JP5305973B2

JP5305973B2 - トレンチ形成方法

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Publication number: JP5305973B2
Application number: JP2009037807A
Authority: JP
Inventors: 貞治玉木
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
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Anticipated expiration: 2029-02-20
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Description

本発明は、ＳＯＩ基板へのトレンチ形成方法に関する。

シリコン支持基板の上に酸化膜絶縁層及びシリコン半導体層が積層されているＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板に対して、異方性ドライエッチングによりトレンチを形成する方法が知られている。当該エッチングは、エッチングガスのプラズマ作用によりシリコン半導体基板をその表面からエッチングするものであり、エッチングガスとしては例えばフッ素含有ガスと酸素ガスの混合ガスが用いられる。例えば特許文献１には、フッ素含有ガスとＯ₂とを含む第１のエッチングガスによりシリコン半導体層にテーパー状の開口を形成する第１のエッチング工程と、フッ素含有ガスとＯ₂とＨＢｒとを含む第２のエッチングガスによりテーパー状の開口にエッチングを施す第２のエッチング工程とからなるエッチング方法が開示されている。

特開２００６−９３２６９号公報

しかしながら、シリコン半導体層の表面をエッチングする際のエッチングガスとしてフッ素含有ガス（ＳＦ６）と酸素ガス（Ｏ₂）とからなる混合ガスを用いた場合には、エッチングマスクとしてのマスク酸化膜とシリコン半導体層との境界部にノッチングによるいわゆるエグレが生じるという問題があった。図１（ａ）は、エッチングガスとしてフッ素含有ガス（ＳＦ６）と酸素ガス（Ｏ₂）からなる混合ガスを用いて形成したトレンチ７０ｂの断面写真図である。ガス流量がＳＦ６＝３０ｓｃｃｍ(standard cc／min）、Ｏ₂＝３０ｓｃｃｍ、チャンバー内圧力が２５ｍＴのときのエッチング結果である。トレンチ深さは約１０μｍでエッチング時間は約２６０秒である。

図１（ｂ）は、マスク酸化膜４０ｂとシリコン半導体層３０ｂとの境界部１１０ｂの一部分１１１ｂを拡大した断面写真図である。境界部１１０ｂにエッチングによるエグレ１１２が生じている。図１（ｃ）は、酸化膜絶縁層２０ｂとシリコン半導体層３０ｂとの境界部１２０ｂの一部分１２１ｂを拡大した断面写真図である。境界部１２０ｂにエッチングによるエグレ１２２が生じている。

例えば高出力ＭＯＳ等の用途の場合、トレンチ７０ｂの内部に絶縁膜を形成するが、エグレ１１２又は１２２が生じていると、耐圧が低下するという問題がある。また、トレンチ７０ｂ内壁に形成した絶縁膜上に電極を形成する場合には、エグレ１１２又は１２２により、ショートし易くなるという問題がある。

本発明は上記した如き問題点に鑑みてなされたものであって、マスク酸化膜と半導体層との境界部及び酸化膜絶縁層と半導体層との境界部にエグレが生じないようにトレンチを形成するトレンチ形成方法を提供することを目的とする。

本発明によるトレンチ形成方法は支持基板の上に絶縁層及びシリコン半導体層が積層されているＳＯＩ基板を準備する基板準備ステップと、前記シリコン半導体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、前記酸化膜の一部を除去する酸化膜除去ステップと、前記酸化膜をマスクとして前記シリコン半導体の表面をエッチングガスによりエッチングして前記絶縁層に達するトレンチを形成するエッチングステップと、を含むトレンチ形成方法であって、前記エッチングステップは、互いに異なる成分からなる少なくとも２種類のエッチングガスの１を前記エッチングガスとする少なくとも３つのサブステップからなり、前記３つのサブステップは、臭化水素ガスを含む第１エッチングガスを前記エッチングガスとしてエッチングする第１サブステップと、フッ素含有ガスと酸素ガスとを含む第２エッチングガスを前記エッチングガスとしてエッチングする第２サブステップと、臭化水素ガスを含む第３エッチングガスを前記エッチングガスとしてエッチングする第３サブステップと、からなることを特徴とする。

本発明によるトレンチ形成方法によれば、マスク酸化膜層と半導体基板との境界部及び酸化膜絶縁層と半導体基板との境界部にエグレが生じないようにトレンチを形成することができる。

従来のトレンチ形成方法により形成したトレンチの断面写真図である。第１の実施例によるトレンチ形成方法における各工程の断面図である。第１の実施例によるトレンチ形成方法により形成したトレンチの断面写真図である。第２の実施例によるトレンチ形成方法における各工程の断面図である。第２の実施例によるトレンチ形成方法により形成したトレンチの断面写真図である。

以下、本発明に係る実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜第１の実施例＞
図２は本実施例によるトレンチ形成方法における各工程の断面図である。以下、図2を参照しつつ、ＳＯＩ基板１へのトレンチ形成工程について説明する。

先ず、図2（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる支持基板１０と、例えば酸化膜などの絶縁膜からなる絶縁層２０と、例えばシリコンなどの半導体からなる半導体層３０とが順に積層されてなるＳＯＩ基板１を準備する。

次に、半導体層３０の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、エッチングマスクとしてのマスク酸化膜４０を形成する。マスク酸化膜４０はシリコン酸化膜であり、その厚さは例えば約５００ｎｍである。

次に、マスク酸化膜４０上にホトリソグラフィー技術により、後工程でトレンチを形成すべきトレンチ形成領域６０を除いてエッチングマスクとしてのレジスト５０を形成する。レジスト５０は、例えば露光により硬化されたポジ型の感光性レジストであり、その厚さは例えば１０μｍである。

次に、図2（ｂ）に示すように、レジスト５０をマスクとして、ドライエッチング法により、トレンチ形成領域６０に対応する部分のマスク酸化膜４０をエッチングし、その後、レジスト５０を除去する。

続いて、マスク酸化膜４０をマスクとして、ドライエッチング法により、半導体層３０をエッチングする。当該ドライエッチングは３つのエッチングステップからなる。

先ず、第１のエッチングステップについて図2（ｃ）を参照して説明する。第１のエッチングステップでは、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む第１混合ガスをエッチングガスとして用いる。マスク酸化膜４０が形成されたＳＯＩ基板１を図示せぬチャンバー内の基板固定テーブルに固定し、チャンバー内を排気した後、第１混合ガスを例えばガス流量ＨＢｒ＝３０ｓｃｃｍで流入させ、チャンバー内圧力を例えば２５ｍＴとする。当該基板固定テーブルとそれに対向して設置された図示せぬ電極板との間に高周波電界を形成して発生させた第１混合ガスのガスプラズマＧＰ１により、マスク酸化膜４０をマスクとして半導体層３０の表面をエッチングする。このとき、半導体層３０の表面から絶縁層２０までの距離（以下、トレンチ深さと称する）の例えば１０％程度に相当する厚さｄ１だけエッチングする。

なお、第１混合ガスは、臭化水素ガス（ＨＢｒ）のみからなるガスであっても良い。また、第１混合ガスは、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を主成分として例えばフッ素含有ガスなどの他のガスも僅かに含んだ混合ガスであっても良い。この場合、当該他のガスの流量は、臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。第１混合ガスが他のガスとしてフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）を含む場合であっても、当然ながら、その流量（又は含有量。以下、同じ。）は続く第２のエッチングステップの第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量よりも少ない。この場合、第１混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量は、第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。

次に、第２のエッチングステップについて図2（ｄ）を参照して説明する。第２のエッチングステップでは、フッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む第２混合ガスをエッチングガスとして用いる。図示せぬチャンバー内から第１混合ガスを排気して第２混合ガスを例えばガス流量ＳＦ６＝３０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝３０ｓｃｃｍで流入させ、チャンバー内圧力を例えば２５ｍＴとする。同様にして発生させた第２混合ガスのガスプラズマＧＰ２により、マスク酸化膜４０をマスクとして半導体層３０をエッチングする。このとき、トレンチ深さの例えば８０％程度に相当する厚さｄ２だけエッチングする。

なお、第２混合ガスは、フッ素含有ガスと酸素ガス（Ｏ₂）のみからなり、例えば臭化水素ガス（ＨＢｒ）などの他のガスを全く含まない混合ガスであっても良い。また、第２混合ガスは、フッ素含有ガスと酸素ガス（Ｏ₂）を主成分として例えば臭化水素ガス（ＨＢｒ）などの他のガスも僅かに含んだ混合ガスであっても良い。この場合、当該他のガスの流量は、フッ素含有ガスと酸素ガス（Ｏ₂）とを合わせた流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。第２混合ガスが他のガスとして臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む場合であっても、当然ながら、その流量は第１混合ガスにおける臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量よりも少ない。この場合、第２混合ガスにおける臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量は、第１混合ガスにおける臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。また、第２混合ガスにおける臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量は、続く第３のエッチングステップの第３混合ガスにおける臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量よりも少ない。この場合、第２混合ガスにおける臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量は、第３混合ガスにおける臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。

次に、第３のエッチングステップについて図2（ｅ）を参照して説明する。第３のエッチングステップでは、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む第３混合ガスをエッチングガスとして用いる。図示せぬチャンバー内から第２混合ガスを排気して第３混合ガスを例えばガス流量ＨＢｒ＝３０ｓｃｃｍで流入させ、チャンバー内圧力を例えば２５ｍＴとする。同様にして発生させた第３混合ガスのガスプラズマＧＰ３により、マスク酸化膜４０をマスクとして半導体層３０をエッチングする。このとき、トレンチ深さの例えば１０％程度に相当する厚さｄ３だけエッチングする。

なお、第３混合ガスは、臭化水素ガス（ＨＢｒ）のみからなるガスであっても良い。また、第３混合ガスは、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を主成分として例えばフッ素含有ガスなどの他のガスも僅かに含んだ混合ガスであっても良い。この場合、当該他のガスの流量は、臭化水素ガス（ＨＢｒ）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。第３混合ガスが他のガスとしてフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）を含む場合であっても、当然ながら、その流量は第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量よりも少ない。この場合、第３混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量は、第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。

更に、絶縁層２０の表面からトレンチ深さの例えば１０％程度に相当する厚さだけオーバーエッチングして、絶縁層２０を確実に露出させるのが望ましい。以上の処理により、トレンチ７０を形成する。

図３（ａ）は、本実施例によるトレンチ形成方法により形成したトレンチ７０の断面写真図である。トレンチ深さは約１０μｍ、トレンチ幅は約１．８μｍである。すなわち、第１のエッチングステップにより半導体層３０の表面から約１μｍだけエッチングし、次に第２のエッチングステップにより約８μｍだけエッチングし、最後に第３のエッチングステップにより約１μｍだけエッチングして絶縁層２０に達するトレンチ７０を形成したものである。

図３（ｂ）は、マスク酸化膜４０と半導体層３０との境界部１１０の一部分１１１を拡大した断面写真図である。境界部１１０にはエッチングによるエグレが生じていない。図３（ｃ）は、絶縁層２０と半導体層３０との境界部１２０の一部分１２１を拡大した断面写真図である。境界部１２０にもエッチングによるエグレが生じていない。

上記したように本実施例によるトレンチ形成方法によれば、最初に半導体層の表面をエッチングする際に臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによりエッチングする（第１のエッチングステップ）。臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによるエッチングは、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含まず且つフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスによるエッチングに比較して、いわゆるデポ（堆積物）が生じ易いとされる。そのため、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによるエッチングでは、トレンチ内壁に付着したデポが、マスク酸化膜と半導体層との境界部における横方向へのエッチングを防ぐなどの効果を奏することにより、トレンチの開口部付近にエグレが生じない。

また、本実施例によるトレンチ形成方法によれば、最初に半導体層の表面をトレンチ深さ全体の１０％程度に相当する厚さだけエッチングした後、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含まず且つフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスによりトレンチ深さの８０％程度に相当する厚さだけ半導体層をエッチングする（第２のエッチングステップ）。臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによるエッチングはデポを生じやすいので、仮に当該混合ガスにより絶縁層に達するまでエッチングした場合には、先細りのいわゆるテーパー形状のトレンチが形成されてしまう。一方、本実施例の如く臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含まず且つフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスによりトレンチ深さ全体の８０％程度に相当する厚さだけ半導体層をエッチングすることにより、側壁が垂直なトレンチを比較的短時間で形成できる。

また、本実施例によるトレンチ形成方法によれば、第１及び第２のエッチングステップにより、トレンチ深さ全体の９０％程度まで半導体層をエッチングした後、残りの１０％の深さを臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによりエッチングする（第３のエッチングステップ）。臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによるエッチングでは、トレンチ内壁に付着したデポが、絶縁層と半導体層との境界部における横方向へのエッチングを防ぐなどの効果を奏することにより、トレンチの底部にもエグレが生じない。

上記したように本実施例によるトレンチ形成方法によれば、マスク酸化膜との境界部付近及び絶縁層との境界部付近の半導体層をエッチングする際のエッチングガスとして臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスを用い、その中間部の半導体層をエッチングする際のエッチングガスとしてフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスを用いることにより、マスク酸化膜と半導体層との境界部及び絶縁層と半導体層との境界部にエグレが生じず且つ側壁が垂直なトレンチを形成できる。

＜第２の実施例＞
図４は本実施例によるトレンチ形成方法における各工程の断面図である。以下、図４を参照しつつ、ＳＯＩ基板１へのトレンチ形成工程について説明する。なお、マスク酸化膜４０をエッチング工程までは第１の実施例（図２（ａ），（ｂ））と同様である。

マスク酸化膜４０のエッチング後、マスク酸化膜４０をマスクとして、ドライエッチング法により、半導体層３０をエッチングする。当該ドライエッチングは３つのエッチングステップからなる。

先ず、第１のエッチングステップについて図４（ａ）を参照して説明する。第１のエッチングステップでは、塩素ガス（ＣＬ₂）を含む第１混合ガスをエッチングガスとして用いる。なお、第１混合ガスには臭化水素ガス（ＨＢｒ）は含まれていない。マスク酸化膜４０が形成されたＳＯＩ基板１を図示せぬチャンバー内の基板固定テーブルに固定し、チャンバー内を排気した後、第１混合ガスを例えばガス流量ＣＬ₂＝３０ｓｃｃｍで流入させ、チャンバー内圧力を例えば２５ｍＴとする。当該基板固定テーブルとそれに対向して設置された図示せぬ電極板との間に高周波電界を形成して発生させた第１混合ガスのガスプラズマＧＰ１により、マスク酸化膜４０をマスクとして半導体層３０の表面をエッチングする。このとき、半導体層３０の表面から絶縁層２０までの距離（以下、トレンチ深さと称する）の例えば１０％程度に相当する厚さｄ１だけエッチングする。

なお、第１混合ガスは、塩素ガス（ＣＬ₂）のみからなるガスであっても良い。また、第１混合ガスは、塩素ガス（ＣＬ₂）を主成分として例えばフッ素含有ガスなどの他のガスも僅かに含んだ混合ガスであっても良い。この場合、当該他のガスの流量は、塩素ガス（ＣＬ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。第１混合ガスが他のガスとしてフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）を含む場合であっても、当然ながら、その流量は続く第２のエッチングステップの第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量よりも少ない。この場合、第１混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量は、第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。

次に、第２のエッチングステップについて図４（ｂ）を参照して説明する。第２のエッチングステップでは、フッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む第２混合ガスをエッチングガスとして用いる。なお、第２混合ガスには臭化水素ガス（ＨＢｒ）は含まれていない。図示せぬチャンバー内から第１混合ガスを排気して第２混合ガスを例えばガス流量ＳＦ６＝３０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝３０ｓｃｃｍで流入させ、チャンバー内圧力を例えば２５ｍＴとする。同様にして発生させた第２混合ガスのガスプラズマＧＰ２により、マスク酸化膜４０をマスクとして半導体層３０をエッチングする。このとき、トレンチ深さの例えば８０％程度に相当する厚さｄ２だけエッチングする。

なお、第２混合ガスは、フッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）のみからなり、例えば塩素ガス（ＣＬ₂）などの他のガスを全く含まない混合ガスであっても良い。また、第２混合ガスは、フッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）を主成分として例えば塩素ガス（ＣＬ₂）などの他のガスも僅かに含んだ混合ガスであっても良い。この場合、当該他のガスの流量は、フッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを合わせた流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。第２混合ガスが他のガスとして塩素ガス（ＣＬ₂）を含む場合であっても、当然ながら、その流量は第１混合ガスにおける塩素ガス（ＣＬ₂）の流量よりも少ない。この場合、第２混合ガスにおける塩素ガス（ＣＬ₂）の流量は、第１混合ガスにおける塩素ガス（ＣＬ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。また、第２混合ガスにおける塩素ガス（ＣＬ₂）の流量は、続く第３のエッチングステップの第３混合ガスにおける塩素ガス（ＣＬ₂）の流量よりも少ない。この場合、第２混合ガスにおける塩素ガス（ＣＬ₂）の流量は、第３混合ガスにおける塩素ガス（ＣＬ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。

次に、第３のエッチングステップについて図４（ｃ）を参照して説明する。第３のエッチングステップでは、塩素ガス（ＣＬ₂）を含む第３混合ガスをエッチングガスとして用いる。なお、第３混合ガスには臭化水素ガス（ＨＢｒ）は含まれていない。図示せぬチャンバー内から第２混合ガスを排気して第３混合ガスを例えばガス流量ＣＬ₂＝３０ｓｃｃｍで流入させ、チャンバー内圧力を例えば２５ｍＴとする。同様にして発生させた第３混合ガスのガスプラズマＧＰ３により、マスク酸化膜４０をマスクとして半導体層３０をエッチングする。このとき、トレンチ深さの例えば１０％程度に相当する厚さｄ３だけエッチングする。

なお、第３混合ガスは、塩素ガス（ＣＬ₂）のみからなるガスであっても良い。また、第３混合ガスは、塩素ガス（ＣＬ₂）を主成分として例えばフッ素含有ガスなどの他のガスも僅かに含んだ混合ガスであっても良い。この場合、当該他のガスの流量は、塩素ガス（ＣＬ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。第３混合ガスが他のガスとしてフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）を含む場合であっても、当然ながら、その流量は第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量よりも少ない。この場合、第３混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量は、第２混合ガスにおけるフッ素含有ガス及び酸素ガス（Ｏ₂）の流量の例えば１／２０〜１／１０の範囲であり、好ましくは１／５０以下である。

図５（ａ）は、本実施例によるトレンチ形成方法により形成したトレンチ７０の断面写真図である。トレンチ深さは約１０μｍ、トレンチ幅は約１．８μｍである。すなわち、第１のエッチングステップにより半導体層３０の表面から約１μｍだけエッチングし、次に第２のエッチングステップにより約８μｍだけエッチングし、最後に第３のエッチングステップにより約１μｍだけエッチングして絶縁層２０に達するトレンチ７０を形成したものである。

図５（ｂ）は、マスク酸化膜４０と半導体層３０との境界部１１０の一部分１１１を拡大した断面写真図である。境界部１１０にはエッチングによるエグレが生じていない。図５（ｃ）は、絶縁層２０と半導体層３０との境界部１２０の一部分１２１を拡大した断面写真図である。境界部１２０にもエッチングによるエグレが生じていない。

上記したように本実施例によるトレンチ形成方法によれば、最初に半導体層の表面をエッチングする際に塩素ガス（ＣＬ₂）を含む混合ガスによりエッチングする（第１のエッチングステップ）。塩素ガス（ＣＬ₂）を含む混合ガスによるエッチングは、デポ（堆積物）が生じ易いとされている。塩素ガス（ＣＬ₂）を含む混合ガスによるエッチングでは、トレンチ内壁に付着したデポが、マスク酸化膜と半導体層との境界部における横方向へのエッチングを防ぐなどの効果を奏することにより、トレンチの開口部付近にエグレが生じない。

また、本実施例によるトレンチ形成方法によれば、最初に半導体層の表面をトレンチ深さ全体の１０％程度に相当する厚さだけエッチングした後、塩素ガス（ＣＬ₂）を含まず且つフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスによりトレンチ深さの８０％程度に相当する厚さだけ半導体層をエッチングする（第２のエッチングステップ）。デポが形成され難いとされる当該混合ガスにより半導体層をエッチングするので、側壁が垂直なトレンチを比較的短時間で形成できる。

また、本実施例によるトレンチ形成方法によれば、第１及び第２のエッチングステップにより、トレンチ深さ全体の９０％程度まで半導体層をエッチングした後、残りの１０％の深さを塩素ガス（ＣＬ₂）を含む混合ガスによりエッチングする（第３のエッチングステップ）。塩素ガス（ＣＬ₂）を含む混合ガスによるエッチングでは、トレンチ内壁に付着したデポが、絶縁層と半導体層との境界部における横方向へのエッチングを防ぐなどの効果を奏することにより、トレンチの底部にもエグレが生じない。

なお、本実施例による第１及び第３のエッチングステップにおいては、混合ガスに塩素ガス（ＣＬ₂）を含むので、当該混合ガスに臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む必要がない。また、本実施例による第２のエッチングステップにおいては、側壁が垂直なトレンチを形成するために、通常、混合ガスに臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含めない。

上記したように本実施例によるトレンチ形成方法によれば、マスク酸化膜との境界部付近及び絶縁層との境界部付近の半導体層をエッチングする際のエッチングガスとして塩素ガス（ＣＬ₂）を含む混合ガスを用い、その中間部の半導体層をエッチングする際のエッチングガスとしてフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスを用いることにより、マスク酸化膜と半導体層との境界部及び絶縁層と半導体層との境界部にエグレが生じず且つ側壁が垂直なトレンチを形成できる。

また、エッチングガスとしてエッチングレートが高い塩素ガス（ＣＬ₂）を用いるので、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を用いた場合に比較してエッチングの処理時間を短縮できるという効果もある。

第１及び第２の実施例においては３つのエッチングステップによりトレンチを形成したが、４以上のエッチングステップによりトレンチを形成するようにしても良い。例えばトレンチ深さが大きい場合において、トレンチ中間部の側壁が外側に広がり過ぎないようにするために、最初に第１のエッチングステップで臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによりトレンチ深さの１０％までエッチングし、第２のエッチングステップでフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスによりトレンチ深さの４０％までエッチングし、第３のエッチングステップで臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによりトレンチ深さの５０％までエッチングし、第４のエッチングステップでフッ素含有ガス（例えばＳＦ₆）と酸素ガス（Ｏ₂）とを含む混合ガスによりトレンチ深さの９０％までエッチングし、最後に臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む混合ガスによりトレンチ深さの１００％までエッチングするというようにしても良い。

１ＳＯＩ基板
１０支持基板
２０絶縁層
３０半導体層
４０マスク酸化膜
５０レジスト
６０トレンチ形成領域
７０トレンチ

Claims

支持基板の上に絶縁層及びシリコン半導体層が積層されているＳＯＩ基板を準備する基板準備ステップと、
前記シリコン半導体層の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、
前記酸化膜の一部を除去する酸化膜除去ステップと、
前記酸化膜をマスクとして前記シリコン半導体層の表面をエッチングガスによりエッチングして前記絶縁層に達するトレンチを形成するエッチングステップと、を含むトレンチ形成方法であって、
前記エッチングステップは、互いに異なる成分からなる少なくとも２種類のエッチングガスの１を前記エッチングガスとする少なくとも３つのサブステップからなり、
前記３つのサブステップは、
臭化水素ガスを含む第１エッチングガスのプラズマによってエッチングする第１サブステップと、
フッ素含有ガスと酸素ガスとを含む第２エッチングガスのプラズマによってエッチングする第２サブステップと、
臭化水素ガスを含む第３エッチングガスのプラズマによってエッチングする第３サブステップと、からなることを特徴とするトレンチ形成方法。
前記第２エッチングガスは、臭化水素ガスを含まないことを特徴とする請求項１に記載のトレンチ形成方法。
前記第２エッチングガスに含まれる臭化水素ガスの含有量は、前記第１エッチングガスに含まれる臭化水素ガスの含有量よりも少なく且つ前記第３エッチングガスに含まれる臭化水素ガスの含有量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載のトレンチ形成方法。
前記第１エッチングガスは前記臭化水素ガスの代わりに塩素ガスを含み、
前記第３エッチングガスは前記臭化水素ガスの代わりに塩素ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のトレンチ形成方法。
前記第２エッチングガスは、塩素ガスを含まないことを特徴とする請求項４に記載のトレンチ形成方法。
前記第２エッチングガスに含まれる塩素ガスの含有量は、前記第１エッチングガスに含まれる塩素ガスの含有量よりも少なく且つ前記第３エッチングガスに含まれる塩素ガスの含有量よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載のトレンチ形成方法。
前記第１エッチングステップ、第２エッチングステップ及び第３エッチングステップの各々は、前記エッチングガスに臭化水素ガスを含まないことを特徴とする請求項４に記載のトレンチ形成方法。
前記第１エッチングステップ及び前記第３エッチングステップにおけるエッチング深さは前記第２エッチングステップにおけるエッチング深さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載のトレンチ形成方法。
前記第１エッチングステップにおける前記エッチング深さは前記トレンチの深さの１０％に相当し且つ前記第２エッチングステップにおける前記エッチング深さは前記トレンチの深さの８０％に相当し且つ前記第３エッチングステップにおける前記エッチング深さは前記トレンチの深さの１０％に相当することを特徴とする請求項８に記載のトレンチ形成方法。