(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシリコン系ガス及び酸素ガスを含む保護膜形成用原料ガスと、反応性エッチングガスとを同時に処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、処理チャンバ内に配置された基台上に載置される炭化ケイ素基板をプラズマエッチングして、該炭化ケイ素基板にテーパ形状のエッチング構造を形成する方法であって、
前記炭化ケイ素基板の表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、
前記保護膜形成用原料ガスの流量及び前記反応性エッチングガスの流量によって定まる比であって、形成すべきエッチング構造側壁面と底面とがなす角度に応じて定められる流量比を設定する流量比設定工程と、
前記炭化ケイ素基板を前記処理チャンバ内の基台上に載置して、該炭化ケイ素基板を加熱し、前記反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスを前記設定した流量比になるように、所定の流量で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、前記炭化ケイ素基板が載置された基台にバイアス電力を印加して、前記炭化ケイ素基板に側壁保護膜を形成しつつ、該炭化ケイ素基板をエッチングするエッチング工程とを行うようにし、
前記シリコン系ガスは、四フッ化ケイ素ガス又は四塩化ケイ素ガスのいずれか一方のガスであり、
前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄ガス、三フッ化窒素ガス及びフッ素ガスの中から選択したガスであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記エッチング工程において、前記基台上に載置した炭化ケイ素基板を１９０℃以上に加熱することを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチング工程において、前記基台上に載置した炭化ケイ素基板を２００℃以上に加熱することを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記エッチング工程において、処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位（Ｖｐｐ）が４３０Ｖ以上となるように、基台に印加するバイアス電力の大きさを設定することを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記角度に応じて定められる流量比は、前記反応性エッチングガス、シリコン系ガス及び酸素ガスの流量のうち、１つ又は２つのガスの流量を固定した状態で設定されることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記角度に応じて定められる流量比は、前記反応性エッチングガス、シリコン系ガス及び酸素ガスの流量のうち、２つのガスの流量を固定した状態で設定されることを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記シリコン系ガスは、ハロゲンを含むことを特徴とする請求項１乃至６記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項８】
前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄ガスであり、
前記シリコン系ガスは、四フッ化ケイ素ガスであることを特徴とする請求項１乃至７記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項９】
前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、前記反応性エッチングガスの流量の比である第１流量比であって、該第１流量比を、０．１４０以上０．３５以下に設定することを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、前記反応性エッチングガスの流量の比である第１流量比であって、該第１流量比を、０．１４０以上０．３０以下に設定することを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項１１】
前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量と前記反応性エッチングガスの流量との和に対する、前記シリコン系ガスの流量の比である第２流量比であって、該第２流量比を、０．３８５より大きく、０．６３２以下に設定することを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項１２】
前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量と前記反応性エッチングガスの流量との和に対する、前記シリコン系ガスの流量の比である第２流量比であって、該第２流量比を、０．４より大きく、０．６以下に設定することを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれかのプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄ガスであり、
前記シリコン系ガスは、四フッ化ケイ素ガスであり、
前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、反応性エッチングガスの流量の比である第１流量比であって、該第１流量比の値を、０．１４０〜０．１８６の範囲内に設定して、
前記エッチング工程において形成されるエッチング構造の前記角度が８５．２°〜８７．５°となるようにしたことを特徴とする請求項６記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
前記保護膜形成用原料ガスは、同量の四フッ化ケイ素ガスと酸素ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項８記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１５】
前記角度に応じて定められる流量比は、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、反応性エッチングガスの流量の比である第１流量比であって、該第１流量比の値を、０．２５０〜０．３３３の範囲内に設定して、
前記エッチング工程において形成されるエッチング構造の前記角度が８１．０°〜８８．８°となるようにしたことを特徴とする請求項１４記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素基板をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法に関し、特に、炭化ケイ素基板にテーパ形状のエッチング構造を形成するプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の材料として、ワイドギャップ半導体基板の１つである炭化ケイ素基板が注目を浴びている。この炭化ケイ素基板は、従来から広く用いられているシリコン（Ｓｉ）基板やヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板などに比べ、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を持っており、優れた物性を有することからシリコン基板やＧａＡｓ基板ではカバーすることのできない分野などへの応用が期待されている。
【０００３】
ところが、上述したように、炭化ケイ素は、シリコンなどと比較して結晶の格子定数が小さい、言い換えれば、各原子間が強固に結合しているため、原子間の結合を切断し難く、シリコン基板などと比較して、エッチング加工を施し難いという欠点を有している。そこで、本願出願人らは、このような炭化ケイ素基板をプラズマエッチングする方法として、特開２０１１−９６７００号公報に開示されたプラズマエッチング方法を提案している。
【０００４】
このプラズマエッチング方法は、炭化ケイ素基板の表面にマスクとして二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜が形成された基板をエッチング対象とし、Ｈｅガスなどの不活性ガスを処理チャンバ内に供給しプラズマ化して不活性ガス由来のイオンなどを生成するとともに、炭化ケイ素基板が載置された基台にバイアス電力を印加し、生成されたイオンを炭化ケイ素基板に入射させることで、当該炭化ケイ素基板を２００℃以上の所定のエッチング処理温度まで加熱する。ついで、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスなどのエッチングガスを処理チャンバ内に供給しプラズマ化してイオンやラジカルなどを生成するとともに、基台にバイアス電力を印加して、炭化ケイ素基板の温度を前記エッチング処理温度に維持した状態で、生成したイオンによるスパッタリングやラジカルとの化学反応によって炭化ケイ素基板をエッチングするというものである。
【０００５】
このプラズマエッチング方法によれば、基台に載置された炭化ケイ素基板を所定のエッチング処理温度まで加熱することによって、炭化ケイ素基板を構成するケイ素（Ｓｉ）や炭素（Ｃ）間の結合を切断するのに必要なエネルギーの一部を与えることができ、原子間の結合を切断し易くなるため、エッチング加工を施し易くなり、また、高精度なエッチング加工も可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−９６７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、炭化ケイ素基板から半導体を製造する際は、基板の表面にエッチング加工を施して溝や穴など（以下、「凹部」という）を形成し、この凹部に金属を充填して回路を形成させているが、この際、凹部に金属が密に充填されないと、回路に欠陥が生じ、導通不良などの問題が引き起こされる。したがって、凹部の形状は、金属を密に充填し易い形状、例えば、開口部から底部に向けて縮径したテーパ形状であることが好ましい。
【０００８】
しかしながら、上記従来のプラズマエッチング方法によって、炭化ケイ素基板にエッチング加工を施した場合、凹部はテーパ形状ではなく、側壁の中央部分が円弧状に抉られたボウイング形状となる。このように、凹部がボウイング形状となるのは、以下の理由によるものと考えられる。
【０００９】
即ち、上記従来のプラズマエッチング方法においては、上述したように、炭化ケイ素基板を予めエッチング処理温度にまで加熱し、このエッチング処理温度を維持した状態でエッチングするようにしているため、各原子間の結合が切断され易くなっている。したがって、ラジカルなどのエッチング種との化学反応による等方的なエッチングが進行し、炭化ケイ素基板に形成される凹部の形状は、上述した所謂ボウイング形状になる。
【００１０】
このように、凹部の形状がボウイング形状である場合には、半導体製造工程における上記問題が生じるだけでなく、この他にも、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）によって基板に成膜処理を施す際に、凹部の側壁に薄膜が形成し難くなるという問題も生じる。
【００１１】
更に、近年、半導体素子の微細化に伴い、凹部の形状をテーパ形状にするだけではなく、そのテーパ角度の制御などといったより緻密にエッチング構造を制御することが要求されている。また、半導体製造工程における金属充填の容易化を図る上でもテーパ角度を制御することの重要性が増している。
【００１２】
そこで、本願発明者らは、所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができるプラズマエッチング方法について、鋭意研究を重ねた結果、シリコン系ガス及び酸素ガスを含む保護膜形成用原料ガスとエッチングガスとを所定の流量比で処理チャンバ内に同時に供給し、炭化ケイ素基板にエッチング加工を施すことによって、流量比に応じて定まる種々のテーパ角度を有する凹部を形成させることができることを知見するに至った。
【００１３】
本発明は、本願発明者らが、鋭意研究を重ねた結果なされたものであり、炭化ケイ素基板に所望のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができるプラズマエッチング方法の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明は、
少なくともシリコン系ガス及び酸素ガスを含む保護膜形成用原料ガスと、反応性エッチングガスとを同時に処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、処理チャンバ内に配置された基台上に載置される炭化ケイ素基板をプラズマエッチングして、該炭化ケイ素基板にテーパ形状のエッチング構造を形成する方法であって、
前記炭化ケイ素基板の表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、
前記保護膜形成用原料ガスの流量及び前記反応性エッチングガスの流量によって定まる比であって、形成すべきエッチング構造側壁面と底面とがなす角度に応じて定められる流量比を設定する流量比設定工程と、
前記炭化ケイ素基板を前記処理チャンバ内の基台上に載置して、該炭化ケイ素基板を加熱し、前記反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスを前記設定した流量比になるように、所定の流量で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、前記炭化ケイ素基板が載置された基台にバイアス電力を印加して、前記炭化ケイ素基板に側壁保護膜を形成しつつ、該炭化ケイ素基板をエッチングするエッチング工程とを行うようにし、
前記シリコン系ガスは、四フッ化ケイ素ガス又は四塩化ケイ素ガスのいずれか一方のガスであり、
前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄ガス、三フッ化窒素ガス及びフッ素ガスの中から選択したガスであるプラズマエッチング方法に係る。
【００１５】
このプラズマエッチング方法によれば、まず、炭化ケイ素基板をプラズマエッチングするに当たり、当該炭化ケイ素基板の表面に開口部を有するマスクを形成する。
【００１６】
ついで、炭化ケイ素基板に形成すべきエッチング構造における側壁面の底面に対する角度に応じて、保護膜形成用原料ガスの流量及び反応性エッチングガスの流量によって定まる比を設定する、即ち、エッチング構造が所定のテーパ角度を有するテーパ形状となるように、流量比を設定する。尚、前記流量比の値は、テーパ角度と流量比との相関を実験的に求めた値であって、テーパ角度と流量比との相関を求めるにあたっては、例えば、反応性エッチングガス、シリコン系ガス及び酸素ガスのうち、１つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて相関を求めるようにしても良いし、２つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて求めるようにしても良い。また、１つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスが同量となるように各ガスの流量を変化させて、テーパ角度と流量比との相関を求めるようにしても良い。
【００１７】
次に、表面にマスクが形成された炭化ケイ素基板を基台上に載置して加熱する。尚、炭化ケイ素基板の加熱温度は、サブトレンチの発生を効果的に抑制し、精度良くエッチング構造を形成するために１９０℃以上であることが好ましく、２００℃〜１０００℃であることがより好ましい。
【００１８】
その後、前記反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスを、前記設定した流量比となるように、その供給流量を調整した状態で処理チャンバ内に同時に供給し、当該反応性エッチングガス及び保護膜形成用原料ガスをプラズマ化する。しかる後、炭化ケイ素基板が載置された基台にバイアス電力を印加し、プラズマ化された保護膜形成用原料ガスによって炭化ケイ素基板上に保護膜（二酸化ケイ素）を形成しつつ、プラズマ化されたエッチングガスによって炭化ケイ素基板をエッチングする。
【００１９】
このように、本発明に係るプラズマエッチング方法において、形成すべきエッチング構造のテーパ角度に応じた所定の流量比となるように、反応性エッチングガスと保護膜形成用原料ガスとを所定の流量で処理チャンバ内に同時に供給しプラズマ化して、炭化ケイ素基板に対して保護膜しつつエッチング加工を行うようにすることで、所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部（エッチング構造）を形成することができる。
【００２０】
これは、凹部側壁へ保護膜が形成される量（時間当たりの量）と、イオン及びエッチング種による異方性エッチング速度との相関関係（例えば、比率）によるものだと考えられる。以下、図１を参照しつつ、炭化ケイ素基板に所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部が形成する過程について説明する。尚、図１において、炭化ケイ素基板にはＫ、マスクにはＭ、保護膜にはＨの符号を付した。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように、炭化ケイ素基板ＫにおけるマスクＭ開口部下に位置する部分が、反応性エッチングガスをプラズマ化することによって生成したイオンによるスパッタリングやラジカルなどの反応性を有するエッチング種（以下、単に「エッチング種」という）との化学反応によってエッチングされるとともに、シリコン系ガス由来のＳｉなどの、反応性を有する保護膜形成種（Ｓｉ）（以下、単に「保護膜形成種」という）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応、スパッタリングによって炭化ケイ素基板Ｋから物理的に解離した保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応、及び炭化ケイ素基板のエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によって凹部の側壁に保護膜Ｈが形成される。斯くして、炭化ケイ素基板Ｋが異方性エッチングされる。尚、保護膜Ｈも、イオンによるスパッタリングによって少なからずエッチングされる。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、その後も同様に、側壁が保護膜Ｈによって保護された状態で凹部の深さ方向へのエッチングが更に進行すると、イオンによるスパッタリングによってエッチングが行われる凹部の底部との距離が離れた部分は、炭化ケイ素基板から物理的に解離した保護膜形成種（Ｓｉ）が供給され難くなるが、保護膜形成用原料ガスにシリコン系ガスが含まれていることで、このシリコン系ガス由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によって更に保護膜Ｈが形成されるため、当該保護膜Ｈは、エッチングされつつもその厚みが増していく。また、凹部の底部は、上記と同様に、シリコン系ガス由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応、炭化ケイ素基板Ｋから物理的に解離した保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応、又はエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によって底部近傍の側壁に保護膜Ｈが形成されつつ、イオンによるスパッタリングやエッチング種との化学反応によるエッチングが進行する。この際、上述したように、エッチングが進むにつれて、側壁に形成された保護膜Ｈの厚みが増していくことで、エッチングに関与するイオンやエッチング種の進入口である凹部の開口部が徐々に狭くなっていくため、凹部底部の幅が徐々に狭くなり、形成される凹部の幅が、開口部側から底部側に向けて徐々に狭くなる。
【００２３】
そして、凹部の側壁に形成された保護膜Ｈの厚みが増しつつ、炭化ケイ素基板の深さ方向へのエッチングが進行し、最終的に、図１（ｃ）に示すように所定のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部が形成される。尚、後工程で不要となる保護膜Ｈは、適宜処理工程を経て除去される。
【００２４】
また、本発明のプラズマエッチング方法においては、上述したように、シリコン系ガス由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によっても凹部の側壁に保護膜Ｈが形成されるようになっている。したがって、スパッタリングによって解離する保護膜形成種（Ｓｉ）の量を増やすことなく、凹部の側壁に十分な量の保護膜Ｈが形成されるため、電界が集中し易い側壁の下の部分がスパッタリングによって物理的にエッチングされることで生じるサブトレンチの発生を抑えることができる。
【００２５】
尚、本願でいう「テーパ形状」とは、凹部における、底部幅よりも開口幅の方が広く、側壁全体が略直線であるものをいうものとする。また、本願では、図１（ｃ）に示すように、凹部の底面と側壁とがなす角度（補角θ）を「テーパ角度」と定義し、この「テーパ角度θ」は、凹部の開口部の幅をＷ１、底部の幅をＷ２、開口部から底部までの深さをＤとすると、以下の式から算出することができる。
（数式１）
θ（°）＝ｔａｎ−１〔Ｄ／｛（Ｗ１−Ｗ２）／２｝〕
【００２６】
また、本願でいうサブトレンチが発生している状態とは、図２に示すように、側壁における直線部分の下端を通る基準線ＳＬとエッチング構造底面ＴＢとの差Δｄをラウンド度とし、基準線ＳＬよりもエッチング構造底面ＴＢが下方にある場合（図２左図参照）のラウンド度を「＋」、上方にある場合（図２右図参照）のラウンド度を「−」と定義した場合に、ラウンド度が「−」である場合をいうものとし、サブトレンチが発生していない状態とは、ラウンド度が０以上である場合をいうものとする。
【００２７】
また、本発明のプラズマエッチング方法において、形成される凹部のテーパ角度は、保護膜形成用原料ガスの流量及び反応性エッチングガスの流量によって定まる比に依存する。したがって、流量比設定工程において、エッチング工程で形成すべき凹部のテーパ角度に応じて前記流量比を設定することで、エッチング工程で形成される凹部のテーパ角度を所望の角度とすることができる。
【００２８】
尚、上述したように、保護膜Ｈは、スパッタリングによって炭化ケイ素基板Ｋから物理的に解離した保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によっても形成されるため、これら２つの保護膜形成種の量をコントロールし、保護膜Ｈが形成される速度を調整して、上記のように、凹部のテーパ角度を所望の角度とすることも可能であると考えられる。しかしながら、炭化ケイ素基板から物理的に解離する保護膜形成種（Ｓｉ）の量及びエッチングによって生成した反応生成物由来の保護膜形成種（Ｓｉ）の量は、基台に印加するバイアス電力の大きさや、処理チャンバ内の圧力、ガスの流量などの複数の諸要因に依存する。したがって、前記炭化ケイ素基板から解離した保護膜形成種（Ｓｉ）及び反応生成物由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によって保護膜Ｈが形成される場合、所望のテーパ角度の凹部を形成させるためには、上記エッチングガスの流量、バイアス電力の大きさや処理チャンバ内の圧力を適宜設定して炭化ケイ素基板から解離する保護膜形成種（Ｓｉ）の量及び反応生成物由来の保護膜形成種（Ｓｉ）の量を厳密にコントロールしなければならず、その制御が極めて複雑で容易ではない。
【００２９】
これに対して、本発明のプラズマエッチング方法においては、上述したように、シリコン系ガス由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によっても保護膜Ｈが形成するようになっており、前記流量比を設定するだけで、容易且つ精度良く所望のテーパ角度を有する凹部を形成させることができる。
【００３０】
また、従来は、炭化ケイ素基板由来の保護膜形成種（Ｓｉ）の単位面積当たりの量は、基板周縁部に比べて中央部の方が多いため、基板周縁部より中央部の方が形成される保護膜の量が多く、結果的に基板に形成されるエッチング形状にばらつきが生じていた。これに対して、本発明のプラズマエッチング方法においては、上述したように、シリコン系ガスを供給することによって、当該シリコン系ガス由来の保護膜形成種（Ｓｉ）が基板全体に均一に行き渡る。これにより、炭化ケイ素基板由来の保護膜形成種（Ｓｉ）に加え、エッチング量に依存しない保護膜形成種（Ｓｉ）も保護膜の形成に関与するようになるため、炭化ケイ素基板由来の保護膜形成種（Ｓｉ）の単位面積当たりにおける量のウェハ面内差の影響を受け難くなる。したがって、エッチング構造の角度を精度よく調整でき、また、形状の均一性を保つことができる。
【００３１】
尚、前記保護膜形成用原料ガスは、ハロゲンを含むシリコン系ガスと、酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスであり、ハロゲンを含むシリコン系ガスは、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガス又は四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）ガスのいずれか一方のガスである。
【００３２】
この場合、ハロゲンを含むシリコン系ガスがプラズマ化されることによって、ハロゲンイオンやハロゲンラジカルなどのエッチング種が生成し、ハロゲンイオンによるスパッタリングやエッチング種との化学反応によって炭化ケイ素基板がエッチングされる。このように、シリコン系ガスが保護膜の形成に関与するだけでなく、炭化ケイ素基板のエッチングにも関与するため、保護膜によって凹部の側壁を保護しつつ、炭化ケイ素基板のエッチング速度を上げることができる。
【００３３】
また、前記反応性エッチングガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスであることが好ましく、前記保護膜形成用原料ガスは、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガスと酸素ガスとの混合ガスであることが好ましい。
【００３４】
また、前記角度に応じて定められる流量比を、前記保護膜形成用原料ガスの流量に対する、前記反応性エッチングガスの流量の比（第１流量比）とする場合、この第１流量比は、０．１４０以上０．３５以下に設定することが好ましい。このようにすれば、所謂サブトレンチの発生を比較的抑えた上で、所望のテーパ角度を有する凹部を形成することができる。
【００３５】
更に、前記第１流量比は、０．１４０以上０．３０以下に設定することがより好ましい。このようにすれば、サブトレンチの発生をより確実に抑えた上で、所望のテーパ角度を有する凹部を形成することができる。
【００３６】
また、前記角度に応じて定められる流量比を、前記保護膜形成用原料ガスの流量と前記反応性エッチングガスの流量との和に対する、前記シリコン系ガスの流量の比（第２流量比）とする場合、この第２流量比は、０．３８５より大きく、０．６３２以下に設定することでサブトレンチの発生を比較的抑えることができ、０．４より大きく、０．６以下に設定することによってより効果的にサブトレンチの発生を抑制することができる。
【００３７】
尚、反応性エッチングガスとしてＳＦ６ガスを用い、保護膜形成用原料ガスとして、ＳｉＦ４ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、これらのガスのうち２種の流量を固定し、残りのガスの流量を変えて前記第１流量比の値を変えるようにした場合、本願発明者らの実験結果によると、前記第１流量比の値を０．１４０〜０．１８６の範囲内に設定することで、８５．２°〜８７．５°の範囲内の所望のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができる。
【００３８】
また、前記保護膜形成用原料ガスは、同量のＳｉＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスであることが好ましい。この場合、本願発明者らの実験結果によると、前記第１流量比の値を０．２５０〜０．３３３の範囲内に設定することで、８１．０°〜８８．８°の範囲内の所望のテーパ角度を有するテーパ形状の凹部を形成させることができ、また、この場合、第１流量比の値を大きくすることで、形成される凹部のテーパ角度を大きくすることができるため、所望のテーパ角度を有する凹部を容易に形成させることができる。
【００３９】
このようになるのは、第１流量比の値が増加する、言い換えれば、反応性エッチングガスの流量に対する保護膜形成用原料ガスの流量を減少させた状態でエッチング工程を行うと、深さ方向への異方性エッチング速度が、側壁に保護膜が形成される速度に対して相対的に速くなるため、最終的に形成される凹部のテーパ角度が大きくなる。また、逆に、第１流量比の値が減少した状態、すなわち、反応性エッチングガスの流量に対する保護膜形成用原料ガスの流量を増加させた状態でエッチング工程を行うと、深さ方向への異方性エッチング速度が、保護膜が形成される速度に対して相対的に遅くなるため、形成される凹部のテーパ角度が小さくなるためだと考えられる。
【００４０】
尚、この場合、第１流量比の値が０．２５０よりも小さいと、形成される保護膜の量が多くなり、凹部の深さ方向へのエッチングが進行し難くなる。また、第１流量比が０．３３３よりも多い場合も、保護膜が形成される量が多くなりすぎ、凹部の深さ方向へのエッチングが進行し難くなる。
【００４１】
尚、本発明に係るプラズマエッチング方法においては、炭化ケイ素基板のエッチングを適切に進行させるために、処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位（Ｖｐｐ）が４３０Ｖ以上となるように、基台に印加するバイアス電力の大きさを設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００４２】
以上のように、本発明のプラズマエッチング方法によれば、炭化ケイ素基板に均一なテーパ形状の凹部を形成することができ、更に、そのテーパ角度を所望の角度とすることができ、また、サブトレンチの発生を抑えた上で、所望のテーパ角度の凹部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】炭化ケイ素基板にテーパ形状の凹部が形成する過程を説明するための説明図である。
【図２】ラウンド度を説明するための説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置の概略構成を示した断面図である。
【図４】実施例１〜３におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
【図５】実施例１〜３における第１流量比（ＳＦ６ガス／（ＳｉＦ４ガス＋Ｏ２ガス））と炭化ケイ素基板に形成する凹部のテーパ角度との関係を説明するための説明図である。
【図６】比較例１〜６におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
【図７】ローディング効果を説明するための説明図であり、（ａ）はＳｉＦ４ガスを用いない場合を示し、（ｂ）はＳｉＦ４ガスを用いた場合を示す。
【図８】実施例４〜１０におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
【図９】実施例１１〜１８におけるエッチング条件及びその結果をまとめた表である。
【図１０】実施例１９〜２１におけるエッチングの結果をまとめた表である。
【図１１】実施例１９〜２１における基板表面温度とラウンド度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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。
【００４５】
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ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。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、この処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、炭化ケイ素基板Ｋが載置される基台１５と、当該基台１５を昇降させる昇降シリンダ１８と、処理チャンバ１１内にエッチングガス、保護膜形成用原料ガス及び不活性ガスを供給するガス供給装置２０と、処理チャンバ１１内に供給されたエッチングガス、保護膜形成用原料ガス及び不活性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、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置４０とから構成される。
【００４６】
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上チャンバ１２及び下チャンバ１３から構成され、上チャンバ１２は、下チャンバ１３よりも小さく形成される。また、前記基台１５は、炭化ケイ素基板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１３内に配置されている。
【００４７】
前記ガス供給装置２０は、エッチングガスとして、ＳＦ６ガスを供給するＳＦ６ガス供給部２１と、保護膜形成用原料ガスとして、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスをそれぞれ供給するＳｉＦ４ガス供給部２２及びＯ２ガス供給部２３と、不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスなどを供給する不活性ガス供給部２４と、一端が上チャンバ１２の上面に接続し、他端が分岐して前記ＳＦ６ガス供給部２１、ＳｉＦ４ガス供給部２２、Ｏ２ガス供給部２３及び不活性ガス供給部２４にそれぞれ接続した供給管２５とを備え、ＳＦ６ガス供給部２１、ＳｉＦ４ガス供給部２２、Ｏ２ガス供給部２３及び不活性ガス供給部２４から供給管２５を介して処理チャンバ１１内にそれぞれＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスを供給する。
【００４８】
前記プラズマ生成装置３０は、所謂誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する装置であって、上チャンバ１２に配設された環状のコイル３１と、当該各コイル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１２内に供給されたＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスをプラズマ化する。
【００４９】
また、前記高周波電源３５は、前記基台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バイアス電位を与え、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスのプラズマ化により生成されたイオンを、基台１５上に載置された炭化ケイ素基板Ｋに入射させる。
【００５０】
前記排気装置４０は、気体を排気する真空ポンプ４１と、一端が前記真空ポンプ４１に接続し、他端が下チャンバ１３の側面に接続した排気管４２とからなり、当該排気管４２を介して真空ポンプ４１が前記処理チャンバ１１内の気体を排気し、処理チャンバ１１内部を所定圧力に維持する。
【００５１】
次に、以上のように構成されたエッチング装置１を用いて炭化ケイ素基板Ｋをプラズマエッチングする方法について説明する。
【００５２】
まず、炭化ケイ素基板Ｋをプラズマエッチングするに当たり、炭化ケイ素基板Ｋにマスク形成処理を施す。
【００５３】
このマスク形成処理によって、炭化ケイ素基板Ｋの表面に、例えば、蒸着法（化学気相蒸着法（ＣＶＤ）や物理気相蒸着法（ＰＶＤ））などを用いてマスクを形成させた後、当該マスクに開口部を備えた所定のマスクパターンを形成する。尚、本実施形態においては、マスクはニッケル（Ｎｉ）から構成されるものとするが、これに限られるものではなく、例えば、他のメタルマスクや二酸化ケイ素から構成されていても良い。
【００５４】
次に、炭化ケイ素基板Ｋに形成される凹部（エッチング構造）を所望のテーパ角度を有するテーパ形状にするために、炭化ケイ素基板Ｋに形成すべき凹部における側壁面と底面とがなす角度（テーパ角度）に応じて定まる、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスの総流量に対するＳＦ６ガスの流量の比（ＳＦ６ガス／（ＳｉＦ４ガス＋Ｏ２ガス））である第１流量比を設定する。尚、前記第１流量比の値は、テーパ角度と流量比との相関を予め実験的に求めた値であって、本例においては、ＳＦ６ガスの流量を固定した状態で、ＳｉＦ４ガスとＯ２ガスとが同量となるように各ガスの流量を変化させて求めた値であり、その数値範囲は、０．２５０〜０．３３３である。また、第１流量比の設定は、例えば、目的とするテーパ角度に対応した第１流量比となるように、各ガス供給部２１，２２，２３ごとにガスの流量を調整するようにしても良いし、目的とするテーパ角度を指定することによって、各ガス供給部２１，２２，２３から供給されるガスの流量が適宜制御装置により自動的に設定されるようにしても良い。各ガスの流量を自動で設定する場合には、所定のテーパ角度に応じて定められる第１流量比に対応した各ガスの供給流量を予め制御装置内に記憶させておくようにする。
【００５５】
次に、マスクを形成させた炭化ケイ素基板Ｋに対してプラズマエッチング処理を行う。
【００５６】
まず、炭化ケイ素基板Ｋをエッチング装置１内に搬入して基台１５上に載置し、この炭化ケイ素基板Ｋの温度を２００℃〜１０００℃の温度範囲内の所定のエッチング処理温度にまで加熱する。具体的には、不活性ガス供給部２４から処理チャンバ１１内に不活性ガスを供給するとともに、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力を印加する。これにより、処理チャンバ１１内に供給した不活性ガスがプラズマ化され、このプラズマ化により生成したイオンが、基台１５に高周波電力を印加することで生じたバイアス電位によって、基台１５上に載置された炭化ケイ素基板Ｋに入射、衝突する。そして、炭化ケイ素基板Ｋに衝突したイオンのエネルギーを吸収して温度が上昇し、やがてエッチング処理温度で平衡状態に達する。尚、処理チャンバ１１内の圧力は、前記排気装置４０によって所定の圧力に維持される。
【００５７】
ついで、炭化ケイ素基板Ｋの温度がエッチング処理温度で平衡状態に達した炭化ケイ素基板Ｋをエッチングする。具体的には、前記各ガス供給部２１，２２，２３から処理チャンバ１１内にＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスをそれぞれ前記設定した第１流量比となるように供給し、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力を印加する。これにより、処理チャンバ１１内に供給したＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスがプラズマ化される。
【００５８】
そして、ＳＦ６ガス及びＳｉＦ４ガスのプラズマ化により生成したフッ素イオンやエッチング種（例えば、フッ素ラジカル）によって炭化ケイ素基板Ｋがエッチングされるとともに、Ｏ２ガスのプラズマ化により生成した保護膜形成種（Ｏ）が、炭化ケイ素基板Ｋがイオンによってスパッタリングされることで生じた保護膜形成種（Ｓｉ）、炭化ケイ素基板Ｋのエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物（ＳｉＦ４）由来の保護膜形成種（Ｓｉ）及びＳｉＦ４ガス由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と反応して炭化ケイ素基板Ｋの表面に保護膜が形成される。このようにして、炭化ケイ素基板Ｋのエッチングと、保護膜の形成とが同時並行で行われ、保護膜によって保護されつつ、炭化ケイ素基板Ｋの異方性エッチングが進行し、炭化ケイ素基板Ｋに前記所定のテーパ角度を有するテーパ状凹部が形成する。
【００５９】
また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、第１流量比によって形成される凹部のテーパ角度が決まるため、適宜第１流量比を設定することで、所望のテーパ角度を有する凹部を形成させることができる。
【００６０】
このように、凹部の形状がテーパ形状となり、そのテーパ角度が第１流量比によって変化するのは、以下の理由によるものだと考えられる。
【００６１】
即ち、本実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスを同時に供給しプラズマ化するようにしており、これにより、炭化ケイ素基板Ｋから物理的に解離した保護膜形成種（Ｓｉ）とＯ２ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応及び炭化ケイ素基板Ｋのエッチングによって生成したシリコン原子を含む反応生成物（ＳｉＦ４）由来の保護膜形成種（Ｓｉ）と酸素ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応だけでなく、ＳｉＦ４ガス由来の保護膜形成種（Ｓｉ）とＯ２ガス由来の保護膜形成種（Ｏ）との化学反応によっても保護膜が形成される。このため、エッチングが進行するにつれて、側壁に形成された保護膜の厚みが増し、凹部の開口部が徐々に狭くなっていき、エッチングされる部分、すなわち、凹部の底部の幅が徐々に狭くなる。したがって、最終的に形成される凹部の幅が開口部側から底部側に向けて縮径したテーパ形状となるのである。そして、設定する第１流量比を変えると、保護膜が形成される速度に対する深さ方向への異方性エッチング速度が相対的に変化するため、最終的に異なるテーパ角度を有する凹部が形成されるのである。
【００６２】
因みに、本願発明者らは、本実施形態のプラズマエッチング方法を適用して、ＳＦ６ガスを２０ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスを両者の流量が同量となるようにそれぞれ３０〜４０ｓｃｃｍ内の所定の流量で同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を２０００Ｗ、バイアス電力を７００Ｗ、処理チャンバ内の圧力を０．７Ｐａとして、Ｎｉマスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す実験を行った。尚、図４は、実施例１〜３における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。また、図５は、実施例１〜３における各エッチング条件で形成された凹部の形状を示した図であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は実施例３で形成された凹部の形状を示している。尚、図５中の符号Ｋは炭化ケイ素基板、符号Ｍはマスク、符号Ｈは保護膜を示している。
【００６３】
図４及び図５に示すように、第１流量比の値を０．２５０とした実施例１ではテーパ角度θ１が８１．０°の凹部が形成され（図５（ａ）参照）、第１流量比の値を０．２８６とした実施例２ではテーパ角度θ２が８４．４°の凹部が形成され（図５（ｂ）参照）、第１流量比の値を０．３３３とした実施例３ではテーパ角度θ３が８８．８°の凹部が形成された（図５（ｃ）参照）。
【００６４】
以上のように、いずれの場合も側壁全体が直線的なテーパ形状の凹部が形成し、第１流量比の値が大きくなるにつれて、テーパ角度も大きくなっている。このように、第１流量比の値が大きくなるにつれて、テーパ角度が大きくなるのは、第１流量比の値が大きくなる、換言すれば、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスの総流量に対するＳＦ６ガスの流量が多くなることによって、深さ方向への異方性エッチング速度が、保護膜Ｈが凹部の側壁に形成される速度に対して相対的に速くなるためだと考えられる。
【００６５】
また、本願発明者らは、保護膜形成用原料ガスとしてのＳｉＦ４ガスが形成されるエッチング形状に及ぼす影響について検討するために、ＳＦ６ガスを４０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスを０〜１００ｓｃｃｍ内の所定の流量で同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を２５００Ｗ、バイアス電力を７００Ｗ、処理チャンバ内の圧力を３Ｐａとして、Ｎｉマスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す比較実験を行った。尚、図６は、比較例１〜６における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。また、同図中における「ラウンド度」とは、図２に示すように、エッチング構造の側壁における直線部分の下端を通る基準線ＳＬとエッチング構造底面ＴＢとの差Δｄであり、エッチング構造底面ＴＢが基準線ＳＬよりも下方にある場合に「＋」、上方にある場合を「−」と定義したものであって、当該ラウンド度が０未満である場合にはサブトレンチが発生しているものとし、ラウンド度が０以上である場合にはサブトレンチが発生していないものとする。
【００６６】
図６に示すように、比較例１〜３では、サブトレンチは発生しないものの、凹部の形状がボウイング形状となっており、一方、比較例４〜６では、凹部の形状はボウイング形状とはならないものの、サブトレンチが発生している。即ち、保護膜形成用原料ガスとしてＯ２ガスのみを用いた場合には、サブトレンチがなく、ボウイング形状でもない凹部を形成することができない。
【００６７】
これに対して、本発明の実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、保護膜形成用原料ガスとしてＳｉＦ４ガスとＯ２ガスとを用いるようにしているため、サブトレンチの発生を最小限に抑えた上で、テーパ形状の凹部を形成することができる。
【００６８】
更に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法では、上述したように、ＳｉＦ４ガスが保護膜の形成に関与するだけでなく、炭化ケイ素基板のエッチングにも関与するようになっているため、保護膜によって凹部の側壁を保護しつつ、炭化ケイ素基板のエッチング速度を上げることができる。尚、このように、保護膜形成用原料ガスに含まれるＳｉＦ４ガスが炭化ケイ素基板のエッチングにも関与するようになっている。したがって、単純に反応性エッチングガスと保護膜形成用原料ガスとの流量比を予測することができないため、上述したように、テーパ角度と流量比との相関を実験的に求める必要がある。
【００６９】
ところで、ＳｉＦ４ガスなどのシリコン系ガスを用いないプラズマエッチング方法において、炭化ケイ素とＳＦ６ガスなどのエッチングガス由来のエッチング種との化学反応によって、保護膜の形成に寄与するＳｉＦ４などが生成される（図７（ａ）参照）が、基板の中心部と周縁部とでは、中心部の方がエッチングされる量が多いため、基板の周縁部よりも中心部の方がＳｉＦ４などが多く生成される。そのため、基板中心部では、周縁部よりも保護膜の形成が促進され、当該基板中心部のエッチング速度と周縁部のエッチング速度との間に差が生じ、基板全体を均一にエッチングすることが困難であった。
【００７０】
これに対して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法においては、ＳｉＦ４ガスを供給することによって、このＳｉＦ４ガス由来の十分な量の保護膜形成種（Ｓｉ）が基板の周縁部にまで均一に行き渡る。これにより、図７（ｂ）に示すように、炭化ケイ素とエッチング種との化学反応によって生成されるＳｉＦ４由来の保護膜形成種（Ｓｉ）だけでなく、その量がエッチング量に依存しないＳｉＦ４由来の保護膜形成種（Ｓｉ）も保護膜の形成に関与するようになるため、ＳｉＦ４ガスを用いない場合と比較して形成される凹部の角度を精度よく調整でき、また、基板全体における凹部の形状を均一なものにすることができる。
【００７１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の取り得る態様は何らこれに限定されるものではない。
【００７２】
上例においては、第１流量比の値を、ＳＦ６ガスの流量を固定した状態で、ＳｉＦ４ガスとＯ２ガスとが同量となるように各ガスの流量を変化させて求めた値としたが、ＳｉＦ４ガスの流量とＯ２ガスの流量とは必ずしも同量である必要はない。また、設定する第１流量比の値は、１つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて求めた値に限られず、２つのガスの流量を固定した状態で、残りのガスの流量を変化させて求めた値であっても良い。
【００７３】
因みに、本願発明者らが、ＳＦ６ガスを６〜８ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４ガスを２４〜２６ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスを１６〜２０ｓｃｃｍ内の所定の流量でそれぞれ同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を１７５０Ｗ、バイアス電力を７００Ｗ、処理チャンバ内の圧力を０．７Ｐａとして、ＳｉＯ２マスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す実験を行ったところ、いずれの場合も側壁全体が直線的なテーパ形状の凹部が形成した。図８は、実施例４〜１０における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。
【００７４】
図８からわかるように、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスの流量をそれぞれ変えて所定の第１流量比を設定するようにしても、第１流量比の値が０．１４０〜０．１８６の間で、テーパ角度が８５．２°〜８７．５°の範囲内の所定の角度を有したテーパ形状の凹部を形成させることができる。
【００７５】
尚、本発明に係るプラズマエッチング方法においては、第１流量比の値を０．１４０以上０．３５以下に設定することで、サブトレンチの発生を極力抑えることができ、０．１４０以上０．３０以下に設定することで、サブトレンチの発生を更に抑えることができる。
【００７６】
因みに、本願発明者らは、第１流量比の値とサブトレンチの発生の有無との間の関連性について検討するために、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスを、第１流量比の値が０．２３〜０．３９の範囲となるように、所定の流量でそれぞれ処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を１７５０Ｗ、バイアス電力を２００〜４００Ｗ、処理チャンバ内の圧力を０．８Ｐａとして、ＳｉＯ２マスクが形成された炭化ケイ素基板にエッチング加工を施す実験を行った。尚、図９は、実施例１１〜１８における各エッチング条件及びその結果をまとめた表である。
【００７７】
図９に示すように、第１流量比の値を０．２６とした実施例１１では、形成された凹部の形状がボウイング形状でもなく、サブトレンチの発生もなかった。一方、第１流量比を０．３１、０．３５とした実施例１２、実施例１３については、わずかなサブトレンチは形成されたものの、ボウイング形状でない凹部が形成され、また、第１流量比の値を０．３９とした実施例１４では、実施例１２，１３よりも大きなサブトレンチが形成されたものの、同様に、ボウイング形状でない凹部が形成された。ここで、ラウンド度は−０．２０よりも大きい方が好ましいため、上述したように、第１流量比の値は０．３５以下とすることが好ましく、更にラウンド度を高めるためには、０．３０以下とすることが好ましい。尚、実施例１１〜１４における処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位（Ｖｐｐ）は、それぞれ５４４Ｖ、５４２Ｖ、５４４Ｖ、５５８Ｖであった。
【００７８】
ここで、実施例１５〜１８の結果に着目すると、第１流量比の値を０．３０以下である０．２３とした実施例１５及び実施例１６では、バイアス電力の大きさに依存することなく、形成された凹部の形状がボウイング形状でもなく、サブトレンチの発生もない。これに対して、第１流量比の値を０．３０よりも大きい０．３３とした実施例１７及び実施例１８では、興味深い結果が得られた。バイアス電力を２５０Ｗに設定した実施例１８では、わずかなサブトレンチが形成されているのに対し、バイアス電力を２００Ｗに設定した実施例１７では、サブトレンチの発生が見られなかった。このことから、サブトレンチが発生し得る第１流量比の値の範囲であっても、バイアス電力を適切な大きさに設定することにより、サブトレンチの発生を抑えることができることがわかる。
【００７９】
また、本願発明者らは、処理チャンバと炭化ケイ素基板との間のバイアス電位（Ｖｐｐ）がエッチングの進行に及ぼす影響について検討するために、ＳＦ６ガスを１１ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４ガスを３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスを１８ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ内に供給し、ＳｉＯ２マスクが形成された炭化ケイ素基板にＶｐｐの異なる条件でエッチング加工を施す実験を行ったところ、Ｖｐｐが４３０Ｖのときはエッチングが正常に進行した。これに対して、Ｖｐｐが４００Ｖのときは、エッチングは進行したものの残渣の存在が確認され、２４０Ｖのときにはエッチングストップが起こった。このことから、Ｖｐｐが４３０Ｖ以上となる条件で炭化ケイ素基板のエッチングを行うことで、エッチングが正常に進行することが分かった。
【００８０】
更に、上例においては、テーパ角度に応じて定められる流量比を、保護膜形成用原料ガス（ＳｉＦ４ガス＋Ｏ２ガス）の流量に対する反応性エッチングガス（ＳＦ６ガス）の流量の比である第１流量比としているが、保護膜形成用原料ガスの流量と反応性エッチングガスの流量との和に対する、シリコン系ガス（ＳｉＦ４ガス）の流量の比（ＳｉＦ４ガス／（ＳＦ６ガス＋ＳｉＦ４ガス＋Ｏ２ガス））である第２流量比としても良い。
【００８１】
この場合、図９に示すように、第２流量比の値を０．３８５より大きく、０．６３２以下に設定することでラウンド度が−０．２０よりも大きくなりサブトレンチの発生が極力抑えられ、第２流量比の値を０．４より大きく、０．６以下に設定することで、サブトレンチの発生を更に抑制することができる。
【００８２】
また、本願発明者らは、エッチング開始時の炭化ケイ素基板の温度がサブトレンチの発生に及ぼす影響について検討するために、炭化ケイ素基板の加熱時間を変えることにより炭化ケイ素基板表面の３種類の異なる温度に変化させた上で、炭化ケイ素基板に対してエッチング加工を施す実験を行った。尚、予備加熱工程は、Ａｒガスを１００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を２５００Ｗ、バイアス電力を１００Ｗ、処理チャンバ内の圧力を３Ｐａとして、実施例１９では１０秒間、実施例２０では２５秒間、実施例２１では４０秒間処理を行った。また、エッチング工程は、ＳＦ６ガスを９ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４ガスを１２ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスを２０ｓｃｃｍ、Ａｒガスを１５０ｓｃｃｍの流量でそれぞれ同時に処理チャンバ内に供給し、コイル印加電力を２０００Ｗ、バイアス電力を３３０Ｗ、処理チャンバ内の圧力を０．８Ｐａとして、各実施例とも３秒間処理を行った。図１０は、実施例１９〜２１についての結果をまとめた表であり、図１１は、実施例１９〜２１における基板表面温度とラウンド度との関係を示したグラフである。
【００８３】
図１０に示すように、予備加熱工程の処理時間が長い方が炭化ケイ素基板に入射、衝突するイオンの量が増加するため、基板の表面温度が高くなっている。また、基板の表面温度が１３０℃である実施例１９と１８０℃である実施例２０では、ラウンド度が０未満であり、エッチング構造にサブトレンチが発生しているのに対して、基板の表面温度が２２０℃である実施例２１においては、ラウンド度が０以上であり、サブトレンチが発生していない。このことから、エッチング条件が同じである場合には、エッチング開始時の基板表面温度を高くすることによって、サブトレンチの発生を抑えられることがわかった。
【００８４】
尚、図１１に示すように、ラウンド度を０以上にする、言い換えれば、サブトレンチの発生を効果的に抑制するためには、炭化ケイ素基板の表面温度が１９０℃以上となるように予備加熱工程の処理時間を調整すれば良い。
【００８５】
また、上例においては、エッチングガスとしてＳＦ６ガスを用いたが、例えば、ＮＦ３ガスやＦ２ガスを用いるようにしても良い。更に、シリコン系ガスとしてＳｉＦ４ガスを用いたが、例えば、ケイ素と、フッ素の同族元素である塩素との化合物である四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）ガスを用いても良い。このようにしても、ＳｉＦ４ガスを用いた場合と同様に、ＳｉＣｌ４ガスをプラズマ化することにより生成する塩化物イオンや塩素ラジカルが炭化ケイ素基板のエッチングに関与するため、相応の効果が得られる。
【００８６】
更に、上例では、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスの流量の値について特に限定していないが、炭化ケイ素基板の周縁部は、中心部と比較して炭化ケイ素が少ない、即ち、エッチングされる量が少ないため、エッチングによって生成する反応生成物由来の保護膜形成種（Ｓｉ）の量が少ない。したがって、周縁部と中心部とでは、供給される保護膜形成種（Ｓｉ）の量に差があるため、少なくともこの差を無視できる程度のＳｉＦ４ガスを供給するようにして、炭化ケイ素基板全面に十分な量の保護膜形成種（Ｓｉ）を行き渡らせるようにすることが好ましい。
【００８７】
また、上例において、プラズマ発生装置３０は、コイル３１が上チャンバ１２に配設されているが、例えば、上チャンバ１２の天板上方に配設した構成の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置としても良い。
【符号の説明】
【００８８】
１    エッチング装置
１１  処理チャンバ
１５  基台
２０  ガス供給装置
２１  ＳＦ６ガス供給部
２２  ＳｉＦ４ガス供給部
２３  Ｏ２ガス供給部
２４  不活性ガス供給部
３０  プラズマ生成装置
３１  コイル
３２  高周波電源
３５  高周波電源
４０  排気装置
Ｋ    炭化ケイ素基板
Ｍ    Ｎｉマスク（マスク）
Ｈ    保護膜
【図１】
0005889368.tif 000002
【図２】
0005889368.tif 000003
【図３】
0005889368.tif 000004
【図４】
0005889368.tif 000005
【図５】
0005889368.tif 000006
【図６】
0005889368.tif 000007
【図７】
0005889368.tif 000008
【図８】
0005889368.tif 000009
【図９】
0005889368.tif 000010
【図１０】
0005889368.tif 000011
【図１１】
0005889368.tif 000012