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JP7298752B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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JP7298752B2 JP2022090626A JP2022090626A JP7298752B2 JP 7298752 B2 JP7298752 B2 JP 7298752B2 JP 2022090626 A JP2022090626 A JP 2022090626A JP 2022090626 A JP2022090626 A JP 2022090626A JP 7298752 B2 JP7298752 B2 JP 7298752B2
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device.

従来、半導体基板の表面(第1主面)の表面素子構造に応じた回路パターンを半導体基板(半導体ウエハ)の裏面(第2主面)または裏面上の材料膜にパターニングするためのアライメント(位置合わせ)には、表面素子構造とともに半導体基板の表面に形成されたアライメントマーク(以下、裏面用アライメントマークとする)が用いられることが公知である。 Conventionally, alignment (position) for patterning a circuit pattern corresponding to the surface element structure of the front surface (first main surface) of a semiconductor substrate (second main surface) of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) on the back surface (second main surface) or a material film on the back surface. Alignment) is known to use an alignment mark (hereinafter referred to as a back surface alignment mark) formed on the front surface of the semiconductor substrate together with the surface element structure.

赤外光を用いたアライメント方法として、シリコンウェハのダイシングラインなどの無効領域の内部にSON(Silicon-On-Nothing)構造の裏面用アライメントマークを形成し、この裏面用アライメントマークを赤色レーザ(透過型レーザ)の反射光の変化で認識する方法が提案されている(例えば、下記特許文献1(段落[0041]~[0047]、第5,7図)参照。)。下記特許文献1では、裏面用アライメントマークを形成する領域に配置した複数のホールトレンチを熱処理により連結させて1つの空洞とすることでSON構造の裏面用アライメントマークを形成している。 As an alignment method using infrared light, an alignment mark for the back surface of a SON (Silicon-On-Nothing) structure is formed inside an invalid area such as a dicing line of a silicon wafer, and this alignment mark for the back surface is irradiated with a red laser (transmission laser). A method of recognizing a change in reflected light of a type laser) has been proposed (see, for example, Patent Document 1 below (paragraphs [0041] to [0047], FIGS. 5 and 7).). In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200002, a back alignment mark of an SON structure is formed by connecting a plurality of hole trenches arranged in a region where a back alignment mark is to be formed to form one cavity by heat treatment.

特開2012-089540号公報JP 2012-089540 A

本発明は、略平行な第1主面と第2主面とを有する半導体基板において、アライメントマークを形成した第1主面と異なる第2主面に当該アライメントマークを用いてパターニングを行う半導体装置の製造方法であって、アライメント精度を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is a semiconductor device in which patterning is performed using alignment marks on a second main surface different from the first main surface on which alignment marks are formed in a semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface which are substantially parallel to each other. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method of a semiconductor device capable of improving alignment accuracy.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第1領域と、ダイオードが配置された第2領域と、が半導体基板の第1主面に平行な方向に隣接する半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、第1導電型の前記半導体基板の第1主面の表面層に、表面素子構造として、前記第1領域および前記第2領域の全域にわたって、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第2導電型の第1半導体領域を形成するとともに、表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程を行う。次に、前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程を行う。次に、前記レジスト膜をマスクとして第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第2領域の全域にわたって、前記ダイオードのカソード領域となる、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程を行う。前記第1工程では、前記検出器により検出される前記所定波長域の光の反射光の、前記半導体基板の第1主面に平行な第1方向の検出波形と、前記半導体基板の第1主面に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向の検出波形と、にそれぞれ2つ以上のピークが検出されるレイアウトで、前記半導体基板の第1主面から所定深さに達する複数のトレンチを形成する。前記トレンチとして、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線状の平面形状の第1トレンチを形成する。そして、複数の前記トレンチにより前記半導体基板の第1主面に形成された段差を前記所定マークとする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記トレンチの内部にポリシリコン膜を埋め込むことを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのゲートトレンチと同時に前記トレンチを形成し、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのゲート電極と同時に前記ポリシリコン膜を形成することを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記第1トレンチを互いに離して配置することを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記第1トレンチをアルミニウムを含む金属膜で覆うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides a first region in which an insulated gate bipolar transistor is arranged and a second region in which a diode is arranged. , are adjacent in a direction parallel to a first main surface of a semiconductor substrate, the method for manufacturing the semiconductor device having the following features. First, on the surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, the base region of the insulated gate bipolar transistor and the diode are formed over the entire first region and the second region as a surface element structure. A first step is performed to form a first semiconductor region of a second conductivity type, which will be the anode region of the second conductive type, and to form a predetermined mark apart from the surface element structure. Next, a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate is performed. Next, the semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is detected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. A third step of detecting the reflected light of the above to specify the position of the predetermined mark is performed. Next, a fourth step is performed in which alignment is performed using the position of the predetermined mark identified in the third step as a reference, and a predetermined pattern corresponding to the surface element structure is transferred onto the resist film and exposed. Next, by using the resist film as a mask, first conductivity type impurity ions are implanted into the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire second region to form the cathode region of the diode. A fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate is performed. In the first step, a detection waveform in a first direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate, of reflected light of the light in the predetermined wavelength range detected by the detector; A layout in which two or more peaks are detected in a second direction parallel to the surface and perpendicular to the first direction, and a plurality of peaks reaching a predetermined depth from the first main surface of the semiconductor substrate. Form a trench. As the trenches, four straight planar first trenches arranged in a point-symmetric cross-shaped layout with one end positioned at the center with a predetermined location as the center are formed. A step formed on the first main surface of the semiconductor substrate by the plurality of trenches is used as the predetermined mark. Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the inside of the trench is filled with a polysilicon film. Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the invention described above, in the first step, the trench is formed at the same time as the gate trench of the insulated gate bipolar transistor, and the gate electrode of the insulated gate bipolar transistor is formed. and forming the polysilicon film at the same time. Moreover, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first trenches are arranged apart from each other in the first step. Moreover, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the first trench is covered with a metal film containing aluminum.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第1領域と、ダイオードが配置された第2領域と、が半導体基板の第1主面に平行な方向に隣接する半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、第1導電型の前記半導体基板の第1主面の表面層に、表面素子構造として、前記第1領域および前記第2領域の全域にわたって、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第2導電型の第1半導体領域を形成するとともに、表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程を行う。次に、前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程を行う。次に、前記レジスト膜をマスクとして第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第2領域の全域にわたって、前記ダイオードのカソード領域となる、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程を行う。前記第1工程では、前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積層してなる積層膜を形成する。前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線部を有する十字状の平面形状の溝を形成する。そして、前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとする。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides a first region in which an insulated gate bipolar transistor is arranged and a second region in which a diode is arranged. A method of manufacturing a semiconductor device in which a region and a region are adjacent in a direction parallel to a first main surface of a semiconductor substrate, the method having the following features. First, on the surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, the base region of the insulated gate bipolar transistor and the diode are formed over the entire first region and the second region as a surface element structure. A first step is performed to form a first semiconductor region of a second conductivity type, which will be the anode region of the second conductive type, and to form a predetermined mark apart from the surface element structure. Next, a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate is performed. Next, the semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is detected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. A third step of detecting the reflected light of the above to specify the position of the predetermined mark is performed. Next, a fourth step is performed in which alignment is performed using the position of the predetermined mark identified in the third step as a reference, and a predetermined pattern corresponding to the surface element structure is transferred onto the resist film and exposed. Next, by using the resist film as a mask, first conductivity type impurity ions are implanted into the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire second region to form the cathode region of the diode. A fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate is performed. In the first step, a laminated film is formed by sequentially laminating an oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate. A cross-shaped planar groove is formed that penetrates the laminated film in the depth direction and has four linear portions arranged in a point-symmetrical cross-shaped layout with one end positioned at the center with a predetermined location as the center. . A step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第1領域と、ダイオードが配置された第2領域と、が半導体基板の第1主面に平行な方向に隣接する半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、第1導電型の前記半導体基板の第1主面の表面層に、表面素子構造として、前記第1領域および前記第2領域の全域にわたって、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第2導電型の第1半導体領域を形成するとともに、表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程を行う。次に、前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程を行う。次に、前記レジスト膜をマスクとして第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第2領域の全域にわたって、前記ダイオードのカソード領域となる、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程を行う。前記第1工程では、前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積層してなる積層膜を形成する。前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに4つの直線状に前記積層膜の一部が残るように当該積層膜の一部の周囲を囲む溝を形成する。そして、前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとする。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides a first region in which an insulated gate bipolar transistor is arranged and a second region in which a diode is arranged. A method of manufacturing a semiconductor device in which a region and a region are adjacent in a direction parallel to a first main surface of a semiconductor substrate, the method having the following features. First, on the surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, the base region of the insulated gate bipolar transistor and the diode are formed over the entire first region and the second region as a surface element structure. A first step is performed to form a first semiconductor region of a second conductivity type, which will be the anode region of the second conductive type, and to form a predetermined mark apart from the surface element structure. Next, a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate is performed. Next, the semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is detected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. A third step of detecting the reflected light of the above to specify the position of the predetermined mark is performed. Next, a fourth step is performed in which alignment is performed using the position of the predetermined mark identified in the third step as a reference, and a predetermined pattern corresponding to the surface element structure is transferred onto the resist film and exposed. Next, by using the resist film as a mask, first conductivity type impurity ions are implanted into the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire second region to form the cathode region of the diode. A fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate is performed. In the first step, a laminated film is formed by sequentially laminating an oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate. The laminated film is formed so that a part of the laminated film remains in four straight lines in a point-symmetrical cross-shaped layout that penetrates the laminated film in the depth direction and has one end positioned at the center with a predetermined location as the center. Form a groove around the circumference of the part. A step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記溝の内部にアルミニウムを含む金属膜を埋め込むことを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、深さ方向に前記積層膜を貫通して前記半導体基板の第1主面で終端する前記溝を形成することを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第5工程では、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第1領域の全域にわたって、前記第2半導体領域に隣接して、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ領域となる第2導電型の第3半導体領域を形成することを特徴とする。 Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the trench is filled with a metal film containing aluminum. Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the trench is formed to penetrate the laminated film in the depth direction and terminate at the first main surface of the semiconductor substrate. characterized by Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the fifth step, the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate is coated with the second semiconductor region over the entire first region. and a third semiconductor region of the second conductivity type, which will be the collector region of the insulated gate bipolar transistor.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第5工程では、第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記半導体基板の第2主面の全域にわたって前記第3半導体領域を形成し、前記レジスト膜をマスクとして前記第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記第3半導体領域の前記第2領域の部分を第1導電型に変えることで前記第2半導体領域を形成することを特徴とする。 Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the fifth step, ion implantation of a second conductivity type impurity is performed to form the semiconductor device on the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate. The third semiconductor region is formed over the entire second main surface of the substrate, ion implantation of the impurity of the first conductivity type is performed using the resist film as a mask, and the second region portion of the third semiconductor region is the second region. The second semiconductor region is formed by changing to one conductivity type.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体基板の第1主面に、前記第1半導体領域に電気的に接続された第1電極を形成する第6工程と、前記半導体基板の第2主面に、前記第2半導体領域および前記第3半導体領域に接する第2電極を形成する第7工程と、を含むことを特徴とする。 Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, a sixth step of forming a first electrode electrically connected to the first semiconductor region on the first main surface of the semiconductor substrate; and a seventh step of forming a second electrode in contact with the second semiconductor region and the third semiconductor region on the second main surface of the semiconductor substrate.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、フローティングの第2導電型領域を有する半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、第1導電型の半導体基板の第1主面に、前記表面素子構造を形成するとともに、表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程を行う。次に、前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程を行う。次に、前記レジスト膜をマスクとして第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面から離れた深さ位置に前記第2導電型領域を形成する第5工程を行う。前記第1工程では、前記検出器により検出される前記所定波長域の光の反射光の、前記半導体基板の第1主面に平行な第1方向の検出波形と、前記半導体基板の第1主面に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向の検出波形と、にそれぞれ2つ以上のピークが検出されるレイアウトで、前記半導体基板の第1主面から所定深さに達する複数のトレンチを形成する。前記トレンチとして、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線状の平面形状の第1トレンチを形成する。そして、複数の前記トレンチにより前記半導体基板の第1主面に形成された段差を前記所定マークとする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記トレンチの内部にポリシリコン膜を埋め込むことを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記第1トレンチを互いに離して配置することを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記第1トレンチをアルミニウムを含む金属膜で覆うことを特徴とする。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a floating second conductivity type region, which has the following features. have First, a first step of forming the surface element structure on the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type and forming a predetermined mark apart from the surface element structure is performed. Next, a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate is performed. Next, the semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is detected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. A third step of detecting the reflected light of the above to specify the position of the predetermined mark is performed. Next, a fourth step is performed in which alignment is performed using the position of the predetermined mark identified in the third step as a reference, and a predetermined pattern corresponding to the surface element structure is transferred onto the resist film and exposed. Next, a fifth step is performed in which second conductivity type impurity ions are implanted using the resist film as a mask to form the second conductivity type region at a depth position away from the second main surface of the semiconductor substrate. In the first step, a detection waveform in a first direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate, of reflected light of the light in the predetermined wavelength range detected by the detector; A layout in which two or more peaks are detected in a second direction parallel to the surface and perpendicular to the first direction, and a plurality of peaks reaching a predetermined depth from the first main surface of the semiconductor substrate. Form a trench. As the trenches, four straight planar first trenches arranged in a point-symmetric cross-shaped layout with one end positioned at the center with a predetermined location as the center are formed. A step formed on the first main surface of the semiconductor substrate by the plurality of trenches is used as the predetermined mark. Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the inside of the trench is filled with a polysilicon film. Moreover, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first trenches are arranged apart from each other in the first step. Moreover, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the first trench is covered with a metal film containing aluminum.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、フローティングの第2導電型領域を有する半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、第1導電型の半導体基板の第1主面に、前記表面素子構造を形成するとともに、表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程を行う。次に、前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程を行う。次に、前記レジスト膜をマスクとして第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面から離れた深さ位置に前記第2導電型領域を形成する第5工程を行う。前記第1工程では、前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積層してなる積層膜を形成する。前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線部を有する十字状の平面形状の溝を形成する。そして、前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとする。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a floating second conductivity type region, which has the following features. have First, a first step of forming the surface element structure on the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type and forming a predetermined mark apart from the surface element structure is performed. Next, a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate is performed. Next, the semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is detected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. A third step of detecting the reflected light of the above to specify the position of the predetermined mark is performed. Next, a fourth step is performed in which alignment is performed using the position of the predetermined mark identified in the third step as a reference, and a predetermined pattern corresponding to the surface element structure is transferred onto the resist film and exposed. Next, a fifth step is performed in which second conductivity type impurity ions are implanted using the resist film as a mask to form the second conductivity type region at a depth position away from the second main surface of the semiconductor substrate. In the first step, a laminated film is formed by sequentially laminating an oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate. A cross-shaped planar groove is formed that penetrates the laminated film in the depth direction and has four linear portions arranged in a point-symmetrical cross-shaped layout with one end positioned at the center with a predetermined location as the center. . A step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、フローティングの第2導電型領域を有する半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、第1導電型の半導体基板の第1主面に、前記表面素子構造を形成するとともに、表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程を行う。次に、前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程を行う。次に、前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程を行う。次に、前記レジスト膜をマスクとして第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面から離れた深さ位置に前記第2導電型領域を形成する第5工程を行う。前記第1工程では、前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積層してなる積層膜を形成する。前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに4つの直線状に前記積層膜の一部が残るように当該積層膜の一部の周囲を囲む溝を形成する。そして、前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとする。 Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a floating second conductivity type region, which has the following features. have First, a first step of forming the surface element structure on the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type and forming a predetermined mark apart from the surface element structure is performed. Next, a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate is performed. Next, the semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is detected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. A third step of detecting the reflected light of the above to specify the position of the predetermined mark is performed. Next, a fourth step is performed in which alignment is performed using the position of the predetermined mark identified in the third step as a reference, and a predetermined pattern corresponding to the surface element structure is transferred onto the resist film and exposed. Next, a fifth step is performed in which second conductivity type impurity ions are implanted using the resist film as a mask to form the second conductivity type region at a depth position away from the second main surface of the semiconductor substrate. In the first step, a laminated film is formed by sequentially laminating an oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate. The laminated film is formed so that a part of the laminated film remains in four straight lines in a point-symmetrical cross-shaped layout that penetrates the laminated film in the depth direction and has one end positioned at the center with a predetermined location as the center. Form a groove around the circumference of the part. A step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記溝の内部にアルミニウムを含む金属膜を埋め込むことを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、深さ方向に前記積層膜を貫通して前記半導体基板の第1主面で終端する。また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記半導体基板の第1主面の表面層に、前記表面素子構造として第2導電型の第1半導体領域を形成する。前記第5工程では、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成し、前記半導体基板の第2主面から前記第2半導体領域よりも深い位置に前記第2導電型領域を形成する。前記半導体基板の第1主面に、前記第1半導体領域に接する第1電極を形成する第6工程と、前記半導体基板の第2主面に、前記第2導電型領域と離れて、前記第2半導体領域に接する第2電極を形成する第7工程と、を含むことを特徴とする。 Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the trench is filled with a metal film containing aluminum. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the laminated film is penetrated in the depth direction and terminated at the first main surface of the semiconductor substrate. Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, a first semiconductor of a second conductivity type as the surface element structure is formed on a surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate. form a region. In the fifth step, a second semiconductor region of a first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate is formed in a surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate. The second conductivity type region is formed at a position deeper than the second semiconductor region. a sixth step of forming a first electrode in contact with the first semiconductor region on the first main surface of the semiconductor substrate; and a seventh step of forming a second electrode in contact with the two semiconductor regions.

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、略平行な第1主面と第2主面とを有する半導体基板において、アライメントマークを形成した第1主面と異なる第2主面に当該アライメントマークを用いてパターニングを行う半導体装置の製造方法であって、アライメントマークの検出精度を向上させることができるため、アライメント精度を向上させることができるという効果を奏する。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in a semiconductor substrate having a first principal surface and a second principal surface which are substantially parallel to each other, the alignment mark is formed on the second principal surface different from the first principal surface. In the method of manufacturing a semiconductor device in which patterning is performed using marks, it is possible to improve the detection accuracy of the alignment marks, so that it is possible to improve the alignment accuracy.

実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the layout of back surface alignment marks used in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; 図5の切断線A-A’における断面構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure taken along the line A-A' of FIG. 5; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the layout of back surface alignment marks used in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the layout of back surface alignment marks used in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; 図8の切断線B-B’における断面構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line B-B' in FIG. 8; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the layout of back surface alignment marks used in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the layout of back surface alignment marks used in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; 図11の切断線C-C’における断面構造を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line C-C' of FIG. 11; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an example of the layout of back surface alignment marks used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 図4の裏面用アライメントマーク付近を拡大して示す断面図である。5 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the alignment mark for the back surface of FIG. 4; FIG. 実施の形態3にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a third embodiment; 実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。11 is a flow chart showing an overview of a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment; 実施の形態4にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment; 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。10 is a flow chart showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment; 実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法において半導体基板の裏面から半導体基板に照射する赤外光の反射光の検出波形を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a detected waveform of reflected infrared light that is irradiated onto a semiconductor substrate from the back surface thereof in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment; 図20の裏面用アライメントマークの変形例であって、半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 21 is a plan view showing an example of a layout viewed from the front surface side of the semiconductor substrate, which is a modification of the back surface alignment mark shown in FIG. 20 ; 実施例1の裏面用アライメントマークの検出結果を示す図である。4A and 4B are diagrams showing detection results of back surface alignment marks in Example 1. FIG. 実施例2の裏面用アライメントマークの検出結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing detection results of the alignment marks for the back surface of Example 2; 実施例3の半導体基板の厚さの好適な範囲を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a preferable range of thickness of a semiconductor substrate of Example 3; 比較例の半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing a semiconductor device of a comparative example; 比較例の半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing a semiconductor device of a comparative example; 比較例の半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing a semiconductor device of a comparative example; 比較例のアライメント方法の一例を示す断面図である。It is a sectional view showing an example of an alignment method of a comparative example. 比較例のアライメント方法の一例を示す断面図である。It is a sectional view showing an example of an alignment method of a comparative example. 比較例の裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing an example of a layout of a back surface alignment mark of a comparative example viewed from the front surface side of a semiconductor substrate; 比較例の裏面用アライメントマークの周辺を半導体基板の表面側から見たレイアウトを示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a layout of the periphery of a back surface alignment mark of a comparative example as seen from the front surface side of a semiconductor substrate; 比較例の裏面用アライメントマークの周辺を半導体基板の表面側から見たレイアウトを示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a layout of the periphery of a back surface alignment mark of a comparative example as seen from the front surface side of a semiconductor substrate;

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Preferred embodiments of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In this specification and the accompanying drawings, layers and regions prefixed with n or p mean that electrons or holes are majority carriers, respectively. Also, + and - attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region not attached, respectively. In the following description of the embodiments and accompanying drawings, the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

(比較例)
図25~27は、比較例の半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図28,29は、比較例のアライメント方法の一例を示す断面図である。図30は、比較例の裏面(第2主面)用アライメントマークを半導体基板の表面(第1主面)側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。
(Comparative example)
25 to 27 are cross-sectional views showing states in the middle of manufacturing the semiconductor device of the comparative example. 28 and 29 are cross-sectional views showing an example of the alignment method of the comparative example. FIG. 30 is a plan view showing an example of the layout of the rear surface (second main surface) alignment mark of the comparative example viewed from the front surface (first main surface) side of the semiconductor substrate.

比較例のアライメント方法について説明する。まず、半導体基板201’の表面201a側に所定の表面素子構造202を形成する。このとき、表面素子構造202とともに、通常のパターニング(半導体基板201のアライメントマークを形成した主面と、当該アライメントマークを用いてパターニングを行う主面と、が同一主面となるパターニング)で用いるアライメントマークの形成方法と同様の方法で、半導体基板201’の表面201aの任意の箇所に、トレンチ204による段差で構成された裏面用アライメントマーク203を形成する(図25)。図25には、表面素子構造202を簡略化して1つの層で示す(図26~29においても同様)。 An alignment method of a comparative example will be described. First, a predetermined surface element structure 202 is formed on the surface 201a side of the semiconductor substrate 201'. At this time, along with the surface element structure 202, alignment used in normal patterning (patterning in which the main surface of the semiconductor substrate 201 on which the alignment marks are formed and the main surface on which patterning is performed using the alignment marks are the same main surface) A back surface alignment mark 203 having a step formed by a trench 204 is formed at an arbitrary location on the front surface 201a of the semiconductor substrate 201' by the same method as the mark formation method (FIG. 25). FIG. 25 shows a simplified one-layer surface element structure 202 (also shown in FIGS. 26-29).

次に、半導体基板201’を裏面201b’側から研削していき、半導体装置として用いる製品厚さの半導体基板201を作製する(図26)。次に、半導体基板201の研削後の裏面201b上に、レジスト膜205を形成する。次に、半導体基板201の表面および裏面のアライメント合わせが可能な露光装置210を用いて、半導体基板201の表面201aの裏面用アライメントマーク203を検出し、当該裏面用アライメントマーク203を基準としてアライメントし、所定のマスクパターンをレジスト膜205に露光(転写)し現像する。これによって、レジスト膜205を、表面素子構造202に応じた所定の回路パターンにパターニングする(図27)。そして、レジスト膜205をマスクとして用いてエッチングやイオン注入等を行うことで、半導体基板201の研削後の裏面201bに裏面素子構造(不図示)を形成する。その後、半導体基板201をダイシングライン207に沿って切断して個々のチップ状に個片化することで、半導体装置が完成する。 Next, the semiconductor substrate 201' is ground from the back surface 201b' side to fabricate the semiconductor substrate 201 having a product thickness to be used as a semiconductor device (FIG. 26). Next, a resist film 205 is formed on the back surface 201b of the semiconductor substrate 201 after grinding. Next, using an exposure apparatus 210 capable of alignment of the front surface and the back surface of the semiconductor substrate 201, the back surface alignment mark 203 on the front surface 201a of the semiconductor substrate 201 is detected, and alignment is performed using the rear surface alignment mark 203 as a reference. , a predetermined mask pattern is exposed (transferred) to the resist film 205 and developed. Thereby, the resist film 205 is patterned into a predetermined circuit pattern corresponding to the surface device structure 202 (FIG. 27). Then, etching, ion implantation, or the like is performed using the resist film 205 as a mask to form a back surface element structure (not shown) on the ground back surface 201b of the semiconductor substrate 201 . After that, the semiconductor substrate 201 is cut along the dicing lines 207 to separate into individual chips, thereby completing the semiconductor device.

半導体基板201の表面201aに形成した裏面用アライメントマーク203(図28には不図示)の検出方法として、露光装置210のチャックステージ211を貫通する開口窓211aを介して、半導体基板201の表面201aに対向する位置に配置されたカメラ(以下、裏面カメラとする)212を用いて裏面用アライメントマーク203を検出する方法が知られている(図28)。図28では、半導体基板201の表面201aの、裏面カメラ212に対向する位置203aに形成された裏面用アライメントマーク203を裏面カメラ212により撮影している状態を上矢印で示す。 As a method of detecting the back alignment mark 203 (not shown in FIG. 28) formed on the front surface 201a of the semiconductor substrate 201, the front surface 201a of the semiconductor substrate 201 is detected through an opening window 211a passing through the chuck stage 211 of the exposure apparatus 210. A method of detecting the back alignment mark 203 using a camera (hereinafter referred to as a back camera) 212 arranged at a position opposite to is known (FIG. 28). In FIG. 28 , the upward arrow indicates a state in which the back surface alignment mark 203 formed at a position 203 a facing the back surface camera 212 on the front surface 201 a of the semiconductor substrate 201 is photographed by the back surface camera 212 .

また、半導体基板201の表面201aに形成した裏面用アライメントマーク203(図29には不図示)を別の検出方法として、裏面201bから半導体基板201に照射した赤外(IR:Infrared)光の反射光222の反射強度を、半導体基板201の裏面201bに対向する位置に配置された検出器223を用いて計測し、当該反射光222の反射強度に基づいて裏面用アライメントマーク203を検出する方法が知られている(図29)。図29では、裏面用アライメントマーク203を簡略化し、裏面用アライメントマーク203の形成箇所を囲む矩形枠で示す。符号221は、赤外光の入射光である。 As another method of detecting the back alignment mark 203 (not shown in FIG. 29) formed on the front surface 201a of the semiconductor substrate 201, infrared (IR: Infrared) light irradiated to the semiconductor substrate 201 from the back surface 201b is reflected. A method of measuring the reflection intensity of the light 222 using a detector 223 arranged at a position facing the back surface 201 b of the semiconductor substrate 201 and detecting the back surface alignment mark 203 based on the reflection intensity of the reflected light 222 . known (Fig. 29). In FIG. 29 , the back alignment mark 203 is simplified and shown by a rectangular frame surrounding the formation location of the back alignment mark 203 . Reference numeral 221 is incident light of infrared light.

このように裏面カメラ212または赤外光の反射光222を用いて、例えば半導体基板201の有効領域(半導体チップとなる領域)206間のダイシングライン207等に、トレンチ204による段差で形成された裏面用アライメントマーク203を検出する(図30)。図30には、半導体基板201の一部を十字状の平面形状を模るトレンチ204を直線で示す。裏面用アライメントマーク203は、トレンチ204の底面と、半導体基板201の、トレンチ204で囲まれた十字状の平面形状の部分の表面(表面201a)と、の段差で構成される。符号208は、有効領域206の外周に沿って形成されたフィールド酸化膜である。 In this way, using the back camera 212 or the reflected infrared light 222, for example, the dicing line 207 or the like between the effective areas (areas to be semiconductor chips) 206 of the semiconductor substrate 201, the back surface formed by the steps of the trenches 204. Detect the alignment mark 203 (FIG. 30). In FIG. 30, trenches 204 having a cross-shaped planar shape in part of the semiconductor substrate 201 are shown by straight lines. The back surface alignment mark 203 is formed by a step between the bottom surface of the trench 204 and the surface (surface 201 a ) of the cross-shaped planar portion of the semiconductor substrate 201 surrounded by the trench 204 . A reference numeral 208 denotes a field oxide film formed along the outer periphery of the effective region 206 .

しかしながら、上述した裏面カメラ212を用いたアライメント(図28参照)では、半導体基板201に裏面用アライメントマーク203の形成箇所が露光装置210の裏面カメラ212の位置203aに限定されるため、レイアウト設計の自由度が低いという問題がある。また、裏面カメラ212は露光装置210に固定され、半導体基板201’との距離d201を変えることができない。このため、裏面カメラ212により低倍率で裏面用アライメントマーク203の位置や形状を計測することとなり、アライメント精度が低いという問題がある。 However, in the above-described alignment using the back camera 212 (see FIG. 28), the formation position of the back alignment mark 203 on the semiconductor substrate 201 is limited to the position 203a of the back camera 212 of the exposure device 210. The problem is that the degree of freedom is low. Further, the rear camera 212 is fixed to the exposure device 210, and the distance d201 to the semiconductor substrate 201' cannot be changed. Therefore, the position and shape of the back alignment mark 203 are measured by the back camera 212 at a low magnification, which poses a problem of low alignment accuracy.

赤外光の反射光222を用いた裏面用アライメントマーク203の検出(図29参照)では、裏面用アライメントマーク203の周辺のパターンが密である場合(不図示)や、裏面用アライメントマーク203の周辺に裏面用アライメントマーク203に類似した平面形状を有する他のパターン231が存在する場合(図32)に、裏面用アライメントマーク203の検出精度が低下するという問題がある。この問題は、裏面用アライメントマーク203のサイズを大きくしたり、裏面用アライメントマーク203の周辺のパターン禁止帯(破線の矩形枠で囲む部分)230を広げることで、解消可能である。 In the detection of the back alignment mark 203 using the reflected infrared light 222 (see FIG. 29), when the pattern around the back alignment mark 203 is dense (not shown) or when the back alignment mark 203 is When another pattern 231 having a planar shape similar to the back alignment mark 203 exists in the periphery (FIG. 32), there is a problem that the detection accuracy of the back alignment mark 203 is lowered. This problem can be solved by increasing the size of the back alignment mark 203 or widening the pattern prohibition zone (portion surrounded by a rectangular frame of broken lines) 230 around the back alignment mark 203 .

パターン禁止帯230とは、他のパターン231(裏面用アライメントマーク203以外のパターン)を配置しない領域である。図31,32は、比較例の裏面用アライメントマークの周辺を半導体基板の表面側から見たレイアウトを示す平面図である。図31には、裏面用アライメントマーク203の周辺のパターン禁止帯230を広げた状態を示す。図32には、裏面用アライメントマーク203に平面形状が類似し、検出器223により裏面用アライメントマーク203として誤検知しやすい他のパターン231がパターン禁止帯230内に存在する状態を示す。 The pattern prohibition zone 230 is an area in which other patterns 231 (patterns other than the back alignment marks 203) are not arranged. 31 and 32 are plan views showing the layout of the periphery of the back surface alignment mark of the comparative example viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. FIG. 31 shows a state in which the pattern prohibition zone 230 around the back alignment mark 203 is widened. FIG. 32 shows a state in which another pattern 231 similar in planar shape to the back alignment mark 203 and likely to be erroneously detected as the back alignment mark 203 by the detector 223 exists within the pattern prohibition band 230 .

しかしながら、裏面用アライメントマーク203のサイズを大きくすることや、裏面用アライメントマーク203の周辺のパターン禁止帯230を広げること、のいずれの場合においても、半導体基板201の表面201aにおいて裏面用アライメントマーク203が占有する領域の表面積(占有面積)が大きくなってしまう。裏面用アライメントマーク203が占有する領域は半導体基板201の、素子構造を形成しない無効領域であるため、半導体基板201から切断可能なチップ数(半導体チップの取れ数)が減少するという問題につながる。 However, in either case of increasing the size of the back alignment mark 203 or widening the pattern prohibition zone 230 around the back alignment mark 203 , the back alignment mark 203 is not formed on the front surface 201 a of the semiconductor substrate 201 . The surface area (occupied area) of the region occupied by is increased. Since the area occupied by the back alignment mark 203 is an invalid area of the semiconductor substrate 201 where no element structure is formed, this leads to a problem that the number of chips that can be cut from the semiconductor substrate 201 (the number of semiconductor chips obtained) decreases.

(実施の形態1)
実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図1~4は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図5,7,8,10,11は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面(第2主面)用アライメントマークを半導体基板の表面(第1主面)側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。図6は、図5の切断線A-A’における断面構造を示す断面図である。図9は、図8の切断線B-B’における断面構造を示す断面図である。図12は、図11の切断線C-C’における断面構造を示す断面図である。
(Embodiment 1)
A method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 1 to 4 are cross-sectional views showing states in the process of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 5, 7, 8, 10, and 11 show alignment marks for the back surface (second main surface) used in the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, viewed from the front surface (first main surface) side of the semiconductor substrate. It is a top view which shows an example of a layout. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line AA' of FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line BB' of FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line CC' of FIG.

実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法は、略平行な表面(第1主面)1aと裏面(第2主面)1bとを有する半導体基板(半導体ウエハ)1に対して、半導体基板1の表面1aに形成したアライメントマーク(裏面用アライメントマーク:図4には不図示)3を用いて半導体基板1の裏面1bにパターニング(以下、裏面パターニングとする)を行う工程を含む。半導体基板1の裏面1bに対向する位置に配置された検出器23を用いて、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1に照射した所定波長域の光の反射光22の反射強度を検出することで、裏面用アライメントマーク3の位置が特定される。半導体基板1に照射する所定波長域の光とは、例えば赤外(IR)光である。以下、一般的な露光装置10の赤外顕微鏡の赤外光を用いて裏面用アライメントマーク3の位置を特定する場合を例に説明する。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 having a front surface (first main surface) 1a and a back surface (second main surface) 1b which are substantially parallel to each other, is provided with a semiconductor substrate 1 patterning (hereinafter referred to as back surface patterning) on the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 using alignment marks (alignment marks for the back surface: not shown in FIG. 4) 3 formed on the front surface 1a of the semiconductor substrate 1 are included. Using a detector 23 arranged at a position facing the back surface 1b of the semiconductor substrate 1, detecting the reflection intensity of the reflected light 22 of the light in a predetermined wavelength range irradiated to the semiconductor substrate 1 from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1. , the position of the back alignment mark 3 is specified. The light in the predetermined wavelength range with which the semiconductor substrate 1 is irradiated is, for example, infrared (IR) light. A case of specifying the positions of the back surface alignment marks 3 using infrared light from an infrared microscope of a general exposure apparatus 10 will be described below as an example.

具体的には、まず、図1に示すように、半導体基板1’の表面1a側に、所定の表面素子構造2を形成する。このとき、通常のパターニングで用いるアライメントマークの形成方法と同様の方法で、半導体基板1’の表面1aの任意の箇所に裏面用アライメントマーク3を形成する。表面素子構造2を形成するためのアライメントには、通常のパターニングで形成したアライメントマーク(不図示)を用いる。通常のパターニングとは、半導体基板1のアライメントマークを形成した主面と、当該アライメントマークを用いてパターニングを行う主面と、が同一主面であり、半導体基板1のアライメントマークを形成した主面側から当該アライメントマークをCCD(Charge Coupled Device)カメラ等により視認して行うパターニングである。 Specifically, first, as shown in FIG. 1, a predetermined surface element structure 2 is formed on the surface 1a side of a semiconductor substrate 1'. At this time, the alignment mark 3 for the back surface is formed at an arbitrary location on the front surface 1a of the semiconductor substrate 1' by a method similar to the method of forming an alignment mark used in normal patterning. Alignment marks (not shown) formed by normal patterning are used for alignment for forming the surface element structure 2 . Normal patterning means that the main surface of the semiconductor substrate 1 on which the alignment marks are formed and the main surface on which patterning is performed using the alignment marks are the same main surface, and the main surface of the semiconductor substrate 1 on which the alignment marks are formed. This patterning is performed by visually recognizing the alignment mark from the side using a CCD (Charge Coupled Device) camera or the like.

裏面用アライメントマーク3は、半導体基板1’の表面1aに形成された段差で構成される。具体的には、裏面用アライメントマーク3は、例えば、半導体基板1’の表面1aに形成されたトレンチによる段差(凹部:半導体基板1’の表面1aとトレンチの底面との高低差)で構成されてもよい。また、裏面用アライメントマーク3は、半導体基板1’の表面1a上に積層された積層膜(例えばフィールド酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜等を順に積層した積層膜)に形成された溝による段差(凹部:積層膜の表面と半導体基板1’の表面との高低差)や、当該積層膜の一部(凸部:積層膜の表面と半導体基板1’の表面との高低差)の周囲を囲む溝による段差、で構成されてもよい。裏面用アライメントマーク3は、例えば、表面素子構造2の各部と同時に形成される。裏面用アライメントマーク3の詳細な説明については後述する。 The back surface alignment mark 3 is composed of a step formed on the front surface 1a of the semiconductor substrate 1'. Specifically, the back-surface alignment mark 3 is composed of, for example, a step due to a trench formed on the surface 1a of the semiconductor substrate 1' (recess: height difference between the surface 1a of the semiconductor substrate 1' and the bottom surface of the trench). may The back alignment mark 3 is formed by a groove formed in a laminated film (for example, a laminated film in which a field oxide film, a polysilicon film, an interlayer insulating film, etc. are laminated in order) laminated on the front surface 1a of the semiconductor substrate 1'. Surroundings of steps (concave portions: height difference between the surface of the laminated film and the surface of the semiconductor substrate 1′) and part of the laminated film (convex portions: height difference between the surface of the laminated film and the surface of the semiconductor substrate 1′) a step due to a groove surrounding the . The back alignment mark 3 is formed, for example, simultaneously with each portion of the front element structure 2 . A detailed description of the back alignment mark 3 will be given later.

次に、図2に示すように、半導体基板1’を裏面1b’側から研削していき、半導体装置として用いる製品の厚さt1の半導体基板1とする。次に、図3に示すように、半導体基板1の研削後の裏面1b上に、レジストを塗布してレジスト膜4を形成する。次に、一般的な露光装置(不図示)を用いて、レジスト膜4に所定のマスクパターンを露光(転写)し現像することで、レジスト膜4を表面素子構造2に応じた所定の回路パターンをパターニング(裏面パターニング)する。半導体基板1の裏面1b上のレジスト膜4に所定のマスクパターンを転写するためのアライメントについて、図4を参照して説明する。図4では、裏面用アライメントマーク3を簡略化し、裏面用アライメントマーク3の形成箇所を囲む矩形枠で示す。 Next, as shown in FIG. 2, the semiconductor substrate 1' is ground from the back surface 1b' side to obtain a semiconductor substrate 1 having a thickness t1 for use as a semiconductor device. Next, as shown in FIG. 3, a resist is applied to the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 after grinding to form a resist film 4. Next, as shown in FIG. Next, using a general exposure device (not shown), a predetermined mask pattern is exposed (transferred) to the resist film 4 and developed, thereby forming a predetermined circuit pattern corresponding to the surface element structure 2 on the resist film 4 . is patterned (back surface patterning). Alignment for transferring a predetermined mask pattern to resist film 4 on back surface 1b of semiconductor substrate 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 4 , the back alignment mark 3 is simplified and shown by a rectangular frame surrounding the formation location of the back alignment mark 3 .

半導体基板1の裏面1b上のレジスト膜4に所定のマスクパターンを転写するための当該マスクパターンと半導体基板1とのアライメント(位置合わせ)には、半導体基板1の表面1aの裏面用アライメントマーク3が用いられる。このため、まず、一般的な露光装置10の赤外顕微鏡を用いて、半導体基板1の表面1aの裏面用アライメントマーク3を検出する。具体的には、図4に示すように、半導体基板1の表面および裏面のアライメント合わせが可能な一般的な露光装置10のチャックステージ11上に、表面1aをチャックステージ11側にして半導体基板1を載置する。 For alignment (alignment) between the semiconductor substrate 1 and a mask pattern for transferring a predetermined mask pattern to the resist film 4 on the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 , the back alignment marks 3 on the front surface 1 a of the semiconductor substrate 1 are used. is used. For this reason, first, the infrared microscope of the general exposure apparatus 10 is used to detect the back surface alignment mark 3 on the front surface 1 a of the semiconductor substrate 1 . Specifically, as shown in FIG. 4, the semiconductor substrate 1 is placed on the chuck stage 11 of a general exposure apparatus 10 capable of aligning the front and back surfaces of the semiconductor substrate 1 with the front surface 1a facing the chuck stage 11 side. to be placed.

次に、裏面1bから半導体基板1に照射した赤外光の反射光22の反射強度を検出器23により計測して、当該反射光22の反射強度に基づいて裏面用アライメントマーク3を検出する。赤外光は、赤外の波長域のレーザー光である。赤外光は、半導体基板1を加熱しない程度の出力密度(W(ワット)/cm2)で照射される。裏面用アライメントマーク3の検出方法については後述する。検出器23は、半導体基板1を挟んでチャックステージ11の上方に、半導体基板1の裏面1bに対向して配置されている。図4では、赤外光の入射光21および反射光22の経路を明確にするために、半導体基板1をチャックステージ11から離して図示しているが、実際は、半導体基板1は表面1aをチャックステージ11に接触させた状態で載置される。 Next, the detector 23 measures the reflection intensity of the reflected infrared light 22 that irradiates the semiconductor substrate 1 from the back surface 1 b , and the back alignment mark 3 is detected based on the reflection intensity of the reflected light 22 . Infrared light is laser light in the infrared wavelength range. The infrared light is applied at a power density (W (watt)/cm 2 ) that does not heat the semiconductor substrate 1 . A method for detecting the back alignment mark 3 will be described later. The detector 23 is arranged above the chuck stage 11 with the semiconductor substrate 1 interposed therebetween so as to face the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 . In FIG. 4, the semiconductor substrate 1 is shown separated from the chuck stage 11 in order to clarify the paths of the incident light 21 and the reflected light 22 of infrared light. It is placed in contact with the stage 11 .

赤外光の入射光21は、半導体基板1の内部を、半導体基板1の裏面1bから表面1a側へ向かって進行する。赤外光の反射光22は、半導体基板1の内部を、半導体基板1の表面1a側から裏面1b側へ向かって進行する。検出器23は、半導体基板1を挟んで、半導体基板1の表面1aの裏面用アライメントマーク3に対向する位置に配置される。検出器23は、半導体基板1の裏面1bに平行な方向に可動可能である。このため、半導体基板1の表面1aにおいて裏面用アライメントマーク3の形成箇所のレイアウトの自由度が高い。裏面用アライメントマーク3の形成箇所は、例えばダイシングライン等の無効領域(半導体チップとして用いない領域)である。 Incident infrared light 21 travels inside the semiconductor substrate 1 from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 toward the front surface 1a. The reflected infrared light 22 travels inside the semiconductor substrate 1 from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1 toward the back surface 1b side. The detector 23 is arranged at a position facing the back alignment mark 3 on the front surface 1 a of the semiconductor substrate 1 with the semiconductor substrate 1 interposed therebetween. The detector 23 is movable in a direction parallel to the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 . Therefore, there is a high degree of freedom in the layout of the locations where the back alignment marks 3 are formed on the front surface 1 a of the semiconductor substrate 1 . The locations where the back alignment marks 3 are formed are, for example, invalid areas (areas not used as semiconductor chips) such as dicing lines.

この裏面用アライメントマーク3を基準としてアライメント(位置合わせ)を行い、所定のマスクパターンをレジスト膜4に露光し現像する。これによって、レジスト膜4を表面素子構造2に応じた所定の回路パターンにパターニングすることができる。次に、レジスト膜4をマスクとして用いてエッチングやイオン注入等を行うことで、半導体基板1の研削後の裏面1bに裏面素子構造(不図示)を形成する。その後、半導体基板1をダイシングラインに沿ってダイシング(切断)して個々のチップ状に個片化することで、所定の素子構造を備えた半導体装置が完成する。 Alignment (positioning) is performed using the back surface alignment mark 3 as a reference, and the resist film 4 is exposed to a predetermined mask pattern and developed. As a result, the resist film 4 can be patterned into a predetermined circuit pattern corresponding to the surface element structure 2. Next, as shown in FIG. Next, etching, ion implantation, and the like are performed using the resist film 4 as a mask to form a back element structure (not shown) on the ground back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 . After that, the semiconductor substrate 1 is diced (cut) along the dicing lines to separate into individual chips, thereby completing a semiconductor device having a predetermined element structure.

図5,6に示すように、裏面用アライメントマーク3は、半導体基板1の表面1aと、半導体基板1の表面1aに形成されトレンチの底面と、で形成された段差(凹部)を用いて構成される。裏面用アライメントマーク3は、半導体基板1の表面1aに平行な方向に3つ以上のトレンチが並ぶレイアウトとなる平面形状を有する。具体的には、例えば、裏面用アライメントマーク3は、半導体基板1の表面1aに平行な方向に3つのトレンチ31a~31cが並ぶレイアウトとなる平面形状を有する。 As shown in FIGS. 5 and 6, the back alignment mark 3 is configured using a step (recess) formed by the surface 1a of the semiconductor substrate 1 and the bottom surface of a trench formed on the surface 1a of the semiconductor substrate 1. be done. The back surface alignment mark 3 has a planar shape with a layout in which three or more trenches are arranged in a direction parallel to the front surface 1 a of the semiconductor substrate 1 . Specifically, for example, the back surface alignment mark 3 has a planar shape with a layout in which three trenches 31 a to 31 c are arranged in a direction parallel to the front surface 1 a of the semiconductor substrate 1 .

この場合、裏面用アライメントマーク3は、半導体基板1の表面1a側から見て、例えば、十字状のレイアウトに配置されたトレンチ(以下、第1トレンチ)33と、当該第1トレンチ33と離して、かつ当該第1トレンチ33に沿って当該第1トレンチ33の周囲を十字状に模るように囲むレイアウトに配置された1つのトレンチ(以下、第2トレンチとする)34と、で構成される。第1,2トレンチ33,34の内部には、ポリシリコン(poly-Si)膜35が埋め込まれている。 In this case, the back surface alignment mark 3 is composed of, for example, trenches (hereinafter referred to as first trenches) 33 arranged in a cross-shaped layout when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1, and separated from the first trenches 33. and one trench (hereinafter referred to as a second trench) 34 arranged along the first trench 33 in a layout surrounding the periphery of the first trench 33 in a cross shape. . A polysilicon (poly-Si) film 35 is buried inside the first and second trenches 33 and 34 .

例えば、表面素子構造2がトレンチゲート構造である場合、第1,2トレンチ33,34はゲートトレンチ(ゲート電極が埋め込まれるトレンチ)と同時に形成され、ポリシリコン膜35はゲート電極と同時に形成される。第1トレンチ33は、例えば、所定箇所を中心32とし当該中心32に一端が位置し、十字状のレイアウトに互いに離して配置された4つの直線状の平面形状のトレンチ部で構成されることが好ましい。すなわち、第1トレンチ33を構成する4つの直線状の平面形状のトレンチ部は、当該十字状のレイアウトの中心32で接していないことが好ましい。その理由は、次の通りである。 For example, when the surface element structure 2 is a trench gate structure, the first and second trenches 33 and 34 are formed at the same time as the gate trench (the trench in which the gate electrode is buried), and the polysilicon film 35 is formed at the same time as the gate electrode. . For example, the first trench 33 may be composed of four linear planar trench portions having a predetermined location as the center 32 and having one end located at the center 32 and being spaced apart from each other in a cross-shaped layout. preferable. That is, it is preferable that the four linear planar trench portions that constitute the first trench 33 do not contact at the center 32 of the cross-shaped layout. The reason is as follows.

第1トレンチ33を構成する4つの直線状の平面形状のトレンチ部を十字状のレイアウトの中心32で交差させた場合、当該中心32でトレンチの幅が他の箇所よりも広くなる。このため、当該十字状のレイアウトの中心32で第1トレンチ33をポリシリコン膜35で完全に埋め込むことができず、ポリシリコン膜35の内部に空洞が生じることで、赤外光の反射光22による裏面用アライメントマーク3の検出精度が低下するおそれがあるからである。このように第1,2トレンチ33,34で裏面用アライメントマーク3を構成する場合、半導体基板1の表面1aに平行な方向に並ぶ3つのトレンチ31a~31cのうち、真ん中のトレンチ31bが第1トレンチ33で構成され、両側のトレンチ31a,31cが第2トレンチ34で構成される。 When the four linear planar trench portions forming the first trench 33 intersect at the center 32 of the cross-shaped layout, the width of the trench is wider at the center 32 than at other locations. For this reason, the first trench 33 cannot be completely filled with the polysilicon film 35 at the center 32 of the cross-shaped layout. This is because there is a possibility that the detection accuracy of the back surface alignment mark 3 may be lowered. When forming the back surface alignment mark 3 with the first and second trenches 33 and 34 in this way, among the three trenches 31a to 31c arranged in the direction parallel to the front surface 1a of the semiconductor substrate 1, the middle trench 31b is the first trench. The trench 33 is formed, and the trenches 31 a and 31 c on both sides are formed by the second trenches 34 .

例えば、ダイシングソーの刃幅程度(例えば100μm程度)の幅のダイシングラインに裏面用アライメントマーク3を形成した場合、裏面用アライメントマーク3の第1,2方向X,Yの最大幅w11,w12(図5参照)は、例えば30μm以上80μm以下程度であることが好ましい。第1,2方向X,Yとは、半導体基板1の表面1aに平行で、かつ互いに直交する方向である。すなわち、裏面用アライメントマーク3は、80μm四方程度の表面積の領域に収まる程度の大きさであることがよい。第1,2トレンチ33,34の最小幅w1,w2(図6参照)は、エッチングの加工限界の最小値(例えば0.3μm)以上程度で、例えば0.8μm以上であることがよい。第1,2トレンチ33,34間(メサ領域)の幅(メサ幅)w3は、第1,2トレンチ33,34の最小幅w1,w2の6倍以上であることがよく、例えば16μm以下程度であってもよい。 For example, when the back alignment mark 3 is formed on a dicing line having a width about the blade width of a dicing saw (for example, about 100 μm), the maximum widths w11 and w12 ( 5) is preferably, for example, about 30 μm or more and 80 μm or less. The first and second directions X and Y are directions parallel to the surface 1a of the semiconductor substrate 1 and perpendicular to each other. In other words, it is preferable that the back surface alignment mark 3 has a size that can be accommodated in a region having a surface area of about 80 μm square. The minimum widths w1 and w2 (see FIG. 6) of the first and second trenches 33 and 34 are approximately equal to or greater than the minimum processing limit of etching (0.3 μm, for example), preferably 0.8 μm or greater, for example. The width (mesa width) w3 between the first and second trenches 33 and 34 (mesa region) is preferably six times or more the minimum widths w1 and w2 of the first and second trenches 33 and 34, for example about 16 μm or less. may be

図7に示すように、裏面用アライメントマーク3’は、半導体基板1の表面に平行な方向に5つのトレンチを並べた構成としてもよい。この場合、図7の裏面用アライメントマーク3’は、図5,6の裏面用アライメントマーク3の隣り合う第1,2トレンチ33,34間(すなわちトレンチ31a,31b間、トレンチ31b,31c間)に、当該第1,2トレンチ33,34と離して、さらにトレンチ(以下、第3トレンチとする)36を配置した構成とすればよい。第3トレンチ36は、半導体基板1の表面1a側から見て、例えば、略直角をなすレイアウトに配置された2つの第1トレンチ33に沿ったL字状のレイアウトに配置される。第2トレンチ34は、半導体基板1の表面1a側から見て、例えば、第3トレンチ36に沿って当該第3トレンチ36の周囲を十字状に模るように囲むレイアウトに配置される。 As shown in FIG. 7, the back surface alignment mark 3 ′ may have a configuration in which five trenches are arranged in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 1 . In this case, the back alignment mark 3' in FIG. 7 is located between the adjacent first and second trenches 33 and 34 of the back alignment mark 3 in FIGS. Furthermore, a trench (hereinafter referred to as a third trench) 36 may be arranged apart from the first and second trenches 33 and 34 . The third trenches 36 are arranged in, for example, an L-shaped layout along the two first trenches 33 arranged in a substantially right-angled layout when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1 . The second trenches 34 are arranged, for example, in a layout that surrounds the third trenches 36 along the third trenches 36 so as to form a cross shape when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1 .

また、図8,9に示すように、裏面用アライメントマーク40aは、半導体基板1の表面1a上の積層膜45の表面と、当該積層膜45を深さ方向Zに貫通する溝44の底面(半導体基板1の表面1a)と、で形成された段差(凹部)を用いて構成されていてもよい。積層膜45は、例えば、フィールド酸化膜41、ポリシリコン膜42および層間絶縁膜43を順に積層してなる。フィールド酸化膜41は、例えば初期酸化膜である。層間絶縁膜43は、例えばBPSG(Boro Phospho Silicate Glass)膜である。深さ方向Zとは、半導体基板1の表面1aから裏面1bに向かう方向である。溝44の平面形状は、例えば第1,2方向X,Yにそれぞれ平行な2つの直線部を交差させた十字状であってもよい。 Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the back alignment mark 40a includes the surface of the laminated film 45 on the surface 1a of the semiconductor substrate 1 and the bottom surface of the groove 44 penetrating the laminated film 45 in the depth direction Z ( The surface 1a) of the semiconductor substrate 1 may be configured using a step (recess) formed by the surface 1a). The laminated film 45 is formed by laminating, for example, a field oxide film 41, a polysilicon film 42 and an interlayer insulating film 43 in this order. The field oxide film 41 is, for example, an initial oxide film. The interlayer insulating film 43 is, for example, a BPSG (Boro Phospho Silicate Glass) film. The depth direction Z is the direction from the front surface 1a of the semiconductor substrate 1 to the back surface 1b. The planar shape of the groove 44 may be, for example, a cross shape obtained by intersecting two linear portions parallel to the first and second directions X and Y, respectively.

溝44が形成される(貫通する)積層膜45の積層数が増えるほど、溝44による段差が大きくなるため、溝44の底面(半導体基板1の表面1a:半導体基板1の裏面1b側から見た段差の上段)で反射した赤外光の反射光22と、層間絶縁膜43の表面(半導体基板1の裏面1b側から見た段差の下段)で反射した赤外光の反射光22と、のコントラスト(明暗差)が大きくなり、裏面用アライメントマーク40aの検出精度が向上する。裏面用アライメントマーク40aは、層間絶縁膜43の表面から半導体基板1側へ凹んだ断面形状となる。 As the number of laminated films 45 in which the grooves 44 are formed (penetrated) increases, the step due to the grooves 44 increases. Infrared light 22 reflected by the upper step), infrared light 22 reflected by the surface of the interlayer insulating film 43 (lower step when viewed from the back surface 1b side of the semiconductor substrate 1), contrast (difference in light and shade) is increased, and the detection accuracy of the back alignment mark 40a is improved. The back surface alignment mark 40a has a cross-sectional shape that is recessed from the surface of the interlayer insulating film 43 toward the semiconductor substrate 1 side.

図10の裏面用アライメントマーク40a’が図8,9の裏面用アライメントマーク40aと異なる点は、積層膜45(フィールド酸化膜41、ポリシリコン膜42および層間絶縁膜43)を深さ方向Zに貫通する溝44’の内部に、積層膜45’を選択的に残した点である。溝44’は、積層膜45’の周囲を囲む。積層膜45’は、溝44’により分離された積層膜45の一部である。すなわち、図10の裏面用アライメントマーク40a’は、積層膜45,45’の表面と、溝44’の底面(半導体基板1の表面1a)と、で形成される段差を用いて構成されている。溝44’の平面形状は、例えば第1,2方向X,Yにそれぞれ平行な2つの直線部を交差させた十字状であってもよい。積層膜45’の平面形状は、例えば第1,2方向X,Yにそれぞれ平行な2つの直線部を交差させた十字状であってもよい。 The back alignment mark 40a' in FIG. 10 differs from the back alignment mark 40a in FIGS. The point is that the laminated film 45' is selectively left inside the penetrating groove 44'. The groove 44' surrounds the laminated film 45'. Laminated membrane 45' is a portion of laminated membrane 45 separated by groove 44'. That is, the back surface alignment mark 40a' in FIG. 10 is configured using a step formed by the surfaces of the laminated films 45 and 45' and the bottom surface of the groove 44' (the surface 1a of the semiconductor substrate 1). . The planar shape of the groove 44' may be, for example, a cross shape formed by intersecting two linear portions parallel to the first and second directions X and Y, respectively. The planar shape of the laminated film 45 ′ may be, for example, a cross shape formed by intersecting two linear portions parallel to the first and second directions X and Y, respectively.

溝44’が形成される(貫通する)積層膜45の積層数、および、溝44’の内部に残る積層膜45’の積層数を増やすほど、溝44’による段差が大きくなる。このため、図8,9の裏面用アライメントマーク40aと同様に赤外光の反射光22によるコントラストが大きくなり、裏面用アライメントマーク40a’の検出精度を向上させることができる。積層膜45’の平面形状は、例えば十字状であってもよい。裏面用アライメントマーク40a’は、中心部で半導体基板1の表面1aから離れる方向へ突出し、外周部で層間絶縁膜43の表面から半導体基板1側へ凹んだ断面形状となる(不図示)。 As the number of laminated films 45 in which the groove 44 ′ is formed (through) and the number of laminated films 45 ′ remaining inside the groove 44 ′ are increased, the step due to the groove 44 ′ increases. 8 and 9, the contrast due to the reflected infrared light 22 is increased, and the detection accuracy of the back alignment mark 40a' can be improved. The planar shape of the laminated film 45' may be, for example, a cross shape. The back alignment mark 40a' protrudes away from the front surface 1a of the semiconductor substrate 1 at the central portion and has a cross-sectional shape recessed from the surface of the interlayer insulating film 43 toward the semiconductor substrate 1 at the outer peripheral portion (not shown).

図11,12に示すように、裏面用アライメントマーク40bは、溝46の底面(半導体基板1の表面1a)と、当該溝46に周囲を囲まれた積層膜47の表面と、で形成される段差を用いて構成されていてもよい。溝46は、層間絶縁膜43、ポリシリコン膜42およびフィールド酸化膜41を深さ方向Zに貫通する。積層膜47は、溝46により分離されたフィールド酸化膜41、ポリシリコン膜42および層間絶縁膜43の一部である。 As shown in FIGS. 11 and 12, the back surface alignment mark 40b is formed by the bottom surface of the groove 46 (the surface 1a of the semiconductor substrate 1) and the surface of the laminated film 47 surrounded by the groove 46. You may be comprised using a level|step difference. The trench 46 penetrates the interlayer insulating film 43, the polysilicon film 42 and the field oxide film 41 in the depth direction Z. As shown in FIG. Laminated film 47 is part of field oxide film 41 , polysilicon film 42 and interlayer insulating film 43 separated by trench 46 .

すなわち、裏面用アライメントマーク40bは、半導体基板1の表面1aから離れる方向へ突出した断面形状となる。積層膜47の平面形状は、例えば第1,2方向X,Yにそれぞれ平行な2つの直線部を交差させた十字状であってもよい。図8,9の裏面用アライメントマーク40aと同様に、積層膜47の積層数を増やすほど、溝46による段差が大きくなるため、赤外光の反射光22によるコントラストが大きくなり、裏面用アライメントマーク40bの検出精度を向上させることができる。 That is, the back-surface alignment mark 40b has a cross-sectional shape that protrudes away from the front surface 1a of the semiconductor substrate 1 . The planar shape of the laminated film 47 may be, for example, a cross shape obtained by intersecting two linear portions parallel to the first and second directions X and Y, respectively. As with the back alignment mark 40a in FIGS. 8 and 9, as the number of layers of the laminated film 47 increases, the difference in level due to the groove 46 increases. 40b can be improved in detection accuracy.

このような構成で裏面用アライメントマーク3,3’,40a,40a’,40bが形成される。これによって、半導体基板1の裏面1bから照射した赤外光の反射光22の反射強度に基づいて半導体基板1の表面1aに形成された裏面用アライメントマーク3,3’,40a,40a’,40bを検出する際に、裏面用アライメントマーク3,3’,40a,40a’,40bの検出精度を向上させることができる。 The alignment marks 3, 3', 40a, 40a', and 40b for the back surface are formed with such a configuration. As a result, the alignment marks 3, 3', 40a, 40a', 40b for the back surface formed on the front surface 1a of the semiconductor substrate 1 based on the reflection intensity of the reflected infrared light 22 irradiated from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 are aligned. can be improved in detection accuracy of the back alignment marks 3, 3', 40a, 40a', and 40b.

以上、説明したように、実施の形態1によれば、半導体基板の表面において第1方向および第2方向にそれぞれ3つ以上並べたレイアウトに配置された複数のトレンチによる段差、または、半導体基板の表面上に積層された積層膜を深さ方向に貫通する溝による段差、で裏面用アライメントマークを形成する。これにより、一般的な露光装置の赤外顕微鏡を用いて、半導体基板の裏面から照射された赤外光の反射光によって、半導体基板の表面の裏面用アライメントマークの検出精度を向上させることができる。したがって、アライメント精度を向上させることができる。 As described above, according to the first embodiment, steps of a plurality of trenches arranged in a layout of three or more each in the first direction and the second direction on the surface of the semiconductor substrate, or steps of the semiconductor substrate. The alignment mark for the back surface is formed by the step due to the groove penetrating the laminated film laminated on the front surface in the depth direction. As a result, using an infrared microscope of a general exposure apparatus, it is possible to improve the detection accuracy of the back surface alignment mark on the front surface of the semiconductor substrate by reflected light of the infrared light irradiated from the back surface of the semiconductor substrate. . Therefore, alignment accuracy can be improved.

また、実施の形態1によれば、裏面用アライメントマークの検出精度が向上することで、裏面用アライメントマークのサイズや、裏面用アライメントマーク以外のパターンを配置しない領域(パターン禁止帯)を大きくすることなく、裏面用アライメントマークを検出することができる。このため、半導体基板(半導体ウエハ)から切断可能なチップ数(半導体チップの取れ数)を維持することができる。また、実施の形態1によれば、赤外光により裏面用アライメントマークを検出するため、裏面用アライメントマークの形成箇所が限定されない。したがって、レイアウト設計の自由度が高い。 Further, according to the first embodiment, since the detection accuracy of the back alignment mark is improved, the size of the back alignment mark and the area (pattern forbidden zone) in which patterns other than the back alignment mark are not arranged are increased. The alignment marks for the back surface can be detected without the Therefore, the number of chips (the number of semiconductor chips obtained) that can be cut from the semiconductor substrate (semiconductor wafer) can be maintained. Further, according to the first embodiment, since the back alignment mark is detected by infrared light, the position where the back alignment mark is formed is not limited. Therefore, the degree of freedom in layout design is high.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の構造について説明する。図13は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法で用いる裏面用アライメントマークを半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。図13において、符号5は、外周をフィールド酸化膜41に囲まれた、半導体基板1の有効領域(半導体チップとなる領域)である。実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、裏面用アライメントマーク51を覆うように、半導体基板1の表面1a上に金属膜52を設けた点である。
(Embodiment 2)
Next, the structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be explained. FIG. 13 is a plan view showing an example of the layout of the back surface alignment marks used in the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. In FIG. 13, reference numeral 5 denotes an effective area (area to be a semiconductor chip) of the semiconductor substrate 1 surrounded by the field oxide film 41 on the outer periphery. The semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment differs from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment in that a metal film 52 is formed on the front surface 1a of the semiconductor substrate 1 so as to cover the rear surface alignment marks 51. This is the point.

裏面用アライメントマーク51は、実施の形態1の裏面用アライメントマーク3,3’,40a,40a’,40b(図5~12)である。裏面用アライメントマーク51の第1,2方向X,Yの最大幅w11,w12は、例えば70μm以下程度であることがよい。金属膜52は、例えば矩形状の平面形状を有する。金属膜52の1つの頂点を共有する2辺の長さの最小値は、それぞれ裏面用アライメントマーク51の第1,2方向X,Yの最大幅w11,w12である。金属膜52の第1,2方向X,Yの幅w21,w22は、裏面用アライメントマーク51の第1,2方向X,Yの最大幅w11,w12以上であって、ダイシングライン6の幅w31よりも狭い。 The back alignment marks 51 are the back alignment marks 3, 3', 40a, 40a', 40b (FIGS. 5 to 12) of the first embodiment. The maximum widths w11 and w12 of the back alignment mark 51 in the first and second directions X and Y are preferably about 70 μm or less, for example. The metal film 52 has, for example, a rectangular planar shape. The minimum values of the lengths of the two sides sharing one vertex of the metal film 52 are the maximum widths w11 and w12 of the back alignment mark 51 in the first and second directions X and Y, respectively. Widths w21 and w22 of the metal film 52 in the first and second directions X and Y are equal to or greater than the maximum widths w11 and w12 of the back alignment mark 51 in the first and second directions X and Y, respectively, and are equal to or larger than the width w31 of the dicing line 6. narrower than

金属膜52の金属材料は、種々変更可能である。具体的には、金属膜52は、例えば、表面電極(例えば後述するエミッタ電極68:図16参照)を形成するために半導体基板1の表面1a上に堆積(形成)した金属膜の一部を、裏面用アライメントマーク51の表面に残すことで形成されてもよい。すなわち、金属膜52の金属材料は、表面電極と同じ金属材料、具体的には、例えば、アルミニウム(Al)、または、アルミニウムを含む例えばアルミニウム-シリコン(Al-Si)等のアルミニウム合金であってもよい。 The metal material of the metal film 52 can be changed variously. Specifically, the metal film 52 is a part of a metal film deposited (formed) on the surface 1a of the semiconductor substrate 1 for forming a surface electrode (for example, an emitter electrode 68 described later: see FIG. 16). , may be formed by leaving them on the surface of the back surface alignment mark 51 . That is, the metal material of the metal film 52 is the same metal material as the surface electrode, specifically, for example, aluminum (Al) or an aluminum alloy containing aluminum, such as aluminum-silicon (Al--Si). good too.

実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法において、裏面用アライメントマーク51の形成後、裏面パターニングの前に、裏面用アライメントマーク51の表面を金属膜52で覆えばよい。図14は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図14は、裏面用アライメントマーク51が図5,6の裏面用アライメントマーク3である場合の一例である。図15は、図4の裏面用アライメントマーク付近を拡大して示す断面図である。 The method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment is the same as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, after forming the alignment marks 51 for the back surface and before patterning the back surface, the surface of the alignment marks 51 for the back surface is coated with a metal. It may be covered with a film 52 . FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 14 shows an example in which the back alignment mark 51 is the back alignment mark 3 of FIGS. FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the back surface alignment mark in FIG.

図14,15に示すように、裏面パターニングのためのアライメント時、上述したように、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の裏面1bに略垂直に半導体基板1に赤外光が照射される。赤外光の入射光21は、トレンチ31a~31cの内部のポリシリコン膜35を透過しないため、トレンチ31a~31cの底部で反射する。トレンチ31a~31cの底部で反射した赤外光の反射光22aは、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の裏面1bに略垂直に半導体基板1の外側へ進行し、半導体基板1の裏面1bに対向する検出器23により検出される。 As shown in FIGS. 14 and 15, during alignment for patterning the back surface, the semiconductor substrate 1 is irradiated with infrared light substantially perpendicularly from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the back surface 1b of the semiconductor substrate 1, as described above. . Since the incident infrared light 21 does not pass through the polysilicon film 35 inside the trenches 31a to 31c, it is reflected at the bottoms of the trenches 31a to 31c. Reflected light 22a of the infrared light reflected at the bottoms of the trenches 31a to 31c travels from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the outside of the semiconductor substrate 1 substantially perpendicularly to the back surface 1b of the semiconductor substrate 1, and reaches the back surface 1b of the semiconductor substrate 1. is detected by the detector 23 facing the .

図15に示すように裏面用アライメントマーク3が金属膜52で覆われていない場合、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1に照射された赤外光の入射光21は、トレンチ31a~31cの配置箇所以外の箇所において、半導体基板1を突き抜けて半導体基板1の表面1aに略垂直に半導体基板1の表面1aから外側へ進行する。このため、トレンチ31a~31cの配置箇所以外の箇所に照射された赤外光の反射光22bの反射強度は、半導体基板1の厚さt1が厚くなるほど小さくなり、半導体基板1の裏面1bに対向する検出器23で検出されにくい。 When the back surface alignment mark 3 is not covered with the metal film 52 as shown in FIG. At locations other than the arrangement locations, the semiconductor substrate 1 is penetrated and progresses outward from the surface 1a of the semiconductor substrate 1 substantially perpendicular to the surface 1a of the semiconductor substrate 1 . For this reason, the reflection intensity of the reflected light 22b of the infrared light irradiated to the locations other than the locations where the trenches 31a to 31c are arranged decreases as the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 increases, and the reflection intensity of the reflected light 22b decreases as the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 increases. It is difficult to be detected by the detector 23 that does.

一方、図14に示すように裏面用アライメントマーク51が金属膜52で覆われている場合、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1内を進行して半導体基板1の表面1aに達した赤外光の入射光21は、金属膜52を透過しないため、金属膜52(金属膜52と半導体基板1との界面)で反射する。このため、金属膜52で反射した赤外光の反射光22cは、反射強度の低下が少なく、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の裏面1bに略垂直に半導体基板1の外側へ進行して、半導体基板1の裏面1bに対向する検出器23により検出されやすい。 On the other hand, when the back surface alignment mark 51 is covered with the metal film 52 as shown in FIG. Since the incident light 21 does not pass through the metal film 52, it is reflected by the metal film 52 (the interface between the metal film 52 and the semiconductor substrate 1). Therefore, the reflected light 22c of the infrared light reflected by the metal film 52 has little decrease in reflection intensity, and travels from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the outside of the semiconductor substrate 1 substantially perpendicularly to the back surface 1b of the semiconductor substrate 1. Therefore, it is easily detected by the detector 23 facing the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 .

したがって、裏面用アライメントマーク51を金属膜52で覆うことにより、当該金属膜52を設けない場合と比べて、赤外光の反射光22による裏面用アライメントマーク51の検出精度を向上させることができる。また、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1内を進行して半導体基板1の表面1aに達した赤外光の入射光21を金属膜52で確実に反射させることができるため、金属膜52を設けない場合と比べて、半導体基板1の厚さt1を厚くすることができる。具体的には、半導体基板1がシリコン基板である場合、半導体基板1の厚さt1の上限値は、例えば400μm程度である。 Therefore, by covering the back alignment mark 51 with the metal film 52, the detection accuracy of the back alignment mark 51 by the reflected infrared light 22 can be improved as compared with the case where the metal film 52 is not provided. . In addition, since the incident infrared light 21 that travels through the semiconductor substrate 1 from the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 and reaches the front surface 1 a of the semiconductor substrate 1 can be reliably reflected by the metal film 52 , the metal film 52 The thickness t1 of the semiconductor substrate 1 can be increased as compared with the case where the is not provided. Specifically, when the semiconductor substrate 1 is a silicon substrate, the upper limit of the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 is, for example, about 400 μm.

また、裏面用アライメントマーク51の検出精度が向上することで、パターン禁止帯50(図13の破線の矩形枠で囲む部分)の表面積を比較例の構成(図31,32)よりも小さくすることができる。具体的には、パターン禁止帯50の表面積は、例えば金属膜52とほぼ同じ程度の表面積(=幅w21×幅w22)まで小さくすることができる。このため、パターン禁止帯50内に、検出器23により裏面用アライメントマーク51として誤検知しやすい他のパターン(例えば裏面用アライメントマーク51に平面形状が類似するパターン)53は配置されない。 Further, by improving the detection accuracy of the back alignment mark 51, the surface area of the pattern prohibition zone 50 (the portion surrounded by the rectangular frame of the dashed line in FIG. 13) can be made smaller than the configuration of the comparative example (FIGS. 31 and 32). can be done. Specifically, the surface area of the pattern forbidden zone 50 can be reduced to approximately the same surface area as the metal film 52 (=width w21×width w22), for example. Therefore, other patterns (for example, patterns similar in planar shape to the back alignment mark 51) 53 that are likely to be erroneously detected as the back alignment mark 51 by the detector 23 are not arranged in the pattern prohibition zone 50. FIG.

また、裏面用アライメントマーク51は、比較例の裏面用アライメントマーク203(図31参照)と同じ構成であってもよい。裏面用アライメントマーク51が比較例の裏面用アライメントマーク203と同じ構成であっても、裏面用アライメントマーク51を金属膜52で覆うことで、裏面用アライメントマーク51の検出精度を向上させることができる。 Further, the back alignment mark 51 may have the same configuration as the back alignment mark 203 (see FIG. 31) of the comparative example. Even if the back alignment mark 51 has the same configuration as the back alignment mark 203 of the comparative example, the detection accuracy of the back alignment mark 51 can be improved by covering the back alignment mark 51 with the metal film 52 . .

以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態2によれば、裏面用アライメントマークを覆うように半導体基板の表面上に金属膜を設ける。これにより、半導体基板の裏面から半導体基板に照射し、半導体基板内を進行して半導体基板の表面に達した赤外光の入射光を、半導体基板の表面上において裏面用アライメントマークを覆う金属膜で反射させることができる。このため、裏面用アライメントマークを金属膜で覆わない場合と比べて、赤外光の反射光の反射強度の低下が小さく、裏面用アライメントマークの検出精度を向上させることができる。 As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, according to the second embodiment, a metal film is provided on the front surface of the semiconductor substrate so as to cover the back surface alignment mark. As a result, the incident light of the infrared light, which is irradiated to the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate, travels through the semiconductor substrate and reaches the front surface of the semiconductor substrate, is transferred to the metal film covering the alignment marks for the back surface on the front surface of the semiconductor substrate. can be reflected by Therefore, compared with the case where the back alignment mark is not covered with a metal film, the reflection intensity of the reflected infrared light is less reduced, and the detection accuracy of the back alignment mark can be improved.

また、実施の形態2によれば、裏面用アライメントマークのサイズや、裏面用アライメントマーク以外のパターンを配置しない領域(パターン禁止帯)を広げることなく、赤外光の反射光により計測したい裏面用アライメントマークのみを検出することができる。 Further, according to the second embodiment, the size of the back surface alignment mark and the area (pattern forbidden zone) in which patterns other than the alignment mark for the back surface are not increased are not increased. Only alignment marks can be detected.

(実施の形態3)
次に、実施の形態3にかかる半導体装置として、実施の形態1,2にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の構造の一例について説明する。図16は、実施の形態3にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
(Embodiment 3)
Next, as the semiconductor device according to the third embodiment, an example of the structure of the semiconductor device manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device according to the first and second embodiments will be described. FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the third embodiment.

図16に示す実施の形態3にかかる半導体装置は、トレンチゲート構造のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と、このIGBTに逆並列に接続したFWD(Free Wheeling Diode:還流ダイオード)とを同一の半導体基板(半導体チップ)1上に一体化してなる逆導通IGBT(RC-IGBT:Reverse Conducting IGBT)である。 The semiconductor device according to the third embodiment shown in FIG. 16 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) having a trench gate structure and an FWD (Free Wheeling Diode) connected in anti-parallel to the IGBT. are integrated on the same semiconductor substrate (semiconductor chip) 1 (RC-IGBT: Reverse Conducting IGBT).

同一のn-型の半導体基板1上において、活性領域には、IGBT領域81およびFWD領域82が半導体基板1の表面1aに平行な方向に並列に設けられている。IGBT領域81は、IGBTが配置され、IGBTの動作領域となる領域である。FWD領域82は、FWDが配置され、FWDの動作領域となる領域である。活性領域は、オン状態のときに主電流が流れる領域である。 On the same n -type semiconductor substrate 1 , an IGBT region 81 and an FWD region 82 are provided in parallel in the active region in a direction parallel to the surface 1 a of the semiconductor substrate 1 . The IGBT region 81 is a region in which the IGBT is arranged and which becomes an operating region of the IGBT. The FWD area 82 is an area in which the FWD is arranged and becomes an operating area of the FWD. The active region is the region through which the main current flows when in the ON state.

図16には、活性領域のみを示し、活性領域の周囲を囲むエッジ終端領域を図示省略する。エッジ終端領域は、活性領域と半導体基板1の側面との間の領域であり、n-型ドリフト領域61の、チップ表面側の電界を緩和し耐圧(耐電圧)を保持するための領域である。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。エッジ終端領域に、ガードリングやフィールドプレート等の耐圧構造が設けられていてもよい。 Only the active region is shown in FIG. 16 and the edge termination region surrounding the active region is omitted. The edge termination region is a region between the active region and the side surface of the semiconductor substrate 1, and is a region for alleviating the electric field on the chip surface side of the n -type drift region 61 and maintaining the breakdown voltage (breakdown voltage). . The withstand voltage is the limit voltage at which the element does not malfunction or break down. A breakdown voltage structure such as a guard ring or field plate may be provided in the edge termination region.

半導体基板1の表面1aの表面層には、IGBTのp型ベース領域62が設けられている。p型ベース領域62は、IGBT領域81からFWD領域82にわたって活性領域全面に設けられている。p型ベース領域62は、FWD領域82においてp型アノード領域を兼ねる。p型ベース領域62の内部には、IGBT領域81のみに、n+型エミッタ領域63およびp+型コンタクト領域64がそれぞれ選択的に設けられている。 A surface layer of the surface 1a of the semiconductor substrate 1 is provided with a p-type base region 62 of the IGBT. The p-type base region 62 is provided over the entire active region from the IGBT region 81 to the FWD region 82 . The p-type base region 62 also serves as the p-type anode region in the FWD region 82 . Inside the p-type base region 62 , an n + -type emitter region 63 and a p + -type contact region 64 are selectively provided only in the IGBT region 81 .

+型エミッタ領域63は、隣り合う後述するゲートトレンチ65間(メサ領域)の少なくとも1つのメサ領域に配置されていればよく、n+型エミッタ領域63を配置しないメサ領域が存在してもよい。半導体基板1の、p型ベース領域62および後述するn型フィールドストップ(FS:Field Stop)領域69、p+型コレクタ領域70およびn+型カソード領域71以外の部分がn-型ドリフト領域61である。 The n + -type emitter region 63 only needs to be arranged in at least one mesa region between adjacent gate trenches 65 (mesa regions), which will be described later. good. Portions of the semiconductor substrate 1 other than the p-type base region 62, an n-type field stop (FS: Field Stop) region 69, a p + -type collector region 70, and an n + -type cathode region 71, which will be described later, are the n -type drift regions 61. be.

半導体基板1の表面1aから深さ方向Zに、n+型エミッタ領域63およびp型ベース領域62を貫通してn-型ドリフト領域61に達するゲートトレンチ65が設けられている。ゲートトレンチ65は、例えば、半導体基板1の表面1a側から見て、IGBT領域81とFWD領域82とが並ぶ方向と直交する方向(図の奥行き方向)に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。 A gate trench 65 is provided in the depth direction Z from the surface 1 a of the semiconductor substrate 1 to reach the n type drift region 61 through the n + type emitter region 63 and the p type base region 62 . The gate trenches 65 are arranged, for example, in a striped layout extending in a direction (depth direction in the figure) perpendicular to the direction in which the IGBT regions 81 and the FWD regions 82 are arranged when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1. .

ゲートトレンチ65は、IGBT領域81からFWD領域82にわたって同一のレイアウトで複数配置されている。すなわち、FWD領域82のゲートトレンチ65は、半導体基板1の表面1a側から見て、IGBT領域81のゲートトレンチ65に平行に配置されている。FWD領域82において、ゲートトレンチ65は、p型ベース領域62(p型アノード領域)を貫通してn-型ドリフト領域61に達する。 A plurality of gate trenches 65 are arranged with the same layout from the IGBT region 81 to the FWD region 82 . That is, the gate trench 65 of the FWD region 82 is arranged parallel to the gate trench 65 of the IGBT region 81 when viewed from the surface 1a side of the semiconductor substrate 1 . In the FWD region 82 , the gate trench 65 reaches the n -type drift region 61 through the p-type base region 62 (p-type anode region).

ゲートトレンチ65の内部には、ゲート絶縁膜66を介してゲート電極67が設けられている。フィールド酸化膜41(図6,9,11参照)は、エッジ終端領域において半導体基板1の表面1aを覆う。層間絶縁膜43は、フィールド酸化膜41上および活性領域における半導体基板1の表面1a上に設けられ、ゲート電極67を覆う。層間絶縁膜43上には、エミッタ電極68が設けられている。 A gate electrode 67 is provided inside the gate trench 65 with a gate insulating film 66 interposed therebetween. A field oxide film 41 (see FIGS. 6, 9 and 11) covers the surface 1a of the semiconductor substrate 1 in the edge termination region. Interlayer insulating film 43 is provided on field oxide film 41 and surface 1 a of semiconductor substrate 1 in the active region to cover gate electrode 67 . An emitter electrode 68 is provided on the interlayer insulating film 43 .

エミッタ電極68は、IGBT領域81において、層間絶縁膜43の開口部であるコンタクトホールを介してn+型エミッタ領域63およびp+型コンタクト領域64に接する。また、エミッタ電極68は、FWD領域82において、層間絶縁膜43のコンタクトホールを介してp型ベース領域62に接し、アノード電極として機能する。表面保護膜(不図示)は、エッジ終端領域において半導体基板1の表面1aを覆う。 Emitter electrode 68 is in contact with n + -type emitter region 63 and p + -type contact region 64 in IGBT region 81 through a contact hole, which is an opening in interlayer insulating film 43 . Further, the emitter electrode 68 is in contact with the p-type base region 62 through the contact hole of the interlayer insulating film 43 in the FWD region 82 and functions as an anode electrode. A surface passivation film (not shown) covers the surface 1a of the semiconductor substrate 1 in the edge termination region.

半導体基板1の裏面1bの表面層には、IGBT領域81からFWD領域82にわたってn型FS領域69が設けられている。n型FS領域69は、半導体基板1の裏面1bから異なる深さで複数配置されていてもよい。また、半導体基板1の裏面1bの表面層には、n型FS領域69よりも浅い位置に、IGBT領域81においてp+型コレクタ領域70が設けられ、FWD領域82においてn+型カソード領域71が設けられている。 An n-type FS region 69 is provided from the IGBT region 81 to the FWD region 82 in the surface layer of the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 . A plurality of n-type FS regions 69 may be arranged at different depths from the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 . In the surface layer of the back surface 1b of the semiconductor substrate 1, a p + -type collector region 70 is provided in the IGBT region 81 at a position shallower than the n-type FS region 69, and an n + -type cathode region 71 is provided in the FWD region 82. is provided.

+型コレクタ領域70は、IGBT領域81とFWD領域82とが並ぶ方向においてn+型カソード領域71に接する。p+型コレクタ領域70およびn+型カソード領域71は、深さ方向Zにおいてn型FS領域69に接していてもよい。半導体基板1の裏面1b上には、コレクタ電極72が設けられている。コレクタ電極72は、p+型コレクタ領域70に接し、かつn+型カソード領域71に接してカソード電極を兼ねる。 The p + -type collector region 70 contacts the n + -type cathode region 71 in the direction in which the IGBT region 81 and the FWD region 82 are aligned. The p + -type collector region 70 and the n + -type cathode region 71 may be in contact with the n-type FS region 69 in the depth direction Z. A collector electrode 72 is provided on the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 . The collector electrode 72 is in contact with the p + -type collector region 70 and the n + -type cathode region 71 to serve also as a cathode electrode.

次に、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法(すなわち実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の具体例)について説明する。図17は、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。まず、n-型ドリフト領域61となるn-型の半導体基板(半導体ウエハ)1’を用意する。次に、半導体基板1’の表面1a側に、通常のパターニングにより、表面素子構造2の各部および裏面用アライメントマーク3を形成する(ステップS1:図1,5,6参照)。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment (that is, a specific example of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment) will be described. FIG. 17 is a flowchart outlining the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment. First, an n - -type semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1' that will be the n - -type drift region 61 is prepared. Next, on the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1', each part of the front element structure 2 and the back alignment mark 3 are formed by normal patterning (step S1: see FIGS. 1, 5 and 6).

ステップS1において、表面素子構造2は活性領域に形成される。表面素子構造2とともに、エッジ終端領域に耐圧構造を形成してもよい。活性領域およびエッジ終端領域は、半導体基板1’の有効領域(半導体チップとなる領域)である。裏面用アライメントマーク3は、例えば、半導体基板1’の無効領域であるダイシングラインに形成される。図5,6の裏面用アライメントマーク3に代えて、図7の裏面用アライメントマーク3’を形成してもよい。 In step S1, a surface device structure 2 is formed in the active area. A breakdown voltage structure may be formed in the edge termination region along with the surface device structure 2 . The active area and the edge termination area are effective areas (areas that will become semiconductor chips) of the semiconductor substrate 1'. The back surface alignment marks 3 are formed, for example, on dicing lines that are invalid regions of the semiconductor substrate 1'. Instead of the back alignment marks 3 shown in FIGS. 5 and 6, back alignment marks 3' shown in FIG. 7 may be formed.

表面素子構造2の各部とは、図16に示すRC-IGBTにおいては、p型ベース領域62、n+型エミッタ領域63、p+型コンタクト領域64、ゲートトレンチ65、ゲート絶縁膜66、ゲート電極67、層間絶縁膜43、エミッタ電極68、フィールド酸化膜(不図示)、および、表面保護膜(不図示)等である。具体的には、例えば、表面素子構造2は、次のように形成される。 In the RC-IGBT shown in FIG. 16, the parts of the surface element structure 2 are the p-type base region 62, the n + -type emitter region 63, the p + -type contact region 64, the gate trench 65, the gate insulating film 66, and the gate electrode. 67, an interlayer insulating film 43, an emitter electrode 68, a field oxide film (not shown), a surface protective film (not shown), and the like. Specifically, for example, the surface element structure 2 is formed as follows.

まず、半導体基板1’の表面1aの表面層にp型ベース領域62を形成する。次に、半導体基板1’の表面1aを熱酸化して、エッジ終端領域において半導体基板1’の表面1aを覆うフィールド酸化膜を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、p型ベース領域62を深さ方向Zに貫通してn-型ドリフト領域61に達するゲートトレンチ65を形成する。 First, a p-type base region 62 is formed in the surface layer of the surface 1a of the semiconductor substrate 1'. Next, the surface 1a of the semiconductor substrate 1' is thermally oxidized to form a field oxide film covering the surface 1a of the semiconductor substrate 1' in the edge termination region. Next, by photolithography and etching, a gate trench 65 that penetrates the p-type base region 62 in the depth direction Z and reaches the n -type drift region 61 is formed.

このとき、ゲートトレンチ65とともに、裏面用アライメントマーク3として、第1,2トレンチ33,34(トレンチ31a~31c:図6参照)を形成する。図5,6の裏面用アライメントマーク3に代えて、図7の裏面用アライメントマーク3’を形成してもよい。この場合、ゲートトレンチ65とともに、第1~3トレンチ33,34,36を形成すればよい。 At this time, along with the gate trench 65, the first and second trenches 33 and 34 (trenches 31a to 31c: see FIG. 6) are formed as the alignment marks 3 for the rear surface. Instead of the back alignment marks 3 shown in FIGS. 5 and 6, back alignment marks 3' shown in FIG. 7 may be formed. In this case, the first to third trenches 33, 34, 36 may be formed together with the gate trench 65. FIG.

次に、ゲートトレンチ65の内壁を熱酸化することで、ゲートトレンチ65の内壁に沿ってゲート絶縁膜66を形成する。次に、半導体基板1’の表面1a上に、ゲートトレンチ65の内部および第1,2トレンチ33,34(または第1~3トレンチ33,34,36)の内部を埋め込むようにポリシリコン膜を堆積(形成)する。次に、このポリシリコン膜をエッチバックし、ゲートトレンチ65の内部にゲート絶縁膜66を介してゲート電極67となるポリシリコン膜を残す。かつ、第1,2トレンチ33,34(または第1~3トレンチ33,34,36)の内部にポリシリコン膜35を残す。 Next, the inner wall of the gate trench 65 is thermally oxidized to form a gate insulating film 66 along the inner wall of the gate trench 65 . Next, a polysilicon film is formed on the surface 1a of the semiconductor substrate 1' so as to fill the inside of the gate trench 65 and the insides of the first and second trenches 33 and 34 (or the first to third trenches 33, 34 and 36). Deposit (form). Next, this polysilicon film is etched back to leave the polysilicon film that will become the gate electrode 67 inside the gate trench 65 with the gate insulating film 66 interposed therebetween. In addition, the polysilicon film 35 is left inside the first and second trenches 33 and 34 (or the first to third trenches 33, 34 and 36).

次に、IGBT領域81においてp型ベース領域62の内部に、n+型エミッタ領域63およびp+型コンタクト領域64をそれぞれ選択的に形成する。次に、半導体基板1’の表面1a上に、ゲート電極67を覆うように層間絶縁膜43を形成する。次に、層間絶縁膜43をパターニングして、層間絶縁膜43を深さ方向Zに貫通する複数のコンタクトホールを形成する。 Next, an n + -type emitter region 63 and a p + -type contact region 64 are selectively formed inside the p-type base region 62 in the IGBT region 81 . Next, an interlayer insulating film 43 is formed to cover the gate electrode 67 on the surface 1a of the semiconductor substrate 1'. Next, the interlayer insulating film 43 is patterned to form a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film 43 in the depth direction Z. As shown in FIG.

裏面用アライメントマーク3,3’に代えて、層間絶縁膜43、ポリシリコン膜42およびフィールド酸化膜41(積層膜45)を深さ方向Zに貫通する溝44,44’からなる段差を用いた裏面用アライメントマーク40a,40a’(図8~10参照)を形成してもよい。 Instead of the alignment marks 3, 3' for the rear surface, a step formed by trenches 44, 44' passing through the interlayer insulating film 43, the polysilicon film 42 and the field oxide film 41 (laminated film 45) in the depth direction Z is used. Rear alignment marks 40a and 40a' (see FIGS. 8 to 10) may be formed.

または、裏面用アライメントマーク3,3’に代えて、層間絶縁膜43、ポリシリコン膜42およびフィールド酸化膜41の一部(積層膜47)の周囲を囲む溝46からなる段差を用いた裏面用アライメントマーク40b(図11,12参照)を形成してもよい。 Alternatively, instead of the alignment marks 3, 3' for the back surface, a step formed by a groove 46 surrounding the interlayer insulating film 43, the polysilicon film 42 and a portion of the field oxide film 41 (laminated film 47) is used for the back surface. Alignment marks 40b (see FIGS. 11 and 12) may be formed.

次に、層間絶縁膜43上に、コンタクトホールを埋め込むように、例えばアルミニウム(Al)を含む例えばアルミニウム-シリコン(Al-Si)等からなる金属膜を形成する。次に、当該金属膜をパターニングして、エミッタ電極68となる部分を所定領域(例えば活性領域のみ)に残す。次に、半導体基板1の表面1a上に、エッジ終端領域を覆う表面保護膜を形成する。ここまでの工程により、表面素子構造2が完成する。 Next, a metal film made of, for example, aluminum-silicon (Al—Si) containing aluminum (Al) is formed on the interlayer insulating film 43 so as to fill the contact hole. Next, the metal film is patterned to leave a portion that will become the emitter electrode 68 in a predetermined region (for example, only the active region). Next, a surface protection film is formed on the surface 1a of the semiconductor substrate 1 to cover the edge termination region. Through the steps up to this point, the surface element structure 2 is completed.

次に、半導体基板1’を裏面1b’側から研削していき(裏面研削)、半導体装置として用いる製品の厚さt1の半導体基板1とする(ステップS2:図2参照)。 Next, the semiconductor substrate 1' is ground from the back surface 1b' side (back surface grinding) to obtain a semiconductor substrate 1 having a thickness t1 for use as a semiconductor device (step S2: see FIG. 2).

次に、n型不純物のイオン注入により、半導体基板1の裏面1bの表面層に、半導体基板1の裏面1bの全面にわたって、n型FS領域69を形成する(ステップS3)。次に、p型不純物のイオン注入により、半導体基板1の裏面1bの表面層の、n型FS領域69よりも浅い位置に、半導体基板1の裏面1bの全面にわたって、p+型コレクタ領域70を形成する(ステップS4)。 Next, by ion implantation of n-type impurities, an n-type FS region 69 is formed in the surface layer of the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 over the entire back surface 1b of the semiconductor substrate 1 (step S3). Next, p + -type collector region 70 is formed over the entire back surface 1b of semiconductor substrate 1 at a position shallower than n-type FS region 69 in the surface layer of back surface 1b of semiconductor substrate 1 by ion implantation of p - type impurities. form (step S4).

次に、半導体基板1の裏面1b上に、レジストを塗布してレジスト膜4を形成する(図3参照)。次に、一般的な露光装置(不図示)を用いて、レジスト膜4に所定のマスクパターンを露光(転写)し現像することで、レジスト膜4を表面素子構造2に応じた所定の回路パターンにパターニング(裏面パターニング)することで、n+型カソード領域71の形成領域に対応した部分が開口したレジストマスクを形成する(ステップS5)。ステップS5の処理は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の裏面パターニング(図4参照)に相当する。 Next, a resist is applied on the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to form a resist film 4 (see FIG. 3). Next, using a general exposure device (not shown), a predetermined mask pattern is exposed (transferred) to the resist film 4 and developed, thereby forming a predetermined circuit pattern corresponding to the surface element structure 2 on the resist film 4 . patterning (rear surface patterning) to form a resist mask with an opening corresponding to the formation region of the n + -type cathode region 71 (step S5). The process of step S5 corresponds to back surface patterning (see FIG. 4) in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.

次に、このレジストマスクをイオン注入用マスクとしてn型不純物をイオン注入し、p+型コレクタ領域70の一部をn+型に変えることでn+型カソード領域71を形成する(ステップS6)。ステップS4の処理においてp+型コレクタ領域70の形成領域にのみp型不純物のイオン注入を行った場合には、ステップS6の処理においては、半導体基板1の裏面1bの、レジストマスクの開口部に露出するn-型の部分にn+型カソード領域71が形成される。 Next, using this resist mask as an ion implantation mask, an n-type impurity is ion-implanted to change part of the p + -type collector region 70 to n + -type, thereby forming an n + -type cathode region 71 (step S6). . If p-type impurity ions are implanted only in the formation region of the p + -type collector region 70 in the process of step S4, then in the process of step S6, the opening of the resist mask on the rear surface 1b of the semiconductor substrate 1 is filled with ions. An n + -type cathode region 71 is formed in the exposed n - -type portion.

また、p+型コレクタ領域70とn+型カソード領域71との形成順序を入れ替えてもよい。この場合、ステップS4の処理において半導体基板1の裏面1bの全面にわたってn+型カソード領域71を形成し、ステップS5の処理においてp+型コレクタ領域70の形成領域に対応した部分が開口したレジストマスクを形成する。そして、ステップS6の処理においてレジストマスクをイオン注入用マスクとしてp+型コレクタ領域70を形成すればよい。ステップS3のn型FS領域69を、p+型コレクタ領域70とn+型カソード領域71との形成後に形成してもよい。 Also, the formation order of the p + -type collector region 70 and the n + -type cathode region 71 may be changed. In this case, the n + -type cathode region 71 is formed over the entire back surface 1b of the semiconductor substrate 1 in the process of step S4, and the resist mask is opened in the portion corresponding to the forming region of the p + -type collector region 70 in the process of step S5. to form Then, in the process of step S6, the p + -type collector region 70 may be formed using the resist mask as an ion implantation mask. The n-type FS region 69 in step S3 may be formed after the p + -type collector region 70 and the n + -type cathode region 71 are formed.

次に、灰化処理(アッシング)によりレジストマスクを除去する。次に、半導体基板1にイオン注入された不純物を活性化するためのアニール(熱処理)を行う(ステップS7)。次に、半導体基板1の裏面1bの全面に、コレクタ電極72を形成する(ステップS8)。その後、半導体基板1を切断(ダイシング)して個々のチップ状に個片化することで、図16に示すRC-IGBTチップ(半導体チップ)が完成する。 Next, the resist mask is removed by ashing. Next, annealing (heat treatment) is performed for activating the impurity ion-implanted into the semiconductor substrate 1 (step S7). Next, a collector electrode 72 is formed on the entire back surface 1b of the semiconductor substrate 1 (step S8). Thereafter, the semiconductor substrate 1 is cut (diced) into individual chips to complete the RC-IGBT chips (semiconductor chips) shown in FIG.

実施の形態3にかかる半導体装置を実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法で形成してもよい。この場合、ステップS1において、エミッタ電極68を形成するために半導体基板1の表面1a上に堆積(形成)した金属膜の、裏面用アライメントマーク3,3’,40a,40a’,40bの表面を覆う部分を金属膜52(図13,14参照)として残せばよい。 The semiconductor device according to the third embodiment may be formed by the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment. In this case, in step S1, the surfaces of the back surface alignment marks 3, 3′, 40a, 40a′, and 40b of the metal film deposited (formed) on the surface 1a of the semiconductor substrate 1 for forming the emitter electrode 68 are aligned. The covering portion may be left as the metal film 52 (see FIGS. 13 and 14).

以上、説明したように、実施の形態3にかかる半導体装置は、実施の形態1,2にかかる半導体装置の製造方法を用いて作製可能である。 As described above, the semiconductor device according to the third embodiment can be manufactured using the method for manufacturing the semiconductor device according to the first and second embodiments.

(実施の形態4)
次に、実施の形態4にかかる半導体装置として、実施の形態1,2にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の構造の別の一例について説明する。図18は、実施の形態4にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図18に示す実施の形態4にかかる半導体装置は、n-型の半導体基板(半導体チップ)1の裏面1bからn+型カソード領域93よりも深い位置に、フローティング(電気的に浮遊)のp型領域(以下、p型浮遊領域とする)94を有するFWDである。
(Embodiment 4)
Next, another example of the structure of the semiconductor device manufactured by the method of manufacturing the semiconductor device according to the first and second embodiments will be described as the semiconductor device according to the fourth embodiment. FIG. 18 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment. In the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 18, a floating (electrically floating) p-electrode is provided at a position deeper than the n + -type cathode region 93 from the back surface 1b of the n -type semiconductor substrate (semiconductor chip) 1 . The FWD has a type region (hereinafter referred to as a p-type floating region) 94 .

図18には、活性領域のみを示し、活性領域の周囲を囲むエッジ終端領域を図示省略する。また、図18には、FWDの1つの単位セルを示すが、隣接する複数の単位セルが活性領域に配置されていてもよい。エッジ終端領域は、活性領域と半導体基板1の側面との間の領域であり、n-型ドリフト領域91の、チップ表面側の電界を緩和し耐圧を保持するための領域である。エッジ終端領域に、ガードリングやフィールドプレート等の耐圧構造が設けられていてもよい。 Only the active region is shown in FIG. 18 and the edge termination region surrounding the active region is omitted. Also, although one unit cell of the FWD is shown in FIG. 18, a plurality of adjacent unit cells may be arranged in the active region. The edge termination region is a region between the active region and the side surface of the semiconductor substrate 1, and is a region for alleviating the electric field on the chip surface side of the n -type drift region 91 and maintaining the breakdown voltage. A breakdown voltage structure such as a guard ring or field plate may be provided in the edge termination region.

半導体基板1の表面1aの表面層には、p+型アノード領域92が選択的に設けられている。p+型アノード領域92は、活性領域において、半導体基板1の表面全面に設けられていてもよい。半導体基板1の裏面1bの表面層には、活性領域からエッジ終端領域にわたって、n+型カソード領域93が設けられている。また、半導体基板1の裏面の表面層には、半導体基板1の裏面1bからn+型カソード領域93よりも深い位置に、p型浮遊領域94が選択的に設けられている。 A p + -type anode region 92 is selectively provided in the surface layer of the surface 1 a of the semiconductor substrate 1 . The p + -type anode region 92 may be provided over the entire surface of the semiconductor substrate 1 in the active region. An n + -type cathode region 93 is provided in the surface layer of the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 from the active region to the edge termination region. A p-type floating region 94 is selectively provided in the surface layer of the back surface of the semiconductor substrate 1 at a position deeper than the n + -type cathode region 93 from the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 .

p型浮遊領域94は、半導体基板1の裏面1bに平行な方向に所定の間隔を空けて複数配置されている。p型浮遊領域94は、後述するカソード電極97から離して配置され、フローティング(電気的に浮遊)となっている。p型浮遊領域94は、n+型カソード領域93に接していてもよい。半導体基板1の、p+型アノード領域92、n+型カソード領域93およびp型浮遊領域94以外の部分がn-型ドリフト領域91である。 A plurality of p-type floating regions 94 are arranged at predetermined intervals in a direction parallel to back surface 1b of semiconductor substrate 1 . The p-type floating region 94 is arranged apart from a cathode electrode 97, which will be described later, and is floating (electrically floating). The p-type floating region 94 may be in contact with the n + -type cathode region 93 . A portion of semiconductor substrate 1 other than p + -type anode region 92 , n + -type cathode region 93 and p-type floating region 94 is n -type drift region 91 .

-型ドリフト領域91の内部には、活性領域からエッジ終端領域にわたって、n型FS領域95が設けられている。n型FS領域95は、n-型ドリフト領域91の内部においてn+型カソード領域93寄りに配置されている。また、n型FS領域95は、半導体基板1の裏面1bからp型浮遊領域94よりも深い位置に配置されている。n型FS領域95は、n+型カソード領域93やp型浮遊領域94と接していてもよい。n型FS領域95は、半導体基板1の裏面1bから異なる深さで複数配置されていてもよい。 An n - type FS region 95 is provided inside the n − -type drift region 91 from the active region to the edge termination region. The n-type FS region 95 is arranged inside the n -type drift region 91 and closer to the n + -type cathode region 93 . The n-type FS region 95 is arranged at a position deeper than the p-type floating region 94 from the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 . The n-type FS region 95 may be in contact with the n + -type cathode region 93 and the p-type floating region 94 . A plurality of n-type FS regions 95 may be arranged at different depths from back surface 1 b of semiconductor substrate 1 .

エッジ終端領域において、半導体基板1の表面1aはフィールド酸化膜41(図6,9,11参照)で覆われている。フィールド酸化膜41上には、ポリシリコン膜42および層間絶縁膜43が順に積層されている。層間絶縁膜43の開口部であるコンタクトホールには、p+型アノード領域92が露出されている。 In the edge termination region, the surface 1a of the semiconductor substrate 1 is covered with a field oxide film 41 (see FIGS. 6, 9 and 11). A polysilicon film 42 and an interlayer insulating film 43 are laminated in this order on the field oxide film 41 . A contact hole, which is an opening of the interlayer insulating film 43 , exposes the p + -type anode region 92 .

アノード電極96は、層間絶縁膜43のコンタクトホールを介してp+型アノード領域92に接する。表面保護膜(不図示)は、エッジ終端領域において半導体基板1の表面1aを覆う。層間絶縁膜43、フィールド酸化膜41および表面保護膜は、活性領域の周囲を囲む。カソード電極97は、半導体基板1の裏面1bの全面に設けられてn+型カソード領域93に接する。 Anode electrode 96 is in contact with p + -type anode region 92 through a contact hole in interlayer insulating film 43 . A surface passivation film (not shown) covers the surface 1a of the semiconductor substrate 1 in the edge termination region. Interlayer insulating film 43, field oxide film 41 and surface protective film surround the active region. Cathode electrode 97 is provided on the entire back surface 1 b of semiconductor substrate 1 and is in contact with n + -type cathode region 93 .

次に、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法(すなわち実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の具体例)について説明する。図19は、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。まず、n-型ドリフト領域91となるn-型の半導体基板(半導体ウエハ)1’を用意する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment (that is, a specific example of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment) will be described. FIG. 19 is a flowchart outlining the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment. First, an n - -type semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1' to be the n - -type drift region 91 is prepared.

次に、半導体基板1’の表面1a側に、通常のパターニングにより、表面素子構造2の各部および裏面用アライメントマーク40aを形成する(ステップS11:図1,8,9参照)。ステップS11において、表面素子構造2の各部の構造および裏面用アライメントマーク40aの構造以外の条件は、実施の形態3と同様である。 Next, on the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1', each part of the front surface element structure 2 and the rear surface alignment mark 40a are formed by normal patterning (step S11: see FIGS. 1, 8 and 9). In step S11, the conditions other than the structure of each part of the front surface element structure 2 and the structure of the back surface alignment mark 40a are the same as those of the third embodiment.

裏面用アライメントマーク40aに代えて、図10の裏面用アライメントマーク40a’や図11,12の裏面用アライメントマーク40bを形成してもよい。表面素子構造2の各部とは、図18に示すFWDにおいては、p+型アノード領域92、層間絶縁膜43、アノード電極96、フィールド酸化膜41(図8,9参照)、および、表面保護膜(不図示)等である。 Instead of the back alignment mark 40a, a back alignment mark 40a' in FIG. 10 or a back alignment mark 40b in FIGS. 11 and 12 may be formed. In the FWD shown in FIG. 18, the parts of the surface element structure 2 are the p + -type anode region 92, the interlayer insulating film 43, the anode electrode 96, the field oxide film 41 (see FIGS. 8 and 9), and the surface protective film. (not shown), etc.

具体的には、例えば、表面素子構造2は、次のように形成される。まず、半導体基板1’の表面1aを熱酸化して、エッジ終端領域において半導体基板1’の表面1aを覆うフィールド酸化膜41を形成する。次に、活性領域において半導体基板1’の表面1aの表面層に、p+型アノード領域92を形成する。次に、半導体基板1’の表面1a上に層間絶縁膜43を形成する。 Specifically, for example, the surface element structure 2 is formed as follows. First, the surface 1a of the semiconductor substrate 1' is thermally oxidized to form a field oxide film 41 covering the surface 1a of the semiconductor substrate 1' in the edge termination region. Next, a p + -type anode region 92 is formed in the surface layer of the surface 1a of the semiconductor substrate 1' in the active region. Next, an interlayer insulating film 43 is formed on the surface 1a of the semiconductor substrate 1'.

次に、層間絶縁膜43をパターニングして、層間絶縁膜43を深さ方向Zに貫通する複数のコンタクトホールを形成する。このとき、層間絶縁膜43にコンタクトホールを形成するとともに、層間絶縁膜43、ポリシリコン膜42およびフィールド酸化膜41(積層膜45)を深さ方向Zに貫通する溝44からなる段差を用いた裏面用アライメントマーク40a(図8,9参照)を形成する。 Next, the interlayer insulating film 43 is patterned to form a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film 43 in the depth direction Z. As shown in FIG. At this time, a contact hole was formed in the interlayer insulating film 43, and a step formed by a groove 44 penetrating the interlayer insulating film 43, the polysilicon film 42 and the field oxide film 41 (laminated film 45) in the depth direction Z was used. A rear alignment mark 40a (see FIGS. 8 and 9) is formed.

裏面用アライメントマーク40aに代えて、内部に積層膜45’(積層膜45の一部)が残るように溝44’を形成し、当該溝44’からなる段差を用いた裏面用アライメントマーク40a’(図10参照)を形成してもよい。 Instead of the back alignment mark 40a, a groove 44' is formed so that the laminated film 45' (part of the laminated film 45) remains inside, and the back alignment mark 40a' using the step formed by the groove 44' is formed. (see FIG. 10) may be formed.

また、裏面用アライメントマーク40aに代えて、層間絶縁膜43、ポリシリコン膜42およびフィールド酸化膜41の一部(積層膜47)の周囲を囲む溝46からなる段差を用いた裏面用アライメントマーク40b(図11,12参照)を形成してもよい。 Further, instead of the back alignment mark 40a, a back alignment mark 40b using a step made up of a groove 46 surrounding an interlayer insulating film 43, a polysilicon film 42 and a portion of the field oxide film 41 (laminated film 47). (See FIGS. 11 and 12).

次に、層間絶縁膜43上に、コンタクトホールを埋め込むように、例えばアルミニウム-シリコン等のアルミニウム合金からなる金属膜を形成する。次に、当該金属膜をパターニングして、アノード電極96となる部分を所定領域(例えば活性領域のみ)に残す。次に、半導体基板1の表面1a上に、エッジ終端領域を覆う表面保護膜を形成する。ここまでの工程により、表面素子構造2が完成する。 Next, a metal film made of an aluminum alloy such as aluminum-silicon is formed on the interlayer insulating film 43 so as to fill the contact holes. Next, the metal film is patterned to leave a portion that will become the anode electrode 96 in a predetermined region (for example, only the active region). Next, a surface protection film is formed on the surface 1a of the semiconductor substrate 1 to cover the edge termination region. Through the steps up to this point, the surface element structure 2 is completed.

次に、実施の形態3のステップS2と同様に、半導体基板1’を裏面1b’側から研削していき(裏面研削)、半導体装置として用いる製品の厚さt1の半導体基板1とする(ステップS12:図2参照)。実施の形態3のステップS3と同様に、半導体基板1の裏面1bの表面層に、n型FS領域95を形成する(ステップS13)。 Next, as in step S2 of the third embodiment, the semiconductor substrate 1' is ground from the back surface 1b' side (back surface grinding) to obtain a semiconductor substrate 1 having a thickness t1 of a product used as a semiconductor device (step S12: See FIG. 2). As in step S3 of the third embodiment, the n-type FS region 95 is formed in the surface layer of the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 (step S13).

次に、半導体基板1の裏面1b上に、レジストを塗布してレジスト膜4を形成する(図3参照)。次に、一般的な露光装置(不図示)を用いて、レジスト膜4に所定のマスクパターンを露光(転写)し現像することで、レジスト膜4を表面素子構造2に応じた所定の回路パターンにパターニング(裏面パターニング)することで、p型浮遊領域94の形成領域に対応した部分が開口したレジストマスクを形成する(ステップS14)。ステップS14の処理は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法の裏面パターニング(図4参照)に相当する。 Next, a resist is applied on the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to form a resist film 4 (see FIG. 3). Next, using a general exposure device (not shown), a predetermined mask pattern is exposed (transferred) to the resist film 4 and developed, thereby forming a predetermined circuit pattern corresponding to the surface element structure 2 on the resist film 4 . patterning (rear surface patterning) to form a resist mask with an opening corresponding to the formation region of the p-type floating region 94 (step S14). The process of step S14 corresponds to back surface patterning (see FIG. 4) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.

次に、このレジストマスクをイオン注入用マスクとしてp型不純物をイオン注入して、p型浮遊領域94を形成する(ステップS15)。次に、レジストマスクを除去する。次に、n型不純物のイオン注入により、半導体基板1の裏面1bの表面層の、半導体基板1の裏面1bからp型浮遊領域94よりも浅い位置に、半導体基板1の裏面1bの全面にわたってn+型カソード領域93を形成する(ステップS16)。 Next, using this resist mask as an ion implantation mask, p-type impurity ions are implanted to form a p-type floating region 94 (step S15). Next, the resist mask is removed. Next, an n-type impurity is ion-implanted into the surface layer of the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 at a position shallower than the p-type floating region 94 from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 over the entire surface of the back surface 1b of the semiconductor substrate 1. A + type cathode region 93 is formed (step S16).

なお、ステップS15のp型浮遊領域94を、ステップS16のn+型カソード領域93の形成後に形成してもよい。ステップS13のn型FS領域95を、p型浮遊領域94とn+型カソード領域93との形成後に形成してもよい。 Note that the p-type floating region 94 in step S15 may be formed after the formation of the n + -type cathode region 93 in step S16. The n-type FS region 95 in step S13 may be formed after the p-type floating region 94 and the n + -type cathode region 93 are formed.

次に、半導体基板1にイオン注入された不純物を活性化するためのアニール(熱処理)を行う(ステップS17)。次に、半導体基板1の裏面1bの全面に、カソード電極97を形成する(ステップS18)。その後、半導体基板1を切断(ダイシング)して個々のチップ状に個片化することで、図18に示すFWDチップ(半導体チップ)が完成する。 Next, annealing (heat treatment) is performed for activating the impurity ion-implanted into the semiconductor substrate 1 (step S17). Next, a cathode electrode 97 is formed on the entire back surface 1b of the semiconductor substrate 1 (step S18). After that, by cutting (dicing) the semiconductor substrate 1 into individual chips, the FWD chips (semiconductor chips) shown in FIG. 18 are completed.

実施の形態4にかかる半導体装置を実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法で形成する場合、ステップS1において、アノード電極96となる金属膜をパターニングする際に、裏面用アライメントマーク40a,40a’,40bを覆うように当該金属膜を残せばよい。 When the semiconductor device according to the fourth embodiment is formed by the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment, in step S1, when patterning the metal film that will be the anode electrode 96, the back alignment marks 40a and 40a' are formed. , 40b.

以上、説明したように、実施の形態4にかかる半導体装置は、実施の形態1,2にかかる半導体装置の製造方法を用いて作製可能である。 As described above, the semiconductor device according to the fourth embodiment can be manufactured using the method for manufacturing the semiconductor device according to the first and second embodiments.

(実施の形態5)
次に、実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法として、裏面パターニング(図4参照)時における裏面用アライメントマーク3,3’,40a,40a’,40b(図5~12)の検出方法について、半導体基板1の表面1a側から見たレイアウトを簡略化した裏面用アライメントマーク100を用いて説明する。図20は、実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法において半導体基板の裏面から半導体基板に照射する赤外光の反射光の検出波形を示す説明図である。
(Embodiment 5)
Next, as a method of manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment, a method of detecting the back surface alignment marks 3, 3′, 40a, 40a′, and 40b (FIGS. 5 to 12) during back surface patterning (see FIG. 4). , the rear surface alignment mark 100 in which the layout viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1 is simplified. FIG. 20 is an explanatory diagram showing a detected waveform of reflected light of infrared light that irradiates the semiconductor substrate from the back surface thereof in the manufacturing method of the semiconductor device according to the fifth embodiment.

図20には、裏面用アライメントマーク100の1組のマーク部(以下、第1マーク部とする)101,102の第1方向Xに平行な方向の検出波形(以下、第1検出波形とする)111と、もう1組の2つ以上のマーク部(以下、第2マーク部とする)103,104の第2方向Yに平行な方向の検出波形(以下、第2検出波形とする)112と、を示す。 FIG. 20 shows detection waveforms (hereinafter referred to as first detection waveforms) of a pair of mark portions (hereinafter referred to as first mark portions) 101 and 102 of the back alignment mark 100 in a direction parallel to the first direction X. ) 111 and a detected waveform (hereinafter referred to as a second detected waveform) 112 in a direction parallel to the second direction Y of another set of two or more mark portions (hereinafter referred to as second mark portions) 103 and 104 . and indicate.

図20に示すように、裏面用アライメントマーク100は、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1に照射した赤外光の反射光22の第1,2方向X,Yにそれぞれ平行な方向の第1,2検出波形111,112にそれぞれ2つ以上のピークを検出可能なレイアウトで配置される。具体的には、裏面用アライメントマーク100は、第1方向Xに互いに離して配置され対向する1組の2つ以上の第1マーク部(ここでは符号101,102で示す2つの第1マーク部を例に説明)と、第2方向Yに離して配置されて対向する1組の第2マーク部(ここでは符号103,104で示す2つの第2マーク部を例に説明)と、を有する。 As shown in FIG. 20, the back surface alignment mark 100 is the first and second directions parallel to the first and second directions X and Y of the reflected light 22 of the infrared light irradiated from the back surface 1 b of the semiconductor substrate 1 to the semiconductor substrate 1 . The 1st and 2nd detection waveforms 111 and 112 are arranged in such a layout that two or more peaks can be detected. Specifically, the back surface alignment mark 100 includes a set of two or more first mark portions (here, two first mark portions indicated by ), and a pair of second mark portions (here, two second mark portions indicated by reference numerals 103 and 104 are described as an example) that are spaced apart in the second direction Y and face each other. .

1組の第1マーク部101,102はともに、半導体基板1の表面1a側から見て、例えば第2方向Yに平行な直線状のレイアウトに配置された直線部である。もう1組の第2マーク部103,104はともに、半導体基板1の表面1a側から見て、例えば第1方向Xに平行な直線状のレイアウトに配置された直線部である。裏面用アライメントマーク100は、半導体基板1の表面1a側から見て、当該1組の第1マーク部101,102を対辺とし、当該もう1組の第2マーク部103,104を対辺とする矩形状のレイアウトに配置されている。 The pair of first mark portions 101 and 102 are both linear portions arranged in a linear layout parallel to the second direction Y, for example, when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1 . The other set of second mark portions 103 and 104 are both linear portions arranged in a linear layout parallel to the first direction X, for example, when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1 . When viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1, the back alignment mark 100 is a rectangle having the pair of first mark portions 101 and 102 as opposite sides and the other pair of second mark portions 103 and 104 as opposite sides. Arranged in a shape layout.

このようなレイアウトに配置された第1マーク部101,102および第2マーク部103,104で裏面用アライメントマーク100を構成する。これによって、赤外光の反射光22の第1方向Xに平行な第1検出波形111に、第1マーク部101,102を配置した位置にそれぞれピーク111a,111bが検出される。かつ、赤外光の反射光22の第2方向Yに平行な第2検出波形112には、第2マーク部103,104を配置した位置にそれぞれピーク112a,112bが検出される。 The first mark portions 101 and 102 and the second mark portions 103 and 104 arranged in such a layout constitute the alignment mark 100 for back surface. As a result, peaks 111a and 111b are detected at the positions where the first mark portions 101 and 102 are arranged in the first detection waveform 111 parallel to the first direction X of the reflected light 22 of infrared light, respectively. In addition, peaks 112a and 112b are detected at the positions where the second mark portions 103 and 104 are arranged in the second detection waveform 112 parallel to the second direction Y of the reflected light 22 of the infrared light.

そして、第1検出波形111の、1組の第1マーク部101,102によるピーク111a,111b間の中心を通る、第2方向Yに平行な中心線Y1’と、第2検出波形112の、もう1組の第2マーク部103,104によるピーク112a,112b間の中心を通る、第1方向Xに平行な中心線X1’と、の交点を、裏面用アライメントマーク100の中心110とする。この裏面用アライメントマーク100の中心110の位置を基準として、裏面パターニング時にアライメントを行うことができる。 Then, the center line Y1′ parallel to the second direction Y passing through the center between the peaks 111a and 111b of the pair of first mark portions 101 and 102 of the first detected waveform 111, and the second detected waveform 112, The center 110 of the back surface alignment mark 100 is defined as the point of intersection with a center line X1' parallel to the first direction X and passing through the center between the peaks 112a and 112b of the other pair of second mark portions 103 and 104. FIG. Using the position of the center 110 of the back surface alignment mark 100 as a reference, alignment can be performed during back surface patterning.

このように、裏面用アライメントマーク100を、第2方向Yに平行な2つ以上の直線部を有する1組の第1マーク部と、第1方向Xに平行な2つ以上の直線部を有するもう1組の第2マーク部と、で構成する。そして、赤外光の反射光22の第1,2検出波形111,112からそれぞれ検出された2つ以上のピークに基づいて、裏面用アライメントマーク100の中心110の位置を計測することで、裏面用アライメントマーク100の位置を特定することができる。 Thus, the back alignment mark 100 has a set of first mark portions having two or more straight portions parallel to the second direction Y and two or more straight portions parallel to the first direction X. and another set of second mark portions. By measuring the position of the center 110 of the back surface alignment mark 100 based on two or more peaks respectively detected from the first and second detection waveforms 111 and 112 of the reflected light 22 of the infrared light, The position of the alignment mark 100 can be identified.

赤外光の反射光22の第1,2検出波形111,112にそれぞれ検出されるピークの個数が増えるほど、裏面用アライメントマーク100の中心110の位置の誤計測が低減されるが、裏面用アライメントマーク100のサイズが大きくなる。このため、裏面用アライメントマーク100は、赤外光の反射光22の第1,2検出波形111,112にそれぞれ3つのピークが検出されるレイアウト(例えば図5,6参照)に配置されることが好ましい。 As the number of peaks detected in the first and second detection waveforms 111 and 112 of the reflected infrared light 22 increases, erroneous measurement of the position of the center 110 of the back surface alignment mark 100 is reduced. The size of the alignment mark 100 is increased. Therefore, the back alignment mark 100 should be arranged in a layout (see FIGS. 5 and 6, for example) in which three peaks are detected in the first and second detection waveforms 111 and 112 of the reflected infrared light 22, respectively. is preferred.

例えば、1組の第1マーク部101,102のうち、一方の第1マーク部101は、第2方向Yにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチと、当該トレンチの内部に埋め込まれたポリシリコン膜と、で構成される。半導体基板1の裏面1bからトレンチの底面までの深さと、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の表面1aまでの深さと、の高低差により、トレンチの配置箇所で赤外光の反射光22の第1検出波形111の1つのピーク111aが形成される。 For example, one first mark portion 101 of the pair of first mark portions 101 and 102 consists of trenches arranged in a stripe-like layout extending in the second direction Y and a poly (poly) layer embedded in the trench. and a silicon film. Due to the height difference between the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the bottom surface of the trench and the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the front surface 1a of the semiconductor substrate 1, reflected light 22 of infrared light is reflected at the location of the trench. , one peak 111a of the first detected waveform 111 is formed.

例えば、1組の第1マーク部101,102のうち、他方の第1マーク部102は、第2方向Yにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチと、当該トレンチの内部に埋め込まれたポリシリコン膜と、で構成される。半導体基板1の裏面1bからトレンチの底面までの深さと、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の表面1aまでの深さと、の高低差により、トレンチの配置箇所で赤外光の反射光22の第1検出波形111の1つのピーク111bが形成される。 For example, of the pair of first mark portions 101 and 102, the other first mark portion 102 consists of trenches arranged in a layout extending in the second direction Y in a stripe shape and poly (poly) buried inside the trenches. and a silicon film. Due to the height difference between the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the bottom surface of the trench and the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the front surface 1a of the semiconductor substrate 1, reflected light 22 of infrared light is reflected at the location of the trench. One peak 111b of the first detected waveform 111 of is formed.

例えば、もう1組の第2マーク部103,104のうち、一方の第2マーク部103は、第1方向Xにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチと、当該トレンチの内部に埋め込まれたポリシリコン膜と、で構成される。半導体基板1の裏面1bからトレンチの底面までの深さと、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の表面1aまでの深さと、の高低差により、トレンチの配置箇所で赤外光の反射光22の第2検出波形112の1つのピーク112aが形成される。 For example, one of the second mark portions 103 and 104 of the other set of second mark portions 103 and 104 includes trenches arranged in a stripe-like layout extending in the first direction X and and a polysilicon film. Due to the height difference between the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the bottom surface of the trench and the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the front surface 1a of the semiconductor substrate 1, reflected light 22 of infrared light is reflected at the location of the trench. A single peak 112a of the second detected waveform 112 of is formed.

例えば、もう1組の第2マーク部103,104のうち、他方の第2マーク部104は、第1方向Xにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチと、当該トレンチの内部に埋め込まれたポリシリコン膜と、で構成される。半導体基板1の裏面1bからトレンチの底面までの深さと、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の表面1aまでの深さと、の高低差により、トレンチの配置箇所で赤外光の反射光22の第2検出波形112の1つのピーク112bが形成される。 For example, of the other set of second mark portions 103 and 104, the other second mark portion 104 is composed of trenches arranged in a layout extending in the first direction X in a stripe shape and and a polysilicon film. Due to the height difference between the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the bottom surface of the trench and the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the front surface 1a of the semiconductor substrate 1, reflected light 22 of infrared light is reflected at the location of the trench. A single peak 112b of the second detected waveform 112 of is formed.

図21は、図20の裏面用アライメントマーク100の変形例であって、半導体基板の表面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。図21(a)~21(d)それぞれに、図20の裏面用アライメントマーク100の変形例として、裏面用アライメントマーク100a,100a’,100b,100b’を示す。 FIG. 21 is a modification of the back surface alignment mark 100 of FIG. 20, and is a plan view showing an example of the layout viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. 21(a) to 21(d) respectively show back alignment marks 100a, 100a', 100b, and 100b' as modifications of the back alignment mark 100 of FIG.

図21(a)に示すように、裏面用アライメントマーク100aは、所定の位置を中心とする直交座標XYにおいて、第2方向Yにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチ121a、122aを第1方向Xの正側に配置し、第2方向Yにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチ121b、122bを第1方向Xの負側に配置してもよい。かつ、裏面用アライメントマーク100aは、所定の位置を中心とする直交座標XYにおいて、第1方向Xにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチ121c、122cを第2方向Yの負側に配置し、第1方向Xにストライプ状に延びるレイアウトに配置されたトレンチ121d、122dを第2方向Yの正側に配置してもよい。 As shown in FIG. 21A, the back surface alignment mark 100a has trenches 121a and 122a arranged in a layout extending in a stripe shape in the second direction Y in orthogonal coordinates XY centered at a predetermined position. The trenches 121b and 122b, which are arranged on the positive side in the X direction and arranged in a layout extending in the second direction Y in a stripe shape, may be arranged on the negative side in the first direction X. In addition, the back surface alignment mark 100a has trenches 121c and 122c arranged in a layout extending in a stripe shape in the first direction X on the negative side of the second direction Y in orthogonal coordinates XY centered at a predetermined position. , the trenches 121d and 122d arranged in a layout extending in the first direction X in stripes may be arranged on the positive side in the second direction Y. As shown in FIG.

このようにトレンチ121a~121d,122a~122dを配置することにより、裏面用アライメントマーク100aは、トレンチ121a~121dからなる矩形状の平面形状の内周側トレンチと、トレンチ122a~122dからなる矩形状の平面形状の外周側トレンチと、を直交座標XYの中心を囲むように二重に配置された構成となる。このため、裏面用アライメントマーク100aにおいては、赤外光の反射光22の第1,2検出波形にそれぞれ4つのピークが検出されることとなる。したがって、第1検出波形の4つのピークの中心を通る、第2方向Yに平行な中心線Y1’と、第2検出波形の4つのピークの中心を通る、第1方向Xに平行な中心線X1’と、の交点(すなわち直交座標XYの中心)を、裏面用アライメントマーク100aの中心120aとすればよい。なお、図21(a)の裏面用アライメントマーク100aの中心120aの位置は、図20の裏面用アライメントマーク100の中心110と同一位置に計測される。 By arranging the trenches 121a to 121d and 122a to 122d in this manner, the back surface alignment mark 100a has a rectangular planar inner peripheral side trench made up of the trenches 121a to 121d and a rectangular shape made up of the trenches 122a to 122d. , and are arranged doubly so as to surround the center of the orthogonal coordinates XY. Therefore, in the back surface alignment mark 100a, four peaks are detected in each of the first and second detection waveforms of the reflected light 22 of the infrared light. Therefore, a center line Y1′ parallel to the second direction Y passing through the centers of four peaks of the first detected waveform and a center line parallel to the first direction X passing through the centers of four peaks of the second detected waveform X1' and the intersection (that is, the center of the orthogonal coordinates XY) may be set as the center 120a of the back surface alignment mark 100a. The position of the center 120a of the back alignment mark 100a in FIG. 21A is measured at the same position as the center 110 of the back alignment mark 100 in FIG.

外周側トレンチの矩形状の平面形状を構成する各トレンチ121a~121dの同一頂点に位置する端部同士は、互いに接してもよいし(図21(a))、離れていてもよい。内周側トレンチの矩形状の平面形状を構成する各トレンチ122a~122dの同一頂点に位置する端部同士は、互いに接してもよいし(図21(a))、離れていてもよい。図21(b)に示す裏面用アライメントマーク100a’は、外周側トレンチを構成するトレンチ121a’~121d’の同一頂点に位置する端部同士が離れており、かつ内周側トレンチを構成するトレンチ122a’~122d’の同一頂点に位置する端部同士が離れている例である。すなわち、裏面用アライメントマーク100は、半導体基板1の表面1a側から見て、閉じた矩形状のレイアウトに配置されていてもよいし(図21(a)に示す裏面用アライメントマーク100a)、それぞれの頂点で開いたレイアウトに配置されていてもよい(図21(b)に示す裏面用アライメントマーク100a’)。なお、図21(b)の裏面用アライメントマーク100a’の中心120a’の位置は、図21(a)の裏面用アライメントマーク100aの中心120aと同一位置に計測される。 The ends of the trenches 121a to 121d forming the rectangular planar shape of the outer trench may be in contact with each other (FIG. 21(a)) or may be separated from each other. The ends of the trenches 122a to 122d forming the rectangular planar shape of the inner trench may be in contact with each other (FIG. 21(a)) or may be separated from each other. In the back surface alignment mark 100a' shown in FIG. 21(b), the ends of the trenches 121a' to 121d' forming the outer trench are separated from each other at the same vertex, and the trenches forming the inner trench are separated from each other. In this example, the ends of 122a' to 122d' located at the same vertex are separated from each other. That is, the back surface alignment marks 100 may be arranged in a closed rectangular layout when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1 (back surface alignment marks 100a shown in FIG. 21A). may be arranged in an open layout at the vertex of (back surface alignment mark 100a' shown in FIG. 21(b)). The position of the center 120a' of the back alignment mark 100a' in FIG. 21(b) is measured at the same position as the center 120a of the back alignment mark 100a in FIG. 21(a).

図21(c)に示すように、裏面用アライメントマーク100bは、半導体基板1の表面1a側から見て、第2方向Yに延びる直線状にかつ平行に配置されたトレンチ123a、124aと、第1方向Xに延びる直線状にかつ平行に配置されたトレンチ123b、124bとがL字状のレイアウトに配置されていてもよい。図21(c)の裏面用アライメントマーク100bにおいて、裏面用アライメントマーク100bの中心120bで、第1方向Xに平行な方向のラインXaの第1検出波形にはトレンチ123a、124aによって2つのピークが生じ、第2方向Yに平行な方向のラインYaの第2検出波形にはトレンチ123b、124bによって2つのピークが生じる。 As shown in FIG. 21(c), the back surface alignment mark 100b includes trenches 123a and 124a arranged linearly and in parallel extending in the second direction Y when viewed from the front surface 1a side of the semiconductor substrate 1; The trenches 123b and 124b arranged linearly and in parallel extending in one direction X may be arranged in an L-shaped layout. In the back alignment mark 100b of FIG. 21(c), the trenches 123a and 124a cause two peaks in the first detection waveform of the line Xa in the direction parallel to the first direction X at the center 120b of the back alignment mark 100b. , and the trenches 123b and 124b cause two peaks in the second detection waveform of the line Ya in the direction parallel to the second direction Y. As shown in FIG.

L字状のレイアウトに配置されたトレンチ123a,123bのL字状の角部に位置する端部同士は、互いに接してもよいし(図21(c))、離れていてもよい。L字状のレイアウトに配置されたトレンチ123a,123bに隣接し、これらのトレンチ123a,123bと二重になるようにL字状のレイアウトにトレンチ124a,124bが配置されている。これらトレンチ124a,124bのL字状の角部に位置する端部同士は、互いに接してもよいし(図21(c))、離れていてもよい。図21(c)に示す裏面用アライメントマーク100bは、トレンチ123a,123bの端部同士が接しており、かつトレンチ124a,124bの端部同士が接している例である。図21(d)に示す裏面用アライメントマーク100b’は、トレンチ123a’,123b’の端部同士が離れており、かつトレンチ124a’,124b’の端部同士が離れている例である。なお、図21(d)の裏面用アライメントマーク100b’の中心120b’の位置は、図21(c)の裏面用アライメントマーク100bの中心120bと同一位置としてよい。 The ends located at the L-shaped corners of the trenches 123a and 123b arranged in the L-shaped layout may be in contact with each other (FIG. 21(c)) or may be separated from each other. Trenches 124a and 124b are arranged in an L-shaped layout so as to be adjacent to the trenches 123a and 123b arranged in an L-shaped layout and overlap with these trenches 123a and 123b. The ends located at the L-shaped corners of these trenches 124a and 124b may be in contact with each other (FIG. 21(c)) or may be separated from each other. The back surface alignment mark 100b shown in FIG. 21C is an example in which the ends of the trenches 123a and 123b are in contact with each other and the ends of the trenches 124a and 124b are in contact with each other. The back surface alignment mark 100b' shown in FIG. 21D is an example in which the ends of the trenches 123a' and 123b' are separated from each other and the ends of the trenches 124a' and 124b' are separated from each other. The position of the center 120b' of the back alignment mark 100b' in FIG. 21(d) may be the same as the center 120b of the back alignment mark 100b in FIG. 21(c).

なお、図21では、各トレンチを直線で図示しているが、当然ながら、図21に示す変形例の各トレンチの内部にはポリシリコン膜(不図示)が埋め込まれる。これによって、半導体基板1の裏面1bからトレンチの底面までの深さと、半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の表面1aまでの深さと、の高低差により、トレンチの配置箇所で赤外光の反射光22のピークが検出される。 In FIG. 21, each trench is illustrated by a straight line, but of course, a polysilicon film (not shown) is embedded inside each trench in the modification shown in FIG. As a result, due to the height difference between the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the bottom surface of the trench and the depth from the back surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the front surface 1a of the semiconductor substrate 1, infrared light is emitted at the location where the trench is arranged. A peak of the reflected light 22 is detected.

また、図21(a),21(b)の裏面用アライメントマーク100a,100a’および図21(c),21(d)の裏面用アライメントマーク100b,100b’は、トレンチおよびその内部のポリシリコン膜に代えて、溝44(図8,9参照)、または、溝46間に残る積層膜47(図11,12参照)で構成されてもよい。 21(a) and 21(b) and back alignment marks 100b and 100b' in FIGS. Instead of the film, the groove 44 (see FIGS. 8 and 9) or the laminated film 47 (see FIGS. 11 and 12) remaining between the trenches 46 may be used.

(実施例1)
次に、裏面用アライメントマーク3,3’の検出精度について検証した。図22は、実施例1の裏面用アライメントマークの検出結果を示す図である。半導体基板に形成したトレンチによる段差で構成された4つの裏面用アライメントマーク(以下、マーク1~4とする)を、露光装置のIR顕微鏡を用いて計測した結果を図22に示す。マーク2~4は、実施の形態1の裏面用アライメントマークである(以下、実施例1とする)。マーク2~4はすべて、半導体基板1の厚さ(シリコン厚さ)t1を140μmとし、視認性および認識率を比較しやすくするために第1,2方向X,Yの最大幅w11、w12を80μmとした。
(Example 1)
Next, the detection accuracy of the back alignment marks 3, 3' was verified. 22A and 22B are diagrams showing detection results of the alignment marks for the back surface of Example 1. FIG. FIG. 22 shows the result of measuring four back surface alignment marks (hereinafter referred to as marks 1 to 4) each having a level difference due to trenches formed in a semiconductor substrate, using an IR microscope of an exposure apparatus. Marks 2 to 4 are alignment marks for the rear surface of Embodiment 1 (hereinafter referred to as Example 1). All of the marks 2 to 4 have the thickness (silicon thickness) t1 of the semiconductor substrate 1 set to 140 μm, and the maximum widths w11 and w12 in the first and second directions X and Y to facilitate comparison of visibility and recognition rate. 80 μm.

具体的には、マーク2は、図5,6の裏面用アライメントマーク3である。すなわち、マーク2は、十字状のレイアウトに配置された第1トレンチ33と、当該第1トレンチ33の周囲を十字状に模るように囲む第2トレンチ34と、を配置して、3つのトレンチ31a~31cを並べた構成となっている。第1,2トレンチ33,34の内部にはポリシリコン膜35が埋め込まれている。また、マーク2は、第1,2トレンチ33,34の最小幅w1,w2をともに0.8μmとし、第1,2トレンチ33,34間の幅(メサ幅)w3を5.2μmとした。 Specifically, the mark 2 is the alignment mark 3 for back surface shown in FIGS. That is, the mark 2 is formed by arranging the first trenches 33 arranged in a cross-shaped layout and the second trenches 34 surrounding the first trenches 33 so as to form a cross-shaped layout. It has a configuration in which 31a to 31c are arranged. A polysilicon film 35 is buried inside the first and second trenches 33 and 34 . The mark 2 has the minimum widths w1 and w2 of the first and second trenches 33 and 34 both set to 0.8 μm, and the width (mesa width) w3 between the first and second trenches 33 and 34 set to 5.2 μm.

マーク3は、図7の裏面用アライメントマーク3’である。すなわち、マーク3は、マーク2と同様の第1,2トレンチ33,34と、当該第1,2トレンチ33,34と離して第3トレンチ36と、を配置して、半導体基板1の表面1aに平行な方向に5つのトレンチを並べた構成となっている。第1~3トレンチ33,34,36の内部には、ポリシリコン膜35が埋め込まれている。また、マーク3は、第1~3トレンチ33,34,36の幅をともに0.8μmとし、第1,3トレンチ33,36間の幅(メサ幅)および第2,3トレンチ34,36間の幅(メサ幅)をともに2.2μmとした。 The mark 3 is the rear alignment mark 3' of FIG. That is, the mark 3 has first and second trenches 33 and 34 similar to those of the mark 2 and a third trench 36 separated from the first and second trenches 33 and 34 so as to form the surface 1a of the semiconductor substrate 1. It has a configuration in which five trenches are arranged in a direction parallel to the . A polysilicon film 35 is buried inside the first to third trenches 33 , 34 , 36 . Moreover, the mark 3 is such that the widths of the first to third trenches 33, 34, 36 are all set to 0.8 μm, and the width (mesa width) between the first and third trenches 33, 36 and the width between the second and third trenches 34, 36 are 0.8 μm. (mesa width) was set to 2.2 μm.

マーク4は、図7の裏面用アライメントマーク3’に実施の形態2を適用したものである。すなわち、マーク4は、マーク3と同様に第1~3トレンチ33,34,36を配置し、当該第1~3トレンチ33,34,36の内部をポリシリコン膜35で埋め込んで、かつ当該第1~3トレンチ33,34,36を金属膜52で覆った構成となっている。金属膜52は、アルミニウムーシリコン膜である。また、マーク4は、第1~3トレンチ33,34,36の幅をともに0.8μmとし、第1,3トレンチ33,36間の幅(メサ幅)および第2,3トレンチ34,36間の幅(メサ幅)をともに2.8μmとした。 The mark 4 is obtained by applying the second embodiment to the back alignment mark 3' of FIG. That is, in the mark 4, the first to third trenches 33, 34, 36 are arranged similarly to the mark 3, the interiors of the first to third trenches 33, 34, 36 are filled with the polysilicon film 35, and the third trenches 33, 34, 36 are filled. 1 to 3 trenches 33 , 34 , 36 are covered with a metal film 52 . The metal film 52 is an aluminum-silicon film. The width of the first to third trenches 33, 34, 36 of the mark 4 is 0.8 .mu.m, and the width (mesa width) between the first and third trenches 33, 36 and the width between the second and third trenches 34, 36 are 0.8 .mu.m. (mesa width) was set to 2.8 μm.

マーク1は、比較例の裏面用アライメントマーク203(図25,30参照)である。マーク1は、半導体基板201の一部を十字状の平面形状を模るトレンチ204による段差で構成されている。すなわち、マーク1は、半導体基板201の表面201aに平行な方向に2つのトレンチを並べた構成となっている。トレンチ204の内部には、ポリシリコン膜が埋め込まれている。また、マーク1は、トレンチ204の最小幅w201を0.8μmとし、トレンチ204間の幅(メサ幅)w202を11.2μmとし、第1,2方向X,Yの幅w211、w212をマーク2~4と同様に80μmとし、半導体基板201の厚さt201を140μmとした。 A mark 1 is a rear alignment mark 203 (see FIGS. 25 and 30) of a comparative example. The mark 1 is formed of a stepped portion of a semiconductor substrate 201 formed by a trench 204 having a cross-shaped planar shape. That is, the mark 1 has a structure in which two trenches are arranged in a direction parallel to the surface 201a of the semiconductor substrate 201. As shown in FIG. A polysilicon film is buried inside the trench 204 . The mark 1 has a minimum width w201 of the trench 204 of 0.8 μm, a width (mesa width) w202 between the trenches 204 of 11.2 μm, and widths w211 and w212 in the first and second directions X and Y of the mark 2 4 to 80 μm, and the thickness t201 of the semiconductor substrate 201 is 140 μm.

また、図22には、半導体基板の裏面から赤外光を照射(図29参照)して、検出器223により半導体基板の裏面から半導体基板の表面のマーク1を計測して得られたIR画像を示す。かつ、半導体基板の裏面から赤外光を照射(図4参照)して、検出器23により半導体基板の裏面から半導体基板の表面のマーク2~4を計測して得られた画像(以下、IR画像とする)を示す。十字状の平面形状を模るトレンチ204,34の内部のトレンチ(マーク1:なし、マーク2:第1トレンチ33、マーク3:第1,3トレンチ33,36)の密度が高くなるほど、IR画像のコントラストが低くなり、マーク3においては視認しにくいことが確認された。マーク3を金属膜52で覆った構成を有するマーク4においては、マーク1~3と比べて、IR画像のコントラストが高く、すべての第1~3トレンチ33,34,36を黒くはっきりと視認可能であることが確認された。 FIG. 22 shows an IR image obtained by irradiating infrared light from the back surface of the semiconductor substrate (see FIG. 29) and measuring the marks 1 on the front surface of the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate with the detector 223. indicates In addition, an image (hereinafter referred to as IR image). The higher the density of the trenches inside the trenches 204 and 34 (mark 1: none, mark 2: first trench 33, mark 3: first and third trenches 33 and 36) inside the trenches 204 and 34 imitating a cross-shaped planar shape, the IR image becomes , and it was confirmed that the mark 3 was difficult to visually recognize. In the mark 4 having the structure in which the mark 3 is covered with the metal film 52, the IR image has a higher contrast than the marks 1 to 3, and all the first to third trenches 33, 34, 36 are black and clearly visible. It was confirmed that

また、図22のIR画像には、比較例(マーク1)のIR画像に対応する、赤外光の反射光222の検出波形241と、マーク2~4の各IR画像に対応する、赤外光の反射光22の検出波形132,133,134と、を図示する。検出波形241,132,133,134は、図20の第1,2検出波形111,112に相当する。マーク1を、赤外光の反射光222の検出波形241で確認する。マーク2,3を、それぞれ赤外光の反射光22の検出波形132,133で確認する。トレンチ間のメサ幅が狭いマーク3においては、検出波形133から各第1~3トレンチ33,34,36によるピークを分離することができないことで、赤外光の反射光22の反射強度が全体的に低下したことにより、半導体基板1の表面1aとトレンチの底面とのコントラストが低下したと推測される。 In addition, the IR image in FIG. 22 includes a detected waveform 241 of the reflected infrared light 222 corresponding to the IR image of the comparative example (mark 1), and infrared rays corresponding to the IR images of the marks 2 to 4. Detected waveforms 132, 133, and 134 of reflected light 22 of light are illustrated. Detected waveforms 241, 132, 133 and 134 correspond to the first and second detected waveforms 111 and 112 in FIG. The mark 1 is confirmed by the detection waveform 241 of the reflected infrared light 222 . The marks 2 and 3 are confirmed by detection waveforms 132 and 133 of the reflected infrared light 22, respectively. In the mark 3 having a narrow mesa width between trenches, the peaks due to the first to third trenches 33, 34, and 36 cannot be separated from the detection waveform 133, so that the reflection intensity of the reflected infrared light 22 is reduced as a whole. It is presumed that the contrast between the surface 1a of the semiconductor substrate 1 and the bottom surface of the trench decreased due to the decrease in the surface area.

マーク2は、検出波形132から第1,2トレンチ33,34によるピークを分離することができることが確認された。マーク1についても、検出波形241からトレンチ204によるピークを分離することができることが確認された。また、マーク1の認識率(検出率)が80%であるのに対し、マーク2の認識率が90%と高いことが確認された。その理由は、次の2つによるものと推測される。1つ目の理由は、上述したようにマーク2の検出波形132から第1,2トレンチ33,34によるピークを分離することができたからである。2つ目の理由は、マーク2においては、マーク1と比べて、第2トレンチ34の内部の第1トレンチ33の密度を高くしたことが、IR画像のコントラスト向上に寄与しているからである。金属膜52で覆った構成を有するマーク4においては、マーク2よりも認識率が更に向上する。なお、安定したアライメントを実施するためには、裏面用アライメントマークの認識率は65%以上必要である。 It has been confirmed that the mark 2 can separate the peaks due to the first and second trenches 33 and 34 from the detected waveform 132 . It was also confirmed that the peak due to the trench 204 could be separated from the detected waveform 241 for the mark 1 as well. It was also confirmed that the recognition rate (detection rate) of mark 1 was 80%, while the recognition rate of mark 2 was as high as 90%. The reason for this is presumed to be due to the following two reasons. The first reason is that the peaks due to the first and second trenches 33 and 34 could be separated from the detected waveform 132 of mark 2 as described above. The second reason is that in the mark 2, compared with the mark 1, the density of the first trenches 33 inside the second trenches 34 is increased, which contributes to the improvement of the contrast of the IR image. . The mark 4 covered with the metal film 52 has a higher recognition rate than the mark 2 . In order to carry out stable alignment, the recognition rate of the alignment marks for the back surface needs to be 65% or more.

(実施例2)
次に、裏面用アライメントマーク40a,40bの検出精度について検証した。図23は、実施例2の裏面用アライメントマークの検出結果を示す図である。半導体基板1の表面上の積層膜に形成した溝による段差で構成された4つの裏面用アライメントマーク(以下、マーク5~8とする)を、露光装置のIR顕微鏡を用いて計測した結果を図23に示す。マーク5~8は、実施の形態1の裏面用アライメントマークである(以下、実施例2とする)。マーク5~8はすべて、半導体基板1の厚さt1を400μmとし、視認性および認識率を比較しやすくするために第1,2方向X,Yの最大幅w11、w12を80μmとした。
(Example 2)
Next, the detection accuracy of the back alignment marks 40a and 40b was verified. 23A and 23B are diagrams showing the detection results of the alignment marks for the back surface of Example 2. FIG. 4 shows the result of measuring four back surface alignment marks (hereinafter referred to as marks 5 to 8), which are formed of steps due to grooves formed in a laminated film on the surface of a semiconductor substrate 1, using an IR microscope of an exposure apparatus. 23. Marks 5 to 8 are the alignment marks for the rear surface of the first embodiment (hereinafter referred to as the second embodiment). For the marks 5 to 8, the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 was set to 400 μm, and the maximum widths w11 and w12 in the first and second directions X and Y were set to 80 μm to facilitate comparison of visibility and recognition rate.

具体的には、マーク5は、図8,9の裏面用アライメントマーク40aである。すなわち、マーク5は、積層膜45を深さ方向Zに貫通し、かつ十字状の平面形状を有する溝44を配置した構成となっている。マーク5を形成するための膜種(以下、マーク形成膜種とする)、すなわち積層膜45の膜種として、半導体基板1の表面1a側からフィールド酸化膜41(初期酸化膜)、ポリシリコン膜42(Poly-Si膜)および層間絶縁膜43(BPSG膜)を順に積層した。また、マーク5は、第1,2方向X,Yの最大幅w14,w15(溝44の最大幅)をともに4.2μmとし、第1,2方向X,Yの最小幅(溝44の最小幅)w4,w5をともに1.6μmとした。 Specifically, the mark 5 is the rear alignment mark 40a shown in FIGS. That is, the mark 5 has a configuration in which a groove 44 that penetrates the laminated film 45 in the depth direction Z and has a cross-shaped planar shape is arranged. The film type for forming the mark 5 (hereinafter referred to as mark forming film type), that is, the film type of the laminated film 45 is the field oxide film 41 (initial oxide film), the polysilicon film from the surface 1a side of the semiconductor substrate 1. 42 (Poly-Si film) and an interlayer insulating film 43 (BPSG film) were laminated in this order. The mark 5 has both maximum widths w14 and w15 in the first and second directions X and Y (maximum width of the groove 44) of 4.2 μm, and minimum widths in the first and second directions X and Y (maximum width of the groove 44). (small width) w4 and w5 are both set to 1.6 μm.

マーク6は、図11,12の裏面用アライメントマーク40bである。すなわち、マーク6は、積層膜47の周囲を囲む溝46を配置した構成となっている。マーク6を形成するためのマーク形成膜種、すなわち積層膜47の膜種として、マーク5と同様に、半導体基板1の表面1a側からフィールド酸化膜41(初期酸化膜)、ポリシリコン膜42(Poly-Si膜)および層間絶縁膜43(BPSG膜)を順に積層した。また、マーク6は、第1,2方向X,Yの最大幅(積層膜47の最大残し幅)w14’,w15’をともに4.2μmとし、第1,2方向X,Yの最小幅(積層膜47の最小残し幅)w4’,w5’をともに1.6μmとした。 The mark 6 is the rear alignment mark 40b shown in FIGS. That is, the mark 6 has a configuration in which a groove 46 surrounding the laminated film 47 is arranged. Similar to the mark 5, the film type of the layered film 47 for forming the mark 6 is the field oxide film 41 (initial oxide film), the polysilicon film 42 ( Poly-Si film) and an interlayer insulating film 43 (BPSG film) were laminated in this order. The mark 6 has a maximum width (maximum remaining width of the laminated film 47) w14' and w15' in the first and second directions X and Y of 4.2 μm, and a minimum width in the first and second directions X and Y ( The minimum remaining widths w4′ and w5′ of the laminated film 47 were both set to 1.6 μm.

マーク7は、図8,9の裏面用アライメントマーク40aに実施の形態2を適用したものである。すなわち、マーク7は、マーク5と同様に積層膜45を深さ方向Zに貫通する溝44を配置し、かつ当該溝44に金属膜52を埋め込んで覆った構成となっている。マーク7を形成するためのマーク形成膜種として、マーク5と同様の積層膜45(フィールド酸化膜41(初期酸化膜)、ポリシリコン膜42(Poly-Si膜)および層間絶縁膜43(BPSG膜))上に、金属膜52としてアルミニウムーシリコン膜を積層した。マーク7の第1,2方向X,Yの最大幅w14,w15および第1,2方向X,Yの最小幅w4,w5はマーク5と同様である。 The mark 7 is obtained by applying the second embodiment to the back alignment mark 40a shown in FIGS. That is, similarly to the mark 5, the mark 7 has a structure in which a groove 44 penetrating the laminated film 45 in the depth direction Z is arranged, and the metal film 52 is embedded in the groove 44 to cover it. As a mark forming film type for forming the mark 7, the laminated film 45 (the field oxide film 41 (initial oxide film), the polysilicon film 42 (Poly-Si film) and the interlayer insulating film 43 (BPSG film) similar to the mark 5 are used. )), an aluminum-silicon film was laminated as the metal film 52 thereon. The maximum widths w14 and w15 in the first and second directions X and Y of the mark 7 and the minimum widths w4 and w5 in the first and second directions X and Y of the mark 7 are the same as those of the mark 5 .

マーク8は、図11,12の裏面用アライメントマーク40bに実施の形態2を適用したものである。すなわち、マーク8は、マーク6と同様に積層膜47の周囲を囲む溝46を配置し、かつ当該積層膜47を金属膜52で覆った構成となっている。マーク8を形成するためのマーク形成膜種として、マーク6と同様の積層膜47(フィールド酸化膜41(初期酸化膜)、ポリシリコン膜42(Poly-Si膜)および層間絶縁膜43(BPSG膜))上に、金属膜52としてアルミニウムーシリコン膜を積層した。マーク8の第1,2方向X,Yの最大幅w14’,w15’および第1,2方向X,Yの最小幅w4’,w5’はマーク6と同様である。 The mark 8 is obtained by applying the second embodiment to the back alignment mark 40b of FIGS. That is, the mark 8 has a groove 46 surrounding the laminated film 47 in the same manner as the mark 6 , and the laminated film 47 is covered with the metal film 52 . As a mark forming film type for forming the mark 8, the laminated film 47 (the field oxide film 41 (initial oxide film), the polysilicon film 42 (Poly-Si film) and the interlayer insulating film 43 (BPSG film) similar to the mark 6 are used. )), an aluminum-silicon film was laminated as the metal film 52 thereon. The maximum widths w14' and w15' in the first and second directions X and Y of the mark 8 and the minimum widths w4' and w5' in the first and second directions X and Y of the mark 8 are the same as those of the mark 6.

図23に示す結果より、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法にしたがい、半導体基板の裏面から赤外光を照射(図4参照)して、検出器23により半導体基板1の裏面1bから半導体基板1の表面1aのマーク5~8を計測して得られた画像(IR画像)では、マーク5,6と比べてマーク7,8の認識率が高いことが確認された。図23の最下行にマーク5~8のIR画像とともに示す検出波形135~138のピーク強度(破線の丸で囲む部分)で確認した場合においても、マーク7,8の検出波形137,138のピーク強度がマーク5,6の検出波形135,136のピーク強度よりも大きいことが確認された。すなわち、積層膜45、47および溝44,46による段差を用いた裏面用アライメントマーク40a,40bにおいても、裏面用アライメントマーク40a,40bを金属膜52で覆うことで検出精度を向上させることができることが確認された。 From the results shown in FIG. 23, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, infrared light is irradiated from the back surface of the semiconductor substrate (see FIG. 4), and the detector 23 In the image (IR image) obtained by measuring the marks 5 to 8 on the surface 1a of the semiconductor substrate 1, it was confirmed that the recognition rate of the marks 7 and 8 was higher than that of the marks 5 and 6. FIG. Even when confirmed by the peak intensities of the detected waveforms 135 to 138 shown together with the IR images of the marks 5 to 8 in the bottom row of FIG. It was confirmed that the intensity was greater than the peak intensity of the detected waveforms 135, 136 of the marks 5,6. That is, even in the back alignment marks 40a and 40b using the stepped portions formed by the laminated films 45 and 47 and the grooves 44 and 46, the detection accuracy can be improved by covering the back alignment marks 40a and 40b with the metal film 52. was confirmed.

(実施例3)
次に、半導体基板1の厚さ(半導体装置として用いる製品厚さ)t1の好適な範囲について検証した。図24は、実施例3の半導体基板の厚さの好適な範囲を示す図である。実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法にしたがい、半導体基板1の厚さ(Si厚)t1を種々変更してRC-IGBT(図16参照)を作製した結果を図24に示す(金属膜カバーなし:RC-IGBT)。実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法にしたがい、半導体基板1の厚さt1を種々変更してFWD(図18参照)を作製した結果を図24に示す(金属膜カバーなし:FWD)。
(Example 3)
Next, a suitable range of the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 (thickness of a product used as a semiconductor device) was verified. FIG. 24 is a diagram showing a preferable range of thickness of the semiconductor substrate of Example 3. FIG. FIG. 24 shows the results of fabricating RC-IGBTs (see FIG. 16) by variously changing the thickness (Si thickness) t1 of the semiconductor substrate 1 according to the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment (metal film Without cover: RC-IGBT). FIG. 24 shows the result of fabricating FWD (see FIG. 18) by variously changing the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment (no metal film cover: FWD).

また、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法に実施の形態2(すなわち裏面用アライメントマーク3を金属膜52で覆うこと)を適用し、半導体基板1の厚さt1を種々変更してRC-IGBT(図16参照)を作製した結果を図24に示す(金属膜カバーあり:RC-IGBT)。実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法に実施の形態2(すなわち裏面用アライメントマーク40aを金属膜52で覆うこと)を適用し、半導体基板1の厚さt1を種々変更してFWD(図18参照)を作製した結果を図24に示す(金属膜カバーあり:FWD)。 Further, the second embodiment (that is, covering the back surface alignment mark 3 with the metal film 52) is applied to the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment, and the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 is variously changed to obtain the RC. -IGBT (see FIG. 16) is shown in FIG. 24 (with metal film cover: RC-IGBT). The second embodiment (that is, covering the back surface alignment mark 40a with the metal film 52) is applied to the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment, and the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 is variously changed to produce an FWD (FIG. 18) is shown in FIG. 24 (with metal film cover: FWD).

図24の「金属膜カバーなし:RC-IGBT」の結果より、トレンチによる段差を用いた裏面用アライメントマーク3,3’を形成する場合、半導体基板1の厚さt1の上限が150μmであることが確認された。また、図24の「金属膜カバーあり」の結果より、「金属膜カバーあり」とすることで、「金属膜カバーなし」の場合と比べて、トレンチによる段差を用いた裏面用アライメントマーク3,3’、および、積層膜を貫通する溝による段差を用いた裏面用アライメントマーク40a,40a’,40bともに検出精度が高く、半導体基板1の厚さt1を厚くすることができることが確認された。「金属膜カバーあり」の場合、半導体基板1の厚さt1の上限は400μmである。 From the result of "no metal film cover: RC-IGBT" in FIG. 24, when forming the back alignment marks 3, 3' using the steps of the trenches, the upper limit of the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 is 150 μm. was confirmed. Also, from the result of "with metal film cover" in FIG. 3' and the rear surface alignment marks 40a, 40a', and 40b using a step formed by grooves penetrating the laminated film have high detection accuracy, and it has been confirmed that the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 can be increased. In the case of "with a metal film cover", the upper limit of the thickness t1 of the semiconductor substrate 1 is 400 μm.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施の形態3,4では、RC-IGBTおよびFWDを製造する場合を例に説明しているが、本発明は、アライメントマークを形成した第1主面と異なる第2主面に当該アライメントマークを用いてパターニングを行って作製される半導体装置に適用可能である。また、実施の形態3,4において、導電型(n型、p型)を反転させても同様に成り立つ。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described third and fourth embodiments, the case of manufacturing RC-IGBT and FWD is described as an example, but the present invention is applied to a second main surface different from the first main surface on which alignment marks are formed. It can be applied to a semiconductor device manufactured by patterning using the alignment mark. In the third and fourth embodiments, the same holds true even if the conductivity type (n-type, p-type) is reversed.

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、アライメントマークを形成した第1主面と異なる第2主面に当該アライメントマークを用いてパターニングを行って作製(製造)される半導体装置に有用であり、特にRC-IGBTや、半導体基板の裏面からn+型カソード領域よりも深い位置にp型浮遊領域を有するFWDに適している。 As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a semiconductor device is manufactured (manufactured) by patterning the second principal surface, which is different from the first principal surface on which the alignment marks are formed, using the alignment marks. It is particularly useful for RC-IGBTs and FWDs having a p-type floating region at a position deeper than the n + -type cathode region from the back surface of the semiconductor substrate.

1 半導体基板(裏面研削後)
1’ 半導体基板(裏面研削前)
1a 半導体基板の表面
1b 半導体基板の裏面(裏面研削後)
1b’ 半導体基板の裏面(裏面研削前)
2 表面素子構造
3,3’,40a,40a’,40b,51,100,100’ 裏面用アライメントマーク
4 レジスト膜
5 半導体基板の有効領域
6 ダイシングライン
10 露光装置
11 チャックステージ
21 赤外光の入射光
22,22a~22c 赤外光の反射光
23 検出器
31a~31c,33,34,36,121a~121d,121a’~121d’,122a~122d,122a’~122d’,123a,123b,123a’,123b’,124a,124b,124a’,124b’ 裏面用アライメントマークに用いるトレンチ
32 裏面用アライメントマークに用いる4つのトレンチで形成された十字状のレイアウトの中心
35 ポリシリコン膜
41 フィールド酸化膜
42 ポリシリコン膜
43 層間絶縁膜
44,44’,46 裏面用アライメントマークに用いる溝
45,45’,47 裏面用アライメントマークに用いる積層膜
50 パターン禁止帯
52 金属膜
61 n-型ドリフト領域
62 p型ベース領域
63 n+型エミッタ領域
64 p+型コンタクト領域
65 ゲートトレンチ
66 ゲート絶縁膜
67 ゲート電極
68 エミッタ電極
69 n型FS領域
70 p+型コレクタ領域
71,93 n+型カソード領域
72 コレクタ電極
81 IGBT領域
82 FWD領域
91 n-型ドリフト領域
92 p+型アノード領域
94 p型浮遊領域
95 n型FS領域
96 アノード電極
97 カソード電極
101,101’,102,102’,103,103’,104 裏面用アライメントマークを構成するマーク部
110,120a,120a’,120b,120b’ 裏面用アライメントマークの中心
111,112,132~138 赤外光の反射光の検出波形
111a,111b,112a,112b 赤外光の反射光の検出波形のピーク
X 半導体基板の表面に平行な方向(第1方向)
X1’,X2’,Y1’,Y2’ 赤外光の反射光の検出波形のピーク間の中心線
Y 半導体基板の表面に平行で、かつ第1方向と直交する方向(第2方向)
Z 深さ方向
w1,w2 トレンチを用いた裏面用アライメントマークの最小幅(トレンチの最小幅)
w3 裏面用アライメントマークに用いるトレンチ間の幅(メサ幅)
w4,w5 溝を用いた裏面用アライメントマークの最小幅(溝の最小幅)
w4’,w5’ 溝を用いた裏面用アライメントマークの最小幅(積層膜の最小残し幅)
w11,w12,w14,w14’,w15,w15’ 裏面用アライメントマークの最大幅
w21,w22 金属膜の幅
w31 ダイシングラインの幅
1 semiconductor substrate (after backside grinding)
1' semiconductor substrate (before back surface grinding)
1a front surface of semiconductor substrate 1b rear surface of semiconductor substrate (after rear surface grinding)
1b' Backside of semiconductor substrate (before backside grinding)
2 front element structure 3, 3', 40a, 40a', 40b, 51, 100, 100' rear alignment mark 4 resist film 5 effective area of semiconductor substrate 6 dicing line 10 exposure device 11 chuck stage 21 incidence of infrared light Light 22, 22a-22c Infrared reflected light 23 Detector 31a-31c, 33, 34, 36, 121a-121d, 121a'-121d', 122a-122d, 122a'-122d', 123a, 123b, 123a ', 123b', 124a, 124b, 124a', 124b' trench used for back alignment mark 32 center of cross-shaped layout formed by four trenches used for back alignment mark 35 polysilicon film 41 field oxide film 42 Polysilicon film 43 Interlayer insulating film 44, 44', 46 Groove used for alignment mark for back surface 45, 45', 47 Laminated film used for alignment mark for back surface 50 Pattern forbidden band 52 Metal film 61 n - type drift region 62 p type Base region 63 n + type emitter region 64 p + type contact region 65 gate trench 66 gate insulating film 67 gate electrode 68 emitter electrode 69 n type FS region 70 p + type collector region 71, 93 n + type cathode region 72 collector electrode 81 IGBT region 82 FWD region 91 n - type drift region 92 p + type anode region 94 p type floating region 95 n type FS region 96 anode electrode 97 cathode electrode 101, 101', 102, 102', 103, 103', 104 back surface Mark portions 110, 120a, 120a', 120b, 120b' constituting alignment marks for back surface 111, 112, 132 to 138 Detection waveforms of reflected light of infrared light 111a, 111b, 112a, 112b Infrared Peak of detected waveform of reflected light X Direction parallel to the surface of the semiconductor substrate (first direction)
X1′, X2′, Y1′, Y2′ Center line between peaks of detection waveform of reflected light of infrared light Y Direction parallel to the surface of the semiconductor substrate and perpendicular to the first direction (second direction)
Z Depth direction w1, w2 Minimum width of alignment mark for back surface using trench (minimum width of trench)
w3 Width between trenches (mesa width) used for back alignment marks
w4, w5 Minimum width of alignment mark for back surface using groove (minimum width of groove)
w4', w5' minimum width of alignment mark for back surface using grooves (minimum remaining width of laminated film)
w11, w12, w14, w14', w15, w15' Maximum width of alignment mark for back surface w21, w22 Width of metal film w31 Width of dicing line

Claims (21)

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第1領域と、ダイオードが配置された第2領域と、が半導体基板の第1主面に平行な方向に隣接する半導体装置の製造方法であって、
第1導電型の前記半導体基板の第1主面の表面層に、表面素子構造として、前記第1領域および前記第2領域の全域にわたって、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第2導電型の第1半導体領域を形成するとともに、前記表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程と、
前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程と、
前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程と、
前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程と、
前記レジスト膜をマスクとして第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第2領域の全域にわたって、前記ダイオードのカソード領域となる、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程と、
を含み、
前記第1工程では、
前記検出器により検出される前記所定波長域の光の反射光の、前記半導体基板の第1主面に平行な第1方向の検出波形と、前記半導体基板の第1主面に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向の検出波形と、にそれぞれ2つ以上のピークが検出されるレイアウトで、前記半導体基板の第1主面から所定深さに達する複数のトレンチを形成し、
前記トレンチとして、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線状の平面形状の第1トレンチを形成し、
複数の前記トレンチにより前記半導体基板の第1主面に形成された段差を前記所定マークとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device in which a first region in which an insulated gate bipolar transistor is arranged and a second region in which a diode is arranged are adjacent to each other in a direction parallel to a first main surface of a semiconductor substrate,
A base region of the insulated gate bipolar transistor and an anode of the diode are formed on the surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type over the entirety of the first region and the second region as a surface element structure. a first step of forming a first semiconductor region of a second conductivity type as a region and forming a predetermined mark apart from the surface element structure;
a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is reflected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. a third step of identifying the position of the predetermined mark by detecting the
a fourth step of performing alignment using the position of the predetermined mark specified in the third step as a reference, transferring a predetermined pattern corresponding to the surface element structure to the resist film, and exposing the resist film;
Using the resist film as a mask, impurity ions of the first conductivity type are implanted into the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire second region from the semiconductor substrate to become the cathode region of the diode. a fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type with a higher impurity concentration;
including
In the first step,
a detection waveform in a first direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate, of the reflected light of the light in the predetermined wavelength range detected by the detector; forming a plurality of trenches reaching a predetermined depth from the first main surface of the semiconductor substrate in a layout in which two or more peaks are detected in each of the detection waveform in a second direction orthogonal to the first direction;
forming, as the trenches, four linear planar first trenches arranged in a point-symmetric cross-shaped layout centered on a predetermined location and having one end positioned at the center;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein steps formed by the plurality of trenches on the first main surface of the semiconductor substrate are used as the predetermined marks.
前記第1工程では、前記トレンチの内部にポリシリコン膜を埋め込むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in said first step, a polysilicon film is buried inside said trench. 前記第1工程では、In the first step,
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのゲートトレンチと同時に前記トレンチを形成し、forming the trench at the same time as the gate trench of the insulated gate bipolar transistor;
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのゲート電極と同時に前記ポリシリコン膜を形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the polysilicon film is formed at the same time as the gate electrode of the insulated gate bipolar transistor.
前記第1工程では、前記第1トレンチを互いに離して配置することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in said first step, said first trenches are arranged apart from each other. 前記第1工程では、前記第1トレンチをアルミニウムを含む金属膜で覆うことを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in said first step, said first trench is covered with a metal film containing aluminum. 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第1領域と、ダイオードが配置された第2領域と、が半導体基板の第1主面に平行な方向に隣接する半導体装置の製造方法であって、A method for manufacturing a semiconductor device in which a first region in which an insulated gate bipolar transistor is arranged and a second region in which a diode is arranged are adjacent to each other in a direction parallel to a first main surface of a semiconductor substrate,
第1導電型の前記半導体基板の第1主面の表面層に、表面素子構造として、前記第1領域および前記第2領域の全域にわたって、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第2導電型の第1半導体領域を形成するとともに、前記表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程と、A base region of the insulated gate bipolar transistor and an anode of the diode are formed on the surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type over the entirety of the first region and the second region as a surface element structure. a first step of forming a first semiconductor region of a second conductivity type as a region and forming a predetermined mark apart from the surface element structure;
前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程と、a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程と、The semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is reflected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. a third step of identifying the position of the predetermined mark by detecting the
前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程と、a fourth step of performing alignment using the position of the predetermined mark specified in the third step as a reference, transferring a predetermined pattern corresponding to the surface element structure to the resist film, and exposing the resist film;
前記レジスト膜をマスクとして第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第2領域の全域にわたって、前記ダイオードのカソード領域となる、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程と、Using the resist film as a mask, impurity ions of the first conductivity type are implanted into the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire second region from the semiconductor substrate to become the cathode region of the diode. a fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type with a higher impurity concentration;
を含み、including
前記第1工程では、In the first step,
前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積An oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film are sequentially stacked on the first main surface of the semiconductor substrate.
層してなる積層膜を形成し、forming a layered film,
前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線部を有する十字状の平面形状の溝を形成し、A cross-shaped planar groove is formed that penetrates the laminated film in the depth direction and has four linear portions arranged in a point-symmetrical cross-shaped layout with one end positioned at the center with a predetermined location as the center. ,
前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第1領域と、ダイオードが配置された第2領域と、が半導体基板の第1主面に平行な方向に隣接する半導体装置の製造方法であって、A method for manufacturing a semiconductor device in which a first region in which an insulated gate bipolar transistor is arranged and a second region in which a diode is arranged are adjacent to each other in a direction parallel to a first main surface of a semiconductor substrate,
第1導電型の前記半導体基板の第1主面の表面層に、表面素子構造として、前記第1領域および前記第2領域の全域にわたって、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第2導電型の第1半導体領域を形成するとともに、前記表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程と、A base region of the insulated gate bipolar transistor and an anode of the diode are formed on the surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type over the entirety of the first region and the second region as a surface element structure. a first step of forming a first semiconductor region of a second conductivity type as a region and forming a predetermined mark apart from the surface element structure;
前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程と、a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程と、The semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is reflected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. a third step of identifying the position of the predetermined mark by detecting the
前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程と、a fourth step of performing alignment using the position of the predetermined mark specified in the third step as a reference, transferring a predetermined pattern corresponding to the surface element structure to the resist film, and exposing the resist film;
前記レジスト膜をマスクとして第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第2領域の全域にわたって、前記ダイオードのカソード領域となる、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成する第5工程と、Using the resist film as a mask, impurity ions of the first conductivity type are implanted into the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire second region from the semiconductor substrate to become the cathode region of the diode. a fifth step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type with a higher impurity concentration;
を含み、including
前記第1工程では、In the first step,
前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積層してなる積層膜を形成し、forming a laminated film formed by sequentially laminating an oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate;
前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに4つの直線状に前記積層膜の一部が残るように当該積層膜の一部の周囲を囲む溝を形成し、The laminated film is formed so that a part of the laminated film remains in four straight lines in a point-symmetrical cross-shaped layout that penetrates the laminated film in the depth direction and has one end positioned at the center with a predetermined location as the center. forming a groove surrounding a portion,
前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.
前記第1工程では、前記溝の内部にアルミニウムを含む金属膜を埋め込むことを特徴とする請求項5または6に記載の半導体装置の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein in said first step, a metal film containing aluminum is embedded in said trench. 前記第1工程では、深さ方向に前記積層膜を貫通して前記半導体基板の第1主面で終端する前記溝を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein in said first step, said trench is formed to penetrate said laminated film in a depth direction and terminate at said first main surface of said semiconductor substrate. 前記第5工程では、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記第1領域の全域にわたって、前記第2半導体領域に隣接して、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ領域となる第2導電型の第3半導体領域を形成することを特徴とする請求項1、6、7のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。In the fifth step, a second semiconductor region is formed on the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire first region and adjacent to the second semiconductor region to serve as a collector region of the insulated gate bipolar transistor. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising forming a conductive type third semiconductor region. 前記第5工程では、In the fifth step,
第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記半導体基板の第2主面の全域にわたって前記第3半導体領域を形成し、implanting ions of a second conductivity type impurity to form the third semiconductor region in a surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate over the entire second main surface of the semiconductor substrate;
前記レジスト膜をマスクとして前記第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記第3半導体領域の前記第2領域の部分を第1導電型に変えることで前記第2半導体領域を形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。The second semiconductor region is formed by performing ion implantation of the impurity of the first conductivity type using the resist film as a mask to change the portion of the second region of the third semiconductor region to the first conductivity type. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
前記半導体基板の第1主面に、前記第1半導体領域に電気的に接続された第1電極を形成する第6工程と、a sixth step of forming a first electrode electrically connected to the first semiconductor region on the first main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面に、前記第2半導体領域および前記第3半導体領域に接する第2電極を形成する第7工程と、を含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。and a seventh step of forming a second electrode in contact with the second semiconductor region and the third semiconductor region on the second main surface of the semiconductor substrate. Production method.
フローティングの第2導電型領域を有する半導体装置の製造方法であって、A method of manufacturing a semiconductor device having a floating second conductivity type region, comprising:
第1導電型の半導体基板の第1主面に、表面素子構造を形成するとともに、前記表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程と、a first step of forming a surface element structure on a first main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type and forming a predetermined mark apart from the surface element structure;
前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程と、a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程と、The semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is reflected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. a third step of identifying the position of the predetermined mark by detecting the
前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程と、a fourth step of performing alignment using the position of the predetermined mark specified in the third step as a reference, transferring a predetermined pattern corresponding to the surface element structure to the resist film, and exposing the resist film;
前記レジスト膜をマスクとして第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面から離れた深さ位置に前記第2導電型領域を形成する第5工程と、a fifth step of implanting ions of a second conductivity type impurity using the resist film as a mask to form the second conductivity type region at a depth position away from the second main surface of the semiconductor substrate;
を含み、including
前記第1工程では、In the first step,
前記検出器により検出される前記所定波長域の光の反射光の、前記半導体基板の第1主面に平行な第1方向の検出波形と、前記半導体基板の第1主面に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向の検出波形と、にそれぞれ2つ以上のピークが検出されるレイアウトで、前記半導体基板の第1主面から所定深さに達する複数のトレンチを形成し、a detection waveform in a first direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate, of the reflected light of the light in the predetermined wavelength range detected by the detector; forming a plurality of trenches reaching a predetermined depth from the first main surface of the semiconductor substrate in a layout in which two or more peaks are detected in each of the detection waveform in a second direction orthogonal to the first direction;
前記トレンチとして、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線状の平面形状の第1トレンチを形成し、forming, as the trenches, four linear planar first trenches arranged in a point-symmetric cross-shaped layout centered on a predetermined location and having one end positioned at the center;
複数の前記トレンチにより前記半導体基板の第1主面に形成された段差を前記所定マークとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, wherein steps formed by the plurality of trenches on the first main surface of the semiconductor substrate are used as the predetermined marks.
前記第1工程では、前記トレンチの内部にポリシリコン膜を埋め込むことを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein in said first step, a polysilicon film is buried inside said trench. 前記第1工程では、前記第1トレンチを互いに離して配置することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein in said first step, said first trenches are arranged apart from each other. 前記第1工程では、前記第1トレンチをアルミニウムを含む金属膜で覆うことを特徴とする請求項13~15のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein in said first step, said first trench is covered with a metal film containing aluminum. フローティングの第2導電型領域を有する半導体装置の製造方法であって、A method of manufacturing a semiconductor device having a floating second conductivity type region, comprising:
第1導電型の半導体基板の第1主面に、表面素子構造を形成するとともに、前記表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程と、a first step of forming a surface element structure on a first main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type and forming a predetermined mark apart from the surface element structure;
前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程と、a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程と、The semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is reflected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. a third step of identifying the position of the predetermined mark by detecting the
前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程と、a fourth step of performing alignment using the position of the predetermined mark specified in the third step as a reference, transferring a predetermined pattern corresponding to the surface element structure to the resist film, and exposing the resist film;
前記レジスト膜をマスクとして第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面から離れた深さ位置に前記第2導電型領域を形成する第5工程と、a fifth step of implanting ions of a second conductivity type impurity using the resist film as a mask to form the second conductivity type region at a depth position away from the second main surface of the semiconductor substrate;
を含み、including
前記第1工程では、In the first step,
前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積層してなる積層膜を形成し、forming a laminated film formed by sequentially laminating an oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate;
前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに配置された4つの直線部を有する十字状の平面形状の溝を形成し、A cross-shaped planar groove is formed that penetrates the laminated film in the depth direction and has four linear portions arranged in a point-symmetrical cross-shaped layout with one end positioned at the center with a predetermined location as the center. ,
前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.
フローティングの第2導電型領域を有する半導体装置の製造方法であって、A method of manufacturing a semiconductor device having a floating second conductivity type region, comprising:
第1導電型の半導体基板の第1主面に、表面素子構造を形成するとともに、前記表面素子構造と離して所定マークを形成する第1工程と、a first step of forming a surface element structure on a first main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type and forming a predetermined mark apart from the surface element structure;
前記半導体基板の第2主面の上にレジスト膜を形成する第2工程と、a second step of forming a resist film on the second main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面から前記半導体基板に所定波長域の光を照射し、前記半導体基板の第2主面に対向する位置に配置された検出器により前記所定波長域の光の反射光を検出して前記所定マークの位置を特定する第3工程と、The semiconductor substrate is irradiated with light in a predetermined wavelength range from the second main surface of the semiconductor substrate, and the light in the predetermined wavelength range is reflected by a detector arranged at a position facing the second main surface of the semiconductor substrate. a third step of identifying the position of the predetermined mark by detecting the
前記第3工程で特定した前記所定マークの位置を基準として位置合わせを行い、前記表面素子構造に応じた所定パターンを前記レジスト膜に転写して露光する第4工程と、a fourth step of performing alignment using the position of the predetermined mark specified in the third step as a reference, transferring a predetermined pattern corresponding to the surface element structure to the resist film, and exposing the resist film;
前記レジスト膜をマスクとして第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体基板の第2主面から離れた深さ位置に前記第2導電型領域を形成する第5工程と、a fifth step of implanting ions of a second conductivity type impurity using the resist film as a mask to form the second conductivity type region at a depth position away from the second main surface of the semiconductor substrate;
を含み、including
前記第1工程では、In the first step,
前記半導体基板の第1主面の上に、酸化膜、ポリシリコン膜および層間絶縁膜を順に積層してなる積層膜を形成し、forming a laminated film formed by sequentially laminating an oxide film, a polysilicon film and an interlayer insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate;
前記積層膜を深さ方向に貫通し、所定箇所を中心とし当該中心に一端が位置する点対称な十字状のレイアウトに4つの直線状に前記積層膜の一部が残るように当該積層膜の一部の周囲を囲む溝を形成し、The laminated film is formed so that a part of the laminated film remains in four straight lines in a point-symmetrical cross-shaped layout that penetrates the laminated film in the depth direction and has one end positioned at the center with a predetermined location as the center. forming a groove surrounding a portion,
前記溝により前記積層膜に形成された段差を前記所定マークとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a step formed in the laminated film by the groove is used as the predetermined mark.
前記第1工程では、前記溝の内部にアルミニウムを含む金属膜を埋め込むことを特徴とする請求項17または18に記載の半導体装置の製造方法。19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein in said first step, a metal film containing aluminum is embedded in said trench. 前記第1工程では、深さ方向に前記積層膜を貫通して前記半導体基板の第1主面で終端する前記溝を形成することを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein in said first step, said trench is formed to penetrate said laminated film in a depth direction and terminate at said first main surface of said semiconductor substrate. 前記第1工程では、前記半導体基板の第1主面の表面層に、前記表面素子構造として第2導電型の第1半導体領域を形成し、In the first step, a first semiconductor region of a second conductivity type is formed as the surface element structure in a surface layer of the first main surface of the semiconductor substrate,
前記第5工程では、In the fifth step,
前記半導体基板の第2主面の表面層に、前記半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2半導体領域を形成し、forming a second semiconductor region of a first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate in a surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面から前記第2半導体領域よりも深い位置に前記第2導電型領域を形成し、forming the second conductivity type region at a position deeper than the second semiconductor region from the second main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第1主面に、前記第1半導体領域に接する第1電極を形成する第6工程と、a sixth step of forming a first electrode in contact with the first semiconductor region on the first main surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の第2主面に、前記第2導電型領域と離れて、前記第2半導体領域に接する第2電極を形成する第7工程と、を含むことを特徴とする請求項13、17、18のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。and a seventh step of forming, on the second main surface of the semiconductor substrate, a second electrode separated from the second conductivity type region and in contact with the second semiconductor region. 19. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 18.
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