(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素半導体基板（１）を用意する工程と、
前記炭化珪素半導体基板に対してトレンチ（２）を形成する工程と、
前記炭化珪素半導体基板のうち、前記トレンチが形成されていない領域に、前記トレンチよりも浅いマーカー（３、５）を形成する工程と、
前記トレンチを埋め込むように、不純物がドーピングされた炭化珪素層（４）を成膜する工程と、
前記炭化珪素層を平坦化する工程とを含み、
前記マーカーが無くなったことを確認した時に、前記平坦化工程を止めるようにすることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記マーカー形成工程では、前記炭化珪素半導体基板のうち、前記トレンチが形成されていない領域を部分的に除去することによって前記マーカーを形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記トレンチ形成工程及び前記マーカー形成工程では、前記トレンチの深さと前記マーカーの深さとの差分が、前記炭化珪素半導体基板に形成される不純物層として必要な厚みとなるように、前記トレンチ及び前記マーカーの深さを設定することを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記マーカー形成工程は、前記炭化珪素半導体基板のうち、前記トレンチが形成されていない領域にマーカー用膜（５）を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記マーカー用膜として、グラファイト層、エピタキシャル成長させた炭化珪素膜、前記炭化珪素層と異なる不純物がドーピングされた炭化珪素膜のいずれか１つを用いることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記トレンチ形成工程では、前記トレンチ深さが、前記炭化珪素半導体基板に形成される不純物層として必要な厚みとなるように、前記トレンチの深さを設定することを特徴とする請求項４又は５に炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記マーカー形成工程では、前記炭化珪素半導体基板のうち、前記トレンチが形成されていない領域に不純物をイオン注入することで、拡散層からなるマーカーを形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記マーカーとなる拡散層を形成するための不純物として、前記炭化珪素層にドーピングされた不純物とは異なるものを用いることを特徴とする請求項７に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記平坦化工程では、前記炭化珪素層を研磨することによって前記平坦化を行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記マーカーが無くなったことの確認を、前記炭化珪素半導体基板の裏面から前記ＳｉＣ基板を透過させて行うことを特徴とする請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記マーカーが無くなったことの確認を、前記炭化珪素層を除去しながら行うこと特徴とする請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記平坦化工程では、前記炭化珪素層をエッチングすることによって前記平坦化を行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記マーカーが無くなったことの確認を、前記平坦化の際のエッチング表面の発光状態の変化によって行うことを特徴とする請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記マーカーが無くなったことの確認を、前記マーカーからの反射光の変化によって行うことを特徴とする請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記マーカーが無くなったことの確認を、前記マーカーへの透過光の変化によって行うことを特徴とする請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）からなる半導体基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣは、Ｓｉと比べて硬度が高く、また、拡散しにくい材質であることから、ＳｉＣ基板に拡散層を形成する場合にイオン注入法を用いても、高濃度で深い拡散層を形成することが困難であった。また、形成した拡散層に結晶欠陥が生じ、ＰＮジャンクションでリーク電流が発生するという問題もあった。
【０００３】
これらの問題を解決するものとして、ＳｉＣ基板にトレンチを形成したのち、トレンチ内が埋め込まれるようにＳｉＣをエピタキシャル成長させることにより、拡散層と同様の不純物層を形成する方法が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記エピタキシャル成長による不純物層形成を行う場合には、後処理として平坦化工程を行わなければならない。すなわち、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＳｉＣ基板Ｊ１を用意し、ＳｉＣ基板Ｊ１にトレンチＪ２を形成したのち、トレンチＪ２を埋め込むようにＳｉＣ層Ｊ３がエピタキシャル成長され、その後、表面平坦化によってＳｉＣ層Ｊ３の不要部分を除去することになる。
【０００５】
しかしながら、この表面平坦化の際に、ＳｉＣ層Ｊ３とＳｉＣ基板Ｊ１とが同じ透明材料（透明もしくは半透明）であるＳｉＣで構成されていることから、ＳｉＣ基板Ｊ１の表面と同じ位置まで平坦化が行われたことを検知することができない。例えば、平坦化の際にＳｉＣ基板Ｊ１に形成されたトレンチＪ２の輪郭を認識することが可能であるが、このトレンチＪ２の輪郭はＳｉＣ基板Ｊ１の表面が露出するまで平坦化が進む前であったも、その後であっても常に認識可能な状態となっていることから、トレンチＪ２の輪郭に基づいて平坦化の位置を検知することができない。このため、精度よくＳｉＣ層Ｊ３の厚さを制御することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、ＳｉＣ基板に形成したトレンチに、ＳｉＣ層を埋め込むことで不純物層を形成する場合において、ＳｉＣ層の平坦化の際の平坦化位置の検出を行えるようにし、ＳｉＣ層の厚さ制御が行えるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１ないし１５に記載の発明では、炭化珪素半導体基板（１）を用意する工程と、炭化珪素半導体基板に対してトレンチ（２）を形成する工程と、炭化珪素半導体基板のうち、トレンチが形成されていない領域に、トレンチよりも浅いマーカー（３、５）を形成する工程と、トレンチを埋め込むように、不純物がドーピングされた炭化珪素層（４）を成膜する工程と、炭化珪素層を平坦化する工程とを含み、マーカーが無くなったことを確認した時に、平坦化工程を止めるようにすることを特徴とする。
【０００８】
このように、トレンチよりも浅いマーカーを形成しておき、マーカーが無くなったことを確認することで、炭化珪素層の平坦化位置の検出を行うことができ、炭化珪素層の厚さ制御を行えるようにできる。例えば、請求項２に示すように、炭化珪素半導体基板のうち、トレンチが形成されていない領域を部分的に除去することによってマーカーを形成しても良いし、請求項５に示すように、炭化珪素半導体基板のうち、トレンチが形成されていない領域にマーカー用膜（５）を形成するようにしても良い。なお、マーカー用膜としては、請求項６に示すように、グラファイト層、エピタキシャル成長させた炭化珪素膜、炭化珪素層と異なる不純物がドーピングされた炭化珪素膜のいずれか１つを用いることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、トレンチ形成工程及びマーカー形成工程では、トレンチの深さとマーカーの深さとの差分が、炭化珪素半導体基板に形成される不純物層として必要な厚みとなるように、トレンチ及びマーカーの深さを設定することを特徴とする。このようにすれば、平坦化工程を止めたときに残る炭化珪素層の厚みが、不純物層として必要とされる厚みとなるようにできる。
【００１０】
請求項６に記載の発明において、トレンチ形成工程では、トレンチ深さが、炭化珪素半導体基板に形成される不純物層として必要な厚みとなるように、トレンチの深さを設定することを特徴とする。このようにすることで、請求項３と同様の効果を得ることができる。
【００１１】
また、請求項７に示すように、炭化珪素半導体基板のうち、トレンチが形成されていない領域に不純物をイオン注入することで、拡散層からなるマーカーを形成することもできる。この場合、請求項８に示すように、マーカーとなる拡散層を形成するための不純物として、炭化珪素層にドーピングされた不純物とは異なるものを用いる。
【００１２】
請求項９に記載の発明においては、平坦化工程では、炭化珪素層を研磨することによって平坦化を行うことを特徴とする。このように、研磨によって平坦化工程を行うことができる。この場合、請求項１０に示すように、マーカーが無くなったことの確認を、炭化珪素半導体基板の裏面からＳｉＣ基板を透過させて行うことができ、また、請求項１１に示すように、マーカーが無くなったことの確認を、炭化珪素層を除去しながら行うことができる。
【００１３】
請求項１２に記載の発明においては、平坦化工程では、炭化珪素層をエッチングすることによって平坦化を行うことを特徴とする。このように、エッチングによって平坦化工程を行うことができる。この場合、マーカーが無くなったことの確認を、請求項１３に示すように平坦化の際のエッチング表面の発光状態の変化によって行ったり、請求項１４に示すようにマーカーからの反射光の変化によって行ったり、請求項１５に示すようにマーカーへの透過光の変化によって行ったりすることができる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１（ａ）〜（ｄ）に、本発明の第１実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。この図は、不純物層が形成される炭化珪素半導体装置の不純物製造工程を示したものである。なお、図１の各図において、紙面左側が半導体装置の上面図、紙面右側が半導体装置の断面図を示しているものとする。
【００１６】
まず、図１（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１を用意する。そして、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＣ基板１に対して不純物層形成用のトレンチ２を形成すると共に、トレンチ２よりも十分に浅いマーカー３を形成する。例えば、フォトリソグラフィによる選択エッチングにより、トレンチ２やマーカー３を形成することができる。このとき、トレンチ２の深さとマーカー３の深さ差分が、不純物層として必要とされる厚みと一致するように（もしくは、それ以上となるように）する。
【００１７】
続いて、図１（ｃ）に示すように、トレンチ２及びマーカー３を埋め込むようにＳｉＣ層４をエピタキシャル成長させる。そして、例えば、ＣＭＰ（Chemical  Mecanical  Polish）等により、図１（ｄ）に示すように、ＳｉＣ層４を平坦化する。具体的には、ＳｉＣ層４を表層部から順に除去していき、ＳｉＣ基板１の表面が露出するまで平坦化を進めたのち、さらに、ＳｉＣ基板１と共にＳｉＣ層４を除去していく。このとき、ＳｉＣ基板１もＳｉＣ層４も共に透明もしくは半透明であることから、平坦化の開始時点から常にマーカー３の輪郭が見えた状態になる。そして、平坦化が進み、マーカー３の深さ分だけＳｉＣ基板１と共にＳｉＣ層４が除去されるとマーカー３が消失するため、マーカー３が消失したことが確認された時点で平坦化を止める。
【００１８】
このようにすれば、所望の位置で平坦化を止めることができ、トレンチ２の深さとマーカー３の深さの差分が平坦化後のＳｉＣ層４の厚さとなる。従って、本実施形態のようにトレンチ２の深さとマーカー３の深さとの差分、つまり、平坦化後に残るＳｉＣ層４の厚み分を不純物層として必要とされる厚みと一致させることで、狙った厚みの不純物層を形成することができる。これにより、ＳｉＣ層４の平坦化の際の平坦化位置の検出を行うことができ、精度良くＳｉＣ層４の厚さ制御を行うことができる。
【００１９】
（第２実施形態）
図２に、本発明の第２実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。この図に基づき、本実施形態における炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。なお、図２の各図において、紙面左側が半導体装置の上面図、紙面右側が半導体装置の断面図を示しているものとする。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１を用意する。そして、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＣ基板１に対して不純物層形成用のトレンチ２を形成すると共に、ＳｉＣ基板１の表面のうち、トレンチ２を形成しない部分にマーカー用膜５を形成する。例えば、マーカー用膜５としてグラファイト膜、ＳｉＣ層４とは異なる導電型の不純物をドーピングしたＳｉＣ膜、もしくはイオン注入層（つまり、ＳｉＣ層４とは異なる色となる膜）等を採用することができる。これらトレンチ２の形成とマーカー用膜５の形成はいずれが先であっても良い。そしてこのとき、トレンチ２の深さが不純物層として必要とされる厚みと一致するようにする。
【００２１】
続いて、図２（ｃ）に示すように、トレンチ２を埋め込むようにＳｉＣ層４をエピタキシャル成長させる。このとき、マーカー用膜５としてグラファイト膜等を用いると、エピタキシャル成長が選択的に行われる。そして、例えばＣＭＰ等により、図２（ｄ）に示すように、ＳｉＣ層４を平坦化する。具体的には、ＳｉＣ層４を表層部から順に除去していき、マーカー用膜５の表面が露出するまで平坦化を進めたのち、さらに、マーカー用膜５と共にＳｉＣ層４を除去していく。このとき、ＳｉＣ層４が透明もしくは半透明であることから、平坦化の開始時点から常にマーカー用膜５の輪郭が見えた状態になる。そして、平坦化が進み、マーカー用膜５の厚み分除去されると、マーカー用膜５が消失するため、マーカー用膜５が消失したことが確認された時点で平坦化を止める。
【００２２】
このようにすれば、ＳｉＣ基板１の表面で平坦化を止めることができ、トレンチ２の深さ分が平坦化後のＳｉＣの厚さとなる。このようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の場合にはＳｉＣ基板１側を平坦化する必要がないため、スループットが良い。
【００２３】
（第３実施形態）
図３に、本発明の第３実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。この図に基づき、本実施形態における炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。
【００２４】
まず、図３（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１を用意する。そして、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＣ基板１に対して不純物層形成用のトレンチ２を形成すると共に、ＳｉＣ基板１の表面のうち、トレンチ２を形成しない部分にマーカー用膜５を形成する。例えば、マーカー用膜５としてＳｉＣ層４とは異なる導電型の不純物をドーピングしたＳｉＣ膜、もしくはイオン注入層等を採用することができる。これらトレンチ２の形成とマーカー用膜５の形成はいずれが先であっても良い。そしてこのとき、トレンチ２の深さが不純物層として必要とされる厚みと一致するようにする。
【００２５】
続いて、図３（ｃ）に示すように、トレンチ２を埋め込むようにＳｉＣ層４をエピタキシャル成長させる。そして、例えばドライエッチングによるエッチバックにより、図３（ｄ）に示すように、ＳｉＣ層４を平坦化する。例えば、光の強度、波長等のモニタリングを行う発光状態モニタ部１０により、ＳｉＣ基板１の上面側における発光状態をモニタリングしつつ、ＳｉＣ層４を表層部から順に除去していき、マーカー用膜５の表面が露出するまで平坦化を進めたのち、さらに、マーカー用膜５と共にＳｉＣ層４を除去していく。そして、平坦化が進み、マーカー用膜５の厚み分除去されると、マーカー用膜５が消失するため、マーカー用膜５が消失したことによって発光状態が変化する。従って、このように発光状態が変化したことが確認された時点で平坦化を止める。
【００２６】
このようにすれば、ＳｉＣ基板１の表面で平坦化を止めることができ、トレンチ２の深さ分が平坦化後のＳｉＣの厚さとなる。このようにしても、第２施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、マーカー用膜５としては、上記した一例以外のものを用いても良いが、少なくともＳｉＣ層４と発光状態が異なるものを採用する必要があり、また、できるだけエッチバック速度がＳｉＣ層４と同じものを選択することが望まれる。
【００２８】
（第４実施形態）
図４に、本発明の第４施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。上記第３実施形態では、平坦化のためのエッチング時における発光状態をモニタリングすることによってエッチングの終点検出を行っているが、本実施形態では、マーカー用膜５へ発光を行うと共にマーカー用膜５での反射光を検出する反射光モニタ部１１を設け、マーカー用膜５からの反射光に基づいてエッチングの終点検出を行う。このとき、ＳｉＣ層４が透明もしくは半透明であることから、平坦化の開始時点から発光状態が一定となる。
【００２９】
このようにマーカー用膜５からの反射光に基づいてエッチングの終点検出を行うようにしても第３実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ＳｉＣ層４が透明もしくは半透明であることから、平坦化の開始時点から発光状態が一定となる。このような発光状態に基づいてエッチングの終点検出を行う場合には、発光状態の変化を検出するために、マーカー用膜５がある程度の面積必要とされるが、本実施形態のようにすれば、マーカー用膜５の面積は小さなものですむ。
【００３０】
（第５実施形態）
図５に、本発明の第５実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。上記第３実施形態では、平坦化のためのエッチング時における発光状態をモニタリングすることによってエッチングの終点検出を行っているが、本実施形態では、ＳｉＣ基板１の上面側若しくは裏面側に発光源１２を配置すると共にＳｉＣ基板１を挟んで発光源の反対側に透過光モニタ部１３を設け、マーカー用膜５を通過する透過光に基づいてエッチングの終点検出を行う。なお、この他の概要に関しては、第３実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
【００３１】
このようにマーカー用膜５からの透過光に基づいてエッチングの終点検出を行うようにしても第３、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３実施形態のように、発光状態に基づいてエッチングの終点検出を行う場合には、発光状態の変化を検出するために、マーカー用膜５がある程度の面積必要とされるが、本実施形態のようにすれば、マーカー用膜５の面積は小さなものですむ。
【００３２】
（第６実施形態）
図６に、本発明の第６実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。なお、図６の各図において、紙面左側が半導体装置の上面図、紙面中央が半導体装置の断面図、紙面右側が半導体装置の底面図を示しているものとする。
【００３３】
本実施形態では、半導体装置の裏面側に、マーカー用膜５と対応した部位において開口部６ａが形成されたステージ６を配置し、マーカー検出部１４によって開口部６ａからマーカー用膜５をモニタリングしつつ平坦化を行う。なお、この他の概要に関しては、第３実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
【００３４】
このように、半導体装置の裏面側からマーカー用膜５をモニタリングすることでエッチングの終点検出を行うようにしても第３実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この場合、平坦化を実施する装置から半導体装置を取り出すこと無くマーカー用膜５のモニタリングを行うことができるため、平坦化中にもマーカー用膜５のモニタリングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第６実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図７】従来の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１…ＳｉＣ基板、２…トレンチ、３…マーカー、４…ＳｉＣ層、
５…マーカー用膜、６…ステージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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