(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１０）の表面にトレンチ（１２）の形成予定領域に開口部（１１ａ）が形成されたエッチングマスク（１１）を配置し、該エッチングマスク（１１）によって前記半導体基板（１０）を覆った状態で前記開口部（１１ａ）から前記半導体基板（１０）をエッチングし、トレンチ（１２）を形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチ形成工程の際に前記トレンチ（１２）の側壁面において前記半導体基板（１０）に形成されたダメージ層（１４）を除去する工程と、を含む半導体装置の製造方法において、
前記トレンチ形成工程では、
前記トレンチ（１２）のアスペクト比が所定値となるまでは、前記トレンチ（１２）の内壁面を覆うように保護膜（１３）を形成する保護膜形成工程と、前記トレンチ（１２）の底部において前記保護膜（１３）を剥離させる工程を行う保護膜剥離工程と、前記トレンチ（１２）の底部において前記保護膜（１３）が剥離させられた部分をエッチングして掘り進めるエッチング工程との３工程からなる第１サイクルを複数繰り返すと共に、
前記トレンチ（１２）のアスペクト比が所定値以上において、前記保護膜形成工程と、前記トレンチ（１２）の底部において前記保護膜（１３）を除去すると共に、前記トレンチ（１２）の底部のうち前記保護膜（１３）が除去された部分をエッチングして掘り進めるエッチング工程との２工程からなる第２サイクルを複数繰り返すことで、前記トレンチ（１２）を形成し、
前記トレンチ形成工程では、前記第１サイクルから前記第２サイクルに切替えるときに、前記第２サイクルに切替えたときの前記保護膜形成工程後の前記エッチング工程の際に前記トレンチ（１２）の底部上において除去される前記保護膜（１３）の幅を、前記トレンチ（１２）の底部において該トレンチ（１２）の側壁上に形成された前記保護膜（１３）間の幅よりも狭くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板（１０）の表面にトレンチ（１２）の形成予定領域に開口部（１１ａ）が形成されたエッチングマスク（１１）を配置し、該エッチングマスク（１１）によって前記半導体基板（１０）を覆った状態で前記開口部（１１ａ）から前記半導体基板（１０）をエッチングし、トレンチ（１２）を形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチ形成工程の際に前記トレンチ（１２）の側壁面において前記半導体基板（１０）に形成されたダメージ層（１４）を除去する工程と、を含む半導体装置の製造方法において、
前記トレンチ形成工程では、
前記トレンチ（１２）のアスペクト比が所定値となるまでは、前記トレンチ（１２）の内壁面を覆うように保護膜（１３）を形成する保護膜形成工程と、前記トレンチ（１２）の底部において前記保護膜（１３）を剥離させる工程を行う保護膜剥離工程と、前記トレンチ（１２）の底部において前記保護膜（１３）が剥離させられた部分をエッチングして掘り進めるエッチング工程との３工程からなる第１サイクルを複数繰り返すと共に、
前記トレンチ（１２）のアスペクト比が所定値以上において、前記保護膜形成工程と、前記トレンチ（１２）の底部において前記保護膜（１３）を除去すると共に、前記トレンチ（１２）の底部のうち前記保護膜（１３）が除去された部分をエッチングして掘り進めるエッチング工程との２工程からなる第２サイクルを複数繰り返すことで、前記トレンチ（１２）を形成し、
前記トレンチ形成工程では、
前記第１サイクルにおける前記保護膜剥離工程の時間を前記第１サイクルから前記第２サイクルに切替えるまでに徐々に短時間化させると共に、
前記第１サイクルにおけるエッチング工程に対して前記第２サイクルのエッチング工程を長時間にすることおよびエッチングガス導入量を多くすることの少なくとも一方を行うことで前記第１サイクルよりも前記第２サイクルにおいてエッチングがされ易くなるようにしており、前記第１サイクルにおける前記エッチング工程を前記第１サイクルから前記第２サイクルに切り替わるまでの間に、徐々に前記第１サイクルのエッチング時間とエッチングガス導入量を前記第２サイクルに近づけることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に対して高アスペクト比のトレンチを形成するトレンチ形成工程を含む半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、素子間を絶縁分離するためのトレンチ分離構造、トレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ素子、ｎ型層とｐ型層とが交互に繰り返し配置されるスーパージャンクション構造などを含む半導体装置を製造するに当り、高アスペクト比のトレンチを形成している。トレンチの形成工程では、トレンチの内壁面への保護膜の形成工程と、保護膜のうちのトレンチ底面部分を取り除く除去工程と、トレンチ底面を異方性ドライエッチングによって掘り進めるエッチング工程とを行うことで、高アスペクト比のトレンチを形成できるようにしている。
【０００３】
異方性ドライエッチングにおいては、反応種である中性の活性ラジカルは拡散によって供給されるため、高アスペクト形状を形成する際には加工が進むに連れてエッチングレートが低下する。また、保護膜の形成においても、高アスペクト形状となるに連れて形成される保護膜の膜厚が変化すると考えられる。
【０００４】
このため、トレンチが高アスペクトになるほど、トレンチの側壁面の角度が変化したり、湾曲した形状になる傾向が見られており、エッチングレートが高くなるほどその傾向が顕著に現れている。
【０００５】
このような形状になることを抑制すべく、特許文献１、２では、トレンチ形成工程のトレンチ形成条件（プロセスパラメータ）をトレンチの形成時間と共に変化させることが提案されている。具体的には、トレンチを形成する過程で時間と共にプラズマパワーやエッチングガス流量を減少させることにより、均一な角度の側壁面を有する高アスペクト比のトレンチが形成されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５４０１２９号公報
【特許文献２】特開平８−３１６２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２のような手法では、時間と共にエッチングレートを低下させるようにプロセスパラメータを変化させていることから、当然エッチングレートが低くなる。通常トレンチが高アスペクトになるほどエッチングレートが低下することから、尚更トータルのエッチングレートが低くなる。したがって、従来よりもエッチングレートを高くしつつ、均一な角度の側壁面を有するトレンチを形成できるようにすることが望まれる。なお、特許文献２では、エッチングレートの低下を抑制するために、プロセスと共に圧力を減らすことが提案されているが、それでもエッチングレートの低下抑制が十分ではない。
【０００８】
また、異方性ドライエッチングにおいては、加速させたイオンを半導体基板に衝突させてエッチングするため、半導体基板のトレンチ壁面内部にダメージ層が生じる。このダメージ層が残った状態では、結晶欠陥の発生やトレンチ壁面上に形成される絶縁膜の信頼性が低下するといった問題が生じるため、ダメージ層を除去する必要がある。このとき、ダメージ層の厚さによって除去量が異なるため、ダメージ層除去後には所望のトレンチ形状が得られないことがある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、エッチングレートを高くしつつ、均一な角度の側壁面を有するトレンチを形成できるトレンチ形成工程を含む半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、トレンチ形成工程では、トレンチ（１２）のアスペクト比が所定値となるまでは、トレンチ（１２）の内壁面を覆うように保護膜（１３）を形成する保護膜形成工程と、トレンチ（１２）の底部において保護膜（１３）を剥離させる工程を行う保護膜剥離工程と、トレンチ（１２）の底部において保護膜（１３）が剥離させられた部分をエッチングして掘り進めるエッチング工程との３工程からなる第１サイクルを複数繰り返すと共に、トレンチ（１２）のアスペクト比が所定値以上において、保護膜形成工程と、トレンチ（１２）の底部において保護膜（１３）を除去すると共に、トレンチ（１２）の底部のうち保護膜（１３）が除去された部分をエッチングして掘り進めるエッチング工程との２工程からなる第２サイクルを複数繰り返すことで、トレンチ（１２）を形成することを特徴としている。
【００１１】
このように、アスペクト比が所定値となるまでは保護膜形成工程と保護膜剥離工程およびエッチング工程の３工程によってトレンチ（１２）の底部を掘り進め、アスペクト比が所定値以上となると保護膜形成工程とエッチング工程の２工程によってトレンチ（１２）の底部を掘り進めるようにしている。このため、アスペクト比が所定値以上となったときに、ダメージ層（１４）の厚みに応じてトレンチ（１２）のうちエッチング工程によってエッチングされる幅が狭くなるようにでき、半導体基板（１０）のうちダメージ層（１４）とダメージ層（１４）ではない部分の境界の角度がほぼ所望の角度となるようにできる。また、高アスペクト比の領域では、保護膜形成工程とエッチング工程の２工程によってトレンチ（１２）の底部を掘り進めており、保護膜剥離工程を行わなくて済むため、エッチングレートも増大する。このため、トレンチ（１２）を形成する際のトータルのエッチングレートを高くすることができる。したがって、エッチングレートを高くしつつ、均一な角度の側壁面を有するトレンチを形成できるトレンチ形成工程とすることができる。
【００１２】
具体的には、請求項１に記載したように、トレンチ形成工程では、第１サイクルから第２サイクルに切替えるときに、第２サイクルに切替えたときの保護膜形成工程後のエッチング工程の際にトレンチ（１２）の底部上において除去される保護膜（１３）の幅を、トレンチ（１２）の底部において該トレンチ（１２）の側壁上に形成された保護膜（１３）間の幅よりも狭くしている。
【００１３】
これにより、ダメージ層（１４）が大きく形成される分、低アスペクト比の領域と比較して高アスペクト比の領域において、トレンチ（１２）の側面にダメージ層（１４）が形成された半導体基板（１０）が厚めに残るようにできる。
【００１４】
また、請求項２に記載したように、トレンチ形成工程では、第１サイクルにおける保護膜剥離工程の時間を第１サイクルから第２サイクルに切替えるまでに徐々に短時間化させると共に、第１サイクルにおけるエッチング工程に対して第２サイクルのエッチング工程を長時間にすることおよびエッチングガス導入量を多くすることの少なくとも一方を行うことで第１サイクルよりも第２サイクルにおいてエッチングがされ易くなるようにし、第１サイクルにおけるエッチング工程を第１サイクルから第２サイクルに切り替わるまでの間に、徐々に第１サイクルのエッチング時間とエッチングガス導入量を第２サイクルに近づけるようにしても良い。
【００１５】
このように、低アスペクト比の領域でも第１サイクルの各種パラメータを変化させるようにすれば、トレンチ（１２）の側壁面がより所望角度となるようにできると共に、よりエッチングレートを高くすることができる。
【００１６】
なお、上記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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法中のトレンチ形成工程を示した断面図である。
【図２】トレンチ１２のアスペクト比が所定値未満の低アスペクト比のときのトレンチ形成工程を示した断面図である。
【図３】トレンチ１２のアスペクト比が所定値に至ったときのトレンチ形成工程を示した断面図である。
【図４】トレンチ１２のアスペクト比が所定値以上の高アスペクト比のときのトレンチ形成工程を示した断面図である。
【図５】トレンチ１２のアスペクト比が所定値未満のときのトレンチ形成工程におけるトレンチ１２の底部の保護膜１３のデポジション量とエッチング量との関係を示したタイミングチャートである。
【図６】トレンチ１２のアスペクト比が所定値以上のときのトレンチ形成工程におけるトレンチ１２の底部の保護膜１３のデポジション量とエッチング量との関係を示したタイミングチャートである。
【図７】第１実施形態と従来のトレンチ形成工程におけるアスペクト比とエッチングレートとの関係を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるトレンチ形成工程を経た後の様子を示した断面図である。
【図９】トレンチ形成工程におけるアスペクト比とエッチングレートとの関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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、図中、同一符号を付してある。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、半導体基板に対して高アスペクト比のトレンチを形成するトレンチ形成工程を含む半導体装置の製造方法について説明するが、半導体装置の製造方法のうち、高アスペクト比のトレンチを形成するトレンチ形成工程以外の工程については、従来と同様であるため、ここではそのトレンチ形成工程についてのみ説明する。なお、アスペクト比とは、トレンチの幅に対する深さの比のことを意味している。
【００２０】
図１は、本実施形態の半導体装置の製造方法中のトレンチ形成工程を示した断面図である。この図を参照してトレンチ形成工程の詳細について説明する。
【００２１】
まず、トレンチ形成工程の最初に、図１（ａ）に示すように、半導体基板１０を用意し、この半導体基板１０の表面にトレンチ形成用のマスク１１を配置する。半導体基板１０としては、例えばシリコン基板を採用している。ここでいうシリコン基板とは、単層のシリコンによって構成される基板に限るものではなく、エピタキシャル層が形成されたエピ基板やＳＯＩ（Silicon on insulator）基板なども含まれる。また、トレンチ形成工程の前に拡散層の形成工程等を行っておく必要が有る場合には、それらを行った状態としてある。また、マスク１１としては、例えばシリコン酸化膜を採用しており、フォトリソグラフィ工程によってパターニングすることでマスク１１のうちのトレンチ形成予定領域に開口部１１ａを形成している。このマスク１１もシリコン酸化膜以外のものであってもよく、後工程で行われるエッチング工程の際のエッチングマスクとして機能する材質であればどのような材質であっても構わない。
【００２２】
次に、マスク１１を配置した半導体基板１０をエッチング装置内に設置し、マスク１１によって半導体基板１０の表面を覆った状態で異方性ドライエッチングを行うことでトレンチ１２を形成する。このとき、トレンチ１２を徐々に深くしていくように、いわゆるＢＯＳＣＨプロセスと呼ばれるトレンチ１２の側壁を保護膜で覆いながらトレンチ１２の底面を掘り進めて行くというプロセスを用いている。この手法により、アスペクト比が２０程度のトレンチ１２を形成する。図２〜図４は、この工程の詳細を示した断面図である。
【００２３】
図２は、トレンチ１２のアスペクト比が所定値（例えばアスペクト比が１０）未満の低アスペクト比のときのトレンチ形成工程を示した断面図である。図３は、トレンチ１２のアスペクト比が所定値に至ったときのトレンチ形成工程を示した断面図である。図４は、トレンチ１２のアスペクト比が所定値以上の高アスペクト比のときのトレンチ形成工程を示した断面図である。
【００２４】
まず、トレンチ１２のアスペクト比が所定値未満のときには、マスク１１を用いてトレンチ１２をある程度の深さまで形成したのち、図２（ａ）に示すようにトレンチ１２の内壁面を覆うように保護膜１３を形成する（保護膜形成工程）。例えば、ＣＦ系ガス（Ｃ4Ｆ8）等を導入することでポリマー膜をデポジションすることにより、保護膜１３を形成することができる。これにより、トレンチ１２の側壁面および底面を覆うように保護膜１３が形成される。
【００２５】
続いて、保護膜１３の形成に用いたガスの導入を停止し、図２（ｂ）に示すようにトレンチ１２の底部において保護膜１３を剥離させる工程を行う（保護膜剥離工程）。例えばＯ2アッシングによりトレンチ１２の底部の保護膜１３を除去できる。
【００２６】
その後、Ｏ2アッシングを停止し、図２（ｃ）に示すようにエッチング装置内にエッチングガスを導入する。これにより、トレンチ１２の底部において保護膜１３が剥離させられた部分、つまりシリコンが露出した箇所がエッチングされて掘り進められる（エッチング工程）。例えば、エッチングガスとしてフッ素系ガス（ＳＦ6）等を用いることでシリコンをエッチングすることができる。
【００２７】
図５は、トレンチ１２のアスペクト比が所定値（例えばアスペクト比が１０）未満のときのトレンチ形成工程におけるトレンチ１２の底部の保護膜１３のデポジション量とエッチング量との関係を示したタイミングチャートである。この図に示されるように、保護膜形成工程において保護膜１３を所定量デポジションしたのち、剥離工程において保護膜１３を剥離させる。そして、エッチング工程においてトレンチ１２の底部をエッチングし、トレンチ１２を掘り進めて行く。このときのエッチング工程は、異方性ドライエッチングにより行っているが、化学的エッチングよりも物理的エッチングの影響が大きいエッチング手法であれば採用でき、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を採用することができる。物理的エッチングは、加速させたイオンをトレンチ１２の底部に衝突させて物理的に露出表面を除去するスパッタエッチングであり、物理的エッチングが化学反応によってトレンチ１２の底部を除去する化学的エッチングよりもエッチング量が多い手法であれば、エッチング工程として採用できる。
【００２８】
なお、このような物理的エッチングを行っているため、剥離工程で保護膜１３のデポジション量が完全に０になっていなくても良く、その後のエッチング工程においてエッチング時の物理的な衝撃によってトレンチ１２の底部の保護膜１３が除去されても良い。
【００２９】
例えば、保護膜形成工程では、ＣＦ系ガス（Ｃ4Ｆ8）等を２５０ｓｃｃｍ、２．０ｓｅｃ導入して保護膜１３を形成し、保護膜剥離工程では、Ｏ2ガスを１００ｓｃｃｍ、１．０ｓｅｃ導入してトレンチ１２の底部の保護膜１３を剥離し、エッチング工程では、フッ素系ガス（ＳＦ6）等を３００ｓｃｃｍ、３．０ｓｅｃ導入してトレンチ１２の底部を掘り進めている。保護膜形成工程と保護膜剥離工程およびエッチング工程の時間比について、保護膜形成工程：保護膜剥離工程：エッチング工程＝２：１：３としているが、加工するトレンチ形状に応じて適宜変更可能である。また、各種ガスの導入量についても適宜変更可能である。そして、トレンチ１２のアスペクト比が所定値未満のときには、保護膜形成工程と剥離工程およびエッチング工程の３工程を第１サイクルとして、アスペクト比が所定値となるまで第１サイクルを複数サイクル繰り返し行う。
【００３０】
ただし、上記したようにエッチング工程の際に物理的エッチングによってトレンチ１２の底部を掘り進めて行くと、トレンチ１２のアスペクト比が高くなるに連れて、物理的エッチングによるダメージ層１４の厚みが大きくなる。このため、図２に示すような保護膜形成工程と保護膜剥離工程およびエッチング工程を実施する第１サイクルを繰り返したのでは、ダメージ層１４の厚みの変化により、トレンチ１２にダメージ層１４を加えた分の横幅が広くなり、トレンチ１２の側壁面の角度が変化したり、湾曲した形状になる。すなわち、最終的にはダメージ層１４が除去されることになるが、ダメージ層１４を除去する前のトレンチ１２の側壁面の角度が所定角度となるようにすると、ダメージ層１４の厚みがアスペクト比に応じて変わるためにダメージ層１４を除去した後のトレンチ１２の側壁面の角度が所定角度にならなくなる。
【００３１】
このため、トレンチ１２のアスペクト比が所定値に達し、それ以上にトレンチ１２を掘り進める際には、トレンチ形成工程として図３に示す各工程を行う。
【００３２】
具体的には、まず、図３（ａ）に示す保護膜形成工程を行う。このときの保護膜形成工程は、図２（ａ）に示した保護膜形成工程と同様の工程として実施されるが、トレンチ１２のアスペクト比が高くなっているため、トレンチ１２の底部での保護膜１３のデポジション量が図２（ａ）の工程と比較して少なくなる。続いて、図３（ｂ）に示すエッチング工程を行う。このとき、先に行った保護膜形成工程でのトレンチ１２の底部における保護膜１３のデポジション量が少ないため、保護膜剥離工程を行わなくても、エッチング工程で行う異方性ドライエッチングによりトレンチ１２の底部における保護膜１３が物理的な衝撃によって除去される。このため、保護膜形成工程の後に保護膜剥離工程を行うことなくエッチング工程を行ったとしても、トレンチ１２の底部においてシリコンを掘り進めることができ、さらに高アスペクト比にすることができる。
【００３３】
また、このとき、保護膜１３を剥離することなくエッチング工程を行っており、トレンチ１２の底部の保護膜１３をエッチングによって除去しているが、保護膜１３の除去のされ方はエッチング条件によって変わる。すなわち、保護膜１３はまずトレンチ１２の中心部から除去されていき、徐々に幅が広がるようにして除去されていく。
【００３４】
このため、図３（ａ）に示すように、エッチング条件次第でトレンチ１２の底部の全域において保護膜１３を除去してしまうのではなく、トレンチ１２の中心部から所定幅の位置まで保護膜１３が除去されるようにすることができる。そして、このときにトレンチ１２の底部上において除去される保護膜１３の幅を、トレンチ１２の底部においてトレンチ１２の側壁上に形成された保護膜１３間の幅よりも狭くする。これにより、ダメージ層１４が大きく形成される分、低アスペクト比の領域と比較して高アスペクト比の領域において、トレンチ１２の側面にダメージ層１４が形成された半導体基板１０が厚めに残るようにできる。
【００３５】
こうすれば、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１０のうちダメージ層１４とダメージ層１４ではない部分の境界の角度がほぼ所望の角度となるようにできる。したがって、最終的にダメージ層１４を除去した時に、トレンチ１２の側壁面が所望の角度となるようにできるし、保護膜剥離工程を行わなくて済むため、エッチングレートも増大する。
【００３６】
この後は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、図３（ａ）、（ｂ）と同様に保護膜形成工程とエッチング工程を繰り返すことでトレンチ１２の底部を掘り進めて行くことができる。
【００３７】
図６は、トレンチ１２のアスペクト比が所定値（例えばアスペクト比が１０）以上のときのトレンチ形成工程におけるトレンチ１２の底部の保護膜１３のデポジション量とエッチング量との関係を示したタイミングチャートである。この図に示されるように、保護膜形成工程において保護膜１３が所定量デポジションされるが、これがエッチング工程において除去され、さらにエッチング工程においてトレンチ１２の底部が掘り進められる。
【００３８】
例えば、保護膜形成工程では、ＣＦ系ガス（Ｃ4Ｆ8）等を２５０ｓｃｃｍ、２．０ｓｅｃ導入して保護膜１３を形成し、エッチング工程では、フッ素系ガス（ＳＦ6）等を５００ｓｃｃｍ、５．０ｓｅｃ導入してトレンチ１２の底部を掘り進めている。保護膜形成工程とエッチング工程の時間比について、保護膜形成工程：エッチング工程＝２：５としているが、加工するトレンチ形状に応じて適宜変更可能である。また、各種ガスの導入量についても適宜変更可能である。そして、トレンチ１２のアスペクト比が所定値以上のときには、保護膜形成工程とエッチング工程の２工程を第２サイクルとして、アスペクト比が２０になるまで第２サイクルを複数サイクル繰り返し行う。
【００３９】
このようなトレンチ形成工程を行ったのち、図１（ｂ）に示すように、保護膜剥離工程を行って保護膜１３を除去し、トレンチ１２の内壁を露出させる。このとき、トレンチ１２の深さに応じて厚みが変わったダメージ層１４が形成されるものの、半導体基板１０のうちダメージ層１４とダメージ層１４ではない部分の境界の角度がほぼ所望の角度となるようにできる。
【００４０】
この後、図１（ｃ）に示すようにダメージ層１４の除去工程を行うことにより、ダメージ層１４を除去し、トレンチ１２の内壁面をダメージ層１４の無い良好な状態にする。例えば、ダメージ層１４の除去工程は、ケミカルドライエッチング、等方性ウェットエッチング、犠牲酸化エッチングなどによって行われ、これらのうちのいずれか１つもしくは複数を組み合わせて除去工程を行うこともできる。このようにしてダメージ層１４を除去すると、上述したように半導体基板１０のうちダメージ層１４とダメージ層１４ではない部分の境界の角度がほぼ所望の角度とされていることから、ダメージ層１４が除去された後のトレンチ１２の側壁面の角度がほぼ所望の角度となるようにすることができる。
【００４１】
そして、このように形成したトレンチ１２を用いて、素子間を絶縁分離するためのトレンチ分離構造、トレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ素子、ｎ型層とｐ型層とが交互に繰り返し配置されるスーパージャンクション構造などを含む半導体装置を製造することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態では、アスペクト比が所定値となるまでは保護膜形成工程と保護膜剥離工程およびエッチング工程の３工程によってトレンチ１２の底部を掘り進め、アスペクト比が所定値以上となると保護膜形成工程とエッチング工程の２工程によってトレンチ１２の底部を掘り進めるようにしている。このため、アスペクト比が所定値以上となったときに、ダメージ層１４の厚みに応じてトレンチ１２のうちエッチング工程によってエッチングされる幅が狭くなるようにでき、半導体基板１０のうちダメージ層１４とダメージ層１４ではない部分の境界の角度がほぼ所望の角度となるようにできる。
【００４３】
また、高アスペクト比の領域では、保護膜形成工程とエッチング工程の２工程によってトレンチ１２の底部を掘り進めており、保護膜剥離工程を行わなくて済むため、エッチングレートも増大する。さらに、高アスペクト比の領域では、低アスペクト比の領域に比べてエッチング工程を長時間にし、エッチングガス導入量を多くすることでエッチングされ易くなるようにしているため、エッチングレートはさらに増大する。図７は、本実施形態と従来のトレンチ形成工程におけるアスペクト比とエッチングレートとの関係を示した図である。この図に示されるように、従来では、アスペクト比が高くなるほどエッチングレートが低下し続けるが、本実施形態では、アスペクト比が所定値になったときに、トレンチ形成工程を３工程から２工程に切替えているため、エッチングレートを増加させることが可能となる。このため、トレンチ１２を形成する際のトータルのエッチングレートを高くすることができる。具体的には、上記手法によってトレンチ形成工程を行ったところ、異方性ドライエッチングの処理時間を従来のおよそ２／３の時間に短縮することができた。
【００４４】
したがって、エッチングレートを高くしつつ、均一な角度の側壁面を有するトレンチを形成できるトレンチ形成工程とすることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、低アスペクト比の領域についてトレンチ形成工程の条件を一定としたが、本実施形態では、徐々にトレンチ形成工程の条件を変更する。
【００４６】
図８は、本実施形態にかかるトレンチ形成工程を経た後の様子を示した断面図である。本実施形態では、低アスペクト比の領域について実行する第１サイクルの条件を徐々に変更することで、アスペクト比が所定値（例えばアスペクト比１０）に達した時にトレンチ１２の幅が第２サイクルに切替えられるときのトレンチ１２の幅となるようにしている。例えば、剥離工程の時間を制御することによってトレンチ１２の底部での保護膜１３の除去量を制御すれば、トレンチ１２の幅が徐々に狭まるようにすることができる。
【００４７】
例えば、第１サイクルでは、初期設定として、保護膜形成工程では、ＣＦ系ガス（Ｃ4Ｆ8）等を２５０ｓｃｃｍ、２．０ｓｅｃ導入し、保護膜剥離工程では、Ｏ2ガスを１００ｓｃｃｍ、１．０ｓｅｃ導入し、エッチング工程では、フッ素系ガス（ＳＦ6）等を３００ｓｃｃｍ、３．０ｓｅｃ導入している。また、第２サイクルとして、保護膜形成工程では、ＣＦ系ガス（Ｃ4Ｆ8）等を２５０ｓｃｃｍ、２．０ｓｅｃ導入し、エッチング工程では、フッ素系ガス（ＳＦ6）等を５００ｓｃｃｍ、５．０ｓｅｃ導入している。
【００４８】
このため、第１サイクルでは、初期設定から徐々に剥離工程の時間を１．０ｓｅｃから０ｓｅｃに短時間化させ、エッチング工程のガス流量を３００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに増加させると共にエッチング工程の時間を３．０ｓｅｃから５．０ｓｅｃに長時間化させる。各パラメータについては、第１サイクルから第２サイクルへの切り替えに必要とされる時間に対して線形的に変化させるように変化量を設定すればよい。
【００４９】
このようにすれば、図８に示すように、低アスペクト比の領域において、よりダメージ層１４の厚みの変化に応じてトレンチ１２の幅を変化させられるため、より半導体基板１０のうちダメージ層１４とダメージ層１４ではない部分の境界の角度がほぼ所望の角度となるようにできる。したがって、この後、ダメージ層１４を除去した時に、トレンチ１２の側壁面がより所望角度となるようにすることが可能となる。
【００５０】
また、低アスペクト比の領域でも、徐々に第１サイクルにおける各種パラメータを第２サイクルでの各種パラメータに近づけることにより、より保護膜剥離時間を短くしてエッチング時間を長く取ることが可能となる。したがって、エッチングレートを増加させることが可能となる。図９は、本実施形態のトレンチ形成工程におけるアスペクト比とエッチングレートとの関係を示した図である。この図に示されるように、第１サイクルの中でも、各種パラメータを変化させることにより、初期設定時に対して徐々にエッチングレートが増大し、それが徐々に低下していくようにできる。このようにしても、トレンチ１２を形成する際のトータルのエッチングレートを高くすることができる。具体的には、上記手法によってトレンチ形成工程を行ったところ、異方性ドライエッチングの処理時間を従来のおよそ１／２の時間に短縮することができた。
【００５１】
以上説明したように、低アスペクト比の領域でも第１サイクルの各種パラメータを変化させることにより、トレンチ１２の側壁面がより所望角度となるようにできると共に、よりエッチングレートを高くすることができる。
【００５２】
（他の実施形態）
上記各実施形態で第１サイクルでの保護膜形成工程と保護膜剥離工程およびエッチング工程の各種パラメータの一例および第２サイクルでの保護膜形成工程およびエッチング工程の各種パラメータの一例を挙げたが、これらについては適宜変更可能である。例えば、第２実施形態で説明した第１サイクルと第２サイクルのエッチング工程では、第１サイクルに対して第２サイクルでよりエッチングがされ易い条件となるようにしている。つまり、仮に第１サイクルと第２サイクルのエッチング工程の条件によってトレンチ１２が形成されていない状態の半導体基板１０の表面からエッチングを行ったとしたら、第２サイクルのエッチング工程の方が第１サイクルのエッチング工程よりもエッチングレートが早くなる条件としている。このような条件として、上記第２実施形態では、第１サイクルにおけるエッチング工程に対して第２サイクルのエッチング工程を長時間にすることと、エッチングガス導入量を多くすることの両方を行っているが、これらのうちの少なくとも一方を行えば、第２サイクルのエッチング工程の方が第１サイクルのエッチング工程よりもエッチングされ易い条件となるようにすることができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、第１サイクルと第２サイクルとの切り替えをアスペクト比が所定値となる場合に行い、その所定値の一例としてアスペクト比が１０の時を例に挙げた。しかしながら、これについても一例を示したにすぎず、アスペクト比が１０以外の場合に第１サイクルと第２サイクルとの切り替えが行われるようにしても良い。さらに、アスペクト比が２０のトレンチ１２を一例として説明したが、勿論これについても変更可能であり、アスペクト比が２０未満もしくは２０を超える場合についても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  半導体基板
１１  マスク
１２  トレンチ
１３  保護膜
１４  ダメージ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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