JP5713043B2

JP5713043B2 - 半導体基板の製造方法

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Publication number: JP5713043B2
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Inventors: 洋平小田; 理崇野田
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Description

本発明は、エッチングによってトレンチが形成された半導体基板の製造方法に関するものである。

従来より、低オン抵抗を得つつ高耐圧を得るために、Ｐ型領域とＮ型領域とが面方向に繰り返し配置されることによってＰＮコラム構造が形成されたスーパージャンクション構造を有する半導体基板を用いて半導体装置を構成することが知られている。

上記半導体基板の製造方法として、例えば、特許文献１には次の方法が提案されている。すなわち、まず、複数のチップ形成領域を有する半導体ウェハの各チップ形成領域に対してトレンチを形成する。その後、Ｃ_４Ｆ_８ガスをプラズマ化してトレンチの壁面に保護膜を形成する保護膜形成ステップ、Ｃ_４Ｆ_８ガスを排気する排気ステップ、ＳＦ_６ガスをプラズマ化してトレンチの底面に形成された保護膜を除去し、さらにトレンチを掘り下げるエッチングステップの各ステップを繰り返し行うことにより、所望の深さを有するトレンチを形成する。

これによれば、各トレンチにエピタキシャル膜を埋め込む等することによってＰＮコラム構造を有する半導体基板が製造される。そして、一般的な半導体製造プロセスを行った後にチップ単位に分割することにより、ＰＮコラム構造を有する半導体装置が製造される。

また、保護膜を形成した後にＣ_４Ｆ_８ガスを排気しているため、エッチング工程の際にＣ_４Ｆ_８ガスとＳＦ_６ガスとが混合することを抑制することができる。このため、エッチング工程の際に保護膜の強度が低下することを抑制することができ、半導体ウェハにダメージが印加されることを抑制することができる。

特開２００８−２０５４３６号公報

しかしながら、上記製造方法では、エッチングステップにて保護膜を除去したときにフッ素系の反応ガスが生成され、この反応ガスがトレンチ内に滞留してしまう。また、エッチングステップでは、通常、ＳＦ_６プラズマを半導体ウェハの面方向と垂直方向から照射して半導体ウェハを処理することにより行うが、半導体ウェハの中央部と外縁部とではＳＦ_６プラズマの流速が異なる。具体的には、半導体ウェハの中央部に照射されるＳＦ_６プラズマの方が外縁部に照射されるＳＦ_６プラズマより流速が大きくなる。

このため、トレンチ内に反応ガスが滞留していると、半導体ウェハの中央部に形成されたトレンチの底面にＳＦ_６プラズマ中のラジカルが到達する割合と、半導体ウェハの外縁部に形成されたトレンチの底面にＳＦ_６プラズマ中のラジカルが到達する割合とが異なる。したがって、半導体ウェハの面内において、各チップ形成領域でのエッチングレートがばらついてしまう。つまり、半導体ウェハの面内において、各チップ形成領域に形成されるトレンチの深さがばらついてしまう。

そして、このように各チップ形成領域に形成されるトレンチの深さがばらついている半導体ウェハを用いてＰＮコラム構造を有する半導体装置を製造すると、チップ毎に耐圧がばらついてしまう。

本発明は上記点に鑑みて、半導体ウェハの面内において、各チップ形成領域に形成されるトレンチの深さがばらつくことを抑制することができる半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面に所定のパターニングを施したマスク材（２１）を形成した半導体ウェハ（２０）を反応チャンバ（１０）内に導入する導入ステップと、反応チャンバ内に第１ガスを導入し、当該第１導入ガスをプラズマ化して半導体ウェハを処理することにより、半導体ウェハにマスク材のパターンに従ってトレンチ（２２）を形成するエッチングステップと、反応チャンバ内に第２導入ガスを導入し、当該第２導入ガスをプラズマ化して半導体ウェハを処理することにより、トレンチの壁面に保護膜（２３）を形成する保護膜形成ステップと、反応チャンバ内に第３導入ガスを導入し、当該第３導入ガスをプラズマ化して半導体ウェハを処理することにより、トレンチの底面に形成された保護膜を除去する保護膜除去ステップとを行い、半導体ウェハにマスク材を残した状態でエッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップを繰り返し行うことにより、トレンチを掘り下げていき、トレンチの開口部の幅に対する深さの割合で示されるアスペクト比が１０以上となった後のトレンチに対してさらにエッチングステップを行う前であって、保護膜除去ステップの後に、反応チャンバ内を排気する排気ステップを少なくとも１回行うことを特徴としている。

これによれば、アスペクト比が１０以上となった後のトレンチに対してさらにエッチングステップを行う前であって、保護膜除去ステップの後に少なくとも排気ステップを１回行っているため、排気ステップによってトレンチ内に滞留している反応ガスを排気（除去）することができる。このため、エッチングステップにてさらにトレンチを掘り下げる際、半導体ウェハの面内において、各チップ形成領域でエッチングレートがばらつくことを抑制することができる。つまり、半導体ウェハの面内において、各チップ形成領域に形成されるトレンチの深さがばらつくことを抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。

本発明の第１実施形態における半導体基板の製造方法に用いられるエッチング装置の模式図である。本発明の第１実施形態における半導体基板の製造工程を示す断面図である。４５〜５０μｍの深さを有するようにトレンチを形成したときのトレンチの深さばらつきを示す図であり、（ａ）は排気ステップを行わずにトレンチを形成したときのトレンチの深さばらつきを示す図、（ｂ）は第１実施形態における半導体基板の製造方法によってトレンチを形成したときのトレンチの深さばらつきを示す図である。Ｓｉウェハに形成されたトレンチを模式的に示す図である。Ｓｉウェハのチップ形成領域を示す平面模式図である。４５〜５０μｍの深さを有するトレンチを形成したときの反応チャンバ内の圧力とトレンチの深さばらつきとの関係を示す図である。４５〜５０μｍの深さを有するトレンチを形成したときのエッチングステップの際の反応チャンバ内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ内の圧力の比と、トレンチの深さばらつきとの関係を示す図である。４５〜５０μｍの深さを有するトレンチを形成したときのエッチングステップの際の反応チャンバ内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ内の圧力の比と、トレンチの深さばらつきとの関係を示す図である。４５〜５０μｍの深さを有するトレンチを形成したときの反応チャンバ内の圧力とテーパ角との関係を示す図である。４５〜５０μｍの深さを有するトレンチを形成したときのエッチングステップの際の反応チャンバ内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ内の圧力の比と、トレンチの深さばらつきとの関係を示す図である。アスペクト比とトレンチの深さばらつきとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の半導体基板の製造方法は、特に、ＰＮコラム構造を構成するためのトレンチが形成された半導体基板の製造方法に適用されると好適である。まず、本実施形態の半導体基板の製造方法に用いられるエッチング装置について説明する。

図１に示されるように、エッチング装置１は反応チャンバ１０を備えている。反応チャンバ１０は、真空室を構成するものであり、ガス導入口１１およびガス排気口１２を有している。ガス導入口１１には、複数種のガス導入が行えるように導入するガス種の数に応じたガスライン１１ａ〜１１ｃが接続され、各ガスライン１１ａ〜１１ｃにはそれぞれ切替バルブ１３ａ〜１３ｃが備えられている。そして、各切替バルブ１３ａ〜１３ｃを制御することによって反応チャンバ１０内に所望のガス種を導入できると共に反応チャンバ１０内への流量を制御することができるようになっている。

なお、本実施形態では、エッチングステップを行うためのＳＦ_６ガス、保護膜形成ステップを行うためのＣ_４Ｆ_８ガス、保護膜除去ステップを行うためのＯ_２ガスの３種類のガスを導入することができるように、ガス導入口１１には３つのガスライン１１ａ〜１１ｃが備えられている。

ガス排気口１２には排気バルブ１４が備えられている。そして、この排気バルブ１４および各ガスライン１１ａ〜１１ｃに備えられた切替バルブ１３ａ〜１３ｃによって反応チャンバ１０内の圧力を所望の値にすることができるようになっている。

また、反応チャンバ１０にはＲＦコイル１５が内蔵されている。このＲＦコイル１５は、プラズマ生成用の電源１６から電力供給されることで反応チャンバ１０内にＲＦ電界を発生させるものである。

さらに、反応チャンバ１０には、エッチング対象のＳｉウェハ２０が配置される設置台１７が備えられている。この設置台１７は、バイアス用の電源１８と接続されており、Ｓｉウェハ２０に所定のバイアスを印加することができるようになっている。また、特に図示しないが、設置台１７にはＳｉウェハ２０を裏面側から冷却するための冷却用Ｈｅガスが導入される機構になっている。

以上が本実施形態におけるエッチング装置１の構成である。次に、上記エッチング装置１を用いた半導体基板の製造方法について図２を参照しつつ説明する。

本実施形態では、Ｓｉウェハ２０にトレンチを形成するに際し、具体的には後述するが、エッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップ、排気ステップを繰り返し行うことにより、トレンチを所望の深さまで掘り下げる。

このとき、エッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップでは、ガス導入口１１から切替バルブ１３ａ〜１３ｃを適宜開閉して所望のガス種を反応チャンバ１０内に導入すると共に、ガス排気口１２の排気バルブ１４を適宜調整して排気し、反応チャンバ１０内の圧力が所望の値になるようにして行う。

また、エッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップでは、プラズマ生成用の電源１６に高周波電界を印加して導入したガス種によるプラズマを発生させ、バイアス用の電源１８に高周波電界を印加してＳｉウェハ２０にプラズマを照射することによってＳｉウェハ２０をプラズマ処理することにより行う。

特に限定されるものではないが、例えば、プラズマ生成用の電源１６に１４００〜１５００Ｗ程度の電力を投入して導入したガス種をプラズマ化し、バイアス用の電源１８に０Ｗ〜５０Ｗ程度の電力を投入してＳｉウェハ２０をプラズマ処理することができる。また、プラズマ生成用の電源１６およびバイアス用の電源１８の周波数を、例えば、３００ｋＨｚとすることができる。

以下に具体的な製造工程について説明するが、図２では、Ｓｉウェハ２０における一部のみを示しており、実際にはＳｉウェハ２０の全域で同様の工程が行われている。また、本実施形態では、Ｓｉウェハ２０として複数のチップ形成領域を有する６インチのものを用いており、このＳｉウェハ２０が本発明の半導体ウェハに相当している。

まず、図２（ａ）に示されるように、Ｓｉウェハ２０の表面２０ａにパターニングが施されたＳｉＯ_２やレジスト等で構成されるマスク材２１が形成されたものを用意し、このＳｉウェハ２０を反応チャンバ１０の設置台１７に配置する。

そして、図２（ｂ）に示されるように、Ｓｉウェハ２０にトレンチ２２を形成するエッチングステップを行う。エッチングステップでは、ＳＦ_６ガスを反応チャンバ１０内に約２００〜３００ｓｃｃｍ導入して反応チャンバ１０内の圧力を１〜２Ｐａにする。そして、ＳＦ_６ガスをプラズマ化し、Ｓｉウェハ２０をＳＦ_６プラズマによって１．０〜１．５秒間処理することにより、トレンチ２２を形成する。なお、エッチングステップにおける圧力とは、ＳＦ_６ガスを導入して反応チャンバ１０内の圧力が所定圧力に上がってからＳｉウェハ２０に対する処理が終了するまでの平均圧力のことである。

次に、図２（ｃ）に示されるように、トレンチ２２の壁面に保護膜２３を形成する保護膜形成ステップを行う。保護膜形成ステップでは、Ｃ_４Ｆ_８ガスを反応チャンバ１０内に２７０ｓｃｃｍ導入して反応チャンバ１０内の圧力を１〜２Ｐａにする。そして、Ｃ_４Ｆ_８ガスをプラズマ化し、Ｓｉウェハ２０をＣ_４Ｆ_８プラズマによって０．５〜１．０秒間処理する。これにより、トレンチ２２の壁面にフロロカーボン系のポリマー膜が形成される。このポリマー膜が本実施形態の保護膜２３である。

なお、この工程では、バイアス用電源に０Ｗの電力を投入して保護膜２３を形成することにより、保護膜２３を形成する際にマスク材２１がエッチングされることを抑制することができる。また、保護膜形成ステップにおける圧力とは、Ｃ_４Ｆ_８ガスを導入して反応チャンバ１０内の圧力が所定圧力に上がってからＳｉウェハ２０に対する処理が終了するまでの圧力のことである。

続いて、図２（ｄ）に示されるように、トレンチ２２の底面に形成された保護膜２３を除去する保護膜除去ステップを行う。保護膜除去ステップでは、Ｏ_２ガスを反応チャンバ１０内に１００〜１５０ｓｃｃｍ導入して反応チャンバ１０内の圧力を１〜２Ｐａにする。そして、Ｏ_２ガスをプラズマ化し、Ｓｉウェハ２０をＯ_２プラズマによって０．５〜１．０秒間処理することにより、トレンチ２２の底面に形成された保護膜２３を除去する。

なお、このステップを行うと、トレンチ２２内にはＯ_２プラズマと保護膜２３とが反応して生成されるフッ素系の反応ガス２４が滞留する。図２中では、この反応ガス２４を模式的に丸印で示してある。また、保護膜形成ステップにおける圧力とは、Ｏ_２ガスを導入して反応チャンバ１０内の圧力が所定圧力に上がってからＳｉウェハ２０に対する処理が終了するまでの平均圧力のことである。

次に、図２（ｅ）に示されるように、保護膜除去ステップによって生成された反応ガス２４を排気する排気ステップを行う。排気ステップは、具体的には後述するが、排気バルブ１４を開にし、排気ステップの圧力が０．６５Ｐａ以下になるように０．２〜０．５秒間行う。これにより、反応チャンバ１０内のガス（プラズマ）が排気されると共に、トレンチ２２内に滞留している反応ガス２４も排気される。

なお、排気ステップの圧力とは、排気ステップを開始して反応チャンバ１０内の圧力が所定圧力に下がってから排気が終了するまでの平均圧力のことである。

その後、図２（ｆ）に示されるように、トレンチ２２を掘り下げるエッチングステップを行う。このエッチングステップでは、図２（ａ）と同様に、ＳＦ_６ガスを反応チャンバ１０内に２００〜３００ｓｃｃｍ導入して反応チャンバ１０内の圧力を２Ｐａにする。そして、ＳＦ_６ガスをプラズマ化し、Ｓｉウェハ２０をＳＦ_６プラズマによって１．０〜２．０秒間処理することにより、トレンチ２２を掘り下げる。

このとき、図２（ｅ）の排気ステップによって反応ガス２４が排気されている。このため、Ｓｉウェハ２０の面内において、各チップ形成領域に形成されている各トレンチ２２の底面に達するＳＦ_６プラズマ中のラジカルの割合がばらつくことを抑制することができる。つまり、Ｓｉウェハ２０の面内において、各チップ形成領域でエッチングレートがばらつくことを抑制することができる。

その後、図２（ｇ）に示されるように、上記保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップ、排気ステップ、エッチングステップを繰り返し行うことにより、トレンチ２２を所望の深さまで掘り下げる。

これにより、Ｓｉウェハ２０の各チップ形成領域にトレンチ２２が形成されたＳｉウェハ２０が形成される。そして、このＳｉウェハ２０にエピタキシャル膜を成長させたり、一般的な半導体製造プロセスを行った後にチップ単位に分割することにより、ＰＮコラム構造を有する半導体基板を用いた半導体装置が製造される。

なお、本実施形態では、エッチングステップを行う際に導入されるＳＦ_６が本発明の第１ガスに相当し、保護膜形成ステップを行う際に導入れるＣ_４Ｆ_８ガスが本発明の第２ガスに相当し、保護膜除去ステップを行う際に導入されるＯ_２ガスが本発明の第３ガスに相当している。以上が本実施形態における半導体基板の製造方法である。

このような製造方法によれば、保護膜除去ステップの後に排気ステップを行っているため、トレンチ２２内に滞留している反応ガス２４を除去することができる。このため、エッチングステップにてトレンチ２２を掘り下げる際、Ｓｉウェハ２０の面内において、各チップ形成領域でエッチングレートがばらつくことを抑制することができる。つまり、Ｓｉウェハ２０の面内において、各チップ形成領域に形成されるトレンチ２２の深さがばらつくことを抑制することができる。

具体的には、図３に示されるように、排気ステップを行うことによって３σを小さくすることができ、トレンチ２２の深さばらつきを０．９〜１．１％まで小さくすることができる。トレンチ２２の深さばらつきとは、｛３σ／Ａｖｅ（平均）｝×１００で演算される値であり、図３中では％で示している。

なお、図３は深さが４５〜５０μｍとなるようにトレンチ２２を形成したときのものであり、トレンチ２２の深さとは、図４に示されるように、Ｓｉウェハ２０の表面２０ａからトレンチ２２の底面までの長さＬのことである。

また、図３は、図５に示すＳｉウェハ２０の各チップ形成領域のうちチップ形成領域ａ〜ｉの９箇所に形成したトレンチ２２を評価対象とした結果である。ここでは、各チップ形成領域ａ〜ｉは１辺が３〜５ｍｍの正方形状とされ、それぞれ６００〜８００本のトレンチ２２が所定方向に延設されている。また、Ｓｉウェハ２０は、チップ形成領域ｃが設置台１７の中心と一致するように配置されて処理されたものである。

さらに、図３において、ロットとは２５枚のＳｉウェハ２０のことであり、Ａｖｅとは２５枚のＳｉウェハ２０に形成されたトレンチ２２の深さ平均である。

また、本実施形態では、排気ステップの際に反応チャンバ１０内の圧力が０．６５Ｐａ以下となるようにしているため、排気ステップの効果を十分に得ることができる。

すなわち、図６に示されるように、排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力が０．６５Ｐａより高いと、反応ガス２４を十分に除去することができず、トレンチ２２の深さばらつきを十分に小さくすることができない。これに対し、排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力が０．６５Ｐａ以下になると、トレンチ２２の深さばらつきが急峻に小さくなる。このため、本実施形態では、排気ステップの効果を十分に得ることができるように、排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力が０．６５Ｐａ以下となるようにしている。なお、図６は、深さが４５〜５０μｍとなるようにトレンチ２２を形成したときのものである。

また、図６からエッチングステップの際の反応チャンバ１０内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力の比を導出することもできる。この場合には、図７に示されるように、エッチングステップの際の反応チャンバ１０内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力の比を０．５以下とすることにより、排気ステップの効果を十分に得ることができるといえる。

なお、図８に示されるように、エッチングステップの際の反応チャンバ１０内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力の比は、エッチングステップを行う際のＳＦ_６ガスの導入量には依存しない。そして、エッチングステップの際の反応チャンバ１０内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力とは、（排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力）／（エッチングステップの際の反応チャンバ１０内の圧力）のことである。

また、排気ステップは、反応チャンバ１０内の圧力を小さくするほどトレンチ２２内に滞留している反応ガス２４を除去することができるが、圧力を小さくしすぎるとトレンチ２２が逆テーパ形状となってしまう。

すなわち、エッチングステップの際にもＳＦ_６と保護膜２３との反応ガスが生成され、この反応ガスがトレンチ２２内に滞留する。また、保護膜形成ステップを行う際、エッチングステップを行う際と同様に、Ｓｉウェハ２０の中央部と外縁部とではＣ_４Ｆ_８プラズマの流速が異なり、Ｓｉウェハ２０の中央部に照射されるＣ_４Ｆ_８プラズマの方が外縁部に照射されるＣ_４Ｆ_８プラズマより流速が大きくなる。

このため、トレンチ２２内に反応ガスが滞留していると、Ｓｉウェハ２０の中央部に形成されたトレンチ２２の底部にＣ_４Ｆ_８プラズマ中のラジカルが到達する割合と、Ｓｉウェハ２０の外縁部に形成されたトレンチ２２の底部にＣ_４Ｆ_８プラズマ中のラジカルが到達する割合とが異なる。このため、Ｓｉウェハ２０の面内において、各チップ形成領域での保護膜２３の厚さが異なり、特にＳｉウェハ２０の外縁部に位置するチップ形成領域に形成される保護膜２３の厚さが薄くなる。

したがって、保護膜除去ステップを行った際、特にＳｉウェハ２０の外縁部に位置するチップ形成領域では、トレンチ２２の底面のみならず側壁に形成された保護膜２３も除去されてしまう。

そして、この状態でエッチングステップを行う場合、排気ステップにおける反応チャンバ１０内の圧力を小さくしすぎると、エッチングステップの際のＳＦ_６プラズマがトレンチ２２の底面および底面側の側壁に到達し易くなるため、トレンチ２２の一部（底面側の側壁）もエッチングされてしまい、逆テーパ形状のトレンチ２２が形成される。

そして、このトレンチ２２にエピタキシャル膜を埋め込むとトレンチ２２内に空洞が形成されることがあり、このような半導体基板を用いて半導体装置を製造すると空洞によって耐圧が低下してしまう。

したがって、排気ステップは、図９に示されるように、反応チャンバ１０内の圧力が０．２５Ｐａ以上となるようにすることが好ましい。つまり、排気ステップを行う際の圧力は、０．２５Ｐａ以上であって０．６５以下とすることが好ましい。これにより、Ｓｉウェハ２０の面内において、トレンチ２２の深さばらつきを抑制しつつ、トレンチ２２が逆テーパ形状となることを抑制することができる。

なお、図９は、深さが４５〜５０μｍとなるようにトレンチ２２を形成したときのものであり、エッチングステップを行う際のＳＦ_６ガスを約２００〜３００ｓｃｃｍ導入し、図５中のチップ形成領域ｃに形成されたトレンチ２２を評価したものである。また、テーパ角とは図４に示されるように、Ｓｉウェハ２０の表面２０ａとトレンチ２２の側壁との成す角度θのことである。

また、図９からエッチングステップの際の反応チャンバ１０内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力の比を導出することもできる。この場合には、図１０に示されるように、エッチングステップの際の反応チャンバ１０内の圧力に対する排気ステップの際の反応チャンバ１０内の圧力の比を０．２以下とすることにより、トレンチ２２が逆テーパ形状となることを抑制できるといえる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、保護膜除去ステップの際にＯ_２ガスを反応チャンバ１０内に導入していたが、保護膜除去ステップの際にＳＦ_６ガスを導入するようにしてもよい。つまり、本発明の第１、第３ガスとして共にＳＦ_６ガスを用いることもできる。

また、上記第１実施形態では、エッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップ、排気ステップを繰り返し行うことにより、トレンチ２２を掘り下げる製造方法について説明した。しかしながら、排気ステップを毎回行わないようにしてもよい。すなわち、（トレンチ深さ）／（開口部の幅）で示されるアスペクト比が小さい場合には、トレンチ２２内に反応ガス２４が滞留しにくく、反応ガス２４は自然にトレンチ２２内から抜け出ていくため、アスペクト比が大きなトレンチ２２を形成するエッチングステップの前から排気ステップを行うようにしてもよい。

具体的には、図１１に示されるように、排気ステップを行わずにトレンチ２２を形成した場合には、アスペクト比が１０以上となるトレンチ２２を形成すると、トレンチ２２の深さばらつきが急峻に大きくなる。このため、アスペクト比が１０以上となるトレンチ２２を形成するエッチングステップの前から排気ステップを行うようにしてもよい。

すなわち、エッチングステップを行ってもアスペクト比が１０以下となるトレンチ２２を形成する場合には、エッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップを繰り返し行いながらトレンチ２２を掘り下げる。そして、アスペクト比が１０以上となるトレンチ２２を形成するエッチングステップの前から排気ステップを組み込み、エッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップ、排気ステップを繰り返し行うことによってトレンチ２２を掘り下げるようにしてもよい。

なお、図１１における排気ありは、反応チャンバ１０内の圧力が０．３Ｐａとなるように排気ステップを行ったときのものである。

また、エッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップを複数回繰り返した後に排気ステップを行い、その後に再びエッチングステップ、保護膜形成ステップ、保護膜除去ステップを行って所望の深さを有するトレンチ２２を形成するようにしてもよい。すなわち、排気ステップを少なくとも１回以上行うようにすれば、従来の半導体基板の製造方法と比較して、トレンチ２２の深さがばらつくことを抑制することができる。

さらに、上記第１実施形態では、トレンチ２２が逆テーパ形状になることを抑制するため、排気ステップにて反応チャンバ１０内の圧力を０．２５Ｐａ以上にすることが好ましいと説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、エッチングステップの後にも排気ステップを行うようにしてもよい。これによれば、エッチングステップの際に生成された反応ガスを排気することができる。このため、保護膜形成ステップの際にＣ_４Ｆ_８プラズマがトレンチ２２の底部に達しやすくなり、トレンチ２２の底部に形成される保護膜２３が薄くなることを抑制することができる。このため、エッチングステップにてトレンチ２２を掘り下げた際にトレンチ２２が逆テーパ形状となることを抑制することができる。

１エッチング装置
１０反応チャンバ
１１ガス導入口
１２ガス排気口
２０Ｓｉウェハ（半導体ウェハ）
２１マスク材
２２トレンチ
２３保護膜
２４反応ガス

Claims

表面に所定のパターニングを施したマスク材（２１）を形成した半導体ウェハ（２０）を反応チャンバ（１０）内に導入する導入ステップと、
前記反応チャンバ内に第１ガスを導入し、当該第１導入ガスをプラズマ化して前記半導体ウェハを処理することにより、前記半導体ウェハに前記マスク材のパターンに従ってトレンチ（２２）を形成するエッチングステップと、
前記反応チャンバ内に第２導入ガスを導入し、当該第２導入ガスをプラズマ化して前記半導体ウェハを処理することにより、前記トレンチの壁面に保護膜（２３）を形成する保護膜形成ステップと、
前記反応チャンバ内に第３導入ガスを導入し、当該第３導入ガスをプラズマ化して前記半導体ウェハを処理することにより、前記トレンチの底面に形成された保護膜を除去する保護膜除去ステップと、を行い、
前記半導体ウェハに前記マスク材を残した状態で前記エッチングステップ、前記保護膜形成ステップ、前記保護膜除去ステップを繰り返し行うことにより、前記トレンチを掘り下げていき、
前記トレンチの開口部の幅に対する深さの割合で示されるアスペクト比が１０以上となった後の前記トレンチに対してさらに前記エッチングステップを行う前であって、前記保護膜除去ステップの後に、前記反応チャンバ内を排気する排気ステップを少なくとも１回行うことを特徴とする半導体基板の製造方法。
前記エッチングステップ、前記保護膜形成ステップ、前記保護膜除去ステップ、前記排気ステップを繰り返し行うことによって前記トレンチを掘り下げることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
前記排気ステップは、前記反応チャンバ内の圧力が０．６５Ｐａ以下となるように行うことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の製造方法。
前記エッチングステップの際の前記反応チャンバ内の圧力に対する前記排気ステップの際の前記反応チャンバ内の圧力の比が０．５以下とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の製造方法。
前記エッチングステップの後であって前記保護膜形成ステップの前に、前記反応チャンバ内を排気する前記排気ステップを行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体基板の製造方法。