JP5967488B2 - ＳｉＣ基板のエッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、エッチングガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を使用した炭化珪素（ＳｉＣ）基板のドライエッチング方法に関する。

反応ガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を含むエッチングガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ； Reactive Ion Etching）により、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）のマスクが形成された炭化珪素（ＳｉＣ）基板にトレンチを形成する技術が従来より種々知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−３２４５０３号公報

しかしながら、ＳｉＣ基板上にＳｉＯ_２のマスクという構成においては、基板を構成する材料であるＳｉＣが加工し難い材料であることもあり、エッチングにより得られる選択比（基板のエッチングレート／マスクのエッチングレート）は低くなり、それに伴い基板形状の加工精度も低くなるといった課題がある。このような選択比の低下や基板形状の加工精度の低下などを含むエッチング加工の最適化という観点で未だ改善の余地がある。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、ＳｉＯ_２のマスクを使用したＳｉＣ基板に対するドライエッチング加工においてエッチング加工の最適化を図ることにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、チャンバ内において、ＳｉＯ_２によるマスクパターンが形成されたＳｉＣ基板に対して、エッチングガスを使用して生成されるプラズマによりプラズマエッチング処理を行う、ＳｉＣ基板のエッチング方法であって、
エッチングガスとして、少なくともＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４を含むエッチングガスを用いて、エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合を１８．９％以上、４０％以下として、チャンバ内に第１のバイアスパワーを付与してエッチングを行う第１エッチング工程と、
第１エッチング工程後に、チャンバ内に第１のバイアスパワーよりも低い第２のバイアスパワーを付与してエッチングを行う第２エッチング工程とを有する、ＳｉＣ基板のエッチング方法を提供する。

本発明の第２態様によれば、バイアスを発生させるためにチャンバ内に配置された下部電極の電極面積（ｃｍ^２）に対して、第１のバイアスパワー（Ｗ）の電力密度は、０．９２５（Ｗ／ｃｍ^２）以上であり、第２のバイアスパワー（Ｗ）の電力密度は、０．０３１（Ｗ／ｃｍ^２）以上０．３０８（Ｗ／ｃｍ^２）以下である、第１態様に記載のＳｉＣ基板のエッチング方法を提供する。

本発明の第３態様によれば、第２エッチング工程において、エッチングガスは少なくともＳＦ_６およびＯ_２を含み、エッチングガスの総流量に対するＯ_２の添加割合が１１．３％以下である、第１態様又は第２態様に記載のＳｉＣ基板のエッチング方法を提供する。

本発明の第４態様によれば、第１エッチング工程において、エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合が２５％以上４０％以下である、第１態様から第３態様のいずれか１つに記載のＳｉＣ基板のエッチング方法を提供する。

本発明では、ＳｉＣ基板に対するドライエッチングにおいて、少なくともＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４を含むエッチングガスを用いて、エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合を１８．９％以上、４０％以下としてエッチングを行う第１エッチング工程後に、第１エッチング工程より低いバイアスパワーにてエッチングを行う第２エッチング工程を実施することにより、エッチング加工の最適化を図ることができる。

ドライエッチング装置の模式図 ＳｉＣ基板の模式的な断面図 ドライエッチング後のＳｉＣ基板の加工形状の一例を示す断面図 ドライエッチング後のＳｉＣ基板の加工形状の一例を示す断面図 実験Ｎｏ．１−１２におけるＳｉＦ_４の割合と選択比の関係を示す分布図 実験Ｎｏ．１−１２におけるＳｉＦ_４の割合とCD shiftの関係を示す図 実験Ｎｏ．１−１２における選択比とCD shiftの関係を示す図 ステップエッチング後のＳｉＣ基板の加工形状の一例を示す断面図 実験Ｎｏ．１３−２１における第１エッチング後のＳｉＣ基板の加工形状を示す断面図 実験Ｎｏ．１４における第２エッチング後のＳｉＣ基板の加工形状を示す断面図 実験Ｎｏ．１７における第２エッチング後のＳｉＣ基板の加工形状を示す断面図 実験Ｎｏ．２０における第２エッチング後のＳｉＣ基板の加工形状を示す断面図

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明のドライエッチング方法を実行可能な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Inductively Coupled Plasma）型のドライエッチング装置１の一例を示す。

ドライエッチング装置１は、基板２（図２を併せて参照）を搬入出するための図示しない出入口を備えるチャンバ（真空チャンバ）３を備える。チャンバ３のガス導入口３ａにはガス源４が接続され、排気口３ｂにはチャンバ３内を真空排気するための真空ポンプを含む減圧機構５が接続されている。チャンバ３の頂部は誘電体壁６で閉鎖され、その上方には上部電極としてのアンテナ（プラズマ源）７が配置されている。アンテナ７は第１の高周波電源８Ａに電気的に接続されている。一方、チャンバ３内の下部側には、基板２が載置されて保持されるステージ１１が配置されている。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の高周波電源部８Ｂに電気的に接続されて下部電極として機能する。

ステージ１１の冷却装置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中で循環させる冷媒循環装置１５とを備える。ステージ１１には、基板２を静電吸着するための静電吸着用電極１６が備えられている。この静電吸着用電極１６には、駆動電源１７が電気的に接続されている。ステージ１１において、基板２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いる。これらの供給孔は伝熱ガス源１８に接続されている。

コントローラ１９は、第１及び第２の高周波電源８Ａ、８Ｂ、ガス源４、伝熱ガス源１８、減圧機構５、冷却装置１４、及び駆動電源１７を含むドライエッチング装置１を構成する要素の動作を制御する。

図２を参照すると、基板２は炭化珪素（ＳｉＣ）からなる（以下、ＳｉＣ基板という）。ＳｉＣ基板２の表面にはトレンチ（図３、４の１２２ａ、２２ａ等参照）を形成するための開口を備えた二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜からなるマスク２１を設けている。

このドライエッチング装置１を使用したＳｉＣ基板２に対するドライエッチング方法の概要は以下の通りである。

まず、ＳｉＣ基板２をチャンバ３内に搬入してステージ１１の上面に載置する。次に、静電吸着用電極１６に対して駆動電源１７から直流電圧を印加し、ＳｉＣ基板２をステージ１１に静電吸着させる。続いて、ステージ１１の上面に載置されたＳｉＣ基板２の下面に伝熱ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）を伝熱ガス源１８から供給して充填する。その後、ガス源４からチャンバ３内にエッチングガスおよび希釈ガスが供給され、減圧機構５により減圧されたチャンバ３内を所定圧力に維持する。ここでの「エッチングガス」とは、ＳｉＣ基板２の主に反応エッチングに寄与するガスのことであり、ＡｒやＨｅなどの希釈ガスは含まれない。

続いて、高周波電源８Ａから上部電極としてのアンテナ７に高周波電圧を印加してチャンバ３内にプラズマを発生させると共に、高周波電源８Ｂにより下部電極としての金属ブロック１２に高周波電力（バイアス電力）を印加して、ステージ１１上のＳｉＣ基板２にバイアスを印加する。チャンバ３内に発生するプラズマにより基板２がエッチングされる。

エッチング中は、冷媒循環装置１５によって冷媒流路１２ａ中で冷媒を循環させて金属ブロック１２を冷却する。ＳｉＣ基板２で発生する熱は、伝熱ガス（前述のように本実施の形態ではヘリウム）を介した熱伝導によりステージ１１に伝わり、さらに金属ブロック１２に伝わる。その結果、金属ブロック１２を冷却することで、ステージ１１上に保持されたＳｉＣ基板２は、ステージ１１を介して冷却される。

以上、ドライエッチング方法の概要について説明したが、上述したドライエッチング装置１を用いたＳｉＣ基板のエッチング加工において、エッチング加工の最適化を実現すべく、本発明者らが見出した本実施の形態におけるエッチング方法について説明する。

本発明者らは、以下で説明する各種の実験を行った結果、第１エッチング工程として、少なくともＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４を含むエッチングガスを用いたエッチングを行い、さらに第１エッチング工程よりも低いバイアスをかけながら第２エッチング工程を行うステップエッチングにより、エッチング加工の最適化を図ることができることを見出した。本方法は、第１エッチング工程において選択比の向上と基板形状の加工精度の向上を実現し、第２エッチング工程においてトレンチ底部のラウンド化を実現することで、エッチング加工の最適化を図るというものである。以下にその実験内容について順に説明する。

（第１エッチング工程に関する実施例）
本発明者らはまず、第１エッチング工程において選択比の向上と基板形状の加工精度の向上の実現を図るべく、以下の表１に示すように、実験例Ｎｏ．１−１２で示す種々のエッチング条件でＳｉＣ基板のドライエッチングを実行した。

実験Ｎｏ．１−１２の具体的なエッチング条件は以下の通りである。

エッチングガスの組成は以下の通りである。実験Ｎｏ．１、２はＳＦ_６およびＯ_２の混合ガスである。実験Ｎｏ．３−１２はＳＦ_６、Ｏ_２およびＳｉＦ_４の混合ガスである。

エッチングガス中におけるＳＦ_６の添加量は、実験Ｎｏ．１−１２で１０ｓｃｃｍである。

エッチングガス中におけるＯ_２の添加量は、実験Ｎｏ．２が５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１、３、４、９が１０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．６−８、１０−１２が２０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．５が２５ｓｃｃｍである。

エッチングガス中におけるＳｉＦ_４の添加量は、実験Ｎｏ．１、２が０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．３が１ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．４が２ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．５、６が５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．７が７ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．８、９が１０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１０が１５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１１が１７ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１２が２０ｓｃｃｍである。

エッチングガスの総流量は、実験Ｎｏ．２が１５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１が２０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．３が２１ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．４が２２ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．９が３０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．６が３５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．７が３７ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．５、８が４０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１０が４５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１１が４７ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１２が５０ｓｃｃｍである。

希釈ガスであるＡｒの添加量は、実験Ｎｏ．１−１２で５００ｓｃｃｍである。

エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合（以降、ＳｉＦ_４の割合とする）は、実験Ｎｏ．１．２が０．０％、実験Ｎｏ．３が４．８％、実験Ｎｏ．４が９．１％、実験Ｎｏ．５が１２．５％、実験Ｎｏ．６が１４．３％、実験Ｎｏ．７が１８．９％、実験Ｎｏ．８が２５．０％、実験Ｎｏ．９．１０が３３．３％、実験Ｎｏ．１１が３６．２％、実験Ｎｏ．１２が４０．０％である。

チャンバ３内の圧力は実験Ｎｏ．１−１２で４Ｐａである。

チャンバ３内にプラズマを発生させるためのパワーであるＩＣＰパワーは、実験Ｎｏ．１−１２で１２００（Ｗ）である。なお、ここでのＩＣＰパワーとは、ドライエッチング装置１における第１の高周波電源８Ａからアンテナ７に印加される電力（Ｗ）のことである。

チャンバ３内でバイアスを発生させるためのパワーであるバイアスパワーは、実験Ｎｏ．１−１２で３５０Ｗである。ここでのバイアスパワーとは、ドライエッチング装置１における第２の高周波電源８Ｂから下部電極として機能する金属ブロック１２に印加される電力（Ｗ）のことである。

バイアスパワーの電力密度（バイアスパワー／下部電極の電極面積）は、実験Ｎｏ．１−１２で１．０７９Ｗ／ｃｍ^２である。下部電極としての金属ブロック１２は、基板２が載置される方向の平面視（すなわち上方視）で直径８インチの円形状を有し、その電極面積は実験Ｎｏ．１−１２で３２４．２９３ｃｍ^２である。

実験Ｎｏ．１−１２について、ＳｉＣ（基板）のエッチングレート、ＳｉＯ_２（のマスク）のエッチングレート、選択比、及び寸法シフト（CD shift；Critical Dimension shift）を測定した。

選択比は、ＳｉＯ_２のマスクのエッチングレートに対するＳｉＣ基板のエッチングレートの比である。選択比が大きいことは、精度の良好なエッチングが可能であることを示す。CD shiftについては後述する。

表１において、ＳｉＦ_４の割合と選択比との関係に着目すると、ＳｉＦ_４を添加してその割合を増加させるほど、選択比が向上していることがわかる。また、ＳｉＦ_４の割合を１８．９％以上とした実験Ｎｏ．７−１２では、例えば１０以上という良好な選択比が得られている。

ここから、選択比が良好な実験Ｎｏ．７−１２のグループと、それ以外の実験Ｎｏ．１−６のグループとの比較を行う。

図３は、実験Ｎｏ．１−６によるＳｉＣ基板１２２の加工形状の一例を示す断面図で、図４は、実験Ｎｏ．７−１２によるＳｉＣ基板２２の加工形状の一例を示す断面図である。

図３を参照すると、実線はエッチング加工後のＳｉＯ_２のマスク１２３を含むＳｉＣ基板１２２の外形を示し、点線はエッチング加工前のＳｉＯ_２のマスク１２３を含むＳｉＣ基板１２２の外形を示す。図３において、CD shiftはエッチング加工により広がったマスク１２３の開口の幅方向の寸法差分である。すなわち、CD shiftはＤ２（エッチング後のマスク１２３の開口の幅）−Ｄ１（エッチング前のマスク１２３の開口の幅）で表される。CD shiftが小さいことは、マスク１２３の開口の幅方向のエッチング加工による後退が少なく、エッチング加工による基板形状の加工精度が良好であることを示す。

図３に示されるように、実験Ｎｏ．１−６の例によれば、ＳｉＣ基板１２２が深さ方向（厚み方向）にエッチングされることによりＳｉＣ基板１２２の表面側にトレンチ１２２ａが形成されるとともに、それと同時にＳｉＣ基板１２２の表面側に設けられたマスク１２３も深さ方向に大きくエッチングされる。エッチング前のマスク１２３の厚みＨ１は、エッチング後に厚みＨ２まで減少している。このように実験Ｎｏ．１−６の例では、マスク１２３の深さ方向のエッチングが大きく進行するため、選択比は低くなっている。

また、マスク１２３の深さ方向のエッチング量が大きいことによりマスク１２３の厚みが薄くなると、トレンチ１２２ａの入口部分の近傍におけるエッチング作用が活発になるため、マスク１２３は開口の幅方向（ＳｉＣ基板１２２の表面沿いの方向）にも削られやすくなる。図３に示す例では、エッチング前のマスク１２３の開口の幅Ｄ１がエッチング後には幅Ｄ２となっており、大きく広がっていることが分かる。このようにマスク１２３が深さ方向だけでなく幅方向にも大きく削られることにより、マスク１２３間の下方に形成されたトレンチ１２２ａも幅方向に広がりやすい。図３に示すトレンチ１２２ａは、トレンチ１２２ａの底部の寸法と入口部分の寸法が略同じである所望のストレート形状ではなく、底部の寸法よりも入口部分の寸法の方が大幅に大きいラッパ形状となっている。このように実験Ｎｏ．１−６の例では、所望のＳｉＣ基板の加工形状（トレンチ）を得られない。

一方で、図４に示す例では、図３に示す例と比較すると、エッチング前において、同じ厚みＨ１のマスクを用いて略同じ深さのトレンチ２２ａをエッチングによって形成しているにもかかわらず、エッチング後において図４に示すマスク２３の厚みＨ３の方が、図３に示すマスク１２３の厚みＨ２よりも大きくなっている。すなわち選択比が大きくなっている。さらに、図３の例では、マスク１２３が深さ方向だけでなく幅方向にも大きく削られCD shiftが大きくなっているのに対し、図４の例では、マスク２３は幅方向にあまり削られておらず、CD shiftは小さくなっている（エッチング後のマスク２３の開口の幅はＤ３（＜Ｄ２））。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、このような選択比の差異に関して、ＳｉＣ基板のエッチング反応によって生じるＣＯがマスクのエッチングを促進していることが関係しているということを見出した。これに関して、エッチングガスとして、ＳＦ_６およびＯ_２を含むエッチングガスを用いた場合のドライエッチング中における反応式を以下の化１、２に示す。

化１は、ＳｉＣ基板にて生じるエッチングの反応式を示す。化２は、マスク（ＳｉＯ_２）にて生じるエッチングの反応式を示す。上記化１、２より、ＳｉＣ基板のエッチングが進行する一方で、ＳｉＣ基板のエッチング時に生じたＣＯによってマスクのエッチングが促進されていることが分かる。これにより選択比の低下につながっている。

これに対して、実験Ｎｏ．７−１２のように、ＳＦ_６およびＯ_２を含むエッチングガス中に所定割合以上のＳｉＦ_４を添加すると、チャンバ内におけるＳｉＦ_４の分圧を増加させるとともに、ＣＯの分圧を相対的に低下させることができる。ＣＯの分圧の低下により、マスクに対するＣＯのエッチング作用が弱くなるため、マスク２３のエッチングレートを低下させることができる。これにより、結果的に選択比を向上させることができる。

さらに、エッチングガス中に所定割合以上のＳｉＦ_４ガスを添加した場合には以下に示す反応も促進される（化３）。

化３に示すように、エッチングガス中にＳｉＦ_４ガスを添加することで新たにＳｉＯ_２が生成される。このようにマスク２３と同じ成分であるＳｉＯ_２量の増加により、マスク２３のエッチングを抑制することができる。このようにして同様に選択比を向上させることができる。

すなわち、実験Ｎｏ．７−１２のようにエッチングガス中に所定割合以上のＳｉＦ_４を添加することで、ＳｉＯ_２からなるマスク２３のエッチングに寄与するＣＯの分圧を低下させる作用、およびマスク２３と同じ成分であるＳｉＯ_２量を増加させる作用を併せ持ち、選択比を相乗的に向上させている。これにより、例えば１０以上の良好な選択比を得ることができる。

図５−７に、実験Ｎｏ．１−１２の結果の主な項目についてデータを成立した分布図を示す。

図５および図６は、ＳｉＦ_４の割合に対する、選択比（図５）とCD shift（図６）を示す。図５より、良好な選択比、例えば１０以上の選択比は、エッチングガス中のＳｉＦ_４の割合が１８．９％以上で実現することができる（実験Ｎｏ．７−１２）。次に、図６より、例えば１００ｎｍ以下のCD shift、つまり良好な基板形状の加工精度は、ＳｉＦ_４の割合が１８．９％以上で実現することができる（実験Ｎｏ．７−１２）。さらにＳｉＦ_４の割合が２５％以上であれば選択比がより大きくなるとともに、CD shiftはより小さくなる傾向がある。一方で、ＳｉＦ_４の割合が４０％を超えると、ＳｉＣ基板のエッチングに寄与するＳＦ_６及びＯ_２の作用が弱くなって、ＳｉＣ基板のエッチングレートが低下し、実用的ではない。以上より、選択比を向上させつつ、CD shiftを小さくして基板形状の加工精度を向上させるには、ＳｉＦ_４の割合は１８．９％以上、４０％以下が好ましく、より好ましくは２５％以上、４０％以下である。

図７は、上述した選択比とCD shiftとの関係を示す。図５−７の実験Ｎｏ．７−１２からも分かるように、ＳｉＦ_４の割合を調整して選択比を向上させることによってCD shiftも小さくなっている。

このように、実験Ｎｏ．７−１２では、少なくともＳＦ_６およびＯ_２を含むエッチングガス中にＳｉＦ_４を添加するとともに、ＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４が含まれるエッチングガスの総量に対するＳｉＦ_４の添加割合を１８．９％−４０％とすることで、良好な選択比および良好な基板の加工形状精度を両立して実現することができる。

このようなエッチング方法によれば、図４に示すように、エッチング時におけるマスク２３の厚みの変化量も小さいので、厚みの薄いマスク２３を用いたエッチングを実施することができる。これにより、マスク２３を生成するための成膜にかかる時間を短縮し、生産性を向上させることができる。

（ステップエッチングに関する実施例）
本発明者らは、上述のエッチング（第１エッチング工程）に関する実験結果を考慮して、良好な選択比と良好な基板形状の加工精度との両立に加えて、さらにトレンチ底部のラウンド化も合わせて実現すべく、さらなる実験を行った。基板のドライエッチング加工において、トレンチ底部のラウンド化は、電界集中による耐圧低下を防止するという観点で好ましい。トレンチ底部をラウンド化することができれば、信頼性の高い基板を作成することができる。ここでのラウンド化とは、トレンチ底部の立ち上がり部分が丸みを帯びている状態などを意味する。

本発明者らは、以下の表２、３に示すように、各種条件を変えながら実験Ｎｏ．１３−２１をそれぞれ実施した。これらの実験Ｎｏ．１３−２１の概要としては、少なくともＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４を含むエッチングガスを用いた第１エッチング工程の後に、第１エッチング工程よりもバイアスパワーを下げた第２エッチング工程によるステップエッチングを行うというものである。表２に示す条件が第１エッチング工程に対応し、表３に示す条件が第２エッチング工程に対応する。

表２に示すように、全ての実験Ｎｏ．１３−２１において、第１エッチング工程の条件は全て同じであり、具体的には以下の通りである。
エッチングガスの組成： ＳＦ_６、Ｏ_２およびＳｉＦ_４の混合ガス
ＳＦ_６の添加量： ３０ｓｃｃｍ
Ｏ_２の添加量： ６０ｓｃｃｍ
ＳｉＦ_４の添加量： ２５ｓｃｃｍ
エッチングガスの総流量： １１５ｓｃｃｍ
Ａｒ（希釈ガス）の添加量： ３００ｓｃｃｍ
エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の割合：２１．７％
圧力： ２Ｐａ
ＩＣＰパワー： ２２００Ｗ
バイアスパワー： ５７０Ｗ
バイアスパワーの電力密度： １．７５８Ｗ／ｃｍ^２
処理時間： １８０ｓ

実験Ｎｏ．１３−２１について、ＳｉＣ（基板）のエッチングレート、ＳｉＯ_２（マスク）のエッチングレート及び選択比を測定した。それぞれの結果は、９１０ｎｍ／ｍｉｎ、６７ｎｍ／ｍｉｎ及び１３．５８であった。

実験Ｎｏ．１３−２１による第１エッチング工程では、ＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４を含むエッチングガスを用いるとともに、ＳｉＦ_４の割合を１８．９％以上４０％以下である２１．７％としている。すなわち、前述の実験Ｎｏ．７−１２と同じ原理を適用することができる。よって、実験Ｎｏ．１３−２１による第１エッチング工程後のＳｉＣ基板の加工形状は、図４に示される実験Ｎｏ．７−１２のＳｉＣ基板２２の例と実質的に同様であり、良好な選択比および良好な加工形状精度を両立している。一方で、図４に示すように、ＳｉＣ基板２２のトレンチ２２ａの底部ではラウンド化されていない（トレンチ２２ａの底部の立ち上がり部分が丸みを帯びていない）。

この第１エッチング工程後のＳｉＣ基板をそれぞれ用いて、表３に示す条件にてそれぞれ、さらに第２エッチング工程を行った。具体的な第２エッチング工程の条件は以下の通りである。

表３に示す第２エッチング工程におけるエッチングガスの組成は以下の通りである。実験Ｎｏ．１３−１５はＳＦ_６のみ、実験Ｎｏ．１６、１７はＳＦ_６およびＳｉＦ_４の混合ガス、実験Ｎｏ．１８−２１はＳＦ_６、Ｏ_２およびＳｉＦ_４を含む混合ガスである。

エッチングガス中におけるＳＦ_６の添加量は、実験Ｎｏ．１３−２１で３０ｓｃｃｍである。

エッチングガス中におけるＯ_２の添加量は、実験Ｎｏ．１３−１７が０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１８が７ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１９が１５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．２０が３０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．２１が６０ｓｃｃｍである。

エッチングガス中におけるＳｉＦ_４の添加量は、実験Ｎｏ．１３−１５が０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１７−２１が２５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１６が４０ｓｃｃｍである。

エッチングガスの総流量は、実験Ｎｏ．１３−１５が３０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１７が５５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１８が６２ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．１６、１９が７０ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．２０が８５ｓｃｃｍ、実験Ｎｏ．２１が１１５ｓｃｃｍである。

希釈ガスであるＡｒの添加量は、実験Ｎｏ．１３−２１で３００ｓｃｃｍである。

希釈ガスを含まないエッチングガスの総流量に対するＯ_２の添加割合（以降、Ｏ_２の割合とする）は、実験Ｎｏ．１３−１７が０．０％、実験Ｎｏ．１８が１１．３％、実験Ｎｏ．１９が２１．４％、実験Ｎｏ．２０が３５．３％、実験Ｎｏ．２１が５２．２％である。

チャンバ３内の圧力は、実験Ｎｏ．１５−２１で２Ｐａ、実験Ｎｏ．１４で５Ｐａ、実験Ｎｏ．１３で７Ｐａである。

ＩＣＰパワーは、実験Ｎｏ．１３−２１で１８００（Ｗ）である。

バイアスパワーは、実験Ｎｏ．１３−２１で５０Ｗである。

バイアスパワーの電力密度は、実験Ｎｏ．１３−２１で０．１５４Ｗ／ｃｍ^２である（電極面積は約３２４．２９３ｃｍ^２）。

エッチングを行う処理時間は１８０ｓである。

実験Ｎｏ．１３−２１について、ＳｉＣ（基板）のエッチングレート、ＳｉＯ_２（マスク）のエッチングレート、選択比、及びデポ減少度（ＳｉＣ基板のエッチングレートに対するＳｉＯ_２のマスクのエッチングレートの比）を測定した。デポ減少度の詳細については後述する。

実験Ｎｏ．１３−２１による第２エッチング工程後におけるＳｉＣ基板の加工形状の一例を図８、図９Ｂ−９Ｄに示す。トレンチの幅や高さなどの寸法は異なるものの、図８に示すような例を含めて、全ての実験Ｎｏ．１３−２１において、トレンチ底部のラウンド化を行うことができた。すなわち、トレンチ底部の立ち上がり部分が丸みを帯びている状態を実現することができた。

第１エッチング工程ではバイアスパワーを高くする（５７０W）ことで、異方性の強いエッチングを行ってトレンチ２２ａを縦方向に深く掘るのに対して（図４参照）、第２エッチング工程では第１エッチング工程より低いバイアスパワーとする（５０W）ことで、異方性よりも等方性の強いエッチングを行っている。このように、第２エッチング工程において、第１エッチング工程に比べて縦方向だけでなく横方向にも強くトレンチ３２ａをエッチングしているため、トレンチ底部のラウンド化を実現きるものと考えられる。なお、トレンチ底部のラウンド化という観点では、第２エッチング工程におけるバイアスパワーの好ましい範囲は１０Ｗ以上１００Ｗ以下とすることができる（下部電極の電極面積が約３２５ｃｍ^２の場合）。これをバイアスパワーの電力密度に換算すると、好ましい範囲は０．０３１Ｗ／ｃｍ^２以上０．３０８Ｗ／ｃｍ^２以下である。また、第１エッチング工程においてトレンチ２２ａを深く掘るという観点では、第１エッチング工程におけるバイアスパワーの好ましい範囲は３００Ｗ以上とすることができる。これをバイアスパワーの電力密度に換算すると好ましい範囲は０．９２５Ｗ／ｃｍ^２以上である。

次に、本発明者らは、トレンチ底部のラウンド化に加えて、表３の条件に示すようにＯ_２の割合などを変えることで、いわゆるＳｉＣ基板３２のダイシングライン部（アイソレーション部）におけるデポ堆積の抑制を追求した。ダイシングライン部（図示せず）とは、エッチング加工後に基板３２を個片化するためのダイシング工程でダイシングソー等を侵入させるために、ＳｉＣ基板３２表面に予め掘られる凹部のことである。ダイシングライン部は、ＳｉＣ基板３２上においてトレンチ３２ａとは別の場所に設けられる。本実施の形態では、ＳｉＣ基板３２上にエッチングによって微細なトレンチ３２ａを形成するとともに、同じエッチングガスによりダイシングライン部を同時にエッチングすることにより、ダイシングライン部の掘り下げもあわせて行っている。

このような加工方法においては、基板３２上のトレンチ３２ａとダイシングライン部のエッチングを並行して進める必要があるが、本実施の形態の第２エッチング工程のような低バイアスのエッチングによれば、第１エッチング工程の高バイアスのエッチングと比較して加工速度が遅いため、デポ（堆積物）が発生しやすくなる。ダイシングライン部はトレンチ３２ａと比べてエッチングによる加工の幅が非常に大きいため、デポが堆積しやすい。よって、第２エッチング工程によりデポが発生すると、場合によってはダイシングライン部にデポが堆積することでエッチングが阻害され、エッチングがストップしてしまうことがある。よって、トレンチ３２ａの加工とダイシングライン部の掘り下げとを同時に行うためには、低バイアスのエッチングによりトレンチ底部のラウンド化を図りながらも、併せて特にダイシングライン部におけるデポの発生を抑制することが好ましい。

そこで、本発明者らは、実験Ｎｏ．１３−２１で新たに算出したデポ減少度に着目する。このデポ減少度は、本明細書でＳｉＣ基板のエッチングレートに対するＳｉＯ_２のマスクのエッチングレートの比（ＳｉＯ_２のエッチングレート／ＳｉＣのエッチングレート）として定義される。デポ減少度の値が正であると、ＳｉＯ_２のエッチングが進んでいることを意味する。反対に、デポ減少度の値が負であると、ＳｉＯ_２のエッチングが進まず逆に後退している、すなわち、ＳｉＯ_２上にデポが堆積していることを意味する。また、デポ減少度が正の値である場合においては、その値が大きいほどＳｉＯ_２のエッチングが早く進み、その値が小さいほどＳｉＯ_２のエッチングが遅く進んでいるということを意味する。ダイシングライン部とトレンチ３２ａの周囲のマスクとでは基板上での場所が異なるものの、それぞれのエッチング工程において、同じエッチングガスにより同時にエッチングされるため、デポ堆積の進行には相関性がある。これより、ダイシングライン部でデポを堆積させない一方で、マスク３３のエッチングを遅らせることで、ＳｉＣ基板３２のエッチングをより効率的に行うためには、デポ減少度の値が正でありかつその値が０に近い方がより好ましいといえる。なお、デポ減少度に変えて選択比の逆数として表すものでも良い。

これらを踏まえて、表３に示すデポ減少度の値を見ると、実験Ｎｏ．１３−１８ではデポ減少度の値が正であり、実験Ｎｏ．１９−２１ではデポ減少度の値が負であることが分かる。これをＯ_２の割合との関係で見ると、Ｏ_２の割合が１１．３％以下であれば、デポ減少度の値が正となることが分かる。すなわち、Ｏ_２の割合を１１．３％以下とすることで、デポ減少度の値を正とすることができ、これにより、エッチングによるトレンチ底部のラウンド化とともにダイシングライン部の掘り下げも同時に進めることができる。

Ｏ_２の割合を１１．３％以下とすることでデポ減少度を正の値とできる原理としては、Ｏ_２の割合を制限することで、ＳｉＦ_４とＯ_２の反応により生じるマスクの成分であるＳｉＯ_２の発生量が少なくなるためと考えられる。

次に、実験Ｎｏ．１３−２１による各エッチング工程後のＳｉＣ基板の実際の寸法の例を図９Ａ−９Ｄに示す。ここで、第１、第２エッチング工程の処理時間はそれぞれ１８０secである（表２、３参照）。図９Ａは、実験Ｎｏ．１３−２１における第１エッチング工程後のＳｉＣ基板４２の寸法を示し、図９Ｂは、実験Ｎｏ．２０における第２エッチング工程後のＳｉＣ基板５２の寸法を示し、図９Ｃは、実験Ｎｏ．１７における第２エッチング工程後のＳｉＣ基板６２の寸法を示し、図９Ｄは、実験Ｎｏ．１４における第２エッチング工程後のＳｉＣ基板７２の寸法を示す。

図９Ａに示す第１エッチング工程後のＳｉＣ基板４２の寸法について説明する。初期（エッチング前）のマスク４３の厚みは１５００ｎｍである。第１エッチング工程後のマスク４３の厚みは１３００ｎｍである。第１エッチング工程後のトレンチ４２ａの深さは２７３０ｎｍである。このデータより、ＳｉＣのエッチングレートは、２７３０ｎｍ÷３ｍｉｎ＝９１０ｎｍ／ｍｉｎである（表２参照）。また、ＳｉＯ_２のエッチングレートは、（１５００ｎｍ−１３００ｎｍ）÷３ｍｉｎ（処理時間）＝６７ｎｍ／ｍｉｎである（表２参照）。

図９Ｂに示す第２エッチング工程後のＳｉＣ基板５２の寸法について説明する（実験Ｎｏ．２０）。初期（ここでは第１エッチング工程後）のマスク５３の厚みは１３００ｎｍである。初期のトレンチ５２ａの深さは２７３０ｎｍである。第２エッチング工程後のマスク５３の厚みは１７６０ｎｍである。第２エッチング工程後のトレンチ５２ａの深さは３１９０ｎｍである。このデータより、ＳｉＣのエッチングレートは、（３１９０ｎｍ−２７３０ｎｍ）÷３ｍｉｎ＝１５３ｎｍ／ｍｉｎである（表３参照）。また、ＳｉＯ_２のエッチングレートは、（１３００ｎｍ−１７６０ｎｍ）÷３ｍｉｎ＝−１５３ｎｍ／ｍｉｎである（表３参照）。

図９Ｃに示す第２エッチング工程後のＳｉＣ基板６２の寸法について説明する（実験Ｎｏ．１７）。初期（第１エッチング工程後）のマスク６３の厚みは１３００ｎｍである。初期のトレンチ６２ａの深さは２７３０ｎｍである。第２エッチング工程後のマスク６３の厚みは１１５０ｎｍである。第２エッチング工程後のトレンチ６２ａの深さは３２６０ｎｍである。このデータより、ＳｉＣのエッチングレートは、（３２６０ｎｍ−２７３０ｎｍ）÷３ｍｉｎ＝１７７ｎｍ／ｍｉｎである（表３参照）。また、ＳｉＯ_２のエッチングレートは、（１３００ｎｍ−１１５０ｎｍ）÷３ｍｉｎ＝５０ｎｍ／ｍｉｎである（表３参照）。

図９Ｄに示す第２エッチング工程後のＳｉＣ基板７２の寸法について説明する（実験Ｎｏ．１４）。初期（第１エッチング工程後）のマスク７３の厚みは１３００ｎｍである。初期のトレンチ７２ａの深さは２７３０ｎｍである。第２エッチング工程後のマスク７３の厚みは１２００ｎｍである。第２エッチング工程後のトレンチ７２ａの深さは３３９０ｎｍである。このデータより、ＳｉＣのエッチングレートは、（３３９０ｎｍ−２７３０ｎｍ）÷３ｍｉｎ＝２２０ｎｍ／ｍｉｎである（表３参照）。また、ＳｉＯ_２のエッチングレートは、（１３００ｎｍ−１２００ｎｍ）÷３ｍｉｎ＝３３ｎｍ／ｍｉｎである（表３参照）。

上述の通り、本実施の形態におけるドライエッチング方法は、まず、エッチングガスとして、少なくともＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４を含むエッチングガスを用いて、エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合を１８．９％以上、４０％以下として、チャンバ内に第１のバイアスパワーを付与してエッチングを行う第１エッチング工程を行う。次に、第１エッチング工程後に、チャンバ内に第１のバイアスパワーよりも低い第２のバイアスパワーを付与してエッチングを行う第２エッチング工程を行う。このように、第１エッチング工程において、エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合を１８．９％以上、４０％以下としてエッチングを行うことにより、選択比を向上させつつ、ＳｉＣ基板の加工形状精度を向上させることができる。さらに、第１エッチング工程よりもバイアスパワーを下げた第２エッチング工程を行うことにより、第１エッチング工程時に形成されたＳｉＣ基板のトレンチ底部のラウンド化を図ることができる。このようにして、エッチング加工の最適化を図ることができる。

さらに、第１のバイアスパワー（Ｗ）の電力密度を０．９２５（Ｗ／ｃｍ^２）以上とし、第２のバイアスパワー（Ｗ）の電力密度を０．０３１（Ｗ／ｃｍ^２）以上０．３０８（Ｗ／ｃｍ^２）以下としても良い。このように、第１のバイアスパワーの電力密度を所定以上に設定することで、選択比を向上させつつ、ＳｉＣ基板に深いトレンチ部を形成することができる。また、第２のバイアスパワーの電力密度を所定以下に設定することで、トレンチ底部のラウンド化を促進することができる。

さらに、第２エッチング工程において、エッチングガスは少なくともＳＦ_６およびＯ_２を含み、エッチングガスの総流量に対するＯ_２の添加割合を１１．３％以下としても良い。このように、第２エッチング工程においてエッチングガスの総流量に対するＯ_２の添加割合を所定以下とすることにより、Ｏ_２に起因して生じるデポの量を少なくすることができ、特にダイシングライン部でのエッチングも並行して効率的に進めることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。

本発明は、ＳｉＯ_２によるマスクパターンが形成されたＳｉＣ基板に対するドライエッチング方法に適用することができる。

１ ドライエッチング装置
２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、１２２ ＳｉＣ基板
２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ、７２ａ、１２２ａ トレンチ
３ チャンバ
３ａ ガス導入口
３ｂ 排気口
４ エッチングガス源
５ 減圧機構
６ 誘電体壁
７ アンテナ
８Ａ．８Ｂ 高周波電源
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
２１、２３、３３、４３、５３、６３、７３、１２３ マスク

Claims (4)

1. チャンバ内において、ＳｉＯ_２によるマスクパターンが形成されたＳｉＣ基板に対して、エッチングガスを使用して生成されるプラズマによりプラズマエッチング処理を行う、ＳｉＣ基板のエッチング方法であって、
   エッチングガスとして、少なくともＳＦ_６、Ｏ_２、ＳｉＦ_４を含むエッチングガスを用いて、エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合を１８．９％以上、４０％以下として、チャンバ内に第１のバイアスパワーを付与してエッチングを行う第１エッチング工程と、
   第１エッチング工程後に、チャンバ内に第１のバイアスパワーよりも低い第２のバイアスパワーを付与してエッチングを行う第２エッチング工程とを有する、ＳｉＣ基板のエッチング方法。
2. バイアスを発生させるためにチャンバ内に配置された下部電極の電極面積（ｃｍ^２）に対して、第１のバイアスパワー（Ｗ）の電力密度は、０．９２５（Ｗ／ｃｍ^２）以上であり、第２のバイアスパワー（Ｗ）の電力密度は、０．０３１（Ｗ／ｃｍ^２）以上０．３０８（Ｗ／ｃｍ^２）以下である、請求項１に記載のＳｉＣ基板のエッチング方法。
3. 第２エッチング工程において、エッチングガスは少なくともＳＦ_６およびＯ_２を含み、エッチングガスの総流量に対するＯ_２の添加割合が１１．３％以下である、請求項１又は２に記載のＳｉＣ基板のエッチング方法。
4. 第１エッチング工程において、エッチングガスの総流量に対するＳｉＦ_４の添加割合が２５％以上４０％以下である、請求項１から３のいずれか１つに記載のＳｉＣ基板のエッチング方法。

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