JP5186296B2 - ウェーハの研磨方法及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウェーハ等のような、ウェーハの表面の凸凹を平坦化するウェーハの研磨方法に関する。

超接合半導体素子として、不純物濃度を高めたｎ型ドリフト層領域と、ｐ型の仕切り領域を並列かつ交互に繰り返したｐｎ接合構造をもった縦型パワーＭＯＳＦＥＴが提案され、実用化されている。
こうした構造のパワーＭＯＳＦＥＴでは、ｐｎ接合を繰り返し並列に形成しているため、オフ状態の時に、横方向、縦方向共に空乏領域を形成できるため、ドリフト層全体を幅広く空乏化でき、高い耐圧を確保できる。また、この構成であればドリフト層の不純物濃度を高めることができるので、オン抵抗を低減できる。

ｐｎ接合構造を並列かつ交互に繰り返した半導体基板を得るには、半導体基板に対しイオン注入工程とエピタキシャル層の成長工程とを繰り返して形成する方法もあるが、微細化が難しく特性の向上に限界があり、また、工程数が増大しやすく、操作が煩雑となり、コスト面にも問題が生じる。これに対し、第１導電型のシリコン単結晶基板の表面にエッチングによりトレンチ（溝）を形成し、該トレンチを第２導電型の充填エピタキシャル層で埋めることで、並列かつ交互に繰り返した構成のｐｎ接合構造を形成する技術が知られている。

このような、トレンチを形成し、エピタキシャル成長によりトレンチを埋める方法では、所定の位置に平坦な鏡面化された表面を確保することが重要となる。しかし、トレンチ部のみをエピタキシャル成長で埋めることは出来ず、それ以外の部分にもエピタキシャル成長が行われ、基板の表面にシリコン単結晶の段差や盛り上がり（オーバーデポ）等が形成される。そのため、エピタキシャル成長後に基板表面を研磨等により、オーバーデポ層を除去し、平坦化する必要がある。

そして、平坦化処理に関して、エピタキシャル成長後の基板表面を化学機械研磨法により研磨することが知られている。しかし、精度良くトレンチの深さを制御する手法に問題が残されていた。それに対し、例えば、特許文献１、特許文献２にトレンチを形成する際のマスク酸化膜を研磨時にストッパーとして基板表面の研磨を行うことが開示されている。また、特許文献３に、研磨時のストッパーは、シリコンがシリコン酸化膜に比べ選択的に研磨されることから、研磨機の回転トルクの変化で研磨の終点を検出する方法が開示されている。

ここで、従来の研磨装置を用いてウェーハの酸化膜上に形成されたオーバーデポ層を研磨する従来の方法について説明する。
図６は、複数のウェーハを同時に研磨する一般的なバッチ式の片面研磨装置を示した概略図である。
図６に示すように、研磨装置１２０は、主に、研磨ヘッド１０９、下定盤１０５、研磨布１０６、研磨用スラリー噴出口１１２等を有している。研磨ヘッド１０９は軸周りに回転可能であり、複数のウェーハ１０１を保持することができるようになっている。また、下定盤１０５にはウェーハ１０１を研磨するための研磨布１０６が貼付けられている。下定盤１０５もその軸周りに回転可能となっている。

そして、ウェーハ１０１を研磨する際には、ウェーハ１０１のオーバーデポ層が形成された側の面を下方に向け、その上方の面を研磨ヘッド１０９で保持しながら、研磨ヘッド１０９及び、下定盤１０５を回転させ、スラリーを供給しながら、ウェーハ１０１のオーバーデポ層の面と研磨布１０６とを摺接させてオーバーデポ層を研磨していく。このとき、オーバーデポ層の下方に形成された酸化膜を研磨ストッパーとして研磨していく。

特開２００７−９６１３７号公報 特開２００５−５７１４２号公報 特開平９−３６０７３号公報

従来では、ストッパーとして利用する酸化膜の厚さが、例えば８００ｎｍと厚い仕様であったため、研磨時間を事前に決めておけば、オーバーデポ層を完全に除去し、研磨の進行を酸化膜で止めることが可能であった。
しかし、近年のデバイスの微細化に伴い、酸化膜の厚さが、例えば２００ｎｍと薄くなってきており、従来の酸化膜をストッパーとして研磨する方法では、酸化膜の一部を除去してしまい、さらにシリコン基板表面までも研磨してしまうといった問題があった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ウェーハに形成された薄い酸化膜をストッパーとしてオーバーデポ層を研磨して平坦化する場合であっても、生産性を低下させることなく、平坦化の精度を向上することができる研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、第１導電型のシリコンウェーハに、酸化膜をマスクパターンとして形成し、前記酸化膜をマスクとして用いてエッチングによりトレンチを形成し、エピタキシャル成長により第２導電型の領域を前記トレンチ内に成長させて前記トレンチを埋め込み、該エピタキシャル成長により、前記酸化膜上に第２導電型領域のオーバーデポ層が形成されて得られたエピタキシャルウェーハの表面を平坦化するために、下定盤に貼付けられた研磨布と前記ウェーハのオーバーデポ層を摺接させて該オーバーデポ層を研磨し、該研磨したオーバーデポ層の表面が前記酸化膜表面と同じ高さになるまで研磨するウェーハの研磨方法であって、少なくとも、前記ウェーハのオーバーデポ層のある側の面を下方に向け、キャリアのテンプレートで前記ウェーハの外周部を支持しながら前記キャリアで前記ウェーハの上側の面を保持して、前記ウェーハのオーバーデポ層の表面の粗研磨を行う第１の研磨工程と、前記ウェーハのオーバーデポ層の表面を精研磨して、該研磨面を前記酸化膜表面と同じ高さにする第２の研磨工程とを有し、前記第１の研磨工程の開始前での、前記キャリアのテンプレートの下端面から前記ウェーハの前記酸化膜表面までの長さを突出量Ｔ１とし、前記第２の研磨工程の開始前での、前記長さを突出量Ｔ２とした時、Ｔ１＞Ｔ２を満たすように前記第１の研磨工程の前記テンプレートと前記第２の研磨工程の前記テンプレートを交換し、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えは前記研磨布の温度変化をモニタすることにより行い、前記第１の研磨工程の完了後に前記第２の研磨工程を行うことを特徴とするウェーハの研磨方法を提供する（請求項１）。

このように、少なくとも、前記ウェーハのオーバーデポ層のある側の面を下方に向け、キャリアのテンプレートで前記ウェーハの外周部を支持しながら前記キャリアで前記ウェーハの上側の面を保持して、前記ウェーハのオーバーデポ層の表面の粗研磨を行う第１の研磨工程と、前記ウェーハのオーバーデポ層の表面を精研磨して、該研磨面を前記酸化膜表面と同じ高さにする第２の研磨工程とを有し、前記第１の研磨工程の開始前での、前記キャリアのテンプレートの下端面から前記ウェーハの前記酸化膜表面までの長さを突出量Ｔ１とし、前記第２の研磨工程の開始前での、前記長さを突出量Ｔ２とした時、Ｔ１＞Ｔ２を満たすように前記第１の研磨工程の前記テンプレートと前記第２の研磨工程の前記テンプレートを交換し、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えは前記研磨布の温度変化をモニタすることにより行い、前記第１の研磨工程の完了後に前記第２の研磨工程を行えば、酸化膜を研磨しすぎて一部のシリコン面を露出させてしまうことを防いで、研磨したオーバーデポ層の表面を酸化膜表面と同じ高さにすることができ、ウェーハに形成された酸化膜が薄い場合でも、生産性を低下させることなく、高精度に平坦化することができる。

このとき、前記ウェーハの突出量Ｔ１及びＴ２を、前記ウェーハの研磨前の厚さをｔとしたとき、０．１５ｔ〜０．５ｔとすることが好ましい（請求項２）。

このように、前記ウェーハの突出量Ｔ１及びＴ２を、前記ウェーハの研磨前の厚さをｔとしたとき、０．１５ｔ以上とすれば、研磨布とキャリアのテンプレートが接触してテンプレートに傷が付くこともなく研磨することができ、０．５ｔ以下とすることで、研磨中にウェーハ側面にかかる応力が大きくなることによって、ウェーハが外れたり、テンプレートが破損したりするのを確実に防ぐことができる。

またこのとき、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えにおいて、前記研磨布の温度が最大時の８５％以下となったときに切り替えることができる（請求項３）。

このように、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えにおいて、前記研磨布の温度が最大時の８５％以下となったときに切り替えることで、確実に酸化膜の一部を除去することなく、研磨したオーバーデポ層の表面を、より精度良く酸化膜表面と同じ高さにして平坦化することができる。

またこのとき、前記酸化膜の厚さに応じて変化する干渉色によって、前記第２の研磨工程の完了を検出することができる（請求項４）。

このように、前記酸化膜の厚さに応じて変化する干渉色によって、前記第２の研磨工程の完了を検出することで、容易に酸化膜の膜厚を測定することができ、より正確に第２の研磨工程の完了を検出することができる。

またこのとき、前記第１の研磨工程の前に、前記第１の研磨工程でのウェーハ突出量Ｔ１より小さい突出量で、前記ウェーハを保持して研磨し、前記ウェーハ表面の面出しを行うことができる（請求項５）。

このように、前記第１の研磨工程の前に、前記第１の研磨工程でのウェーハ突出量Ｔ１より小さい突出量で、前記ウェーハを保持して研磨し、前記ウェーハ表面の面出しを行うことで、より確実に高精度に平坦化することができる。

また、本発明は、第１導電型のシリコンウェーハに、酸化膜をマスクパターンとして形成し、前記酸化膜をマスクとして用いてエッチングによりトレンチを形成し、エピタキシャル成長により第２導電型の領域を前記トレンチ内に成長させて前記トレンチを埋め込み、前記第１導電型の領域と前記第２導電型の領域の間にｐｎ接合を形成するスーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法において、前記酸化膜上に形成される第２導電型領域のオーバーデポ層を、本発明に係るウェーハの研磨方法により除去することを特徴とするスーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法を提供する（請求項６）。

このように、前記酸化膜上に形成される第２導電型領域のオーバーデポ層を、本発明に係るウェーハの研磨方法により除去することを特徴とするスーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法であれば、生産性を低下させることなく、高精度に平坦化されたスーパージャンクション構造を有する半導体素子を製造することができる。

本発明では、エピタキシャル成長によって、トレンチ内にエピ層が形成され、酸化膜上にオーバーデポ層が形成されたウェーハを平坦化するために、オーバーデポ層の表面が酸化膜表面と同じ高さになるまで研磨するウェーハの研磨方法において、前記ウェーハのオーバーデポ層のある側の面を下方に向け、キャリアのテンプレートで前記ウェーハの外周部を支持しながら前記キャリアで前記ウェーハの上側の面を保持して、第１の研磨工程の粗研磨と、第２の研磨工程の精研磨とを行い、前記第１の研磨工程の開始前での、キャリアのテンプレートの下端面から前記ウェーハの前記酸化膜表面までの長さを突出量Ｔ１とし、前記第２の研磨工程の開始前での、前記長さを突出量Ｔ２とした時、Ｔ１＞Ｔ２を満たすように前記第１の研磨工程の前記テンプレートと前記第２の研磨工程の前記テンプレートを交換し、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えは前記研磨布の温度変化をモニタすることにより行い、前記第１の研磨工程の完了後に前記第２の研磨工程を行うので、酸化膜を研磨しすぎて一部のシリコン面を露出させてしまうことを防いで、研磨したオーバーデポ層の表面を酸化膜表面と同じ高さにすることができ、ウェーハに形成された酸化膜が薄い場合でも、生産性を低下させることなく、高精度に平坦化することができる。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
近年のデバイスの微細化に伴い、酸化膜の厚さが、例えば２００nｍ以下と薄くなってきているため、従来の研磨方法では酸化膜の一部を除去してしまい、さらにシリコン基板表面までも研磨してしまうといった問題があった。この問題は特に、生産性を高めるために１回の研磨に対して数十枚のウェーハを同時に研磨するバッチ式の研磨方法において顕著であった。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ウェーハをキャリアで保持する際に、キャリアのテンプレート下端から突き出るウェーハの長さ（突出量）を小さくすることにより、研磨速度を遅くすることができ、これによって酸化膜を研磨してしまう前に研磨を完了し易くすることができることを見出した。また、研磨布の温度変化をモニタすることにより、研磨の進行状態が酸化膜に近接していることを検知することができることを見出した。さらに、研磨面が酸化膜に近接する直前まで、従来の研磨方法でのウェーハの突出量と同程度にして研磨すれば、研磨時間の増加を抑制することができ、生産性の低下を抑制することができることに想到し、本発明を完成させた。

図１は、本発明の研磨対象であるエピタキシャルウェーハの一例を示した概略図である。
図１に示すように、ウェーハ１は、並列ｐｎ接合構造が形成されており、トレンチ３内が完全に第２導電型のエピタキシャル層１４で埋められている。さらに、酸化膜２上に第２導電型の余分な盛り上がりであるオーバーデポ層４が形成されている

このようなウェーハ１は、例えば以下のようにして得ることができる。
まず、第１導電型のシリコンウェーハの表面に、フォトリソグラフィーにより、酸化膜２からなるパターンを形成する。そして、それらの酸化膜２をマスクとして、例えば、反応性イオンエッチングなどのエッチング法により、並列ｐｎ接合構造を形成するための所定深さのトレンチ３を形成する。

次に、トレンチ３を形成したシリコンウェーハ１上に第２導電型の充填エピタキシャル層を気相成長させる。そして、エピタキシャル層の成長が進行すると、トレンチ３の内部がエピタキシャル層１４で充填され、さらにエピタキシャル成長を続けるとトレンチ３の開口部の上方にシリコンが盛り上がり、さらに、酸化膜２の上にも広がっていく。このようにして、酸化膜２上にオーバーデポ層４が形成される。トレンチ３を完全にエピタキシャル層で埋めるためには、オーバーデポ層４を形成させる必要がある。こうして、第１導電型領域１３と第２導電型領域１４でｐｎ接合構造が形成される。

そして、本発明のウェーハの研磨方法によって、酸化膜２をストッパーとしてオーバーデポ層４を研磨することにより、高精度に平坦化されたウェーハを得ることができる。

図２は、本発明のウェーハの研磨方法で用いることができる、研磨装置の一例を示した概略図である。
図２に示すように、研磨装置２０は、複数のウェーハを同時に研磨するバッチ式の研磨装置であり、効率良くウェーハを研磨することができるものである。

そして、研磨装置２０は研磨ヘッド９、下定盤５を有している。下定盤５は円盤形状であり、上面にウェーハ１を研磨する研磨布６が貼付されている。そして、下定盤５の下部には駆動軸１１が垂直に連結され、その駆動軸１１の先に連結された定盤回転モータ（不図示）によって回転するようになっている。

この下定盤５の上方に、研磨ヘッド９が設置されてる。研磨ヘッド９は、ウェーハ１の上側の面を保持するための円柱状のキャリア７と、そのキャリア７と同心軸を持ち、下定盤５の研磨布６に対向した側の端面に配設されたテンプレート８を有している。
また、研磨ヘッド９は、その軸周りに回転可能となっている。
ここで、ウェーハ１の上側の面とは、ウェーハ１のオーバーデポ層４が形成されている、すなわち研磨する側の表面を下方に向けた際の上側の面、すなわちオーバーデポ層が形成されていない方の面という意味である。

また、テンプレート８にはウェーハ１と係合する穴が設けられており、研磨中にウェーハ１が外れないように、その穴でウェーハ１の側面を支持するようになっている。
また、複数のウェーハ１をキャリア７によって保持することができ、それらを同時に研磨することができるようになっている。
ここで、研磨ヘッド９は複数あっても良く、図２に示す研磨装置２０は、２つの研磨ヘッド９を具備している例である。

また、下定盤５の上方には、研磨用のスラリーを供給するための研磨スラリー供給手段１２が設置されている。
また、研磨中の研磨布６の温度変化をモニタするために、温度測定手段１０が設けられている。
そして、下定盤５及び、研磨ヘッド９をそれぞれ回転させ、研磨スラリー供給手段１２により研磨用のスラリーを供給しながら、ウェーハ１の研磨面を研磨布６に摺接させることによってウェーハ１を研磨することができるようになっている。

ここでは、このような研磨装置２０を用いた場合の本発明のウェーハ研磨方法について説明する。
まず、図１に示すような、エピタキシャル成長させた後のオーバーデポ層が形成されたウェーハ１を、図３に示すように、そのオーバーデポ層４が下方に向くようにして、テンプレート８の穴に係合させてその側面を支持し、上側の面をキャリア７で保持する。

このとき、特に限定はされることはないが、キャリア７のウェーハ１を保持する面に、例えばポリウレタン製等のバッキングパッドを装着しておいても良い。そして、バッキングパッドに水を含ませてウェーハ１を保持することで、その水の表面張力によりウェーハ１の保持力を高めることができる。

ここで、図３に示すように、ウェーハ１の研磨面である下面は、テンプレート８の下端面よりも下方に突出している。本発明では、この突出量を調整することで、研磨速度を調整することができる。
図４は、直径１５０ｍｍのシリコンウェーハを突出量を変えて研磨した際の突出量と研磨速度との関係を表した例であるが、突出量が大きくなるほど研磨速度も大きくなっていることが分かる。尚、図４の研磨速度は、ウェーハ突出量が２μｍの時の研磨速度を１として、その相対値で示されている。

このとき使用するテンプレート８は、テンプレート８の下端面からウェーハ１の酸化膜２の表面までの長さを突出量Ｔ１とし、後述する第２の研磨工程の開始前での、テンプレート８の下端面からウェーハ１の酸化膜２の表面までの長さを突出量Ｔ２とした時、Ｔ１＞Ｔ２となるような厚さのものを使用する。

このようにして、ウェーハ１をキャリア７で保持して、下定盤５及び、研磨ヘッド９をそれぞれ回転させ、研磨用のスラリーを供給しながら、第１の研磨工程、すなわち、ウェーハ１のオーバーデポ層４の表面の粗研磨を行う。

そして、研磨中はウェーハ１を研磨している付近の研磨布６の温度変化を温度測定手段１０でモニタし、第２の研磨工程への切り替えるタイミングを検出する。研磨布６の温度は、研磨を開始してからある時点で最大となり、研磨面が酸化膜２に近づいて酸化膜２の一部を研磨し始めると研磨量が減り、そのために発熱量が低下してくると温度が低下して一定値に近づいてくる。
そのため、研磨布６の温度の変化をモニタすることで、研磨面が酸化膜２の近傍になったことを検出することができ、この検出のときに第１の研磨工程を完了するようにすることができる。

次に、Ｔ１＞Ｔ２を満たすように、テンプレート８を第１の研磨工程のテンプレート８から交換する。
ここで、テンプレート８の交換は、テンプレート８自体を交換しても良いし、予め目的のテンプレート８を有したキャリア７あるいは研磨ヘッド９ごと交換しても良い。

その後、第２の研磨工程、すなわち、ウェーハ１のオーバーデポ層４の表面の精研磨を行い、該研磨面を酸化膜２の表面と同じ高さにする。
ここで、第２の研磨工程では所定の時間研磨を行うことができる。その所定の時間は、予め実験等により、研磨するウェーハや研磨条件等による、研磨面を酸化膜表面と同じ高さにすることができる最適な時間を求めておくことができる。

第２の研磨工程での研磨速度では、突出量を第１の研磨工程より小さくしていることにより、第１の研磨工程より遅くなっており、酸化膜２が、例えば２００ｎｍと薄い場合でも、酸化膜２を研磨しすぎることなく、確実に研磨を止めることができる。

このようにして、本発明の研磨方法でウェーハを研磨すれば、酸化膜２の近傍までは研磨速度を速くして粗研磨し、その後研磨速度を遅くして精研磨できるので、酸化膜２を研磨しすぎて一部のシリコン面を露出させてしまうことを防いで、研磨したオーバーデポ層４の表面を酸化膜２の表面と同じ高さにすることができ、ウェーハ１に形成された酸化膜２が薄い場合でも、生産性を低下させることなく、高精度に平坦化することができる。

そして、研磨したオーバーデポ層４の表面を酸化膜２の表面と同じ高さにして精度良く平坦化しておけば、後の工程で酸化膜２を除去する場合においても、除去後のウェーハをより精度良く平坦化し易くなる。

このとき、ウェーハ１の突出量Ｔ１及びＴ２を、ウェーハ１の研磨前の厚さをｔとしたとき、０．１５ｔ〜０．５ｔとすることが好ましい。
このように、ウェーハ１の突出量Ｔ１及びＴ２を、ウェーハ１の研磨前の厚さをｔとしたとき、０．１５ｔ以上とすれば、研磨布６とキャリア７のテンプレート８が接触してテンプレート８に傷が付くこともなく研磨することができ、０．５ｔ以下とすることで、研磨中にウェーハ１の側面にかかる応力が大きくなることによって、ウェーハ１が外れたり、テンプレート８が破損したりするのを確実に防ぐことができる。

またこのとき、第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えにおいて、研磨布６の温度が最大時の８５％以下となったときに切り替えることが好ましい。
このように、第１の研磨工程と第２の研磨工程の切り替えにおいて、研磨布６の温度が最大時の８５％以下となったときに切り替えることで、酸化膜２を削りすぎる前により確実に研磨速度を遅くすることができ、研磨したオーバーデポ層４の表面を、より精度良く酸化膜２の表面と同じ高さにして平坦化することができる。

またこのとき、酸化膜２の厚さに応じて変化する干渉色によって、第２の研磨工程の完了を検出することができる。
具体的には、第２の研磨工程の所定時間研磨後に、ウェーハ１の酸化膜２の表面の干渉色を分光することにより非破壊、非接触で測定できるような膜厚検出装置によって、酸化膜２の厚さを測定する。そして、その測定した厚さが所定の厚さに達したときに第２の研磨工程を完了とすることができる。

ここで、酸化膜２の厚さの測定は、例えば、キャリア７でウェーハ１を保持したまま、ウェーハ１を超純水に浸漬し、その状態のまま上記したような干渉色膜厚計を用いて測定することができる。
このように、酸化膜２の厚さに応じて変化する干渉色によって、第２の研磨工程の完了を検出することで、容易に酸化膜２の膜厚を測定することができ、より正確に第２の研磨工程の完了を検出することができる。

また、ウェーハ上のオーバーデポが多く、オーバーデポ層４の厚さのバラツキが大きい場合には、第１の研磨工程の前に、第１の研磨工程でのウェーハ突出量Ｔ１より小さい突出量でウェーハ１を保持して研磨し、ウェーハ１の表面の面出しを行うことができる。
例えば、オーバーデポ層４の厚さのバラツキが酸化膜２の厚さの２倍を超えるような場合には、バラツキが酸化膜２の厚さの２倍以内になるように面出しを行ってから、第１の研磨工程を行うことができる。

このように、第１の研磨工程の前に、第１の研磨工程でのウェーハ突出量Ｔ１より小さい突出量で、ウェーハを保持して研磨し、ウェーハ１の表面の面出しを行うことで、たとえオーバーデポ層の厚さが厚かったり、バラツキが大きくても、確実に高精度に平坦化することができる。

次に、本発明に係るスーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法について説明する。
まず、第１導電型のシリコンウェーハを用意する。このウェーハは、例えば、ｎ型シリコンウェーハ上にエピタキシャル成長法により１Ωｃｍ前後の抵抗率のエピタキシャル層を成長させたｎ／ｎ＋型シリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。ここで、ウェーハの表面の面指数は（１００）とすることができる。また、オリフラ方位あるいはノッチ方位は特に限定されるものではないが、（１００）とすることができる。

次に、ウェーハの表面に、フォトリソグラフィーにより、熱酸化膜からなるシリコン酸化膜のパターンを形成する。そして、それらの膜をマスクとして、例えば、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング法により、縞状に並列ｐｎ接合構造を形成するための所定深さのトレンチを形成する。
このように、ドライエッチングを使用すれば、トレンチ内側面の急峻性を高めることができて好ましいが、湿式エッチング法を使用しても良い。

また、反応性イオンエッチング等を行うとトレンチの内壁に反応生成物やダメージが残るので、必要であればトレンチ内を洗浄し除去する。これらは、水素ベークを十分行うか、ガスエッチングを必要最低限の量行うことで洗浄することができる。

次に、トレンチを形成したシリコンウェーハ上にｐ型の充填エピタキシャル層を気相成長させる。
なお、シリコンウェーハにｐ型を用い、充填エピタキシャル層をｎ型層領域とすることもできる。
具体的には、気相成長装置内にシリコンウェーハを配置し、ウェーハを所定温度（例えば１１３０℃、水素雰囲気中）で熱処理した後、充填エピタキシャル層を気相成長する。

このようにして、エピタキシャル層の成長が進行すると、トレンチの内部がエピタキシャル層で充填され、最終的に充填エピタキシャル層となる。
その後、さらにエピタキシャル成長を続けるとトレンチの上方にシリコンが盛り上がり、さらに、酸化膜の上にも広がっていく。このようにして、酸化膜上にオーバーデポ層が形成される。

次に、酸化膜上に形成されたオーバーデポ層を本発明に係るウェーハの研磨方法により除去して平坦化を行う。
このように、エピタキシャル成長により第２導電型の領域をトレンチ内に成長させてトレンチを埋め込み、第１導電型の領域と第２導電型の領域の間にｐｎ接合を形成し、酸化膜上に形成される第２導電型領域のオーバーデポ層を、本発明に係るウェーハの研磨方法により除去すれば、生産性を低下させることなく、高精度に平坦化されたスーパージャンクション構造を有する半導体素子を製造することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実験）
図１に示すような、直径１５０ｍｍ、厚さ６２０μｍのシリコンウェーハに厚さ２００ｎｍの酸化膜を形成し、トレンチを形成してエピタキシャル成長させたことによって得られたエピタキシャルウェーハを、図２に示すような研磨装置を用いて、そのオーバーデポ層を研磨した。そして、ウェーハの突出量を変化させ、その時の研磨速度を測定した。
結果を図４に示す。図４に示すように、ウェーハの突出量を大きくすると、研磨速度が大きくなることが分かる。

（実施例）
図１に示すような、直径１５０ｍｍ、厚さ６２０μｍのシリコンウェーハに厚さ２００ｎｍの酸化膜を形成し、トレンチを形成してエピタキシャル成長させたことによって得られたエピタキシャルウェーハ３２枚の平坦化を行うために、本発明の研磨方法により、オーバーデポ層を研磨し、研磨後の酸化膜の厚さと、裏面基準のウェーハの平坦度（ＧＢＩＲ）を評価した。

この際、第１の研磨工程でのウェーハ突出量を１７５μｍ、第２の研磨工程でのウェーハ突出量を８０μｍとし、研磨布の温度が最大時の８５％以下となったときに第１の研磨工程と第２の研磨工程を切り替えた。
その結果、研磨した３２枚のウェーハのうち３０枚のウェーハは、酸化膜が研磨されすぎたりすることもなく所望の厚さが維持された状態でオーバーデポ層を研磨することができた。また、後述する比較例の結果より、ＧＢＩＲが３０ｎｍに改善されていた。

また、このときの研磨布の温度変化を測定した結果を図５に示す。図５の研磨布の温度は、研磨時間が４ｍｉｎの時の研磨布の温度を１として、その相対値で示されている。図５に示すように、研磨開始から４ｍｉｎ後に最大温度となり、２４ｍｉｎ後に最大時の８５％以下となっている。そして、その時点で研磨の進行が酸化膜の近傍になっており、その後は研磨量が減ったことによって温度変化があまりなくほぼ一定値となっていることが分かる。

このことにより、本発明のウェーハの研磨方法では、酸化膜を研磨しすぎて一部のシリコン面を露出させてしまうことを防いで、研磨したオーバーデポ層の表面を酸化膜表面と同じ高さにすることができ、高精度に平坦化することができることが確認できた。

（比較例）
１つの研磨工程でのみ研磨を行い、その際のウェーハの突出量を１７５μｍとした以外、実施例と同様な条件でウェーハの研磨を行い、実施例と同様な評価をした。
その結果、３２枚全てのウェーハにおいて、酸化膜の一部が破損してしまい、製品とすることができるウェーハを得ることができなかった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の研磨対象の一例であるシリコンウェーハを示した概略図である。 本発明に係るウェーハの研磨方法で使用することができる研磨装置の一例を示した概略図である。 ウェーハをキャリアで保持した様子を示す説明図である。 ウェーハのオーバーデポ層を研磨した際、ウェーハ突出量と研磨速度との関係を示した実験結果である。 本発明の実施例での、研磨時間に対する研磨布の温度を示したグラフである。 従来の研磨装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…シリコンウェーハ、２…酸化膜、３…トレンチ、
４…オーバーデポ層、５…下定盤、６…研磨布、
７…キャリア、８…テンプレート、９…研磨ヘッド、
１０…、温度測定手段、１１…駆動軸、１２…研磨スラリー供給手段、
１３…第１導電型領域、１４…第２導電型領域、２０…研磨装置。

Claims (6)

1. 第１導電型のシリコンウェーハに、酸化膜をマスクパターンとして形成し、前記酸化膜をマスクとして用いてエッチングによりトレンチを形成し、エピタキシャル成長により第２導電型の領域を前記トレンチ内に成長させて前記トレンチを埋め込み、該エピタキシャル成長により、前記酸化膜上に第２導電型領域のオーバーデポ層が形成されて得られたエピタキシャルウェーハの表面を平坦化するために、下定盤に貼付けられた研磨布と前記ウェーハのオーバーデポ層を摺接させて該オーバーデポ層を研磨し、該研磨したオーバーデポ層の表面が前記酸化膜表面と同じ高さになるまで研磨するウェーハの研磨方法であって、少なくとも、
   前記ウェーハのオーバーデポ層のある側の面を下方に向け、キャリアのテンプレートで前記ウェーハの外周部を支持しながら前記キャリアで前記ウェーハの上側の面を保持して、前記ウェーハのオーバーデポ層の表面の粗研磨を行う第１の研磨工程と、
   前記ウェーハのオーバーデポ層の表面を精研磨して、該研磨面を前記酸化膜表面と同じ高さにする第２の研磨工程とを有し、
   前記第１の研磨工程の開始前での、前記キャリアのテンプレートの下端面から前記ウェーハの前記酸化膜表面までの長さを突出量Ｔ１とし、前記第２の研磨工程の開始前での、前記長さを突出量Ｔ２とした時、Ｔ１＞Ｔ２を満たすように前記第１の研磨工程の前記テンプレートと前記第２の研磨工程の前記テンプレートを交換し、前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えは前記研磨布の温度変化をモニタすることにより行い、前記第１の研磨工程の完了後に前記第２の研磨工程を行うことを特徴とするウェーハの研磨方法。
2. 前記ウェーハの突出量Ｔ１及びＴ２を、前記ウェーハの研磨前の厚さをｔとしたとき、０．１５ｔ〜０．５ｔとすることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの研磨方法。
3. 前記第１の研磨工程と前記第２の研磨工程の切り替えにおいて、前記研磨布の温度が最大時の８５％以下となったときに切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェーハの研磨方法。
4. 前記酸化膜の厚さに応じて変化する干渉色によって、前記第２の研磨工程の完了を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のウェーハの研磨方法。
5. 前記第１の研磨工程の前に、前記第１の研磨工程でのウェーハ突出量Ｔ１より小さい突出量で、前記ウェーハを保持して研磨し、前記ウェーハ表面の面出しを行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のウェーハの研磨方法。
6. 第１導電型のシリコンウェーハに、酸化膜をマスクパターンとして形成し、前記酸化膜をマスクとして用いてエッチングによりトレンチを形成し、エピタキシャル成長により第２導電型の領域を前記トレンチ内に成長させて前記トレンチを埋め込み、前記第１導電型の領域と前記第２導電型の領域の間にｐｎ接合を形成するスーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法において、前記酸化膜上に形成される第２導電型領域のオーバーデポ層を、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のウェーハの研磨方法により除去することを特徴とするスーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法。
   

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