JPH09134904A

JPH09134904A - 半導体基板の研磨方法

Info

Publication number: JPH09134904A
Application number: JP29122895A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kusuyama; 幸一楠山; Yasukazu Iwasaki; 靖和岩崎; Makoto Uchiyama; 誠内山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨厚さを精度よく制御し、複数の半導体基
板を同時に研磨する場合でも、各半導体基板を均一に研
磨する。【解決手段】研磨の初期段階では、半導体基板３中に
不動態膜が形成されない程度の電圧を、半導体基板３と
研磨盤１との間に印加する。研磨厚さが規定値に達する
と、印加する電圧を高くして半導体基板３の研磨盤１に
接触する面に不動態膜を形成する。不動態膜はもとの半
導体基板３に比べて研磨速度が遅いため、不動態膜の形
成位置を研磨の終端位置に設定できる。以上により、半
導体基板３中に酸化膜ストッパを形成しなくてすむた
め、結晶欠陥の発生と半導体基板３のそりを防止でき
る。また、電圧を印加しながら研磨をすることで、マイ
クロピラミッドの形成を防止しつつ電気化学エッチング
効果による研磨速度の向上を図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨盤の上に載置
された半導体基板を、研磨盤または半導体基板を回転さ
せて研磨する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリコンやガリウム砒素等の
半導体基板を所定の厚さに研磨して表面を鏡面に仕上げ
る各種の研磨技術が提案されてきた。代表的な研磨技術
として、ベロア、発泡ウレタン、スエード等の研磨布
と、コロイダルシリカや微粉シリカ砥粒とアルカリ性ス
ラリーを用いた湿式の研磨技術が知られている。この種
の湿式の研磨技術は、砥粒による機械的加工とスラリー
による化学的エッチング作用を利用して研磨を行うもの
であり、例えば「ナノメータスケール加工技術超精密
加工への化学的効果の応用」（精密工学会編、日刊工業
新聞社発行、1993年8月31日初版1刷発行）に開示されて
いる。

【０００３】また、近年は、SOI（Silicon On Insulato
r）基板に関する研磨技術として、半導体基板を貼り合
わせた後に半導体装置の形成面のシリコン活性層を薄膜
化する研磨技術や、半導体基板を貼り合わせる前に基板
の表面を平坦化する研磨技術などが提案されている。具
体的な例として、SOI基板のシリコン酸化膜上に酸化膜
ストッパを用いて活性領域となる薄いシリコン層を形成
する研磨技術が知られている（Tsuneo Hamaguchi, Nobu
hiro Endo, Masakazu Kimura and Akihiko Ishitani; "
Device layer transfer technique using chemical-mec
hanical polishing," Jpn.J.Appl.Phys.Vol.23(1984) p
p.L815-L817,Part 2, October 1984）。

【０００４】上記文献に開示された研磨技術は、シリコ
ン基板よりも研磨速度の遅いシリコン酸化膜をシリコン
基板の内部に予め形成しておき、シリコン酸化膜が表面
に現れるまでシリコン基板を研磨するものである。この
ように、シリコン酸化膜を研磨の終端位置として利用す
ることで、薄いシリコン層の厚さを精度よく制御でき、
厚さの均一化も可能となる。

【０００５】また、同様の研磨技術として、シリコン基
板に形成した溝を利用して研磨を行うものが知られてい
る（Fumitoshi Sugimoto, Hiroshi Horie, Yoshihiro A
rimoto and Takashi Ito; "A pH-controlled chemical
mechanical polishing method for thin bonded silico
n-on insulator Wafers," Jpn.J.Appl.Phys. Vol.34(19
95)pp.30-35, Part 1, No.1, January 1995）。この研
磨技術は、シリコン酸化膜の代わりに、シリコン基板表
面に形成した溝を利用して研磨を行うものであり、前述
した研磨技術と同様にシリコン層の厚さを精度よく制御
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の研磨技術には以下のような問題がある。例え
ば、ベロア、発泡ウレタン、スエード等の研磨布と、コ
ロイダルシリカや微粉シリカ砥粒にアルカリ性スラリー
を用いた研磨技術は、半導体基板の研磨厚さを均一に維
持するのが難しいという問題がある。特に、複数枚の半
導体基板を同時に研磨するいわゆるバッチ処理による研
磨を行う場合、各半導体基板間で研磨速度がばらつくた
め、研磨の終端位置を揃えることができず、研磨厚さが
各半導体基板ごとに変化してしまう。

【０００７】このような研磨速度のばらつきは、半導体
基板の反り、研磨盤の端面の位置ずれ、研磨パッドの歪
み、半導体基板を研磨盤に押しつける研磨ヘッドの圧力
変動および研磨盤の回転制御の変動等によって発生す
る。このため、研磨速度のばらつきを研磨時間の制御に
より抑制することが考えられるが、バッチ処理方式の研
磨盤の場合、複数の半導体基板が同時に研磨ヘッドに装
着されるため、バッチ処理される個々の半導体基板ごと
に個別に研磨時間を制御するのが難しく、研磨厚さのば
らつきが大きくなってしまう。

【０００８】一方、半導体基板を１枚ずつ研磨する場
合、各半導体基板ごとに研磨の終端位置を検出して研磨
厚さを制御できるものの、複数枚の半導体基板を同時に
研磨できないことからスループットが低く、バッチ処理
方式の研磨盤に比べて半導体基板の製造コストが高くな
るという問題がある。

【０００９】一方、SOI基板中のシリコン酸化膜を終端
位置として利用し、活性層となる薄いシリコン層を形成
する研磨技術の場合、シリコン基板の内部に予め形成し
たシリコン酸化膜とシリコン基板との熱膨張率の違いに
より、シリコン基板中に結晶欠陥が発生し、半導体素子
の耐圧劣化を初めとする各種性能の劣化が起きるおそれ
がある。

【００１０】また、シリコン基板に形成した溝を用いて
研磨を行う研磨技術の場合、シリコン基板に形成した溝
の周囲のシリコン面が研磨中に欠けて異物が発生した
り、研磨中の応力が溝、特に溝の角部分に集中するた
め、シリコン基板に欠陥が発生しやすい等の問題があ
る。さらに、溝が深い場合には、研磨終了後の露光工程
において、溝による段差部またはその周辺部でフォトレ
ジストの塗布むらが生じやすいという問題もある。

【００１１】本発明は、以上の問題点に着目してなされ
たもので、シリコン酸化膜や溝などを半導体基板中に形
成することなく研磨厚さを精度よく制御でき、複数の半
導体基板を同時に研磨する場合でも各半導体基板を均一
に研磨することができる半導体基板の研磨方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明の原理本発明は、半導体基板と研磨盤との間に電圧を印加して
半導体基板中に研磨速度の遅い膜（以下、不動態膜と呼
ぶ）を形成し、この不動態膜を研磨の終端位置とするも
のである。

【００１３】図１０は本発明の原理を説明する図であ
る。電源１０１からの正の電圧が印加される半導体基板
１０２は、負の電圧が印加される対向電極１０３ととも
にエッチング溶液１０４中に入れられる。エッチング溶
液１０４には、アルカリ系の溶液、例えばアンモニア、
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（TMAH）
やKOH等のアルカリ金属水酸化物の水溶液等が用いられ
る。

【００１４】図１１は、図１０の半導体基板１０２に印
加される電圧と、図１０の電源１０１から半導体基板１
０２に流れる電流との関係を示す電圧−電流特性曲線で
ある。図１１の曲線中、電流の流れない電圧は一般にオ
ープン回路ポイント（OCP）と呼ばれ、このオープン回
路ポイントOCPよりも高い電圧が半導体基板１０２に印
加されると、電流は著しく増加した後、急激に減少す
る。また、半導体基板１０２に電圧を印加した状態での
半導体基板１０２のエッチング速度は、電流の極大点
（図１１のＡ点）までは増加するが、それ以上の電圧を
印加すると電流の減少とともに急激に低下する。これ
は、半導体基板表面が陽極酸化を起こして不動態膜が形
成されるためである。このような知見は、「シリコンマ
イクロマシニング先端技術」（編者：五十嵐伊勢美、藍
光郎、発行所：株式会社サイエンスフォーラム、1992年
3月31日第1版第1刷発行）に示されている。

【００１５】本発明は、印加電圧に応じてエッチング速
度が変化すること、および所定レベル以上の電圧を印加
すると半導体基板表面に不動態膜が形成されることに着
目し、半導体基板と研磨盤との間に印加する電圧を調整
しながら研磨を行うことを特徴とする。

【００１６】本発明では、研磨対象となる半導体基板を
研磨盤とともにアルカリ系の研磨液の中に入れる。研磨
液として、例えばアンモニアやKOH等のアルカリ金属水
酸化物の水溶液等が用いられ、研磨剤として、BaCO3,Ca
CO3,Fe3O4,MgO,MnO,CeO2,SiO2,Al2O3またはダイヤモン
ド等が用いられる。そして、研磨対象となるシリコン基
板やガリウム砒素基板等の各種の半導体基板を一方の電
極に接続し、研磨盤を他方の電極に接続し、両電極間に
所定の電圧を印加していわゆる電解ラップ研磨を行う。

【００１７】両電極間に印加する電圧が低い場合（図１
１の極大点Ａ以下の場合）には、電気化学エッチング効
果により研磨速度が向上するのに対し、より高い電圧
（図１１の極大点Ａ以上の電圧）を印加すると、半導体
基板の表面（研磨面）に不動態膜が形成されるため、電
気化学エッチング効果による半導体基板のエッチング速
度と半導体基板の研磨速度がともに低下する。

【００１８】したがって、研磨の初期段階では、不動態
膜が形成される電圧（パッシベーション電圧）以下の電
圧を半導体基板に印加して電気化学エッチング効果によ
るエッチング速度の向上を図り、必要な厚さを研磨した
後にパッシベーション電圧以上の電圧を半導体基板に印
加して不動態膜を形成し、不動態膜の形成位置よりも深
く研磨されないようにする。すなわち、本発明は、半導
体基板と研磨盤との間に印加する電圧を調整しながら研
磨を行うことで、電気化学エッチング効果による研磨速
度の向上を図り、また不動態膜の形成により研磨の終端
位置の制御を行う。

【００１９】また、上記パッシベーション電圧は一般に
Ｐ型半導体とＮ型半導体で異なるため、半導体基板中に
Ｐ型およびＮ型半導体の両パッシベーション電圧の中間
の電圧を印加して、Ｐ型半導体の表面またはＮ型半導体
の表面のいずれかのみに不動態膜を形成することができ
る。したがって、半導体基板中に、該半導体基板とは異
なる導電型の半導体領域を形成しておき、半導体領域の
内部にのみ不動態膜が形成されるような電圧を印加すれ
ば、半導体領域を研磨の終端位置とすることができる。

【００２０】一方、従来の電気化学エッチングの場合、
半導体基板中に存在する酸素の析出等に起因してマイク
ロピラミッドが形成されるという問題が生じるが、本発
明は電気化学エッチングと研磨を組み合わせて行うた
め、マイクロピラミッドの発生核になる部分を研磨によ
り除去でき、マイクロピラミッドが形成されなくなる。

【００２１】また、本発明の研磨方法によれば、電圧の
印加により前述した不動態膜が形成されると、研磨盤の
回転トルクが変動するため、研磨盤の回転トルクの変動
を検出することで、不動態膜の形成位置（研磨の終端位
置）まで研磨を行ったか否かを検出できる。また、研磨
盤を回転させる代わりに、半導体基板を回転させて研磨
を行う場合には、半導体基板を回転させる駆動部材の回
転トルクの変動を検出することで、同様に研磨の終端位
置を検出できる。

【００２２】さらに、不動態膜部分の電気伝導度が、も
との半導体基板の電気伝導度と異なる場合には、不動態
膜が形成される前後で、半導体基板と研磨盤との間に流
れる電流が変化する。したがって、この電流変動を検出
することで、研磨の終端位置まで研磨したか否かを正確
に把握できる。このように、研磨時の回転トルクの変動
や電流変動を検出することで、研磨厚さを精度よく制御
でき、研磨厚さを均一にすることができる。

【００２３】（２）本発明の構成および作用本発明を図１に対応づけて説明すると、請求項１に記載
の発明は、半導体基板３に研磨盤１を接触させ、半導体
基板３または研磨盤１を回転させて半導体基板３の研磨
を行う半導体基板３の研磨方法に適用され、半導体基板
３に第１の電極を接続し、研磨盤１に第２の電極を接続
し、半導体基板３の研磨厚さが予め定めた規定値に達す
ると、半導体基板３の研磨盤に接触される面の研磨速度
が所定速度以下となるように第１および第２の電極間に
所定レベルの電圧を印加することにより、上記目的は達
成される。請求項１に記載の発明では、研磨盤１により
半導体基板３の研磨を開始し、研磨厚さが予め定めた規
定値に達すると、半導体基板３に接続される第１の電極
と研磨盤１に接続される第２の電極との間に所定レベル
の電圧を印加し、半導体基板３中に研磨速度が所定速度
以下の領域、すなわち研磨速度の遅い不動態膜を形成す
る。これにより、研磨盤１を作動しても、それ以上には
研磨されなくなり、不動態膜の形成位置が研磨の終端位
置となる。

【００２４】請求項２に記載の発明は、半導体基板３に
研磨盤１を接触させ、半導体基板３および研磨盤１の少
なくとも一方を回転させて半導体基板３の研磨を行う半
導体基板の研磨方法に適用され、半導体基板３の内部
に、互いに異なる導電型の半導体領域１１，１２が接す
る接合面を形成し、半導体基板３に第１の電極を接続
し、研磨盤１に第２の電極を接続し、接合面の近傍にお
ける半導体基板３の研磨速度が所定速度以下となるよう
に第１および第２の電極間に所定レベルの電圧を印加す
るものである。請求項２に記載の発明では、異なる２種
類の導電型の半導体を用いて半導体基板３を形成する。
例えば、図４に示すように異なる導電型の半導体基板を
接合して最終的な半導体基板３を形成したり、半導体基
板３の内部に異なる導電型の半導体領域を形成したりす
る。そして、第１および第２の電極間に所定レベルの電
圧を印加した状態で、互いに異なる導電型の半導体領域
が接する接合面付近まで研磨すると、接合面が露出した
段階で、印加電圧により接合面に不動態膜が形成され、
それ以上研磨されなくなる。

【００２５】請求項３に記載の発明の研磨盤１は、複数
の半導体基板３を同時に研磨可能とされ、各半導体基板
３ごとに設けられる第２の電極に印加される電圧はそれ
ぞれ個別に制御可能とされ、各半導体基板３が均一に研
磨されるように、第１および第２の電極間に所定レベル
の電圧を印加する時期を各半導体基板３ごとに制御する
ものである。請求項３に記載の発明では、１台の研磨盤
１により複数の半導体基板３を研磨可能とし、かつ、各
半導体基板３が備える第２の電極の電圧を、各半導体基
板３ごとに制御可能とする。そして、研磨厚さが予め定
めた規定値に達した半導体基板３から順に、半導体基板
３内部に研磨速度の遅い領域（不動態膜）を形成し、そ
れ以上には研磨されないようにする。これにより、各半
導体基板３の研磨厚さの均一化が可能となる。

【００２６】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか１項に記載された研磨方法において、半導体基
板３または研磨盤１を回転駆動する駆動部材の回転トル
クの変動により半導体基板３の研磨終了時期を判断する
ものである。請求項４に記載の発明では、半導体基板３
中に形成された研磨速度の遅い領域まで研磨すると、半
導体基板３または研磨盤１を回転駆動する駆動部材の回
転トルクが変動するため、この回転トルクの変動により
研磨を終了するか否かを判断する。

【００２７】請求項５に記載の発明は、第１および第２
の電極間に流れる電流の変動により半導体基板３の研磨
時期を判断するものである。請求項５に記載の発明で
は、半導体基板３中に研磨速度の遅い領域が形成される
と、第１および第２の電極間に流れる電流が変動するこ
とから、この電流の変動により研磨を終了するか否かを
判断する。請求項６に記載の半導体基板３の材料をシリ
コンとするものである。

【００２８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために本発明の一実施の形態の図を用いたが、これによ
り本発明が一実施の形態に限定されるものではない。

【００２９】

【発明の実施の形態】

−第１の実施の形態− 図１は第１の実施の形態の研磨盤１の概略構成を示す図
である。第１の実施の形態では、Ｐ型シリコン基板を研
磨する例について説明する。図１において、符号１は中
心軸２の周りを回転可能とされＰ型シリコン基板３の底
面を研磨する研磨盤である。研磨盤１はＰ型シリコン基
板３とともに電解槽４中の電解液５に浸された状態で研
磨を行う。電解液５には、アルカリ系の液、例えばアン
モニア、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
（TMAH）やKOH等のアルカリ金属水酸化物の水溶液等が
用いられ、その中には、BaCO3,CaCO3,Fe3O4,MgO,MnO,Ce
O2,SiO2,Al2O3等の研磨液が混ぜられている。このよう
に、電解液５に研磨液を混ぜることで研磨速度の向上が
図られる。

【００３０】６は研磨盤１の回転制御および回転トルク
の検出を行う回転制御装置である。７はＰ型シリコン基
板３の研磨量を検出する研磨量検出装置であり、例えば
赤外光の透過率の変動、研磨盤１とＰ型シリコン基板３
を保持する不図示の研磨ヘッドとの間の静電容量の変
動、機械式測定法等により研磨量を検出する。８は、導
線Ｌを介してＰ型シリコン基板３に正の電圧を、研磨盤
１に負の電圧を印加する電圧供給装置であり、研磨量検
出装置７により検出された研磨量に応じて、印加する電
圧値を調整する。なお、図１では、研磨パッド（研磨
布）を利用しない例を示しているが、必要に応じて研磨
パッドを利用してもよい。

【００３１】図１のように構成された研磨盤１におい
て、Ｐ型シリコン基板３の研磨を開始した初期の段階で
は、Ｐ型シリコン基板３と研磨盤１との間に電圧を印加
する必要はない。研磨盤１を回転させて研磨量検出装置
７によりＰ型シリコン基板３の研磨量を検出し、所定の
厚さまでＰ型シリコン基板３が研磨されたことが検出さ
れると、Ｐ型シリコン基板３の表面（研磨面）に図２の
ようなシリコン不動態膜９が形成されるように、Ｐ型シ
リコン基板３と研磨盤１との間に印加する電圧を電圧供
給装置８により変更する。このシリコン不動態膜９が形
成されると、研磨盤１による研磨速度が低下するため、
それ以上Ｐ型シリコン基板３は研磨されなくなる。すな
わち、不動態膜の形成位置が研磨の終端位置となる。

【００３２】また、研磨の初期の段階からＰ型シリコン
基板３と研磨盤１との間に所定の電圧、すなわちシリコ
ン不動態膜９が形成されない程度の電圧を印加し、電気
化学エッチング効果を利用して研磨速度の向上を図って
もよい。すなわち、図１１で説明したように、Ｐ型シリ
コン基板３を流れる電流が極大点Ａに達するまでは電圧
の増加とともにエッチング速度が速くなることから、電
流が極大点Ａに達しない程度の電圧を研磨の初期段階か
ら印加して研磨速度を向上させ、研磨深さが予め定めた
規定値に達すると、シリコン不動態膜９が形成される程
度まで電圧を高くすれば、研磨精度を一定に維持しつつ
研磨速度を向上できる。

【００３３】なお、上述した第１の実施の形態では、Ｐ
型シリコン基板３を研磨する例を説明したが、電圧供給
装置８から供給される電圧を変更すれば、Ｎ型のシリコ
ン基板を研磨することもできる。

【００３４】上述した第１の実施の形態は、多数枚の半
導体基板を同時に研磨するバッチ処理方式の装置にも適
用可能である。バッチ処理方式の装置に適用する場合
は、各半導体基板ごとに研磨の終端位置に達したか否か
を検出し、終端位置に達した半導体基板については、半
導体基板と研磨盤１との間に印加する電圧を変化させて
半導体基板表面に不動態膜を形成する。不動態膜は半導
体基板に比べて研磨速度が遅いため、たとえ研磨盤１を
作動させても、それ以上に研磨されるおそれはなく、不
動態膜は研磨ストッパとして働く。したがって、各半導
体基板ごとに研磨量を個別に制御でき、複数の半導体基
板の研磨厚さを均一にできる。

【００３５】−第２の実施の形態− 第２の実施の形態は、異なる導電型の半導体基板の接合
面近傍に不動態膜を形成するものである。第２の実施の
形態の研磨盤１の構成は、研磨対象となる半導体基板の
構造が第１の実施の形態と異なる点以外は第１の実施の
形態と共通するため、以下では相違点を中心に説明す
る。

【００３６】図３は第２の実施の形態の研磨盤１の概略
構成を示す図である。第２の実施の形態の半導体基板
は、図４（ａ）に示すようにＰ型シリコン基板１１の上
面または内部にイオン注入法や拡散法等によってＮ型シ
リコン層１２を形成した後に、図４（ｂ）に示すように
他のＮ型シリコン基板１３を貼り合わせたものである。
Ｐ型シリコン基板１１とＮ型シリコン基板１３との貼り
合わせ方法として、例えば特願昭36-26869号、特願昭45
-33781号等に開示された方法を用いる。

【００３７】第２の実施の形態では、図３の半導体基板
中のＰ型シリコン基板１１を研磨盤１により研磨し、内
部のＮ型シリコン層１２をＮ型の半導体形成領域として
利用すべく、Ｎ型シリコン層１２の厚さを制御する。し
たがって、第２の実施の形態においては、Ｎ型シリコン
層１２の厚さを精度よく制御できることが重要となる。
なお、図４では、Ｎ型シリコン層１２をシリコン基板の
全面に形成する例を示したが、図５のように部分的に形
成してもよく、図５の場合にはＮ型のウェル領域を形成
できる。なお、研磨する際に用いる電解液５や、電解液
５に混ぜる研磨液は、第１の実施の形態と同様のものを
利用できる。

【００３８】以下、第２の実施の形態による研磨方法に
ついて説明する。Ｐ型シリコン基板１１とＮ型シリコン
基板１３とを貼り合わせて半導体基板３を形成した後、
Ｐ型シリコン基板１１を研磨盤１に接触させ、Ｎ型シリ
コン層１２に正の電圧を、研磨盤１に負の電圧を印加し
た状態で研磨を開始する。ここで印加する電圧は、半導
体基板３内部のＮ型シリコン層１２とＰ型シリコン基板
１１との界面付近に不動態膜が形成される程度の電圧と
する。このような電圧を印加した状態で研磨を続ける
と、次第にＰ型シリコン基板１１が研磨され、半導体基
板３の内部のＮ型シリコン層１２が研磨面に露出する
と、Ｎ型シリコン層１２の表面に不動態膜９が形成され
る。この不動態膜の研磨速度はＰ型シリコン基板１１の
研磨速度に比べて遅いことから、それ以上は研磨されな
くなる。

【００３９】例えば、研磨盤１の回転軸のぶれ等によ
り、図６のように半導体基板が斜めに研磨されると、場
所によって研磨深さが異なってしまう。ところが、第２
の実施の形態では、Ｎ型シリコン層１２の上面にシリコ
ン不動態膜９を形成するため、シリコン不動態膜９が研
磨面に現れた場所の研磨速度は遅くなり、シリコン不動
態膜９が研磨面に現れていない場所が優先的に研磨さ
れ、結局、半導体基板表面を均一に研磨することができ
る。

【００４０】また、研磨ストッパ用として作用するＮ型
シリコン層１２は、Ｐ型シリコン基板１１やＮ型シリコ
ン基板１３と種々の物理的特性、特に熱膨張率が等しい
ため、基板貼り合わせ時に熱処理等の高温処理を行って
も、結晶欠陥等が形成されるおそれはない。また、Ｎ型
シリコン層１２の表面に形成されたシリコン不動態膜９
の厚さは極めて薄いため、希釈フッ酸等による簡易な洗
浄工程によって容易に除去できる。したがって、シリコ
ン不動態膜９が、後の半導体装置の製造工程に悪影響を
及ぼすおそれはない。さらに、Ｎ型シリコン層１２を部
分的に形成すれば、Ｎ型シリコン層１２をＮウェル領域
として利用できる。

【００４１】図７は第２の実施の形態の研磨方法による
SOI基板の断面図である。図７では、Ｎ型シリコン基板
１３の表面にシリコン酸化膜１４を形成する点で図３と
異なる。図７の構造の場合、Ｎ型シリコン層１２に電圧
を印加するために、Ｐ型シリコン基板１１とＮ型シリコ
ン基板１３とを導通させる必要があり、Ｎ型シリコン基
板１３上のシリコン酸化膜１４の一部を予め除去するの
が望ましい。シリコン酸化膜１４を除去する部分として
は、図７（ｂ）の符号１４に示すように、半導体装置の
製造に利用しないウェア周辺部等が望ましい。

【００４２】一方、図８（ａ）はＮ型シリコン基板１３
の外周側にＰ型シリコン領域１５を形成したSOI基板の
断面図である。Ｎ型シリコン基板１３の基板周辺部をＰ
型シリコン領域１５とすることで、Ｐ型シリコン基板１
１の電位を固定することができ、Ｐ型シリコン基板１１
の電気化学エッチングの制御を精度よく行えるようにな
る。また、図８（ｂ）は、基板周辺部をＰ型シリコン領
域１５とし、その内周の一部にＮ型シリコン領域１６を
形成したSOI基板の断面図である。図８（ｂ）のよう
に、Ｐ型シリコン領域１５およびＮ型シリコン領域１６
を形成することで、Ｎ型シリコン層１２およびＰ型シリ
コン基板１１に印加する電圧を精度よく制御できる。な
お、Ｎ型シリコン領域１６をＰ型シリコン領域１５の外
周側に形成してもよい。

【００４３】一方、図９は図８とは逆にＰ型シリコン基
板１７を用いてSOI基板を形成する例を示す。この場合
も、Ｎ型シリコン層１２に電圧を印加するためには、Ｐ
型シリコン基板１７の周辺部にＮ型シリコン領域１８を
形成するのが望ましい。この場合のＮ型シリコン層１２
およびＮ型シリコン領域１８のウェハ上の配置は図９
（ｂ）のようになる。

【００４４】図３に示す第２の実施の形態の研磨盤１に
おいて、シリコン不動態膜９が研磨面に現れるまで研磨
を行うと、研磨盤１または半導体基板３を装着する研磨
ヘッドの回転トルクが変動する。したがって、この回転
トルクの変動を検出することで、終端位置まで研磨を行
ったか否かを精度よく判断できる。すなわち、シリコン
不動態膜９は半導体基板３の他の領域に比べて研磨速度
が遅いため、シリコン不動態膜９が研磨面に現れると、
研磨盤１や研磨ヘッドの回転トルクが変動する。したが
って、回転トルクが変動した時点で研磨を停止すれば、
研磨深さを均一に維持できる。

【００４５】また、半導体基板３と研磨盤１との間に流
れる電流は、シリコン不動態膜９が形成される前後で変
化する。具体的には、シリコン不動態膜９は不導体層で
あるため、シリコン不動態膜９の形成により抵抗値が上
昇し、半導体基板３と研磨盤１との間に流れる電流が小
さくなる。したがって、この電流変化を検出すること
で、研磨の終端位置を検出できる。

【００４６】なお、上記第１および第２の実施の形態で
は、半導体基板としてシリコン基板を用いる例を説明し
たが、ガリウム砒素、インジューム燐等の化合物半導体
基板においても、電圧の印加により酸化膜や不動態膜等
の研磨速度および電気伝導度の異なる領域を形成でき、
上記第１および第２の実施の形態と同様の効果が得られ
る。ただし、不動態膜を形成するために必要な印加電圧
はそれぞれの物質により異なるため、半導体基板の材料
により最適化を図るのが望ましい。

【００４７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、半導体基板に接続される第１の電極と、研磨盤に
接続される第２の電極との間に印加される電圧を制御す
ることで、半導体基板の研磨の終端位置を定めるため、
従来のように酸化膜ストッパを半導体基板内に形成する
必要がなくなる。したがって、酸化膜と半導体基板の熱
膨張率との差などに起因する結晶欠陥が発生しなくな
る。また、従来は、半導体基板内に偏在する酸化膜スト
ッパの影響により半導体基板にそりが生じるという問題
があったが、本発明の場合、そりの発生原因となる酸化
膜ストッパ自体が形成されないため、従来に比べて半導
体基板のそりを小さくでき、そりによる研磨深さの面内
ばらつきも起きなくなり、研磨精度が向上する。また、
本発明によれば、半導体基板に電圧を印加しながら研磨
を行うことができ、電気化学エッチング効果によって研
磨速度の向上を図れるとともに、従来の電気化学エッチ
ングで問題となったマイクロピラミッドの核となる部分
を研磨により除去できるため、マイクロピラミッドが形
成されなくなる。請求項２に記載の発明によれば、互い
に異なる導電型の半導体領域が接する接合面付近まで研
磨を行った段階で不動態膜が形成され研磨速度が遅くな
るため、接合面位置で正確に研磨を停止でき、研磨精度
が向上する。請求項３に記載の発明によれば、複数の半
導体基板に印加する電圧を個別に制御可能としたため、
研磨深さが規定値に達した半導体基板から順に研磨面の
研磨速度を遅くすることができ、すべての半導体基板の
研磨深さを均一化できる。請求項４に記載の発明によれ
ば、研磨盤が半導体基板中の研磨速度の遅い領域に接す
ると研磨盤または半導体基板を駆動する駆動部材の回転
トルクが変動することに着目し、この回転トルクの変動
により研磨を終了するか否かを判断するため、研磨の終
端位置を簡易かつ正確に判断でき、研磨の終端位置を精
度よく調整できる。請求項５に記載の発明によれば、半
導体基板中に研磨速度の遅い領域が形成される前後で
は、第１および第２の電極間に流れる電流が変動するこ
とから、この電流の変動により研磨を終了するか否かを
判断するため、研磨の終端位置を簡易かつ正確に判断で
き、研磨精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の研磨装置の概略構成を示す
図。

【図２】半導体基板内部に不動態膜が形成された状態を
示す図。

【図３】第２の実施の形態の研磨装置の概略構成を示す
図。

【図４】第２の実施の形態における半導体基板の構造を
示す断面図。

【図５】Ｎ型シリコン層を部分的に形成した半導体基板
の断面図。

【図６】半導体基板を斜めに研磨した例を示す図。

【図７】（ａ）は第２の実施の形態の研磨方法を用いて
形成したSOI基板の断面図、（ｂ）は同平面図。

【図８】Ｎ型シリコン基板の外周側にＰ型シリコン領域
を形成したSOI基板の断面図。

【図９】（ａ）はＰ型シリコン基板を用いて形成したSO
I基板の断面図、（ｂ）は同平面図。

【図１０】本発明の原理を説明する図。

【図１１】図１０の半導体基板に印加される電圧と、図
１０の電源から半導体基板に流れる電流との関係を示す
電圧−電流特性曲線図。

【符号の説明】

１研磨盤２中心軸３Ｐ型シリコン基板４電解槽５電解液６回転制御装置７研磨量検出装置８電圧供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に研磨盤を接触させ、前記半
導体基板または前記研磨盤を回転させて前記半導体基板
の研磨を行う半導体基板の研磨方法において、前記半導体基板に第１の電極を接続し、前記研磨盤に第
２の電極を接続し、前記半導体基板の研磨厚さが予め定
めた規定値に達すると、前記半導体基板の前記研磨盤に
接触される面の研磨速度が所定速度以下となるように前
記第１および第２の電極間に所定レベルの電圧を印加す
ることを特徴とする半導体基板の研磨方法。
【請求項２】半導体基板に研磨盤を接触させ、前記半
導体基板および前記研磨盤の少なくとも一方を回転させ
て前記半導体基板の研磨を行う半導体基板の研磨方法に
おいて、前記半導体基板の内部に、互いに異なる導電型の半導体
領域が接する接合面を形成し、前記半導体基板に第１の
電極を接続し、前記研磨盤に第２の電極を接続し、前記
接合面の近傍における前記半導体基板の研磨速度が所定
速度以下となるように前記第１および第２の電極間に所
定レベルの電圧を印加することを特徴とする半導体基板
の研磨方法。
【請求項３】前記研磨盤は、複数の前記半導体基板を
同時に研磨可能とされ、各半導体基板ごとに設けられる前記第２の電極に印加さ
れる電圧はそれぞれ個別に制御可能とされ、各半導体基板が均一に研磨されるように、前記第１およ
び第２の電極間に前記所定レベルの電圧を印加する時期
を各半導体基板ごとに制御することを特徴とする請求項
１または２に記載された半導体基板の研磨方法。
【請求項４】前記研磨盤または前記半導体基板を回転
駆動する駆動部材の回転トルクの変動により前記半導体
基板の研磨終了時期を判断することを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載された半導体基板の研磨方
法。
【請求項５】前記第１および第２の電極間に流れる電
流の変動により前記半導体基板の研磨時期を判断するこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載され
た半導体基板の研磨方法。
【請求項６】前記半導体基板の材料はシリコンである
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載さ
れた半導体基板の研磨方法。