(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマが生成されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間の下方に配置され前記プラズマ生成空間とつながる処理空間とを有するチャンバ内において、半導体基板が載置された試料台を基準高さに配置し、前記プラズマ生成空間でプラズマを生成して前記半導体基板に対してエッチングを実施する工程と、
前記プラズマ生成空間との距離が前記基準高さよりも遠い特定高さに前記試料台を配置し、前記プラズマ生成空間でプラズマを生成して前記半導体基板に対して前記エッチングを実施する工程とを備え、
前記基準高さにおける前記半導体基板上のプラズマ密度分布は、前記特定高さにおける前記プラズマ密度分布よりも均一であり、
前記基準高さに前記試料台を配置して前記エッチングを実施する工程は、
バイアス電位を前記試料台に印加して、前記半導体基板に対して物理エッチングを実施する工程を含み、
前記特定高さに前記試料台を配置して前記エッチングを実施する工程は、
前記半導体基板に対して化学エッチングを実施する、半導体素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体素子の製造方法であって、
等方性エッチングを実施する等方性エッチング工程と、
深掘りエッチングを実施する深掘りエッチング工程とを備え、
前記等方性エッチング工程は、前記特定高さに前記試料台を配置して、前記半導体基板に対して前記化学エッチングを実施し、
前記深掘りエッチング工程は、
前記プラズマ生成空間で保護膜形成ガスをプラズマ化して、前記半導体基板の孔の側壁及び底に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記プラズマ生成空間との距離が前記特定高さよりも近い前記基準高さに前記試料台を配置して、前記プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化し、さらに、前記試料台にバイアス電位を印加して、前記保護膜のうち前記底の保護膜部分を前記物理エッチングにより除去する除去工程と、
前記プラズマ生成空間で前記エッチングガスをプラズマ化して、前記保護膜部分が除去された前記底に対して前記化学エッチングを実施する孔形成工程とを繰り返し実施する、半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体素子の製造方法であって、
前記孔形成工程では、前記特定高さに前記試料台を配置して、前記底に対して前記化学エッチングを実施する、半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体素子の製造方法であって、
深掘りエッチングを実施する深掘りエッチング工程を備え、
前記深掘りエッチング工程は、
前記プラズマ生成空間で保護膜形成ガスをプラズマ化して、前記半導体基板の孔の側壁及び底に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記基準高さに前記試料台を配置して、前記プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化し、さらに、前記試料台にバイアス電位を印加して、前記保護膜のうち前記底の保護膜部分を前記物理エッチングにより除去する除去工程と、
前記プラズマ生成空間との距離が前記基準高さよりも遠い前記特定高さに前記試料台を配置して、前記プラズマ生成空間で前記エッチングガスをプラズマ化して、前記保護膜部分が除去された前記底に対して前記化学エッチングを実施する孔形成工程とを繰り返し実施する、半導体素子の製造方法。
【請求項５】
半導体素子の製造方法であって、
プラズマが生成されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間の下方に配置され前記プラズマ生成空間とつながる処理空間とを有するチャンバ内において、ＳｉＣ基板である半導体基板が載置された試料台を基準高さに配置し、前記プラズマ生成空間でプラズマを生成して前記半導体基板に対してエッチングを実施する工程と、
前記基準高さと異なる特定高さに前記試料台を配置し、前記プラズマ生成空間でプラズマを生成して前記半導体基板に対して前記エッチングを実施する工程とを備え、
前記基準高さにおける前記半導体基板上のプラズマ密度分布は、前記特定高さにおける前記プラズマ密度分布よりも均一であり、
前記半導体素子の製造方法はさらに、
前記半導体基板上にマスクを形成する工程を備え、
前記基準高さで前記エッチングを実施する工程では、前記プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化して、前記マスクに対して前記エッチングによりマスクパターンを形成し、
前記特定高さで前記エッチングを実施する工程では、前記基準高さで前記エッチングを実施した後、前記プラズマ生成空間との距離が前記基準高さよりも近い前記特定高さに前記試料台を配置して、前記プラズマ生成空間で前記エッチングガスをプラズマ化して、前記半導体基板に対して前記エッチングを実施する、半導体素子の製造方法。
【請求項６】
プラズマが生成されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間の下方に配置され前記プラズマ生成空間とつながる処理空間とを有するチャンバ内において、半導体基板が載置された試料台を基準高さに配置し、前記プラズマ生成空間でＳＦ6を含むエッチングガスをプラズマ化して前記半導体基板に対してエッチングを実施する工程と、
前記基準高さと異なる特定高さに前記試料台を配置し、前記プラズマ生成空間で前記エッチングガスをプラズマ化して前記半導体基板に対してエッチングを実施する工程とを備える、半導体素子の製造方法。
【請求項７】
プラズマを生成して半導体基板に対してエッチング処理を実施するプラズマエッチング装置であって、
前記プラズマが生成されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間の下方に配置され前記プラズマ生成空間とつながる処理空間とを有するチャンバと、
前記半導体基板の孔の側壁及び底に保護膜を形成するための保護膜形成ガス、及び、前記半導体基板に前記孔を形成するためのエッチングガスの少なくとも１種以上を含有するガスを前記プラズマ生成空間内に供給するガス供給装置と、
前記チャンバ内に配置され、前記半導体基板が上面に載置される試料台と、
前記試料台にバイアス電位を印加可能な電源と、
前記エッチング処理中において、前記ガスの種類及び／又は前記バイアス電位が変更されるとき、前記試料台を昇降して前記試料台の高さを変更可能な昇降装置とを備え、
前記試料台を基準高さに配置したとき、前記試料台に前記バイアス電位を印加して物理エッチングを実施し、
前記試料台を、前記プラスマ生成空間との距離が前記基準高さよりも遠い特定高さに配置したとき、化学エッチングを実施し、
前記基準高さにおける前記半導体基板上のプラズマ密度分布は、前記特定高さにおける前記プラズマ密度分布よりも均一である、プラズマエッチング装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記昇降装置は、
前記試料台を昇降可能な昇降機構と、
前記エッチング処理中において、前記ガスの種類及び／又は前記バイアス電位が変更されるときに、前記昇降機構を制御して、前記試料台の高さを前記変更に応じた高さに変更する制御装置とを備える、プラズマエッチング装置。
【請求項９】
請求項７に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記エッチング処理は、
等方性エッチングを実施する等方性エッチング工程と、
深掘りエッチングを実施する深掘りエッチング工程とを含み、
前記等方性エッチング工程は、前記半導体基板に対して化学エッチングを実施し、
前記深掘りエッチング工程は、
前記プラズマ生成空間で前記保護膜形成ガスをプラズマ化して、前記半導体基板の前記孔の側壁及び底に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記プラズマ生成空間で前記エッチングガスをプラズマ化し、かつ、前記試料台に前記バイアス電位を印加して、前記保護膜のうち前記底の保護膜部分をエッチングにより除去する除去工程と、
前記プラズマ生成空間で前記エッチングガスをプラズマ化して、前記保護膜部分が除去された前記底に対して前記化学エッチングを実施する孔形成工程とを繰り返し実施し、
前記昇降装置は、前記等方性エッチング工程において、前記試料台を特定高さに配置し、前記深掘りエッチング工程中の少なくとも前記除去工程において、前記プラズマ生成空間との距離が前記特定高さよりも近い基準高さに、前記試料台を配置する、プラズマエッチング装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記昇降装置は、前記孔形成工程において、前記特定高さに前記試料台を配置して、前記底に対して前記化学エッチングを実施する、プラズマエッチング装置。
【請求項１１】
プラズマを生成して半導体基板に対してエッチング処理を実施するプラズマエッチング装置であって、
前記プラズマが生成されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間の下方に配置され前記プラズマ生成空間とつながる処理空間とを有するチャンバと、
ガス供給装置であって、
前記半導体基板の孔の側壁及び底に保護膜を形成するための保護膜形成ガス、及び、
ＳＦ6ガスを含有し前記半導体基板に前記孔を形成するためのエッチングガス、
の少なくとも１種以上を前記プラズマ生成空間内に供給する、前記ガス供給装置と、
前記チャンバ内に配置され、前記半導体基板が上面に載置される試料台と、
前記試料台にバイアス電位を印加可能な電源と、
前記エッチング処理中において、前記ガスの種類及び／又は前記バイアス電位が変更されるとき、前記試料台を昇降して前記試料台の高さを変更可能な昇降装置とを備える、プラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法及びその製造方法に用いられるプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造方法として、プラズマエッチング方法が知られている。プラズマエッチング方法は、プラズマエッチング装置を用いる。プラズマエッチング方法では、チャンバ内でエッチングガスをプラズマ化し、プラズマ化により生成したイオン及びラジカルにより、半導体基板をエッチングして、半導体素子を製造する。
【０００３】
プラズマエッチング方法では、ローディング効果により、半導体基板の全体を均一にエッチングできない場合がある。具体的には、化学エッチングでは、半導体基板の中央部のエッチレートよりも、半導体基板の周縁部のエッチレートが大きくなる。また、エッチング時には排気装置によりチャンバ内のガスが排気される。この排気の影響によっても、半導体基板の周縁部のエッチレートが中央部のエッチレートよりも大きくなる。このようなエッチレートの差は特に、半導体基板の開口率が高い場合に顕著に現れる。また、基板径が大きい場合にもエッチレートの差が現れる場合がある。
【０００４】
このような現象を抑制し、均一なエッチングを実現するための技術が、特開２０１０−２３８８４７号公報（特許文献１）、特開２００５−１９９６８号公報（特許文献２）、特開２０１４−５６９８７号公報（特許文献３）、及び、特開２０１１−１１９６５７号公報（特許文献４）に提案されている。
【０００５】
特許文献１に提案されたプラズマエッチング装置は、チャンバ内にプラズマ密度調整部材を備える。プラズマ密度調整部材の下端部の内径は、その上端部の内径よりも小径の漏斗状に形成されている。プラズマ密度調整部材により、プラズマの平面内密度が平準化される。そのため、不均一なエッチングが抑制される、と特許文献１には記載されている。
【０００６】
特許文献２に提案されたプラズマ処理装置は、誘導結合プラズマアンテナと、マイクロ波発信機とを独立に制御することにより、プラズマ密度とその分布の均一度とを容易に制御できる、と特許文献２には記載されている。
【０００７】
特許文献３に提案されたプラズマ処理装置は、処理容器と、処理容器内に配置され、下部電極を有する載置台と、載置台の上方に配置される上部電極と、載置台と処理容器の底壁とを接続し、伸縮自在な筒状の隔壁と、処理装置の外側に配置され、載置台を、上部電極と下部電極とが配列される方向に移動させる駆動機構と、処理容器内を減圧する排気装置とを備える。本プラズマ処理装置は、減圧された処理容器内に駆動機構を設けることなく、上部電極と下部電極とのギャップを調整できる。そのため、駆動機構が排気に与える影響を小さくでき、プラズマ処理の均一性と排気の均一性とを両立できる、と特許文献３には記載されている。
【０００８】
特許文献４に提案されたプラズマ処理装置は、処理容器の外にＲＦアンテナと補正コイルとを備える。補正コイルは、ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能であり、ＲＦアンテナと平行に配置される。上記プラズマ処理装置は、プラズマ処理中において、プロセス条件の変更又は切替えに応じて、ＲＦアンテナと補正コイルとの間の距離間隔を可変制御して、基板上のプラズマ密度分布を制御する、と特許文献４には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２３８８４７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９９６８号公報
【特許文献３】特開２０１４−５６９８７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１９６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の特許文献１〜３では、エッチング処理を均一に実施することを目的とするものの、エッチング処理中にエッチング条件を変更することについては検討されていない。また、特許文献４では、プロセス条件の変更又は切替えに応じてプラズマ密度を制御するために、ＲＦアンテナと補正コイルとの距離間隔を可変制御する。この場合、プラズマ処理装置の構造が複雑になる。さらに、特許文献４では、プロセス条件の変更等に応じて、ＲＦアンテナと補正コイルとの距離間隔を調整し、プラズマ密度分布が均一になるように調整する。
【００１１】
しかしながら、プラズマ密度分布が均一の場合に化学エッチングを実施すれば、上述のローディング効果が生じやすい。この場合、半導体基板の中央部と周縁部とでエッチレートが異なってしまい、半導体基板全体で均一なエッチングが困難となる。エッチングが不均一となれば、加工精度が低下することである。
【００１２】
本発明の目的は、加工精度を向上可能な半導体素子の製造方法及びその製造方法に用いられるプラズマエッチング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施形態による半導体素子の製造方法は、プラズマが生成されるプラズマ生成空間と、プラズマ生成空間の下方に配置されプラズマ生成空間とつながる処理空間とを有するチャンバ内において、半導体基板が載置された試料台上を基準高さに配置し、プラズマ生成空間でプラズマを生成して半導体基板に対してエッチングを実施する工程と、基準高さと異なる特定高さに試料台を配置し、プラズマを生成して半導体基板に対してエッチングを実施する工程とを備える。
【００１４】
本実施形態の半導体素子の製造方法では、試料台の高さを変更してエッチングを実施する。この場合、試料台の高さの変更に応じて、試料台に配置された半導体基板上のプラズマ密度分布が変化する。プラズマ密度分布が異なる複数のエッチング工程を実施することにより、１つの高さ（つまり、同一のプラズマ密度分布）では得られないエッチングを実施することができる。そのため、各エッチングの種類や、半導体基板の開口率、基板径に応じて試料台の高さを調整することにより、所望のエッチレートやその分布でのエッチング又は所望の目的のエッチングを実施でき、エッチングの加工精度を向上できる。
【００１５】
好ましくは、基準高さにおける半導体基板上のプラズマ密度分布は、特定高さにおけるプラズマ密度分布よりも均一である。
【００１６】
この場合、基準高さに試料台を配置し、かつ、試料台にバイアス電位を印加して、物理エッチングを実施すれば、イオンが半導体基板に鉛直に入射しやすく、斜めに入射するのを抑制できる。そのため、物理エッチング時における加工精度が高まる。
【００１７】
好ましくは、上記製造方法は、等方性エッチングを実施する等方性エッチング工程と、深掘りエッチングを実施する深掘りエッチング工程とを備える。等方性エッチング工程では、プラズマ生成空間との距離が基準高さよりも遠い特定高さに試料台を配置して、半導体基板に対して化学エッチングを実施する。深掘りエッチング工程は、保護膜形成工程と、上記基準高さでエッチングする除去工程と、孔形成工程とを備える。保護膜形成工程では、プラズマ生成空間で保護膜形成ガスをプラズマ化して、半導体基板の孔の側壁及び底に保護膜を形成する。除去工程では、プラズマ生成空間との距離が特定高さよりも近い基準高さに試料台を配置して、プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化し、さらに、試料台にバイアス電位を印加して、保護膜のうち底の保護膜部分を物理エッチングにより除去する。孔形成工程では、プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化して、保護膜部分が除去された底に対して化学エッチングを実施する。深掘りエッチング工程は、保護膜形成工程、除去工程、及び、孔形成工程の順に繰り返し実施する。
【００１８】
この場合、化学エッチングを実施する等方性エッチング工程では、試料台の高さを特定高さとし、物理エッチングを実施する工程を含む深掘りエッチング工程では、試料台の高さを基準高さとする。基準高さは特定高さよりもプラズマ密度分布が均一であり、物理エッチングに適する。さらに、特定高さは基準高さよりもプラズマ生成空間との距離が遠いため、プラズマ密度分布が凸状となり、化学エッチングに適する。そのため、加工精度が高まる。
【００１９】
好ましくは、深掘りエッチング工程のうち、孔形成工程においては、試料台の高さを特定高さにする。
【００２０】
孔形成工程は化学エッチングを実施する。この場合、プラズマ生成空間との距離が基準高さよりも遠い特定高さに試料台を設定して化学エッチングするため、半導体基板全体において、ラジカルによるエッチレートが均一になりやすく、加工精度が高まる。
【００２１】
上記半導体基板がＳｉＣ基板である場合、上記製造方法は、半導体基板上にマスクを形成する工程を備える。まず、基準高さでエッチングを実施する工程では、プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化して、マスクに対してエッチングによりマスクパターンを形成する。次に、特定高さでエッチングを実施する工程では、プラズマ生成空間との距離が基準高さよりも近い特定高さに試料台を配置して、プラズマ生成空間で前記エッチングガスをプラズマ化して、半導体基板に対して異方性エッチングを実施する。
【００２２】
この場合、プラズマ密度分布がより均一な基準高さでエッチングを実施するため、マスクパターンの加工精度が高まる。また、ＳｉＣは原子間の結合が強固であるため、エッチング時における基板温度は高い方が好ましい。特定高さは基準高さよりもプラズマ生成空間に近いため、イオン密度が高い。そのため、エッチング時のイオンの衝突により、半導体基板の温度が高くなりやすい。さらに、特定高さが基準高さよりもプラズマ生成空間に近いため、保護膜が孔の側壁の上部に厚く形成されやすい。この場合、孔の底縁にサブトレンチが生成するのを抑制できる。
【００２３】
本実施の形態によるプラズマエッチング装置は、プラズマを生成して半導体基板に対してエッチング処理を実施する。プラズマエッチング装置は、チャンバと、ガス供給装置と、試料台と、高周波電源と、昇降装置とを備える。チャンバは、プラズマが生成されるプラズマ生成空間と、プラズマ生成空間の下方に配置されプラズマ生成空間とつながる処理空間とを有する。ガス供給装置は、半導体基板の孔の側壁及び底に保護膜を形成するための保護膜形成ガス、及び、半導体基板に孔を形成するためのエッチングガスの少なくとも１種以上を含有するガスをプラズマ生成空間内に供給する。試料台は、チャンバ内に配置され、半導体基板が上面に載置される。高周波電源は、試料台にバイアス電位を印加可能である。昇降装置は、エッチング処理中において、ガスの種類及び／又はバイアス電位が変更されるとき、試料台を昇降して試料台の高さを変更可能である。
【００２４】
ここで、エッチング処理中においてガスの種類及び／又はバイアス電位が変更されるときとは、ガスの種類及び／またはバイアス電位が変更される前であってもよいし、ガスの種類及び／またはバイアス電位が変更された後であってもよい。
【００２５】
本実施形態のプラズマエッチング装置では、昇降装置がエッチング処置中において、試料台の高さを変更可能である。この場合、試料台の高さの変更に応じて、試料台に配置された半導体基板上のプラズマ密度分布が変化する。プラズマ密度分布が異なる複数のエッチング工程を実施することにより、１つの高さ（つまり、同一のプラズマ密度分布）では得られないエッチングを実施することができる。そのため、各エッチング工程の種類が変更されれば、ガスの種類及び／またはバイアス電位が変更される。したがって、ガスの種類の変更及び／又はバイアス電位変更に応じて試料台の高さを調整することにより、エッチング工程の種類に応じたエッチレート分布でエッチングを実施でき、エッチングの加工精度を向上できる。
【００２６】
上記昇降装置は、昇降機構と、制御装置とを備える。昇降装置は、試料台を昇降可能である。制御装置は、エッチング処理中において、ガスの種類及び／又はバイアス電位が変更されるときに、昇降機構を制御して、試料台の高さを上記変更に応じた高さに変更する。
【００２７】
上記プラズマエッチング装置において、エッチング処理は、等方性エッチングを実施する等方性エッチング工程と、深掘りエッチングを実施する深掘りエッチング工程とを含む。等方性エッチング工程は、半導体基板に対して化学エッチングを実施する。深掘りエッチング工程は、プラズマ生成空間で保護膜形成ガスをプラズマ化して、半導体基板の孔の側壁及び底に保護膜を形成する保護膜形成工程と、プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化し、かつ、試料台に化学エッチングよりも高いバイアス電位を印加して、保護膜のうち底の保護膜部分をプラズマ化により生成したイオンの衝突によるエッチングにより除去する除去工程と、プラズマ生成空間でエッチングガスをプラズマ化して、保護膜部分が除去された底に対して化学エッチングを実施する孔形成工程とを繰り返し実施する。昇降装置は、等方性エッチング工程において、試料台を特定高さに配置し、深掘りエッチング工程中の少なくとも除去工程において、試料台を、プラズマ生成空間との距離が特定高さよりも近く、半導体基板上のプラズマ密度分布が特定高さよりも均一である基準高さに試料台を配置する。
【００２８】
この場合、化学エッチングを実施する等方性エッチング工程では、試料台の高さを特定高さとし、深掘りエッチング工程中の少なくとも除去工程では、試料台の高さを基準高さとする。基準高さは特定高さよりもプラズマ密度分布が均一であり、イオン衝突によるエッチングに適する。さらに、特定高さは基準高さよりもプラズマ生成空間との距離が遠いため、プラズマ密度分布が凸状となり、化学エッチングに適する。そのため、加工精度が高まる。
【００２９】
好ましくは、深掘りエッチング工程のうち、孔形成工程においては、昇降装置は、試料台の高さを特定高さにする。
【００３０】
孔形成工程は化学エッチングを実施する。この場合、プラズマ生成空間との距離が基準高さよりも遠い特定高さに試料台を設定して化学エッチングするため、半導体基板全体において、ラジカルによるエッチレートが均一になりやすく、加工精度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本実施形態の半導体素子の製造方法に利用されるプラズマエッチング装置の模式図である。
【図２】図２は、プラズマエッチング装置における、プラズマ生成空間と半導体基板と試料台の高さ（特定高さ）に関する説明図である。
【図３】図３は、図２の特定高さにおける、表面にＳｉＯ２被膜が形成された半導体基板の中央からの幅方向距離と、ＳｉＯ２被膜のエッチレート（Å／ｍｉｎ）との関係を示す図である。
【図４】図４は、図２よりもプラズマ生成空間から遠い特定高さに半導体基板を配置した場合の模式図である。
【図５】図５は、図４の特定高さにおける、表面にＳｉＯ２被膜が形成された半導体基板の中央からの幅方向距離と、ＳｉＯ２被膜のエッチレート（Å／ｍｉｎ）との関係を示す図である。
【図６】図６は、図４よりもプラズマ生成空間から遠い特定高さに半導体基板を配置した場合の模式図である。
【図７】図７は、図６の特定高さにおける、表面にＳｉＯ２被膜が形成された半導体基板の中央からの幅方向距離と、ＳｉＯ２被膜のエッチレート（Å／ｍｉｎ）との関係を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の半導体素子の製造方法の一例として、半導体基板に形成される孔の断面図である。
【図９】図９は第１の実施の形態における化学エッチングと物理エッチングでのプラズマ密度分布、エッチレート及び試料台の高さの関係を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態の製造方法における試料台の高さと各工程でのプラズマ密度分布を模式的に示したタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、図１０と異なる、試料台の高さと各工程でのプラズマ密度分布を模式的に示したタイミングチャートである。
【図１２】図１２は、図８と異なる、半導体基板に形成される孔の断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図８及び図１２と異なる、半導体基板に形成される孔の断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａの孔の製造工程中の一工程を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１３Ｂに続く一工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３３】
［第１の実施形態］
［プラズマエッチング装置］
図１は、本実施形態の半導体素子の製造方法に利用されるプラズマエッチング装置の模式図である。
【００３４】
図１を参照して、プラズマエッチング装置１は、チャンバ２と、ガス供給装置３と、プラズマ生成装置４と、試料台５と、昇降装置６と、排気装置７と、漏斗部材８とを備える。
【００３５】
チャンバ２は、閉塞空間を有する。チャンバ２は、チャンバ上部２１と、チャンバ下部２２とを備える。チャンバ上部２１は、プラズマ生成空間ＳＰ１を有する。図１では、プラズマ生成空間ＳＰ１は、上部が円環状の空間である。チャンバ下部２２は、チャンバ上部２１の下に配置され、処理空間ＳＰ２を有する。処理空間ＳＰ２はプラズマ生成空間ＳＰ１の下方に配置され、プラズマ生成空間ＳＰ１とつながる。つまり、閉塞空間は、プラズマ生成空間ＳＰ１と、処理空間ＳＰ２とを有する。チャンバ２内では、プラズマエッチング処理が実施される。
【００３６】
ガス供給装置３は、エッチングガス及び保護膜形成ガスの少なくとも１種以上を含有するガスをプラズマ生成空間ＳＰ１内に供給する。ガス供給装置３は、複数のガス供給部３１〜３３と、供給管３５とを備える。ガス供給部３１は、エッチングガスをプラズマ生成空間ＳＰ１内に供給する。エッチングガスはフッ素（Ｆ）を含有する。エッチングガスはたとえば、ＳＦ６ガスである。
【００３７】
ガス供給部３２及び３３は、保護膜形成ガスをプラズマ生成空間ＳＰ１に供給する。保護膜形成ガスはたとえば、Ｃ４Ｆ８に代表されるフッ化炭素ガスや、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等である。本実施形態では、ガス供給部３２はＣ４Ｆ８ガスを収納する。ガス供給部３３は酸素（Ｏ２）ガスを収納する。
【００３８】
ガス供給部３１〜３３は、上述のガスの他に、不活性ガスをチャンバ上部２１に内に供給してもよい。不活性ガスはたとえばＡｒである。
【００３９】
供給管３５は、ガス供給部３１〜３３を、チャンバ上部２１とつなげる。供給管３５は、各ガス（エッチングガス、保護膜形成ガス）をガス供給部３１〜３３からチャンバ上部２１に送り出す。
【００４０】
プラズマ生成装置４は、ガス供給装置３からプラズマ生成空間ＳＰ１に供給されたガスを、プラズマ化する。プラズマはたとえば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）である。プラズマ生成装置４は、コイル４１と、高周波電源４２とを備える。プラズマ生成空間ＳＰ１では、ガス供給部３１からエッチングガスが供給される。プラズマ生成装置４は、コイル４１に高周波電力を供給して、エッチングガスをプラズマ化する。
【００４１】
試料台５は、チャンバ下部２２の処理空間ＳＰ２に配置される。試料台５は、上面の中央に、半導体基板Ｋが配置可能な領域（以下、載置領域という）を備える。載置領域には、静電チャック５２が配置される。
【００４２】
静電チャック５２の上面には、半導体基板Ｋが配置される。静電チャック５２は、半導体基板Ｋの裏面を、電気的に吸着する。つまり、静電チャック５２は、半導体基板Ｋを試料台５に固定する。
【００４３】
昇降装置６は、昇降機構６１と、制御装置６４とを備える。昇降機構６１は、昇降シリンダ６２と、駆動源６３とを備える。駆動源６３は昇降シリンダ６２と接続され、昇降シリンダ６２を昇降する。昇降シリンダ６２の上端には、試料台５が取付けられる。昇降シリンダ６２が昇降することにより、試料台５の高さは多段階に調整でき、任意の高さに試料台５を配置できる。
【００４４】
制御装置６４は、プラズマエッチング処理中において、エッチング工程が変更されるとき、つまり、プラズマ生成空間ＳＰ１に供給されるガスの種類が変更されるときや、試料台５に印加されるバイアス電位が変更されるときに、昇降機構６１を制御して試料台５を昇降し、試料台５の高さを変更する。制御装置６４は、図示しない演算処理装置及び記憶装置を含む。制御装置６４は、記憶装置に予め格納されているプログラム（制御プログラム）を含む。
【００４５】
プラズマエッチング装置１のチャンバ下部２２は、図示しない搬送口を有する。半導体基板Ｋを試料台５に載置するとき、昇降装置６により試料台５の高さを搬送高さに調整する。プラズマエッチング装置１の直近まで搬送された半導体基板を、搬送口からチャンバ２内に搬送して、搬送高さに配置された試料台５に載置する。半導体基板Ｋが載置された試料台５は、昇降装置６により上昇し、エッチング処理される高さに配置される。搬送口からの発塵の侵入を抑制し、円周方向のエッチングプロセスの均一性を確保するため、エッチング処理をするときの試料台５の高さは、搬送高さよりも高い。つまり、後述の特定高さ（基準高さを含む）は搬送高さよりも高い。
【００４６】
プラズマエッチング装置１はさらに、高周波電源６５と、冷却装置６６とを備える。高周波電源６５は、試料台５と接続される。高周波電源６５は、試料台５に高周波電力を供給して、試料台５とプラズマとの間にバイアス電位を印加する。このバイアス電位により、プラズマ化により生成されたイオンが、試料台５上の半導体基板Ｋに入射する。
【００４７】
冷却装置６６は、供給管６７と、ガス供給部６８とを備える。ガス供給部６８は、不活性ガスを収納する。図１では、ガス供給部６８は、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを含有する。ガス供給部６８は、Ｈｅガス以外の他の不活性ガスを含有してもよい。
【００４８】
試料台５はさらに、図示しない内部配管を含む試料台冷却システムを含む。試料台冷却システムは、内部配管に所定の冷媒を導入し、冷媒の温度を管理しながら冷媒を循環させるチラー装置を有する。循環する冷媒の種類は特に限定されないが、フロリナート（登録商標）やガルデン（登録商標）、純水等、任意の冷媒が用いられる。
【００４９】
供給管６７は、ガス供給部６８と静電チャック５２の表面とをつなぐ。ガス供給部６８内の不活性ガス（Ｈｅガス）は、供給管６７を介して静電チャック５２の表面に到達し、外部に流れる。より具体的には、Ｈｅガスは、半導体基板Ｋの裏面と静電チャック５２の表面との間に流れ、エッチング中の半導体基板Ｋを冷却する。
【００５０】
排気装置７は、真空ポンプ７１と、排気管７２とを備える。排気管７２は、チャンバ下部２２と真空ポンプ７１とをつなぐ。排気装置７は、チャンバ２内の気体（ガス）を排気して、チャンバ２内を所定の圧力に調整する。
【００５１】
漏斗部材８は、チャンバ下部２２の処理空間ＳＰ２内に配置される。漏斗部材８は、試料台５の載置領域の上方に配置される。漏斗部材８は筒状であり、上端から下方に向かって内径が徐々に小さくなるテーパ形状の内周面を有する。そのため、漏斗部材８は、プラズマ生成空間ＳＰ１で生成された未反応のラジカルを、試料台５の中央に載置された半導体基板Ｋ上に集めやすい。
【００５２】
［本実施形態の半導体素子の製造方法］
［概要］
上述のとおり、プラズマエッチング装置１では、半導体素子の製造工程中において、試料台５が昇降可能である。
【００５３】
ところで、エッチングには、エッチングガスをプラズマ化し、かつ、前記試料台にバイアス電位を印加して、材料をスパッタリング除去するエッチング（本明細書では物理エッチングという）と、同じくプラズマ化により生成したラジカルによる化学エッチングとがある。物理エッチングでは、バイアス電位を試料台５に印加することにより、イオンが半導体基板Ｋと衝突してエッチングが進む。物理エッチングでは、イオンの入射方向にエッチングが進行する。したがって、物理エッチングは異方性エッチングである。物理エッチングにおける、試料台５に印加するバイアス電位はたとえば、０．５Ｗ以上である。一方、化学エッチングでは、通常試料台５にバイアス電位を印加しない。
【００５４】
一方、化学エッチングでは、プラズマ化により生成したラジカルが半導体基板Ｋの表面に吸着して、化学反応により材料をガス化させ、エッチングが進行する。そのため、ラジカルによる化学エッチングは等方性エッチングである。
【００５５】
物理エッチングの場合及び化学エッチングの場合における、半導体基板Ｋ上での最適なプラズマ密度分布は異なる。物理エッチングの場合、試料台５に印加されるバイアス電位により、イオンが半導体基板Ｋに対して垂直に入射すれば、加工精度が高まる。そのため、イオンの密度分布（＝プラズマ密度分布）が半導体基板Ｋよりも大きな領域で均一であれば、半導体基板Ｋ全体において、垂直にイオンが入射する。そのため、チルティングの抑制された均一なエッチングが可能となり、加工精度が高まる。したがって、物理エッチングの場合、プラズマ密度分布は均一である方が好ましい。仮に、プラズマ密度が半導体基板Ｋの中央部で高く、周縁に向かって低くなる凸状である場合、イオンの拡散により、半導体基板Ｋの中央部から周縁部に向かって傾斜して入射する。その為、ウェハ周縁側に形状の傾き、いわゆるチルティングが発生する。
【００５６】
一方、化学エッチングの場合、上述のとおり、等方的にエッチングが進む。このとき、半導体基板Ｋの周縁部より外側の余剰のラジカルにより、半導体基板Ｋの周縁部がエッチングされやすい。そのため、プラズマ密度分布が半導体基板Ｋの幅方向で均一であれば、半導体基板の中央部のエッチレートよりも、周縁部のエッチレートの方が大きくなる。つまり、プラズマ密度分布が均一であれば、ローディング効果が生じる。
【００５７】
ラジカル密度が半導体基板Ｋの中央部で高く、周縁部で低ければ、つまり、プラズマ密度分布が凸状であれば、周縁部のエッチレートが低下して、半導体基板Ｋの中央部と周縁部とで均一なエッチレートになりやすい。したがって、化学エッチングにおいて、ローディング効果の影響を無くす、又は緩和するためには、プラズマ密度分布は凸状となるのが好ましい。
【００５８】
プラズマ密度分布は、プラズマが生成するプラズマ生成空間ＳＰ１からの距離に応じて変化する。図１において、プラズマエッチング装置１のチャンバ２の底面２３から試料台５の上面までの高さを特定高さＨと定義する。図２では、プラズマ生成空間ＳＰ１（の鉛直方向の中央部）と、試料台５上の半導体基板Ｋとの鉛直方向の距離Ｄが最も近くなる特定高さＨ０に試料台５が配置されている。この場合、試料台５は、プラズマ生成空間ＳＰ１の近くに配置されている。
【００５９】
図３は、試料台５の特定高さがＨ０の場合の、表面にＳｉＯ２被膜が形成された半導体基板Ｋの中心からの径方向距離と、ＳｉＯ２被膜のエッチレート（物理エッチングのエッチレート、単位はÅ／ｍｉｎ）との関係を示す図である。図３を参照して、特定高さＨ０では、半導体基板Ｋの中央部よりも周縁部のエッチレートが高い。ここで、ＳｉＯ２被膜のエッチレート分布は、プラズマ密度分布に対応することが知られている。つまり、特定高さＨ０では、プラズマ密度分布は、中央部よりも周縁部の方が高く、凹状の曲線となる。
【００６０】
図４に示すとおり、昇降装置６により試料台５を降下して、試料台５の高さを、特定高さＨ０よりも低い、つまり、特定高さＨ０よりもプラズマ生成空間ＳＰ１との鉛直方向の距離が遠い特定高さＨ１とする。このとき、試料台５は、図２の場合よりもプラズマ生成空間ＳＰ１から遠くに配置される。この場合の半導体基板Ｋの中央から幅方向距離と、ＳｉＯ２被膜のエッチレート（Å／ｍｉｎ）との関係は、図５に示すとおり、エッチレートがほぼ一定になる。つまり、特定高さＨ１では、プラズマ密度分布が均一である。以下、本実施形態では、プラズマ密度分布が他の特定高さＨ０（及び後述のＨ２）と比較して、より均一となる特定高さＨ１を「基準高さ」Ｈ１という。
【００６１】
図６に示すとおり、試料台５をさらに降下して、基準高さＨ１よりも低い特定高さＨ２とする。このとき、試料台５は、図４の場合よりもプラズマ生成空間ＳＰ１からさらに遠くに配置される。この場合の半導体基板Ｋの中央から幅方向距離と、ＳｉＯ２被膜のエッチレート（Å／ｍｉｎ）との関係は図７に示すとおりであり、半導体基板Ｋの中央から周縁部に向かうにしたがい、エッチレートが低下する。つまり、プラズマ密度分布が凸状となる。
【００６２】
以上の結果から、エッチング処理中に試料台５の高さである特定高さＨを調整すれば、エッチング時における半導体基板Ｋの上方のプラズマ密度分布を調整することができる。そこで、本実施形態では、プラズマエッチングの種類（物理エッチング、化学エッチング等）に応じて、試料台５の高さを調整する。換言すれば、プラズマ生成空間ＳＰ１に供給するガスの種類の変更及び／又は試料台５に印加するバイアス電位の変更に応じて、試料台５の高さを調整する。以下、本実施の形態による半導体素子の製造方法について詳述する。
【００６３】
［製造方法の詳細］
本実施形態の半導体素子の製造方法は、昇降装置６により試料台５の高さを調整することにより、基準高さに試料台５を配置してエッチングを実施する工程と、基準高さと異なる特定高さに試料台５を配置してエッチングを実施する工程とを含む。本製造方法は、半導体素子の製造工程中において、エッチングの種類（物理エッチング、化学エッチング等）に応じて試料台５の高さを調整できる。そのため、各エッチングの種類に応じた最適なプラズマ密度分布下においてエッチングを実施でき、エッチングにより形成される孔（トレンチ等）の加工精度を高めることができる。
【００６４】
以降の説明では、一例として、シリコン半導体基板である半導体基板Ｋに、図８に示す孔Ｋ１０を形成して、半導体素子を製造することを想定する。孔Ｋ１０は、テーパ状の上部Ｋ１１と、円筒状の下部Ｋ１２とを有する。上部Ｋ１１の横断面は円形状であり、その内径は、半導体基板Ｋの表面から内部に向かって徐々に小さくなる。下部Ｋ１２の内径は一定である。
【００６５】
このような孔Ｋ１０は、等方性エッチング工程と深掘りエッチング工程とを実施することにより形成される。具体的には、上部Ｋ１１は等方性エッチング（化学エッチング）工程により形成され、下部Ｋ１２は物理エッチングを含む深掘りエッチング工程により形成される。
【００６６】
本製造方法では、等方性エッチング工程及び深掘りエッチング工程の各々に応じて試料台５の高さを変更する。等方性エッチング工程の実施タイミング、及び、深掘りエッチング工程の各々の実施タイミングは、制御装置６４内の図示しない記憶装置（メモリ等）に格納されている。制御装置６４は、各工程が開始されるときに、昇降機構６１を制御して試料台５の高さを変更する。以下、本製造方法の詳細を説明する。
【００６７】
本実施形態の製造方法では、エッチングマスクを形成する初期工程と、等方性エッチング工程と、深掘りエッチング工程とを実施する。図９は、化学エッチング及び物理エッチングでのプラズマ密度分布と、エッチレート分布と、特定高さとの関係を示す。図１０は、本実施形態の製造方法のうち、等方性エッチング工程以降のタイミングチャートと、必要に応じて特定の工程でのプラズマ密度分布とを示す。
【００６８】
［初期工程］
初めに、半導体基板Ｋ上にエッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、周知の方法で形成される。エッチングマスクはたとえば、フォトレジストをスピンコート装置で塗布して形成される。エッチングマスクを形成した後、周知の方法で、エッチングマスクにマスクパターン（開口）を形成する。エッチングマスクの素材はフォトレジストが一般的であるが、特に限定されない。エッチングマスクは二酸化珪素（ＳｉＯ２）であってもよい。
【００６９】
続いて、マスクパターンを有するエッチングマスクが形成された半導体基板Ｋを試料台５の上面（載置領域）に載置する。半導体基板Ｋは、静電チャック５２により試料台５に固定される。半導体基板Ｋは、静電チャック５２に代えて、機械クランプで試料台５に固定されてもよい。
【００７０】
試料台５に載置された半導体基板Ｋの裏面をガス供給部６８から供給されるガス（Ｈｅガス）で冷却し、かつ、試料台５を試料台冷却システムで冷却する。半導体基板Ｋを試料台５に載置し、上記のとおり冷却しながら、等方性エッチング工程及び深掘りエッチング工程を実施して、孔Ｋ１０を形成する。
【００７１】
［等方性エッチング工程］
孔Ｋ１０の形成では、初めに、等方性エッチング工程を実施する。等方性エッチング工程では、化学エッチングが実施される。図９を参照して、化学エッチングの場合、図９（Ａ）に示す凸状のプラズマ密度分布の雰囲気下でエッチングするのが好ましい。そこで、図９及び図１０を参照して、等方性エッチング工程では、昇降装置６により試料台５を特定高さＨ２に配置する。特定高さＨ２に試料台５を配置した後、等方性エッチング工程を実施する。ガス供給装置３からプラズマ生成空間ＳＰ１に供給されたエッチングガスは、プラズマ生成装置４によりプラズマ生成空間ＳＰ１でプラズマ化される。プラズマ化により生成したラジカルにより、化学エッチングが進行する。このとき、エッチングマスク下にサイドエッチが進行し、テーパ状の上部Ｋ１１が形成される。
【００７２】
図９（Ａ）に示すとおり、特定高さＨ２でのプラズマ密度分布は、半導体基板Ｋの中央にピークを有し、半導体基板Ｋの外周縁に向かって徐々に低下する凸状である。仮に、半導体基板Ｋ上のプラズマ密度分布が図９（Ｃ）のとおりであれば、半導体基板Ｋ上において、未反応のラジカル密度が均一となる。この場合、半導体基板Ｋの周縁部でのエッチレートが高くなるため、半導体基板Ｋの中央よりも周縁が過剰にエッチングされる。本実施形態では、半導体基板Ｋ上のプラズマ密度分布は凸状であるため、未反応のラジカル密度分布も凸状である。そのため、周縁部のエッチレートが低下する。その結果、半導体基板Ｋ上でのラジカルによるエッチレートの分布は図９（Ｂ）のとおり比較的均一となり、半導体基板Ｋの中央部と周縁とで均一な化学エッチングとなりやすい。そのため、均一なエッチレートでのエッチングが可能となり、上部Ｋ１１の寸法及び深さの精度が高まり、等方性エッチング工程での加工精度が高まる。
【００７３】
［深掘りエッチング工程］
上部Ｋ１１を形成した後、深掘りエッチング工程を実施する。深掘りエッチング工程は、保護膜形成工程と、除去工程と、孔形成工程とを含む。深掘りエッチング工程は、保護膜形成工程、除去工程、孔形成工程の順で繰り返し実施する。深掘りエッチング工程はたとえば、ボッシュ（商標）プロセスである。
【００７４】
［保護膜形成工程］
深掘りエッチング工程では初めに、保護膜形成工程を実施する。保護膜形成工程では、ガス供給部３２及び３３から保護膜形成ガスをプラズマ生成空間ＳＰ１に供給し、プラズマ化する。プラズマによって生成された生成物は孔のエッチングマスク上、側壁、及び底に堆積し、保護膜を形成する。保護膜形成工程時の試料台５の高さは基準高さＨ１である。次の除去工程と試料台高さを揃えることにより、工程間の動作がスムーズになる利点がある。ただし、保護膜形成工程時の試料台５の特定高さは、特に限定されず、特定高さＨ２でもよいし、基準高さＨ１でもよい。
【００７５】
［除去工程］
保護膜を形成した後、除去工程を実施する。図１０を参照して、除去工程では初めに、試料台５を、特定高さＨ２よりもプラズマ生成空間ＳＰ１に近い高さである基準高さＨ１の位置に維持する（保護膜形成工程時の試料台５の高さが特定高さＨ２の場合、基準高さをＨ１の位置に移動させる）。続いて、ガス供給部３１から、エッチングガス（ＳＦ６ガス）をプラズマ生成空間ＳＰ１に供給する。さらにコイル４１及び試料台５に高周波電力を印加する。コイル４１への高周波電力の印加により、エッチングガスがプラズマ化される。
【００７６】
試料台５に生じたバイアス電位により、プラズマ化により生成したイオンが半導体基板Ｋに入射する。物理エッチングにより、孔の底に形成された保護膜を除去する。上述のとおり、基準高さＨ１でのプラズマ密度分布は図９（Ｃ）のとおりであり、特定高さＨ２でのプラズマ密度分布（図９（Ａ））よりも均一である。したがって、イオン密度が均一になりやすい。そのため、イオン入射によるエッチレートは図９（Ｄ）のようになり、半導体基板Ｋ全域において、均一な物理エッチングが可能となる。
【００７７】
［孔形成工程］
孔の底の保護膜を除去した後、孔形成工程を実施する。ガス供給装置３からプラズマ生成空間ＳＰ１に供給されたエッチングガスは、プラズマ生成空間ＳＰ１でプラズマ化される。孔の側壁には保護膜が残存するため、孔の底において化学エッチングが進行する。孔形成工程後、保護膜形成工程を再び実施する。
【００７８】
以上のとおり、深掘りエッチング工程では、保護膜形成工程、除去工程、孔形成工程を順次繰り返して深掘りを行い、下部Ｋ１２を形成する。
【００７９】
好ましくは、図１１に示すとおり、深掘りエッチング工程では、除去工程の後、孔形成工程において、試料台５を基準高さＨ１よりもプラズマ生成空間ＳＰ１から遠くなる特定高さＨ２に配置して、化学エッチングを実施する。この場合、半導体基板Ｋ直上のプラズマ密度分布は図９（Ａ）に示す凸状となるため、化学エッチングにおけるエッチレートが図９（Ｂ）のとおり均一になりやすい。そのため、半導体基板Ｋ全体において、孔の形状の精度がさらに高まる。
【００８０】
なお、深掘りエッチング工程のプロセス時間は長く、たとえば１０分である。したがって、等方性エッチング工程と深掘りエッチング工程とを含むエッチング処理を実施する場合、エッチング処理（等方性エッチング工程及び深掘りエッチング工程）の合計のプロセス時間において、試料台５の昇降に掛る時間（２〜３秒／回）が含まれたとしても、試料台５の合計昇降時間のプロセス時間全体への影響は小さい。したがって、スループットへの影響が小さい。
【００８１】
以上のとおり、本実施の形態での製造方法は、プラズマエッチング処理中において、昇降装置６により試料台５を異なる基準高さＨ１及び特定高さＨ２に配置して、それぞれの高さでエッチングを実施する。異なる高さでエッチングを実施することにより、適切な条件（適切なプラズマ密度分布下）でのエッチングが可能となる。
【００８２】
上述のとおり、等方性エッチング工程と深掘りエッチング工程とを実施して半導体素子を製造する場合、等方性エッチング工程では化学エッチングに適した特定高さＨ２に試料台５を配置してエッチングを実施し、深掘りエッチング工程ではイオン衝突によるエッチングに適した基準高さＨ１に試料台５を配置してエッチングを実施する（図１０参照）。この場合、孔形状の加工精度が高まる。より好ましくは、深掘りエッチング工程の除去工程では基準高さＨ１に試料台５を配置してエッチングを実施し、孔形成工程では基準高さＨ１よりもプラズマ生成空間から遠くなる（つまり、基準高さＨ１よりも低くなる）特定高さＨ２に試料台５を配置してエッチングを実施する（図１１参照）。この場合、孔形状の加工精度がさらに高まる。
【００８３】
上述の製造工程では、図８に示す形状の孔Ｋ１０を形成することを想定した。しかしながら、本実施形態による半導体素子の製造方法において、半導体基板Ｋに形成される孔Ｋ１０の形状はこれに限定されない。図１２に示すとおり、孔Ｋ１０の下部Ｋ１２の形状は、その内径が半導体基板Ｋの表面から内部に向かって徐々に小さくなる、いわゆるテーパ形状であってもよい。このような下部Ｋ１２の形状は、深掘りエッチングにより形成できる。
【００８４】
また、上述の製造工程では、深掘りエッチング工程を実施した後、等方性エッチング工程を実施することにより、図１３Ａに示す球状の孔Ｋ２０を形成することもできる。
【００８５】
孔Ｋ２０を形成する場合、初めに、周知の方法で、半導体基板Ｋ上にエッチングマスクパターン（開口）を形成する。
【００８６】
マスクパターンを有するエッチングマスクが形成された半導体基板Ｋを試料台５の上面（載置領域）に載置する。
【００８７】
半導体基板Ｋを試料台５に載置し、上述の冷却を実施しながら、深掘りエッチング工程を実施して、図１３Ｂに示す円筒状の孔Ｋ２１を形成する。深掘りエッチング工程では、昇降装置６により、試料台５の高さを基準高さＨ１として、保護膜形成工程、除去工程、孔形成工程を順次繰り返して孔Ｋ２１を形成する。除去工程では基準高さＨ１に試料台５を配置してエッチングを実施し、孔形成工程では基準高さＨ１よりもプラズマ生成空間から遠くなる（つまり、基準高さＨ１よりも低くなる）特定高さＨ２に試料台５を配置してエッチングを実施してもよい。
【００８８】
孔Ｋ２１を形成した後、等方性エッチング工程を実施する。このとき、試料台５を基準高さＨ１よりも低い特定高さＨ２に配置して、等方性エッチングを実施する。これにより、図１３Ｃに示す球状の孔Ｋ２２が成長して、図１３Ａに示す孔Ｋ２０が形成される。
【００８９】
以上のとおり、本実施形態の製造方法では、深掘りエッチング工程及び等方性エッチング工程の実施順序は特に限定されない。
【００９０】
また、上述の製造工程では、等方性エッチング工程と深掘りエッチング工程とを実施する。しかしながら、本製造方法は、深掘りエッチング工程のみ実施してもよい。この場合、深掘りエッチング工程の除去工程では、基準高さＨ１に試料台５を配置してイオン衝突によるエッチングを実施し、保護膜を除去する。そして、孔形成工程では、特定高さＨ２に試料台５を配置して化学エッチングを実施して、孔を形成する。
【００９１】
本実施形態による半導体素子の製造方法では、上述のエッチング処理（等方性エッチング工程及び深掘りエッチング工程）を実施して、半導体基板に孔を形成し、半導体素子を製造する。
【００９２】
［第２の実施の形態］
上述の実施の形態では、深掘りエッチング工程と等方性エッチング工程とを含む半導体素子の製造方法について説明した。本製造方法はさらに、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体素子の製造方法にも適用できる。
【００９３】
ＳｉＣ基板は、Ｓｉ基板と比較して、結晶の格子定数が小さい。つまり、原子間が強固に結合する。そのため、ＳｉＣ基板は、Ｓｉ基板と比較して、エッチング加工しにくい。ＳｉＣ基板の温度を高めれば、Ｓｉ及びＣの原子間結合が切断されやすくなるため、エッチングしやすくなる。
【００９４】
ＳｉＣ基板で孔（トレンチ）を形成する場合、第１の実施形態の保護膜形成ガス（Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガス）に代えて、保護膜形成ガスとして、珪素を含有する珪素含有ガス（たとえばＳｉＦ４ガス）とＯ２ガスとを使用する。
【００９５】
エッチングガス（ＳＦ６ガス）のプラズマ化により、孔の底ではラジカルによる化学エッチングが進行する。
【００９６】
一方、保護膜形成ガスのプラズマ化により、プラズマ生成空間ＳＰ１において、酸素が、ＳｉＦ４と反応してＳｉ酸化物（ＳｉＯ２）からなる保護膜を、孔の側壁及び底に形成する。この保護膜により、孔の側壁はエッチングされにくく、孔の底はイオンアシスト反応によりエッチングされる。その結果、異方性エッチングが実現される。
【００９７】
孔の加工精度を高めるためには、側壁に形成される保護膜は厚い方が好ましい。保護膜が薄ければ、化学エッチングにより保護膜が削られ、側壁でも等方性エッチングが進行するためである。したがって、ＳｉＣ基板をエッチングする場合、基板温度を高めつつ、孔側壁の保護膜を厚くしながら、エッチングできるのが好ましい。
【００９８】
さらに、ＳｉＣ基板のエッチングでは、孔の底中央が底縁よりも盛り上がる、いわゆるサブトレンチが発生しやすい。サブトレンチが存在すれば、電界集中によるゲート絶縁膜の破壊等が発生する。したがって、サブトレンチの発生が抑制される方が好ましい。半導体基板（ＳｉＣ半導体基板）の温度を高くすれば等方的にエッチングされやすくなる。さらに、孔の側壁上部に保護膜を形成することにより、孔の底縁に到達するイオンを限定する。そのため、サブトレンチの発生が抑制され、孔の加工精度が高まる。
【００９９】
そこで、本実施形態では、エッチングマスクにマスクパターンを形成する工程において、イオンの衝突によるエッチングに適した基準高さＨ１でマスクパターンを形成する。マスクパターン形成後、基準高さＨ１よりもプラズマ生成空間ＳＰ１に近い特定高さＨ０に試料台５を上昇する。そして、特定高さＨ０の高さにてエッチングを実施して、孔を形成する。この場合、孔形成工程において、ＳｉＣ基板の温度を高めつつ、さらに、孔側壁の保護膜をより厚く形成しながらエッチングを実施できる。以下、本実施形態の製造方法を詳述する。
【０１００】
［ＳｉＣ半導体素子の製造方法］
本実施形態のＳｉＣ半導体素子の製造方法は、マスクパターン形成工程と、孔形成工程とを含む。なお、本製造方法は、第１の実施形態と同様に、図１に示すプラズマエッチング装置１を使用する。ただし、ガス供給部３２及び３３からプラズマ生成空間ＳＰ１に供給される保護膜形成ガスは、珪素含有ガス及び酸素ガスである。珪素含有ガスはたとえば、ＳｉＦ４ガスである。プラズマエッチング装置１のその他の構成は第１の実施形態と同じである。
【０１０１】
［マスクパターン形成工程］
初めに、ＳｉＣからなる半導体基板Ｋ上にエッチングマスクを成膜する。エッチングマスクは、周知の方法で成膜される。エッチングマスクの成膜方法はたとえば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）や、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）等の蒸着法である。エッチングマスクの材質はたとえば、ＳｉＯ２である。
【０１０２】
エッチングマスクを成膜した後、エッチングマスクにマスクパターン（開口）を形成する。具体的には、エッチングマスクが形成された半導体基板Ｋを、第１の実施の形態と同様に、試料台５上に固定する。続いて、試料台５を基準高さＨ１の高さに配置した後、ＣＦ系ガス（たとえばＣ４Ｆ８、ＣＦ４）単体、又は、ＣＦ系ガス及びＡｒガスの混合ガス、又は、ＣＦ系ガス、Ａｒガス及びＯ２ガスの混合ガス等によるエッチングによりマスクパターンを形成する。この場合、半導体基板Ｋ上のプラズマ密度分布はほぼ均一であり、イオン密度分布も均一である。そのため、マスクパターンの加工精度が高まる。
【０１０３】
［孔形成工程］
マスクパターン形成工程の後、孔形成工程を実施する。初めに、昇降装置６により試料台５を上昇して、基準高さＨ１よりもプラズマ生成空間ＳＰ１に近い特定高さＨ０に配置する。続いて、各ガス供給部３１〜３３から、エッチングガス（ＳＦ６ガス）及び保護膜形成ガス（ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガス）をプラズマ生成空間ＳＰ１内に供給する。さらに、コイル４１及び試料台５に高周波電力を印加する。コイル４１への高周波電力の印加により、各ガスがプラズマ化される。
【０１０４】
エッチングガス及び保護膜形成ガスからなる混合ガスのプラズマ化により、イオン及びラジカルが生成される。試料台５への高周波電力の印加により、イオン及びラジカルが、半導体基板Ｋ上のマスクパターンの開口から半導体基板Ｋ内に入射し、孔（トレンチ）を形成する。
【０１０５】
このとき、試料台５はマスクパターン形成工程時よりもプラズマ生成空間ＳＰ１に近い。そのため、半導体基板Ｋ上のイオン密度は、マスクパターン形成工程時よりも高い。その結果、より多くのイオンが半導体基板Ｋに入射し、半導体基板Ｋに熱エネルギが与えられる。その結果、半導体基板Ｋの温度は上昇し、エッチングされやすくなる。
【０１０６】
さらに、試料台５が特定高さＨ０でエッチングされるため、基準高さＨ１でエッチングする場合と比較して、孔の側壁に形成される保護膜がより厚くなる。この場合、ボーイング形状を抑制し、異方性エッチングが可能となるだけでなく、孔の底部の中央部にイオンが引き込まれやすくなり、サブトレンチ形状が抑制される。そのため、孔の底をエッチングする異方性エッチングを精度高く実現できる。その結果、孔の加工精度が高まる。具体的には、ボーイング形状、及び、サブトレンチを抑制できる。
【０１０７】
以上のとおり、本実施形態では、マスクパターン形成時よりも試料台５をプラズマ生成空間ＳＰ１寄りに上昇した後、エッチングを実施する。そのため、エッチング時、試料台５上の半導体基板Ｋを、イオンの衝突により高温に維持しやすい。そのため、ＳｉとＣとの結合が切れやすく、エッチングしやすい。さらに、エッチング中に孔の側壁に形成される保護膜が厚くなるため、サブトレンチの発生が抑制された孔が実現できる。
【０１０８】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。たとえば、特定高さを変動しながら、複数の特定高さにおいて、エッチングを実施してもよい。
【０１０９】
また、基準高さは必ずしもプラズマ密度分布が均一となる高さとする必要はない。基準高さはあくまでも他の特定高さとの相対関係で、「基準」と言っているに過ぎない。２つの特定高さでエッチングを実施する場合、２つの特定高さのうち、プラズマ密度分布がより均一な方を基準高さと称する。
【０１１０】
本発明は要するに、エッチング処理において、各々が異なる高さごとでエッチングを実施する複数のエッチング工程を含めばよい。この場合、各エッチング工程でのプラズマ密度分布が異なるため、各エッチングの種類や、半導体基板の開口率、基板径に応じて試料台の高さを調整することにより、所望のエッチレートやその分布でのエッチング又は所望の目的のエッチングを実施でき、エッチングの加工精度を向上できる。
【０１１１】
本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１  プラズマエッチング装置
２  チャンバ
ＳＰ１  プラズマ生成空間
ＳＰ２  処理空間
５  試料台
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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