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技術 プラズマエッチング方法

出願人 SPPテクノロジーズ株式会社
発明者 村上彰一池本尚弥
出願日 2014年7月25日 (6年5ヶ月経過) 出願番号 2014-151985
公開日 2015年4月16日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2015-073081
状態 特許登録済
技術分野 プラズマの発生及び取扱い 半導体のドライエッチング
主要キーワード 天板上方 エッチング処理温度 凹部側壁 反応性エッチングガス 各原子間 底部幅 テーパ形 テーパ角度θ
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図面 (12)

課題

所望のテーパ角度を有したテーパ形状の凹部を炭化ケイ素基板に形成することができるプラズマエッチング方法を提供する。

解決手段

まず、形成すべき凹部のテーパ角度に応じて定まる第1流量比SFガス/(SiF4ガス+O2ガス))を設定する。次に、表面に開口部を有するマスクMを形成した炭化ケイ素基板Kを基台に載置し、当該炭化ケイ素基板Kを200℃以上に加熱した後、処理チャンバ内にSF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスをそれぞれ前記設定した第1流量比となるように同時に供給してプラズマ化するとともに、基台にバイアス電力を与え、炭化ケイ素基板Kのエッチングと、保護膜Hの形成とを並行して行い、保護膜Hによって保護しつつ、炭化ケイ素基板Kのエッチングを進行させ、炭化ケイ素基板Kにテーパ形状の凹部を形成する。

概要

背景

近年、半導体の材料として、ワイドギャップ半導体基板の1つである炭化ケイ素基板が注目を浴びている。この炭化ケイ素基板は、従来から広く用いられているシリコン(Si)基板ヒ化ガリウムGaAs)基板などに比べ、結晶格子定数が小さくバンドギャップが大きいという特徴を持っており、優れた物性を有することからシリコン基板GaAs基板ではカバーすることのできない分野などへの応用が期待されている。

ところが、上述したように、炭化ケイ素は、シリコンなどと比較して結晶の格子定数が小さい、言い換えれば、各原子間が強固に結合しているため、原子間の結合を切断し難く、シリコン基板などと比較して、エッチング加工を施し難いという欠点を有している。そこで、本願出願人らは、このような炭化ケイ素基板をプラズマエッチングする方法として、特開2011−96700号公報に開示されたプラズマエッチング方法を提案している。

このプラズマエッチング方法は、炭化ケイ素基板の表面にマスクとして二酸化ケイ素(SiO2)膜が形成された基板をエッチング対象とし、Heガスなどの不活性ガス処理チャンバ内に供給しプラズマ化して不活性ガス由来イオンなどを生成するとともに、炭化ケイ素基板が載置された基台バイアス電力印加し、生成されたイオンを炭化ケイ素基板に入射させることで、当該炭化ケイ素基板を200℃以上の所定のエッチング処理温度まで加熱する。ついで、六フッ化硫黄SF6)ガスなどのエッチングガスを処理チャンバ内に供給しプラズマ化してイオンやラジカルなどを生成するとともに、基台にバイアス電力を印加して、炭化ケイ素基板の温度を前記エッチング処理温度に維持した状態で、生成したイオンによるスパッタリングやラジカルとの化学反応によって炭化ケイ素基板をエッチングするというものである。

このプラズマエッチング方法によれば、基台に載置された炭化ケイ素基板を所定のエッチング処理温度まで加熱することによって、炭化ケイ素基板を構成するケイ素(Si)や炭素(C)間の結合を切断するのに必要なエネルギーの一部を与えることができ、原子間の結合を切断し易くなるため、エッチング加工を施し易くなり、また、高精度なエッチング加工も可能となる。

概要

所望のテーパ角度を有したテーパ形状の凹部を炭化ケイ素基板に形成することができるプラズマエッチング方法を提供する。まず、形成すべき凹部のテーパ角度に応じて定まる第1流量比(SF6ガス/(SiF4ガス+O2ガス))を設定する。次に、表面に開口部を有するマスクMを形成した炭化ケイ素基板Kを基台に載置し、当該炭化ケイ素基板Kを200℃以上に加熱した後、処理チャンバ内にSF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスをそれぞれ前記設定した第1流量比となるように同時に供給してプラズマ化するとともに、基台にバイアス電力を与え、炭化ケイ素基板Kのエッチングと、保護膜Hの形成とを並行して行い、保護膜Hによって保護しつつ、炭化ケイ素基板Kのエッチングを進行させ、炭化ケイ素基板Kにテーパ形状の凹部を形成する。

目的

本発明は、本願発明者らが、鋭意研究を重ねた結果なされたものであり、炭化ケイ素基板に所望のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができるプラズマエッチング方法の提供を、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

少なくともシリコン系ガス及び酸素ガスを含む保護膜形成用原料ガスと、反応性エッチングガスとを同時に処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、処理チャンバ内に配置された基台上に載置される炭化ケイ素基板プラズマエッチングして、該炭化ケイ素基板にテーパ形状のエッチング構造を形成する方法であって、前記炭化ケイ素基板の表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、前記保護膜形成用原料ガスの流量及び前記反応性エッチングガスの流量によって定まる比であって、形成すべきエッチング構造側壁面と底面とがなす角度に応じて定められる流量比を設定する流量比設定工程と、前記炭化ケイ素基板を前記処理チャンバ内の基台上に載置して、該炭化ケイ素基板を加熱し、前記反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスを前記設定した流量比になるように、所定の流量で前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記炭化ケイ素基板が載置された基台にバイアス電力印加して、前記炭化ケイ素基板に保護膜を形成しつつ、該炭化ケイ素基板をエッチングするエッチング工程とを行うようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法

請求項2

前記エッチング工程において、前記基台上に載置した炭化ケイ素基板を190℃以上に加熱することを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング方法。

請求項3

前記エッチング工程において、前記基台上に載置した炭化ケイ素基板を200℃以上に加熱することを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング方法。

請求項4

前記エッチング工程において、処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位(Vpp)が430V以上となるように、基台に印加するバイアス電力の大きさを設定することを特徴とする請求項1乃至3記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項5

前記角度に応じて定められる流量比は、前記反応性エッチングガス、シリコン系ガス及び酸素ガスの流量のうち、1つ又は2つのガスの流量を固定した状態で設定されることを特徴とする請求項1乃至4記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項6

前記角度に応じて定められる流量比は、前記反応性エッチングガス、シリコン系ガス及び酸素ガスの流量のうち、2つのガスの流量を固定した状態で設定されることを特徴とする請求項1乃至5記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項7

前記シリコン系ガスは、ハロゲンを含むことを特徴とする請求項1乃至6記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項8

前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄ガスであり、前記シリコン系ガスは、四フッ化ケイ素ガスであることを特徴とする請求項1乃至7記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項9

前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、前記反応性エッチングガスの流量の比である第1流量比であって、該第1流量比を、0.140以上0.35以下に設定することを特徴とする請求項1乃至8記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項10

前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、前記反応性エッチングガスの流量の比である第1流量比であって、該第1流量比を、0.140以上0.30以下に設定することを特徴とする請求項1乃至8記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項11

前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量と前記反応性エッチングガスの流量との和に対する、前記シリコン系ガスの流量の比である第2流量比であって、該第2流量比を、0.385より大きく、0.632以下に設定することを特徴とする請求項1乃至8記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項12

前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量と前記反応性エッチングガスの流量との和に対する、前記シリコン系ガスの流量の比である第2流量比であって、該第2流量比を、0.4より大きく、0.6以下に設定することを特徴とする請求項1乃至8記載のいずれかのプラズマエッチング方法。

請求項13

前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄ガスであり、前記シリコン系ガスは、四フッ化ケイ素ガスであり、前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、反応性エッチングガスの流量の比である第1流量比であって、該第1流量比の値を、0.140〜0.186の範囲内に設定して、前記エッチング工程において形成されるエッチング構造の前記角度が85.2°〜87.5°となるようにしたことを特徴とする請求項6記載のプラズマエッチング方法。

請求項14

前記保護膜形成用原料ガスは、同量の四フッ化ケイ素ガスと酸素ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項8記載のプラズマエッチング方法。

請求項15

前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、反応性エッチングガスの流量の比である第1流量比であって、該第1流量比の値を、0.250〜0.333の範囲内に設定して、前記エッチング工程において形成されるエッチング構造の前記角度が81.0°〜88.8°となるようにしたことを特徴とする請求項14記載のプラズマエッチング方法。

技術分野

0001

本発明は、炭化ケイ素基板プラズマエッチングするプラズマエッチング方法に関し、特に、炭化ケイ素基板にテーパ形状のエッチング構造を形成するプラズマエッチング方法に関する。

背景技術

0002

近年、半導体の材料として、ワイドギャップ半導体基板の1つである炭化ケイ素基板が注目を浴びている。この炭化ケイ素基板は、従来から広く用いられているシリコン(Si)基板ヒ化ガリウムGaAs)基板などに比べ、結晶格子定数が小さくバンドギャップが大きいという特徴を持っており、優れた物性を有することからシリコン基板GaAs基板ではカバーすることのできない分野などへの応用が期待されている。

0003

ところが、上述したように、炭化ケイ素は、シリコンなどと比較して結晶の格子定数が小さい、言い換えれば、各原子間が強固に結合しているため、原子間の結合を切断し難く、シリコン基板などと比較して、エッチング加工を施し難いという欠点を有している。そこで、本願出願人らは、このような炭化ケイ素基板をプラズマエッチングする方法として、特開2011−96700号公報に開示されたプラズマエッチング方法を提案している。

0004

このプラズマエッチング方法は、炭化ケイ素基板の表面にマスクとして二酸化ケイ素(SiO2)膜が形成された基板をエッチング対象とし、Heガスなどの不活性ガス処理チャンバ内に供給しプラズマ化して不活性ガス由来イオンなどを生成するとともに、炭化ケイ素基板が載置された基台バイアス電力印加し、生成されたイオンを炭化ケイ素基板に入射させることで、当該炭化ケイ素基板を200℃以上の所定のエッチング処理温度まで加熱する。ついで、六フッ化硫黄SF6)ガスなどのエッチングガスを処理チャンバ内に供給しプラズマ化してイオンやラジカルなどを生成するとともに、基台にバイアス電力を印加して、炭化ケイ素基板の温度を前記エッチング処理温度に維持した状態で、生成したイオンによるスパッタリングやラジカルとの化学反応によって炭化ケイ素基板をエッチングするというものである。

0005

このプラズマエッチング方法によれば、基台に載置された炭化ケイ素基板を所定のエッチング処理温度まで加熱することによって、炭化ケイ素基板を構成するケイ素(Si)や炭素(C)間の結合を切断するのに必要なエネルギーの一部を与えることができ、原子間の結合を切断し易くなるため、エッチング加工を施し易くなり、また、高精度なエッチング加工も可能となる。

先行技術

0006

特開2011−96700号公報

発明が解決しようとする課題

0007

ところで、炭化ケイ素基板から半導体を製造する際は、基板の表面にエッチング加工を施して溝や穴など(以下、「凹部」という)を形成し、この凹部に金属を充填して回路を形成させているが、この際、凹部に金属が密に充填されないと、回路に欠陥が生じ、導通不良などの問題が引き起こされる。したがって、凹部の形状は、金属を密に充填し易い形状、例えば、開口部から底部に向けて縮径したテーパ形状であることが好ましい。

0008

しかしながら、上記従来のプラズマエッチング方法によって、炭化ケイ素基板にエッチング加工を施した場合、凹部はテーパ形状ではなく、側壁の中央部分が円弧状に抉られたボウイング形状となる。このように、凹部がボウイング形状となるのは、以下の理由によるものと考えられる。

0009

即ち、上記従来のプラズマエッチング方法においては、上述したように、炭化ケイ素基板を予めエッチング処理温度にまで加熱し、このエッチング処理温度を維持した状態でエッチングするようにしているため、各原子間の結合が切断され易くなっている。したがって、ラジカルなどのエッチング種との化学反応による等方的なエッチングが進行し、炭化ケイ素基板に形成される凹部の形状は、上述した所謂ボウイング形状になる。

0010

このように、凹部の形状がボウイング形状である場合には、半導体製造工程における上記問題が生じるだけでなく、この他にも、化学気相蒸着法CVD法)によって基板に成膜処理を施す際に、凹部の側壁に薄膜が形成し難くなるという問題も生じる。

0011

更に、近年、半導体素子微細化に伴い、凹部の形状をテーパ形状にするだけではなく、そのテーパ角度の制御などといったより緻密にエッチング構造を制御することが要求されている。また、半導体製造工程における金属充填の容易化を図る上でもテーパ角度を制御することの重要性増している。

0012

そこで、本願発明者らは、所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができるプラズマエッチング方法について、鋭意研究を重ねた結果、シリコン系ガス及び酸素ガスを含む保護膜形成用原料ガスとエッチングガスとを所定の流量比で処理チャンバ内に同時に供給し、炭化ケイ素基板にエッチング加工を施すことによって、流量比に応じて定まる種々のテーパ角度を有する凹部を形成させることができることを知見するに至った。

0013

本発明は、本願発明者らが、鋭意研究を重ねた結果なされたものであり、炭化ケイ素基板に所望のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができるプラズマエッチング方法の提供を、その目的とする。

課題を解決するための手段

0014

上記目的を達成するための本発明は、
少なくともシリコン系ガス及び酸素ガスを含む保護膜形成用原料ガスと、反応性エッチングガスとを同時に処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、処理チャンバ内に配置された基台上に載置される炭化ケイ素基板をプラズマエッチングして、該炭化ケイ素基板にテーパ形状のエッチング構造を形成する方法であって、
前記炭化ケイ素基板の表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、
前記保護膜形成用原料ガスの流量及び前記反応性エッチングガスの流量によって定まる比であって、形成すべきエッチング構造側壁面と底面とがなす角度に応じて定められる流量比を設定する流量比設定工程と、
前記炭化ケイ素基板を前記処理チャンバ内の基台上に載置して、該炭化ケイ素基板を加熱し、前記反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスを前記設定した流量比になるように、所定の流量で前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記炭化ケイ素基板が載置された基台にバイアス電力を印加して、前記炭化ケイ素基板に保護膜を形成しつつ、該炭化ケイ素基板をエッチングするエッチング工程とを行うようにしたプラズマエッチング方法に係る。

0015

このプラズマエッチング方法によれば、まず、炭化ケイ素基板をプラズマエッチングするに当たり、当該炭化ケイ素基板の表面に開口部を有するマスクを形成する。

0016

ついで、炭化ケイ素基板に形成すべきエッチング構造における側壁面の底面に対する角度に応じて、保護膜形成用原料ガスの流量及び反応性エッチングガスの流量によって定まる比を設定する、即ち、エッチング構造が所定のテーパ角度を有するテーパ形状となるように、流量比を設定する。尚、前記流量比の値は、テーパ角度と流量比との相関実験的に求めた値であって、テーパ角度と流量比との相関を求めるにあたっては、例えば、反応性エッチングガス、シリコン系ガス及び酸素ガスのうち、1つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて相関を求めるようにしても良いし、2つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて求めるようにしても良い。また、1つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスが同量となるように各ガスの流量を変化させて、テーパ角度と流量比との相関を求めるようにしても良い。

0017

次に、表面にマスクが形成された炭化ケイ素基板を基台上に載置して加熱する。尚、炭化ケイ素基板の加熱温度は、サブトレンチの発生を効果的に抑制し、精度良くエッチング構造を形成するために190℃以上であることが好ましく、200℃〜1000℃であることがより好ましい。

0018

その後、前記反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスを、前記設定した流量比となるように、その供給流量を調整した状態で処理チャンバ内に同時に供給し、当該反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスをプラズマ化する。しかる後、炭化ケイ素基板が載置された基台にバイアス電力を印加し、プラズマ化された保護膜形成用原料ガスによって炭化ケイ素基板上に保護膜(二酸化ケイ素)を形成しつつ、プラズマ化されたエッチングガスによって炭化ケイ素基板をエッチングする。

0019

このように、本発明に係るプラズマエッチング方法において、形成すべきエッチング構造のテーパ角度に応じた所定の流量比となるように、反応性エッチングガスと保護膜形成用原料ガスとを所定の流量で処理チャンバ内に同時に供給しプラズマ化して、炭化ケイ素基板に対して保護膜しつつエッチング加工を行うようにすることで、所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部(エッチング構造)を形成することができる。

0020

これは、凹部側壁へ保護膜が形成される量(時間当たりの量)と、イオン及びエッチング種による異方性エッチング速度との相関関係(例えば、比率)によるものだと考えられる。以下、図1を参照しつつ、炭化ケイ素基板に所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部が形成する過程について説明する。尚、図1において、炭化ケイ素基板にはK、マスクにはM、保護膜にはHの符号を付した。

0021

まず、図1(a)に示すように、炭化ケイ素基板KにおけるマスクM開口部下に位置する部分が、反応性エッチングガスをプラズマ化することによって生成したイオンによるスパッタリングやラジカルなどの反応性を有するエッチング種(以下、単に「エッチング種」という)との化学反応によってエッチングされるとともに、シリコン系ガス由来のSiなどの、反応性を有する保護膜形成種(Si)(以下、単に「保護膜形成種」という)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応、スパッタリングによって炭化ケイ素基板Kから物理的に解離した保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応、及び炭化ケイ素基板のエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によって凹部の側壁に保護膜Hが形成される。斯くして、炭化ケイ素基板Kが異方性エッチングされる。尚、保護膜Hも、イオンによるスパッタリングによって少なからずエッチングされる。

0022

図1(b)に示すように、その後も同様に、側壁が保護膜Hによって保護された状態で凹部の深さ方向へのエッチングが更に進行すると、イオンによるスパッタリングによってエッチングが行われる凹部の底部との距離が離れた部分は、炭化ケイ素基板から物理的に解離した保護膜形成種(Si)が供給され難くなるが、保護膜形成用原料ガスにシリコン系ガスが含まれていることで、このシリコン系ガス由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によって更に保護膜Hが形成されるため、当該保護膜Hは、エッチングされつつもその厚みが増していく。また、凹部の底部は、上記と同様に、シリコン系ガス由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応、炭化ケイ素基板Kから物理的に解離した保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応、又はエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によって底部近傍の側壁に保護膜Hが形成されつつ、イオンによるスパッタリングやエッチング種との化学反応によるエッチングが進行する。この際、上述したように、エッチングが進むにつれて、側壁に形成された保護膜Hの厚みが増していくことで、エッチングに関与するイオンやエッチング種の進入口である凹部の開口部が徐々に狭くなっていくため、凹部底部の幅が徐々に狭くなり、形成される凹部の幅が、開口部側から底部側に向けて徐々に狭くなる。

0023

そして、凹部の側壁に形成された保護膜Hの厚みが増しつつ、炭化ケイ素基板の深さ方向へのエッチングが進行し、最終的に、図1(c)に示すように所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部が形成される。尚、後工程で不要となる保護膜Hは、適宜処理工程を経て除去される。

0024

また、本発明のプラズマエッチング方法においては、上述したように、シリコン系ガス由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によっても凹部の側壁に保護膜Hが形成されるようになっている。したがって、スパッタリングによって解離する保護膜形成種(Si)の量を増やすことなく、凹部の側壁に十分な量の保護膜Hが形成されるため、電界が集中し易い側壁の下の部分がスパッタリングによって物理的にエッチングされることで生じるサブトレンチの発生を抑えることができる。

0025

尚、本願でいう「テーパ形状」とは、凹部における、底部幅よりも開口幅の方が広く、側壁全体が略直線であるものをいうものとする。また、本願では、図1(c)に示すように、凹部の底面と側壁とがなす角度(補角θ)を「テーパ角度」と定義し、この「テーパ角度θ」は、凹部の開口部の幅をW1、底部の幅をW2、開口部から底部までの深さをDとすると、以下の式から算出することができる。
(数式1)
θ(°)=tan−1〔D/{(W1−W2)/2}〕

0026

また、本願でいうサブトレンチが発生している状態とは、図2に示すように、側壁における直線部分の下端を通る基準線SLとエッチング構造底面TBとの差Δdをラウンド度とし、基準線SLよりもエッチング構造底面TBが下方にある場合(図2図参照)のラウンド度を「+」、上方にある場合(図2右図参照)のラウンド度を「−」と定義した場合に、ラウンド度が「−」である場合をいうものとし、サブトレンチが発生していない状態とは、ラウンド度が0以上である場合をいうものとする。

0027

また、本発明のプラズマエッチング方法において、形成される凹部のテーパ角度は、保護膜形成用原料ガスの流量及び反応性エッチングガスの流量によって定まる比に依存する。したがって、流量比設定工程において、エッチング工程で形成すべき凹部のテーパ角度に応じて前記流量比を設定することで、エッチング工程で形成される凹部のテーパ角度を所望の角度とすることができる。

0028

尚、上述したように、保護膜Hは、スパッタリングによって炭化ケイ素基板Kから物理的に解離した保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によっても形成されるため、これら2つの保護膜形成種の量をコントロールし、保護膜Hが形成される速度を調整して、上記のように、凹部のテーパ角度を所望の角度とすることも可能であると考えられる。しかしながら、炭化ケイ素基板から物理的に解離する保護膜形成種(Si)の量及びエッチングによって生成した反応生成物由来の保護膜形成種(Si)の量は、基台に印加するバイアス電力の大きさや、処理チャンバ内の圧力、ガスの流量などの複数の諸要因に依存する。したがって、前記炭化ケイ素基板から解離した保護膜形成種(Si)及び反応生成物由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によって保護膜Hが形成される場合、所望のテーパ角度の凹部を形成させるためには、上記エッチングガスの流量、バイアス電力の大きさや処理チャンバ内の圧力を適宜設定して炭化ケイ素基板から解離する保護膜形成種(Si)の量及び反応生成物由来の保護膜形成種(Si)の量を厳密にコントロールしなければならず、その制御が極めて複雑で容易ではない。

0029

これに対して、本発明のプラズマエッチング方法においては、上述したように、シリコン系ガス由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によっても保護膜Hが形成するようになっており、前記流量比を設定するだけで、容易且つ精度良く所望のテーパ角度を有する凹部を形成させることができる。

0030

また、従来は、炭化ケイ素基板由来の保護膜形成種(Si)の単位面積当たりの量は、基板周縁部に比べて中央部の方が多いため、基板周縁部より中央部の方が形成される保護膜の量が多く、結果的に基板に形成されるエッチング形状にばらつきが生じていた。これに対して、本発明のプラズマエッチング方法においては、上述したように、シリコン系ガスを供給することによって、当該シリコン系ガス由来の保護膜形成種(Si)が基板全体に均一に行き渡る。これにより、炭化ケイ素基板由来の保護膜形成種(Si)に加え、エッチング量に依存しない保護膜形成種(Si)も保護膜の形成に関与するようになるため、炭化ケイ素基板由来の保護膜形成種(Si)の単位面積当たりにおける量のウェハ面内差の影響を受け難くなる。したがって、エッチング構造の角度を精度よく調整でき、また、形状の均一性を保つことができる。

0031

尚、前記保護膜形成用原料ガスは、ハロゲンを含むシリコン系ガスと、酸素(O2)ガスとの混合ガスであることが好ましく、ハロゲンを含むシリコン系ガスとしては、四フッ化ケイ素(SiF4)ガスや四塩化ケイ素(SiCl4)ガスを例示することができる。

0032

この場合、ハロゲンを含むシリコン系ガスがプラズマ化されることによって、ハロゲンイオンハロゲンラジカルなどのエッチング種が生成し、ハロゲンイオンによるスパッタリングやエッチング種との化学反応によって炭化ケイ素基板がエッチングされる。このように、シリコン系ガスが保護膜の形成に関与するだけでなく、炭化ケイ素基板のエッチングにも関与するため、保護膜によって凹部の側壁を保護しつつ、炭化ケイ素基板のエッチング速度を上げることができる。

0033

また、前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄(SF6)ガスであることが好ましく、前記保護膜形成用原料ガスは、四フッ化ケイ素(SiF4)ガスと酸素ガスとの混合ガスであることが好ましい。

0034

また、前記角度に応じて定められる流量比を、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、前記反応性エッチングガスの流量の比(第1流量比)とする場合、この第1流量比は、0.140以上0.35以下に設定することが好ましい。このようにすれば、所謂サブトレンチの発生を比較的抑えた上で、所望のテーパ角度を有する凹部を形成することができる。

0035

更に、前記第1流量比は、0.140以上0.30以下に設定することがより好ましい。このようにすれば、サブトレンチの発生をより確実に抑えた上で、所望のテーパ角度を有する凹部を形成することができる。

0036

また、前記角度に応じて定められる流量比を、前記保護膜形成用原料ガスの流量と前記反応性エッチングガスの流量との和に対する、前記シリコン系ガスの流量の比(第2流量比)とする場合、この第2流量比は、0.385より大きく、0.632以下に設定することでサブトレンチの発生を比較的抑えることができ、0.4より大きく、0.6以下に設定することによってより効果的にサブトレンチの発生を抑制することができる。

0037

尚、反応性エッチングガスとしてSF6ガスを用い、保護膜形成用原料ガスとして、SiF4ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、これらのガスのうち2種の流量を固定し、残りのガスの流量を変えて前記第1流量比の値を変えるようにした場合、本願発明者らの実験結果によると、前記第1流量比の値を0.140〜0.186の範囲内に設定することで、85.2°〜87.5°の範囲内の所望のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができる。

0038

また、前記保護膜形成用原料ガスは、同量のSiF4ガスとO2ガスとの混合ガスであることが好ましい。この場合、本願発明者らの実験結果によると、前記第1流量比の値を0.250〜0.333の範囲内に設定することで、81.0°〜88.8°の範囲内の所望のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができ、また、この場合、第1流量比の値を大きくすることで、形成される凹部のテーパ角度を大きくすることができるため、所望のテーパ角度を有する凹部を容易に形成させることができる。

0039

このようになるのは、第1流量比の値が増加する、言い換えれば、反応性エッチングガスの流量に対する保護膜形成用原料ガスの流量を減少させた状態でエッチング工程を行うと、深さ方向への異方性エッチング速度が、側壁に保護膜が形成される速度に対して相対的に速くなるため、最終的に形成される凹部のテーパ角度が大きくなる。また、逆に、第1流量比の値が減少した状態、すなわち、反応性エッチングガスの流量に対する保護膜形成用原料ガスの流量を増加させた状態でエッチング工程を行うと、深さ方向への異方性エッチング速度が、保護膜が形成される速度に対して相対的に遅くなるため、形成される凹部のテーパ角度が小さくなるためだと考えられる。

0040

尚、この場合、第1流量比の値が0.250よりも小さいと、形成される保護膜の量が多くなり、凹部の深さ方向へのエッチングが進行し難くなる。また、第1流量比が0.333よりも多い場合も、保護膜が形成される量が多くなりすぎ、凹部の深さ方向へのエッチングが進行し難くなる。

0041

尚、本発明に係るプラズマエッチング方法においては、炭化ケイ素基板のエッチングを適切に進行させるために、処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位(Vpp)が430V以上となるように、基台に印加するバイアス電力の大きさを設定することが好ましい。

発明の効果

0042

以上のように、本発明のプラズマエッチング方法によれば、炭化ケイ素基板に均一なテーパ形状の凹部を形成することができ、更に、そのテーパ角度を所望の角度とすることができ、また、サブトレンチの発生を抑えた上で、所望のテーパ角度の凹部を形成することができる。

図面の簡単な説明

0043

炭化ケイ素基板にテーパ形状の凹部が形成する過程を説明するための説明図である。
ラウンド度を説明するための説明図である。
本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置概略構成を示した断面図である。
実施例1〜3におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
実施例1〜3における第1流量比(SF6ガス/(SiF4ガス+O2ガス))と炭化ケイ素基板に形成する凹部のテーパ角度との関係を説明するための説明図である。
比較例1〜6におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
ローディング効果を説明するための説明図であり、(a)はSiF4ガスを用いない場合を示し、(b)はSiF4ガスを用いた場合を示す。
実施例4〜10におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
実施例11〜18におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
実施例19〜21におけるエッチングの結果をまとめた表である。
実施例19〜21における基板表面温度とラウンド度との関係を示したグラフである。

実施例

0044

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。

0045

まず、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施するためのエッチング装置1について説明する。このエッチング装置1は、閉塞空間を有する処理チャンバ11と、この処理チャンバ11内に昇降自在に配設され、炭化ケイ素基板Kが載置される基台15と、当該基台15を昇降させる昇降シリンダ18と、処理チャンバ11内にエッチングガス、保護膜形成用原料ガス及び不活性ガスを供給するガス供給装置20と、処理チャンバ11内に供給されたエッチングガス、保護膜形成用原料ガス及び不活性ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置30と、基台15に高周波電力を供給する高周波電源35と、処理チャンバ11内の圧力を減圧する排気装置40とから構成される。

0046

前記処理チャンバ11は、相互に連通した内部空間を有する上チャンバ12及び下チャンバ13から構成され、上チャンバ12は、下チャンバ13よりも小さく形成される。また、前記基台15は、炭化ケイ素基板Kが載置される上部材16と、昇降シリンダ18が接続される下部材17とから構成され、下チャンバ13内に配置されている。

0047

前記ガス供給装置20は、エッチングガスとして、SF6ガスを供給するSF6ガス供給部21と、保護膜形成用原料ガスとして、SiF4ガス及びO2ガスをそれぞれ供給するSiF4ガス供給部22及びO2ガス供給部23と、不活性ガスとして、例えば、Arガスなどを供給する不活性ガス供給部24と、一端が上チャンバ12の上面に接続し、他端が分岐して前記SF6ガス供給部21、SiF4ガス供給部22、O2ガス供給部23及び不活性ガス供給部24にそれぞれ接続した供給管25とを備え、SF6ガス供給部21、SiF4ガス供給部22、O2ガス供給部23及び不活性ガス供給部24から供給管25を介して処理チャンバ11内にそれぞれSF6ガス、SiF4ガス、O2ガス及び不活性ガスを供給する。

0048

前記プラズマ生成装置30は、所謂誘導結合プラズマ(ICP)を生成する装置であって、上チャンバ12に配設された環状のコイル31と、当該各コイル31に高周波電力を供給する高周波電源32とから構成され、高周波電源32によってコイル31に高周波電力を供給することで、上チャンバ12内に供給されたSF6ガス、SiF4ガス、O2ガス及び不活性ガスをプラズマ化する。

0049

また、前記高周波電源35は、前記基台15に高周波電力を供給することで、基台15とプラズマとの間にバイアス電位を与え、SF6ガス、SiF4ガス、O2ガス及び不活性ガスのプラズマ化により生成されたイオンを、基台15上に載置された炭化ケイ素基板Kに入射させる。

0050

前記排気装置40は、気体排気する真空ポンプ41と、一端が前記真空ポンプ41に接続し、他端が下チャンバ13の側面に接続した排気管42とからなり、当該排気管42を介して真空ポンプ41が前記処理チャンバ11内の気体を排気し、処理チャンバ11内部を所定圧力に維持する。

0051

次に、以上のように構成されたエッチング装置1を用いて炭化ケイ素基板Kをプラズマエッチングする方法について説明する。

0052

まず、炭化ケイ素基板Kをプラズマエッチングするに当たり、炭化ケイ素基板Kにマスク形成処理を施す。

0053

このマスク形成処理によって、炭化ケイ素基板Kの表面に、例えば、蒸着法(化学気相蒸着法(CVD)や物理気相蒸着法(PVD))などを用いてマスクを形成させた後、当該マスクに開口部を備えた所定のマスクパターンを形成する。尚、本実施形態においては、マスクはニッケル(Ni)から構成されるものとするが、これに限られるものではなく、例えば、他のメタルマスクや二酸化ケイ素から構成されていても良い。

0054

次に、炭化ケイ素基板Kに形成される凹部(エッチング構造)を所望のテーパ角度を有するテーパ形状にするために、炭化ケイ素基板Kに形成すべき凹部における側壁面と底面とがなす角度(テーパ角度)に応じて定まる、SiF4ガス及びO2ガスの総流量に対するSF6ガスの流量の比(SF6ガス/(SiF4ガス+O2ガス))である第1流量比を設定する。尚、前記第1流量比の値は、テーパ角度と流量比との相関を予め実験的に求めた値であって、本例においては、SF6ガスの流量を固定した状態で、SiF4ガスとO2ガスとが同量となるように各ガスの流量を変化させて求めた値であり、その数値範囲は、0.250〜0.333である。また、第1流量比の設定は、例えば、目的とするテーパ角度に対応した第1流量比となるように、各ガス供給部21,22,23ごとにガスの流量を調整するようにしても良いし、目的とするテーパ角度を指定することによって、各ガス供給部21,22,23から供給されるガスの流量が適宜制御装置により自動的に設定されるようにしても良い。各ガスの流量を自動で設定する場合には、所定のテーパ角度に応じて定められる第1流量比に対応した各ガスの供給流量を予め制御装置内に記憶させておくようにする。

0055

次に、マスクを形成させた炭化ケイ素基板Kに対してプラズマエッチング処理を行う。

0056

まず、炭化ケイ素基板Kをエッチング装置1内に搬入して基台15上に載置し、この炭化ケイ素基板Kの温度を200℃〜1000℃の温度範囲内の所定のエッチング処理温度にまで加熱する。具体的には、不活性ガス供給部24から処理チャンバ11内に不活性ガスを供給するとともに、高周波電源32,35によってコイル31及び基台15に高周波電力を印加する。これにより、処理チャンバ11内に供給した不活性ガスがプラズマ化され、このプラズマ化により生成したイオンが、基台15に高周波電力を印加することで生じたバイアス電位によって、基台15上に載置された炭化ケイ素基板Kに入射、衝突する。そして、炭化ケイ素基板Kに衝突したイオンのエネルギーを吸収して温度が上昇し、やがてエッチング処理温度で平衡状態に達する。尚、処理チャンバ11内の圧力は、前記排気装置40によって所定の圧力に維持される。

0057

ついで、炭化ケイ素基板Kの温度がエッチング処理温度で平衡状態に達した炭化ケイ素基板Kをエッチングする。具体的には、前記各ガス供給部21,22,23から処理チャンバ11内にSF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスをそれぞれ前記設定した第1流量比となるように供給し、高周波電源32,35によってコイル31及び基台15に高周波電力を印加する。これにより、処理チャンバ11内に供給したSF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスがプラズマ化される。

0058

そして、SF6ガス及びSiF4ガスのプラズマ化により生成したフッ素イオンやエッチング種(例えば、フッ素ラジカル)によって炭化ケイ素基板Kがエッチングされるとともに、O2ガスのプラズマ化により生成した保護膜形成種(O)が、炭化ケイ素基板Kがイオンによってスパッタリングされることで生じた保護膜形成種(Si)、炭化ケイ素基板Kのエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物(SiF4)由来の保護膜形成種(Si)及びSiF4ガス由来の保護膜形成種(Si)と反応して炭化ケイ素基板Kの表面に保護膜が形成される。このようにして、炭化ケイ素基板Kのエッチングと、保護膜の形成とが同時並行で行われ、保護膜によって保護されつつ、炭化ケイ素基板Kの異方性エッチングが進行し、炭化ケイ素基板Kに前記所定のテーパ角度を有するテーパ状凹部が形成する。

0059

また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、第1流量比によって形成される凹部のテーパ角度が決まるため、適宜第1流量比を設定することで、所望のテーパ角度を有する凹部を形成させることができる。

0060

このように、凹部の形状がテーパ形状となり、そのテーパ角度が第1流量比によって変化するのは、以下の理由によるものだと考えられる。

0061

即ち、本実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、SF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスを同時に供給しプラズマ化するようにしており、これにより、炭化ケイ素基板Kから物理的に解離した保護膜形成種(Si)とO2ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応及び炭化ケイ素基板Kのエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物(SiF4)由来の保護膜形成種(Si)と酸素ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応だけでなく、SiF4ガス由来の保護膜形成種(Si)とO2ガス由来の保護膜形成種(O)との化学反応によっても保護膜が形成される。このため、エッチングが進行するにつれて、側壁に形成された保護膜の厚みが増し、凹部の開口部が徐々に狭くなっていき、エッチングされる部分、すなわち、凹部の底部の幅が徐々に狭くなる。したがって、最終的に形成される凹部の幅が開口部側から底部側に向けて縮径したテーパ形状となるのである。そして、設定する第1流量比を変えると、保護膜が形成される速度に対する深さ方向への異方性エッチング速度が相対的に変化するため、最終的に異なるテーパ角度を有する凹部が形成されるのである。

0062

因みに、本願発明者らは、本実施形態のプラズマエッチング方法を適用して、SF6ガスを20sccm、SiF4ガス及びO2ガスを両者の流量が同量となるようにそれぞれ30〜40sccm内の所定の流量で同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を2000W、バイアス電力を700W、処理チャンバ内の圧力を0.7Paとして、Niマスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す実験を行った。尚、図4は、実施例1〜3における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。また、図5は、実施例1〜3における各エッチング条件で形成された凹部の形状を示した図であり、(a)は実施例1、(b)は実施例2、(c)は実施例3で形成された凹部の形状を示している。尚、図5中の符号Kは炭化ケイ素基板、符号Mはマスク、符号Hは保護膜を示している。

0063

図4及び図5に示すように、第1流量比の値を0.250とした実施例1ではテーパ角度θ1が81.0°の凹部が形成され(図5(a)参照)、第1流量比の値を0.286とした実施例2ではテーパ角度θ2が84.4°の凹部が形成され(図5(b)参照)、第1流量比の値を0.333とした実施例3ではテーパ角度θ3が88.8°の凹部が形成された(図5(c)参照)。

0064

以上のように、いずれの場合も側壁全体が直線的なテーパ形状の凹部が形成し、第1流量比の値が大きくなるにつれて、テーパ角度も大きくなっている。このように、第1流量比の値が大きくなるにつれて、テーパ角度が大きくなるのは、第1流量比の値が大きくなる、換言すれば、SiF4ガス及びO2ガスの総流量に対するSF6ガスの流量が多くなることによって、深さ方向への異方性エッチング速度が、保護膜Hが凹部の側壁に形成される速度に対して相対的に速くなるためだと考えられる。

0065

また、本願発明者らは、保護膜形成用原料ガスとしてのSiF4ガスが形成されるエッチング形状に及ぼす影響について検討するために、SF6ガスを40sccm、O2ガスを0〜100sccm内の所定の流量で同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を2500W、バイアス電力を700W、処理チャンバ内の圧力を3Paとして、Niマスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す比較実験を行った。尚、図6は、比較例1〜6における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。また、同図中における「ラウンド度」とは、図2に示すように、エッチング構造の側壁における直線部分の下端を通る基準線SLとエッチング構造底面TBとの差Δdであり、エッチング構造底面TBが基準線SLよりも下方にある場合に「+」、上方にある場合を「−」と定義したものであって、当該ラウンド度が0未満である場合にはサブトレンチが発生しているものとし、ラウンド度が0以上である場合にはサブトレンチが発生していないものとする。

0066

図6に示すように、比較例1〜3では、サブトレンチは発生しないものの、凹部の形状がボウイング形状となっており、一方、比較例4〜6では、凹部の形状はボウイング形状とはならないものの、サブトレンチが発生している。即ち、保護膜形成用原料ガスとしてO2ガスのみを用いた場合には、サブトレンチがなく、ボウイング形状でもない凹部を形成することができない。

0067

これに対して、本発明の実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、保護膜形成用原料ガスとしてSiF4ガスとO2ガスとを用いるようにしているため、サブトレンチの発生を最小限に抑えた上で、テーパ形状の凹部を形成することができる。

0068

更に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法では、上述したように、SiF4ガスが保護膜の形成に関与するだけでなく、炭化ケイ素基板のエッチングにも関与するようになっているため、保護膜によって凹部の側壁を保護しつつ、炭化ケイ素基板のエッチング速度を上げることができる。尚、このように、保護膜形成用原料ガスに含まれるSiF4ガスが炭化ケイ素基板のエッチングにも関与するようになっている。したがって、単純に反応性エッチングガスと保護膜形成用原料ガスとの流量比を予測することができないため、上述したように、テーパ角度と流量比との相関を実験的に求める必要がある。

0069

ところで、SiF4ガスなどのシリコン系ガスを用いないプラズマエッチング方法において、炭化ケイ素とSF6ガスなどのエッチングガス由来のエッチング種との化学反応によって、保護膜の形成に寄与するSiF4などが生成される(図7(a)参照)が、基板の中心部と周縁部とでは、中心部の方がエッチングされる量が多いため、基板の周縁部よりも中心部の方がSiF4などが多く生成される。そのため、基板中心部では、周縁部よりも保護膜の形成が促進され、当該基板中心部のエッチング速度と周縁部のエッチング速度との間に差が生じ、基板全体を均一にエッチングすることが困難であった。

0070

これに対して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、SiF4ガスを供給することによって、このSiF4ガス由来の十分な量の保護膜形成種(Si)が基板の周縁部にまで均一に行き渡る。これにより、図7(b)に示すように、炭化ケイ素とエッチング種との化学反応によって生成されるSiF4由来の保護膜形成種(Si)だけでなく、その量がエッチング量に依存しないSiF4由来の保護膜形成種(Si)も保護膜の形成に関与するようになるため、SiF4ガスを用いない場合と比較して形成される凹部の角度を精度よく調整でき、また、基板全体における凹部の形状を均一なものにすることができる。

0071

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の取り得る態様は何らこれに限定されるものではない。

0072

上例においては、第1流量比の値を、SF6ガスの流量を固定した状態で、SiF4ガスとO2ガスとが同量となるように各ガスの流量を変化させて求めた値としたが、SiF4ガスの流量とO2ガスの流量とは必ずしも同量である必要はない。また、設定する第1流量比の値は、1つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて求めた値に限られず、2つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて求めた値であっても良い。

0073

因みに、本願発明者らが、SF6ガスを6〜8sccm、SiF4ガスを24〜26sccm、O2ガスを16〜20sccm内の所定の流量でそれぞれ同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を1750W、バイアス電力を700W、処理チャンバ内の圧力を0.7Paとして、SiO2マスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す実験を行ったところ、いずれの場合も側壁全体が直線的なテーパ形状の凹部が形成した。図8は、実施例4〜10における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。

0074

図8からわかるように、SF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスの流量をそれぞれ変えて所定の第1流量比を設定するようにしても、第1流量比の値が0.140〜0.186の間で、テーパ角度が85.2°〜87.5°の範囲内の所定の角度を有したテーパ形状の凹部を形成させることができる。

0075

尚、本発明に係るプラズマエッチング方法においては、第1流量比の値を0.140以上0.35以下に設定することで、サブトレンチの発生を極力抑えることができ、0.140以上0.30以下に設定することで、サブトレンチの発生を更に抑えることができる。

0076

因みに、本願発明者らは、第1流量比の値とサブトレンチの発生の有無との間の関連性について検討するために、SF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスを、第1流量比の値が0.23〜0.39の範囲となるように、所定の流量でそれぞれ処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を1750W、バイアス電力を200〜400W、処理チャンバ内の圧力を0.8Paとして、SiO2マスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す実験を行った。尚、図9は、実施例11〜18における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。

0077

図9に示すように、第1流量比の値を0.26とした実施例11では、形成された凹部の形状がボウイング形状でもなく、サブトレンチの発生もなかった。一方、第1流量比を0.31、0.35とした実施例12、実施例13については、わずかなサブトレンチは形成されたものの、ボウイング形状でない凹部が形成され、また、第1流量比の値を0.39とした実施例14では、実施例12,13よりも大きなサブトレンチが形成されたものの、同様に、ボウイング形状でない凹部が形成された。ここで、ラウンド度は−0.20よりも大きい方が好ましいため、上述したように、第1流量比の値は0.35以下とすることが好ましく、更にラウンド度を高めるためには、0.30以下とすることが好ましい。尚、実施例11〜14における処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位(Vpp)は、それぞれ544V、542V、544V、558Vであった。

0078

ここで、実施例15〜18の結果に着目すると、第1流量比の値を0.30以下である0.23とした実施例15及び実施例16では、バイアス電力の大きさに依存することなく、形成された凹部の形状がボウイング形状でもなく、サブトレンチの発生もない。これに対して、第1流量比の値を0.30よりも大きい0.33とした実施例17及び実施例18では、興味深い結果が得られた。バイアス電力を250Wに設定した実施例18では、わずかなサブトレンチが形成されているのに対し、バイアス電力を200Wに設定した実施例17では、サブトレンチの発生が見られなかった。このことから、サブトレンチが発生し得る第1流量比の値の範囲であっても、バイアス電力を適切な大きさに設定することにより、サブトレンチの発生を抑えることができることがわかる。

0079

また、本願発明者らは、処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位(Vpp)がエッチングの進行に及ぼす影響について検討するために、SF6ガスを11sccm、SiF4ガスを30sccm、O2ガスを18sccmの流量で処理チャンバ内に供給し、SiO2マスクが形成された炭化ケイ素基板にVppの異なる条件でエッチング加工を施す実験を行ったところ、Vppが430Vのときはエッチングが正常に進行した。これに対して、Vppが400Vのときは、エッチングは進行したものの残渣の存在が確認され、240Vのときにはエッチングストップが起こった。このことから、Vppが430V以上となる条件で炭化ケイ素基板のエッチングを行うことで、エッチングが正常に進行することが分かった。

0080

更に、上例においては、テーパ角度に応じて定められる流量比を、保護膜形成用原料ガス(SiF4ガス+O2ガス)の流量に対する反応性エッチングガス(SF6ガス)の流量の比である第1流量比としているが、保護膜形成用原料ガスの流量と反応性エッチングガスの流量との和に対する、シリコン系ガス(SiF4ガス)の流量の比(SiF4ガス/(SF6ガス+SiF4ガス+O2ガス))である第2流量比としても良い。

0081

この場合、図9に示すように、第2流量比の値を0.385より大きく、0.632以下に設定することでラウンド度が−0.20よりも大きくなりサブトレンチの発生が極力抑えられ、第2流量比の値を0.4より大きく、0.6以下に設定することで、サブトレンチの発生を更に抑制することができる。

0082

また、本願発明者らは、エッチング開始時の炭化ケイ素基板の温度がサブトレンチの発生に及ぼす影響について検討するために、炭化ケイ素基板の加熱時間を変えることにより炭化ケイ素基板表面の3種類の異なる温度に変化させた上で、炭化ケイ素基板に対してエッチング加工を施す実験を行った。尚、予備加熱工程は、Arガスを100sccmの流量で処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を2500W、バイアス電力を100W、処理チャンバ内の圧力を3Paとして、実施例19では10秒間、実施例20では25秒間、実施例21では40秒間処理を行った。また、エッチング工程は、SF6ガスを9sccm、SiF4ガスを12sccm、O2ガスを20sccm、Arガスを150sccmの流量でそれぞれ同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を2000W、バイアス電力を330W、処理チャンバ内の圧力を0.8Paとして、各実施例とも3秒間処理を行った。図10は、実施例19〜21についての結果をまとめた表であり、図11は、実施例19〜21における基板表面温度とラウンド度との関係を示したグラフである。

0083

図10に示すように、予備加熱工程の処理時間が長い方が炭化ケイ素基板に入射、衝突するイオンの量が増加するため、基板の表面温度が高くなっている。また、基板の表面温度が130℃である実施例19と180℃である実施例20では、ラウンド度が0未満であり、エッチング構造にサブトレンチが発生しているのに対して、基板の表面温度が220℃である実施例21においては、ラウンド度が0以上であり、サブトレンチが発生していない。このことから、エッチング条件が同じである場合には、エッチング開始時の基板表面温度を高くすることによって、サブトレンチの発生を抑えられることがわかった。

0084

尚、図11に示すように、ラウンド度を0以上にする、言い換えれば、サブトレンチの発生を効果的に抑制するためには、炭化ケイ素基板の表面温度が190℃以上となるように予備加熱工程の処理時間を調整すれば良い。

0085

また、上例においては、エッチングガスとしてSF6ガスを用いたが、例えば、NF3ガスやF2ガスを用いるようにしても良い。更に、シリコン系ガスとしてSiF4ガスを用いたが、例えば、ケイ素と、フッ素同族元素である塩素との化合物である四塩化ケイ素(SiCl4)ガスを用いても良い。このようにしても、SiF4ガスを用いた場合と同様に、SiCl4ガスをプラズマ化することにより生成する塩化物イオン塩素ラジカルが炭化ケイ素基板のエッチングに関与するため、相応の効果が得られる。

0086

更に、上例では、SF6ガス、SiF4ガス及びO2ガスの流量の値について特に限定していないが、炭化ケイ素基板の周縁部は、中心部と比較して炭化ケイ素が少ない、即ち、エッチングされる量が少ないため、エッチングによって生成する反応生成物由来の保護膜形成種(Si)の量が少ない。したがって、周縁部と中心部とでは、供給される保護膜形成種(Si)の量に差があるため、少なくともこの差を無視できる程度のSiF4ガスを供給するようにして、炭化ケイ素基板全面に十分な量の保護膜形成種(Si)を行き渡らせるようにすることが好ましい。

0087

また、上例において、プラズマ発生装置30は、コイル31が上チャンバ12に配設されているが、例えば、上チャンバ12の天板上方に配設した構成の誘導結合プラズマ(ICP)発生装置としても良い。

0088

1エッチング装置
11処理チャンバ
15基台
20ガス供給装置
21SF6ガス供給部
22 SiF4ガス供給部
23 O2ガス供給部
24不活性ガス供給部
30プラズマ生成装置
31コイル
32高周波電源
35 高周波電源
40排気装置
K炭化ケイ素基板
M Niマスク(マスク)
H 保護膜

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