WO2012008179A1 - エッチング方法 - Google Patents

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Abstract

　本発明は、より高精度に炭化珪素基板をエッチングすることができるエッチング方法に関する。炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ＳＦ６ガス及びＯ２ガスを処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、炭化珪素基板Ｋが載置される基台にバイアス電位を与え、酸化シリコン膜を保護膜として炭化珪素基板Ｋに形成しつつ炭化珪素基板Ｋをエッチングする第１エッチング工程と、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ＳＦ６ガスを処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、基台にバイアス電位を与え、炭化珪素基板Ｋを等方的にエッチングする第２エッチング工程とを交互に繰り返して実施する。

Description

エッチング方法
　本発明は、処理ガスをプラズマ化して炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法に関する。
　半導体の分野では、従来から、シリコン基板（Ｓｉ基板）が基板材料として広く用いられているが、近年、このシリコン基板よりも物性の優れた炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）が着目されている。この炭化珪素基板は、シリコンに比べて結晶の格子定数が小さくバンドギャップが大きいという特徴や、結晶の格子定数が小さいために、即ち、原子間の結合が強いためにエッチング加工を行い難いという特徴を持っている。
　そして、従来、このような炭化珪素基板をエッチングする方法として、例えば、特開２００８－２９４２１０号公報に開示されたエッチング方法が提案されている。このエッチング方法は、所定形状のマスクパターンを備えた二酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）を炭化珪素基板の表面に形成するマスク形成工程と、炭化珪素基板を７０℃～１００℃に加熱し、前記二酸化珪素膜をマスクとして、ＳＦ６ガス，Ｏ２ガス及びＡｒガスの混合ガスにより前記炭化珪素基板をプラズマエッチングする第１エッチング工程と、炭化珪素基板を７０℃～１００℃に加熱し、前記二酸化珪素膜をマスクとして、Ａｒガス及びＯ２ガスの混合ガスにより前記炭化珪素基板をプラズマエッチングする第２エッチング工程とを順次実施するというものである。
　上記エッチング方法において、第１エッチング工程及び第２エッチング工程の２段階でエッチングしているのは、第１エッチング工程だけでは、図５（ｂ）に示すように、エッチングにより形成された穴Ｈや溝Ｈの底面の側壁側に溝（サブトレンチ）Ｈ’が更に形成され、精度良くエッチングすることができないからであり、したがって、第２エッチング工程を行うことにより底面を平坦にしている。
　一方、本願出願人は、１段階のエッチング工程のみでエッチング可能なエッチング方法として、炭化珪素基板を２００℃～４００℃に加熱し、ＳＦ６ガスによって、或いはＳＦ６ガス及びＯ２ガスを含む混合ガスによって前記炭化珪素基板をプラズマエッチングする方法を提案している（特願２００９－２４６０９６号）。
　このエッチング方法において、炭化珪素基板を２００℃～４００℃に加熱しているのは、主に次の２つの理由からである。即ち、１つ目の理由としては、炭化珪素基板を構成する原子は、その結合が切れてからでないと、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと反応し難いが、当該炭化珪素基板の温度が高いほど、原子間の結合が切れ易く、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと反応し易いからである。つまり、シリコン基板の場合は、シリコンの原子間距離が約０．２５ｎｍで結合エネルギーが約２ｅＶであるのに対し、炭化珪素基板の場合は、炭化珪素の原子間距離が約０．１８９ｎｍで結合エネルギーが約４．５ｅＶであり、シリコンに比べ、原子間距離が短く、結合エネルギーが高いため、エッチングするには大きなエネルギーを加えなければならず、したがって、シリコン基板と同じ様にはエッチングすることができないのである。
　また、２つ目の理由としては、炭化珪素基板Ｋの加熱温度が低いと、図５（ｂ）に示すように、エッチングにより形成された穴Ｈや溝Ｈの底面の側壁側に溝Ｈ’が更に形成され易く、炭化珪素基板Ｋの加熱温度が高いと、図５（ａ）に示すように、エッチングが等方的に進んで穴Ｈや溝Ｈの側壁がエッチングされ易い（ボウイング形状が形成され易い）からである。
　したがって、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃～４００℃とすれば、原子間の結合が強い炭化珪素基板であっても、エッチングを効率的に進めることができるし、また、エッチングの際に、穴Ｈや溝Ｈの底面に溝Ｈ’が全く形成されないか、形成されたとしても非常に小さなものとすることができ、穴Ｈや溝Ｈの側壁についても、全くエッチングされないか、エッチングされたとしてもごく僅かなものとすることができる。
　尚、溝Ｈ’が形成されると好ましくない理由としては、エッチングによって形成された穴Ｈや溝Ｈの内部には絶縁膜や電極が埋め込まれるのであるが、溝Ｈ’が形成されていると、溝Ｈ’部分に電界集中や応力が生じ易く、素子の信頼性が低下して製品不良を招くからである。一方、側壁がエッチングされると好ましくない理由は、穴Ｈや溝Ｈの内部に絶縁膜や電極を埋め込む際に巣が発生して側壁の膜厚が不均一になり易く、漏電の原因となるなど製品不良を招くからである。
特開２００８－２９４２１０号公報
　しかしながら、炭化珪素基板Ｋを２００℃～４００℃に加熱してエッチングした場合であっても、ＳＦ６ガス及びＯ２ガスを含む混合ガス中のＯ２ガスの割合によっては、穴Ｈや溝Ｈの底面に形成される溝Ｈ’が大きくなったり、穴Ｈや溝Ｈの側壁のエッチングが大きくなることがあった。
　図４は、エッチング用の処理チャンバ内に供給するＳＦ６ガスの流量を４０ｓｃｃｍで一定とし、前記処理チャンバ内に供給するＯ２ガスの流量をそれぞれ０（供給なし），１０，４０，６０，１００及び２００ｓｃｃｍとして、炭化珪素基板Ｋをエッチングしたときの、側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄを纏めたものである。尚、その他のエッチング条件としては、前記ＳＦ６ガス及びＯ２ガスに加えてＡｒガスを前記処理チャンバ内に５０ｓｃｃｍ供給し、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃～４００℃と、プラズマ生成用のコイルに供給する高周波電力を２５００Ｗと、炭化珪素基板Ｋが載置される基台に供給する高周波電力を７００Ｗと、前記処理チャンバ内の圧力を３Ｐａとした。また、前記側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄは図５に示す寸法のことであり、上記図４では、穴Ｈや溝Ｈの深さ１μｍ当たりの数値に換算している。したがって、図４の側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄに実際の穴Ｈや溝Ｈの深さを掛けた値が実際の側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄとなる。
　同図４から分かるように、Ｏ２ガスを供給しない（０ｓｃｃｍのとき）か、供給流量が小流量（１０ｓｃｃｍ）のときには、溝Ｈ’は形成されていないものの、側壁がエッチングされ、エッチング形状は図５（ａ）のようになった。一方、Ｏ２ガスの供給流量が大流量（６０，１００，２００ｓｃｃｍ）のときには、側壁はエッチングされていないものの、溝Ｈ’が形成され、エッチング形状は図５（ｂ）のようになった。また、Ｏ２ガスの供給流量が中流量（４０ｓｃｃｍ）のときには、小流量のときよりも少ないながら側壁がエッチングされ、大流量のときよりも小さいながら溝Ｈ’が形成されており、エッチング形状は図５（ｃ）のようになった。尚、図５において符号Ｍはマスクを、符号Ｈは穴や溝を示している。
　ここで、Ｏ２ガスの供給流量が大流量のときに、エッチング形状が図５（ｂ）のようになるのは、次の理由によるものと考えられる。即ち、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物（例えば、ＳｉＦ４）を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスから生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ２）が生成されるが、Ｏ２ガスの供給流量が多いと、この酸化シリコンにより十分な保護膜が形成されて穴Ｈや溝Ｈの側壁が保護され、また、その一方で酸化シリコンは穴Ｈや溝Ｈの底面にも堆積（付着）し、そのエッチングはイオン入射によって進行するため、イオン入射が集中する穴Ｈや溝Ｈの側壁近傍のエッチング速度が速く、これによって、溝Ｈ’が形成されるからである。他方、Ｏ２ガスを供給しないか、供給流量が小流量のときに、エッチング形状が図５（ａ）のようになるのは、十分な保護膜が形成されないため、エッチングが等方的に進むからである。
　このように、炭化珪素基板Ｋを２００℃～４００℃に加熱しても、混合ガスに含まれるＯ２ガスの割合によっては、溝Ｈ’が大きくなったり、側壁のエッチングが大きくなることがあり、一定の形状精度を満たすエッチング形状を得ることができない場合があった。
　本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、より高精度に炭化珪素基板をエッチングすることができるエッチング方法の提供をその目的とする。
　上記目的を達成するための本発明は、
　処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、
　前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台にバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングする第１エッチング工程と、
　前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台にバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板を等方的にエッチングする第２エッチング工程とを交互に繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法に係る。
　このエッチング方法によれば、炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、基台にバイアス電位を与える第１エッチング工程と、炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、基台にバイアス電位を与える第２エッチング工程とを繰り返し行う。
　前記第１エッチング工程では、フッ素系ガスや酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。また、炭化珪素基板のエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン又は窒化シリコン（例えば、ＳｉＮｘ）が生成され、この酸化シリコン又は窒化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。イオン入射が多い穴や溝の底面では保護膜が除去されてエッチングされるものの、イオン入射が少ない穴や溝の側壁では保護膜によってエッチングが防止される。
　一方、前記第２エッチング工程では、前記第１エッチング工程と同様、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。このようにして、炭化珪素基板は等方的にエッチングされる。
　そして、このような第１エッチング工程と第２エッチング工程とが繰り返されると、第１エッチング工程では穴や溝の側壁のエッチングが防止され、第２エッチング工程では穴や溝の底面中央部のエッチングも進んで当該底面の側壁側に更に溝が形成されるのが防止されるため、側壁のエッチングを抑えつつ、且つ穴や溝の側壁側に更に溝が形成されるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングすることができる。これにより、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止することができる。
　斯くして、本発明に係るエッチング方法によれば、保護膜を形成して穴や溝の側壁を保護しながら炭化珪素基板をエッチングする第１エッチング工程と、炭化珪素基板を等方的にエッチングする第２エッチング工程とを交互に繰り返し、側壁のエッチングを抑えつつ、且つ穴や溝の側壁側に更に溝が形成されるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングを進めることができるので、更に高精度に炭化珪素基板をエッチングすることができる。
　尚、前記第１エッチング工程では、前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、酸素ガス又は窒素ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に３００Ｗ以上の高周波電力を供給してバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングするようにしても良い。
　この場合、第１エッチング工程では、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、炭化珪素基板のエッチングにより生じたシリコン原子と、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン又は窒化シリコンが生成され、この酸化シリコン又は窒化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。ここで、基台に３００Ｗ以上の高周波電力を供給しているのは、３００Ｗ以上の高周波電力を供給してこれに対応したバイアス電位を与えなければ、炭化珪素基板に入射するイオンが少なく、一定レベル以上の保護膜を形成するのに必要なシリコン原子を生じさせることができないからである。
　また、上述した第１エッチング工程及び第２エッチング工程に代えて、前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台にバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板をエッチングするエッチング工程と、シリコン系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記炭化珪素基板に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成する保護膜形成工程とを交互に繰り返すようにしても良い。
　この場合、前記エッチング工程では、前記第２エッチング工程と同様、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。
　一方、前記保護膜形成工程では、シリコン系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン又は窒化シリコンが生成され、この酸化シリコン又は窒化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。
　そして、このようなエッチング工程と保護膜形成工程とが繰り返されると、エッチング工程では保護膜の除去及びエッチングが行われ、保護膜形成工程では穴や溝の側壁及び底面に保護膜が形成されるため、穴や溝の側壁のエッチングが防止されつつ穴や溝の深さ方向にエッチングが進む。このため、上記と同様、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止することができる。
　また、第１エッチング工程と第２エッチング工程とを繰り返す際の当該第２エッチング工程、及びエッチング工程と保護膜形成工程とを繰り返す際の当該エッチング工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしても良い。このようにすれば、炭化珪素基板のエッチングにより生じた炭素原子と、酸素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとを反応させ、当該炭素原子を酸化物にして除去することができ、炭素を含む化合物が穴や溝に堆積して残渣が発生するのを防止することができる。
　また、前記第１エッチング工程でも前記第２エッチング工程でもフッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを用いる場合、前記第１エッチング工程では、酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の０．７５倍以上とし、前記第２エッチング工程では、酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の１．２５倍以下とすると良い。
　上述のように、酸素ガスの供給流量が多いときには、保護膜によって側壁のエッチングが防止されるものの、穴や溝の底面の側壁側に更に溝が形成され易く、一方、酸素ガスの供給流量が少ないときには、保護膜があまり形成されないためにエッチングが等方的に進み易い（図４及び図５参照）。
　そこで、各エッチング工程における酸素ガスの供給流量を上記のようにすれば、第１エッチング工程では穴や溝の側壁のエッチングを防止し、第２エッチング工程ではサブトレンチが形成された穴や溝の底面中央部をエッチングして底面を平坦又はラウンド形状（底面中央部の方が側壁側よりも深い形状）にし、ボウイング形状やサブトレンチの形成を防止しながら穴や溝の深さ方向にエッチングを進めることができる。前記第１エッチング工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の１倍以上、前記第２エッチング工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の１倍以下とすればより好ましく、前記第１エッチング工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の１．５倍以上、前記第２エッチング工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の０．２５倍以下とすれば更に好ましい。また、第１エッチング工程では第２エッチング工程よりも酸素ガスの供給流量を多くすることが好ましいが、酸素ガスの供給流量がフッ素系ガスの供給流量の０．７５倍～１．２５倍の間は、図５（ｃ）のように、僅かながらも側壁がエッチングされ、僅かながらも溝Ｈ’が形成されるエッチング形状となる流量であるため、第１エッチング工程及び第２エッチング工程のどちらにも適用することが可能である。
　尚、前記フッ素系ガスとしては、例えば、ＳＦ６ガスを挙げることができ、前記シリコン系ガスとしては、例えば、ＳｉＦ４ガスを挙げることができる。この他、炭化珪素基板を加熱するに当たっては、処理ガスのプラズマ化により生じたイオンの入射によって加熱しても、ヒータにより加熱しても、イオン入射及びヒータの両方で加熱しても良く、温度が上昇し過ぎるような場合には、炭化珪素基板の冷却を組み合わせても良い。
　以上のように、本発明に係るエッチング方法によれば、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止して、より高精度なエッチング形状を得ることができる。
本発明の一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概略構成を示した断面図である。 本実施形態における、ＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスの供給流量の制御状態を示したタイミングチャートである。 本実施形態のエッチングによって得られるエッチング形状を示した断面図である。 ＳＦ６ガス及びＯ２ガスの供給流量と側壁エッチング量及びサブトレンチ深さとの関係を示した図である。 ＳＦ６ガス及びＯ２ガスの供給流量とエッチング形状との関係を示した断面図である。
　以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、本実施形態では、例えば、４Ｈ－ＳｉＣの結晶構造を持つ炭化珪素基板をエッチングするものとし、また、その表面には、例えば、二酸化珪素膜からなるエッチングマスクが形成されているものとする。
　まず、図１を基に、本発明の一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置１について説明する。図１に示すように、このエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、炭化珪素基板Ｋが載置される基台１５と、基台１５を昇降させる昇降シリンダ１８と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置２０と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置２５と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１５に高周波電力を供給する高周波電源３５とを備える。
　前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下チャンバ１２及び上チャンバ１３から構成され、上チャンバ１３は、下チャンバ１２よりも小さく形成される。前記基台１５は、炭化珪素基板Ｋが載置される上部材１６と、昇降シリンダ１８が接続される下部材１７とから構成され、下チャンバ１２内に配置されている。
　前記排気装置２０は、下チャンバ１２の側面に接続した排気管２１を備え、排気管２１を介して処理チャンバ１１内の気体を排気し、処理チャンバ１１の内部を所定圧力にする。
　前記ガス供給装置２５は、フッ素系ガスとして、ＳＦ６ガスを供給するガス供給部２６と、キャリアガスとして、Ａｒガスを供給するガス供給部２７と、Ｏ２ガスを供給するガス供給部２８と、一端が上チャンバ１３の上面に接続し、他端が分岐して各ガス供給部２６，２７，２８にそれぞれ接続した供給管２９とを備えており、各ガス供給部２６，２７，２８から供給管２９を介して処理チャンバ１１内にＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを前記処理ガスとして供給する。
　前記プラズマ生成装置３０は、上チャンバ１３の外周部に上下に並設される、複数の環状をしたコイル３１と、各コイル３１に高周波電力を供給する高周波電源３２とから構成され、高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を供給することで、上チャンバ１３内に供給された処理ガスをプラズマ化する。
　前記高周波電源３５は、基台１５に高周波電力を供給することで、基台１５とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせ、処理ガスのプラズマ化により生じたイオンを炭化珪素基板Ｋに入射させる。
　次に、以上のように構成されたエッチング装置１を用いて炭化珪素基板Ｋをエッチングする方法について説明する。
　まず、炭化珪素基板Ｋを処理チャンバ１１内に搬入して基台１５上に載置する。この後、図２に示すように、処理チャンバ１１内に供給するＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスの供給流量などを制御することにより、保護膜を形成しつつエッチングする第１エッチング工程Ｅ１と、等方的にエッチングする第２エッチング工程Ｅ２とを交互に繰り返して実施する。尚、図２に示すように、ＳＦ６ガス及びＡｒガスの供給流量は工程Ｅ１，Ｅ２に関係なく、一定であり、Ｏ２ガスの供給流量を工程Ｅ１，Ｅ２に応じて変化させている。
　前記第１エッチング工程Ｅ１では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ガス供給部２６，２７，２８からＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。
　尚、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ３としては、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の０．７５倍以上であり、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１倍以上とすればより好ましく、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１．５倍以上とすれば更に好ましい。これは、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ３が多いと、図４及び図５に示したように、穴Ｈや溝Ｈの底面の側壁側に更に溝Ｈ’が形成され易いものの、保護膜によって側壁のエッチングを防止することができるからである。
　そして、この第１エッチング工程Ｅ１では、ＳＦ６ガスやＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板Ｋを構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされる。また、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。イオン入射が多い穴や溝の底面では保護膜が除去されてエッチングされるものの、イオン入射が少ない穴や溝の側壁では保護膜によってエッチングが防止される。このようにして、炭化珪素基板Ｋは、穴や溝の側壁が保護膜によって保護されつつエッチングされる。尚、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンの一部は、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じた炭素原子と反応し、当該炭素原子が酸化物となって除去される。
　一方、前記第２エッチング工程Ｅ２では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ガス供給部２６，２７，２８からＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。
　尚、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ４としては、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１．２５倍以下であり、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１倍以下とすればより好ましく、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の０．２５倍以下とすれば更に好ましい。これは、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ４が少ないと、図４及び図５に示したように、保護膜をあまり形成させずにエッチングを等方的に進めることができるからである。また、この工程Ｅ２ではＯ２ガスを全く供給しないようにしても良い。
　そして、この第２エッチング工程Ｅ２では、第１エッチング工程Ｅ１と同様、ＳＦ６ガスやＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板Ｋを構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされる。また、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。Ｏ２ガスを供給することで、保護膜が形成されるものの、Ｏ２ガスの供給流量が少ないために十分な保護膜が形成されず、このため、炭化珪素基板Ｋは等方的にエッチングされる。尚、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンの一部は、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じた炭素原子と反応し、当該炭素原子が酸化物となって除去される。
　このような第１エッチング工程Ｅ１と第２エッチング工程Ｅ２とを交互に繰り返すと、第１エッチング工程Ｅ１では穴や溝の側壁のエッチングを防止し、第２エッチング工程Ｅ２ではサブトレンチが形成された穴や溝の底面中央部をエッチングして底面を平坦又はラウンド形状（底面中央部の方が側壁側よりも深い形状）にし、ボウイング形状やサブトレンチの形成を防止しながら穴や溝の深さ方向にエッチングを進めることができる。
　そして、このようにして形成されたエッチング形状を図３に示す。同図３に示すように、側壁がほんの僅かにエッチングされた円弧状の形状が深さ方向に繰り返し形成された側壁面を有する形状となる。このように、側壁が若干エッチングされるものの、単一工程でエッチングする場合に比べて側壁のエッチング量は非常に僅かであり、また、サブトレンチも形成されていない。尚、図３において符号Ｍはマスクを示している。
　このようにして炭化珪素基板Ｋをエッチングし、所定深さの穴や溝が形成されると、上記一連の工程を終了して、炭化珪素基板Ｋを処理チャンバ１１内から搬出する。
　尚、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱しているが、エッチングマスクである二酸化珪素膜は、レジストと比べて耐熱性が高いため、軟化してマスクパターンの形状精度が低下することはない。また、前記保護膜として酸化シリコン膜を形成しているので、シリコン基板の異方性エッチングでよく用いられるポリマー膜（ポリマー膜はファンデルワールス力で結合しているため、結合が非常に弱く、１００℃程度の温度で分解してしまう）のように熱分解によって保護膜が形成されないということもない。加熱温度の上限値としては、エッチング装置１の構造上の問題などから、例えば、５００℃である。
　また、上述のように、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱しているので、原子間の結合が強い炭化珪素基板Ｋであっても、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと、炭化珪素基板Ｋを構成する原子とが反応し易くなってエッチングは効率的に進む。
　斯くして、本例のエッチング方法によれば、保護膜を形成して穴や溝の側壁を保護しながら炭化珪素基板Ｋをエッチングする第１エッチング工程Ｅ１と、炭化珪素基板Ｋを等方的にエッチングする第２エッチング工程Ｅ２とを交互に繰り返し、側壁のエッチングを抑えつつ、且つ穴や溝の側壁側に更に溝が形成されるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングを進めることができるので、更に高精度に炭化珪素基板Ｋをエッチングすることができる。
　また、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２では、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンの一部と、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じた炭素原子とが反応し、炭素原子が酸化物となって除去されるので、炭素を含む化合物が穴や溝に堆積して残渣が発生するのを防止することができる。
　因みに、本例のエッチング方法を適用して、炭化珪素基板Ｋをエッチングしたところ、図３に示すようなエッチング形状となり、ボウイング形状やサブトレンチの形成を抑えて非常に高精度なエッチング形状が得られた。具体的には、従来のエッチング方法では、サブトレンチの無い状態で、側壁エッチング量ｂを５０ｎｍ以下に抑えることができなかったが、本例では、スキャロップ状ではあるものの、側壁エッチング量ｂ（図３参照）を３０ｎｍ以下に抑えることができた。尚、前記第１エッチング工程Ｅ１の処理条件は、処理時間を１０秒と、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１，Ａｒガスの供給流量Ｖ２及びＯ２ガスの供給流量Ｖ３をそれぞれ１０，６０及び５００ｓｃｃｍ（図２参照）と、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する高周波電力を７００Ｗと、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃以上とし、前記第２エッチング工程Ｅ２の処理条件は、処理時間を２秒と、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１，Ａｒガスの供給流量Ｖ２及びＯ２ガスの供給流量Ｖ４をそれぞれ１０，６０及び０ｓｃｃｍ（図２参照）と、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する高周波電力を７００Ｗと、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃以上とした。前記第１エッチング工程Ｅ１の処理時間（１０秒）及び第２エッチング工程Ｅ２の処理時間（２秒）は、１つの実施例に過ぎず、例えば、第１エッチング工程Ｅ１の処理時間及び第２エッチング工程Ｅ２の処理時間をそれぞれ１０秒及び２秒よりも短くすることで、側壁エッチング量ｂを上述の３０ｎｍ以下よりも更に小さくすることも可能である。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
　前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２を実施する際には、加熱される炭化珪素基板Ｋの温度が一定となっていることが好ましいため、各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２を繰り返し行う前に炭化珪素基板Ｋを予め加熱し、所定温度まで昇温させておいても良い。このときの昇温方法は、特に限定されるものではないが、例えば、不活性ガスを処理チャンバ１１内に供給してプラズマ化するとともに、基台１５にバイアス電位を与え、不活性ガスのプラズマ化により生じたイオンを炭化珪素基板Ｋに入射させて当該炭化珪素基板Ｋを加熱すると良い。また、各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２の実施時の加熱についても、ＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンを炭化珪素基板Ｋに入射させることによって加熱すると良い。
　また、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２でＳＦ６ガスの供給流量を変化させるようにしても良い。更に、上例では、前記第１エッチング工程Ｅ１でＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内に供給するようにしたが、ＳＦ６ガスを供給せずに、少なくともＯ２ガスを供給し、高周波電源３５によって基台１５に３００Ｗ以上の高周波電力を供給するようにしても良い。
　このようにしても、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成されるので、穴や溝の側壁を保護膜によって保護しつつ炭化珪素基板Ｋをエッチングすることができる。但し、基台１５に３００Ｗ以上の高周波電力を供給しなければ、炭化珪素基板Ｋに入射するイオンが少ないため、一定レベル以上の保護膜を形成するのに必要なシリコン原子を生じさせることができない。
　また、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２に代えて、エッチング工程と保護膜形成工程とを交互に繰り返すようにしても良い。この場合、前記エッチング工程では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ガス供給部２６，２７，２８からＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。そして、このエッチング工程では、ＳＦ６ガスやＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板Ｋを構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされる。また、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。
　一方、前記保護膜形成工程では、図示しないガス供給部から、シリコン系ガスとして、例えば、ＳｉＦ４ガスを供給するとともに、ガス供給部２８からＯ２ガスを処理チャンバ１１内に供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。そして、この保護膜形成工程では、ＳｉＦ４ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。
　そして、このようなエッチング工程と保護膜形成工程とが繰り返されると、エッチング工程では保護膜の除去及びエッチングが行われ、保護膜形成工程では穴や溝の側壁及び底面に保護膜が形成されるため、穴や溝の側壁のエッチングが防止されつつ穴や溝の深さ方向にエッチングが進む。このため、上記と同様、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止することができる。
　更に、上例では、Ｏ２ガスを処理チャンバ１１内に供給し、酸化シリコン膜を保護膜として形成するようにしたが、Ｏ２ガスに代えてＮ２ガスを処理チャンバ１１内に供給し、窒化シリコン（例えば、ＳｉＮｘ）膜を保護膜として形成するようにしても良い。
　また、エッチング対象基板Ｋとして、４Ｈ－ＳｉＣの結晶構造を持つ炭化珪素基板を一例に挙げたが、エッチング対象基板Ｋは、４Ｈ－ＳｉＣ以外の結晶構造を持つ炭化珪素基板であっても良い。更に、上例では、前記エッチング装置１を用いて本発明に係るエッチング方法を実施したが、このエッチング方法の実施には、他の構造を備えたエッチング装置を用いても良い。
　この他、上例で用いたフッ素系ガス（ＳＦ６ガス）に代えて、例えば、Ｃｌ２ガスやＢＣｌ３ガス、ＣＣｌ４ガス、ＳｉＣｌ４ガスなどの塩素系ガスを用いても上述した効果と同一の効果を得ることができるため、このような塩素系ガスを用い、上記と同様にして炭化珪素基板Ｋをエッチングするようにしても良い。
　１　　エッチング装置
　１１　処理チャンバ
　１５　基台
　２０　排気装置
　２５　ガス供給装置
　２６，２７，２８　ガス供給部
　３０　プラズマ生成装置
　３１　コイル
　３２，３５　高周波電源
　Ｋ　　炭化珪素基板

Claims (6)

  1. 　処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、
    　前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングする第１エッチング工程と、
    　前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板を等方的にエッチングする第２エッチング工程とを交互に繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
  2. 　前記第１エッチング工程において、酸素ガス又は窒素ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記基台に３００Ｗ以上の高周波電力を供給してバイアス電位を与えるようにしたことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
  3. 　前記第２エッチング工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング方法。
  4. 　前記第１エッチング工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の０．７５倍以上とし、
    　前記第２エッチング工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの１．２５倍以下とするようにしたことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
  5. 　処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、
    　前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台にバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板をエッチングするエッチング工程と、
    　シリコン系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記炭化珪素基板に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成する保護膜形成工程とを交互に繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
  6. 　前記エッチング工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項５記載のエッチング方法。
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