JP2017112293A - 溝を有するシリコンカーバイド基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実用的なエッチング速度で、底部に曲面を有する断面がＵ字状の溝をＳｉＣ基板に形成する。
【解決手段】ＳｉＣ基板の表面には、溝に対応する位置に開口部を有するマスクが形成されており、溝を有するＳｉＣ基板の製造方法は、ＳＦ₆、ＳｉＦ₄、および酸素を含む第１プロセスガスを用いて生成した第１プラズマで、前記ＳｉＣ基板の前記開口部から露出した部分をエッチングすることで前記溝を形成するプラズマエッチング工程を備える。前記プラズマエッチング工程において、形成途中の前記溝の側壁の少なくとも一部に反応生成物を堆積させて庇部を形成することにより、エッチング終了時の前記溝の底部に曲面を形成して、前記溝の断面形状をＵ字状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、溝を有するシリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の製造方法に関する。

パワー半導体素子として、半導体基板に形成された溝（トレンチ）と、この溝の内部に設けられたゲート絶縁膜およびゲート電極などからなる、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）素子が知られている。また、半導体基板としてＳｉＣ基板を用いるＳｉＣパワー半導体素子（以下、パワー素子とも言う）は、従来のＳｉ基板を用いるＳｉパワー素子と比較して、オン抵抗が小さく、電力損失が小さいといった利点を有するため、近年注目されている。トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子の製造においては、エッチングによりＳｉＣ基板に溝（トレンチ）を形成する工程がある。

特許文献１は、ＳｉＣ基板に溝を形成する際に、高いエッチング速度を確保しながらも、溝の底部にマイクロトレンチが形成されるのを抑制することを目的としている。このような観点から、特許文献１では、エッチングのプロセスガスに含まれるＳＦ₆の割合を５％以下にし、ＳｉＣ基板に印加する高周波電力（バイアス電力）を３５０Ｗ以上にすることを提案している。

特開２０１３−４８１６０号公報

トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子の場合、素子の電気的な耐圧を高めるため、溝の底部が曲面状になるように溝を加工し、溝の内部に設けられるゲート絶縁膜への電界集中を緩和することが望ましい。Ｓｉ基板の場合は、フッ素ラジカルなどとの反応性が高く、溝の底部を曲面状に加工することができる。しかし、ＳｉＣ基板を構成するＳｉ−Ｃ結合の結合エネルギーがＳｉ基板を構成するＳｉ−Ｓｉ結合の結合エネルギーより大きい等の理由から、ＳｉＣ基板はＳｉ基板に比べてエッチングされにくい。したがって、実用的な速度でＳｉＣ基板のエッチングを行うには、高いバイアス電力を印加することとなる。そうすると、イオンによる物理的スパッタリングの寄与が大きくなり、溝の底部の隅部にマイクロトレンチが形成されたり、溝の底部の隅部が角ばった形状となったりして、底部に曲面を形成することが難しくなる。

本発明の目的は、実用的なエッチング速度で、底部（特にその隅部）に曲面を有する断面形状がＵ字状の溝（以下、Ｕ字溝とも言う）をＳｉＣ基板に形成できる、溝を有するＳｉＣ基板の製造方法を提供することである。

本発明の一局面は、溝を有するＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記ＳｉＣ基板の表面には、前記溝に対応する位置に開口部を有するマスクが形成されており、
ＳＦ₆、ＳｉＦ₄、および酸素を含む第１プロセスガスを用いて生成した第１プラズマで、前記ＳｉＣ基板の前記開口部から露出した部分をエッチングすることで前記溝を形成するプラズマエッチング工程を備え、
前記プラズマエッチング工程において、
形成途中の前記溝の側壁の少なくとも一部に反応生成物を堆積させて庇部を形成することにより、エッチング終了時の前記溝の底部に曲面を形成して、前記溝の断面形状をＵ字状とする、ＳｉＣ基板の製造方法に関する。

本発明によれば、実用的なエッチング速度で、底部（特に隅部）に曲面を有するＵ字溝を備えたＳｉＣ基板を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る溝を有するＳｉＣ基板の製造方法を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係るＳｉＣ基板の製造に使用されるプラズマ処理装置を説明するための模式図である。 実施例１で得られたＳｉＣ基板の溝の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 実施例２のＮｏ．１の条件で形成されたＳｉＣ基板の溝の断面を示すＳＥＭ画像である。 実施例２のＮｏ．２の条件で形成されたＳｉＣ基板の溝の断面を示すＳＥＭ画像である。 実施例２のＮｏ．３の条件で形成されたＳｉＣ基板の溝の断面を示すＳＥＭ画像である。

以下に適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態についてより詳細に説明する。しかし、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態の変形および改変を含むことができる。

本実施形態では、溝が形成されたＳｉＣ基板を製造する。ＳｉＣ基板の表面には、溝に対応する位置に開口部を有するマスク（第１マスク）が形成されている。ＳｉＣ基板の製造方法は、ＳＦ₆、ＳｉＦ₄、および酸素を含むプロセスガス（第１プロセスガス）を用いて生成したプラズマ（第１プラズマ）で、ＳｉＣ基板の開口部から露出した部分をエッチングすることで溝を形成するプラズマエッチング工程を備える。プラズマエッチング工程においては、形成途中の溝の側壁の少なくとも一部に反応生成物を堆積させて庇部を形成することにより、エッチング終了時の溝の底部に曲面を形成する。

ＳｉＣ基板に含まれるＳｉ−Ｃ結合の結合エネルギーがＳｉ基板を構成するＳｉ−Ｓｉ結合の結合エネルギーより大きい等の理由から、ＳｉＣ基板はＳｉ基板に比べてエッチングされにくい。したがって、実用的な速度でＳｉＣ基板のエッチングを行うには、高いバイアス電力を印加することとなる。そうすると、イオンによる物理的スパッタリングの寄与が大きくなり、溝の底部の隅部にマイクロトレンチが形成されたり、溝の底部の隅部が角ばった形状となったりして、底部に曲面を形成することが難しくなる。その結果、ＳｉＣ基板を用いてトレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子を作製した場合に、素子の電気的な耐圧が損なわれやすい。

本発明では、形成途中の溝の側壁の少なくとも一部に反応生成物を堆積させることにより庇部を形成する。庇部により、溝の底部の側壁近傍の部分（主として底部の隅部）がマスクされることになるため、この部分に入射されるイオンの量を少なくすることができる。溝の底部において、庇部でマスクされない部分ではエッチングが進行し、マスクされた部分ではゆっくりとエッチングされることになる。よって、溝の底部（特に、底部の隅部）に曲面が形成されることとなる。このように庇部はエッチングの際のマスクとして作用するため、第２マスクと呼ぶことがある。
なお、本明細書中、溝の底部に曲面が形成されることを、Ｕ字溝が形成される、溝の底部がラウンド形状となる、または溝の底部がラウンド化されると言う場合がある。

図１は、本実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法によりＳｉＣ基板に溝を形成する際のＳｉＣ基板の断面模式図である。
ＳｉＣ基板１の表面には、溝以外の領域を保護する第１マスクｍ１が形成されている（ａ）。第１マスクｍ１は、溝に対応する位置に開口部２を有している。プラズマエッチング工程Ｓ１では、ＳｉＣ基板１の開口部２から露出した部分を、プラズマエッチングすることで、溝３を形成する。プラズマエッチング工程Ｓ１では、ＳＦ₆、ＳｉＦ₄、および酸素を含むプロセスガス（第１プロセスガス）を用いて生成したプラズマ（第１プラズマ）によって、プラズマエッチングが行われる。

第１プラズマには、プロセスガスから生成されたフッ素ラジカルや酸素ラジカルが含まれる。フッ素ラジカルと酸素ラジカルは、ＳｉＣ基板に含まれるＳｉおよびＣと反応し、反応生成物として、ＳｉＦ₄、ＣＯ₂、およびシリコン酸化物を形成する。揮発性が比較的高いＳｉＦ₄とＣＯ₂は、ＳｉＣ基板から離脱するため、結果としてＳｉＣ基板がエッチングされる。一方、反応生成物として形成されたシリコン酸化物は、揮発性が低いため、少なくとも一部は形成途中の溝３の側壁ｗの少なくとも一部に堆積する。また、第１プロセスガスに含まれるＳｉＦ₄は、酸素と反応し、反応生成物としてシリコン酸化物とフッ素ラジカルを生成する。ＳｉＦ₄と酸素との反応により形成されたシリコン酸化物もまた、揮発性が低いため、形成途中の溝３の側壁ｗの少なくとも一部に堆積する。このように、ＳｉＣ基板と第１プラズマとの反応により、ＳｉＣ基板がエッチングされ、溝３が形成されるとともに、反応生成物が、形成途中の溝３の側壁ｗの少なくとも一部に堆積することにより、庇部４が形成される（ｂ）。この庇部４は、溝のエッチングが進行するにつれて大きくなる（ｃ）。

庇部４は、第１マスクｍ１の開口部２の側壁および溝３の側壁ｗの上部（第１マスクｍ１側）に形成され、溝３をエッチングする際の第２マスクとして作用する。溝３の底部において、側壁ｗの近傍の領域（より具体的には、庇部４の直下の領域）では、庇部４で遮蔽されて、入射されるイオン量が少なくなり、エッチングが進行し難くなる。一方、庇部４で遮蔽されない領域では、エッチングが遅延なく進行する。そのため、溝３の底部が曲面状にエッチングされ、底部がラウンド化された溝３が形成される（ｃ）。

庇部４は、底部がラウンド化された溝３を形成した後に除去することができる（（ｄ）、（ｅ）（庇部除去工程，Ｓ２））。庇部４は、プラズマエッチング工程Ｓ１で生成した反応生成物が堆積することにより形成され、主として、シリコン酸化物からなる。このため、フッ素系のプラズマにより、除去することができる。庇部除去工程Ｓ２は、第１マスクｍ１および溝３の側壁ｗや底部に比べて、庇部４を選択的にエッチングし易い条件で行うことが望ましい。

なお、ＳｉＣ基板の製造方法は、プラズマエッチング工程Ｓ１に先立って、ＳｉＣ基板２２の表面に第１マスクを形成するマスク形成工程を含んでもよい。

図２は、本実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法に使用されるプラズマ処理装置を説明するための模式図である。図２のプラズマ処理装置２１は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置である。プラズマ処理装置２１は、プラズマを発生させる空間（つまり、反応室）を提供するチャンバ２３を備える。チャンバ２３は、プロセスガス（エッチングガス）を反応室内に導入するガス導入口２３ａと、反応室から排気する排気口２３ｂとを備えている。ガス導入口２３ａには、プロセスガスを反応室内に供給するガス供給源２４が接続されている。排気口２３ｂには、反応室内を減圧排気するための減圧ポンプを含む減圧機構２５が接続されている。

チャンバ２３の頂部は、誘電体壁２６で閉鎖されている。誘電体壁２６の上部には、上部電極としてのアンテナ２７が配されている。アンテナ２７には、第１高周波電源２８Ａから、高周波電力が印加される。チャンバ２３内の下方には、ステージ１１が配されており、ステージ１１上にはＳｉＣ基板２２が載置される。ステージ１１は、金属ブロック１２上に配置され、金属ブロック１２はベース部１３内に収容されている。金属ブロック１２は、第２高周波電源２８Ｂと電気的に接続されており、下部電極として、ＳｉＣ基板２２に高周波電力を印加可能である。

減圧機構２５を稼動させると、チャンバ２３の内部が減圧される。減圧されたチャンバ２３の内部にプロセスガスを導入した状態で、第１高周波電源２８Ａにより誘電体壁２６とステージ１１との間に高周波電圧を印加すると、導入されたプロセスガスがプラズマ化される。プロセスガス流量および減圧機構２５の出力は、コントローラ１９により各々制御される。導入口２３ａおよび排気口２３ｂの開度もコントローラ１９により各々制御される。その他、プラズマ処理装置２１を構成する各要素の制御も、コントローラ１９により行われる。

ステージ１１は、冷却装置１４と、ＳｉＣ基板２２を静電吸着するための静電吸着用電極１６とを備えている。冷却装置１４は、金属ブロック１２内に形成された冷媒流路１２ａと、温調された冷媒を冷媒流路１２ａ内に循環させる冷媒循環装置１５とを備えている。静電吸着用電極１６は、駆動電源１７に電気的に接続されている。ステージ１１のＳｉＣ基板２２が載置される位置には、図示しない伝熱ガスの供給孔が設けられており、この供給孔には伝熱ガス源１８から伝熱ガスが供給される。

以下に、各工程についてより詳細に説明する。
（マスク形成工程）
ＳｉＣ基板の製造方法は、必ずしもマスク形成工程を含む必要はないが、プラズマエッチング工程と一連の工程としてマスク形成工程を含むこともできる。マスク形成工程では、溝に対応する位置に開口部を有するマスク（第１マスク）を、ＳｉＣ基板の表面に形成する。

第１マスクとしては、レジスト、金属薄膜などを用いることもできるが、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子のように、ほぼ垂直な側壁を備える溝を形成する場合、ＳｉＣ基板に対して比較的高いエッチング選択比を確保できるとともに、ＳｉＣ基板に対する金属汚染をもたらしにくい等の観点から、ＳｉＯ₂膜を用いることが好ましい。

第１マスクは、その構成材料の種類に応じて公知の方法でＳｉＣ基板の表面に形成できる。ＳｉＯ₂マスクの場合、まず、ＳｉＣ基板の表面にＣＶＤ法などの気相法により、ＳｉＯ₂薄膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィーにより、ＳｉＯ₂薄膜上に、溝に対応する部分に開口部を有するレジスト膜を形成する。そして、レジスト膜の開口部のＳｉＯ₂膜をエッチングすることで、溝に対応する位置に開口部を有するＳｉＯ₂マスクが形成される。ＳｉＯ₂膜のエッチングは、ドライエッチングにより行うことができる。ＳｉＯ₂膜のエッチング後に、ＳｉＯ₂マスクの上に残存するレジスト膜は、酸素プラズマなどによるアッシングや、アセトンなどの有機溶剤に溶解させることにより、除去する。

第１マスクの厚みは、例えば、０．５μｍ〜５μｍであり、１μｍ〜３μｍであることが好ましい。第１マスクの厚みがこのような範囲である場合、プラズマエッチング工程や庇部除去工程において、第１マスクが過度にエッチングされることで、開口部以外の領域においてＳｉＣ基板がエッチングされることを抑制することができる。

（プラズマエッチング工程）
プラズマエッチング工程では、ＳｉＣ基板の、第１マスクの開口部から露出した部分をプラズマエッチングすることで溝を形成する。
溝の底部（特に底部の隅部）をラウンド化するために、形成途中の溝の側壁の少なくとも一部の領域に庇部を形成し、この庇部を第２マスクとしてエッチングを行う。庇部は、プラズマエッチングを行う際に、生成する反応生成物を堆積させることにより形成することができる。

プラズマエッチング工程は、通常、ドライエッチングを行うことができるプラズマ処理装置の反応室内で行われる。エッチングに利用されるプラズマ（第１プラズマ）は、反応室内でプロセスガスを用いて生成される。プロセスガスとしては、ＳＦ₆、ＳｉＦ₄、および酸素を含む第１プロセスガスが使用される。

第１プラズマには、第１プロセスガスから生成されたフッ素ラジカルや酸素ラジカルが含まれる。フッ素ラジカルと酸素ラジカルは、ＳｉＣ基板に含まれるＳｉおよびＣと反応し、反応生成物として、ＳｉＦ₄とＣＯ₂とシリコン酸化物を形成する。揮発性が比較的高いＳｉＦ₄とＣＯ₂は、ＳｉＣ基板から離脱するため、結果としてＳｉＣ基板がエッチングされる。一方、反応生成物として形成されたシリコン酸化物は、揮発性が低いため、少なくとも一部は形成途中の溝の側壁の少なくとも一部に堆積する。

また、第１プロセスガスに含まれるＳｉＦ₄は、酸素と反応し、反応生成物としてシリコン酸化物とフッ素ラジカルを生成する。ＳｉＦ₄と酸素との反応により形成されたシリコン酸化物もまた、揮発性が低いため、形成途中の溝の側壁の少なくとも一部に堆積する。このように、ＳｉＣ基板と第１プラズマとの反応により、ＳｉＣ基板がエッチングされ、溝が形成されるとともに、反応生成物が、形成途中の溝の側壁の少なくとも一部に堆積することにより、庇部が形成される。

第１プロセスガスにおいて、ＳｉＦ₄のＳＦ₆に対する体積比（＝ＳｉＦ₄／ＳＦ₆）は、例えば、０．５〜３．０であり、０．７〜２．０であることが好ましく、０．９〜１．６であることがさらに好ましい。ＳｉＦ₄／ＳＦ₆比がこのような範囲である場合、ＳｉＦ₄に由来するシリコン酸化物が適度に生成されるため、エッチングにより溝を形成し易いながらも、適度な庇部を形成し易い。よって、溝の底部のラウンド化がさらに容易になる。

第１プロセスガスにおいて、酸素のＳＦ₆に対する体積比（＝Ｏ₂／ＳＦ₆）は、例えば、１．０〜３．０であり、好ましくは１．２〜２．８であり、さらに好ましくは１．５〜２．６である。Ｏ₂／ＳＦ₆比がこのような範囲である場合、Ｏ₂に由来するシリコン酸化物が適度に生成するため、エッチングにより溝を形成し易いながらも、適度な庇部を形成し易い。よって、溝の底部のラウンド化がさらに容易になる。

第１プロセスガスは、通常、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎｅなどの不活性ガスを含むことができる。この場合、不活性ガスは希釈ガスとして用いられる。第１プロセスガスは、一種の不活性ガスを含んでもよく、二種以上の不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスのうち、入手が容易で比較的安価である観点から、Ａｒが好ましい。第１プロセスガスに含まれる不活性ガスの比率は、８０〜９５体積％であることが好ましく、８５〜９５体積％であることがさらに好ましい。なお、不活性ガスとは、ＳｉＣ基板と化学反応しないガスを言う。不活性ガスは、反応室内でイオン化されて、ＳｉＣ基板の物理的なエッチングに関与する場合がある。

プラズマエッチング工程では、第１プロセスガスを第１プラズマに変換するために、第１プロセスガスを反応室に供給しながら、上部電極に、高周波電力が供給される。プラズマエッチング工程において、上部電極に供給される高周波電力（第１高周波電力）は、例えば、３００Ｗ〜４０００Ｗであり、７００Ｗ〜３０００Ｗであることが好ましい。また、第１高周波電力の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚとしてもよい。

プラズマエッチング工程において、ＳｉＣ基板に印加されるバイアス電力（第２高周波電力）の電力密度は、例えば、０．５Ｗ／ｃｍ²〜２．５Ｗ／ｃｍ²である。電力密度がこのような範囲である場合、高いエッチング速度を確保しながらも、形成された庇部が必要以上にエッチングされることを抑制し易い。

エッチングは、２００℃以下の温度で行うことが好ましく、１８０℃以下または１５０℃以下であってもよい。エッチングは、５０℃以上の温度で行うことができ、７０℃以上または８０℃以上の温度で行ってもよい。これらの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。エッチングの温度は、例えば、５０〜２００℃、７０〜２００℃、８０〜２００℃、または７０〜１８０℃であってもよい。このような温度でエッチングを行うことで、適度な量のシリコン酸化物が生成するため、エッチングにより溝を形成し易いながらも、適度な庇部を形成し易い。よって、溝の底部のラウンド化が容易になる。なお、エッチングの温度は、エッチングする際のＳｉＣ基板の温度である。

エッチングを行う際の圧力（反応室内の圧力）は、例えば、０．５〜１０Ｐａ、好ましくは１〜６Ｐａに制御されている。圧力がこのような範囲である場合、適度なエッチングレートを確保できるため、高い生産性を確保し易く、適度な庇部を形成し易いため、溝の底部のラウンド化がさらに容易になる。また、圧力が上記の範囲である場合、エッチングにより溝を形成し易く、溝の側壁の角度を、ＳｉＣ基板の厚み方向に垂直に（またはそれに近く）し易いため、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子の作製に適している。

（庇部除去工程）
庇部除去工程では、プラズマエッチング工程で形成された庇部を、エッチングにより除去することができる。庇部は、溝の底部をラウンド化するために必要であるが、所望の形状の溝をプラズマエッチング工程で形成した後には不要となる。不要となった庇部は、庇部除去工程で除去することができ、整った形状の溝が形成されたＳｉＣ基板を得ることができる。

庇部除去工程で行うエッチングのための手法は、庇部を除去することができる限り特に制限されない。プラズマエッチング工程は、プラズマ処理装置の反応室内で行われるため、庇部の除去を、プラズマエッチングにより行うと簡便である。この場合、庇部除去工程を、プラズマエッチング工程に続いて、反応室内で行うことができる。

庇部の除去に使用されるプラズマ（第２プラズマ）は、プロセスガス（第２プロセスガス）を用いて生成される。第２プロセスガスは、ＳＦ₆および不活性ガスを含んでおり、実質的にＳｉＦ₄を含まないことが好ましい。この場合、ＳｉＣ基板やマスクのエッチングを抑制しながら、庇部を選択的にエッチングし易い。不活性ガスとしては、第１プロセスガスについて例示したものから選択できる。中でも、Ａｒが好ましい。

第２プロセスガスに占めるＳＦ₆および不活性ガスの合計割合は、９０体積％以上であることが好ましい。第２プロセスガスに占めるＳＦ₆の割合は、３０〜７０体積％または４０〜６０体積％であることが好ましい。

第２プロセスガス中のＳｉＦ₄の割合は、例えば、０．５体積％以下であり、０．１体積％以下であることが好ましい。特に、第２プロセスガスが、ＳｉＦ₄を含まないことが好ましい。

プラズマエッチングにより庇部を除去する場合、第２プロセスガスを反応室に供給しながら、上部電極に高周波電力が供給され、この高周波電力により第２プラズマが生成する。庇部除去工程において、上部電極に供給される高周波電力（第３高周波電力）およびその周波数は、第１高周波電力について記載した範囲から適宜設定できる。

庇部除去工程において、ＳｉＣ基板に印加されるバイアス電力（第４高周波電力）の電力密度は、５０ｍＷ／ｃｍ²以下であることが好ましく、４０ｍＷ／ｃｍ²以下または３０ｍＷ／ｃｍ²以下であることがさらに好ましい。第４高周波電力の電力密度は、０ｍＷ／ｃｍ²以上である。

庇部除去工程の温度は、特に制限されない。プラズマエッチングにより庇部を除去する場合には、プラズマエッチング工程について記載したエッチングの温度の範囲から適宜設定できる。

プラズマエッチングにより庇部を除去する場合、エッチングを行う際の圧力（反応室内の圧力）は、例えば、３〜２０Ｐａであり、好ましくは５〜１５Ｐａまたは７〜１２Ｐａである。

このようにして形成される溝のサイズは、特に制限されない。適度な庇部を形成して、溝の底部をラウンド化し、整った形状の溝を形成する観点からは、溝の深さは、１〜１０μｍであることが好ましい。なお、溝の深さとは、第１マスクと接触するＳｉＣ基板の表面から、溝の最も深い位置までの距離を言うものとする。
また、上記の同様の観点から、溝の深さの溝の幅に対するアスペクト比は、１．５〜１０であることが好ましい。

（マスク除去工程）
ＳｉＣ基板に溝を形成した後、ＳｉＣ基板の表面に形成された第１マスクは除去される。第１マスクの除去は、マスクの種類に応じて公知の方法で行うことができる。ＳｉＯ₂マスクの場合には、ドライエッチングにより除去することができる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
（１）マスク形成工程
ＳｉＣ基板（厚み：３００μｍ）の一方の表面に、所定パターンのＳｉＯ₂マスク（ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝４／２、厚み２μｍ）を既述の手順で形成した。

（２）プラズマエッチング工程
ＳｉＯ₂マスクを形成したＳｉＣ基板をプラズマ処理装置が備える反応室内に搬入して、反応室内に設けられたステージ上に載置した。

反応室内に、第１プロセスガスを供給しながら、プラズマを発生させて、ＳｉＣ基板を、ＳｉＯ₂マスクの開口部から露出した領域においてをエッチングした。より具体的には、第１プロセスガスを反応室内に導入しつつ、反応室内を排気して反応室内の圧力を４Ｐａに維持した。２１００Ｗの第１高周波電力（周波数：１３．５６ＭＨｚ）を上部電極に供給して、反応室内にプラズマを発生させ、ＳｉＣ基板の表面をプラズマに６００秒間晒すことにより、ＳｉＣ基板をエッチングした。このとき、下部電極からＳｉＣ基板に４２０Ｗ（基板の面積あたりの電力密度：約１．３４Ｗ／ｃｍ²）のバイアス電力（第２高周波電力）を印加した。なお、第１プロセスガスとしては、ＳＦ₆、Ｏ₂、ＡｒおよびＳｉＦ₄の混合ガスを、ＳＦ₆／Ｏ₂／Ａｒ／ＳｉＦ₄＝１３ｓｃｃｍ／２３ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ／１３ｓｃｃｍの流量で供給した。また、処理中のＳｉＣ基板の温度は約１９０℃であった。
このプラズマエッチング工程により、ＳｉＣ基板には溝が形成されるとともに、溝の上部の壁面には、庇部が形成された。プラズマエッチング工程におけるエッチング速度は、約０．４８μｍ／分であった。

（３）庇部除去工程
プラズマエッチング工程（２）に続いて、反応室内に第２プロセスガスを導入しつつ、反応室内を排気して内部の圧力を８Ｐａに維持した。次いで、上部電極に２４００Ｗの高周波電力（第３高周波電力）を供給して反応室内にプラズマを発生させ、８０℃の温度で、ＳｉＣ基板を１８０秒間プラズマに晒した。このとき、下部電極から電圧は印加しなかった。これにより、ＳｉＣ基板の溝の壁面に形成された庇部を除去した。第２プロセスガスとしては、ＳＦ₆およびＡｒの混合ガスを、ＳＦ₆／Ａｒ＝５０ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍの流量で供給した。

このようにして、深さ４．８μｍ、アスペクト比２の溝が形成されたＳｉＣ基板を製造した。溝の底部の断面形状のＳＥＭ画像を図３に示す。図３に示されるように、溝の底部がラウンドかできていることが確認できた。この時の、溝の底部の隅部に形成された曲面の曲率半径は０．３μｍであった。

実施例２
従来のＳｉＣのドライエッチングでは、前述のように、ＳＦ₆とＯ₂を含むガスを用いることが一般的である。しかし、ＳＦ₆とＯ₂を含むガスにＳｉＦ₄ガスを添加するとともに、これらのガスの比率を特定の範囲とすることにより、溝の底部をよりきれいにラウンド化できる。その詳細について説明する。

以下の表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．３の条件でＳｉＣ基板のドライエッチングを実行したところ、ラウンド形状の溝を得ることができた。なお、いずれの条件においても、圧力は４Ｐａ、第１高周波電力は２１００Ｗ、第２高周波電力は４２０Ｗ（電力密度１．３Ｗ／ｃｍ²に相当）、基板温度は約１９０℃であった。

図４ａ〜図４ｃは、それぞれ表１の実験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の条件でエッチングすることにより形成された溝の断面を示すＳＥＭ画像である。
図４ａ〜図４ｃから分かるように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２およびＮｏ．３の条件では、きれいなラウンド形状の溝が得られた。これらの３条件では、溝の底部の隅部に形成された曲面の曲率半径はいずれも０．３μｍ以上であった。このように、Ｏ₂／ＳＦ₆比を１．０〜３．０とすることにより、Ｏ₂に由来するシリコン酸化物の生成量を、庇部を形成するのに適度な量とすることができ、溝のラウンド化がより容易になる。また、ＳｉＦ₄／ＳＦ₆比を０．５〜３．０とすることにより、ＳｉＦ₄に由来するシリコン酸化物の生成量を、庇部を形成するのに適度な量とすることができ、溝のラウンド化がより容易になる。

本発明によれば、プラズマエッチングにより、ＳｉＣ基板に、底部がラウンド化された溝を形成することができる。よって、本実施形態は、ＳｉＣ基板に溝を形成する様々な用途に利用でき、特に、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子に有用である。

１、２２：ＳｉＣ基板、２：開口部、３：溝、４：庇部、ｍ１：第１マスク、ｗ：溝の側壁、Ｓ１：プラズマエッチング工程、Ｓ２：庇部除去工程、１１：ステージ、１２：金属ブロック、１３：ベース部、１４：冷却装置、１５：冷媒循環装置、１６：静電吸着用電極、１７：駆動電源、１８：伝熱ガス源、１９：コントローラ、２１：プラズマ処理装置、２３：チャンバ、２３ａ：導入口、２３ｂ：排気口、２４：ガス供給源、２５：減圧機構、２６：誘電体壁、２７：アンテナ、２８Ａ：第１高周波電源、２８Ｂ：第２高周波電源

Claims (11)

1. 溝を有するシリコンカーバイド基板の製造方法であって、
   前記シリコンカーバイド基板の表面には、前記溝に対応する位置に開口部を有するマスクが形成されており、
   ＳＦ₆、ＳｉＦ₄、および酸素を含む第１プロセスガスを用いて生成した第１プラズマで、前記シリコンカーバイド基板の前記開口部から露出した部分をエッチングすることで前記溝を形成するプラズマエッチング工程を備え、
   前記プラズマエッチング工程において、
   形成途中の前記溝の側壁の少なくとも一部に反応生成物を堆積させて庇部を形成することにより、エッチング終了時の前記溝の底部に曲面を形成して、前記溝の断面形状をＵ字状とする、シリコンカーバイド基板の製造方法。
2. 前記第１プロセスガスにおいて、前記ＳｉＦ₄の前記ＳＦ₆に対する体積比は、０．５〜３．０である、請求項１に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
3. 前記第１プロセスガスにおいて、前記酸素の前記ＳＦ₆に対する体積比は、１．０〜３．０である、請求項１または２のいずれか１項に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
4. 前記プラズマエッチング工程において、前記シリコンカーバイド基板に印加される高周波電力の電力密度は、０．５Ｗ／ｃｍ²〜２．５Ｗ／ｃｍ²である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
5. 前記プラズマエッチング工程の後、前記庇部をエッチングにより除去する庇部除去工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
6. 前記庇部除去工程において、前記庇部は、第２プラズマでエッチングすることにより除去される、請求項５に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
7. 前記第２プラズマは、第２プロセスガスを用いて生成され、
   前記第２プロセスガスは、ＳＦ₆およびＡｒを含み、実質的にＳｉＦ₄を含まない、請求項６に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
8. 前記庇部除去工程において、前記シリコンカーバイド基板に印加される高周波電力の電力密度は、５０ｍＷ／ｃｍ²以下である、請求項６または７に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
9. 前記プラズマエッチング工程は、反応室内で行われ、
   前記庇部除去工程は、前記反応室内で、前記プラズマエッチング工程に続いて行われる、請求項５〜８のいずれか１項に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
10. 前記溝の深さは、１〜１０μｍである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。
11. 前記溝の深さの前記溝の幅に対するアスペクト比は、１．５〜１０である、請求項１０に記載のシリコンカーバイド基板の製造方法。