JP2008171972A - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 並列ｐｎ接合構造を形成する際に生じるシリコンの盛り上がりを均一に除去し、シリコン基板表面の最終研磨工程を高精度かつ高効率に行い、高品質な並列ｐｎ接合構造エピタキシャルウェーハを優れた生産性で製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 第１導電型のシリコン基板の表面上にトレンチ形成パターンを有する酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜をマスクとしてトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に第２導電型の領域を選択エピタキシャル成長法により形成する工程と、前記エピタキシャル成長の際に前記トレンチの開口部に生じるシリコンの盛り上がり部分を、スピンエッチングによりエッチングして平坦化する工程と、前記酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜を除去した後の前記シリコン基板の並列ｐｎ接合が形成された主表面を研磨して平坦化する工程とを備えるエピタキシャルウェーハの製造方法。
【選択図】 図1

Description

本発明は、特にｎ型の半導体基板に形成されたトレンチ内にｐ型の半導体をエピタキシャル成長させることにより、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域とが縞状に繰り返し接合された、ｐｎ接合構造の並列構造を有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

通常の縦型パワーＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート電界効果トランジスタ；プレーナー型）では、その耐圧に応じてオン抵抗の下限値が理論的に定まる。すなわち、素子の耐圧を高くするとオン抵抗の下限値も高くなり、スイッチング損失が大きくなることが避けられない。これは、オン状態で流れるドリフト電流の方向とオフ状態（逆バイアス状態）で空乏層が広がる方向が同じためである。換言すると、素子の耐圧を高くするためには、ドリフト層の抵抗を高くする必要がある。
こうした事情は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やダイオード等についても同じである。

こうした問題に対し、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（スーパージャンクションＭＯＳＦＥＴ）が提案され、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。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、工程数が増大しやすく、操作が煩雑であり、コスト面にも問題が生じる（例えば、特許文献３参照）。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開示されている（例えば、特許文献２、特許文献４参照）。

上記トレンチをエピタキシャル成長法によりエピタキシャル層で埋める場合、オン抵抗をより低下させるためには、トレンチの開口部の幅に対するトレンチの深さのアスペクト比を大きくする必要がある。しかし、アスペクト比を大きくすると、トレンチの形状が基板の表面に対し法線方向に細長い長方形となるので、トレンチをエピタキシャル成長法によりエピタキシャル膜で埋める途中にトレンチ開口部分が塞がりやすくなり、内部に空隙（ボイド）が残留しやすくなることが指摘されている。この問題の解決策としては、トレンチを埋める工程で、エピタキシャル層の成長を途中で一旦止め、新たにＨＣｌガスを導入し、開口を狭窄しているエピタキシャル層部分をエッチング除去してから、エピタキシャル層の成長を再開する方法や、あるいはＨＣｌガスを導入しながらエピタキシャル成長を行う方法（例えば、特許文献４参照）が開示されている。しかしながら、これらの方法ではエピタキシャル成長とＨＣｌガスによるエッチングを繰り返し行う必要があるので、非常に手間で煩雑であり、非常にコストアップともなる。

そこで、特許文献５には、シリコン単結晶基板の法線ベクトルαをトレンチの長手方向内側面の法線ベクトルβに最小の回転角度にて重ねるための角度区間を遷移面法線角度域として定義し、トレンチ長手方向の開口エッジをなす領域を、該遷移面法線角度域にて法線ベクトルが連続的に変化する遷移面領域として考えたとき、｛１１１｝面の法線ベクトルが遷移面法線角度域の外に存在するものとなるように、基板主表面のミラー指数（ｈ_１ ｋ_１ ｌ_１）を（１００）と定め、また、トレンチの長手方向内側面のミラー指数（ｈ_２ ｋ_２ ｌ_２）を、［１００］軸に関して晶帯をなす４つの｛１１０｝面のいずれかと５°以上４５°以下の角度で交差するものとなるように定め、こうした結晶方位条件を具備するシリコン単結晶基板を用いることで、トレンチをエピタキシャル層で埋め込む際の、トレンチ底面およびトレンチ長手方向内側面等のエピタキシャル膜の成長速度を管理し、空隙の発生を抑制する方法が開示されている。

また、例えば、ｎ型シリコン基板の表面にトレンチを形成し、該トレンチ内をエピタキシャル成長によりｐ型半導体で埋め込む方法では、図１０（ｂ）に示すように、ｐ型半導体のエピタキシャル成長が終了すると、ｎ型シリコン基板の表面に数μｍのｐ型シリコン単結晶の段差や盛り上がり（突起物）等が形成される。そのため、基板表面を研磨等により、突起部やポリシリコンを除去し、平坦化する必要がある。
平坦化処理に関して、上記特許文献２には、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開示されている。また、上記特許文献４には、トレンチを形成する際に利用したマスク酸化膜を研磨時にストッパー膜として用いて、基板表面の研磨を行う方法が開示されている。また、特許文献６では、該シリコン単結晶の盛り上がり等の削り厚さを管理することを特徴とした、研磨方法が開示されている。

上記のように、第１導電型のシリコン基板上に形成した縞状トレンチをエピタキシャル成長法によって、第２導電型のエピタキシャル層を埋め込む際、該トレンチ開口部やマスク酸化膜に生じるシリコンの盛り上がりやポリシリコンを研磨等によって平坦化するための様々な手法が提案されているが、該トレンチ開口部に生じる該シリコンの盛り上がり等の形状が一様ではないため、該シリコンの盛り上がり等の除去および平坦化工程では、取り代の管理が複雑化し易く、工程が煩雑となり、生産性の低下を招くという問題があった。

欧州特許出願公開第００５３８５４号明細書 特開２０００−３４０５７８号号公報 特開２００１−１３９３９９号公報 特開２００１−１９６５７３号公報 特開２００５−１１８８０号公報 特開２００５−５７１４２号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、第１導電型のシリコン基板上に縞状に形成したトレンチをエピタキシャル成長法によって第２導電型のシリコン単結晶で埋め込む際に生じるシリコンの盛り上がり等を均一に除去し、該シリコン基板表面の最終研磨工程を高精度かつ高効率に行い、高品質な並列ｐｎ接合構造エピタキシャルウェーハを優れた生産性で製造する方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、少なくとも、第１導電型のシリコン基板上に縞状のトレンチを形成し、該トレンチ内に第２導電型の領域をエピタキシャル成長法により形成し、前記第１導電型のシリコン基板と前記トレンチ内に形成された第２導電型の領域との界面にｐｎ接合構造が形成される、エピタキシャルウェーハの製造方法において、第１導電型のシリコン基板を用い、前記第１導電型のシリコン基板の表面上にトレンチ形成パターンを有する酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜をマスクとしてトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に第２導電型の領域を選択エピタキシャル成長法により形成する工程と、前記エピタキシャル成長の際に前記トレンチの開口部に生じるシリコンの盛り上がり部分を、スピンエッチングによりエッチングして平坦化する工程と、前記酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜を除去した後の前記シリコン基板の並列ｐｎ接合が形成された主表面を研磨して平坦化する工程を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する（請求項１）。

このような工程を有し、トレンチの開口部に生じるシリコンの盛り上がり部分をスピンエッチングによりエッチングして平坦化する、並列ｐｎ接合構造を有するエピタキシャルウェーハの製造方法とすれば、スピンエッチング方式では、ウェーハの回転数、エッチング液供給ノズルの移動条件等を管理することができ、面内一様のエッチングが可能であり、エッチングの終端も正確に管理できるので、精度の高いエッチング処理を実現することができる。このため、最終的な研磨工程では、研磨の取り代を少なくでき、かつ安定的に平坦な鏡面の並列ｐｎ接合が形成された主表面を有するエピタキシャルウェーハを得ることができる。

この場合、前記第１導電型のシリコン基板を、面方位が（１００）であるものとし、前記トレンチの側壁の面方位を｛１００｝とすることが好ましい（請求項２）。

このように、第１導電型のシリコン基板として面方位が（１００）であるものを用い、トレンチの側壁の面方位を｛１００｝とすれば、第１導電型のシリコン基板の表面に作製した縞状のトレンチを選択エピタキシャル成長法により第２導電型のシリコン単結晶で埋め込む際に、該トレンチ開口部に生じる第２導電型のシリコン単結晶の盛り上がりやポリシリコンの形状を略台形状に一定にすることができ、またトレンチを埋め込む過程で発生しうるボイド（空隙）の発生を防止することができる。該シリコンの盛り上がり等の形状が略均一となれば、該シリコンの盛り上がり等を除去して平坦化する際のスピンエッチングを同一条件としてエッチング処理を行うことが可能となるので、高効率化を図ることができる。

また、前記スピンエッチングでは、フッ酸および硝酸を主成分とし、１５℃〜４０℃で、ＳｉＯ_２に対するＳｉの選択比が２０以上のエッチング特性を有するエッチング液を用い、前記シリコン基板をスピンエッチングするのが好ましい（請求項３）。

このように、フッ酸および硝酸を主成分とするエッチング液を用いることにより、シリコン結晶と酸化膜のエッチング選択比（速度比）を容易に２０以上とすることが出来るので、スピンエッチングの際に、上記第１導電型のシリコン基板上にトレンチを形成する際に用いた酸化膜が０．２μｍ以上あればストッパー膜として利用でき、トレンチ開口部の盛り上がり部分だけをエッチング除去することができる。

また、前記スピンエッチングでは、前記トレンチ開口部に生ずる前記シリコンの盛り上がり部分の高さを測定し、該高さに応じてスピンエッチングの条件を決定することが好ましい（請求項４）。

このように、スピンエッチングでは、トレンチ開口部に生ずるシリコンの盛り上がり部分の高さを測定し、該高さに応じてスピンエッチングの条件を決定すれば、該シリコンの盛り上がり等を適切に除去することが可能となり、エッチング残が生じたり、逆に過エッチをしてしまうことがなく、本工程の効率化が図れ、また高品質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。

また、前記第２導電型の領域を選択エピタキシャル成長法により形成する工程では、ジクロロシラン又はトリクロロシラン及びＨＣｌガスを供給しながら第２導電型の領域を形成するのが好ましい（請求項５）。

このように、選択エピタキシャル成長によりトレンチを埋め込む際、ＨＣｌガスを供給すると、酸化膜上への多結晶シリコンの成長を抑制することができると共に、トレンチを埋め込む過程で生じうる空隙（ボイド）を発生しにくくすることができる。

また、前記酸化膜を除去した後の前記シリコン基板の並列ｐｎ接合が形成された主表面を研磨して平坦化する工程では、該基板の厚さを測定し、所定の研磨代に管理し、該シリコン基板上のトレンチ開口部の微小な凹凸をケミカルメカニカル研磨により平坦化することができる（請求項６）。

このように、研磨する前にシリコン基板の厚さを非接触ウェーハ厚さ測定器等で測定することで、必要な研磨量を的確に管理することができ、効率的に該基板の表面を平坦化、鏡面化を図ることができる。

また、前記トレンチを形成する工程前に、エピタキシャルウェーハの表面上にパターンを形成するためのアライメントマークを形成することが好ましい（請求項７）。

このように、アライメントマークをウェーハ上に予め準備しておくことで、エッチング、研磨の工程を連続して行うことができるので、汚染管理面からも合理的である。

本発明では、スピンエッチングによりエッチング処理を行うため、高精度でシリコンの盛り上がり等を平坦化することができるので、エッチング不足およびオーバーエッチングを回避でき、またシリコン基板上に傷等の発生がほとんどない。そのため、最終的な研磨工程では、少ない研磨代で質の高い鏡面を得ることができる。従って、本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法に従えば、高品質な並列ｐｎ接合エピタキシャルウェーハを高い生産性で製造することが可能となる。

スーパージャンクションＭＯＳＦＥＴ（以下、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴと呼ぶ）は、不純物濃度を高め、低抵抗としたｎ型シリコン基板に、同程度に低抵抗としたｐ型仕切り領域を並列かつ交互に繰り返した並列ｐｎ接合構造により構成される。上述したように、この構成では、トレードオフ関係にあるオン抵抗と耐圧を大幅に改善することができる。すなわち、オン抵抗を低減することができると共に、高い耐圧を確保することができるのである。

上記並列ｐｎ接合構造をｎ型シリコン基板上に作製するには、縞状のトレンチを該シリコン基板上に形成し、該トレンチを選択エピタキシャル成長法によりｐ型シリコン単結晶のエピタキシャル層で埋め込む方法が一般的である。

しかしながら、選択エピタキシャル成長法によりトレンチをエピタキシャル層で埋め込むと、該トレンチの開口部やマスク酸化膜上にシリコンの盛り上がりやポリシリコンが生成してしまうため、該シリコンの盛り上がり等を除去して平坦化する工程が必要である。
従来、このようなシリコンの盛り上がり等の形状には無視できないバラツキがあり、該シリコンの盛り上がり等の除去および平坦化工程の際にエッチングの条件を一様に設定することができず、工程が煩雑となり、エッチング不足やオーバーエッチングが起こり、エピタキシャルウェーハの特性の劣化および生産性の低下という問題があった。例えば、ＨＣｌ等を用いたガスエッチで、酸化膜をストッパーとして、シリコンの突起をエッチングで除去する方法が提案されている。しかし、シリコン突起の高さが制御できないため、トレンチ埋込エピタキシャル成長後、連続してガスエッチをすることは現実的にはできない。トレンチ埋込エピタキシャル成長後、エピタキシャル装置から取り出して突起高さを測定して、再びエピタキシャル装置でガスエッチを行うことは、複雑でコスト的にも現実的ではない。

そこで、本発明者は、シリコン基板上に並列ｐｎ接合を選択埋込エピタキシャル成長により設け、条件を最適化したスピンエッチングによりシリコンの盛り上がりを除去および平坦化することで、上記問題は基本的に解決することを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。
図１は、本発明におけるエピタキシャルウェーハの製造工程のフロー図である。図２〜図９は、本発明におけるエピタキシャルウェーハの製造方法の各工程におけるウェーハの概略断面図である。
まず、ｎ型シリコン単結晶基板１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２を成長させ、ｎ／ｎ＋型シリコンエピタキシャル基板３を用意する（図１Ａ、図２参照）。この基板３の面方位は（１００）とすることが好ましい。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。基板３の表面に、レジスト膜等を形成し（不図示）、フォトリソグラフィーによりアライメントマーク用のトレンチ４をドライエッチングにより形成する（図１Ｂ、図３参照）。
なお、本アライメントマーク用のトレンチ４を作製するのは、その後のトレンチ６を形成する前の段階ならば基本的にいつでも良く、特に限定はされない。本方式では、アライメントマーク用トレンチ４を最初に形成しても、その後のトレンチ６パターン形成用のマスク酸化膜５の膜厚を１．５μｍ以下と比較的薄くでき、アライメントマーク用トレンチ４の形状が比較的シャープな形状を保つことができるので、アライメントの認識で誤動作を招くことがない。

次いで、上記工程に用いた膜を除去し、洗浄後基板３の表面を酸化する（図１Ｃ参照）。このようにして約１．２〜１．５μｍ厚の酸化膜５を基板３の表面上に形成し、上記アライメントマーク４を用いて、再度フォトリソグラフィー技術により、酸化膜５上のトレンチ形成領域を除去する（図１Ｄ、図４参照）。次いで、残った酸化膜５をマスクとしてプラズマエッチングやＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングによって、縞状に並列ｐｎ接合構造を形成するための所定の深さのトレンチ６を形成する（図１Ｅ、図５参照）。後述するような理由により、トレンチ側壁の面方位は、｛１００｝とすることが望ましい。
なお、トレンチの深さは、求めるデバイスの耐圧によって変わるが、耐圧（Ｖ）の１５分の１（μｍ）程度が必要である。

また、プラズマエッチングやＲＩＥ等を行うとトレンチ６の内壁に反応生成物やダメージが残るので、必要があれば洗浄やウェットエッチング等により除去する（図１Ｆ参照）。例えば、トレンチの内壁を洗浄後、トレンチ形状が変化しない範囲で犠牲酸化を行うことでダメージの除去、およびトレンチ内面の平滑化を行なってもよい。

次いで、例えばトリクロロシラン又はジクロロシランをソースガスとして、ＨＣｌガスと共に供給し、選択エピタキシャル法により酸化膜５上への多結晶シリコンの成長を防ぎつつ、トレンチ内部を埋め込むためにｎ型エピタキシャル層２とほぼ同程度の抵抗率を有するｐ型エピタキシャル層８のエピタキシャル成長を行う（図１Ｇ、図６参照）。
なお、エピタキシャル成長を開始する前に、水素ベークを十分行うか、ガスエッチを必要最低限の量を行い、汚染、ダメージの除去を行う。

また、トレンチ６内部に空隙（ボイド）が形成されないように、エピタキシャル成長は反応律速的条件下で行う方が好ましい。具体的には、成長温度は１０００℃程度に設定しトリクロロシランの供給量を多くする。こうすることで、比較的低速でエピタキシャル成長させることができる。また、ウェーハ（基板３）面内の成長速度を一定とするため、枚葉タイプの成長装置を用いる方が好ましい。

上記のような条件でエピタキシャル成長を行うと、トレンチ開口部７には略一様な大きさの台形状のシリコンの盛り上がり９ができる（図６参照）。
なお、トレンチ側壁の面方位を｛１１０｝としてトレンチを形成した場合、上記シリコンの盛り上がり９の形状および大きさはバラツキが大きくなる（図１０（ｂ）参照）。主面の面方位が（１００）のシリコンエピタキシャル基板を用い、トレンチ側壁の面方位が｛１００｝となるようにトレンチを形成した場合、略一様な大きさの台形状のシリコンの盛り上がりが生成する（図１０（ａ）参照）。

次いで、酸化膜５を残したまま上記シリコンの盛り上がり９をスピンエッチャーを用いて除去し、平坦化する（図１Ｈ、図７参照）。この際、該シリコンの盛り上がり９の高さは、凡そ３μｍ以下であり、ストッパー酸化膜（マスク酸化膜５）の厚さは約０．３〜０．５μｍなので、エッチングのバラツキを±５％以下に制御すれば、シリコンの盛り上がり層を酸化膜の厚さの範囲で除去することができる。なお、このとき、盛り上がりの形状が図１０（ａ）に示したように安定した台形状であると、スピンエッチングの条件を同一としてエッチング処理を行うことが可能となるので、より効率的にシリコンの盛り上がり９を除去することができる。
なお、用いるスピンエッチャーは、例えば図１１に示した様な構造をしており、基板３をテーブル１０に固定し、回転させながら基板３の上部よりエッチング液１１を可動性のノズル１２から供給してエッチングを行う。

この時、スピンエッチングを行う前に、通常のミラーウェーハ等をエッチングしてみて、予めエッチング速度と面内の取り代のバラツキを予備実験を行い確認しておくのが好ましい。このようにすることで、スピンエッチングの条件を最適化することができ、高精度のエッチングが可能となる。例えば、３０℃のフッ硝酸系エッチャント（例えば、フッ酸：硝酸：硫酸：水＝１０：６０：５：３３の組成）を６0秒、毎分４リットルの流量を供給し、ウェーハを１２００あるいは１５００ｒｐｍで回転させてエッチングを行うと、図１２に示すような結果が得られた。また、ウェーハ回転数を１５００ｒｐｍに固定したときの、ノズル揺幅とエッチングムラの関係を、エッチャント流量を変えて測定し、図１３に示した。この場合、エッチャント流量毎分４リットル、ノズル揺幅±３５μｍの条件が適していることがわかる。
このように、スピンエッチングの条件を予め検討しておけば、エッチング不足やオーバーエッチングを回避することができるので、トレンチ深さを正確に管理することができ、デバイスの逆耐圧およびオン電圧の特性精度の向上に資することができる。
なお、該エッチング液の酸化膜に対するシリコンのエッチング速度比（選択比）は、３０℃で３５以上であり、ストッパー酸化膜はほとんどエッチングされない。

スピンエッチングによってシリコンの盛り上がり９を除去した後、ストッパーとして用いた酸化膜５をフッ酸で除去する（図１Ｉ、図８参照）。この段階で、基板３の表面には凡そ０．５μｍ以下程度の凹凸が残る。この状態の基板３の表層を、ケミカルメカニカル研磨により完全に平坦な表面となるまで研磨する（図１Ｊ、図９参照）。前工程のスピンエッチングによって、すでに該基板３の表面はある程度平坦化されているので、該研磨工程では少ない研磨代で平坦な鏡面が得られる。実際に、厚さ計で研磨前後の該基板３の厚さを測定した結果からは、研磨代は殆どの場合１．５μｍ前後であった。

なお、本研磨工程には、研磨代の面内均一性に優れる枚葉タイプの研磨機を用いる方が望ましく、また研磨に当たってはダイヤルゲージ等でウェーハの厚さを測りながら、あるいは、アライメントマークの深さを測りながら研磨することにより、所定の研磨量に管理することができる。

このように、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法に従えば、シリコンの盛り上がりをスピンエッチングによって高精度かつ高効率に除去および平坦化できる。

以下、本発明の実施例を示して更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例、比較例）
まず、ｎ型シリコン単結晶基板１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２を成長させ、面方位およびノッチ方位がともに｛１００｝のｎ／ｎ＋型シリコンエピタキシャル基板３を用意した（図１Ａ、図２参照）。基板３の表面に、レジスト膜を形成し、フォトリソグラフィーによりアライメントマーク用の深さ２．２μｍのトレンチ４をドライエッチングにより形成した（図１Ｂ、図３参照）。

次いで、上記工程に用いた膜を除去し、洗浄後基板３の表面に厚さ１．３μｍの酸化膜を形成した（図１Ｃ参照）。このようにして酸化膜５を基板３の表面上に形成し、上記アライメントマーク４を用いて、再度フォトリソグラフィー技術により、酸化膜５上のトレンチ形成領域を除去した（図１Ｄ、図４参照）。残った酸化膜５をマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって、縞状に並列ｐｎ接合構造を形成するための、深さ４０μｍ、幅４．０μｍのトレンチ６を形成した（図１Ｅ、図５参照）。このとき、酸化膜もある程度エッチングされて０．４μｍ厚となった。

前記ＲＩＥによるトレンチ６の内壁の反応生成物やダメージを除去するために、犠牲酸化を施し、その後更にフッ酸により酸化膜を除去し、さらに洗浄を行い、トレンチ６の内壁の汚染やダメージを除去した（図１Ｆ参照）。

次いで、トリクロロシランをソースガスとして、ＨＣｌガスと共に供給し、選択エピタキシャル法により酸化膜５上への多結晶シリコンの成長を防ぎつつ、トレンチ内部を埋め込むためにｎ型エピタキシャル層２とほぼ同程度の抵抗率を有するｐ型エピタキシャル層８のエピタキシャル成長を行った（図１Ｇ、図６参照）。なお、該エピタキシャル成長は、成長温度１０００℃で行い、トリクロロシランの供給量を多めに設定し、枚葉タイプの成長装置を用いて行った。

ここで、トレンチ側壁の面方位を｛１１０｝としてトレンチを形成した場合は、エピタキシャル成長の際に生じるシリコンの盛り上がり９の形状および大きさはバラツキが大きくなったが、トレンチ側壁の面方位を｛１００｝としてトレンチを形成した場合は、形状も大きさも略一様な台形状のシリコンの盛り上がり（高さ３．０μｍ）が生成した（図１０（ａ）（ｂ）参照）。

次いで、上記シリコンの盛り上がり９を除去するため、スピンエッチャー（図１１参照）により平坦化した（図１Ｈ、図７参照）。具体的には、３０℃のフッ硝酸系エッチャント（フッ酸：硝酸：硫酸：水＝１０：６０：５：３３の組成）を３２秒間、毎分４リットルの流量で供給し、ウェーハを１５００ｒｐｍで回転させてエッチングを行った（図１４参照）。このようにして、面内一様の高精度のエッチング処理を行うことが出来た。

ここで、上記スピンエッチングによる上記シリコン盛り上がり９の除去および平坦化の比較例として、上記シリコンの盛り上がり９の除去および平坦化を、ディップ式のウェットエッチングでも行った。その際に、上記スピンエッチングの時と同様のエッチャントを用い、また同様に３２秒間エッチング処理を行ったところ、ディップ式では研磨取り代がウェーハ面内で大きくバラツキ、中心部ではシリコンの盛り上がり９を完全に除去することはできなかった。

スピンエッチングによってシリコンの盛り上がり９を除去した後、ストッパーとして用いた酸化膜５をフッ酸で除去した（図１Ｉ、図８参照）。この段階で、基板３の表面には凡そ０．５μｍ以下程度の凹凸が残った。この状態の基板３の表層を、研磨代の面内均一性に優れる枚葉タイプの研磨機を用いて、ケミカルメカニカル研磨により完全に平坦な表面となるまで研磨した（図１Ｊ、図９参照）。この時、厚さ計を用いて研磨前後の該基板３の厚さを測定し、研磨代を求めた。その結果、研磨代１．５μｍで略完全に平坦な表面を得ることができた。
一方、比較例のディップ式で盛り上がりを除去したウェーハも、酸化膜除去後、上記と同様に研磨したところ、３μｍ研磨しても平坦な表面を得ることができなかった。

以上の結果より、本発明に従う並列ｐｎ接合エピタキシャルウェーハの製造方法であれば、シリコンの盛り上がり等の除去および平坦化処理は同一の条件に設定したスピンエッチングで行うことができ、また該スピンエッチングの条件を最適化することで、エッチング後の基板上の面内分布を一定とすることができるので、その後の最終的な研磨工程では少ない研磨代で平坦な鏡面を得られることが明らかとなった。その結果、高精度かつ高効率にエピタキシャルウェーハを製造できることが明らかとなった。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態は例示であり、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。
例えば、本実施の形態および本実施例においては、ｎ型シリコンエピタキシャル基板を用い、該基板上に形成したトレンチをｐ型領域で埋めると説明したが、その逆の場合でもかまわない。

本発明の工程フロー図である。 図１のＡ工程におけるウェーハの概略断面図である。 図１のＢ工程におけるウェーハの概略縦断図である。 図１のＤ工程におけるウェーハの概略断面図である。 図１のＥ工程におけるウェーハの概略断面図である。 図１のＧ工程におけるウェーハの概略断面図である。 図１のＨ工程におけるウェーハの概略断面図である。 図１のＩ工程におけるウェーハの概略断面図である。 図１のＪ工程におけるウェーハの概略断面図である。 トレンチの側壁の結晶方位が｛１００｝の場合（ａ）と｛１１０｝の場合（ｂ）とにおける、トレンチ開口部のシリコンの盛り上がりの形状の差異を示す断面図である。 本発明で用いるスピンエッチャーの一例を示した概略図である。 本発明に係るスピンエッチングを行った後のウェーハ厚の変化量を示す図である（実施の形態）。 エッチング液量、ノズル揺幅とウェーハ内エッチングムラの関係を示すグラフである。 エッチング時間とエッチング量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１…ｎ型シリコン基板、 ２…ｎ＋エピタキシャル層、 ３…ｎ／ｎ＋シリコンエピタキシャル基板、 ４…アライメントマーク用トレンチ、 ５…マスク酸化膜、 ６…トレンチ、 ７…トレンチ開口部、 ８…ｐ型エピタキシャル層、 ９…シリコンの盛り上がり、 １０…吸着テーブル、 １１…薬液（エッチャント）、 １２…可動性のノズル。

Claims (7)

1. 少なくとも、第１導電型のシリコン基板上に縞状のトレンチを形成し、該トレンチ内に第２導電型の領域をエピタキシャル成長法により形成し、前記第１導電型のシリコン基板と前記トレンチ内に形成された第２導電型の領域との界面にｐｎ接合構造が形成される、エピタキシャルウェーハの製造方法において、第１導電型のシリコン基板を用い、前記第１導電型のシリコン基板の表面上にトレンチ形成パターンを有する酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜をマスクとしてトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に第２導電型の領域を選択エピタキシャル成長法により形成する工程と、前記エピタキシャル成長の際に前記トレンチの開口部に生じるシリコンの盛り上がり部分を、スピンエッチングによりエッチングして平坦化する工程と、前記酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜を除去した後の前記シリコン基板の並列ｐｎ接合が形成された主表面を研磨して平坦化する工程とを有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
2. 前記第１導電型のシリコン基板を、面方位が（１００）であるものとし、前記トレンチの側壁の面方位を｛１００｝とすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
3. 前記スピンエッチングでは、フッ酸および硝酸を主成分とし、１５℃〜４０℃で、ＳｉＯ_２に対するＳｉの選択比が２０以上のエッチング特性を有するエッチング液を用い、前記シリコン基板をスピンエッチングすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 前記スピンエッチングでは、前記トレンチ開口部に生ずる前記シリコンの盛り上がり部分の高さを測定し、該高さに応じてスピンエッチングの条件を決定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
5. 前記第２導電型の領域を選択エピタキシャル成長法により形成する工程では、ジクロロシラン又はトリクロロシラン及びＨＣｌガスを供給しながら第２導電型の領域を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか1項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
6. 前記酸化膜を除去した後の前記シリコン基板の並列ｐｎ接合が形成された主表面を研磨して平坦化する工程では、該基板の厚さを測定し、所定の研磨代に管理し、該シリコン基板上のトレンチ開口部の微小な凹凸をケミカルメカニカル研磨により平坦化することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
7. 前記トレンチを形成する工程前に、エピタキシャルウェーハの表面上にパターンを形成するためのアライメントマークを形成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

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