JP2015162630A - Silicon carbide semiconductor element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element.
炭化珪素半導体素子は、インバータ等に利用されるパワーデバイスとして注目されている。炭化珪素半導体素子では、従来のシリコン半導体素子及びヒ化ガリウム半導体素子と比較して、結晶の格子定数が小さくバンドギャップが大きい。そのため、炭化珪素半導体素子は、従来のシリコン半導体素子及びヒ化ガリウム半導体素子と比較して、優れた特性を有する。 Silicon carbide semiconductor elements are attracting attention as power devices used for inverters and the like. Silicon carbide semiconductor elements have a smaller crystal lattice constant and a larger band gap than conventional silicon semiconductor elements and gallium arsenide semiconductor elements. Therefore, the silicon carbide semiconductor element has superior characteristics as compared with conventional silicon semiconductor elements and gallium arsenide semiconductor elements.
上述のとおり、炭化珪素では、珪素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、炭化珪素基板は、シリコン半導体基板と比較して、エッチング加工しにくい。 As described above, silicon carbide has a smaller crystal lattice constant than silicon. That is, the atoms are strongly bonded. Therefore, the silicon carbide substrate is harder to etch than the silicon semiconductor substrate.
本出願人により出願された特開２０１１−９６７００号公報（特許文献１）は、炭化珪素基板のエッチング方法（プラズマエッチング方法）を提案する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-96700 (Patent Document 1) filed by the present applicant proposes a silicon carbide substrate etching method (plasma etching method).
特許文献１に開示されたプラズマエッチング方法では、エッチング加工前に炭化珪素基板を予熱する。具体的には、炭化珪素基板の表面にマスクを形成する。マスクが形成された炭化珪素基板を、処理チャンバ内の基台上に配置する。不活性ガスを処理チャンバ内に導入してプラズマ化する。基台にバイアス電力を印加して、プラズマ化により生成されたイオンを炭化珪素基板に入射させる。これにより、炭化珪素基板の温度を２００℃以上のエッチング処理温度まで高める（予熱）。予熱後、エッチングガスを処理チャンバ内に導入してプラズマ化し、炭化珪素基板をエッチングする。 In the plasma etching method disclosed in Patent Document 1, the silicon carbide substrate is preheated before the etching process. Specifically, a mask is formed on the surface of the silicon carbide substrate. A silicon carbide substrate on which a mask is formed is disposed on a base in the processing chamber. An inert gas is introduced into the processing chamber and turned into plasma. Bias power is applied to the base, and ions generated by plasmatization are incident on the silicon carbide substrate. Thereby, the temperature of the silicon carbide substrate is increased to an etching temperature of 200 ° C. or higher (preheating). After preheating, an etching gas is introduced into the processing chamber to form plasma, and the silicon carbide substrate is etched.
特許文献１のプラズマエッチング方法では、予熱により炭化珪素基板のＳｉ及びＣの結合を切断するのに必要なエネルギの一部を供給する。そのため、基板内の原子間の結合が切断しやすくなり、エッチング加工しやすくなる。 In the plasma etching method of Patent Document 1, a part of the energy necessary for cutting the bond between Si and C of the silicon carbide substrate is supplied by preheating. Therefore, the bonds between atoms in the substrate are easily cut, and etching processing is facilitated.
ところで、プラズマエッチングでは、エッチングにより加工されたトレンチの底部にサブトレンチが形成される場合がある。トレンチの側壁角度（テーパ角）が高角度になるほど、サブトレンチが形成され得る。 By the way, in plasma etching, a sub-trench may be formed at the bottom of a trench processed by etching. As the sidewall angle (taper angle) of the trench becomes higher, the sub-trench can be formed.
サブトレンチを抑制するための技術が、特開２００４−２５３５７６号公報（特許文献２）及び特開２０１０−３９８８（特許文献３）に提案されている。 Techniques for suppressing the sub-trench have been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-253576 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-3988 (Patent Document 3).
特許文献２に開示された半導体装置の製造方法は、半導体層の表面層に凹部を形成するための異方性エッチングをおこなう工程と、少なくとも、半導体層を等方性エッチングするための第１のガス、および半導体層と反応して露出面に保護膜を堆積するための第２のガスを含む混合ガスを用いて、半導体層を５０℃以上の温度に保持しながら等方性ドライエッチングをおこなう工程とを含む。異方性エッチングを行い凹部を形成した後、等方性エッチングを行うことにより、凹部の側面と底面との境界となる角部を丸めることができる、とこの文献には記載されている。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 2 includes a step of performing anisotropic etching for forming a recess in a surface layer of a semiconductor layer, and a first method for performing isotropic etching of at least the semiconductor layer. Isotropic dry etching is performed while maintaining the semiconductor layer at a temperature of 50 ° C. or higher using a gas and a mixed gas containing a second gas that reacts with the semiconductor layer to deposit a protective film on the exposed surface. Process. It is described in this document that the corner portion that becomes the boundary between the side surface and the bottom surface of the concave portion can be rounded by performing isotropic etching after forming the concave portion by performing anisotropic etching.
特許文献３に開示されたＳｉＣ膜の加工方法は、ＳｉＣ膜の表面に、アモルファス構造または多結晶構造を有する材料からなるエッチングマスクを形成する工程と、エッチングマスクが形成されたＳｉＣ膜の表面にＨＢｒを含むエッチングガスを供給することにより、ＳｉＣ膜にトレンチを形成する工程とを備える。ＨＢｒを含むエッチングガスが供給されることにより、トレンチ底部のエッジにおけるサブトレンチの形成を抑制することができる、とこの文献には記載されている。 The SiC film processing method disclosed in Patent Document 3 includes a step of forming an etching mask made of a material having an amorphous structure or a polycrystalline structure on the surface of the SiC film, and a surface of the SiC film on which the etching mask is formed. And a step of forming a trench in the SiC film by supplying an etching gas containing HBr. This document describes that the formation of a sub-trench at the edge of the trench bottom can be suppressed by supplying an etching gas containing HBr.
しかしながら、特許文献２では、角部を丸めるために、異方性エッチングから等方性エッチングに切り替える。そのため、等方性エッチング用のガスを新たに導入しなければならない。さらに、実施例では、等方性エッチングにおいてガスをプラズマにさらさない。そのため、角部が有効に丸まらない場合があり得る。特許文献３では、ＨＢｒを含むエッチングガスを供給しても、トレンチ形成中にサブトレンチが発生する場合があり得る。 However, in Patent Document 2, switching from anisotropic etching to isotropic etching is performed in order to round corners. For this reason, a gas for isotropic etching must be newly introduced. Furthermore, in an embodiment, the gas is not exposed to the plasma in the isotropic etching. For this reason, the corner portion may not be effectively rounded. In Patent Document 3, even if an etching gas containing HBr is supplied, a sub-trench may be generated during trench formation.
本発明の目的は、サブトレンチの生成を抑制し、トレンチの底をラウンド化できる炭化珪素半導体素子の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing generation of a sub-trench and rounding the bottom of the trench.
本実施形態による炭化珪素半導体素子の製造方法は、処理チャンバ内の基台上に、エッチングマスクが形成された炭化珪素基板を配置する工程と、処理チャンバ内で、フッ素を含有するエッチングガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化し、さらに、基台の表面から炭化珪素基板の裏面に向かって不活性ガスを流しながら、炭化珪素基板をエッチングしてトレンチを形成する工程と、トレンチを形成した後、次の（Ａ）〜（Ｃ）の少なくも１つを実施してトレンチの底をエッチングする工程とを備える。
（Ａ）トレンチを形成する工程よりもエッチングガスの流量を低減する。
（Ｂ）トレンチを形成する工程よりも保護膜形成ガスの流量を増大する。
（Ｃ）トレンチを形成する工程よりも不活性ガスの圧力を低減する。
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes a step of disposing a silicon carbide substrate on which an etching mask is formed on a base in a processing chamber, and an etching gas containing fluorine and protection in the processing chamber. The step of forming a trench by etching the silicon carbide substrate while turning the film forming gas into plasma and further flowing an inert gas from the surface of the base toward the back surface of the silicon carbide substrate, and after forming the trench, And performing at least one of (A) to (C) of etching the bottom of the trench.
(A) The flow rate of the etching gas is reduced as compared with the step of forming the trench.
(B) The flow rate of the protective film forming gas is increased as compared with the step of forming the trench.
(C) The pressure of the inert gas is reduced as compared with the step of forming the trench.
本実施の形態による炭化珪素基板の製造方法は、サブトレンチの発生を抑制でき、トレンチの底をラウンド化できる。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment can suppress the generation of sub-trench and can round the bottom of the trench.
本実施形態による炭化珪素半導体素子の製造方法は、処理チャンバ内の基台上に、エッチングマスクが形成された炭化珪素基板を配置する工程と、処理チャンバ内で、フッ素を含有するエッチングガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化し、さらに、基台の表面から炭化珪素基板の裏面に向かって不活性ガスを流しながら、炭化珪素基板をエッチングしてトレンチを形成する工程と、トレンチを形成した後、次の（Ａ）〜（Ｃ）の少なくも１つを実施してトレンチの底をエッチングする工程とを備える。
（Ａ）トレンチを形成する工程よりもエッチングガスの流量を低減する。
（Ｂ）トレンチを形成する工程よりも保護膜形成ガスの流量を増大する。
（Ｃ）トレンチを形成する工程よりも不活性ガスの圧力を低減する。
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes a step of disposing a silicon carbide substrate on which an etching mask is formed on a base in a processing chamber, and an etching gas containing fluorine and protection in the processing chamber. The step of forming a trench by etching the silicon carbide substrate while turning the film forming gas into plasma and further flowing an inert gas from the surface of the base toward the back surface of the silicon carbide substrate, and after forming the trench, And performing at least one of (A) to (C) of etching the bottom of the trench.
(A) The flow rate of the etching gas is reduced as compared with the step of forming the trench.
(B) The flow rate of the protective film forming gas is increased as compared with the step of forming the trench.
(C) The pressure of the inert gas is reduced as compared with the step of forming the trench.
本実施形態による炭化珪素半導体素子の製造方法では、トレンチを形成した後、エッチング条件を変更してトレンチの底をさらにエッチングする。以下、トレンチ底をエッチングする工程を「トレンチ底ラウンド化工程」という。 In the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, after forming the trench, the etching conditions are changed to further etch the bottom of the trench. Hereinafter, the process of etching the trench bottom is referred to as “trench bottom rounding process”.
ラウンド化工程では、上記（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも１つを実施してエッチングを実施する。上記（Ａ）を実施する場合、エッチングガスによるエッチング能力が低下する。その結果、トレンチ底の周縁が削られにくくなる。そのため、トレンチ底の中央部の方が周縁部よりもエッチングされやすくなり、トレンチ底がラウンド化されやすくなる。そのため、サブトレンチの発生が抑制される。 In the rounding step, etching is performed by performing at least one of the above (A) to (C). When carrying out the above (A), the etching ability by the etching gas is lowered. As a result, the peripheral edge of the trench bottom becomes difficult to be cut. Therefore, the central portion of the trench bottom is more easily etched than the peripheral portion, and the trench bottom is easily rounded. Therefore, the generation of sub-trench is suppressed.
上記（Ｂ）を実施した場合、トレンチ底ラウンド化工程において、トレンチの側壁に厚い保護膜が形成される。この保護膜により、エッチングガスのプラズマ化により形成されるイオンが、トレンチ底部の周縁部に当たりにくくなる。その結果、トレンチ底がラウンド化されやすくなり、サブトレンチの発生が抑制される。 When the above (B) is performed, a thick protective film is formed on the side wall of the trench in the trench bottom rounding step. This protective film makes it difficult for ions formed by turning the etching gas into plasma to hit the peripheral edge of the bottom of the trench. As a result, the bottom of the trench is easily rounded, and the occurrence of sub-trench is suppressed.
上記（Ｃ）を実施した場合、トレンチ底ラウンド化工程において、炭化珪素基板の温度が低下しにくくなる。この場合、トレンチ底部が等方エッチングされやすくなる。その結果、トレンチ底部がラウンド化されやすく、サブトレンチの発生が抑制される。 When the above (C) is performed, the temperature of the silicon carbide substrate is unlikely to decrease in the trench bottom rounding step. In this case, the trench bottom is easily isotropically etched. As a result, the bottom of the trench is easily rounded, and the generation of sub-trench is suppressed.
好ましくは、保護膜形成ガスは、酸素ガスと、珪素含有ガスとを含有する。（Ｂ）を実施する場合、酸素ガス及び珪素含有ガスの少なくとも１種の流量を低減する。 Preferably, the protective film forming gas contains an oxygen gas and a silicon-containing gas. When carrying out (B), the flow rate of at least one of oxygen gas and silicon-containing gas is reduced.
この場合、酸素ガス及び珪素含有ガスの少なくとも１種の流量を低減すれば、トレンチ底ラウンド化工程においてトレンチの側壁に形成される保護膜が厚くなる。そのため、トレンチ底がラウンド化されやすく、サブトレンチの発生が抑制される。 In this case, if the flow rate of at least one of oxygen gas and silicon-containing gas is reduced, the protective film formed on the sidewalls of the trench in the trench bottom rounding step becomes thick. Therefore, the bottom of the trench is easily rounded, and the occurrence of sub-trench is suppressed.
好ましくは、トレンチを形成する工程では、第１の電力を基台に印加して、炭化珪素基板をエッチングする初期エッチング工程と、初期エッチング工程の後、第１の電力よりも低い第２の電力を基台に印加して、炭化珪素基板をエッチングする後期エッチング工程とを備える。 Preferably, in the step of forming the trench, an initial etching step of etching the silicon carbide substrate by applying a first power to the base, and a second power lower than the first power after the initial etching step And a late etching step of etching the silicon carbide substrate.
この場合、エッチングマスクがイオンの衝突により過剰に消耗するのを抑制できる。 In this case, it is possible to suppress excessive consumption of the etching mask due to ion collision.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
［エッチング装置］
図１は、本実施形態の炭化珪素半導体素子の製造方法に利用されるエッチング装置の模式図である。
[Etching device]
FIG. 1 is a schematic diagram of an etching apparatus used in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element of this embodiment.
図１を参照して、エッチング装置１は、処理チャンバ１１と、基台１５と、昇降シリンダ１８と、ガス供給装置２０と、プラズマ生成装置３０と、高周波電源３５と、排気装置４０と、基板冷却装置５０とを備える。 Referring to FIG. 1, an etching apparatus 1 includes a processing chamber 11, a base 15, an elevating cylinder 18, a gas supply device 20, a plasma generation device 30, a high frequency power supply 35, an exhaust device 40, a substrate. And a cooling device 50.
処理チャンバ１１は、閉塞空間を有する。処理チャンバ１１は、上チャンバ１２と、下チャンバ１３とを備える。上チャンバ１２は、下チャンバ１３の上に配置され、下チャンバ１３とつながっている。 The processing chamber 11 has a closed space. The processing chamber 11 includes an upper chamber 12 and a lower chamber 13. The upper chamber 12 is disposed on the lower chamber 13 and is connected to the lower chamber 13.
基台１５は、下チャンバ１３内に配置される。基台１５には、炭化珪素基板Ｋが載置される。基台１５は、静電チャック１６と、基台本体１７とを備える。静電チャック１６は、基台本体１７上に配置される。静電チャック１６の上面には、炭化珪素基板Ｋが配置される。静電チャック１６は、炭化珪素基板Ｋの裏面を、電気的に吸着する。つまり、静電チャック１６は、炭化珪素基板Ｋを基台１５に固定する。 The base 15 is disposed in the lower chamber 13. A silicon carbide substrate K is placed on base 15. The base 15 includes an electrostatic chuck 16 and a base body 17. The electrostatic chuck 16 is disposed on the base body 17. A silicon carbide substrate K is disposed on the upper surface of electrostatic chuck 16. The electrostatic chuck 16 electrically adsorbs the back surface of the silicon carbide substrate K. That is, the electrostatic chuck 16 fixes the silicon carbide substrate K to the base 15.
基台本体１７は、昇降シリンダ１８と接続される。昇降シリンダ１８は基台１５を昇降する。 The base body 17 is connected to the lifting cylinder 18. The lift cylinder 18 moves up and down the base 15.
ガス供給装置２０は、エッチングガス及び保護膜形成ガスを処理チャンバ１１内に供給する。ガス供給装置２０は、複数のガス供給部２１〜２４と、供給管２５とを備える。ガス供給部２１は、エッチングガスを処理チャンバ１１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。 The gas supply device 20 supplies an etching gas and a protective film forming gas into the processing chamber 11. The gas supply device 20 includes a plurality of gas supply units 21 to 24 and a supply pipe 25. The gas supply unit 21 supplies an etching gas to the processing chamber 11. The etching gas contains fluorine (F). The etching gas is, for example, SF 6 gas.
ガス供給部２２及び２３は、保護膜形成ガスを処理チャンバ１１に供給する。保護膜形成ガスは、珪素（Ｓｉ）を含有する珪素含有ガスと、酸素（Ｏ2）ガスとを含む。珪素含有ガスはたとえば、ＳｉＦ4、ＳｉＣｌ4等である。図１では、ガス供給部２２はＳｉＦ4ガスを収納し、ガス供給部２３は、Ｏ2ガスを収納する。 The gas supply units 22 and 23 supply a protective film forming gas to the processing chamber 11. The protective film forming gas contains a silicon-containing gas containing silicon (Si) and an oxygen (O 2 ) gas. The silicon-containing gas is, for example, SiF 4 or SiCl 4 . In FIG. 1, the gas supply unit 22 stores SiF 4 gas, and the gas supply unit 23 stores O 2 gas.
ガス供給部２４は、不活性ガスを処理チャンバ１１に供給する。不活性ガスはたとえば、Ａｒガスである。 The gas supply unit 24 supplies an inert gas to the processing chamber 11. The inert gas is, for example, Ar gas.
供給管２５は、ガス供給部２１〜２４と、処理チャンバ１１とをつなげる。図１では、供給管２５は、上チャンバ１２とつながっている。供給管２５は、各ガス（エッチングガス、保護膜形成ガス、及び、不活性ガス）をガス供給部２１〜２４から処理チャンバ１１（上チャンバ１２）に送り出す。 The supply pipe 25 connects the gas supply units 21 to 24 and the processing chamber 11. In FIG. 1, the supply pipe 25 is connected to the upper chamber 12. The supply pipe 25 sends out each gas (etching gas, protective film forming gas, and inert gas) from the gas supply units 21 to 24 to the processing chamber 11 (upper chamber 12).
プラズマ生成装置３０は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する。プラズマ生成装置３０は、コイル３１と、高周波電源３２とを備える。プラズマ生成装置３０の上チャンバ１２内では、各供給ガス（エッチングガス、保護膜形成ガス、不活性ガス）が混合されて混合ガスを形成する。プラズマ生成装置３０は、コイル３１に高周波電力を供給して、混合ガスをプラズマ化する。 The plasma generator 30 generates inductively coupled plasma (ICP). The plasma generation apparatus 30 includes a coil 31 and a high frequency power supply 32. In the upper chamber 12 of the plasma generating apparatus 30, each supply gas (etching gas, protective film forming gas, inert gas) is mixed to form a mixed gas. The plasma generating apparatus 30 supplies high-frequency power to the coil 31 to turn the mixed gas into plasma.
高周波電源３５は、基台１５と接続される。高周波電源３５は、基台１５に高周波電力を供給して、基台１５とプラズマとの間にバイアス電位を与える。このバイアス電位により、混合ガスのプラズマ化により生成されたイオンが、基台１５上の炭化珪素基板Ｋに入射する。 The high frequency power supply 35 is connected to the base 15. The high frequency power supply 35 supplies high frequency power to the base 15 and applies a bias potential between the base 15 and the plasma. With this bias potential, ions generated by the plasma conversion of the mixed gas enter the silicon carbide substrate K on the base 15.
排気装置４０は、真空ポンプ４１と、排気管４２とを備える。排気管４２は、下チャンバ１３と真空ポンプ４１とをつなぐ。排気装置４０は、処理チャンバ１１内の気体を排気して、処理チャンバ１１内を所定の圧力に調整する。 The exhaust device 40 includes a vacuum pump 41 and an exhaust pipe 42. The exhaust pipe 42 connects the lower chamber 13 and the vacuum pump 41. The exhaust device 40 exhausts the gas in the processing chamber 11 and adjusts the inside of the processing chamber 11 to a predetermined pressure.
基板冷却装置５０は、供給管５１と、ガス供給部５２とを備える。ガス供給部５２は、不活性ガスを収納する。図１では、ガス供給部５２は、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを含有する。ガス供給部５２は、Ｈｅガス以外の他の不活性ガスを含有してもよい。 The substrate cooling device 50 includes a supply pipe 51 and a gas supply unit 52. The gas supply unit 52 stores an inert gas. In FIG. 1, the gas supply part 52 contains helium (He) gas. The gas supply unit 52 may contain an inert gas other than the He gas.
供給管５１は、ガス供給部５２と静電チャック１６の表面とをつなぐ。ガス供給部５２内の不活性ガス（Ｈｅガス）は、供給管５１を介して静電チャック１６の表面に到達し、外部に流れる。より具体的には、図２を参照して、Ｈｅガスは、炭化珪素基板Ｋの裏面と静電チャック１６の表面との間に流れる。Ｈｅガスはエッチング中の炭化珪素基板Ｋを冷却する。 The supply pipe 51 connects the gas supply unit 52 and the surface of the electrostatic chuck 16. The inert gas (He gas) in the gas supply unit 52 reaches the surface of the electrostatic chuck 16 via the supply pipe 51 and flows to the outside. More specifically, referring to FIG. 2, He gas flows between the back surface of silicon carbide substrate K and the surface of electrostatic chuck 16. The He gas cools the silicon carbide substrate K being etched.
［炭化珪素半導体素子の製造方法］
本実施形態の炭化珪素半導体素子の製造方法は、上述のエッチング装置１を用いて実施される。本製造方法は、マスク形成工程（Ｓ１）と、トレンチ形成工程（Ｓ２）と、トレンチ底ラウンド化工程（Ｓ３）とを備える。本実施形態の製造方法では、トレンチ形成工程（Ｓ２）によりトレンチを形成する。その後、図３に示すとおり、トレンチ底ラウンド化工程（Ｓ３）により、トレンチＴの底ＴＢ（トレンチ底）の中央部を周縁部よりも深く削る。つまり、トレンチ底ＴＢをラウンド化する。トレンチ底ラウンド化工程により、トレンチ底ＴＢの周縁部にサブトレンチが発生するのを抑制する。以下、各工程について詳述する。
[Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Element]
The method for manufacturing the silicon carbide semiconductor element of the present embodiment is performed using the etching apparatus 1 described above. This manufacturing method includes a mask formation step (S1), a trench formation step (S2), and a trench bottom rounding step (S3). In the manufacturing method of this embodiment, a trench is formed by a trench formation step (S2). Thereafter, as shown in FIG. 3, the center portion of the bottom TB (trench bottom) of the trench T is cut deeper than the peripheral portion by the trench bottom rounding step (S3). That is, the trench bottom TB is rounded. The trench bottom rounding step suppresses the generation of a sub-trench at the peripheral edge of the trench bottom TB. Hereinafter, each process is explained in full detail.
［マスク形成工程（Ｓ１）］
初めに、炭化珪素基板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。エッチングマスクの形成方法はたとえば、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。エッチングマスクを形成した後、エッチングマスクに開口を形成する。
[Mask Forming Step (S1)]
First, an etching mask is formed on silicon carbide substrate K. The etching mask is formed by a known method. Examples of the method for forming the etching mask include vapor deposition methods such as chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD). After forming the etching mask, an opening is formed in the etching mask.
エッチングマスクの素材は特に限定されない。エッチングマスクはニッケル（Ｎｉ）を含有してもよいし、他の金属を含有したメタルマスクでもよい。エッチングマスクはさらに、二酸化珪素からなるものでもよい。 The material of the etching mask is not particularly limited. The etching mask may contain nickel (Ni) or a metal mask containing another metal. The etching mask may further be made of silicon dioxide.
［トレンチ形成工程（Ｓ２）］
トレンチ形成工程（Ｓ２）は、予熱工程（Ｓ２１）と、初期エッチング工程（Ｓ２２）と、後期エッチング工程（Ｓ２３）とを含む。
[Trench formation step (S2)]
The trench formation step (S2) includes a preheating step (S21), an initial etching step (S22), and a late etching step (S23).
［予熱工程（Ｓ２１）］
予熱工程（Ｓ２１）では、初めに、開口を有するエッチングマスクが形成された炭化珪素基板Ｋを基台１５上に載置する。炭化珪素基板Ｋは、静電チャック１６により基台１５に固定される。
[Preheating step (S21)]
In the preheating step (S21), first, silicon carbide substrate K on which an etching mask having an opening is formed is placed on base 15. Silicon carbide substrate K is fixed to base 15 by electrostatic chuck 16.
基台１５上に配置された炭化珪素基板Ｋを所望のエッチング処理温度まで加熱する。具体的には、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しながら、コイル３１及び基台１５に高周波電力を供給する。このとき、コイル３１の誘導電界により、処理チャンバ１１内の不活性ガスはプラズマ化してイオンが生成される。基台１５に印加された高周波電力により生じたバイアス電位により、イオンが炭化珪素基板Ｋに入射する。炭化珪素基板Ｋに入射するイオンの衝突エネルギが熱となり、炭化珪素基板Ｋの温度が上昇する。高周波電力及び不活性ガスの流量を調整して、炭化珪素基板Ｋの温度をエッチング処理温度に維持する。好ましいエッチング処理温度は１００〜４００℃である。エッチングマスクが二酸化珪素膜である場合、エッチングマスクの耐熱性は高い。そのため、炭化珪素基板Ｋが１００〜４００℃に加熱されても、エッチングマスクの形状精度は低下しにくい。 Silicon carbide substrate K arranged on base 15 is heated to a desired etching processing temperature. Specifically, high-frequency power is supplied to the coil 31 and the base 15 while supplying an inert gas from the gas supply unit 24 into the processing chamber 11. At this time, the inert gas in the processing chamber 11 is turned into plasma by the induced electric field of the coil 31 to generate ions. Ions are incident on the silicon carbide substrate K by the bias potential generated by the high-frequency power applied to the base 15. The collision energy of ions incident on silicon carbide substrate K becomes heat, and the temperature of silicon carbide substrate K rises. The flow rate of the high frequency power and the inert gas is adjusted to maintain the temperature of the silicon carbide substrate K at the etching processing temperature. A preferable etching treatment temperature is 100 to 400 ° C. When the etching mask is a silicon dioxide film, the etching mask has high heat resistance. Therefore, even if silicon carbide substrate K is heated to 100 to 400 ° C., the shape accuracy of the etching mask is unlikely to decrease.
［初期エッチング工程（Ｓ２２）］
予熱工程の後、初期エッチング工程を実施する。各ガス供給部２１〜２３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）を処理チャンバ１１内に供給する。さらに、コイル３１及び基台１５に高周波電力を印加する。コイル３１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。
[Initial etching step (S22)]
After the preheating process, an initial etching process is performed. An etching gas (SF 6 gas) and a protective film forming gas (SiF 4 gas and O 2 gas) are supplied from the gas supply units 21 to 23 into the processing chamber 11. Further, high frequency power is applied to the coil 31 and the base 15. By applying high frequency power to the coil 31, each gas is turned into plasma.
基台１５に生じたバイアス電位により、プラズマ化されたエッチングガスがエッチングマスクの開口を通って炭化珪素基板Ｋに入射する。これにより、炭化珪素基板Ｋがエッチングされる。なお、バイアス電位を印加しなくても、炭化珪素基板Ｋは多少はエッチングされる。 Due to the bias potential generated on base 15, the plasmaized etching gas enters silicon carbide substrate K through the opening of the etching mask. Thereby, silicon carbide substrate K is etched. Even if no bias potential is applied, silicon carbide substrate K is somewhat etched.
具体的には、図４を参照して、エッチングガスを含む混合ガスのプラズマ化により、イオン（フッ素イオン）及びエッチング種（フッ素ラジカル）が生成される。基台１５への高周波電力の印加により、イオン及びエッチング種が、炭化珪素基板Ｋ上のエッチングマスクＭの開口部から炭化珪素基板Ｋ内に入射し、トレンチＴが形成される。 Specifically, referring to FIG. 4, ions (fluorine ions) and etching species (fluorine radicals) are generated by converting the mixed gas containing the etching gas into plasma. By applying high frequency power to the base 15, ions and etching species enter the silicon carbide substrate K from the opening of the etching mask M on the silicon carbide substrate K, and a trench T is formed.
さらに、エッチング中に、保護膜形成ガスもプラズマ化される。これにより、トレンチＴの側壁に保護膜Ｈが形成される。具体的には、酸素ガスがプラズマ化して酸素イオンが生成される。さらに、珪素含有ガス（ＳｉＦ4）を含む混合ガスがプラズマ化して、保護膜形成種（Ｓｉ）が形成される。酸素イオンが、ＳｉＦ4及び保護膜形成種と反応してＳｉ酸化物（ＳｉＯ2）からなる保護膜Ｈを、トレンチＴの側壁に形成する。図４に示すとおり、保護膜Ｈは、トレンチＴの側壁に付着する。トレンチＴの側壁はエッチングされにくく、トレンチ底ＴＢがエッチングされる。その結果、炭化珪素基板Ｋが異方エッチングされる。 Further, the protective film forming gas is also turned into plasma during the etching. Thereby, the protective film H is formed on the sidewall of the trench T. Specifically, oxygen gas is turned into plasma and oxygen ions are generated. Further, the mixed gas containing the silicon-containing gas (SiF 4 ) is turned into plasma, and a protective film forming species (Si) is formed. Oxygen ions react with SiF 4 and the protective film forming species to form a protective film H made of Si oxide (SiO 2 ) on the sidewall of the trench T. As shown in FIG. 4, the protective film H adheres to the sidewall of the trench T. The side wall of the trench T is difficult to be etched, and the trench bottom TB is etched. As a result, silicon carbide substrate K is anisotropically etched.
フッ素イオンによるスパッタリングにより、側壁の保護膜Ｈもエッチングされる。しかしながら、酸素イオン、ＳｉＦ4及び保護膜形成種の供給は継続されるため、保護膜Ｈの形成も継続する。つまり、保護膜Ｈの形成とエッチングとが並行して進行する。そのため、サイドエッチングの進行を防ぎつつ、トレンチを形成することができる。 The protective film H on the side wall is also etched by sputtering with fluorine ions. However, since the supply of oxygen ions, SiF 4 and the protective film forming species is continued, the formation of the protective film H is also continued. That is, the formation of the protective film H and the etching proceed in parallel. Therefore, the trench can be formed while preventing the side etching from proceeding.
初期エッチング工程では、後述の後期エッチング工程によりも、基台１５に印加する電力を高くする。この場合、イオンの衝突エネルギが後期エッチング工程の場合よりも大きくなる。そのため、炭化珪素基板Ｋの温度を高く維持しやすい。その結果、エッチング初期のエッチングレートを高めることができる。基台１５に印加する好ましい電力は１００〜５００Ｗである。初期エッチング工程における炭化珪素基板Ｋの温度は１００〜４００℃である。 In the initial etching process, the power applied to the base 15 is increased also in the later etching process described later. In this case, the ion collision energy becomes larger than that in the latter etching process. Therefore, it is easy to keep the temperature of silicon carbide substrate K high. As a result, the etching rate at the initial stage of etching can be increased. The preferable electric power applied to the base 15 is 100-500W. The temperature of silicon carbide substrate K in the initial etching step is 100 to 400 ° C.
［後期エッチング工程（Ｓ２３）］
上述のとおり、初期エッチング工程では、基台１５に印加する電力を高くする。そのため、長時間エッチングを行えば、スパッタリングにより、炭化珪素基板ＫだけでなくエッチングマスクＭも削られる。エッチングマスクＭが削られれば、炭化珪素基板Ｋに所望のパターンが形成されにくい。さらに、トレンチＴの開口近傍部分の側壁に縦筋の疵（ストライエーション）が発生する場合がある。
[Late etching process (S23)]
As described above, in the initial etching process, the power applied to the base 15 is increased. Therefore, if etching is performed for a long time, not only silicon carbide substrate K but also etching mask M is removed by sputtering. If etching mask M is shaved, it is difficult to form a desired pattern on silicon carbide substrate K. Furthermore, vertical streak may occur on the side wall in the vicinity of the opening of the trench T.
そこで、後期エッチング工程では、初期エッチング工程と比較して、基台１５に印加する電力を下げる。この場合、炭化珪素基板Ｋの温度が低下する。そのため、エッチングレートは初期エッチング工程のときよりも下がる。しかしながら、過度のスパッタリングの発生が抑制され、エッチングマスクＭの消耗も抑制される。後期エッチング工程において基台１５に印加する好ましい電力は１００〜５００Ｗである。 Therefore, in the late etching process, the power applied to the base 15 is lowered as compared with the initial etching process. In this case, the temperature of silicon carbide substrate K decreases. Therefore, the etching rate is lower than that in the initial etching process. However, generation of excessive sputtering is suppressed, and consumption of the etching mask M is also suppressed. A preferable power applied to the base 15 in the later etching step is 100 to 500W.
上述の説明では、予熱工程（Ｓ２１）を実施する。しかしながら、予熱工程（Ｓ２１）は実施されなくてもよい。また、上述の説明では、初期エッチング工程において基台１５に印加する電力を、後期エッチング工程のときよりも高くする。しかしながら、初期エッチング工程及び後期エッチング工程の電力を同じとしてもよい。 In the above description, the preheating step (S21) is performed. However, the preheating step (S21) may not be performed. In the above description, the power applied to the base 15 in the initial etching process is set higher than that in the late etching process. However, the power of the initial etching process and the late etching process may be the same.
［トレンチ底ラウンド化工程］
トレンチＴのテーパ角ＴＡ（トレンチＴの側壁の、炭化珪素基板Ｋの表面に対する角度）がほぼ直角である場合、たとえば、テーパ角ＴＡが８７°以上である場合、図５に示すとおり、後期エッチング工程後のトレンチ底ＴＢに、サブトレンチＳＴが発生する場合がある。
[Trench bottom rounding process]
When the taper angle TA of the trench T (the angle of the side wall of the trench T with respect to the surface of the silicon carbide substrate K) is substantially a right angle, for example, when the taper angle TA is 87 ° or more, as shown in FIG. The sub-trench ST may occur in the trench bottom TB after the process.
サブトレンチＳＴは、図５に示すとおり、トレンチ底ＴＢの周縁部に形成されるくぼみ又は溝である。サブトレンチＳＴは、次の理由で発生すると考えられる。 As shown in FIG. 5, the sub-trench ST is a recess or groove formed in the peripheral edge portion of the trench bottom TB. The sub-trench ST is considered to occur for the following reason.
トレンチＴのテーパ角ＴＡが高い場合、図５に示すとおり、トレンチＴの開口近傍の側壁に保護膜Ｈが形成されにくい。そのため、テーパ角ＴＡが低い場合と比較して、側壁に形成される保護膜は薄い。この場合、図５に示すとおり、フッ素イオンはトレンチ底ＴＢの中央部だけでなく、周縁部にも到達しやすい。 When the taper angle TA of the trench T is high, it is difficult to form the protective film H on the side wall near the opening of the trench T as shown in FIG. Therefore, the protective film formed on the side wall is thinner than when the taper angle TA is low. In this case, as shown in FIG. 5, the fluorine ions easily reach not only the central part of the trench bottom TB but also the peripheral part.
トレンチ形成工程では、フッ素イオンによるエッチングと保護膜Ｈの形成とが、並行して行われる。保護膜Ｈは、トレンチＴの側壁だけでなく、トレンチ底ＴＢにも若干形成される。トレンチ底ＴＢに形成される保護膜Ｈは、トレンチ底ＴＢの中央部で厚く、周縁部で薄い。トレンチ底ＴＢの側壁に形成された保護膜Ｈが、トレンチ底ＴＢの周縁部の保護膜Ｈの形成を抑制していると考えられる。 In the trench formation step, etching with fluorine ions and formation of the protective film H are performed in parallel. The protective film H is slightly formed not only on the side wall of the trench T but also on the trench bottom TB. The protective film H formed on the trench bottom TB is thick at the center of the trench bottom TB and thin at the peripheral edge. It is considered that the protective film H formed on the sidewall of the trench bottom TB suppresses the formation of the protective film H at the peripheral edge of the trench bottom TB.
上述のとおり、トレンチ底ＴＢの保護膜Ｈは、中央部よりも周縁部で薄いため、トレンチ底ＴＢの周縁部は、中央部よりも削られやすい。その結果、サブトレンチＳＴが形成されると考えられる。 As described above, since the protective film H on the trench bottom TB is thinner at the peripheral portion than at the central portion, the peripheral portion of the trench bottom TB is more easily scraped than the central portion. As a result, it is considered that the sub-trench ST is formed.
そこで、トレンチ底ラウンド化工程では、次の（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも１つを実施して、トレンチ底ＴＢをラウンド化する。
（Ａ）トレンチ形成工程よりもエッチングガスの流量を低減する。
（Ｂ）トレンチ形成工程よりも保護膜形成ガスの流量を増大する。
（Ｃ）トレンチ形成工程よりも、炭化珪素基板Ｋを冷却するための不活性ガスの圧力を低減する。
以下、（Ａ）〜（Ｃ）について説明する。
Therefore, in the trench bottom rounding step, at least one of the following (A) to (C) is performed to round the trench bottom TB.
(A) The flow rate of the etching gas is reduced as compared with the trench formation step.
(B) The flow rate of the protective film forming gas is increased as compared with the trench forming step.
(C) The pressure of the inert gas for cooling the silicon carbide substrate K is reduced as compared with the trench forming step.
Hereinafter, (A) to (C) will be described.
［（Ａ）について］
トレンチ形成工程よりも、エッチングガス（ＳＦ6）の流量を低減する。具体的には、ガス供給部２１から流れるエッチングガス（ＳＦ6）の流量を、図示しないバルブ等により、トレンチ形成工程時の流量よりも低減する。
[About (A)]
The flow rate of the etching gas (SF 6 ) is reduced as compared with the trench formation step. Specifically, the flow rate of the etching gas (SF 6 ) flowing from the gas supply unit 21 is reduced from the flow rate during the trench formation process by a valve or the like (not shown).
この場合、トレンチ形成工程時よりもエッチングガスによるエッチング能力が低下する。そのため、図３に示すとおり、トレンチＴの側壁に形成される保護膜Ｈがトレンチ形成工程時よりも厚くなる。その結果、トレンチ底ＴＢの周縁部に入射するはずのイオンは、保護膜Ｈに阻止される。そのため、フッ素イオンはトレンチ底ＴＢの中央部に集中して入射し、トレンチ底ＴＢをラウンド化する。後期エッチング工程でのエッチングガスの流量をＦ１（ｓｃｃｍ）、トレンチ底ラウンド化工程でのエッチングガスの流量をＦ２（ｓｃｃｍ）と仮定する。このとき、好ましいＦ２／Ｆ１は０．４５〜０．８５である。Ｆ２の好ましい下限値は５ｓｃｃｍである。 In this case, the etching ability with the etching gas is lower than that in the trench formation step. Therefore, as shown in FIG. 3, the protective film H formed on the side wall of the trench T becomes thicker than that in the trench formation step. As a result, ions that should enter the peripheral edge of the trench bottom TB are blocked by the protective film H. Therefore, the fluorine ions are concentrated and incident on the central portion of the trench bottom TB, and round the trench bottom TB. It is assumed that the flow rate of the etching gas in the latter etching process is F1 (sccm), and the flow rate of the etching gas in the trench bottom rounding process is F2 (sccm). At this time, preferable F2 / F1 is 0.45-0.85. A preferred lower limit of F2 is 5 sccm.
［（Ｂ）について］
トレンチ形成工程よりも保護膜形成ガスの流量を増大する。具体的には、保護膜形成ガスのうち、ガス供給部２２及び２３から流れる珪素含有ガス及び／又は酸素ガスの流量を、図示しないバルブ等により、トレンチ形成工程時の流量よりも増大する。
[About (B)]
The flow rate of the protective film forming gas is increased as compared with the trench forming step. Specifically, among the protective film forming gas, the flow rate of the silicon-containing gas and / or oxygen gas flowing from the gas supply units 22 and 23 is increased from the flow rate during the trench formation step by a valve (not shown).
この場合、上記（Ａ）と同様に、トレンチＴの側壁に形成される保護膜Ｈがトレンチ形成工程時よりも厚くなる。図３に示すとおり、トレンチ底ＴＢの周縁部に向かって進むフッ素イオンは、トレンチＴの側壁に形成された保護膜Ｈに阻止され、周縁部に到達しにくくなる。その結果、トレンチ底ＴＢがラウンド化する。後期エッチング工程での珪素含有ガスの流量をＦ３（ｓｃｃｍ）、トレンチ底ラウンド化工程での珪素含有ガスの流量をＦ４（ｓｃｃｍ）と仮定する。このとき、好ましいＦ４／Ｆ３は１．１０〜１．３５である。Ｆ４の好ましい上限値は４０ｓｃｃｍである。 In this case, as in (A) above, the protective film H formed on the sidewall of the trench T is thicker than in the trench formation step. As shown in FIG. 3, the fluorine ions traveling toward the peripheral edge of the trench bottom TB are blocked by the protective film H formed on the side wall of the trench T and do not easily reach the peripheral edge. As a result, the trench bottom TB is rounded. Assume that the flow rate of the silicon-containing gas in the later etching process is F3 (sccm), and the flow rate of the silicon-containing gas in the trench bottom rounding process is F4 (sccm). At this time, preferable F4 / F3 is 1.10 to 1.35. A preferable upper limit of F4 is 40 sccm.
後期エッチング工程での酸素ガスの流量をＦ５（ｓｃｃｍ）、トレンチ底ラウンド化工程での酸素ガスの流量をＦ６（ｓｃｃｍ）と仮定する。このとき、好ましいＦ６／Ｆ５は１〜１．３９である。Ｆ６の好ましい上限値は３０ｓｃｃｍである。 Assume that the flow rate of oxygen gas in the late etching process is F5 (sccm), and the flow rate of oxygen gas in the trench bottom rounding process is F6 (sccm). At this time, preferable F6 / F5 is 1-1.39. A preferable upper limit of F6 is 30 sccm.
［（Ｃ）について］
トレンチ形成工程よりも、炭化珪素基板Ｋの裏面に流す冷却用の不活性ガスの圧力を低減する。この場合、炭化珪素基板Ｋの温度が下降しにくくなる。
[About (C)]
The pressure of the inert gas for cooling that flows on the back surface of the silicon carbide substrate K is reduced as compared with the trench forming step. In this case, the temperature of silicon carbide substrate K is unlikely to decrease.
炭化珪素基板Ｋの温度が下降しにくくなれば、炭化珪素基板Ｋ中の珪素と炭素との結合が切れやすくなる。この場合、フッ素イオン及びラジカル種と、炭化珪素基板Ｋ中の珪素とが反応しやすくなる。その結果、トレンチ底ＴＢが等方的にエッチングされやすくなり、サブトレンチＳＴが生成されにくくなる。 If the temperature of silicon carbide substrate K is less likely to decrease, the bond between silicon and carbon in silicon carbide substrate K is likely to break. In this case, fluorine ions and radical species easily react with silicon in the silicon carbide substrate K. As a result, the trench bottom TB is easily etched isotropically, and the sub-trench ST is hardly generated.
上記（Ｃ）は、炭化珪素基板Ｋの面積が大きいほど、効果が大きいと考えられる。炭化珪素基板Ｋの面積が大きいほど、温度が低下しにくくなるからである。後期エッチング工程での冷却用の不活性ガスの圧力をＰ１（Ｐａ）、トレンチ底ラウンド化工程での冷却用不活性ガスの圧力をＰ２（Ｐａ）と仮定する。このとき、好ましいＰ２／Ｐ１は０〜１．８７である。好ましい圧力Ｐ２は０〜１５００Ｐａである。圧力Ｐ２のさらに好ましい下限は６００Ｐａであり、さらに好ましい上限は７００Ｐａである。 The above (C) is considered to be more effective as the area of the silicon carbide substrate K is larger. This is because the temperature is less likely to decrease as the area of silicon carbide substrate K increases. It is assumed that the pressure of the inert gas for cooling in the latter etching process is P1 (Pa), and the pressure of the inert gas for cooling in the trench bottom rounding process is P2 (Pa). At this time, P2 / P1 is preferably 0 to 1.87. A preferable pressure P2 is 0 to 1500 Pa. The more preferable lower limit of the pressure P2 is 600 Pa, and the more preferable upper limit is 700 Pa.
トレンチ底ラウンド化工程では、上記（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも１つ以上を実施する。したがって、（Ａ）〜（Ｃ）のいずれか１つのみを実施してもよいし、（Ａ）〜（Ｃ）の２つ以上を実施してもよい。 In the trench bottom rounding step, at least one of the above (A) to (C) is performed. Therefore, only one of (A) to (C) may be implemented, or two or more of (A) to (C) may be implemented.
トレンチ底ラウンド化工程を実施して、トレンチ底におけるサブトレンチの発生状況を調査した。 A trench bottom rounding process was performed to investigate the occurrence of sub-trench at the trench bottom.
［試験方法］
所定の複数の開口を有するエッチングマスクが形成された６インチの炭化珪素基板を複数準備した。エッチングマスクの各開口部の形状はいずれも同じとした。この炭化珪素基板を用いて、次の比較例１、本発明例１〜本発明例４を実施した。
[Test method]
A plurality of 6-inch silicon carbide substrates on which an etching mask having a plurality of predetermined openings was formed were prepared. The shape of each opening of the etching mask was the same. The following Comparative Example 1, Invention Example 1 to Invention Example 4 were carried out using this silicon carbide substrate.
［比較例１］
図１に示すエッチング装置を準備した。基台上に６インチの炭化珪素基板を配置した。その後、次の条件により、トレンチ形成工程（初期エッチング工程及び後期エッチング工程）を実施した。
[Comparative Example 1]
An etching apparatus shown in FIG. 1 was prepared. A 6-inch silicon carbide substrate was placed on the base. Thereafter, a trench formation process (an initial etching process and a late etching process) was performed under the following conditions.
具体的には、初めに、初期エッチング工程を実施した。初期エッチング工程では、ＳＦ6ガスを１１ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを１８ｓｃｃｍ、ＳｉＦ4ガスを３０ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍ流した。コイルの電力を１７５０Ｗとし、基台電力（Ｐｌａｔｅｎ電力）を７００Ｗとした。炭化珪素基板の冷却用のヘリウムガスの圧力を８００Ｐａとした。上述の条件で３分間エッチングを実施した。 Specifically, first, an initial etching step was performed. In the initial etching process, SF 6 gas was flowed at 11 sccm, O 2 gas at 18 sccm, SiF 4 gas at 30 sccm, and Ar gas at 50 sccm. The power of the coil was 1750 W, and the base power was 700 W. The pressure of helium gas for cooling the silicon carbide substrate was set to 800 Pa. Etching was performed for 3 minutes under the conditions described above.
次に、後期エッチング工程を実施した。後期エッチング工程では、基台電力を４００Ｗとした。その他の条件は、初期エッチング工程と同じにした。後期エッチング工程を４分間実施した。なお、予熱工程は実施しなかった。以上の工程により、炭化珪素基板を製造した。 Next, a late etching process was performed. In the latter etching process, the base power was set to 400W. Other conditions were the same as those in the initial etching process. The late etching process was carried out for 4 minutes. In addition, the preheating process was not implemented. A silicon carbide substrate was manufactured through the above steps.
［本発明例１］
比較例１と同様に、炭化珪素基板を基台上に配置し、トレンチ形成工程を実施した。本発明例１では、後期エッチング工程を３分間実施した。その他のエッチング条件は、比較例１と同じとした。
[Invention Example 1]
Similar to Comparative Example 1, a silicon carbide substrate was placed on the base and a trench formation step was performed. In Example 1 of the present invention, the late etching process was performed for 3 minutes. Other etching conditions were the same as those in Comparative Example 1.
本発明例１ではさらに、トレンチ底ラウンド化工程を実施した。具体的には、後期エッチング工程と比較して、ＳＦ6ガスの流量を低減し、９ｓｃｃｍとした。トレンチ底ラウンド化工程の実施時間は１分とした。トレンチ底ラウンド化工程のその他の条件は、後期エッチング工程と同じとした。 In Invention Example 1, a trench bottom rounding step was further performed. Specifically, the SF 6 gas flow rate was reduced to 9 sccm as compared with the latter etching step. The implementation time for the trench bottom rounding step was 1 minute. Other conditions for the trench bottom rounding step were the same as those for the late etching step.
［本発明例２］
比較例１と同様に、炭化珪素基板を基台上に配置し、トレンチ形成工程を実施した。トレンチ形成工程（初期エッチング工程及び後期エッチング工程）の条件は、本発明例１と同じにした。
[Invention Example 2]
Similar to Comparative Example 1, a silicon carbide substrate was placed on the base and a trench formation step was performed. The conditions of the trench formation process (initial etching process and late etching process) were the same as those of Example 1 of the present invention.
本発明例２ではさらに、トレンチ底ラウンド化工程を１分間実施した。具体的には、後期エッチング工程と比較して、Ｏ2ガスの流量を増加し、２０ｓｃｃｍとした。トレンチ底ラウンド化工程のその他の条件は、後期エッチング工程と同じとした。 In Invention Example 2, the trench bottom rounding step was further performed for 1 minute. Specifically, the O 2 gas flow rate was increased to 20 sccm as compared with the latter etching step. Other conditions for the trench bottom rounding step were the same as those for the late etching step.
［本発明例３］
比較例１と同様に、炭化珪素基板を基台上に配置し、トレンチ形成工程を実施した。トレンチ形成工程（初期エッチング工程及び後期エッチング工程）の条件は、本発明例１と同じにした。
[Invention Example 3]
Similar to Comparative Example 1, a silicon carbide substrate was placed on the base and a trench formation step was performed. The conditions of the trench formation process (initial etching process and late etching process) were the same as those of Example 1 of the present invention.
本発明例３ではさらに、トレンチ底ラウンド化工程を１分間実施した。具体的には、後期エッチング工程と比較して、ＳｉＦ4ガスの流量を増大し、３５ｓｃｃｍとした。トレンチ底ラウンド化工程のその他の条件は、後期エッチング工程と同じとした。 In Invention Example 3, the trench bottom rounding step was further performed for 1 minute. Specifically, the flow rate of SiF 4 gas was increased to 35 sccm as compared with the latter etching step. Other conditions for the trench bottom rounding step were the same as those for the late etching step.
［本発明例４］
比較例１と同様に、炭化珪素基板を基台上に配置し、トレンチ形成工程を実施した。トレンチ形成工程（初期エッチング工程及び後期エッチング工程）の条件は、本発明例１と同じにした。
[Invention Example 4]
Similar to Comparative Example 1, a silicon carbide substrate was placed on the base and a trench formation step was performed. The conditions of the trench formation process (initial etching process and late etching process) were the same as those of Example 1 of the present invention.
本発明例４ではさらに、トレンチ底ラウンド化工程を１分間実施した。具体的には、後期エッチング工程と比較して、Ｈｅガスの圧力を低減し、６５０Ｐａとした。トレンチ底ラウンド化工程のその他の条件は、後期エッチング工程と同じとした。 In Invention Example 4, the trench bottom rounding step was further performed for 1 minute. Specifically, the He gas pressure was reduced to 650 Pa as compared with the latter etching step. Other conditions for the trench bottom rounding step were the same as those for the late etching step.
さらに、所定の開口を有するエッチングマスクが形成された３インチの炭化珪素基板を複数準備した。エッチングマスクの各開口部の形状はいずれも、６インチの炭化珪素基板の場合と同じとした。この炭化珪素基板を用いて、次の比較例２、本発明例５及び本発明例６を実施した。 Further, a plurality of 3-inch silicon carbide substrates on which an etching mask having a predetermined opening was formed were prepared. The shape of each opening of the etching mask was the same as that of the 6-inch silicon carbide substrate. The following Comparative Example 2, Invention Example 5 and Invention Example 6 were carried out using this silicon carbide substrate.
［比較例２］
図１に示すエッチング装置を準備した。基台上に３インチの炭化珪素基板を配置した。その後、次の条件により、トレンチ形成工程を実施した。トレンチ形成工程（初期及び後期エッチング工程）の条件は、比較例１と同じとした。以上の工程により、炭化珪素基板を製造した。なお、本例においても予熱工程を実施しなかった。
[Comparative Example 2]
An etching apparatus shown in FIG. 1 was prepared. A 3-inch silicon carbide substrate was placed on the base. Then, the trench formation process was implemented on the following conditions. The conditions for the trench formation step (initial and late etching steps) were the same as those in Comparative Example 1. A silicon carbide substrate was manufactured through the above steps. In addition, the preheating process was not implemented also in this example.
［本発明例５］
比較例２と同様に、炭化珪素基板を基台上に配置し、トレンチ形成工程を実施した。本発明例５では、後期エッチング工程を３分間実施した。
[Invention Example 5]
Similar to Comparative Example 2, a silicon carbide substrate was placed on the base and a trench formation step was performed. In Example 5 of the present invention, the late etching process was performed for 3 minutes.
本発明例５ではさらに、トレンチ底ラウンド化工程を実施した。具体的には、後期エッチング工程と比較して、Ｏ2ガスの流量を増加し、２０ｓｃｃｍとした。トレンチ底ラウンド化工程の実施時間は１分とした。トレンチ底ラウンド化工程のその他の条件は、後期エッチング工程と同じとした。 In Invention Example 5, a trench bottom rounding step was further performed. Specifically, the O 2 gas flow rate was increased to 20 sccm as compared with the latter etching step. The implementation time for the trench bottom rounding step was 1 minute. Other conditions for the trench bottom rounding step were the same as those for the late etching step.
［本発明例６］
比較例２と同様に、炭化珪素基板を基台上に配置し、トレンチ形成工程を実施した。本発明例５では、後期エッチング工程を３分間実施した。
[Invention Example 6]
Similar to Comparative Example 2, a silicon carbide substrate was placed on the base and a trench formation step was performed. In Example 5 of the present invention, the late etching process was performed for 3 minutes.
本発明例６ではさらに、トレンチ底ラウンド化工程を１分間実施した。具体的には、後期エッチング工程と比較して、Ｈｅガスの圧力を低減し、６５０Ｐａとした。トレンチ底ラウンド化工程のその他の条件は、後期エッチング工程と同じとした。 In Invention Example 6, the trench bottom rounding step was further performed for 1 minute. Specifically, the He gas pressure was reduced to 650 Pa as compared with the latter etching step. Other conditions for the trench bottom rounding step were the same as those for the late etching step.
［評価方法］
本発明例１〜６、比較例１及び比較例２の各々の炭化珪素基板で形成された４つのトレンチを選択した。そして、トレンチ底部のラウンド度を測定した。
[Evaluation method]
Four trenches formed of the silicon carbide substrates of Invention Examples 1 to 6, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were selected. And the round degree of the trench bottom part was measured.
ラウンド度は次の方法で測定した。トレンチの配列方向に沿って炭化珪素基板を切断した。切断された炭化珪素基板のＳＥＭ画像の一例を図６に示す。 The roundness was measured by the following method. The silicon carbide substrate was cut along the direction of arrangement of the trenches. An example of the SEM image of the cut silicon carbide substrate is shown in FIG.
切断面の４つのトレンチの各々に対して、ラウンド度を測定した。具体的には、図７を参照して、炭化珪素基板の断面において、トレンチの側壁の下端同士を線分ＳＬで結んだ。そして、トレンチ底ＴＢのうち、線分ＳＬとの距離の最大値ＭＬを測定した。トレンチ底ＴＢが線分ＳＬよりも下方である場合、最大値ＭＬをプラス（＋）とした。一方、トレンチ底ＴＢが線分ＳＬよりも上方である場合、最大値ＭＬをマイナス（−）とした。 The roundness was measured for each of the four trenches on the cut surface. Specifically, referring to FIG. 7, in the cross section of the silicon carbide substrate, the lower ends of the sidewalls of the trench are connected by line segment SL. And maximum value ML of distance with line segment SL among trench bottom TB was measured. When the trench bottom TB is below the line segment SL, the maximum value ML is defined as plus (+). On the other hand, when the trench bottom TB is above the line segment SL, the maximum value ML is set to minus (−).
測定された４つの最大値ＭＬの平均を、対応する例（比較例、本発明例）のラウンド度（μｍ）と定義した。 The average of the four maximum values ML measured was defined as the round degree (μm) of the corresponding example (comparative example, example of the present invention).
［試験結果］
表１に測定結果を示す。
[Test results]
Table 1 shows the measurement results.
表１を参照して、本発明例１〜４では、比較例１と比較して、ラウンド度がいずれも大きくなった。つまり、本発明例１〜４では、トレンチ底ラウンド化工程が実施されたため、比較例１と比較して、トレンチ底がラウンド化され、サブトレンチの発生が抑制された。 Referring to Table 1, in the inventive examples 1 to 4, the roundness was higher than that of the comparative example 1. That is, in the inventive examples 1 to 4, since the trench bottom rounding step was performed, the bottom of the trench was rounded compared to the comparative example 1, and the occurrence of sub-trench was suppressed.
同様に、本発明例５及び６では、トレンチ底ラウンド化工程が実施されたため、比較例２と比較して、トレンチ底がラウンド化され、サブトレンチの発生が抑制された。 Similarly, in Invention Examples 5 and 6, since the trench bottom rounding process was performed, the bottom of the trench was rounded compared to Comparative Example 2, and the occurrence of sub-trench was suppressed.
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。したがって、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。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
１ エッチング装置
１５ 基台
２１〜２４，５２ ガス供給部
５０ 基台冷却装置
Ｈ 保護膜
Ｋ 炭化珪素基板
Ｍ エッチングマスク
Ｔ トレンチ
ＳＴ サブトレンチ
ＴＢ トレンチ底
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Etching device 15 Base 21-24,52 Gas supply part 50 Base cooling device H Protective film K Silicon carbide substrate M Etching mask T Trench ST Subtrench TB Trench bottom
Claims (3)
前記処理チャンバ内で、フッ素を含有するエッチングガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化し、さらに、前記基台の表面から前記炭化珪素基板の裏面に向かって不活性ガスを流しながら、前記炭化珪素基板をエッチングしてトレンチを形成する形成工程と、
前記トレンチを形成した後、次の（Ａ）〜（Ｃ）の少なくも１つを実施して前記トレンチの底をエッチングする工程とを備える、炭化珪素半導体素子の製造方法。
（Ａ）前記トレンチを形成する工程よりも前記エッチングガスの流量を低減する。
（Ｂ）前記トレンチを形成する工程よりも前記保護膜形成ガスの流量を増大する。
（Ｃ）前記トレンチを形成する工程よりも前記不活性ガスの圧力を低減する。 Disposing a silicon carbide substrate on which an etching mask is formed on a base in a processing chamber;
In the processing chamber, the etching gas containing fluorine and the protective film forming gas are turned into plasma, and further the inert gas is allowed to flow from the surface of the base toward the back surface of the silicon carbide substrate. Forming a trench by etching;
And a step of etching at least one of the following (A) to (C) and etching the bottom of the trench after forming the trench.
(A) The flow rate of the etching gas is reduced as compared with the step of forming the trench.
(B) The flow rate of the protective film forming gas is increased as compared with the step of forming the trench.
(C) The pressure of the inert gas is reduced as compared with the step of forming the trench.
前記保護膜形成ガスは、酸素ガスと、珪素含有ガスとを含有し、
前記（Ｂ）を実施する場合、前記酸素ガス及び前記珪素含有ガスの少なくとも１種の流量を増大する、炭化珪素半導体素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device according to claim 1,
The protective film forming gas contains an oxygen gas and a silicon-containing gas,
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element, wherein, when performing (B), the flow rate of at least one of the oxygen gas and the silicon-containing gas is increased.
前記トレンチを形成する工程では、
第１の電力を前記基台に印加して、前記炭化珪素基板をエッチングする初期エッチング工程と、
初期エッチング工程の後、第１の電力よりも低い第２の電力を前記基台に印加して、前記炭化珪素基板をエッチングする後期エッチング工程とを備える、炭化珪素半導体素子の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to claim 1 or 2, wherein
In the step of forming the trench,
An initial etching step of applying a first power to the base to etch the silicon carbide substrate;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: a second etching step of etching the silicon carbide substrate by applying a second power lower than a first power to the base after the initial etching step.
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