(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置内で、少なくともSF6ガスを含むエッチングガスを使用して生成されるプラズマを用い、ステージ上に載置されたSiC基板にトレンチを形成するSiC基板のドライエッチング方法において、
前記エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合が０％を含まない５％以下であり、前記SiC基板にバイアスを加えるバイアスのパワーが３００Ｗ以上であることを特徴とする、ドライエッチング方法。
【請求項２】
前記SiC基板にバイアスを加えるバイアスのパワーが３５０Ｗ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置内で、少なくともSF6ガスを含むエッチングガスを使用して生成されるプラズマを用い、ステージ上に載置されたSiC基板にトレンチを形成するSiC基板のドライエッチング方法において、
前記エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合が０％を含まない５％以下であり、前記SiC基板にバイアスを加えるバイアスの電力密度が２．６５W/cm2以上であることを特徴とする、ドライエッチング方法。
【請求項４】
前記SiC基板にバイアスを加えるバイアスの電力密度が３．０９W/cm2以上であることを特徴とする、請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合が０％を含まない２％以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチングガスとして六フッ化硫黄（SF6）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。
【背景技術】
【０００２】
反応ガスとして六フッ化硫黄（SF6）を含むエッチングガスを使用した反応性イオン(RIE; Reactive Ion Etching)エッチングにより、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１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３４７６１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２４５０３号公報
【特許文献３】特開２００８−２９４２１０号公報
【特許文献４】特開２００９−１８８２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のこの種の技術におけるエッチング条件では、エッチングガスに含まれるSF6ガスを比較的高濃度に設定する一方、SiC基板に印加するバイアス電力を比較的低く設定している。具体的には、アルゴン（Ar）等の希ガスよって希釈するSF6ガスの濃度を例えば１０％程度以上の比較的高い濃度で設定している。また、SiC基板に印加するバイアスは１００Ｗ未満程度の低バイアスとしている。これらの条件に加え、圧力条件を低圧（高真空度）とした場合、トレンチの底面中央にSF6ガスに由来する硫化物が堆積するのを防止しつつ、トレンチの底面端部にマイクロトレンチと呼ばれる小さな溝が形成されるのを抑制でき、形状制御性は概ね良好である。しかし、従来のこの種の技術のエッチング条件は、低バイアスであるためエッチングレートが低い。つまり、従来のこの種の技術では、マイクロトレンチの抑制と高エッチングレートが両立しない。特に、従来のこの種の技術では、アスペクト比（トレンチの深さのトレンチの幅に対する比）が１．５以上の高アスペクト比の場合にマイクロトレンチの抑制や高エッチングレートを実現するための条件について、何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明は、エッチングガスとしてSF6を使用したSiC基板のドライエッチングにおいて、高エッチングレートを確保しつつマイクロトレンチを抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置内で、少なくともSF6ガスを含むエッチングガスを使用して生成されるプラズマを用い、ステージ上に載置されたSiC基板にトレンチを形成するSiC基板のドライエッチング方法において、前記エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合が０％を含まない５％以下であり、前記SiC基板にバイアスを加えるバイアスのパワーが３００Ｗ以上（電力密度で２．６５W/cm2以上）であることを特徴とする、ドライエッチング方法を提供する。前記SiC基板にバイアスを加えるバイアスのパワーが３５０Ｗ以上（電力密度で３．０９W/cm2以上）であることがより好ましい。
【０００７】
前記エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合が０％を含まない２％以下であることがより好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合を０％を含まない５％以下、好ましくは０％を含まない２％以下とし、かつSiC基板にバイアスを加えるバイアスのパワーを３００Ｗ以上（電力密度で２．６５W/cm2以上）より好ましくは３５０Ｗ以上（電力密度で３．０９W/cm2以上）とすることで、高エッチングレートを確保しつつマイクロトレンチを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ドライエッチング装置の模式図。
【図２】SiC基板の模式的な断面図。
【図３】マイクロトレンチ率を説明するための模式図。
【図４】実験例におけるSF6ガスの割合とマイクロトレンチ率の関係を示す分布図。
【図５】実験例におけるSF6ガスの割合とSiC基板のエッチングレートの関係を示す分布図。
【図６】実験例におけるバイアスとマイクロトレンチ率の関係を示す分布図。
【図７】実験例におけるバイアスとSiC基板のエッチングレートの関係を示す分布図。
【図８】実験例における圧力とマイクロトレンチ率の関係を示す分布図。
【図９】実験例における圧力とSiC基板のエッチングレートの関係を示す分布図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
ドライエッチング装置１は、SiC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にはエッチングガス源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内の底部側には、SiC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は金属ブロック上に配置され、金属ブロックはベース部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。
【００１２】
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、SiC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には、基板５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。
【００１３】
コントローラ１９は、第１及び第２の高周波電源８Ａ，８Ｂ、エッチングガス源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。
【００１４】
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２ａ（図３参照）を形成するための開口を備えた二酸化珪素（SiO2）膜からなるマスク２１を設けている。
【００１５】
このドライエッチング装置１を使用したドライエッチング方法の概要は以下の通りである。
【００１６】
まず、SiC基板２をチャンバ３内に搬入してステージ１１の上面に位置する。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、伝熱ガス源１８からSiC基板２の下面に伝熱ガスとしてヘリウム（He）を供給して充填する。その後、エッチングガス源４からチャンバ３内にエッチングガスを供給され、減圧機構５によりチャンバ２内を所定圧力に維持する。続いて、高周波電源８Ａから上部電極としてのアンテナ１７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にバイアスが印加される。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。
【００１７】
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。
【００１８】
本発明者は、図１のドライエッチング装置１でエッチングガス源４から供給されるエッチングガスとして少なくともSF6ガスを含むものを使用し、種々の条件でSiC基板２のドライエッチングを実行する実験を行った。前述のように、従来のこの種のドライエッチングでは、エッチングガスとしてSF6ガスの濃度が高く（SF6ガスは低希釈）、かつ低バイアが一般的である。しかし、実験の結果、本発明者は、エッチングガス中のSF6ガスの割合が極めて低く、すなわちSF6ガスは高希釈で、かつ高バイアスの場合、すなわち従来とはまったく異なるエッチング条件により、高エッチングレートを確保しつつマイクロトレンチを抑制できることを新たに見出した。以下、この実験について説明する。
【００１９】
以下の表１に示すように、実験例No.１〜２６で示す種々のエッチング条件でSiC基板２のドライエッチングを実行した。
【００２０】
【表１】
0005658110.tif 000002
【００２１】
実験No.１〜１３が本発明の実施例に相当し、実験No.１４〜２６が比較例に相当する。実験No.１〜２６の具体的なエッチング条件は以下の通りである。
【００２２】
エッチングガスに含まれるSF6の割合は、実験No.３が０．８９％、実験No.１８が０．９０％、実験No.２，４，５，１０が１．４７％、実験No.１７が１．９２％、実験No.１，６〜９，１３が１．９６％、実験No.１２，１４〜１６，１９が２．０％、実験No.１１が４．０％である。また、実験No.２０が１０％、実験No.２６が５５．５６％、実験No.２５が７１．４３％、実験No.２１〜２４が１００％である。
【００２３】
エッチングガスの組成は以下の通りである。実験No.１〜５，７，９，１０，１３，１８はSF6ガス、O2ガス、及びArガスの混合ガスである。実験No.６，８，１１，１７はSF6ガス、O2ガス、及びHeガスの混合ガスである。実験No.１２は、SF6ガスとArガスの混合ガスである。実験No.１１，１４〜１６，１９，２０はSF6ガスとHeガスの混合ガスである。実験No.２５，２６はSF6ガスとO2ガスの混合ガスである。実験No.２１〜２４のエッチングガスはSF6ガスのみを含有する。
【００２４】
アンテナ７に供給するパワーは実験No.２１，２３〜２６が１０００Ｗ、実験No.４，５，１０が１２００Ｗ、これら以外の実験No.１〜３，６〜９，１１〜２０，２２が１５００Ｗである。
【００２５】
下部電極としての金属ブロック１２に供給するバイアスのパワーについては、実験No.１９では２５０Ｗ、実験No.１，８，９，１２，１３，１６では３５０Ｗ、実験No.１０では３６０Ｗ、実験No.２〜７，１８は４５０Ｗ、実験No.１１，１４，１５，１７，２０〜２６は５００Ｗに設定している。本実施形態では、金属ブロック１２の上面（ステージ１１が配置されている面）の面積は、１１３．３９cm2である。従って、下部電極としての金属ブロック１２に供給するバイアスのパワーを、単位面積当たりの電力密度で表すと、実験No.１９では２．２０W/cm2、実験No.１，８，９，１２，１３，１６では３．０９_W/cm2、実験No.１０では３．１７W/cm2、実験No.２〜７，１８は３．９７W/cm2、実験No.１１，１４，１５，１７，２０〜２６は４．４１W/cm2である。
【００２６】
チャンバ３内の圧力（絶対圧力表記）については、実験No.２３では比較的高圧な８Paに設定したが、それ以外の実験No.１〜２２，２４〜２６では比較的低圧の４Paに設定している。
【００２７】
実験No.２２ではSiC基板２の下面への伝熱ガスの供給を行わなかったが、それ以外の実験No.１〜２０，２２〜２６では伝熱ガスとしてHeガスを使用し、その供給圧力（絶対圧力表記）は９００Paとした。
【００２８】
実験No.１〜２６について、マイクロトレンチ率、SiC基板２のエッチングレート、選択比、及びアスペクト比率を測定した。
【００２９】
図３を参照すると、マイクロトレンチ率は、トレンチ深さをＤと、マイクロトレンチ２ｂが存在することに起因するトレンチ２ａの底面の上向きの突出量Ｍとにより、以下の式で表される。マイクロトレンチ率の値が小さいほどマイクロトレンチ２ｂを抑制効果が高いことを示す。
【００３０】
【数１】
0005658110.tif 000003
【００３１】
選択比はSiO2のマスク２１のエッチングレートに対するSiC基板２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。
【００３２】
アスペクト比は、トレンチの幅に対するトレンチの深さの比であり、トレンチ２ａの幅が例えば１３００ｎｍとなる位置で評価している。
【００３３】
図４から図９に主な項目についてデータを成立した分布図を示す。
【００３４】
図４及び図５は、エッチングガス中のSF6ガスの割合に対するマイクロトレンチ率とSiC基板２のエッチングレートを示す。図４より、５％以下のマイクロトレンチ率、つまりマイクロトレンチの良好な抑制を実現できる、エッチングガス中のSF6ガスの割合が５％以下の場合である。また、エッチングガス中のSF6ガスの割合が２％以下であればマイクロトレンチ率がより低くなる傾向がある。次に、図５より、３００nm/min以上の高いエッチングレートを実現できるのは、エッチングガス中のSF6ガスの割合が５％以下の場合である。以上より、高エッチングレートを確保しつつマイクロトレンチを抑制するには、エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合は０％を含まない５％以下が好ましく、より好ましくは０％を含まない２％以下である。
【００３５】
図６及び図７は下部電極としての金属ブロック１２に供給するバイアスのパワーに対するマイクロトレンチ率とSiC基板２のエッチングレートを示す。図６より、バイアスが３００Ｗ以上(電力密度で言えば３００Ｗを金属ブロック１２の面積である１１３．３９cm2で除した２．６５W/cm2以上)、特に３５ＯＷ以上（電力密度で言えば３．０９W/cm2以上）の場合には、５％以下の良好なマイクロトレンチ率を実現できる。また、図７よりバイアスが３００Ｗ以上（２．６５W/cm2以上)、特に３５０Ｗ以上（３．０９W/cm2以上）であれば、３００nm/min以上の高いエッチングレートを実現できる。以上より、高エッチングレートを確保しつつマイクロトレンチを抑制するには、ステージ１１に保持されるSiC基板２にバイアスを加えるバイアスのパワーが３００Ｗ以上（２．６５W/cm2以上)が好ましい。
【００３６】
図８及び図９はチャンバ３内の圧力に対するマイクロトレンチ率とSiC基板２のエッチングレートを示す。これら図８及び図９に示すように、本発明の実施例（SF6ガスの割合が０％を含まない５％以下でSiC基板２にバイアスを加えるバイアスのパワーが３００Ｗ以上（２．６５W/cm2以上)）である実験No.１〜１３では圧力は４Ｐａであり、この圧力条件下で５％以下の良好なマイクロトレンチ率と３００nm/min以上の高いエッチングレートを実現している。つまり、圧力条件としては４Ｐａ前後の高圧（低真空度）である。
【００３７】
以上のように、４Ｐａ前後の高圧（低真空度）条件下で、エッチングガスに含まれるSF6ガスの割合を０％を含まない５％以下、好ましくは０％を含まない２％以下とし、かつSiC基板２にバイアスを加えるバイアスのパワーを３００Ｗ以上（２．６５W/cm2以上)より好ましくは３５０Ｗ以上（３．０９W/cm2以上）とすることで、高エッチングレートを確保しつつマイクロトレンチを抑制できる。これは、高圧化（低真空度）によるトレンチ側壁へのイオン集中の緩和と、SF6の高希釈化と高バイアスによるトレンチへのエッチングデポの再付着防止効果の相乗によるものと推察される。
【符号の説明】
【００３８】
１  ドライエッチング装置
２  SiC基板
２ａ  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
１２ａ  冷媒流路
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
１９  コントローラ
２１  マスク
【図１】
0005658110.tif 000004
【図２】
0005658110.tif 000005
【図３】
0005658110.tif 000006
【図４】
0005658110.tif 000007
【図５】
0005658110.tif 000008
【図６】
0005658110.tif 000009
【図７】
0005658110.tif 000010
【図８】
0005658110.tif 000011
【図９】
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