(57)【要約】【課題】マーキングによる飛散粒子の発生を防止でき、加工速度もレーザーマークと同等以上であり、視認性も良好な半導体基板へのマーキングの形成方法と、従来にない新たなマーキングを有するマーク付き半導体基板を提供する。【解決手段】半導体基板の表面下近傍にマーキングを埋設してなるマーク付き半導体基板。半導体基板の表面下近傍に、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも1つのイオンを注入して、イオン注入層からなるマーキングを形成する、マーク付き半導体基板の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面下近傍にマーキングを埋設してなるマーク付き半導体基板。
【請求項２】
直下にマーキングを有する半導体基板の表面は、その他の半導体基板の表面と、高さの差が0.1μm以下である、請求項１に記載のマーク付き半導体基板。
【請求項３】
マーキングが、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも１つのイオンの注入層からなる、請求項１または２に記載のマーク付き半導体基板。
【請求項４】
マーキングが、半導体基板の表面下0.1〜1μmの位置に埋設されている、請求項１〜３のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
【請求項５】
マーキングの色は可視光領域の波長を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
【請求項６】
半導体基板の表面とマーキングの間は、半導体からなる、請求項１〜５のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
【請求項７】
半導体基板がシリコン単結晶またはシリコン単結晶とシリコン酸化物で構成されたものである、請求項１〜６のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
【請求項８】
半導体基板の表面下近傍に、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも１つのイオンを注入して、イオン注入層からなるマーキングを形成する、請求項３〜７のいずれかに記載のマーク付き半導体基板の製造方法。
【請求項９】
イオン注入後、熱処理することを含む、請求項８に記載のマーク付き半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板がシリコン単結晶またはシリコン単結晶とシリコン酸化物で構成されたものである、請求項８または９に記載のマーク付き半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーク付き半導体基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トレーサビリティを重要視される近年の半導体基板には、一枚毎の認識を可能にするマーキングが必須となっている。従来のマーキングは、レーザー照射を使い半導体基板に凹状のドットを形成させ、文字またはパターンを描画するレーザーマーキングが一般的である。
【０００３】
レーザーマーキングには、以下の２種類が一般的に使用されている。
(1)ハードレーザーマーク
深さ数10μm程度のドットを形成し、平面研削・研磨などでドット周辺部の盛り上がりを除去する。
(2)ソフトレーザーマーク
最終研磨後に、深さ0.5μm程度のドットを形成する。
【０００４】
(1)、(2)いずれのレーザーマーキングにも、YAGレーザーが使用され、レーザー照射により部分的に半導体材料を溶融させることで、マーキングを行う。(特許文献1〜2)
【特許文献１】特開平10-242087号公報
【特許文献２】特開2000-286173号公報
【特許文献３】特開2006-186173号公報
【特許文献４】特開2000-195767号公報
【特許文献５】特開2004-63816号公報
【特許文献６】特開2004-95814号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザーマーキングでは、以下の課題が存在する。
(1)溶融によるドット形成の際、ドット周辺部に盛り上がりや、飛散した溶融物が半導体基板に付着などが起こるため、盛り上がりによる平坦度低下、発塵の危険性が存在する。
(2)ハードレーザーマークでは、ドット深さが大きく、そのため盛り上がりや、飛散物が多いため、平面研削・研磨などでそれらを除去するが、その工程で半導体基板の平坦度を劣化させる。
(3)溶融させて形成されたドット内面およびその周囲は、溶融及び急冷のため、多結晶化やクラック発生の可能性が高く、平面研削・研磨により盛り上がり部を除去したとしても、デバイス工程での発塵減やウエーハ割れの危険性を有する。
(4)レーザーマークは凹状の形状を有するため、ごみが滞在しやすく、デバイス工程で発塵の危険性を有する。
【０００６】
上記課題を解決するために以下の提案がなされている。
(1)ラッピングパウダーが残った段階でレーザーマーキングを行い、飛散粒子を除去しやすくする (特許文献3) 。
(2)酸化膜形成後、レーザーマーキングし、酸化膜除去（HFエッチング）と同時に飛散粒子を除去 する(特許文献4) 。
(3)レーザーの代わりにWetエッチング（HF-HNO3溶液）でドット形成する(特許文献5、6)
【０００７】
(1)、(2)は、飛散粒子の除去能力は改善できるが、平坦性・発塵・割れに対して、完全には解決されていない。(3)は、レーザーマークと比較して加工速度が小さいこと、またエッチング液の回りこみなどでドット境界が急峻できず視認性が悪いなどの課題を有する。
【０００８】
そこで本発明は、マーキングによる飛散粒子の発生を防止でき、加工速度もレーザーマークと同等以上であり、視認性も良好な半導体基板へのマーキングの形成方法と、従来にない新たなマーキングを有するマーク付き半導体基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的達成する手段として、酸素イオン等の所定のイオンを、シリコン基板表面下極近傍に注入してイオン注入層を形成し、このイオン注入層が表面シリコン(イオン注入層の表面側に存在するシリコン層)の光干渉により、色の変化を生じることを利用して、イオン注入層による文字または記号などのマーキングを認識できることを見出して、本発明を完成させた。
【００１０】
本発明は以下のとおりである。
[1]半導体基板の表面下近傍にマーキングを埋設してなるマーク付き半導体基板。
[2]直下にマーキングを有する半導体基板の表面は、その他の半導体基板の表面と、高さの差が0.1μm以下である、[1]に記載のマーク付き半導体基板。
[3]マーキングが、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも1つのイオンの注入層からなる、[1]または[2]に記載のマーク付き半導体基板。
[4]マーキングが、半導体基板の表面下0.1〜1μmの位置に埋設されている、[1]〜[3]のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
[5]マーキングの色は可視光領域の波長を有する、[1]〜[4]のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
[6]半導体基板の表面とマーキングの間は、半導体からなる、[1]〜[5] のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
[7]半導体基板がシリコン単結晶またはシリコン単結晶とシリコン酸化物で構成されたものである、[1]〜[6]のいずれかに記載のマーク付き半導体基板。
[8]半導体基板の表面下近傍に、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも1つのイオンを注入して、イオン注入層からなるマーキングを形成する、[3]〜[7]のいずれかに記載のマーク付き半導体基板の製造方法。
[9]イオン注入後、熱処理することを含む、[8]に記載のマーク付き半導体基板の製造方法。
[10]半導体基板がシリコン単結晶またはシリコン単結晶とシリコン酸化物で構成されたものである、[8]または[9]に記載のマーク付き半導体基板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以下の効果奏する。
(1)基板表面と高さが変わらないフラットなマーキングが提供できる。（ごみが出ない、溜まらない）
(2)マーキングの過程で溶融しないため飛散粒子がない。
(3)マーキングの過程で溶融しないためクラック発生がない。
(4)基板内部にマーキングされているため、基板表面をエッチングしてもマークの大きさが変わらない。
(5)酸素イオン、窒素イオン、または炭素イオン注入であれば、Siと化合物を形成するのでデバイス工程における熱処理を行っても、マークが消えることはない。
(6)イオン注入の深さを変えることで、光干渉を変化させ、種々の色のマーキングが可能である。その結果、視認性を向上させることができ、色による情報の追加も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
[マーク付き半導体基板]
本発明は、半導体基板の表面下近傍にマーキングを埋設してなるマーク付き半導体基板に関する。マーキングが半導体基板の内部に埋め込まれていることで、デバイス工程での洗浄・エッチングなどで、マーキングの大きさが変化することがない、という利点がある。
【００１３】
本発明のマーク付き半導体基板は、より具体的には、直下にマーキングを有する半導体基板の表面と、その他の直下にマーキングを有さない半導体基板の表面とは、高さの差が0.1μm以下であるものである。半導体基板面とのマーキングの高低差が0.1μm以下であるフラットなマーキングにより、発塵を抑制することができる。半導体基板面とのマーキングの高低差は、好ましくは、0.05μm以下である。
【００１４】
本発明のマーク付き半導体基板は、より具体的には、マーキングがイオン注入層からなるものであり、好ましくは、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも1つのイオンの注入層からなるものである。より好ましくは、イオン注入層からなるマーキングは、半導体基板の表面下0.1〜1μmの位置に埋設されていることが好ましい。半導体基板の表面とマーキングの間は、半導体からなり、即ち、イオン注入層は、半導体基板表面下近傍のバルク中に存在し、周囲を半導体で囲まれている。特に、半導体基板の表面とマーキングの間は、半導体の薄層からなり、この薄層部分は、厚みが0.1〜1μmの範囲であることが好ましい。この薄層部分の厚みがこの範囲にあることで、マーキングの色として、可視光領域の波長を有する色が得られる。埋め込み深さを変えることで、光干渉条件が変更可能である。波長を超えることで、情報量を拡大することもできる。
【００１５】
半導体基板は、例えば、シリコン単結晶またはシリコン単結晶とシリコン酸化物で構成されたものであることができる。即ち、半導体基板は、シリコン基板または、シリコン酸化物基板の上にシリコン単結晶の活性層を設けたSOI（Silicon On Insulator）基板であることができる。SOI基板の場合、マーキングは、基板裏面及び/またはシリコン単結晶の活性層内（基板表面）に設けることができる。SOI基板の場合、SOIの製造方法にも因るが、SIMOX法（酸素イオン注入＋高温熱処理）の場合は、酸素イオン注入する前の基板裏面にマーキングするのが好ましい。SOI構造にしてから裏面にマーキングすることも可能であるが、イオン注入機では表面側（SOI製品面）を注入機基板ホルダーで触れてしまうので接触傷が入りやすい。また貼り合せ法の場合、支持基板の裏面側に事前にマーキングすることが好ましい。
【００１６】
半導体基板がシリコン基板の場合、シリコン基板表面下極近傍に形成されたイオン注入層は、表面シリコン(イオン注入層の表面側に存在するシリコン層)の光干渉により、色の変化を生じる。この色の変化を利用して、イオン注入層による文字または記号などを認識でき、イオン注入層をマーキングとして利用できる。
【００１７】
[マーク付き半導体基板の製造方法]。
マーキングが、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも1つのイオンの注入層からなるものである、本発明のマーク付き半導体基板は、半導体基板の表面下近傍に、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの少なくとも1つのイオンを注入して、イオン注入層からなるマーキングを形成することを含む方法で調製できる。
【００１８】
酸素イオン注入の場合、シリコン基板表面直下にSiOx層が形成され、直上のシリコン層との光干渉で色をつけることができる。人間の目でマーキングを認識させるためには、酸素イオン注入量は1e16/cm2以上が好ましい。上限は特に規定しないが、コストの見地から1e18/cm2以下が好ましい。
【００１９】
窒素イオンの場合、シリコン基板表面直下にSi3N4層が形成され、直上のシリコン層との光干渉で色をつけることができる。炭素イオンの場合、シリコン基板表面直下にSiC層が形成され、直上のシリコン層との光干渉で色をつけることができる。イオン注入量は、窒素イオンおよび炭素イオンの場合も、1e16/cm2以上が好ましく、上限は特に規定しないが、コストの見地から1e18/cm2以下が好ましい。
【００２０】
低温でのイオン注入はシリコン基板表面側の損傷が大きくなり、最表面までアモルファス化し、後工程の熱処理において多結晶化・発塵の危険性がある。そのため、マーキング形成のためのイオン注入は、450〜550℃程度に基板加熱して行うことを好ましい。
【００２１】
イオン注入加速電圧は、光干渉による可視光色を出すためには、20keV以上300keV以下が好ましい。300keV超では、イオン注入機が高価で特殊な装置が必要となり、また300keV超になると注入深さが1μmを超えるため、可視光領域の干渉が見難くなり視認性が劣化する傾向がある。イオン種が、酸素イオン、窒素イオンおよび炭素イオンの場合には上記範囲とすることができる。但し、原子量からすると、Ｏ：１６、Ｎ：１４、Ｃ：１２であり、同じ加速電圧でイオン注入する場合、最も軽い炭素が深く注入される。よってマーキング色を制御したい場合には、各元素によって微調整は必要であるが、シリコンとの化合物を作るという意味では、加速電圧は、上記範囲であれば、問題なく行える。
【００２２】
マーキングの形状は、特に限定されず、必要な情報を負荷できる形状から適宜選択できる。文字やパターン(ドット、バーコード等)であることができる。イオン注入により文字やバーコードなどの記号をマーキングする場合、その記号形状にマスクキングした後、イオン注入をおこなっても良いし、イオンビームスキャンさせて記号を描画しても良い。
【００２３】
本発明のマーク付き半導体基板の製造方法は、イオン注入後、熱処理することを含むこともできる。酸素イオン注入後、熱処理して注入層のSiOxをSiO2に変化させても良い。SiO2に変化させることで、後工程の熱処理中に埋め込みマーキング深さが変化することがなくなり、色も安定する。熱処理雰囲気は酸化性または還元雰囲気中どちらでも可能であり、SiO2化させるためには1100℃1hr以上の熱処理が好ましい。熱処理温度の上限は、1300℃である。熱処理の際、SiO2形成によりイオン注入層の体積が膨張、周囲のシリコン後に表面研磨などを行っても、平坦度に影響はない。
【００２４】
窒素イオン、炭素イオンの場合、基板表面との高低差ができるが、その高さは0.1μm以下であり、イオン注入マーキングオン注入においても、シリコンとの化合物形成促進のためにイオン注入後熱処理することが好ましい。熱処理温度は酸素イオン注入同様、1100℃以上が好ましく、特に炭素イオンの場合、ＳｉＣ化促進のために1200℃以上が好ましい。熱処理温度の上限は、酸素イオン注入の場合と同様に1300℃である。
【００２５】
マーク付き半導体基板の製造に用いられる半導体基板は、シリコン単結晶またはシリコン単結晶とシリコン化合物で構成されたものであることができる。
【実施例】
【００２６】
実施例１
シリコン単結晶基板の表面に200keV、ドーズ量1e17/cm2の条件で、酸素イオン注入を行った。その結果、深さ約6000Aのところにイオン注入層を形成させることで注入領域を黄色のマーキングが形成された。マーキングの形状はビーム径およびビームスキャン方法またはマスキングの適用等で自由に選択可能であるが、本実施例では酸素イオンビーム径そのものを使用し、φ5ｍｍの円状にイオン注入を行い、酸素イオン注入後、1200℃1hr、酸素3%-アルゴン97%雰囲気中で熱処理を施した。
【００２７】
マーキングを形成した注入領域周辺に盛り上がりや飛散粒子がないことを目視で確認した。さらに、マーキングを形成した注入領域と非注入領域の段差が0.1μm以下であることを、レーザー顕微鏡により確認した。
【００２８】
実施例２
実施例１と同様に窒素イオン注入の場合、N+イオンを180keV、ドーズ量1e16/cm2、炭素イオン注入では、C+イオンを150keV、ドーズ量1e16/cm2、5mm角の穴の開いたマスキング板（シリコン製）をシリコンウエーハ前方設置し、イオン注入を行った。注入後に1200℃1hrアルゴン雰囲気中で熱処理することにより、黄色から橙色でかつ非注入領域との段差が0.1μm以下のマーキングを製造できることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、半導体製造分野に有用である。