JPH05335197A - 半導体結晶基板の位置合わせ方法と合わせマーク形状 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体結晶基板の結晶方位とマスクとの正確
な位置合わせを行う半導体結晶基板の位置合わせ方法と
合わせマーク形状を提供する。 【構成】 半導体結晶基板１に絶縁膜１１を塗布し、絶
縁膜１１に平面視略円形の開口部１２を形成し、この半
導体結晶基板１に異方性エッチングを施して処理マーク
１３を形成する。そして、この処理マーク１３とマスク
３に形成した合わせマーク１４とを位置合わせする。ま
た、マスク３上の合わせマーク１４は、処理マーク１３
の平面視外形よりもわずかに大きい略四角形の透視部１
４ａと、この透視部１４ａの相対向する隅部を結ぶ対角
線パターン１４ｂとから成る形状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶基板の結晶
方位に依存性のある処理を行うために、この結晶方位と
マスクとを合わせる半導体結晶基板の位置合わせ方法
と、この位置合わせのための合わせマーク形状に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体結晶基板には結晶面や結
晶方位に対する異方性や等方性があることが知られてい
る。この半導体結晶基板の結晶方位に依存性のある処
理、例えば半導体圧力センサにおける感圧抵抗の形成を
行う場合には、その結晶方位に対して感圧抵抗である抵
抗パターンを正確に配置することが重要となる。感圧抵
抗は、ピエゾ抵抗効果を利用して圧力による歪みを検出
するものであり、このピエゾ抵抗効果は、結晶方位依存
性を有するため、その結晶方位の違いによって特性が異
なる。したがって、設計仕様どうりの半導体圧力センサ
を製造するには、その抵抗パターンと半導体結晶基板の
結晶方位とを正確に合わせる必要がある。

【０００３】従来、このような位置合わせは、メカニカ
ルな位置合わせ機構を持ったアライナー等を使用し、集
積回路の製造でよく用いられるマスク合わせ方法により
行っている。すなわち、図２に示すように、半導体結晶
基板１の外周上の一部がカットされたオリエンテーショ
ンフラット（以下、オリフラと称す）２を基準として、
アライナー等のステージ上に半導体結晶基板１を固定
し、この状態でマスクと半導体結晶基板１との位置合わ
せを行う。先に述べた半導体圧力センサの製造では、こ
のような位置合わせにより、抵抗パターンと半導体結晶
基板の結晶方位との位置合わせを行っている。

【０００４】ところで、単結晶シリコンから成る半導体
結晶基板１のオリフラ２は、半導体結晶基板１の製造途
中である、いわゆるインゴットの状態で予めＸ線分析等
によりその結晶方位を探り出し、所望の結晶方位に合わ
せてカットして形成したものである。このため、図３に
示すように、オリフラ２の結晶方位はそのカットされた
辺に垂直に交わる方位（図中二点鎖線）で表される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このオリフラ
２の形成において、その加工精度のばらつきによりオリ
フラ２の示す結晶方位と実際の結晶方位との間に誤差が
生じることがある。例えば、図６（ａ）に示すように、
（１００）結晶面を有する半導体結晶基板１において、
〔０１１〕方位に垂直なオリフラ２を形成した場合、図
６（ｂ）に示すようなオリフラ２と実際の結晶方位〔０
−１１〕との間に誤差αが生じてしまう。ここで、結晶
方位で示す負の記号は、一般に結晶方位を示す場合の負
のベクトルを表しており、以下、本明細書において全て
このような表示とする。

【０００６】一方、この半導体結晶基板１を用いて半導
体圧力センサ等を製造するには、図７（ａ）に示すマス
ク３の設計上の軸方位〔０１１〕と、図７（ｂ）に示す
オリフラ２の結晶方位〔０１１〕とを一致させる必要が
ある。しかし、アライナーによる半導体結晶基板１の位
置合わせは、メカニカルな位置決め機構を用いてオリフ
ラ２の位置だしを行っているため、図７（ｃ）に示すよ
うに誤差βが生じてしまう。

【０００７】このように、半導体結晶基板１のオリフラ
２の示す結晶方位と実際の結晶方位との誤差αがあり、
さらにオリフラ２を用いた位置合わせで生じる誤差βが
あるため、このオリフラ２を基準にして半導体結晶基板
１とマスク３との位置合わせを行っても、マスク３の設
計上の軸方位と半導体結晶基板１の結晶方位との間に大
きなずれが生じている。とくに、初めて半導体結晶基板
１とマスク３との位置合わせを行う場合にこのずれが生
じてしまうと、この後の全ての工程においてずれたまま
製造が進行してしまう。よって、本発明は、半導体結晶
基板の結晶方位とマスクの設計上の軸方位との位置合わ
せを精度良く行う半導体結晶基板の位置合わせ方法とこ
れに用いる合わせマーク形状を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成された半導体結晶基板の位置合わ
せ方法と合わせマーク形状である。すなわち、この半導
体結晶基板の位置合わせ方法は、先ず半導体結晶基板の
表面に絶縁膜を塗布し、この絶縁膜の所定位置を平面視
略円形に除去した開口部を形成し、次いで、この半導体
結晶基板に異方性エッチングを施して、この開口部下方
の半導体結晶基板に処理マークを形成する。そして、こ
の処理マークとマスクに形成した合わせマークとを位置
合わせすることで、半導体結晶基板の結晶方位とマスク
の設計上の軸方位との位置合わせを行うものである。

【０００９】また、この合わせマークは、マスク上に形
成され、かつ半導体結晶基板に設けられた平面視略四角
形の処理マークとこのマスクとの位置合わせするもの
で、処理マークの平面視外形よりもわずかに大きい略四
角形の透視部と、この透視部の相対向する隅部を結ぶ対
角線パターンとを設けたものから成る形状である。

【００１０】

【作用】半導体結晶基板に絶縁膜を形成し、その所定位
置に平面視略円形の開口部を形成した後、半導体結晶基
板に異方性エッチングを施すと、エッチング速度が結晶
方位に依存するために、半導体結晶基板に特定の結晶面
が現れた処理マークを形成することができる。処理マー
クの底辺、すなわち半導体結晶基板表面とエッチング部
分との境界部分には、特定のしかも正確な結晶方位が現
れる。このため、半導体結晶基板の表面に塗布した絶縁
膜を除去した後、形成された処理マークにマスクの合わ
せマークを合わせることで、半導体結晶基板の特定の結
晶方位とマスクの設計上の軸方位とを正確に位置合わせ
できる。

【００１１】また、マスクの所定位置に、処理マークの
平面視外形よりもわずかに大きい略四角形の透視部と、
この透視部の相対向する隅部を結ぶ対角線パターンとか
ら構成される合わせマークを形成し、半導体結晶基板の
処理マークとこの合わせマークとを位置合わせする。す
なわち、合わせマークの透視部内に半導体結晶基板の処
理マークを配置するとともに、合わせマークの対角線パ
ターンと処理マークの隅部とを位置合わせすることによ
り、半導体結晶基板とマスクとの位置合わせが確実に行
える。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の半導体結晶基板の位置合わ
せ方法と合わせマーク形状について図面に基づき説明す
る。図１（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係る半導体結晶基板
の位置合わせ方法の一例を工程順に示した模式図であ
り、（Ａ）〜（Ｃ）における（ａ）は要部の平面模式
図、（ｂ）は半導体結晶基板の断面模式図、また、
（Ｄ）は最終工程における平面模式図である。はじめ
に、半導体結晶基板の位置合わせ方法について工程順に
説明する。なお、本実施例では（１００）結晶面を有す
る単結晶シリコンの半導体結晶基板１を用いた場合につ
いて説明する。

【００１３】先ず、第１の工程として図１（Ａ）に示す
ように、半導体結晶基板１の表面に窒化膜等の絶縁膜１
１を形成する。そして、第２の工程として、半導体結晶
基板１の周辺、すなわち半導体素子を形成しない不要な
部分の絶縁膜１１を除去することで、例えば直径２０μ
ｍ程度の平面視略円形の開口部１２を形成する。なお、
開口部１２は、通常のフォトリソグラフィー法を用いて
形成する。この開口部１２は、半導体結晶基板１の表面
まで達しており、半導体結晶基板１の表面が露出した状
態となる。

【００１４】そして、第３の工程として、図１（Ｂ）に
示すように、半導体結晶基板１に水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）等のアルカリ薬品を用いて異方性エッチングを施
し、半導体結晶基板１に処理マーク１３を形成する。ア
ルカリ薬品によるエッチングでは、そのエッチング速度
が半導体結晶基板１の結晶方位に大きく依存するため、
例えば（１００）の半導体結晶基板１では、（１１１）
面のエッチング速度が（１００）面のエッチング速度に
比べて遅い。したがって、このエッチングにより半導体
結晶基板１のエッチング部分に特定の結晶面、すなわち
この場合では（１１１）面が現れ、四角錐状の処理マー
ク１３が形成できる。

【００１５】そして、第４の工程として、図１（Ｃ）に
示すように、半導体結晶基板１の表面に塗布した絶縁膜
１１を除去する。これにより、半導体結晶基板１と処理
マーク１３との境界部分に形成された開口辺１３ａが平
面視略四角形となっていることが確認できる。この処理
マーク１３は、先に述べたように、異方性エッチングを
用いて形成するため、半導体結晶基板１の深さ方向に向
けて四角錐状となっており、その深さや開口面積は、開
口部１２の大きさにより変更することができる。

【００１６】また、四角錐の各底辺１３ｂは、（１０
０）結晶面と（１１１）結晶面との交差線であり、特定
の結晶方位を示している。すなわち、この交差線は〔０
１１〕結晶方位であるため、各底辺１３ｂからこの〔０
１１〕結晶方位を知ることができる。このような処理マ
ーク１３を正確に形成するためには、先に述べたよう
に、絶縁膜１１を除去して形成する開口部１２を平面視
略円形にすればよく、これにより、所望の結晶面以外の
面が現れるのを防いでいる。

【００１７】そして、第５の工程として、図１（Ｄ）に
示すように、マスク３に形成された合わせマーク１４と
この処理マーク１３との位置合わせを行う。処理マーク
１３の開口辺１３ａおよび各底辺１３ｂは半導体結晶基
板１の各結晶方位を示しているため、これらを基準にし
て合わせマーク１４と位置合わせすれば、半導体結晶基
板１の結晶方位とマスク３の設計上の軸方位とを正確に
合わせることができる。

【００１８】これにより、半導体結晶基板１のオリフラ
２が示す結晶方位に誤差α（図６（ｂ）参照）があって
も、さらに、アライナーによる半導体結晶基板１の位置
合わせ誤差β（図７（ｃ）参照）があっても、常に半導
体結晶基板１の正確な結晶方位を基準にして位置合わせ
することができる。

【００１９】次に、この処理マーク１２と位置合わせす
る合わせマーク１３の形状について説明する。図４は合
わせマークを説明する平面図、図５は位置合わせを説明
する平面図である。

【００２０】すなわち、図４に示すように、この合わせ
マーク１４は、透明なガラス板等の表面に金属等から成
る遮光膜３ａを被着したマスク３に形成されたもので、
この遮光膜３ａを除去した透視部１４ａと、対角線パタ
ーン１４ｂとから構成されている。透視部１４ａの外形
は半導体結晶基板１に形成した処理マーク１３の平面視
外形よりもわずかに大きい略四角形であり、その相対向
する隅部を結ぶ状態に対角線パターン１４ｂが設けら
れ、略中央で交差した形状となっている。

【００２１】この合わせマーク１４と処理マーク１３と
の位置合わせを行うには、図５に示すように、合わせマ
ーク１４の中央部に処理マーク１３の中央部を合わせれ
ばよい。すなわち、透視部１４ａの外形は、処理マーク
１３の平面視外形よりもわずかに大きいため、透視部１
４ａの外形線と処理マーク１３の各開口辺１３ａとの間
にそれぞれ隙間が形成される。この各隙間がほぼ等しく
なるように配置すれば、マスク３の面方向の位置合わせ
を行うことができる。

【００２２】さらに、四角錐状に形成された処理マーク
１３の底辺１３ｂが平面視した状態で開口辺１３ａの相
対向する隅部をつなぐ直線状となることを利用して、こ
の底辺１３ｂと合わせマーク１４の対角線パターン１４
ｂとの位置が一致するように位置合わせする。これによ
り、マスク３の回転方向の位置合わせを行うことができ
る。

【００２３】これらの位置合わせにより、処理マーク１
３と合わせマーク１４との面方向および回転方向の正確
な位置合わせを行うことができる。しかも、処理マーク
１３の開口辺１３ａおよび底辺１３ｂは、全て半導体結
晶基板１の結晶方位を示しているため、これらの辺を基
準にして位置合わせすることで半導体結晶基板１の結晶
方位とマスク３の設計上の軸方位とを正確にかつ容易に
合わせることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体結
晶基板の位置合わせ方法と合わせマーク形状によれば次
のような効果がある。この半導体結晶基板の位置合わせ
方法を用いると、処理パターンの開口辺や底辺がその半
導体結晶基板の結晶方位を正確に現しているとともに、
これを直接目視することができる。したがって、この処
理パターンと合わせマークとの位置合わせを行えば、容
易にかつ精度の高い位置合わせを実現することができ
る。

【００２５】また、この合わせマーク形状により、半導
体結晶基板に形成された処理マークの開口辺および底辺
との位置合わせを正確に行えるため、マスクの面方向と
回転方向との位置合わせ精度が向上する。このように、
半導体結晶基板の結晶方位とマスクの設計上の軸方位を
精度よく合わせることができるため、とくに半導体結晶
基板のピエゾ抵抗効果を利用すた半導体圧力センサ等、
半導体結晶基板の結晶方位に依存性のある処理を行う場
合において、設計仕様どうりの特性を発揮する半導体装
置を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体結晶基板の位置合わせ方法を工
程順に説明する模式図で、（Ａ）は第１工程および第２
工程を説明する断面模式図、（Ｂ）は第３工程を説明す
る断面模式図、（Ｃ）は第４工程を説明する断面模式
図、（Ｄ）は第５工程を説明する平面模式図である。

【図２】半導体結晶基板の平面図である。

【図３】オリフラと結晶方位との関係を示した説明図で
ある。

【図４】本発明の合わせマークを説明する平面図であ
る。

【図５】位置合わせを説明する平面図である。

【図６】従来のオリフラ加工精度の説明図で、（ａ）は
オリフラの設計上の結晶方位を説明する図、（ｂ）はオ
リフラの加工精度を説明する図である。

【図７】従来の位置合わせ精度を説明する図で、（ａ）
はマスクの設計上の軸方位を説明する図、（ｂ）は半導
体結晶基板とマスクとを位置合わせした状態を説明する
図、（ｃ）は位置合わせ精度を説明する図である。

【符号の説明】

１ 半導体結晶基板 ２ オリフラ ３ マスク １１ 絶縁膜 １２ 開口部 １３ 処理マーク １３ａ 開口辺 １３ｂ 底辺 １４ 合わせマーク １４ａ 透視部 １４ｂ 対角線パターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体結晶基板の結晶方位とマスクに形
   成された合わせマークとを合わせる半導体結晶基板の位
   置合わせ方法において、 前記半導体結晶基板の表面に絶縁膜を塗布する第１工程
   と、 前記絶縁膜の所定位置を平面視略円形に除去した開口部
   を形成する第２工程と、 前記半導体結晶基板に異方性エッチングを施して、前記
   開口部下方の半導体結晶基板に処理マークを形成する第
   ３工程と、 前記半導体結晶基板の表面に塗布された前記絶縁膜を除
   去する第４工程と、 前記処理マークと前記合わせマークとの位置を合わせる
   ことで、前記結晶方位と前記マスクとの位置合わせを行
   う第５工程とから成ることを特徴とする半導体結晶基板
   の位置合わせ方法。
2. 【請求項２】 マスク上に形成され、かつ半導体結晶基
   板に設けられた平面視略四角形の処理マークと前記マス
   クとを位置合わせする合わせマーク形状であって、 前記処理マークの平面視外形よりもわずかに大きい略四
   角形の透視部と、 前記透視部の相対向する隅部を結ぶ対角線パターンとか
   ら成ることを特徴とする合わせマーク形状。