WO2010073226A2 - Herstellung von hohen justiermarken und solche justiermarken auf einem halbleiterwafer - Google Patents

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WO2010073226A2
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light
column
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Gerhard Fiehne
Uwe Eckoldt
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X-Fab Semiconductor Foundries Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one alignment mark in a light-impermeable layer on a semiconductor wafer, there for positioning (adjustment) and arranged in at least one Ritzgraben Scheme. Also affected is an alignment mark, which has been produced by the method. On the one hand, it is indirectly circumscribed as a consequence of the method steps, and on the other hand it is protected by the production and use of the method.
  • the circumscribed light-opaque layer is, for example, a black, light-sensitive lacquer.
  • This light-absorbing layer protects e.g. light-sensitive areas of circuits with optically integrated elements in front of an incident light, and preferably this layer is patterned.
  • black photoresists are carbon-based black resist or pigment-based black resist, both of which are useful as a light-shielding layer.
  • This layer is usually applied to a passivation layer at the end of the manufacturing process. It is a non-transparent negative photoresist with planarizing properties.
  • lacquer with a defined thickness can compensate for the existing surface topography (smaller depressions or depressions are filled with this lacquer). The result would then be a flat surface, so that usual alignment marks of an alignment optics due to the significant coverage height of surfaces of Justiermarken (or all surveys of each alignment mark) can no longer be detected.
  • this layer Prior covers circuits deposited in the active areas on the semiconductor wafer, and may continue to protect the light-sensitive areas where no patterning occurs, or may be after structuring certain light-sensitive areas as optical sensors (optically active elements) make accessible in the integrated circuits for the light, while protecting other areas by further presence of the layer against light. State of the art.
  • Light-impermeable for example, shielding layers, so-called black, light-sensitive lacquers or "light-shield resist masks", as well as optical protective layers find - according to their properties - application in sensors and circuits of the semiconductor industry.
  • the light-absorbing layer protects, for example, light-sensitive areas of circuits outside remote stars (introduced openings) in a structured light-absorbing layer.
  • the circuits may each be provided with one or more integrated optical elements. In front of incident light, the areas outside the active optical elements can be protected. However, the light-absorbing layer can also generally be associated with circuits without optical elements in which light-sensitive areas are to be protected.
  • the protection refers to e.g. on the prevention of parasitic effects of light on the circuits.
  • This light-protective layer is produced, for example, as an initially flat metal, photoresist or plastic layer which, depending on the material used, has reflective and / or absorbing capabilities and can be structured in the course of the process.
  • US 3,969,751 (Drukaroff, RCA) describes a light-shielding (or light-shielding) layer of, for example, blackened photoresist, blackened metal, or plastic containing carbon particles.
  • a light-shielding layer in sensors is described inter alia in US 4,785,338 (Kinoshita, Canon).
  • materials such as epoxy resin, silicone resin, urethane resin, and a kind of black paint or black dye are used.
  • US 2004/0032518 A1 (Benjamin, Tower Semiconductor) discloses a light-shielding, structured layer in the case of image sensors, this layer containing a photosensitive coating with carbon particles.
  • FIG. 1 shows the principle of such a raised alignment mark with a plurality of elevations, which are arranged in a longitudinal extension of a cavity in the cavity.
  • layers to be patterned transmit light or, like the photoresist, are transparent at the wavelength of a biasing optic.
  • the alignment marks can be optically recognized by the photoresist or the layer to be structured.
  • a general problem with light-absorbing layers, however, is the exact adjustment of these layers to the pre-plane, since the carbon- or pigment-containing photoresists in the wavelength range of visible light (350 nm to 800 nm) are not transparent.
  • alignment marks are placed in light-impermeable materials, such as metal or poly-silicon, they can not be recognized by the alignment optics, so that the targeted positioning of these layers to the pre-plane is not possible. It helps here with a corresponding surface topography before applying the at least light-absorbing layer to be structured, which is transmitted in the form of a notch in just this layer and remains recognizable for the alignment optics.
  • No. 6,153,492 (Wege / Lahnor, Infineon) describes a method for increasing the contrast of alignment marks after deposition and backplanarization of a tungsten layer.
  • the trenches are etched free again around the alignment marks in an additional step, for example etched back.
  • the recesses thus formed are transferred to a subsequent deposited aluminum layer.
  • a variant likewise specified in US Pat. No. 6,153,492 includes etching back the oxide layer surrounding the trenches.
  • the tungsten layer now projects beyond the surface of the oxide layer and forms an edge for the exposure of a subsequently deposited aluminum layer.
  • DE 102 59 322 B4 (Infineon) describes a method for forming an alignment mark in a light-impermeable layer on a semiconductor wafer.
  • trenches of different depth and width are formed in the semiconductor substrate and filled with a first layer. Trenches of lesser width and depth are completely filled and trenches of greater width and depth are only partially filled. The latter are the trenches for the alignment marks.
  • a second layer is deposited with such a thickness, which now completely filled the trenches of the alignment marks.
  • the second layer has a selectivity in the etching process with respect to the first layer. This is followed by a chemical-mechanical polishing process to achieve a flat surface.
  • the second layer now only in the trenches of greater width and depth (the trenches of the fiducial marks), is etched in an etching process so that these trenches contain new recesses. Since the etching rate of the second layer is many times higher than that of the first layer, the re-etching depth of other regions of the substrate surface is comparatively small. If a light-impermeable layer is then applied, the new depressions are transferred to this light-impermeable layer with sufficient conformity and appropriate thickness of the layer. The position of the depression can now be detected by means of alignment optics as alignment mark. This method requires at least one additional layer and at least one additional etching step, and a polishing process.
  • the invention has for its object to provide a simple and inexpensive method for the production of alignment marks in a semiconductor wafer with an at least opaque or light-absorbing layer that manages without auxiliary layers and additional process steps, alignment marks are to be generated by an exposure system (or an alignment optics) can be detected.
  • the inventive method for producing at least one alignment mark on a semiconductor wafer with the use of an opaque layer for (later) structuring or (permanent) protection of circuit elements proposed (claim 1, 26).
  • a semiconductor wafer (claim 25) having at least one alignment mark in a scribe trench area (scribe line), in particular at least one or more group (s) of at least two mutually perpendicular column groups (claim 16) in mutually perpendicular Ritzgraben Schemeen (in x and y-direction). This implies that the two column groups of a group are also oriented orthogonally to each other.
  • the claimed method achieves applying the light-absorbing layer to a wafer having a plurality of mutually distinct integrated circuits without losing the possibility of positioning the wafer in its position by optically detecting alignment marks (in an exposure system or alignment optics). to recognize and thereby to position the wafer, for example, for the application of another layer or for adjusting a photomask.
  • the targeted Positioning this, for example, next layer to the pre-plane becomes possible despite using the applied light-absorbing layer, which covers light sensitive areas of circuits - in the demarcated integrated circuits - or alternatively, after further patterning, exposes light sensitive elements in the light incidence circuits , but in the remaining area outside the light-sensitive active element continues to cover against incidence of light.
  • the opaque layer is applied to a passivation layer at the end of a fabrication process, which deposited layer covers both the area of scribing trenches between the integrated circuits and covers active areas of the semiconductor wafer.
  • the scribing trenches are as narrow as possible in order to be able to optimally use the wafer area with active area for circuits to be inserted.
  • the alignment marks are placed in the cavities of the scribing trenches in such a way that an alignment mark extends along the longitudinal extension of a cavity in the scribing trench.
  • the cavity forms the depression in the scribing trench, in which a respective alignment mark is arranged and has a distance from the edges of the depression.
  • an alignment mark in the X direction and an alignment mark Y direction belongs together functionally and is here called "logical alignment mark”. It is arranged in a spatial area and consists of two mutually perpendicular rows of columns, which are arranged not in the same place, but in the specific, functionally outlined area.
  • each column group extends along the cavity in which it is located.
  • the cavity itself is no longer a complete cavity after application of the light-impermeable layer, but is partially filled with the deposited Layer, respectively the material of this layer.
  • the cavity is only partially filled up and the column group remains optically visible, for example for the alignment optics. This despite the light-impermeable layer.
  • the surfaces of the individual columns of the row of columns are not covered in such a way that these surfaces can no longer be visually recognized by the said alignment optics. This can be done in the sense that the surfaces of the individual columns of the column group (associated with an alignment mark) remain free, so are not covered by the light-opaque layer or a portion thereof or a (parasitic) coverage is so low that a optical recognizability remains (claim 19,20).
  • a thickness not exceeding 200 nm is such a thickness which, owing to its transmission (claim 20), still allows the surfaces of the row of columns to be seen, but preferably the surface of the row of columns remains exposed and uncovered by the light-impermeable layer As a result, the cavity has a minimum width and the columnar group has an associated height greater than the deposited thickness of the applied opaque layer, so that the surfaces of the columnar group are not covered by the light-impermeable layer.
  • non-occlusion is - as I said - even such a minor coverage understood that makes the optical recognition by the alignment optics or exposure system is not impossible.
  • the "light-barrier" layer as a light-absorbing or opaque layer may be carbon-based (claim 24).
  • This carbonaceous layer is z. B. a carbon-based black resist.
  • Claim 1 is read so that at least one alignment mark in a scribble (in the longitudinal cavity) is produced. It should be read individually on both the X direction and the Y direction. It can also be read so that in the case of two cavities one alignment mark each is arranged in a respective cavity and this respective cavity is assigned to a respective scoring trench, which two scoring trenches are aligned orthogonally to one another.
  • the two aforementioned alignment marks (as column groups) would then functionally belong together and form a "logical alignment mark" (consisting of at least two physical alignment marks and these each from a column group).
  • the alignment marks produced according to the invention are also recognizable by the exposure system when using opaque layers, such as non-transparent photoresists, so that a precise alignment of the wafer during exposure is made possible and thus the quality of a structuring process is increased.
  • the alignment marks in the cavity can be used to align a photomask with the pre-plane. Using this photomask, the photoresist is exposed in certain areas and then developed, resulting in the said structuring. This also falls under the understanding of the increase in the quality of a structuring process, which naturally takes place after the targeted alignment over the at least one alignment mark, the logical alignment mark or a group of logical alignment marks.
  • a further advantage of the invention is that the method is easy to implement, since existing in the process existing processes (etching steps), whereby the claimed method can be carried out inexpensively and without additional effort (claim 21).
  • the etching of the cavities in the scribing trenches
  • the etching step for a passivation layer claim 22, 28
  • which passivation and / or which etching step are present anyway in the production process of the wafer.
  • the passivation may be part of the layer stack, in which the cavities are etched, in which the columns remain standing (claim 22). However, it can also be located outside the Ritzgraben in the rest of the active wafer area.
  • the layer stack may in one embodiment be formed of an Intermediate Layer Dielectric (ILD), an Intermetal Dielectric (IMD) or a Passivation Layer (Päd Oxide) (claim 23).
  • ILD Intermediate Layer Dielectric
  • IMD Intermetal Dielectric
  • Päd Oxide Passivation Layer
  • This sequence of layers is etched as a "stack of layers" with a photomask to form the cavity (s).
  • At least one etching step for etching the layer stack is already used in the plant for producing the wafer (claims 21, 22). This etching step is preferably provided for the passivation layer.
  • etching steps it is also possible to carry out a plurality of etching steps, depending on whether it is only an oxide or a combination of oxide and nitride as a layer stack. At least one or some of them are those etching steps which also find application in the production of the wafer, or in other words, would have been used anyway.
  • the etching time is adjusted so that the layer stack is etched down to the substrate by a corresponding overetching of the layer stack - to form the cavity - and the columns of the column group remain in the cavity.
  • the height of the column group is down to the substrate of the wafer reaching formed (claim 2), wherein the adjustment of the wafer is always secured in the subsequent fabrication steps.
  • the cavity, or each cavity is etched around a respective pillar group and also around each pillar down to the substrate of the semiconductor wafer, thereby forming the group of pillars stops in the cavity. Silicon may be used as the substrate of the wafer.
  • This production of the column group applies both to the x-direction and to the y-direction, which are referred to below as X-cavity and X-trench trench respectively Y-cavity and Y-trench trench (claim 2, 3).
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that after the application of the opaque layer no planarization is carried out (claim 4), whereby on the one hand a fabrication step is saved because it is superfluous, and on the other hand, a further impairment of the columns of each column group is avoided.
  • the column groups are prepared with the following dimensions (claims 5 to 8): height of the columns above 1 .mu.m to 5 .mu.m, preferably 3 .mu.m, and length / width of 2 .mu.m to 5 .mu.m, preferably 4 .mu.m.
  • It column-shaped alignment marks are produced, which can be well recognized on the one hand by the Justieroptik and on the other hand in the subsequent application of the light-impermeable layer, not or only parasitically covered with the material of the light-impermeable layer.
  • each column used as an alignment mark in the subsequent application of the opaque layer not or only very slightly (claim 19, 20) be covered the material of attributable to the cavity layer portion of the light-impermeable layer. As such, the columns would project from this opaque material in the cavity with their surfaces (claim 10).
  • a description of the width-expansion of the cavity can also be made relative to the width of the columns in the column group in this cavity (claim 27).
  • the height of the columns is above 1 .mu.m (claim 26), so that they can be called conceptual columns.
  • the opaque layer portion in each cavity in which a column group stands, is limited in its filling height, that the minimum height of the columns is functionally circumscribed as well as the width of the cavity. Outside the cavity, this light-opaque layer is on the wafer in its applied thickness (claim 10). It serves the (permanent) protection of a circuit element or is intended for (later) structuring. It has its preferred thickness between 0.8 ⁇ m and 2.5 ⁇ m.
  • the description of the relative width of the cavity is based on a multiple of the width of the column group; the preferred width of substantially 4 microns of the column group leads over the factor 20 to the preferred width of the cavity (claim 9).
  • a margin of the column width between 2 ⁇ m and 5 ⁇ m results in a width range between 40 ⁇ m and 100 ⁇ m for the cavity (claim 27).
  • the light-impermeable layer is preferably produced with a thickness of 0.8 ⁇ m to 2.5 ⁇ m (flat outside the cavity of the scribing trench). It also penetrates into the cavity, but only limited so that the level of the opaque layer remains below the level of the surfaces of the columns, which is most likely to ensure that the upper ends of the columns are exposed, and so with certainty can be recognized (claim 10).
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that a space-saving "singlemark" is formed (claim 1 1).
  • the Ritzgraben Scheme (Scribe Line) of the wafer can thus be so narrow be kept as possible in order to use the wafer surface optimally for chips.
  • Two single marks are functionally defined (claim 12) and comprise a column group in the x-direction and a column group in the y-direction, but not in the same place, but in two mutually perpendicular cavities of two mutually perpendicular Ritzgraben Schemeen. Two single marks thus comprise two rows of columns and should be understood as the "logical alignment mark" described above.
  • the singlemark also includes the statement that no further column group is arranged to the left and right of a column group within the same cavity.
  • the width of the cavity divides on the left side and the right side of a column group, as is the case for the other column group perpendicular thereto, which together with the first column group is part of the "logical singlemark".
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is to form the column group as a stack mark (claim 14).
  • the materials of the column group are advantageously matched with the manufacturing steps to be carried out on the wafer in any case and are advantageously formed from oxide or nitride or oxynitride or any possible combination thereof.
  • This stack mark describes the use of multiple layers of a stack of layers located on the substrate prior to etching the cavity and, in the context of sinking the cavity and forming the pillar groups, also define the consistency and texture of each pillar at the bottom of the cavity , preferably stay on the substrate.
  • the layer stack of a plurality of said layers also forms the left and right wall of each cavity (claim 17,18). This width dimension of the cavity can be circumscribed either over the edge of the cavity (claim 17) or defined over the wall of the remaining layer layer.
  • the alignment marks are made from at least one metal layer (claim 15). At least one metal layer is provided, or the pillars of a pillar group are formed as a pure metal pillar to form a pure metal mark or "metallic pillar group". Preferably no metal layers are used in combination with oxide layers / nitride layers.
  • the semiconductor wafer (claim 25) having at least two alignment marks which are perpendicular to each other, is a consequence of the manufacturing process. On the one hand, it is characterized by method steps that leave their traces in the alignment marks, on the other hand by structural elements.
  • An x-direction and a y-direction define two mutually orthogonal alignment marks. They are each from surrounded by a light-impermeable layer portion of an applied layer, are embedded therein, but are not covered so that an optical detection of an exposure system (or an alignment optics) is impossible.
  • the applied layer is later patterned, or serves to protect at least one optically sensitive region of a circuit element outside the two mutually perpendicular cavities.
  • a light-impermeable layer portion of the deposited layer does not completely fill the mutually perpendicular cavities, so that the column groups standing in them are not completely covered by the light-impermeable layer portion which is attributable to a respective cavity.
  • the columns should be above 1 .mu.m, preferably of the order of magnitude of 4 .mu.m.
  • FIG. 1 shows alignment mark 4 as three groups according to the state of
  • FIG. 1a shows this alignment mark 4 as parallel groups with an explanation of the dimensions of the elevations and their spacings in the cavity in the photoresist 3.
  • Figure 2a shows a new alignment mark as a group 16y of columns according to an embodiment of the invention in plan view in the y-direction in a Y-cavity of a Y-trench trench.
  • FIG. 2b shows the column 16d of the pillar group 16y in section AS-AS from FIG. 2a.
  • FIG. 3 shows an enlarged plan view of the above-left several columns 16a to 16f in the layer portion 17y of the light-impermeable layer 17.
  • FIG. 4 shows an enlarged plan view of a plurality of columns 16a 'to 16f which remain free at the top in a layer portion 17x of the light-impermeable layer 17 in a cavity 12x extending perpendicular to FIG.
  • FIG. 5 shows the cavity 12y with the pillar group 16y after an etching step and before the light-impermeable layer 17 is applied in plan view and in section BS-BS (through the pillar 16e).
  • FIG. 6a shows the structure of FIG. 5, but in the x-direction.
  • FIG. 6b shows the section CS-CS from FIG. 6a through the column 16e 'of the pillar group 16x in the cavity 12x.
  • Figure 7 shows a wafer 100.
  • the thicker lines illustrate scribing trenches. This contains the alignment marks.
  • Each chip is surrounded by scraps, for example, the chip 100a.
  • Figure 7a is a singulated chip 100a from the wafer 100 of Figure 7. It has active circuits which may also have active optical elements.
  • 1 shows an alignment mark 4 - with three parallel elevations 4 ', 4 ", 4 * - according to the prior art, wherein a silicon substrate 1, a uniform layer 2 (as a so-called single layer) for forming the alignment mark 4th and a light-transmissive lacquer layer 3 (as a photoresist) is shown, which has a flat surface, so that the alignment mark 4 can be recognized only if the lacquer layer is transparent to light In such systems, the layer thickness of the layer 2 is less than 1
  • the width of each elevation is usually 4 ⁇ m
  • the width of the cavity 2a is approximately 90 ⁇ m It is completely filled with lacquer 3a of lacquer layer 3, also with lacquer 3b above the elevations 4 ', 4 "and 4 * .
  • a non-transparent (light-opaque or light-reflecting or light-absorbing layer), for example, black photoresist based on carbon or pigment requires different alignment marks.
  • the black photoresist is used as a "light-shielding" or at least light-barrier layer to protect light-sensitive areas of circuits on a semiconductor wafer, or the black photoresist is used as a photomask in the patterning of one or more circuit elements , For this, the black paint should be adjusted to the pre-level.
  • the black lacquer layer is applied to, for example, a passivation layer at the end of the manufacturing process. It is a non-transparent negative photoresist with planarizing properties. Paint with a defined thickness can compensate for the existing surface topography. Smaller pits or hollows are filled with this varnish. The result is then a flat surface, so that conventional alignment marks are no longer recognized by the alignment optics.
  • layers and etching steps present in the process are utilized by etching doped or undoped oxide layers or oxynitride layers or nitride layers or a combination thereof.
  • stack marks When using a combination of layers, so-called “stack marks" are generated.
  • Metal layers can also be used to form the alignment marks, but not in combination with oxide / nitride layers. For simplicity, a suitable mask layout ensures that there is no metal between the oxide / nitride / oxynitride layers.
  • column groups of the stack marks have the above-mentioned layers.
  • the columns are formed after an etching step, for example by anisotropic Dry etching (RIE).
  • RIE anisotropic Dry etching
  • the layer (s) is / are etched down to the silicon substrate to form cavities.
  • the "exposing" of the column groups in the cavities takes place with an etching step already used in the process, for example one with which a passivation layer is etched.
  • the two layer portions in the area of the cavity form part of the entire applied layer 3, which could only achieve a recognizability of the surfaces of the elevations 4 ', 4 "and 4 * in the case of transparency, however, a non-transparent layer, also referred to below light-impermeable or light-absorbing layer 17.
  • the alignment marks used are designated as columns, with one column group consisting of closely spaced individual columns arranged in a row 2a, 2b is filled, but not completely filled, but only partially, FIG. 5 illustrates the cavity 12y, in which a column row 16y free after the etching process of the cavity remains, consisting of six individual columns 16a in the example to 16f exists.
  • This column row 16y with a single-digit number of individual columns extends in the y direction, parallel to walls 15 'and 15 "of the cavity 12y.
  • the lower half of Figure 5 shows the height h 16 of the column 16e and also representative of the other columns 16a to 16f of the column row 16y, which can be used in the finished state as an "alignment mark".
  • this design of the stack mark is also that of Figure 5. It consists of two layers 15a ', 15b', which were part of a layer sequence or a layer stack 15 with two layers 15a and 15b.
  • This layer stack initially has no cavity arranged on the substrate 11, and this cavity is formed by an etching step in which the columns of the column row 16y remain standing. The columns are given a width b- 6 and a height h 16 , and are located on the bottom of the cavity 12y, which is the surface 11a of the substrate 11.
  • the substrate may be a silicon substrate.
  • FIG. 2a, 2b The course direction of the "trench”, here named Y-cavity, can be seen in FIG. The same direction can also be found in FIGS. 2a, 2b.
  • the trench 12y is partially filled with the light-impermeable layer 17, respectively the layer portions 17y of the layer 17 in the cavity 12y, not up to the surface of the pillar group 16y.
  • the columns are square in cross section in the example, which can be seen in FIG. They have in addition to the width br also a length I 16 , and are spaced (while closely adjacent), so are each free in the cavity 12y, which is apparent from Figure 5 (upper panel). A close neighborhood can be seen that the distance between two columns of a group is smaller than the length U 6 of a column.
  • FIG. 7 shows a wafer 100.
  • This wafer consists of a large number of individual chips arranged side by side, one of which is symbolically selected as a single chip 100a. Each chip is separated from neighboring chips by scratches. A separation of the individual chips, for example for that individual chip 100a of FIG. 7a, takes place at these scribing trenches.
  • the scribing trenches extend in the x-direction and in the y-direction.
  • Part of a Ritzgrabens is also a cavity which extends in the longitudinal direction of the Ritzgrabens, but whose width is smaller than the Ritzgraben is specified in terms of its dimension. If the cavity can be kept small in its width b- 2 , the width of the scoring trench is also small.
  • the Ritzgraben should be as narrow as possible to be able to use the wafer surface optimally for chips.
  • the cavities in the y-direction explained with reference to FIGS. 5 and 2a, 2b are the vertical direction of FIG. 7 and FIG. 7a, respectively.
  • the vertical trench ditch contains the cavity 12y.
  • At least one column row 16y is arranged in this cavity.
  • the orthogonally oriented x-direction and its X-trench trench contain at least one further column row, which can be explained with reference to FIGS. 6 a, 6 b and FIG. 4.
  • This column row 16x is oriented perpendicular to the column row 16y, but physically as well as the column row of the columns 16a to 16f, here in the column row 16x in the x direction, the individual columns 16a 'to 16f.
  • the height hie of the individual columns of the row of columns 16x of Figure 6b is also h 16 .
  • the Width and length of the single column is corresponding to the orientation rotated 90 ° so that the length in the longitudinal direction x of the cavity 12x extends, and the width perpendicular thereto, which b- ⁇ be seen in Figure 6b and the width. 6
  • FIG. 5 there are stack marks, which are formed according to the structure of Figure 5, only with the corresponding other orientation.
  • the reference symbols x and y indicate this and the explanation for FIG. 5 can also be transferred to FIGS. 6a, 6b with the corresponding proviso of the change of direction.
  • a scribe trench currently has a width of slightly more than 100 ⁇ m, and in one embodiment, the width b 12 with 80 ⁇ m fits into it. On both sides of a row of columns this would mean a distance from the inner wall 15 ', respectively 15 "of the remaining layer stack of at least 40 .mu.m
  • the column row itself can have an extent in this direction of b.sub.1 / 6 , which may be in the range between 2 .mu.m to 5 .mu.m
  • the pillars have an order of magnitude of 4 ⁇ m in the widthwise direction and, corresponding to the square cross-sectional shape, also an extension 16 in the longitudinal direction, which may have the same dimension as the width direction.
  • a relative view shows the ratio of substantially 20 between b- 2 and b-i6 or between 8 and 50 at the widest columns and narrowest cavity, or vice versa.
  • each column in the column group 16y and 16x is above 1 micron and is favorably located in the range up to 5 microns. Preferred orders of magnitude are around 3 ⁇ m, so that it can be seen that these columns have a substantially greater vertical extent than the elevations from FIG. 1, 1a.
  • the at least one column group 16y in the y-direction should be explained in more detail after the application of the opaque layer 17 with reference to FIGS. 2a, 2b and 3.
  • the corresponding result of the explanation is then transferred analogously to FIGS. 6a, 6b for the x direction, resulting in the detail enlargement of FIG. 4 for the x direction and the column group 16x.
  • a layer portion 17y or 17x is used symbolically, which is, however, part of the one applied layer 17, which is opaque or light-absorbing.
  • This layer has in the preferred Embodiments a thickness of not more than 2.5 microns and should not fall below a thickness of 0.8 .mu.m.
  • FIGS. 2a, 2b After applying the layer 17 to the wafer 100 and thus also to the cavity 12y and the pillar group 16y of FIG. 5, the image of FIGS. 2a, 2b is obtained.
  • the layer 17 has penetrated in plan view into the cavity 12y and surrounds all individual columns 16a to 16f of the column group 16y, which extends in the y direction.
  • the section AS-AS is shown in FIG. 2b. This shows that - in the depth direction - the cavity 12y was not completely filled, but only partially.
  • the layer portion 17y of the layer 17 leaves the surfaces of the individual columns 16a to 16f free. This can be seen on the column 16d shown in section.
  • This "release” of the column group 16y results from the width of the etched cavity and the row of columns left therein with their height dimension.
  • the height dimension is larger than a thickness of the layer portion 17y, and the outer edge portion 12y 'near the vertical wall 15' on the left side and 12y "near the vertical wall 15" on the right side is not used for the thickness dimension of the layer portion 17y.
  • the regions 12y 'and 12y "at the left and right edges of the filled layer portion 17y may extend to the height of the layer or layer stack 15, or slightly below it on one side or the other can not be determined with this accuracy.
  • the layer portion 17y of the light-impermeable layer 17 filled in the cavity 12y does not reach in the central area around the pillar group 16y and in the left and right center areas the height which exists between the surface of the columns of the pillar group and the bottom 11a of the cavity 12y lies. Only in the outer edge region 12y 'and 12y "can the filled portion 17y reach this height dimension or exceed, however, contributes functionally to the preservation of the visual perceptibility of the column group nothing, respectively nothing disadvantageous.
  • the column group 16y formed as a stack mark can be seen in the section of the column 16d, consisting of two layers 15a ', 15b', of which at least one layer is an oxide or nitride or oxynitride, and the other layer has a correspondingly different material, also selected from the said group. More than two layers are possible, but not shown separately. The skilled person can easily imagine this with the help of the explanations given here. Also, only a single layer can be present. One of the layers, for example the layer 15a, may be a passivation layer. It can also extend to the rest of the active wafer area outside the area shown. In the same way applies to the columns of the column group 16x.
  • each of the pillars of the pillar group may comprise at least one metal layer, and this metal layer may be multiple in height direction, or may extend entirely in the height direction h 16 . In the same way applies to the columns of the column group 16x.
  • FIG. 4 shows an enlarged detail of this.
  • the pillar group 16x can be seen here, which is surrounded by the layer portion 17x which has been filled into the cavity 12x and forms part of the layer 17.
  • the pillars 16a 'to 16f remain visually recognizable, although they are surrounded by and embedded in the light-opaque layer portion 17x. However, their surfaces are not completely covered, at most they are kept purely parasitic with a maximum residual layer thickness of 200nm in the surface area of the layer portion 17x, so that they remain visually recognizable. The corresponding residual content is not opaque due to its transmission.
  • FIG. 7a The rows of columns 16x and 16y are arranged in different places. They are aligned in different directions, which is easily recognizable in FIG. 7, FIG. 7a.
  • the enlarged detail of Figures 3 and 4 shows two different locations in two mutually perpendicular cavities, but show two logically connected columns groups 16x, 16y, which remain usable as a "logical alignment mark" for a Justieroptik. At least one such pair allows the alignment optics to be successfully aligned or positioned. It is also possible to form several of these pairs, at further different locations, so that a group of logical alignment marks is formed, but the arrangement can preferably work with only the one pair according to FIGS. 3 and 4.
  • Two such single marks on a semiconductor wafer in the x and y direction scribe trench regions would be used by alignment optics to reliably achieve positioning.
  • a logical alignment mark comprises at least two mutually perpendicular rows of columns or two mutually perpendicular "alignment marks", one of which is aligned in the y-direction, another in the x-direction, but not in the same place.
  • the logical coherence of two single brands says nothing about their physical togetherness.
  • the y singlemark could be located in a y-trench trench and the x singlemark in the next x scribble trench.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Herstellung von Justiermarken auf einem Halbleiterwafer bei Verwendung einer licht-undurchlässigen Schicht (17), wobei vor dem Aufbringen der licht-undurchlässigen Schicht (17) durch Ätzen von Kavitäten frei stehende Säulengruppen in den Kavitäten hergestellt werden und danach die licht-undurchlässige Schicht (17) aufgetragen wird. Die Säulen werden mit einer Höhe oberhalb 1 μm hergestellt, die auβerdem gröβer ist als eine Dicke der aufzubringenden, licht-undurchlässigen Schicht (17) in den Kavitäten als Schichtanteile (17x;17y). Die Kavitäten werden mit einer solchen Breite ausgebildet, dass sie beim Aufbringen der licht-undurchlässigen Schicht (17) nur teilweise mit den Schichtanteilen (17x;17y) befϋllt werden. Die mit dem Verfahren hergestellten hohen, frei gestellten Justiermarken als Säulenreihen (16x,16y) mit mehreren Einzelsäulen (16a;16a') in einer Kavität (12x,12y) eines Ritzgrabens auf dem Halbleiterwafer werden ebenfalls beschrieben.

Description

Herstellung von hohen Justiermarken und solche Justiermarken auf einem Halbleiterwafer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zumindest einer Justiermarke in einer licht-undurchlässigen Schicht auf einem Halbleiterwafer, dort zur Positionierung (Justierung) und angeordnet in zumindest einem Ritzgrabenbereich. Ebenso betroffen ist eine Justiermarke, die nach dem Verfahren hergestellt worden ist. Sie ist einerseits als Folge der Verfahrensschritte mittelbar umschrieben, und andererseits durch die Herstellung und Verwendung des Verfahrens mit geschützt.
Die umschriebene licht-undurchlässigen Schicht (oder aber licht-absorbierende Schicht) ist beispielsweise ein schwarzer, licht-empfindlicher Lack. Diese licht-absorbierende Schicht schützt dabei z.B. licht-sensible Bereiche von Schaltkreisen mit optisch integrierten Elementen vor einem einfallenden Licht, und bevorzugt wird diese Schicht strukturiert. Beispiele von schwarzen Fotolacken sind carbon-based Black Resist oder pigment-based Black Resist, welche beide als licht-abschirmende Schicht (light shield) verwendbar sind. Diese Schicht wird zumeist am Ende des Fertigungsprozesses auf eine Passivierungsschicht aufgebracht. Es handelt sich dabei um einen nicht-transparenten Negativ-Fotolack mit planarisierenden Eigenschaften.
Ebenso kann Lack mit einer definierten Dicke die vorhandene Oberflächen-Topographie ausgleichen (kleinere Vertiefungen oder Mulden werden mit diesem Lack aufgefüllt). Das Resultat wäre dann eine ebene Oberfläche, sodass übliche Justiermarken von einer Justieroptik aufgrund der deutlichen Bedeckungshöhe von Oberflächen der Justiermarken (oder aller Erhebungen einer jeweiligen Justiermarke) nicht mehr erkannt werden können.
Aufgrund der Aufbringung einer zu strukturierenden licht-undurchlässigen Schicht am Ende des Fertigungsprozesses bedeckt diese Schicht zuvor in den aktiven Bereichen auf dem Halbleiter-Wafer eingebrachte Schaltungen, und kann hierbei die licht-empfindlichen Bereiche dort weiterhin schützen, wo keine Strukturierung erfolgt, oder kann nach einer Strukturierung bestimmte licht-empfindliche Bereiche als optische Sensoren (optisch aktive Elemente) in den integrierten Schaltkreisen für das Licht zugänglich machen, hingegen andere Bereiche durch weiteres Vorhandensein der Schicht gegen Lichteinfall schützen. Stand der Technik.
Licht-undurchlässige, beispielsweise abschirmende Schichten, sog. schwarze, licht-empfindliche Lacke oder "Light-Shield-Resistmasken", sowie optische Schutzschichten finden - entsprechend ihren Eigenschaften - Anwendung in Sensoren und Schaltkreisen der Halbleiterindustrie. Die licht-absorbierende Schicht schützt dabei beispielsweise licht-empfindliche Bereiche von Schaltkreisen außerhalb von Fernstern (eingebrachten Öffnungen) in einer strukturierten licht-absorbierende Schicht. Die Schaltkreise können jeweils mit einem oder mehreren integrierten optischen Element(en) versehen sein. Vor einfallendem Licht können die Bereiche außerhalb der aktiven optischen Elemente geschützt werden. Die licht-absorbierende Schicht kann aber auch generell Schaltkreisen ohne optische Elemente zugeordnet werden, in denen licht-empfindliche Bereiche zu schützen sind. Der Schutz bezieht sich dabei z.B. auf die Verhinderung von parasitären Auswirkungen eines Lichteinfalls auf die Schaltkreise. Hergestellt wird diese Licht-Schutzschicht zum Beispiel als zunächst flächige Metall-, Fotolack- oder Kunststoffschicht, welche je nach verwendetem Material reflektierende und/oder absorbierende Fähigkeiten besitzt, und im Verfahrensablauf strukturiert werden kann.
US 3,969,751 (Drukaroff, RCA) beschreibt eine licht-abschirmende (oder Licht abschirmende) Schicht aus beispielsweise geschwärztem Fotolack, geschwärztem Metall oder Kunststoff, welcher Kohlenstoffpartikel enthält. Der Einsatz einer licht-abschirmenden Schicht in Sensoren ist unter anderem in US 4,785,338 (Kinoshita, Canon) beschrieben. Zur Herstellung dieser Schicht werden Materialien, wie Epoxydharz, Silikonharz, Urethanharz, und eine Art schwarze Farbe oder schwarzer Farbstoff verwendet.
US 2003/0030055 A1 (Nakano et al.) beschreibt ein Farbfilter, der eine licht-abschirmende Schicht aus Epoxydharz mit schwarzen Pigmenten enthält. Eine undurchsichtige Schicht aus licht-absorbierenden schwarzen Kohlenstoffpartikeln und aus reflektierenden Titaniumdioxidpartikeln für integrierte Schaltungen ist in US 5,031 ,017 (Pernyeszi, HP) beschrieben.
Aus der US 2004/0032518 A1 (Benjamin, Tower Semiconductor) ist eine lichtabschirmende, strukturierte Schicht bei Bildsensoren bekannt, wobei diese Schicht einen lichtempfindlichen Lack mit Kohlenstoffpartikeln enthält.
Bekannte Justiermarken für transparenten Fotolack bestehen meist aus einer Schicht (Single Layer), beispielsweise aus Oxid, Oxynitrid oder Nitrid. Aber auch Kombinationen aus diesen sind denkbar. Sie sind immer von dem transparenten Fotolack vollständig bedeckt. Der Fotolack schützt somit auch die Justiermarken vor Ätzangriffen. Figur 1 zeigt das Prinzip einer solchen erhabenen Justiermarke mit mehreren Erhebungen, die in einer Längserstreckung einer Kavität in der Kavität angeordnet sind.
Häufig lassen zu strukturierende Schichten Licht durch, oder sie sind - wie der Fotolack - bei der Wellenlänge einerJustieroptik transparent. Die Justiermarken können so durch den Fotolack oder die zu strukturierende Schicht hindurch optisch erkannt werden. Ein generelles Problem bei licht-absorbierenden Schichten ist dagegen die exakte Justierung dieser Schichten zur Vorebene, da die kohlenstoff- oder pigmenthaltigen Fotolacke im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts (350 nm bis 800 nm) nicht transparent sind.
Werden Justiermarken in licht-undurchlässige Materialien, wie Metall oder PoIy- Silizium platziert, können diese von der Justieroptik nicht erkannt werden, so dass die zielgenaue Positionierung dieser Schichten zur Vorebene nicht möglich ist. Man hilft sich hier mit einer entsprechenden Oberflächentopographie vor Aufbringen der zu strukturierenden zumindest licht-absorbierenden Schicht, die in Form einer Kerbe in eben diese Schicht übertragen wird und für die Justieroptik erkennbar bleibt.
US 6,153,492 (Wege/Lahnor, Infineon) beschreibt hierzu ein Verfahren zur Erhöhung des Kontrastes von Justiermarken nach Abscheidung und Rückplanarisierung einer Wolframschicht. Dabei werden die Gräben um die Justiermarken in einem zusätzlichen Schritt wieder frei geätzt, beispielsweise rückgeätzt. Die so gebildeten Vertiefungen werden in eine nachfolgende abgeschiedene Aluminiumschicht übertragen. Eine ebenfalls in der US 6,153,492 angegebene Variante beinhaltet eine Rückätzung der die Gräben umgebenden Oxidschicht. Die Wolframschicht ragt nun über die Oberfläche der Oxidschicht hinaus und bildet eine Kante für die Belichtung einer nachfolgend abgeschiedenen Aluminiumschicht.
DE 102 59 322 B4 (Infineon) beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Justiermarke in einer licht-undurchlässigen Schicht auf einem Halbleiterwafer. Dabei werden Gräben unterschiedlicher Tiefe und Breite im Halbleitersubstrat gebildet und mit einer ersten Schicht gefüllt. Gräben mit geringerer Breite und Tiefe werden vollständig und Gräben mit größerer Breite und Tiefe nur partiell gefüllt. Letztere sind die Gräben für die Justiermarken. Danach wird eine zweite Schicht mit einer solchen Dicke abgeschieden, die nun auch die Gräben der Justiermarken vollständig gefüllt. Dabei weist die zweite Schicht eine Selektivität im Ätzprozess gegenüber der ersten Schicht auf. Es folgt ein chemisch-mechanischer Polierprozess, um eine ebene Oberfläche zu erreichen. Danach wird die zweite Schicht, die sich jetzt nur noch in den Gräben mit der größeren Breite und Tiefe befindet (den Gräben der Justiermarken), in einem Ätzprozess geätzt, so dass diese Gräben neue Vertiefungen enthalten. Da die Ätzrate der zweiten Schicht um ein Vielfaches höher ist als die der ersten Schicht, ist die Rückätztiefe anderer Bereiche der Substratoberfläche vergleichsweise gering. Wird nun eine licht-undurchlässige Schicht aufgebracht, so übertragen sich bei einer ausreichenden Konformität und passenden Dicke der Schicht die neuen Vertiefungen auf diese licht-undurchlässige Schicht. Die Position der Vertiefung kann nun mittels Justieroptik als Justiermarke erkannt werden. Dieses Verfahren benötigt mindestens eine zusätzliche Schicht sowie mindestens einen zusätzlichen Ätzschritt, und einen Polierprozess.
Die Erfindung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Justiermarken in einem Halbleiterwafer mit einer zumindest licht-undurchlässigen oder licht-absorbierenden Schicht anzugeben, das ohne Hilfsschichten und zusätzliche Prozess-Schritte auskommt, wobei Justiermarken erzeugt werden sollen, die von einer Belichtungsanlage (oder einer Justieroptik) erkannt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von zumindest einer Justiermarke auf einem Halbleiterwafer mit Verwendung einer lichtundurchlässigen Schicht zur (späteren) Strukturierung oder zum (bleibenden) Schutz von Schaltungselementen vorgeschlagen (Anspruch 1 , 26). Auch vorgeschlagen wird ein Halbleiterwafer (Anspruch 25) mit zumindest einer Justiermarke in einem Ritzgrabenbereich (Scribe Line), insbesondere zumindest einer oder mehreren Gruppe(n) aus jeweils zumindest zwei zueinander senkrechten Säulengruppen (Anspruch 16) in zueinander senkrechten Ritzgrabenbereichen (in x- und y-Richtung). Das beinhaltet, dass auch die zwei Säulengruppen einer Gruppe orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
Das beanspruchte Verfahren erreicht es, die licht-absorbierende Schicht auf einen Wafer mit einer Vielzahl von gegeneinander abgegrenzten integrierten Schaltungen aufzubringen, ohne dass die Möglichkeit verloren geht, den Wafer in seiner Lage durch optische Erkennung von Justiermarken (in einer Belichtungsanlage oder von einer Justieroptik) zu erkennen und dabei den Wafer zu positionieren, beispielsweise für die Aufbringung einer weiteren Schicht oder zur Justage einer Fotomaske. Die zielgenaue Positionierung dieser beispielsweise nächsten Schicht zur Vorebene wird trotz Verwenden der aufgetragenen licht-absorbierenden Schicht möglich, welche licht-sensible Bereiche von Schaltkreisen - in den abgegrenzten integrierten Schaltungen - abdeckt, oder alternativ nach einer weiteren Strukturierung licht-empfindliche Elemente in den Schaltungen zum Lichteinfall freigibt, aber im übrigen Bereich außerhalb des licht-empfindlichen aktiven Elementes gegen Lichteinfall weiterhin abdeckt.
Beispielsweise wird die licht-undurchlässige Schicht am Ende eines Fertigungsprozesses auf eine Passivierungsschicht aufgebracht, wobei diese aufgebrachte Schicht sowohl den Bereich von Ritzgräben zwischen den integrierten Schaltungen erfasst, wie auch aktive Flächenbereiche des Halbleiterwafers bedeckt.
Bevorzugt sind die Ritzgräben so schmal wie möglich, um die Waferfläche mit aktivem Gebiet optimal für einzubringende Schaltkreise nutzen zu können. In die Kavitäten der Ritzgräben hinein werden die Justiermarken so platziert, dass sich eine Justiermarke entlang der Längserstreckung einer Kavität im Ritzgraben erstreckt. Die Kavität bildet die Absenkung im Ritzgraben, in der eine jeweilige Justiermarke angeordnet ist und von den Rändern der Absenkung einen Abstand hat.
Nachdem sowohl X- wie auch Y-Ritzgräben vorhanden sind, und in die X- und Y-Kavität eine Justiermarke eingebracht ist, erstrecken sich diese beiden Justiermarken in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (x/y-Richtung).
Jeweils eine Justiermarke in X-Richtung und eine Justiermarke Y-Richtung gehört funktionell zusammen und wird hier "logische Justiermarke" genannt. Sie ist in einem räumlichen Gebiet angeordnet und besteht aus zwei zueinander senkrechten Säulenreihen, die aber nicht am selben Ort, sondern in dem bestimmten, funktionell umrissenen Gebiet angeordnet sind.
Funktionell zusammengehörig sind die zwei zueinander senkrechten Säulengruppen als logische Justiermarke für die Justieroptik oder Belichtungsanlage.
Es können auch mehrere Paare von orthogonalen, funktionell zusammengehörigen Säulengruppen gebildet sein, aber jede Säulengruppe verläuft längs der Kavität, in der sie angeordnet ist.
Die Kavität selbst ist nach Aufbringen der licht-undurchlässigen Schicht keine vollständige Kavität mehr, sondern ist zum Teil aufgefüllt mit der abgeschiedenen Schicht, respektive dem Material dieser Schicht. Nachdem die Kavität aber eine - funktionell umschriebene - Mindestbreite besitzt, und sich die Säulengruppe (welche eine Justiermarke bildet) in Längsrichtung der Kavität erstreckt, wird die Kavität nur zum Teil aufgefüllt und die Säulengruppe bleibt für beispielsweise die Justieroptik optisch sichtbar. Dies trotz der licht-undurchlässigen Schicht.
Die Oberflächen der einzelnen Säulen der Säulenreihe werden nicht so bedeckt, dass diese Oberflächen von der genannten Justieroptik nicht mehr optisch erkannt werden können. Dies kann in dem Sinne erfolgen, dass die Oberflächen der Einzelsäulen der Säulengruppe (einer Justiermarke zugehörig) frei bleiben, also nicht von der licht-undurchlässigen Schicht oder einem Abschnitt davon bedeckt werden oder aber eine (parasitäre) Bedeckung nur so gering ist, dass eine optische Erkennbarkeit erhalten bleibt (Anspruch 19,20). Eine 200nm nicht übersteigende Stärke ist eine solche Dicke, welche es aufgrund ihrer Transmission (Anspruch 20) noch immer erlaubt, die Oberflächen der Säulenreihe zu erkennen, bevorzugt aber bleibt die Oberfläche der Säulenreihe frei und von der licht-undurchlässigen Schicht unbedeckt, was sich als Folge dessen ergibt, dass die Kavität eine Mindestbreite besitzt und die Säulengruppe eine zugeordnete Höhe besitzt, die größer als die abgeschiedene Dicke der aufgebrachten licht-undurchlässigen Schicht ist, sodass die Oberflächen der Säulengruppe nicht von der licht-undurchlässigen Schicht bedeckt werden. Unter Nichtbedeckung wird - wie gesagt - auch eine solch geringfügige Bedeckung verstanden, welche die optische Erkennbarkeit durch die Justieroptik oder Belichtungsanlage nicht unmöglich macht.
Die "licht-behindernde" Schicht als licht-absorbierende oder licht-undurchlässige Schicht kann carbon-based sein (Anspruch 24). Diese kohlenstoffhaltige Schicht ist z. B. ein carbon-based Black Resist.
Anspruch 1 ist so zu lesen, dass zumindest eine Justiermarke in einem Ritzgraben (in dessen längs verlaufender Kavität) hergestellt wird. Er soll dabei sowohl auf die X-Richtung, wie auch auf die Y-Richtung jeweils individuell gelesen werden. Er kann auch so gelesen werden, dass bei zwei Kavitäten je eine Justiermarke in einer jeweiligen Kavität angeordnet ist und diese jeweilige Kavität einem jeweiligen Ritzgraben zugeordnet ist, welche beiden Ritzgräben orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Die zwei genannten Justiermarken (als Säulengruppen) würden dann funktionell zusammengehören und bilden eine "logische Justiermarke" (bestehend aus zumindest zwei physischen Justiermarken und diese jeweils aus einer Säulengruppe). Es können aber auch mehrere Paare von logischen Justiermarken angeordnet sein, nur nicht so nebeneinander, dass mehrere Säulengruppen in demselben Ritzgraben in derselben Kavität unmittelbar benachbart sind, und dadurch jeweils einen geringeren Abstand von den nach innen weisenden Wänden der Kavität besitzen, als jede einzelne Säule. Dies wäre eine Gruppe von logischen Justiermarken.
Um generell eine Justierung zu ermöglichen, muss genügend Licht bis zur Marke (Justiermarke) vordringen, damit diese Marke abgescannt werden kann und ausreichend Licht reflektiert wird, das in der Belichtungsanlage in ein elektrisches Signal gewandelt werden kann und die räumliche Lage der Justiermarke als Basis für eine Positionierung einer weiteren Schicht (automatisch) bewertet werden kann.
Die erfindungsgemäß hergestellten Justiermarken sind auch bei Verwendung von lichtundurchlässigen Schichten, so nicht transparente Fotolacke, durch die Belichtungsanlage erkennbar, so dass eine zielgenaue Ausrichtung des Wafers während der Belichtung ermöglicht und somit die Qualität eines Strukturierungs- Prozesses erhöht wird. Alternativ können die in der Kavität (im Ritzgraben) befindlichen Justiermarken zur Justage einer Fotomaske zur Vorebene verwendet werden. Mithilfe dieser Fotomaske wird der Fotolack an bestimmten Stellen belichtet und danach entwickelt, sodass sich das genannte Strukturieren ergibt. Auch dies fällt unter das Verständnis der Erhöhung der Qualität eines Strukturierungs-Prozesses, der naturgemäß nach der zielgenauen Ausrichtung über die zumindest eine Justiermarke, die logische Justiermarke oder eine Gruppe von logischen Justiermarken erfolgt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren einfach umzusetzen ist, da im Prozess existierende Verfahren (Ätzschritte) Verwendung finden, wodurch das beanspruchte Verfahren kostengünstig und ohne Mehraufwand ausgeführt werden kann (Anspruch 21 ). Zum Beispiel kann das Ätzen der Kavitäten (in den Ritzgräben) mit dem Ätzschritt für eine Passivierungsschicht erfolgen (Anspruch 22, 28), welche Passivierung und/oder welcher Ätzschritt im Herstellverfahren des Wafers ohnehin vorhanden sind.
Die Passivierung kann Bestandteil des Schichtenstapels sein, in den die Kavitäten geätzt werden, in denen die Säulen stehen bleiben (Anspruch 22). Sie kann aber auch außerhalb des Ritzgrabens im übrigen aktiven Wafergebiet gelegen sein.
Der Schichtenstapel kann in einer Ausführung aus einem Zwischenschicht-Dielektrikum (Intermediate Layer Dielectric - ILD), einem Zwischenmetall-Dielektrikum (Inter Metal Dielectric - IMD) oder einer Passivierungsschicht (Päd Oxide) gebildet sein (Anspruch 23). Geätzt wird diese Abfolge von Schichten als "Schichtenstapel" mit einer Fotomaske zur Bildung der Kavität(en). Zumindest ein Ätzschritt zum Ätzen des Schichtenstapels wird in der Anlage zur Herstellung des Wafers schon verwendet (Anspruch 21 , 22). Bevorzugt ist dieser Ätzschritt für die Passivierungsschicht vorgesehen.
Es können auch mehrere Ätzschritte erfolgen, je nachdem, ob es sich nur um Oxid oder eine Kombination von Oxid und Nitrid als Schichtenstapel handelt. Zumindest einer oder einige davon sind solche Ätzschritte, die auch bei der Herstellung des Wafers Anwendung finden, oder anders gesagt, ohnehin Anwendung gefunden hätten.
Die Ätzzeit ist so eingestellt, dass durch ein entsprechendes Überätzen der Schichtenstapel - zur Bildung der Kavität - bis auf das Substrat herab geätzt wird und die Säulen der Säulengruppe in der Kavität stehen bleiben.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des beanspruchten Verfahrens wird die Höhe der Säulengruppe bis herab zum Substrat des Wafers reichend ausgebildet (Anspruch 2), wobei die Justage des Wafers in den nachfolgenden Fabrikationsschritten immer gesichert ist. Zur Ausbildung der Höhe der Einzelsäulen einer Säulengruppe, und damit auch der ganzen Säulengruppe, wird die Kavität, oder jede Kavität, um eine jeweilige Säulengruppe herum, und auch um jede einzelne Säule herum bis auf das Substrat des Halbleiterwafers herabgeätzt, wodurch die Gruppe von Säulen in der Kavität stehen bleibt. Als Substrat des Wafers kann Silizium verwendet werden. Diese Herstellung der Säulengruppe gilt sowohl für die x-Richtung, wie auch für die y-Richtung, die folgend X-Kavität und X-Ritzgraben, respektive Y-Kavität und Y-Ritzgraben genannt werden (Anspruch 2, 3).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der licht-undurchlässigen Schicht keine Planarisierung durchgeführt wird (Anspruch 4), wodurch einerseits ein Fabrikationsschritt eingespart wird, da er überflüssig ist, und andererseits eine weitere Beeinträchtigung der Säulen jeder Säulengruppe vermieden wird.
Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Säulengruppen mit folgenden Dimensionen hergestellt (Ansprüche 5 bis 8): Höhe der Säulen oberhalb 1 μm bis 5μm, bevorzugt 3μm, und Länge/Breite von 2μm bis 5μm, bevorzugt 4μm. Es werden säulenförmige Justiermarken hergestellt, die einerseits von der Justieroptik gut erkannt werden können und andererseits bei dem nachfolgenden Aufbringen der licht-undurchlässigen Schicht, nicht oder nur parasitär mit dem Material der licht-undurchlässigen Schicht bedeckt werden. Wenn eine jeweilige Kavität mit einer Breiten-Ausdehnung von mindestens 80μm hergestellt wird (Anspruch 9), wird mit großer Sicherheit erreicht, dass jede als Justiermarke verwendbare Säulengruppe bei dem nachfolgenden Aufbringen der lichtundurchlässigen Schicht nicht oder nur ganz geringfügig (Anspruch 19, 20) mit dem Werkstoff des auf die Kavität entfallenden Schichtanteils der licht-undurchlässigen Schicht bedeckt werden. An sich würden die Säulen aus diesem licht-undurchlässigen Material in der Kavität mit ihren Oberflächen hervorstehen (Anspruch 10).
Eine Umschreibung der Breiten-Ausdehnung der Kavität kann auch relativ zur Breite der Säulen in der Säulengruppe in dieser Kavität erfolgen (Anspruch 27). Die Höhe der Säulen ist dabei oberhalb 1 μm (Anspruch 26), sodass sie begrifflich Säulen genannt werden können. Der licht-undurchlässige Schichtanteil in jeder Kavität, in der eine Säulengruppe steht, wird dadurch in seiner Füllhöhe beschränkt, dass die Mindesthöhe der Säulen funktionell umschrieben ebenso erhöht wird, wie die Breite der Kavität. Außerhalb der Kavität liegt diese licht-undurchlässige Schicht auf dem Wafer in ihrer aufgetragenen Stärke (Anspruch 10). Sie dient dort dem (bleibenden) Schutz eines Schaltungselements oder ist für eine (spätere) Strukturierung vorgesehen. Sie hat dort ihre bevorzugte Stärke zwischen 0,8μm und 2,5μm.
Die Umschreibung der relativen Breite der Kavität erfolgt anhand eines Vielfachen der Breite der Säulengruppe; die bevorzugte Breite von im Wesentlichen 4μm der Säulengruppe führt über den Faktor 20 auf die bevorzugte Breite der Kavität (Anspruch 9). In einem Spielraum der Säulenbreite zwischen 2μm und 5μm (Anspruch 8) ergibt sich ein Breitenbereich zwischen 40μm und 100μm für die Kavität (Anspruch 27).
Jeweils im Wesentlichen eine Hälfte davon liegt beidseits einer angenommenen Singlemarke in der Kavität.
Vorzugsweise wird die licht-undurchlässige Schicht mit einer Dicke von 0,8μm bis 2,5μm (flächig außerhalb der Kavität des Ritzgrabens) hergestellt. Sie dringt dabei auch in die Kavität ein, aber nur so begrenzt, dass das Niveau der licht-undurchlässigen Schicht unter dem Niveau der Oberflächen der Säulen bleibt, wodurch mit größter Wahrscheinlichkeit erreicht wird, dass die oberen Enden der Säulen frei liegen und so mit Sicherheit erkannt werden können (Anspruch 10).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Platz sparende "Singlemarke" ausgebildet wird (Anspruch 1 1 ). Der Ritzgrabenbereich (Scribe Line) des Wafers kann somit so schmal wie möglich gehalten werden, um die Waferfläche optimal für Chips nutzen zu können. Zwei Singlemarken sind funktionell definiert (Anspruch 12) und umfassen eine Säulengruppe in x-Richtung und eine Säulengruppe in y-Richtung, aber nicht an derselben Stelle, sondern in zwei zueinander senkrechten Kavitäten von zwei zueinander senkrechten Ritzgrabenbereichen. Zwei Singlemarken umfassen damit zwei Säulenreihen und wären als die "logische Justiermarke" zu verstehen, die zuvor beschrieben war. Die Singlemarke umfasst aber auch die Aussage, dass links und rechts einer Säulengruppe innerhalb derselben Kavität keine weitere Säulengruppe angeordnet ist. Damit teilt sich die Breite der Kavität auf die linke Seite und die rechte Seite einer Säulengruppe auf, wie das auch für die dazu senkrechte andere Säulengruppe der Fall ist, die zusammen mit der zuerst genannten Säulengruppe Bestandteil der "logischen Singlemarke" ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die Säulengruppe als Stapelmarke auszubilden (Anspruch 14). Die Materialien der Säulengruppe sind mit den ohnehin durchzuführenden Fabrikationsschritten auf dem Wafer vorteilhaft abgestimmt und vorteilhaft aus Oxid oder Nitrid oder Oxynitrid oder jeder möglichen Kombination daraus gebildet. Diese Stapelmarke umschreibt die Verwendung mehrerer Schichten eines Schichtenstapels, die vor dem Ätzen der Kavität auf dem Substrat gelegen sind, und die im Rahmen der Absenkung der Kavität und der Bildung der Säulengruppen auch die Konsistenz und Beschaffenheit jeder einzelnen Säule definieren, die am Boden der Kavität, bevorzugt auf dem Substrat stehen bleiben. Der Schichtenstapel aus mehreren der genannten Schichten bildet auch die linke und rechte Wand jeder Kavität (Anspruch 17,18). Diese Breiten-Abmessung der Kavität kann entweder über den Rand der Kavität umschrieben werden (Anspruch 17) oder über die Wand der verbliebenen Schichtenlage definiert werden.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Justiermarken aus zumindest einer Metallschicht hergestellt werden (Anspruch 15). Es ist dabei zumindest eine Metallschicht vorgesehen, oder die Säulen einer Säulengruppe sind als reine Metallsäule zur Bildung einer reinen Metallmarke oder "metallischen Säulengruppe" ausgebildet. Bevorzugt werden in Kombination mit Oxidschichten/Nitridschichten keine Metallschichten verwendet.
Der Halbleiterwafer (Anspruch 25), der zumindest zwei Justiermarken aufweist, die zueinander senkrecht verlaufen, ist Folge des Herstellungsprozesses. Er ist einerseits durch Verfahrensschritte gekennzeichnet, die ihre Spuren in den Justiermarken hinterlassen, andererseits durch strukturelle Elemente. Eine x-Richtung und eine y- Richtung definieren zwei zueinander orthogonale Justiermarken. Sie werden jeweils von einem licht-undurchlässigen Schichtanteil einer aufgetragenen Schicht umgeben, sind darin eingebettet, werden aber dabei nicht so überdeckt, dass eine optische Erkennung von einer Belichtungsanlage (oder einer Justieroptik) unmöglich wird.
Die aufgetragene Schicht wird später strukturiert, oder sie dient zum Schutz von zumindest einem optisch empfindlichen Bereich eines Schaltungselements außerhalb der beiden zueinander senkrechten Kavitäten.
Jeweils ein licht-undurchlässiger Schichtanteil der abgeschiedenen Schicht füllt die zueinander senkrechten Kavitäten nicht vollständig aus, sodass die in diesen stehenden Säulengruppen von dem licht-undurchlässigen Schichtanteil, der auf eine jeweilige Kavität entfällt, nicht vollständig bedeckt werden.
Es ergibt sich eine bevorzugte Mindestbreite von zumindest 40μm diesseits und jenseits einer Säulengruppe bis zum Rand der Kavität, oder aber bis zur Wand der stehen gebliebenen Schichtenlage, welche Wände die jeweiligen Längserstreckungen der Kavitäten und ihre Ränder definieren.
Die Säulen sollen oberhalb von 1 μm hoch sein, bevorzugt in der Größenordnung einer Höhe von 4μm.
Ein Beispiel einer Justiermarke nach dem Stand der Technik und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt Justiermarke 4 als drei Gruppen nach dem Stand der
Technik, als Erhebungsgruppen 4', 4", 4*.
Figur 1a zeigt diese Justiermarke 4 als parallele Gruppen mit einer Erklärung der Abmessungen der Erhebungen und ihren Abständen in der Kavität im Fotolack 3.
Figur 2a zeigt eine neue Justiermarke als Gruppe 16y von Säulen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Aufsicht in y-Richtung in einer Y-Kavität eines Y-Ritzgrabens.
Figur 2b zeigt die Säule 16d der Säulengruppe 16y im Schnitt AS-AS aus der Figur 2a.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf die oben frei bleibenden mehrere Säulen 16a bis 16f in dem Schichtanteil 17y der licht-undurchlässigen Schicht 17.
Figur 4 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf oben frei bleibende mehrere Säulen 16a' bis 16f in einem Schichtanteil 17x der licht-undurchlässigen Schicht 17 in einer - zur Figur 3 senkrecht verlaufenden - Kavität 12x.
Figur 5 zeigt die Kavität 12y mit der Säulengruppe 16y nach einem Ätzschritt und vor einem Auftragen der licht-undurchlässigen Schicht 17 in Aufsicht und im Schnitt BS-BS (durch die Säule 16e).
Figur 6a zeigt die Struktur von Figur 5, aber in x-Richtung.
Figur 6b zeigt den Schnitt CS-CS aus Figur 6a durch die Säule 16e' der Säulengruppe 16x in der Kavität 12x.
Figur 7 zeigt einen Wafer 100. Die dickeren Linien veranschaulichen Ritzgräben. Darin befinden sich die Justiermarken. Jeder Einzelchip ist von Ritzgräben umgeben, bspw. der Chip 100a.
Figur 7a ist ein vereinzelter Chip 100a aus dem Wafer 100 von Figur 7. Er besitzt aktive Schaltungen, die auch aktive optische Elemente aufweisen können. Figur 1 zeigt eine Justiermarke 4 - mit drei parallelen verlaufenden Erhebungen 4', 4", 4* - nach dem Stand der Technik, wobei ein Silizium-Substrat 1 , eine einheitliche Schicht 2 (als so genannter Single Layer) zur Bildung der Justiermarke 4 und eine licht-durchlässige Lackschicht 3 (als Fotolack) gezeigt ist, die eine ebene Oberfläche hat, so dass die Justiermarke 4 nur dann erkannt werden kann, wenn die Lackschicht für Licht durchlässig ist. Bei derartigen Systemen ist die Schichtdicke der Schicht 2 kleiner 1 μm, so dass die Erhebungen der Justiermarke unter 1 μm hoch sind. Die Breite jeder Erhebung beträgt gewöhnlich 4μm. Die Breite der Kavität 2a ist ca. 90μm. Sie ist vollständig mit Lack 3a der Lackschicht 3 gefüllt, auch mit Lack 3b oberhalb der Erhebungen 4', 4" und 4*.
Die Strukturierung einer nicht transparenten (licht-undurchlässigen oder lichtreflektierenden oder licht-absorbierenden Schicht), beispielsweise aus schwarzem Fotolack auf Carbon-Basis oder Pigmentbasis, erfordert andere Justiermarken. Der schwarze Fotolack wird als "licht-abschirmende" oder zumindest licht-behindernde Schicht eingesetzt, um licht-empfindliche Bereiche von Schaltungen auf einem Halbleiterwafer zu schützen, oder der schwarze Fotolack wird als Fotomaske bei der Strukturierung von einem oder mehreren Schaltungselement(en) verwendet. Dazu soll der schwarze Lack zu der Vorebene justiert werden.
Die schwarze Lackschicht wird am Ende des Fertigungsprozesses auf beispielsweise eine Passivierungsschicht aufgebracht. Es handelt sich um einen nicht-transparenten Negativ-Fotolack mit planarisierenden Eigenschaften. Lack mit einer definierten Dicke kann die vorhandene Oberflächentopographie ausgleichen. Kleinere Vertiefungen oder Mulden werden mit diesem Lack aufgefüllt. Das Resultat ist dann eine ebene Oberfläche, so dass herkömmliche Justiermarken von der Justieroptik nicht mehr erkannt werden.
Zur Bildung von Justiermarken gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung werden im Prozess vorhandene Schichten und Ätzschritte genutzt, indem dotierte oder undotierte Oxidschichten oder Oxynitridschichten oder Nitridschichten oder eine Kombination davon geätzt werden. Bei Verwendung einer Kombination von Schichten werden sog. "Stapelmarken" erzeugt. Auch Metallschichten können zur Bildung der Justiermarken verwendet werden, jedoch nicht in Kombination mit Oxid/Nitrid-Schichten. Der Einfachheit halber wird durch ein passendes Maskenlayout dafür gesorgt, dass sich zwischen den Oxid/Nitrid/Oxynitrid-Schichten kein Metall befindet.
Bevorzugt haben Säulengruppen der Stapelmarken die oben genannten Schichten. Die Säulen entstehen nach einem Ätzschritt, beispielsweise durch anisotropes Trockenätzen (RIE). Die Schicht(en) wird/werden bis auf das Silizium-Substrat zur Bildung von Kavitäten geätzt. Das "Freilegen" der Säulengruppen in den Kavitäten erfolgt mit einem im Prozess schon verwendeten Ätzschritt, bspw. einem solchen, mit dem eine Passivierungsschicht geätzt wird.
Zur Unterscheidung der neuen Justiermarken von den anhand der Figuren 1 , 1 a erläuterten bekannten Justiermarken wird im Folgenden der im vorhergehenden Absatz zuerst geprägte Begriff der Säulen oder Säulengruppen verwendet. Die Marke der Figuren 1 besaß lediglich Erhebungen, deren Höhe weniger als 1 μm betrug, und von denen mehrere Reihen nebeneinander in Breitenrichtung einer Kavität, in Figur 1 a die Kavität 2a, angeordnet waren. Diese Marken wurden von dem transparenten Fotolack mit dem Schichtanteil 3b üppig überdeckt, und die Kavität 2a wurde von dem unteren Schichtanteil 3a vollständig gefüllt. Die beiden Schichtanteile im Bereich der Kavität bilden einen Teil der gesamten aufgetragenen Schicht 3, die nur bei Transparenz eine Erkennbarkeit der Oberflächen der Erhebungen 4', 4" und 4* erreichen konnte. Es wird im Folgenden indes eine nicht-transparente Schicht, auch als licht-undurchlässige oder licht-absorbierende Schicht 17 verwendet. Die dabei mit verwendeten Justiermarken werden als Säulen benannt, wobei jeweils eine Säulengruppe aus eng benachbarten, in einer Reihe angeordneten Einzelsäulen besteht. Diese Einzelsäulen sind in Längsrichtung einer Kavität angeordnet, die mit Schichtanteilen 17y der Schicht 17 in den Figuren 2a, 2b befüllt ist, jedoch nicht vollständig gefüllt, vielmehr nur zum Teil. Figur 5 veranschaulicht dazu die Kavität 12y, in der eine nach dem Ätzvorgang der Kavität frei stehende Säulenreihe 16y verbleibt, die aus im Beispiel sechs Einzelsäulen 16a bis 16f besteht.
Diese Säulenreihe 16y mit einer einstelligen Anzahl von Einzelsäulen erstreckt sich in y- Richtung, parallel zu Wänden 15' und 15" der Kavität 12y. Im Schnitt BS-BS durch die Einzelsäule 16e zeigt das untere Halbbild der Figur 5 die Höhe h16 der Säule 16e und repräsentativ auch für die übrigen Säulen 16a bis 16f der Säulenreihe 16y, die im fertigen Zustand als "Justiermarke" verwendbar ist.
Zuvor war eine Stapelmarke beschrieben, diese Ausbildung der Stapelmarke ist auch diejenige der Figur 5. Sie besteht aus zwei Schichten 15a', 15b', welche Bestandteil einer Schichtenfolge oder eines Schichtenstapels 15 mit zwei Schichten 15a und 15b waren. Dieser Schichtenstapel hat zunächst auf dem Substrat 1 1 angeordnet keine Kavität, und diese Kavität entsteht durch einen Ätzschritt, bei dem die Säulen der Säulenreihe 16y stehen bleiben. Die Säulen erhalten dabei eine Breite b-ι6 und eine Höhe h16, und stehen auf dem Boden der Kavität 12y, welcher die Oberfläche 1 1 a des Substrats 1 1 ist. Das Substrat kann ein Siliziumsubstrat sein.
Die Verlaufsrichtung des "Grabens", hier als Y-Kavität benannt, ist in Figur 5 ersichtlich. Dieselbe Richtung findet sich auch in Figuren 2a, 2b. Dort ist der Graben 12y zum Teil mit der licht-undurchlässigen Schicht 17, respektive den Schichtanteilen 17y der Schicht 17 in der Kavität 12y, nicht bis zur Oberfläche der Säulengruppe 16y gefüllt.
Die Säulen sind im Beispiel in ihrem Querschnitt quadratisch, was aus Figur 3 ersichtlich ist. Sie haben neben der Breite br auch eine Länge I16, und sind beabstandet (indes eng benachbart), stehen also jeweils frei in der Kavität 12y, was aus Figur 5 (oberes Teilbild) ersichtlich ist. Eine enge Nachbarschaft ist daraus zu ersehen, dass der Abstand zwischen zwei Säulen einer Gruppe kleiner ist, als die Länge U6 einer Säule.
Zum Umfeld soll auf Figuren 7, 7a Bezug genommen werden. Figur 7 zeigt einen Wafer 100. Dieser Wafer besteht aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Einzelchips, von denen einer als Einzelchip 100a symbolisch herausgegriffen ist. Jeder Einzelchip ist von den benachbarten Einzelchips durch Ritzgräben abgegrenzt. An diesen Ritzgräben findet eine Trennung der Einzelchips zu beispielsweise demjenigen Einzelchip 100a der Figur 7a statt. Die Ritzgräben erstrecken sich in x-Richtung und in y-Richtung.
Bestandteil eines Ritzgrabens ist jeweils auch eine Kavität, die sich in Längsrichtung des Ritzgrabens erstreckt, deren Breite aber geringer ist, als der Ritzgraben von seiner Abmessung her spezifiziert ist. Kann die Kavität in ihrer Breite b-ι2 klein gehalten werden, so ist auch die Breite des Ritzgrabens klein bemessen. Der Ritzgraben soll ja so schmal wie möglich sein, um die Waferfläche optimal für Chips nutzen zu können.
Die anhand der Figuren 5 und 2a, 2b erläuterten Kavitäten in y-Richtung sind die vertikale Richtung von Figur 7, respektive Figur 7a. Der dort vertikal verlaufende Ritzgraben enthält die Kavität 12y. In dieser Kavität ist zumindest eine Säulenreihe 16y angeordnet. Die orthogonal dazu orientierte x-Richtung und deren X-Ritzgraben enthält zumindest eine weitere Säulenreihe, die sich anhand der Figuren 6a, 6b sowie der Figur 4 erläutern lässt. Diese Säulenreihe 16x ist senkrecht zu der Säulenreihe 16y ausgerichtet, physisch aber ebenso aufgebaut, wie die Säulenreihe der Säulen 16a bis 16f, hier bei der Säulenreihe 16x in x-Richtung, die Einzelsäulen 16a' bis 16f. Die Höhe hie der Einzelsäulen der Säulenreihe 16x nach Figur 6b ist ebenfalls h16. Die Breite und die Länge der Einzelsäulen ist entsprechend der Orientierung 90° gedreht, sodass sich die Länge in Längsrichtung x der Kavität 12x erstreckt, und die Breite quer dazu, was aus Figur 6b und der Breite b-ι6 erkennbar ist.
Auch hier liegen Stapelmarken vor, die entsprechend dem Aufbau der Figur 5 ausgebildet sind, nur mit der entsprechend anderen Orientierung. Die Bezugszeichen x und y deuten dies an und die Erläuterung zur Figur 5 kann mit der entsprechenden Maßgabe der Richtungsänderung auch auf die Figuren 6a, 6b übertragen werden.
Als ein Beispiel einer möglichen Bemessung der Kavitäten 12x, 12y kann gesagt werden, dass ein Ritzgraben derzeit eine Breite von etwas mehr als 100μm besitzt, und darin in einem Ausführungsbeispiel die Breite b12 mit 80μm Platz findet. Beidseits einer Säulenreihe würde das ein Abstand von der inneren Wand 15', respektive 15" des verbliebenen Schichtenstapels von zumindest 40μm bedeuten. Die Säulenreihe selbst kann eine Erstreckung in diese Richtung von b-ι6 haben, was im Bereich zwischen 2μm bis 5μm liegen kann. Vorzugsweise haben die Säulen eine Größenordnung von 4μm in Breitenrichtung, und entsprechend zur quadratischen Querschnittsausbildung auch eine Erstreckung I16 in Längsrichtung, welche die gleiche Dimension, wie die Breitenrichtung aufweisen kann.
Eine Relativbetrachtung zeigt das Verhältnis von im Wesentlichen 20 zwischen b-ι2 und b-i6 oder aber zwischen 8 und 50 bei breitesten Säulen und schmälster Kavität, bzw. umgekehrt.
Die Höhe jeder Säule in der Säulengruppe 16y und 16x beträgt oberhalb von 1 μm und ist günstig im Bereich bis 5μm angesiedelt. Bevorzugte Größenordnungen liegen um 3μm herum, sodass ersichtlich ist, dass diese Säulen eine wesentlich größere Höhenerstreckung haben, als die Erhebungen aus Figur 1 , 1 a.
Die zumindest eine Säulengruppe 16y in y-Richtung soll nach dem Auftragen der lichtundurchlässigen Schicht 17 anhand der Figuren 2a, 2b und 3 näher erläutert werden. Das entsprechende Ergebnis der Erläuterung wird dann auf die Figuren 6a, 6b für die x- Richtung sinngemäß übertragen, woraus sich die Ausschnittsvergrößerung der Figur 4 für die x-Richtung und die Säulengruppe 16x ergibt.
Für eine jeweilige Kavität 12y bzw. 12x wird ein Schichtanteil 17y bzw. 17x symbolisch verwendet, der indes Bestandteil der einen aufgetragenen Schicht 17 ist, die lichtundurchlässig oder licht-absorbierend ist. Diese Schicht hat in den bevorzugten Ausgestaltungen eine Stärke von nicht mehr als 2,5μm und sollte eine Stärke von 0,8μm nicht unterschreiten.
Nach dem Auftragen der Schicht 17 auf den Wafer 100 und damit auch auf die Kavität 12y und die Säulengruppe 16y der Figur 5 ergibt sich das Bild der Figuren 2a, 2b. Die Schicht 17 ist in der Aufsicht flächig in die Kavität 12y eingedrungen und umgibt sämtliche Einzelsäulen 16a bis 16f der Säulengruppe 16y, die sich in y- Richtung erstreckt. Der Schnitt AS-AS ist in der Figur 2b dargestellt. Hier zeigt sich, dass - in Tiefenrichtung - die Kavität 12y nicht vollständig ausgefüllt wurde, vielmehr nur zum Teil. Der Schichtanteil 17y der Schicht 17 lässt die Oberflächen der Einzelsäulen 16a bis 16f frei. Dies ist an der im Schnitt dargestellten Säule 16d ersichtlich. Aufgrund ihrer Höhe h16 und der Breite b12 der Kavität 12y verbleibt ein Höhenabschnitt der Kavität 12y unbefüllt und verbleibt auch die Oberfläche jeder Einzelsäule der Säulengruppe 16y für eine Justage-Einrichtung optisch erkennbar. Diese Erkennbarkeit und das Fehlen einer Abdeckung der Oberflächen der Säulengruppe, wie es noch für Figur 1 im Stand der Technik der Fall war, ermöglicht die Verwendung der Justiermarke, wie sie funktionell in Figur 2b dargestellt ist, weiterhin zu Positionierzwecken.
Diese "Freistellung" der Säulengruppe 16y ergibt sich aus der Breite der geätzten Kavität und der darin stehen gelassenen Säulenreihe mit ihrer Höhendimension. Die Höhendimension ist größer als eine Dicke des Schichtanteils 17y, wobei der äußere Randbereich 12y' nahe der vertikalen Wand 15' auf der linken Seite und 12y" nahe der vertikalen Wand 15" auf der rechten Seite für die Dickenbemessung des Schichtenanteils 17y nicht herangezogen wird. Die Bereiche 12y' und 12y" am linken und rechten Rand des angefüllten Schichtanteils 17y mögen sich bis auf die Höhe der Schicht oder des Schichtenstapels 15 erstrecken, oder er liegt auf der einen oder anderer Seite geringfügig darunter. Dies ist von Umständen des Fertigungsprozesses abhängig und kann mit dieser Genauigkeit nicht festgelegt werden. Maßgebend ist die Betrachtung im Umfeld der Säulengruppe 16y und insbesondere in jeweiligem Mittelbereich des linken Anteils und des rechten Anteils der Kavität 12y, an denen deutlich ersichtlich ist, dass der eingefüllte Schichtenanteil 17y nicht das Höhenmaß h16 der Einzelsäulen 16a bis 16f der Säulengruppe 16y erreicht.
Der in die Kavität 12y eingefüllte Schichtenanteil 17y der licht-undurchlässigen Schicht 17 erreicht im zentralen Bereich um die Säulengruppe 16y herum und im linken und rechteren Mittelbereich nicht die Höhe, welche zwischen der Oberfläche der Säulen der Säulengruppe und dem Boden 1 1 a der Kavität 12y liegt. Nur im äußeren Randbereich 12y' und 12y" kann der eingefüllte Anteil 17y dieses Höhenmaß erreichen oder auch überschreiten, trägt indes funktionell zur Erhaltung der optischen Erkennbarkeit der Säulengruppe nichts bei, respektive nichts Nachteiliges bei.
Die als Stapelmarke ausgebildete Säulengruppe 16y ist im Schnitt der Säule 16d ersichtlich, bestehend aus zwei Schichten 15a', 15b', von denen zumindest eine Schicht ein Oxid oder Nitrid oder Oxynitrid ist, und die andere Schicht ein entsprechend anderes Material aufweist, auch ausgewählt aus der genannten Gruppe. Mehr als zwei Schichten sind möglich, aber nicht gesondert dargestellt. Der Fachmann kann sich diese anhand der hier gegebenen Erläuterungen leicht vorstellen. Auch kann nur eine einzige Single-Layer Schicht vorliegen. Eine der Schichten, bspw. die Schicht 15a kann eine Passivierungsschicht sein. Sie kann sich auch außerhalb des dargestellten Gebiets auf das übrige aktive Wafergebiet erstrecken. In gleicher Weise gilt das für die Säulen der Säulengruppe 16x.
Ebenfalls möglich ist zumindest eine Metallschicht, oder die Ausbildung der Säulengruppe 16y aus Einzelsäulen 16a bis 16f, die gänzlich aus Metall bestehen. Sind mehrere Metallschichten vorgesehen, entsprechen sie den dargestellten Schichten 15a und 15b. Mit anderen Worten kann in einer Ausführungsform jede der Säulen der Säulengruppe zumindest eine Metallschicht aufweisen, und diese Metallschicht kann in Höhenrichtung mehrfach auftreten, oder aber sich gänzlich in Höhenrichtung h16 erstrecken. In gleicher Weise gilt das für die Säulen der Säulengruppe 16x.
Zu den Darstellungen der Figuren 5 und 2a, 2b ist zu ergänzen, dass beidseits der Säulengruppe 16y keine weitere Säulengruppe in der Kavität 12y angeordnet ist. Die Gesamtbreite b-ι2 der Kavität teilt sich also dann abzüglich der Breite b-ι6 der Säulengruppe 16y gleichmäßig auf die linke und rechte Seite auf. Der Abstand von jeder inneren Wand 15' und 15" ist damit so groß, dass der eingefüllte Schichtenanteil 17y die optische Erkennbarkeit der Oberflächen der Säulen nicht beeinträchtigt. Unter einer solchen "Nichtbeeinträchtigung" ist auch eine parasitäre Bedeckung der Oberflächen der Einzelsäulen der Säulengruppe 16y zu verstehen, die nicht größer als 200nm ist. Sie wirkt dabei nicht licht-undurchlässig und erhält die Erkennbarkeit für eine Justage-Einrichtung. Auch dann wäre die Kavität 12y nicht vollständig von dem Schichtanteil 17y gefüllt, was die linken und rechten Mittenbereiche der Figur 2b zeigen.
Anders als Figur 1 a des Standes der Technik ist in Breitenrichtung der Kavität 12y nur eine Säulengruppe 16y angeordnet. Die Erläuterung zu der y-Richtung soll sinngemäß auf die Figur 6a, 6b übertragen werden. Das entsprechende Bild mit eingefülltem Schichtenanteil 17x würde so gestaltet sein, wie die Figuren 2a, 2b, nur mit anderer Orientierung und entsprechend anderen Bezugszeichen (x statt y). Eine Ausschnittsvergrößerung dazu zeigt die Figur 4. In x-Richtung ist hier die Säulengruppe 16x erkennbar, die von dem Schichtenanteil 17x umgeben ist, der in die Kavität 12x eingefüllt wurde und Bestandteil der Schicht 17 ist. Die Säulen 16a' bis 16f bleiben optisch erkennbar, obwohl sie von dem licht-undurchlässigen Schichtanteil 17x umgeben und darin eingebettet sind. Ihre Oberflächen werden indes nicht vollständig überdeckt, allenfalls rein parasitär mit einer maximalen Rest-Schichtdicke von 200nm im Oberflächenbereich des Schichtanteils 17x gehalten, sodass sie weiterhin optisch erkennbar bleiben. Der entsprechende Restanteil ist aufgrund seiner Transmission nicht licht-undurchlässig.
Die Säulenreihen 16x und 16y sind an verschiedenen Orten angeordnet. Sie sind in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet, was an Figur 7, Figur 7a leicht erkennbar ist. Die Ausschnittsvergrößerung der Figuren 3 und 4 zeigt zwei unterschiedliche Orte in zwei zueinander senkrecht verlaufenden Kavitäten, zeigen aber zwei logisch zusammenhängende Säulengruppen 16x, 16y, die als "logische Justiermarke" für eine Justieroptik verwendbar bleiben. Zumindest ein solches Paar erlaubt der Justieroptik eine erfolgreiche Justierung oder Positionierung. Es können auch mehrere dieser Paare gebildet werden, an weiter unterschiedlichen Orten, sodass eine Gruppe von logischen Justiermarken entsteht, bevorzugt aber kann die Anordnung mit nur dem einen Paar nach Figuren 3 und 4 arbeiten.
Zwei solche Singlemarken auf einem Halbleiterwafer in den Ritzgrabenbereichen für x- und y-Richtung würden von einer Justieroptik verwendet werden, um die Positionierung zuverlässig zu erreichen.
Eine logische Justiermarke umfasst zwar zumindest zwei zueinander senkrecht verlaufenden Säulenreihen oder zwei zueinander senkrechte "Justiermarken", von denen eine in y-Richtung, eine andere in x-Richtung ausgerichtet ist, aber nicht an derselben Stelle.
Die logische Zusammengehörigkeit von zwei Singlemarken sagt nichts über deren physische Zusammengehörigkeit aus. Beispielsweise könnte die y-Singlemarke in einem y-Ritzgraben und die x-Singlemarke im nächsten x-Ritzgraben angeordnet sein.
* * * *

Claims

Patentansprüche.
1. Verfahren zur Herstellung zumindest einer Justiermarke auf einem Halbleiterwafer mit Verwendung einer licht-undurchlässigen Schicht (17) für eine spätere Strukturierung oder zum Schutz von zumindest einem optisch empfindlichen Bereich eines Schaltungselements, wobei vor dem Aufbringen der licht-undurchlässigen Schicht (17) durch ein Ätzen zumindest einer
Kavität (12x;12y) eine Gruppe von Säulen (16x;16y) in der Kavität hergestellt wird und danach die licht-undurchlässige Schicht aufgetragen wird, wobei die Kavität (12y) mit einer solchen Breite geätzt wird, dass sie nach dem Aufbringen der licht-undurchlässigen Schicht (17) nur - oder nicht mehr als - teilweise gefüllt ist (17y); die Säulengruppe (16y) als Säulenreihe mit einer Höhe hergestellt wird, die größer ist als eine Dicke des aufgebrachten, licht-undurchlässigen Schichtanteils (17y) in der Kavität, so dass Oberflächen der Säulen der Säulengruppe nicht von dem lichtundurchlässigen Schichtanteil (17y) bedeckt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Kavität (12y) um eine jeweilige Säulengruppe (16y) herum und um jede einzelne Säule (16a,16b,16c, ...) der Säulengruppe bis auf ein Substrat (1 1 ) des Halbleiterwafers geätzt wird oder ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Kavität (12x) um eine jeweilige Säulengruppe (16x) herum und um jede einzelne Säule (16a', 16b', 16c', ...) der Säulengruppe bis auf ein Substrat (1 1 ) des Halbleiterwafers geätzt wird oder ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei nach dem Aufbringen der lichtundurchlässigen Schicht (17) keine Planarisierung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine jeweilige Säulengruppe (16x;16y) als Reihe hergestellt wird, und eine Höhe (h16) von oberhalb 1 μm bis 5 μm erhält, dies durch eine entsprechende Absenkung der Kavität (12x,12y), in der die Säulenreihe steht oder stehen bleibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Säulengruppe eine Höhe von zumindest 3 μm erhält, und dies die Höhe jeder Säule der Gruppe oberhalb eines Bodens der Kavität ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, wobei jede Säule der Säulengruppe (16y) mit einer Länge (l-ι6) von oberhalb 2 μm bis 5 μm, bevorzugt im Wesentlichen 4 μm hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , 4 oder 5, wobei jede Säule der Säulengruppe (16y) mit einer Breite (b16) von oberhalb 2 μm bis 5 μm, bevorzugt im Wesentlichen
4 μm hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Kavität (12y) mit einer Breitenausdehnung von mindestens 80 μm hergestellt wird, insbesondere zumindest 40μm auf einer Seite der Säulengruppe (16y) und zumindest 40μm auf der anderen Seite derselben Säulengruppe (16y).
10. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die licht-undurchlässige Schicht (17) mit einer Dicke oder Stärke von 0,8 μm bis 2,5 μm aufgetragen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Säulengruppe (16y) als platz-sparende Singlemarke ausgebildet ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei zueinander senkrechte Säulengruppen (16y,16x) als platz-sparende Singlemarken ausgebildet sind.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine jeweilige Säulengruppe als Stapelmarke ausgebildet wird, insbesondere aus mehreren Schichten (15a',15b') je Säule.
14. Verfahren nach Anspruch 11 , 12 oder 13, wobei eine jeweilige Säulengruppe (16x,16y) aus Schichten von Oxid oder Nitrid oder Oxynitrid oder einer beliebigen Kombination dieser Schichten hergestellt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine jeweilige Säulengruppe (16x,16y) zumindest eine Metallschicht aufweist, oder eine reine Metall marke ist.
16. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine jeweilige Säulengruppe (16y;16x) aus einer Reihe von Einzelsäulen (16a bis 16f; 16a' bis 16f) besteht.
17. Verfahren nach Anspruch 1 oder 16, wobei zwischen einer Säulengruppe (16y) und einem linken und einem rechten Rand (12y',12y") der Kavität (12y) keine andere Säulengruppe steht oder hergestellt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 16, wobei in eine Schicht (15) mit zumindest einer Schichtlage (15a, 15b) die Kavität (12y) geätzt wird und zwischen der Säulengruppe (16y) und einer linken und einer rechten Wand (15', 15") der Schicht (15) keine andere Säulengruppe steht oder hergestellt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 16, wobei sich dünne Schichtanteile (17') der licht-undurchlässigen Schicht (17) auf den Oberfläche der Säulen befinden, wobei die dünnen Schichtanteile eine Schichtdicke von kleiner 200nm haben und dabei nicht licht-undurchlässig sind.
20. Verfahren nach Anspruch 1 oder 16, wobei die licht-undurchlässige Schicht (17) mit einer Schichtdicke von kleiner 200 nm die Oberflächen der Säulen bedeckt und dabei nicht als licht-undurchlässig angesehen wird, sondern über eine solche Transmission verfügt, dass eine Belichtungsanlage die Justiermarke dennoch erkennen kann.
21. Verfahren nach Anspruch 1 oder 16, wobei ein Schichtenstapel (15) auf dem Substrat (1 1 ) vorgesehen ist und der Schichtenstapel - zur Bildung der zumindest einen Kavität (12y) - mit einer Fotomaske und zumindest einem Ätzschritt geätzt wird, welcher Ätzschritt ein solcher ist, der bei der Herstellung des Halbleiterwafers ohnehin anderweitig verwendet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei der Schichtenstapel (15;15a,15b) mit dem Ätzschritt zum Ätzen einer Passivierungsschicht geätzt wird, wobei die Passivierungsschicht eine Schicht des Schichtenstapels (15) ist und/oder eine Schicht außerhalb des Schichtenstapels auf dem Halbleiterwafer ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei der Schichtenstapel (15), in welchen die jeweilige Kavität (12y) geätzt wird, aus mehreren Schichten gebildet ist, insbesondere (beliebig) ausgewählt aus der Gruppe Zwischenschichtdielektrikum, Zwischenmetall-Dielektrikum und Passivierungsschicht.
24. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die licht-undurchlässige Schicht (17) ein carbon-based Black Resist ist.
25. Halbleiterwafer mit zumindest einer Justiermarke in x- und zumindest einer Justiermarke in y-Richtung, jeweils in einem licht-undurchlässigen Schichtanteil (17x,17y) einer Schicht (17) für eine spätere Strukturierung oder zum Schutz von zumindest einem optisch empfindlichen Bereich eines Schaltungselements, wobei in zwei zueinander senkrechten Kavitäten (12x,12y) je eine Gruppe von Säulen (16x,16y) steht und von dem licht-undurchlässigen Schichtanteil (17y,17x) der Schicht (17) in der jeweiligen Kavität nicht vollständig bedeckt wird, hergestellt oder herstellbar mit einem Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche.
26. Verfahren zur Herstellung von zumindest zwei Justiermarken auf einem Halbleiterwafer, wobei mit einem Ätzen zumindest zwei senkrecht zueinander verlaufender Kavitäten (12x,12y) gebildet werden, und darin je eine als Justiermarke verwendbare Säulengruppe (16x,16y) stehen bleibt, die Säulengruppen (16x;16y) mit einer solchen Höhe (h16) oberhalb 1 μm hergestellt werden, die größer ist als eine Dicke eines licht-undurchlässigen Schichtanteils (17x,17y) einer aufzubringenden Schicht (17) in der jeweiligen Kavität; die Kavitäten (12x,12y) mit einer solchen Breite ausgebildet werden, dass sie beim Ein- oder Aufbringen der lichtundurchlässigen Schichtanteile (17x,17y) nicht mehr als zum Teil gefüllt werden; die licht-undurchlässige Schicht (17) zur Strukturierung oder zum Schutz von zumindest einem Schaltungselement außerhalb der Kavitäten (12x;12y) auf dem Wafer aufgebracht wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Kavitäten (12x;12y) jeweils mit einer Breite von mindestens 80 μm hergestellt werden, oder jede Kavität im Wesentlichen zumindest zwanzigmal breiter ist als die Breite der sich in ihr befindlichen Säulengruppe (16x;16y) als Justiermarke.
28. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei der Schichtstapel (15) mit dem Ätzschnitt zum Ätzen der Passivierungsschicht geätzt wird.
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