ基板にレーザービームを入射し、そのあと
基板を加熱する、というきわめて簡単な手続により、基
板の表裏面に、同一の位置に位置づけら詐た整合マーク
を形成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、濃くドープされた内部領域をもたない半導体
基板全レーザービームが通過する様子を示す図式的な説
明図、 第２図は、濃くドープされた内部領域をもつ半導体基板
をレーザービームが通過する様子を示す図式的な説明図
、 第３図は、基板の内部領域に生じせしめられた欠陥が、
加熱によって基板表面に移動してゆく様子を示す図式的
な説明図、 第４図は、濃くドープされた内部領域をもたない半導体
基板ではその表面が空白のままにとどまる様子を示す図
式的な説明図、 第５Ａ〜５Ｇ図は、本発明の他の実施例に係る処理ステ
ップを説明するための図である。 １８．２０．４６・・・・レーザービーム、２６１、　
２８．４８・・・・整合マーク、２２．４０　・・・濃
くドープされた層、３０，４２・・・・エピタキシャル
層。 出願人　　インターカショナノいヒタス・マシーンズ・
添ンヨン代理人　弁理士　　岡　　　１）　　次　　　
生（外１名） １＋Ｑつ８Ａ１１ 第８図 第４図 第５Ｄ図 第５Ｅ図 第５Ｆ図 第５６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）軽くドープされた第１の層と濃くドープされた第
   ２の層とをもつ半導体ウェーハに整合マークを形成する
   ための方法において、 上記第１の層よりも第２の層でよりよく吸収されるよう
   な波長のレーザービームを上記半導体ウェーハに入射し
   て上記第２の層に欠陥を生ぜしめ、上記欠陥が上記半導
   体ウェーハの少くとも一表面から光学的に検出できる位
   置まで移動するように上記半導体ウェーハを加熱する半
   導体ウェーハの整合マーク形成方法。
2. （２）上記半導体ウェーハがシリコンからなる特許請求
   の範囲第（１）項に記載の半導体ウェーハの整合マーク
   形成方法。