TW201207936A - Etching method - Google Patents
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Description
201207936 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種將處理氣體電漿化而對碳化矽基板 進行蝕刻之蝕刻方法。 【先前技術】 於半導體領域中,先前以來廣泛使用石夕基板(Si基板) 作為基板材料,近年來著眼於物性較該矽基板更優異之碳 化石夕基板(SiC基板)。該碳切純具有以下特徵:與石夕 相比結晶之晶格常數較小且_較大:或者由於結晶之晶 格常數較持由於原子間之結合㈣,_料行敍刻加 工。 並且,先前作為對此種碳化石夕基板進行爛之方法, 例如提出有日本專利特開2__29侧號公報所揭示之姓 =方法。該侧枝依歸施:解軸轉,於碳化石夕 辱i'表面,成具有特定形狀之遮罩圖案之二氧化石夕膜
則會如圖5(b)所示般 U係,若僅於第1钱刻步驟中進 所示般,於藉由蝕刻而形成之孔 於上述蝕刻方法中,於第 之-個階段進行細】之原因係 201207936 H或槽Η之底面的側壁側會進_步形成槽(次槽)η,,而 無法高精度地侧’因此藉由進行第2餘刻步驟而使底面 平坦。 - 。另-方面’本㈣請人提出將碳切基板加熱至 20〇c〜4〇〇c ’藉由SF0氣體或藉由包含%氣體及&氣 體之混合氣體對上述碳切基板進行㈣㈣的方法,來 作為可僅於1階段之侧步财進行㈣之酬方法(日 本專利特願2009-246096號)。 於該蝕刻方法中,將碳化矽基板加熱至2〇〇1〜4〇〇1 之原因主要係以下2個原因。即第—個原因係,若構成碳 化石夕基板之原子之結合被切割後而未脫離則難以與 氣體藉由電漿化而產生之自由基或離子反應,但該碳化石夕 基板之溫度越高,則原子間之結合越易被切割,越易與Sf6 氣體藉由電漿化而產生之自由基或離子反應。即,為矽基 板時,石夕原子間距離約0.25 nm且結合能約2 eV,相對於 此,為碳化矽基板時,碳化矽之原子間距離約〇 189nm且 結合能約4.5 eV,與矽相比,原子間距離較短、且結合能 較高,因此蝕刻時必須施加較大能量,因此與矽基板同樣 無法進行钮刻。 又’第一個原因係,若碳化石夕基板K之加熱溫度較低, 則如圖5 (b)所示般’於藉由餘刻而形成之孔η或槽η 之底面的側壁側更易形成槽Η,,若碳化矽基板Κ之加熱溫 度較高,則如圖5 (a)所示般,易各向同性地進行蝕刻而 #刻孔Η或槽η之側壁(易形成彎弓形狀)。
S 4 201207936 。因此右將碳切基板κ之加熱溫度設定為·。匸〜 _c ’則即便是原子間結合㈣之碳化縣板亦可有效 地進行_,又,於侧時,於孔Η紐Η之底面不會完 全开/成槽Η ’或者即便形成亦為㈣小,對孔η或槽η 之側壁亦*會完全侧,或者即㈣刻亦為極微小。 再者’形成槽Η’而欠佳之原因係,於藉由侧而形成 之孔Η或槽Η’之内部會嵌人絕賴或電極,但若形成槽 則於槽Η’部分f產铸絲焦或應力 ,而使元件之可 罪! 生降低從而導致製品不良。另—方面,將侧雜刻而欠 佳之原因係’於孔Η或槽H,之内部嵌入絕緣膜或電極時會 產生孔而易使侧壁之膜厚變得不均一,而導致漏電等製品 不良。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻丨]日本專利特開2008-294210號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 然而’即便是將碳化矽基板Κ加熱至200°C〜40(TC進 订麵刻時’亦由於包含SF6氣體及〇2氣體之混合氣體中之 0 ^ 2氧體的比例,而使形成於孔Η或槽Η之底面的槽H,變 大、或者使孔Η或槽Η之側壁之蝕刻變大。 圖4中’將供給至蝕刻用處理腔室内之SF6氣體之流 量固定為40 seem,將供給至上述處理腔室内之〇2氣體之 ’机里分別設定為0 seem (不供給)、1〇 seem、40 seem、60 201207936 seem、100 seem及200 seem,並匯總對碳化矽基板κ進行 蚀刻時之側壁蝕刻量b及槽Η,之深度d。再者,作為其他 姓刻條件’除了上述SF6氣體及〇2氣體外,以5〇sccm將 Ar氣體供給至上述處理腔室内,將碳化矽基板尺之加熱溫 度设定為200 C〜400°C,將供給至電漿生成用線圈之高頻 電力設定為2500 W,將供給至載置有碳化矽基板κ之基 台之高頻電力設定為700 W,將上述處理腔室内之壓力設 定為3 Pa。又,上述側壁蝕刻量b及槽Η,之深度d為圖5 所示之尺寸,於上述圖4中,換算成每丨之孔H或槽 Η之深度的數值。因此,圖4之側壁蝕刻量b及槽h,之深 度d乘以實際的孔η或槽η之深度而得之值成為實際的側 壁银刻量b及槽Η,之深度d。 泣如該圖4可知,不供給〇2氣體(為〇sccm時)、或供 給流量為小流量(10sccm)日夺,雖然未形成㈣,,但側壁 被钱刻’韻刻形狀成為如圖5 (a)所示般。另一方面,於 〇2氣體之供給流量為大流量(6〇sCCm、100sccm、20〇sccm) 時’雖然側壁未被餘刻’但形成槽H,,敍刻形狀成為如圖 ^所示般。又,於〇2氣體之供給流量為中流量(4〇sccm) 時’與小流量時相比雖然較少但絲刻侧壁,與大流量時 相輯然較小但亦形成槽H,,蝕刻形狀成為如圖5二)所 不般再者,@ 5巾符號料示遮罩,符號H表示孔或槽。 ^處,於〇2氣體之供給流量為大流量時,糊形狀成 ”:5⑻所示般’認為細下理由所致。即原因係, 故化石夕基板K藉由㈣而產生之㈣子或構切化合物
S 6 201207936 (例如SiF4)之石夕原子 反應而生成氧切(例如Si〇2)=生=由基或:: 側壁,又,成充㈣膜而倾孔Η或槽Η之 Η之底而Γ方面’氧化料堆積(附著)於孔Η或槽 中之孔^飿刻藉由離子入射而進行,因此離子入射集 汗。另_2 θΗ之側壁附近賴刻速度較快,藉此形成槽 射〜自’不供給〇2氣體,或供給流量為小流量時, 成為如圖5 (a)所示般,原因係由於未形成充分 之保濩膜,故各向同性地進行蝕刻。 如此,即便將碳化矽基板κ加熱至20(rc〜4⑻。c,亦 由於混合氣體所含之〇2氣體之比例,而使槽H,變大、或 側壁之働m大,畴在無紐得滿足較雜精度之姓 刻形狀之情況。 本發明係鑒於以上實際情況而完成者,其目的在於提 供月b以更尚精度對碳化石夕基板進行餘刻之飯刻方法。 [解決問題之技術手段] 用以達成上述目的之本發明係一種餘刻方法,其特徵 在於: 其係對載置於處理腔室内之基台上之碳化矽基板進行 蝕刻者,且 交替反覆實施:第1步驟,將上述碳化矽基板加熱至 200°C以上’將包含氟系氣體之處理氣體供給至上述處理腔 室内進行電漿化,對上述基台供給高頻電力而給予偏壓電 位’而對上述碳化矽基板進行蝕刻; 201207936 、第2步驟’至少包含於上述碳化祕板上形成氧化石夕 膜或氮化石夕膜之處理。 根據該敍刻方法,反覆進行:第1步驟,將碳化石夕基 板加熱至2GGC以上’將包含氟系氣體之處理氣體進行電 漿化’對基台給倾壓電位;第2步驟,至少包含於上述 石反化石夕基板上形成氧切膜錢化賴之處理。 於上述第1步驟中,氟系氣體藉由電衆化而產生之離 子藉由偏壓電位而人射至碳切基板並碰撞,由此將該碳 化石夕基板侧,並且氟系氣體藉由電漿化而產生之自由基 或離子與構錢切餘之㈣子反應,巾觸碳化石夕基 板钱刻。 於上述第2步驟中,碳化石夕基板藉由餘刻而產生之石夕 原子或構成魏合物之魏子、魏魏之自由基或離子 反應而生成氧化梦或氮切(例如驗),藉由該氧化石夕 或氛化料於孔或叙表㈣魏化賴縫切膜。於 離子入射較多之孔或槽之底面會將保護膜去除_刻,但 於離子入射較少之孔或槽之側侧可藉由賴膜而防止姓 刻。 並且,若反覆進行此種第1步驟與第2步驟,則於第 2步驟中於上述碳切基板上形魏化㈣或氮切膜, 因此可抑侧魏刻,⑽止於孔或槽之側侧進一步形 成槽’並錄孔或槽之深度方向進行_。藉此,可防止 形成彎弓形狀或次槽。 又’用以達成上述目的之本發明如技術方案i之姓刻
S 8 201207936 方法,其中 於上述第1步驟中’將上述碳化碎基板進行各向同性 地钱刻; 、於上述第2步驟中,將上述碳化石夕基板加熱至細。c 乂上將包3氟系氣體與氧氣或氮氣之處理氣體供給至上 述處理腔室内進行電漿化,對上述基台供給高頻電力而給 予偏塵電位’而於述碳切基板上形絲化頻或氮化石夕 膜作為保護鼓制碳切基板進行姓刻。 、山根據該餘刻方法,反覆進行:上述第1步,驟中之對上 述碳化絲板進行各向同性地侧之纽;上述第2步驟 中,將碳化石夕基板加熱至肩c以上,將包含氟系氣體與 氧氣或氮氣之處理氣體進行電漿化,而對基台給予偏壓電 位’於上述碳切基板上形成氧化賴或氮切膜作為保 護膜且對該碳化矽基板進行蝕刻之處理。 於上述第1步驟中,I系氣體藉由電聚化而產生之離 子藉由偏壓電絲人射至碳切基板並碰撞,纟此將該碳 化石夕基板㈣,並且氟系氣體藉由電衆化而產生之自由基 或離子與構成碳化矽基板之矽原子反應而將該碳化矽基板 蝕刻。如此對碳化矽基板進行各向同性地蝕刻。 又,於上述第2步驟中’氟系氣體或氧氣或氮氣藉由 電漿化而產生之離子藉由偏壓電位而入射至碳化矽基板並 碰撞,由此將該碳化矽基板蝕刻,氟系氣體藉由電漿化而 產生之自由基或離子與構成碳化矽基板之矽原子反應而將 該碳化矽基板蝕刻。又,碳化矽基板藉由蝕刻而產生之矽 201207936 原子或構成石夕化合物之石夕原子、與氧氣或氮氣藉由電激化 而產生之自由基或離子反應而生成氧切或氮切(例如
SiNx),由魏化⑦或氮切於孔或槽之表面形成保護膜。 於離子入射财之孔或槽之底面會將保護膜去除而餘刻, 但於離子人射較少之孔或槽之側賴可藉由保護膜而防止 儀刻。 並且,若反覆進行此種第〗步驟與第2步驟,則於第 1步驟中防止孔或叙底斜央部亦騎_而於該底面 之侧壁侧進-步形成槽,於第2步驟防止孔或槽之側壁進 行侧,因此可抑麵壁之_,且防止於孔或槽之側壁 侧進一步形成槽,並且於孔或槽之深度方向進行蝕刻。藉 此,可防止形成彎弓形狀或次槽。 g 如此,根據本發明之蝕刻方法,交替反覆進行:對碳 化矽基板進行各向同性地蝕刻之第〗步驟,以及形成保護 膜而保護孔或槽之側壁並對碳化矽基板進行蝕刻之第2步 驟’而可抑制側壁之齡j ’且防止於錢槽之侧壁側進一 步形成槽,並且於孔或槽之深度方向進行蝕刻,因此可更 高精度地對碳化石夕基板進行餘刻。 再者,於上述第2步驟中,可將包含氧氣或氮氣之處 理氣體供給至上述處理腔室内進行電漿化,並且對上述基 台供給300 W以上之高頻電力而給予偏壓電位,於上述碳 化矽基板上形成氧化矽膜或氮化矽膜作為保護膜並對該碳 化石夕基板進行颠刻。 此時,於第2步驟中,氧氣或氮氣藉由電漿化而產生 201207936 •碳切綠並職,由此將 二’並且碳化♦基板藉由餘刻而產生之石夕 =與氧氣或氮氣藉由電漿化而產生之自由基或離子反 …成氧切魏切,由魏切紐切於孔或槽 =面形成保護膜。此處,對基台供給3G0W以上之高頻 ,力之原因係,若不供給·❹上之高頻電力而給予鱼 其對應之偏屢電位,則入射至碳化石夕基板之離子較少,無 法產生形成-定水準以上之保護膜所需用⑽原子。 ^又,於上述第2步驟中,可將包含石夕系氣體與氧氣或 鼠=之處理氣體供給至上述處理腔室内進行電浆化,於上 述叙化絲板上形成氧化頻或氮切膜作為保護膜。 此時’於上述第1步驟中,氣系氣體藉由電裝化而產 生之離子藉由偏壓電㈣人射至碳切基板並碰撞,由此 將該碳化德板_,並且氟系氣體藉由化而產生之 自由基或離子麟成碳切基板之衫子反絲將該碳化 石夕基板银刻。 另-方面,於上述第2步驟中,石夕系氣體藉由電聚化 而產生之自由基或離子、與氧氣或氮氣藉由㈣化而產生 之自由基或離子反應而生成氧切或氮切,由該氧化石夕 或氮化矽於孔或槽之表面形成保護膜。 並且,若反覆進行此種第1步驟與第2步驟,則於第 1步驟中進行保護膜之去除及蝕刻,於第2步驟中於孔戋 槽之侧壁及底面形成保護膜,因此防止孔或槽之侧壁之蝕 刻並於孔或槽之深度方向進行蝕刻。因此與上述同樣,可 11 201207936 防止形成彎弓形狀或次槽。 X於反覆進仃第1步驟與第2步驟時之該第1步驟 中’可將包含If'氣體與氧氣之處理氣體供給至上述處理 腔至内進灯電漿化。若如此,則可使碳切基板藉由钮刻 而產生之碳原子、與氧氣藉㈣渡化喊生之自由基或離 子反應m使該碳原子成為氧化物而去除,而可防止含碳 化合物堆積於孔或槽而產生殘渣。 又’於上述第1步驟、上述第2步驟中均使用包含ft 系耽體與氧氣之處理氣體時,於上述第丨步驟中,可將包 含氣系氣體魏氣之處理氣體供給至上述處理腔室内進行 電聚化’並且將上述氧氣之供紐4狀為氟系氣體之 1.25倍以下’於上述第2步驟中,可將包含氟系氣體與氧 氣之處理氣體供給至上述處理腔㈣進行㈣化,並且將 上述氧氣之供給流量設定為氟系氣體之供給流量之㈣倍 以上。 如上所述,於氧氣之供給流量較多時,雖然藉由保護 膜可防止觀之_,但於孔或槽之底面之侧·更易形 成槽’另-方面’於氧氣之供給流量較少時,由於不過於 形成保護膜而易各向同性地進行㈣(參關4及圖 因此,若使各蝕刻步驟中之氧氣之供給流量如上所述 般’則於S 1步财细彡成有:欠槽之孔或狀底面中央部 進行㈣而使底面成為平坦或圓職(底面巾央部較側壁 側深之形狀)’而可防止形成彎弓形狀或次槽,並 之深度方向進行_,並於第2步驟中防止孔或槽之側^ 12 201207936 之餘刻。 體之中的氧氣之供給流量設定為氣系氣 給流量設定為將上料2步驟巾的氧氣之供 若將卜H !止11之供給流量的1倍以上,則更佳, 述第1步料的魏之 供給流量的G25AWT 认城糸虱體之 汽量讯定Αϋ 將上述第2步驟中的氧氣之供給 …又疋為鼠錢體之供給流量的U倍以上,則尤佳。 二i,為與第1步驟相比’第2步驟中氧氣之供給 纟大氧氡之供給流量魏系氣狀供給流量的 介。〜1.25倍之間,如圖5 (c)般,係可形成即便微小 ’、可制㈣,即便微小亦可形成槽H,之侧形狀的流 量,因此第1步驟及第2步驟中均可應用。 、再者作為上述氟系氣體,例如可列舉SF6氣體,作 為上述㈣氣體,例如可列舉吼氣體。此外,於將碳化 石夕基板加熱時,可_處理氣體藉由魏化而產生之離子 之入射而進行加熱,亦可藉由加料進行加熱,還可藉由 離子入射及加熱器之兩者進行加熱,於溫度過於上升時, 可組合碳化碎基板之冷卻。 [發明之效果] 如以上所述,根據本發明之蝕刻方法,可防止形成彎 弓形狀或次槽而可獲得更高精度之餘刻形狀。 【實施方式】 以下,根據隨附圖式對本發明之具體實施形態進行說 明。再者,本實施形態中,例如將具有4H-SiC之結晶結構 13 201207936 之碳化矽基板進行蝕刻,又,於其表面例如形成包含二氧 化矽膜之蝕刻遮罩。 首先’根據圖1對用以實施本發明之一實施形態之蚀 刻方法的蝕刻裝置1進行說明。如圖1所示般,該蝕刻裝 置1包括.具有閉合空間之處理腔室11、於處理腔室11 内自由升降地配設並載置有碳化矽基板κ之基台15、使基 台15升降之升降氣缸18、將處理腔室11内之壓力減壓之 排氣裝置20、將處理氣體供給至處理腔室u内之氣體供 給裝置25、將供給至處理腔室u内之處理氣體電衆化之 電漿生成裝置30、對基台15供給高頻電力之高頻電源35。 上述處理腔至11包含具有相互連通之内部空間之下 腔至12及上腔室13,上腔室13形成為小於下腔室12。上 述基台15包含載置有碳化碎基板κ之上構件16、連接升 降氣缸18之下構件17,並配置於下腔室12内。 上述排氣裝置2G包括與下腔室12之側面連接之排氣 ^卜經由排氣管21而排出處理腔室u内之氣體,而使 處理腔室11之内部達到特定壓力。
上魏體供給裝置25包括:供給作為氟系氣體的SI 1體的氣體供給部26、供給作域氣的Ar氣體之氣㈣ =27、供給〇2氣體之氣體供給部28、—端連接於上月 27 π之上面另—端分支而分別連接於各氣體供給部26、 Μ之供給管29,自各氣體供給部26、27、28經由々 、,‘。吕29向處理腔室u内供給s 體作為上述處理氣體。 ㈣及〇2網 201207936 上述電襞生成裝置3〇包括:成上下方式並排設置於上 腔至13之外周部且形成複數個環狀之線圈31、以及對各 線圈31供、給高頻電力之高頻電源32,藉由利肖高頻電源 32對線圈31供給高頻電力,而將供給至上腔室13内之處 理氣體電漿化。 上述尚頻電源35藉由對基台15供給高頻電力,而使 基台15與電聚之間產生電位差(偏壓電位),而使處理氣 體藉由電聚化而產生之離子人射至碳化祕板κ。 繼而’對使用以上述方式構成之蝕刻裝置1將碳化矽 基板Κ進行蝕刻之方法進行說明。 首先,將碳化矽基板Κ搬入至處理腔室11内並載置 於基σ 15上。然後,如圖2所示,藉由控制供給至處理腔 j π内之SF6氣體、Ar氣體及〇2氣體之供給流量等,而 交替反覆實施各向雜她狀帛丨侧频(帛丨步驟) E1、以及形成保護膜並進行蝕刻之第2蝕刻步驟(第2步 驟)E2。再者’如圖2所示,呢氣體及Ar氣體之供給流 量與步驟El、Ε2無關’為固定,根據步驟Ε卜Ε2來改變 〇2氣體之供給流量。 。上述第1蝕刻步驟Ε1中,將碳化矽基板κ加熱至2〇〇 C以上’自氣體供給部26、27、28分別向處理腔室η内 供、’、口=6氣體、Ar氣體及〇2氣體,藉由排氣裝置2〇使處 理腔至11内達到特定壓力,藉由高頻電源32、35分別對 線圈31及基台15供給高頻電力。 再者’作為〇2氣體之供給流量v4,宜為%氣體之 15 201207936 下 倍以T,SF6氣體之供給流量v, .二二,則更佳,若為SF6氣體之供給流量%之〇25 Π如=。其原因係,若〇2氣體之供給流… 所示般’可不過於形編_進行 性=:刻。即’於該步驟E1,,為了進行各向同 給〇2氣體佳為減少〇2氣體之供給流量,亦可完全不供 ^’於該第⑽步㈣中’叭氣體或从體 藉由電漿麵赵之離谓由偏㈣麵人駐碳化石夕基 ί,藉此將該碳化石夕基板κ敍刻,並且巩氣體 藉由電滎化而產生之自由基或離子與構成碳化石夕基板^ 石夕原子反應而將該碳切基。又,碳 藉由钱刻而產生之_子或構成魏合物之♦原子Γ與〇2 氣體藉由電漿化而產生之自由基或離子反應而生成氧化 石夕’由該氧化石夕於孔或槽之表面形成保護膜。雖然藉由供 給〇2氣體’而形航龍’但由於〇2氣體之供給流量較 少’因此形成;f 了充分的㈣膜,因此,對碳切基板κ 各向同性地進行钱刻。再者,02氣體藉由電聚化而產生之 自由基或離子之一部分與碳化石夕基板κ藉由钱刻而產生之 碳原子反應,該碳原子成為氧化物而被去除。 另方面,於上述第2蝕刻步驟Ε2中,將碳化矽基 板Κ加熱至200。(:以上,自氣體供給部%、27、28分別向 處理腔至11内供給SF6氣體、Ar氣體及〇2氣體,藉由排 氣裝置2G使處理腔室11内達到特定壓力,藉由高頻電源 201207936 32、35分別對線圈31及基台15供給高頻電力。 再者’作為〇2氣體之供給流量V3,宜為sF6氣體之 供給流量V!之0.75倍以上,若為SF6氣體之供給流量% 之1倍以上,則更佳’若為SF6氣體之供、給流量%之h5 倍以上’則尤佳。其原因係’若〇2氣體之供給流量义較 多’則如圖4及圖5所示般,雖然易於孔h或槽η之底面 之側壁侧進-步形成槽Η,,但可藉由保護膜而防止側壁之 姓刻。 並且,於該第2侧步驟Ε2中,SF6氣體或〇2氣體 藉由電齡喊生之離子藉由偏㈣㈣人射至碳化石夕基 板K並碰撞’由此將該碳化石夕基板κ餘刻,並且呢氣體 藉由電t化而產生之自由基或離子與構成碳化絲板κ之 矽原子反應,而將該碳化矽基板κ蝕刻。又,碳化矽基板 Κ藉由蝕刻而產生之矽原子或構成矽化合物之矽原子、與 〇2氣體藉由《化而產生之自由基或離子反應而生成氧 化矽,由该氧化矽於孔或槽之表面形成保護膜。於離子入 射較多之孔或槽之底面會將保護膜去除而蝕刻,但於離子 入射較少之孔或槽之側壁則可藉由保護膜而防止蝕刻。如 此,碳化矽基板Κ藉由保護膜而保護孔或槽之側壁並蝕 刻再者,〇2氣體藉由電漿化而產生之自由基或離子之一 部分與碳切基板κ藉由侧而產生之碳原子反應,該碳 原子成為氧化物而被去除。 若交替反覆進行此種第1蝕刻步驟E1與第2蝕刻步 驟E2,則可於第丨蝕刻步驟£1中將形成有次槽之孔或槽 17 201207936 之底面中央部蝕刻而使底面成為平坦或圓形狀(底面中央 部較侧壁侧深之形狀),並可於第2蝕刻步驟E2中防止孔 或槽之側奴侧’防止形成以形狀或次槽並於孔或槽 之深度方向進行餘刻。 並且,將以上述方式形成之蝕刻形狀示於圖3。如該 圖3所示,側壁成為具有於深度方向反覆形成經稍許触刻 之圓弧狀形狀之侧壁面的形狀。如此雖然對侧壁稍許钱 刻丄但與單-步射進行㈣之情形相比,側壁之钮刻量 非节夕’又’亦不形成次槽。再者,圖3中符號M表示遮 罩。 若如此將碳化矽基板κ蝕刻,並形成特定深度之孔或 槽,則結束上述-㈣步驟而將碳切基板κ自處理腔室 11内搬出。 再者,上述各蝕刻步驟El、Ε2中,將碳化矽基板κ 力…至2GGC以上’作核刻遮罩之二氧化石夕膜與抗餘劑 相比’耐熱性較高,因此不會軟化*發生鮮圖案之形狀 精度降低。又,由於形成氧化賴作為上述賴膜,因此 亦不會出現如下情況:如可藉由絲板之各向異性飯刻而 使二之聚合物膜(由於聚合物膜藉由凡得瓦力結合而結合 吊弱於100C左右之溫度下會導致分解)般因熱分解 成不了保°蒦膜。作為加熱溫度之上限值,就姓刻裝置 1之結構上之問題等而言’例如宜為500°c。
如上所述,由於將碳化矽基板K加熱至200。(:以 上因此即便是原子間之結合較強之碳化石夕基板K 201207936 氣體藉由電漿化而產生之自由基或離子、與構成碳化石夕基 板κ之原子亦容易反應而有效地進行姓刻。 如此’根據本例之姓刻方法,交替反覆進行對碳化石夕 基板κ進行各向同性地彻,!之第丨_步驟E1、以及形成 保護膜而紐孔或槽之㈣靖碳化絲紅進行餘刻之 第2侧步驟E2,而可抑侧壁之勤丨,讀止二 之側壁侧進-步形錢’並且於孔錢之深度方向進行^ 刻,因此可更咼精度地姓刻碳化石夕基板K。 又,於上述各蝕刻步驟E1、E2巾,〇2氣體藉由電漿 化而產生之自由基或離子之—部分、與碳切基板κ藉由 姓刻而產生之韻子反應’碳原子成為氧絲而被去除, 因此可防止含碳化合物堆積於孔或槽而產生殘渣。 順便提下,應用本例之蝕刻方法將碳化矽^板反蝕刻 後,成為如圖3所示之蝕刻形狀,抑制彎弓形狀或次槽之 形成而獲得非常高精度之蝕刻形狀。具體而言於先前之 敍刻方法巾’於無次槽之狀態下,無法·倾刻量_ 制在50 rnn以下,但本例中,雖然為扇形狀,但可將側壁 蝕刻量b (參照圖3)抑制在3〇nm以下。再者,上述第2 蝕刻步驟E2之處理條件係將處理時間設定為丨〇秒將$ f 6 氣體之供給流量VpAr氣體之供給流量%及〇2氣體之供 、’、口 々iLi V3 h 別 5又疋為 1〇 sccm、6〇 sccm 及 50Q sccm (參 照圖2) ’將處理腔室η内之壓力設定為3 ,將供給至 線圈31之高頻電力設定為25〇〇 w,將供給至基台15之高 頻電力没疋為700 W,將碳化石夕基板κ之加熱溫度設定^ 201207936 赋以上;上述第1蝕刻步驟El之處理條件係將處 間設定為2秒,將SF6氣體之#仏产晋ν Δ 处理時 流量V2及02氣體之供給流量、分別設定為1〇 _、6〇 seem及0 seem (參照圖2),將處理腔室u内之壓力設— 為3 Pa ’將供給至線圈31之高頻電力設定為25㈨二二 供給至基台15之高頻電力設定為π,,將碳切基板& 之加熱溫度設定為2GG°C以上。上述第2 _步驟& # 理時間UG秒)及第丨_步驟E1之處理咖(2秒^ 不過為1個實施例’例如亦可藉由將第2餘刻步驟拉之 處理時間及第1賴步驟E1之處理_分別狀為短於 1〇秒及2秒,而使側魏刻量b進一步小於上述之3〇咖 以下。 以上,對本發明之-實施形態進行了說明,但本發明 可採用之具體的態樣並不受其任何限定。 於實施上述各_步驟E2 _,較佳為所滅之 碳化石夕基板K之溫度為岐,因此岐覆進行各蚀刻步驟 ^、E2之前對碳化石夕基板κ進行預熱,可預先升溫至特 疋溫度。it匕時之升溫方法並無特別❿定,例如較佳為,將 h性氣體供給至處理腔室11内進行電漿化,並且對基台 15給予偏壓電位’使惰性氣體藉由電漿化而產生之離子: 射至碳化>5夕基板K而將該碳化;ε夕基板κ加熱。又對於各 蝕刻步驟Ε卜Ε2之實施時的加熱,亦較佳為,使S]p6氣體、
Ar氣體及a氣體藉由電漿化而產生之離子入射至碳化矽 基板Κ而進行加熱。
S 20 201207936 又,於上述各蝕刻步驟E卜E2中,可改變Sf6氣體之 供給流量。進而於上例中,於上述第2姓刻㈣E2中將 SF6氣體、Ar氣體及〇2氣體供給至處理腔室11内,但亦 可不供給SFe氣體,而至少供給a氣體,藉由高頻電源% 對基台15供給3〇〇 W以上之高頻電力。 如此,〇2氣體藉由電漿化而產生之離子藉由偏壓電位 而入射至兔化石夕基板κ並碰撞,由此將該碳化石夕基板κ敍 刻,並且碳化矽基板κ藉由蝕刻而產生之矽原子、與〇2 氣體藉由電漿化而產生之自由基或離子反應而生成氧化 矽,由該氧化矽於孔或槽之表面形成保護膜,因此可藉由 保護膜保護孔或槽之側壁並對碳化矽基板K進行蝕刻。但 若不對基台15供給300 w以上之高頻電力,則入射至碳 化矽基板K之離子較少,因此無法產生形成一定水準以上 之保護膜所需要的矽原子。 又’亦可交替反覆進行蝕刻步驟(第1步驟)與保護 膜形成步驟(第2步驟),來代替上述各蝕刻步驟e卜E2。 此時’於上述蝕刻步驟中,將碳化矽基板K加熱至2〇〇°C 以上’自氣體供給部26、27、28分別供給SF6氣體、Ar 氣體及〇2氣體至處理腔室U内,藉由排氣裝置2〇使處理 腔室11内達到特定壓力,藉由高頻電源32、35分別對線 圈31及基台15供給高頻電力。並且,於該蝕刻步驟中, SF6氣體或〇2氣體藉由電漿化而產生之離子藉由偏壓電位 而入射至碳化矽基板K並碰撞,由此將該碳化矽基板K蝕 亥1J ’並且SF6氣體藉由電漿化而產生之自由基或離子、與 21 201207936 構成炭化纟基板κ之發原?反應㈣該碳化⑦基板κ敍 ^ ⑨化夕基板κ藉祕刻而產生之#原子或構成石夕 化。物之彻子、與〇2氣體藉由電漿化而產生之自由基或 離子反應而生絲切,由該氧切於孔或狀表面形成 保護膜。 另方面於上述保護膜开)成步驟中,自未圖示之氣 體供給部供給作切系氣體的例如SiF4氣體、Sici4氣體, 並且自氣體供給部28片字〇2^體供給至處理腔室η内,藉 由排氣裝置20使處理腔室u内達到特定壓力藉由高頻 電源32、35分別對線圈31及基台15供給高頻電力。並且, 於該保護膜形成步驟中,现氣體、娜氣體藉由電聚化 而產生之自由基或離子、與A氣體藉由電漿化而產生之自 由基或離子反應而生成氧化⑪,由該氧切於孔或槽之表 面形成保護膜。 並且,若反覆進行此種蝕刻步驟(第丨步驟)與保護 膜形成步驟(第2步驟),則於蝕刻步驟中進行保護膜之去 除及蝕刻,於保護膜形成步驟中於孔或槽之側壁及底面形 成保護膜,因此防止孔或槽之侧壁之蝕刻且於孔或槽之深 度方向進行蝕刻。因此,與上述同樣,可防止形成彎弓形 狀或次槽。 繼而,本案發明者等人發現,藉由自外部供給作為上 述矽系氣體的SiCU氣體,而可飛躍性地改善相對Si〇2遮 罩選擇比,因此對此進行詳述。此時,所謂遮罩選擇比, 係指將基板之蝕刻速度除以遮罩之蝕刻速度而得之值,以
S 22 201207936 下所謂相對Si〇2遮罩選擇比,係指將sic基板之钱刻速度 除以Si〇2遮罩之蝕刻速度而得之值。 广如上所述’於上述第2步射,可將包含㈣氣體與 氧氣或氮氣之處理氣體供給至處理腔室内進行電漿化,於 炭化夕基板上形成氧化♦膜或氮化梦膜作為保護膜,以下 之例相當域由供給作切减_啊跡而於碳化 石夕基板上形絲切财聽制的構成。
Sl〇2保護膜亦可藉由Sic餘刻時自然產生之Si、與 〇2反應(si+〇2〜Si〇2)而獲得,但該方法中,藉由侧 而產生之Si較為有限’因此難以形成較厚之保護膜。因 此本例中’藉由自外部供給聊4氣體(聊*+ 〇广奶2 +幻2)’而直接且豐富地形成作為保護膜的⑽2,而改善 相對Si02遮罩選擇比。 如上所述’於能藉由相對較低溫度進行㈣之石夕基板 各向異隨刻等巾’可彻聚合物作為保護孔或槽之侧 ^保護膜’具體而言,藉由與㈣用氣體-起導入CF 系乳體(例如QF8)柯實現藉由聚合物保護祕護側壁。 但是’為了以不產生次槽之方式高速飯刻沉,而需 膜:2=C以上之南溫下進行_。此方面係由於聚合物 如凡付瓦力結合而結合非常弱,因此於此種高溫下,例 如CF系聚合物會分㈣無法堆積。 能之保護膜,因此 式冋速蝕刻SlC ’進而,如上所述, g自外部供給Sicl4氣體而直接且豐富地生成作為保護 23 201207936 膜的Si02,因趟_氣體量獨立具有可調整侧壁保護膜 之形成膜量的優點。 、 為了對比,對藉由使Sic蝕刻時自然產生之Si、與% 反應(Si + Q2~>SiQ2)㈣成側魏賴時之態樣進行說 明。 作為保護膜形成時之處理條件,係將保護膜形成時間 設定為10秒、將SF6氣體之供給流量設定為1〇 sccm、將 Ar乳體之供給流量設定為6〇 sccm、冑〇2氣體之供給流量 設定為60〇sccm、將供給至線圈31之高頻電力設定為25〇〇 w、將供給至基台15之電力設定為7〇〇 w、將處理腔室u 内之壓力设定為3 Pa ’繼而作為蝕刻時之處理條件,係將 蚀刻時間設定為2秒、將SF6氣體之供給流量設定為1〇 seem將Ar氣體之供給流量設定為sccm、將供給至線 圈31之高頻電力設定為2500 W、將供給至基台15之電力 設定為7GGW、將處理腔室u内之壓力設定為3ρ&。 其結果係所得之SiC之蝕刻深度為1〇5 。相對於 此,Si〇2遮罩之初始膜厚為2.0 //m,蝕刻後之殘留膜厚 為0.94 ym。即可知,Si〇2遮罩之蝕刻量為2〇 “瓜― β111 1·〇6 //m,sic與Si〇2遮罩大致同量地進行钱刻。 換言之’相對Si〇2遮罩選擇比( 1.05/1.06)大致為!。 如此,由於藉由使sic蝕刻時自然產生之Si、與〇2 反應而形成侧壁保護膜,因此相對s i &遮罩選擇比之值過 差(相對Si〇2遮罩選擇比大致為1),因此如圖6所示可知, 對SiC基板κ進行蝕刻而形成孔H時,si〇2遮罩M並不
S 24 201207936 限於對原型進行蝕刻。 繼而,本案發明者等人以預備實驗之方式來研究:藉 由於具有孔Η之槽形狀之SiC基板K上自外部供給Sici4 氣體(Sici4+〇广Si〇2+2Cl2),而於sic基板&上以何種4 方式堆積保護膜S (Si〇2)。 作為保護膜形成時之處理條件,係將保護膜形成時間 設定為30秒、將SiC14氣體之供給流量設定為5 sccm、^ 〇2氣體之供給流量設定為2〇〇 seem、將供給至線圈31之 高頻電力設定為1500 W、將供給至基台15之電力設定為 〇w、將處理腔室u内之壓力設定為3pa。 其結果係堆積於槽頂部之表面的si〇2膜之獏厚為〇 i9 —、堆積於槽侧㈣之表面的Si〇2膜之膜厚為測定極限 以下、堆積於槽底部之表面的Si〇2膜之膜厚為〇 〇3 #爪。 表示該態樣之示意圖為圖7,與槽頂部之表面比較可知, 槽底部之表面的Si〇2膜之堆積膜厚極薄。 如上所述,為了研究若於使Si〇2膜堆積成不均一之厚 度之狀態下實祕刻處理齡獲得何_騎構,而於以 下處理條件下連續進行保護膜形成處理〜蝕刻處理。 —作為保翻形斜之處理條件,係將鍵卿成時間 設^為5秒、將SiCl4氣體之供給流量設定為$ s咖、^ 〇2氣體之供給流量設定為2〇〇 sccm、將供給至線圈之 高頻電力設定為觸W、將供給至基台15之電力設 〇 w、將處理腔室u内之壓力設定為3pa,繼而作^刻 時之處理條件,係將綱_設定為1G秒、將%氣體之 25 201207936 供給流量設定為10 SCCm、將Ar氣體之供給流量設定為60 seem、將供給至線圈31之高頻電力設定為2500 W、將供 給至基台15之電力設定為700 W、將處理腔室11内之壓 力設定為4Pa。 將其結果示意性地表示於圖8。該圖中,點劃線下側 之SiC區域係SiC基板K露出之區域,點劃線上侧之y〇2 區域係覆蓋有設置於SiC基板K之表面的Si02遮罩及其後 堆積之Si〇2膜之區域。如該圖所示可知如下態樣,槽頂部 之表面形成有較厚之Si〇2膜之傘狀部分幾乎未被蝕刻,另 一方面,作為保護膜的Si〇2膜不過於堆積之側壁以被開槽 之歪曲形狀進行蝕刻。 此時SiC之钱刻深度為2.04 //m。相對於此,以〇2 遮罩係初始膜料1.95 、⑽後之殘㈣厚為2〇4 ,(敍刻後之膜厚厚於初始厚度),Sic#Si〇2遮罩之選 擇比為無限大。 一〜、、0餅,1則壁之蝕刻形狀歪曲, 2精度較差’因此_部嵌人絕緣縣電㈣產生孔而 ^使側壁之膜厚變得不均―,而導致漏電等製品不良。因 :便遮罩選擇比高亦稱不上是實用祕刻結構。 之社果此案發明者等人進行銳意研究,成功達成如下 供給%氣軸哪㈣,並行進行 &C蝕刻時自然產生之 丁 供給舶4氣體之Si〇2堆積應之Sl〇2堆積、及藉由 钱刻結構之形狀改善 而實現遮罩選擇比之提高及
S 26 201207936 具體而言,作為保護膜形成時之處理條件,係將保護 膜形成時間設定為3秒、將SF6氣體之供給流量設定為5 —、將SiCl4氣體之供給流量設定為5 s_、將〇2氣體 之供給流量設定為__、將供給至_ 31之高頻電力 設定為1000 w、將供給至基台15之電力設定為7〇〇 w、 將處理腔室11内之壓力設定為UPa,_作為侧時之 2條件,係將_時間設定為6秒、將%氣體之供給 流量設定為10 sccm、將Ar氣體之供給流量設 ^ 似m、將供給至線圈31之高頻電力設定為25〇〇 %、將供 給至基台15之電力設定為 w、將處理腔室u内之壓 力設定為4Pa。 將其結果示意性地表示於圖9。該圖中,點劃線下側 之SiC區域係SiC基板κ露出之區域,相對於此點劃線 上側之si〇2區域係Si〇2膜覆蓋siC基板艮之表面之區域。 如該圖所示可知,可獲得無彎弓棘或次叙良好形狀之 蚀刻結構。此時,SiC线刻深度為1.03⑽,相對於此, 遮罩之減膜厚為195㈣、酬後之殘留膜厚為189 _。即,遮罩之蝕刻量為1.95 "m_1.89 #1^0 06 # m’相對Si〇2遮罩選擇比( 1.03/0.06)約為17.2。· 如此,藉由同時供給SF6氣體與SiCl4氣體,而並行進 行SiC蝕刻時自然產生之別與&反應之&〇2堆積、及藉 由供給SiCl4氣體之Si〇2堆積,並同時實現遮罩選擇比之 提高及㈣結構之形狀改善。將圖6〜圖9之實施例中的 處理條件匯總者為圖10。 27 201207936 ,進而,於上例中,將〇2氣體供給至處理腔室11内, 形成氧化賴作為保護膜,但亦可將N2氣體代替02氣體 供,、,。至處理腔室u内,而形成氮化0 (例如腿X) 為保護膜。 、 又,作為蝕刻物件基板κ,可列舉具有4H-SiC之結晶 …構之碳化矽基板為一例,但蝕刻物件基板κ亦可為具有 4Η SiC以外之結晶結構的碳化矽基板。進而,於上例中, 雖然使用上述韻刻裝置1實施本發明之傲刻方法但於該 韻刻方法之實施時’亦可使用包含其他結構之_裝置。 此外,亦可使用例如CL氣體或Bcl;j氣體、ccu氣體、
Sicu氣料氣系氣體代替上例巾所狀氟系氣體氣 體)’而獲得與上賴果姻之效果,因此亦可制此種氣 系氣體以與上述相同之方式對碳化矽基板κ進行蝕刻。 【圖式簡單說明】 圖1係表示用以實施本發明之一實施形態之蝕刻方法 的餘刻裝置之概略構成之剖面圖。 〆圖2係表示本實施形態中之SF6氣體、Ar氣體及〇2 氧體之供給流置之控制狀態的時序圖。 圖3係表示藉由本實施形態之蝕刻而獲得之蝕刻形狀 的剖面圖。 圖4係表示SR氣體及〇2氣體之供給流量與侧壁蝕刻 量及次槽深度之關係的圖。 圖5係表不SF0氣體及〇2氣體之供給流量與蝕刻形狀 之關係的剖面圖。
S 28 201207936 圖6係表示使Sic飿刻時所產生之Si與02反應時之 蝕刻結構的示意圖。 圖7係表示SiC蝕刻時自外部供給SiCl4氣體而與使 Si以及〇2反應時之蝕刻結構的示意圖。 圖8係表示於槽頂部之表面形成較厚Si〇2膜之狀態下 進行蝕刻時之蝕刻結構的示意圖。 圖9係表示藉由SiC蝕刻時所產生之⑴與自外部供給 之SiCl4氣體生成si〇2時之蝕刻結構的示意圖。 圖10係將圖6〜圖9之實施例中之處理條件加以匯總 之表。 【主要元件符號說明】 1 :蝕刻裝置 U:處理腔室 12 :下腔室 13 :上腔室 15 .基台 16 :上構件 17 :下構件 18 :升降氣缸 20 :排氣裝置 21 :排氣管 25 :氣體供給裝置 26'27、28 :氣體供給部 29 :供給管 29 201207936 30 :電漿生成裝置 31 :線圈 32、35 :高頻電源 K :碳化碎基板 b :側壁钮刻量 Μ :遮罩 Η :孔或槽 Η’ :槽 d :深度 S :保護膜
Claims (1)
- 201207936 七、申請專利範圍: 1種姓刻方法’其特徵在於:其係對載置於處理腔室内 之基台上之碳化石夕基板進行钱刻者,且 交替反覆實施:第1步驟,將上述碳化絲板加熱 至200C以上,將包含氟系氣體之處理氣體供給至上述 處理腔室内進行電漿化,對上述基台供給高頻電 力而給 予偏壓電位,而對上述碳化石夕基板進行银刻; 第2步驟,至少包含於上述碳化矽基板形成氧化矽 膜或氮化矽膜之處理。 2、 如申請專利範圍第1項所狀侧方法,其巾於上述第 1步驟中,對上述碳化石夕基板進行各向同性餘刻; 於上述第2步驟中,將上述碳化石夕基板加熱至2〇〇 C以上,將包含氟系氣體與氧氣或氮氣之處理氣體供給 至上述處理腔室内進行電漿化,對上述基台供給高頻電 力而給予偏壓電位,於上述碳化矽基板上形成氧化矽膜 或氮化石夕膜作為保護膜並對該碳化矽基板進行餘刻。 3、 如申請專利範圍第2項所述之蝕刻方法,其中於上述第 2步驟中,將包含氧氣或氮氣之處理氣體供給至上述處 理腔室内進行電漿化,並且對上述基台供給3〇〇 W以上 之高頻電力而給予偏壓電位。 4、 如申請專利範圍第2項所述之蝕刻方法,其中於上述第 1步驟中’將包含氟系氣體與氧氣之處理氣體供給至上 述處理腔室内進行電漿化。 5、 如申請專利範圍第2項所述之蝕刻方法,其中於上述第 31 201207936 …y驟中將包含氟系氣體與氧氣之處理氣體供給至上 理腔室⑽行電漿化’並且將上述氧氣之供給流量 设疋為氟系氣體之125倍以下; 於上述第2步驟中,將包含㈣氣體與氧氣之處理 :-供給至上述處理腔室内進行電漿化,並且將上述氧 氣之供給流量設定為氟系氣體之供給流量之〇.75倍以 ”如甲請專利範圍^項所述之飿刻方法,其中於上述第 2步驟中,將包含㈣氣難氧氣或氮氣 給至上述處理腔室内進行電漿化,於上述碳切 形成氧化销錢切膜作為倾膜。 夕基板上 、==第6項所述之㈣方法,其中於上述第 述處繼嶋㈣糊供給至上 S 32
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