特開 2024-7355 ＳｉＣ半導体におけるトレンチプロファイル角度の制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007355

(43)【公開日】2024-01-18

(54)【発明の名称】ＳｉＣ半導体におけるトレンチプロファイル角度の制御

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240110BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【審査請求】未請求

【請求項の数】25

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095842

(22)【出願日】2023-06-09

(31)【優先権主張番号】2209674.7

(32)【優先日】2022-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(71)【出願人】

【識別番号】512221197

【氏名又は名称】エスピーティーエス テクノロジーズ リミティド

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アシュラフ フーマ

(72)【発明者】

【氏名】リドル ケヴィン

(72)【発明者】

【氏名】クルート アレックス

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA09

5F004BB13

5F004BB18

5F004CA02

5F004CA03

5F004CA04

5F004CA06

5F004DA00

5F004DA04

5F004DA13

5F004DA18

5F004DA23

5F004DA26

5F004DB19

5F004EA06

5F004EB04

(57)【要約】

【課題】炭化ケイ素半導体をプラズマエッチングして、確立されたＳｉＦ_６／Ｏ_２エッチングプロセスと比較してエッチング速度を低下させることなくフィーチャ内のテーパの微調整を可能にするフィーチャを形成する改善された方法を提供する。
【解決手段】方法は、チャンバ内の基板支持体上にマスクが形成された基板を提供するステップであって、前記マスクは開口部を有し、前記基板は炭化ケイ素から形成されるステップと、プラズマエッチングステップを実行して、前記開口部を通して前記基板を異方性エッチングしてフィーチャを生成するステップとを備える。プラズマエッチングステップは、少なくとも１つのフッ素含有成分および塩素ガスを含むエッチャントガス混合物からプラズマを生成することを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化ケイ素半導体基板をプラズマエッチングしてフィーチャを形成する方法であって、
チャンバ内の基板支持体上にマスクが形成された基板を提供するステップであって、前記マスクは開口部を有し、前記基板は炭化ケイ素から形成されるステップと、
プラズマエッチングステップを実行して、前記開口部を通して前記基板を異方性エッチングしてフィーチャを生成するステップと、
を備え、
前記プラズマエッチングステップは、少なくとも１つのフッ素含有成分および塩素ガスを含むエッチャントガス混合物からプラズマを生成することを含む、方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つのフッ素含有成分は、ＳＦ_６、ＳｉＦ_４又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つのフッ素含有成分は、ＳＦ_６およびＳｉＦ_４の両方を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記エッチャントガス混合物は、ＳｉＣｌ_４をさらに含むことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

前記エッチャントガス混合物は、酸素含有成分をさらに含むことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記酸素含有成分は、Ｏ_２ガスであることを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記少なくとも１つのフッ素含有成分、前記塩素ガス、および存在する場合には前記ＳｉＣｌ_４および前記酸素含有成分の各々の流量は、最大で１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記ＳＦ_６の流量は３０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであり、および／または前記ＳｉＦ_４の流量は２０ｓｃｃｍ～９８ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項２に従属する請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記ＳｉＣｌ_４の流量は、５ｓｃｃｍ～９５ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項４に従属する請求項７または請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記酸素含有成分の流量は、５ｓｃｃｍ～９５ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項５に従属する請求項７～９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

前記酸素含有成分の流量は、５０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記エッチャントガス混合物は、不活性ガス成分をさらに含むことを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の方法。

【請求項13】

前記不活性ガス成分は、アルゴンであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記不活性ガス成分の流量は、５００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記不活性ガス成分の流量は、３００ｓｃｃｍ以上であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記プラズマエッチングステップは、プラズマに８００Ｗ～２５００Ｗの電力を供給するプラズマ源を用いて行うことを特徴とする請求項１～１５のいずれかに記載の方法。

【請求項17】

７００Ｗ～１４００Ｗの電力が、前記プラズマエッチングステップ中に前記基板支持体に印加されることを特徴とする請求項１～１６のいずれかに記載の方法。

【請求項18】

前記基板支持体は、１０°Ｃ～３０°Ｃの温度に維持されることを特徴とする請求項１～１７のいずれかに記載の方法。

【請求項19】

前記基板支持体は、約２０°Ｃの温度に維持されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記チャンバ内の圧力は、２ｍＴｏｒｒ（０．２６７Ｐａ）～２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）であることを特徴とする請求項１～１９のいずれかに記載の方法。

【請求項21】

前記チャンバを５５°Ｃの温度に冷却することを特徴とする請求項１～２０のいずれかに記載の方法。

【請求項22】

請求項１～２１のいずれかに記載の方法を用いて前記基板をプラズマエッチングしてフィーチャを形成するプラズマエッチング装置であって、
チャンバと、
基板支持体は、その上に基板を支持するために前記チャンバ内に配置される基板支持体と、
ある流量でガスまたはガス混合物をチャンバに導入するための少なくとも１つのガス入口と、
前記チャンバ内でプラズマを維持するためのプラズマ生成手段と、
前記基板支持体に電気バイアス電力を供給するための電源と、
少なくとも１つのフッ素含有成分および塩素ガスを含むエッチャントガス混合物からプラズマを生成するようにプラズマエッチング装置を動作させるように構成されたコントローラと、
を備えるプラズマエッチング装置。

【請求項23】

前記少なくとも１つのガス入口は、前記少なくとも１つのフッ素含有成分を前記チャンバ内に導入するための第１のガス入口と、前記塩素ガスを前記チャンバ内に導入するための第２のガス入口とを備え、前記コントローラは、前記チャンバ内に前記少なくとも１つのフッ素含有成分および前記塩素ガスを含むエッチャントガス混合物を形成し、前記エッチャントガス混合物からプラズマを生成するように構成されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。

【請求項24】

前記少なくとも１つのガス入口は、ＳｉＦ_４を前記チャンバ内に導入するための第３のガス入口と、ＳｉＣｌ_４を前記チャンバ内に導入するための第４のガス入口とを備え、前記コントローラは、前記チャンバ内に前記ＳｉＦ_４、前記塩素ガスおよび前記ＳｉＣｌ_４を含み得る少なくとも１つのフッ素含有成分を含むエッチャントガス混合物を形成し、前記エッチャントガス混合物からプラズマを生成するように構成されることを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の装置。

【請求項25】

前記少なくとも１つのガス入口は、酸素含有成分を前記チャンバ内に導入するための第５のガス入口と、不活性ガス成分を前記チャンバ内に導入するための第６のガス入口とを備え、前記コントローラは、前記チャンバ内に前記少なくとも１つのフッ素含有成分、前記塩素ガス、前記酸素含有成分、及び前記不活性ガス成分を含むエッチャントガス混合物を形成するように構成され、前記エッチャントガス混合物からプラズマを生成するように構成されることを特徴とする請求項２２～２４のいずれかに記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化ケイ素半導体基板をプラズマエッチングする方法に関する。本発明はまた、プラズマエッチング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、約２．２ＭＶ／ｃｍの非常に高い降伏電圧をサポートすることができる広帯域ギャップ（４Ｈ－ＳｉＣでは３．２８ｅＶ）半導体であり、これは、純粋なシリコンの熱伝導率の２倍を超える純粋なシリコンの降伏電圧の約７倍。ＳｉＣは、確立されたＳｉ ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）技術を上回る熱的および周波数的利益により、電気自動車、インバータ、ならびにエネルギー貯蔵および伝送のためのバッテリ充電器などの高出力、高周波用途において広く使用されている。

【0003】

ＳｉＣデバイス、ＭＯＳＦＥＴ、ショットキーダイオード、またはＭＥＭＳベースの構造を製造するために、比較的不活性なＳｉＣ材料は、マスクを用いてパターニングされる必要があり、典型的には、異方性プラズマエッチングプロセスを使用してエッチングされる。マスクは、金属、例えばＮｉ、ＩＴＯなどの金属ベース、または誘電体ＳｉＯ_２もしくはＳｉＮのいずれかとすることができる。米国特許出願公開第２０１６／０１６３８５号に開示されるように、ＳｉＣ表面のトレンチをエッチングするとき、しばしば、水平に対して８５～９０°の範囲の明確なテーパを生成する必要がある。図１Ｂに示されるように、「正の」テーパ（９０°未満）は、ＰＥ－ＣＶＤ、ＣＶＤまたはＰＶＤ堆積ステップなどの後続のプロセスにおいて、トレンチのコーティングおよび充填をあまり要求しないものにするだけでなく、フィーチャをＳｉＣマトリックス中の結晶面に整列させることによって、デバイスの電気的性能にも影響を及ぼし得る。

【0004】

ドライエッチングされた炭化ケイ素トレンチは、幅１～１０μｍ、深さ１～１０μｍとすることができ、プラズマエッチング後に平坦または丸みを帯びたベースを有することができる。ポストエッチングは、高温Ｈ_２アニーリングプロセスの使用を通じてベースを丸めることが可能である。

【0005】

従来、ヘキサフッ化硫黄（ＳＦ_６）は、ＳｉＣを高いエッチング速度でプラズマエッチングするために使用される主ガスであり、６００ｎｍ／分と１０００ｎｍ／分の間のエッチング速度が達成可能である。典型的には、ＳＦ_６は、ＨｅまたはＡｒおよびＯ_２と組み合わされる。ＳｉＣの強力な結合を破壊するのに必要とされる高出力および低圧と、トレンチベースコーナーにおける二次トレンチの形成である「マイクロトレンチ形成」との両方により、エッチングされたトレンチの側壁プロファイルは、図１Ａに示すように「リエントラント」プロファイル（すなわち、９０°より大きい側壁テーパである）を有することができる。これは、従来のフッ素ベースのエッチング化学物質の使用のためのプロセスウィンドウを制約する。

【0006】

フッ素系エッチング化学の欠点を克服するために、以前の試みがなされてきた。例えば、Ｆ．Ａ．Ｋｈａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， １４９ （７） Ｇ４２０－Ｇ４２３（２００２）による「Ｃｌ_２ベースのプラズマ中の炭化ケイ素の低損傷エッチング」は、ＳＦ_６とＢＣｌ_３またはＨＣｌとのエッチング混合物を使用してＳｉＣ基板中のビアをエッチングすることを試みた。しかしながら、これらのエッチング混合物で達成可能なエッチング速度は、標準的なＳＦ_６エッチング化学よりも低かった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１６／０１６３８５号

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】F.A.Khan et al.,Journal of The Electrochemical Society, 149 (7) G420-G423(2002)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

したがって、当技術分野では、炭化ケイ素半導体をプラズマエッチングして、確立されたＳｉＦ_６／Ｏ_２エッチングプロセスと比較してエッチング速度を低下させることなくフィーチャ内のテーパの微調整を可能にするフィーチャを形成する改善された方法を提供する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、その実施形態の少なくともいくつかにおいて、上記の問題、要望およびニーズに対処しようとするものである。

【0011】

本発明の第１の実施形態によれば、炭化ケイ素半導体基板をプラズマエッチングしてフィーチャを形成する方法は、チャンバ内の基板支持体上にマスクが形成された基板を提供するステップであって、マスクは開口部を有し、基板は炭化ケイ素から形成されるステップと、プラズマエッチングステップを実行して、開口部を通して基板を異方性エッチングしてフィーチャを生成するステップとを含み、プラズマエッチングステップは、少なくとも１つのフッ素含有成分および塩素ガスを含むエッチャントガス混合物からプラズマを生成することを含む。

【0012】

本発明者らは、エッチャントガス混合物中の少なくとも１つのフッ素含有成分および塩素ガスの組み合わせが、エッチング速度および選択性などの他のエッチング特性を犠牲にすることなく、フィーチャのテーパの微調整を可能にすることを見出した。

【0013】

少なくとも１つのフッ素含有成分は、ＳＦ_６、ＳｉＦ_４またはそれらの組み合わせを含むことができる。エッチャントガス混合物はＳｉＣｌ_４をさらに含むことができる。

【0014】

エッチャントガス混合物は、酸素含有成分をさらに含むことができる。酸素含有成分は、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｎ_２Ｏおよび／またはＯ_３を含むことができる。酸素含有成分はＯ_２ガスとすることができる。

【0015】

少なくとも１つのフッ素含有成分、塩素ガス、および存在する場合にはＳｉＣｌ_４および酸素含有成分の各々の流量は、最大で１００ｓｃｃｍであり得る。ＳＦ_６が存在する場合、流量は３０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍであり得る。ＳｉＦ_４が存在する場合、流量は２０ｓｃｃｍ～９８ｓｃｃｍであり得る。ＳｉＣｌ_４が存在する場合、流量は５ｓｃｃｍ～９５ｓｃｃｍであり得る。存在する場合、酸素含有成分の流量は、５ｓｃｃｍ～９５ｓｃｃｍ、任意選択で５０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍであり得る。

【0016】

エッチャントガス混合物は、不活性ガス成分をさらに含むことができる。不活性ガス成分は、ヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）であり得る。不活性ガス成分はアルゴンからなることができる。存在する場合、不活性ガス成分の流量は、最大で５００ｓｃｃｍであり得る。存在する場合、不活性ガス成分の流量は、少なくとも３００ｓｃｃｍであり得る。

【0017】

エッチャントガス混合物は、少なくとも１つのフッ素含有成分、塩素ガス、ＳｉＣｌ_４、酸素含有成分および不活性ガス成分からなることができる。エッチングガス混合物は、ＳＦ_６、ＳｉＦ_４、塩素ガス、ＳｉＣｌ_４、Ｏ_２、およびＡｒからなることができる。

【0018】

プラズマエッチングステップは、フッ素含有成分を変更するために、フッ素含有成分流量および塩素含有成分流量を変更するステップを含むことができる：塩素含有成分比により、フィーチャのプロファイル角度が変化する。プラズマエッチングステップは、フッ素含有成分を変更するために、ＳＦ_６流量およびＣｌ_２流量を設定し、ＳｉＦ_４流量およびＳｉＣｌ_４流量を変更するステップを含むことができる：塩素含有成分比により、フィーチャのプロファイル角度が変化する。フッ素含有成分：塩素含有成分比は、プラズマエッチングステップの持続時間中、一定に保つことができる。あるいは、フッ素含有成分：塩素含有成分比は、プラズマエッチングステップの持続時間中に変更することができる。

【0019】

プラズマエッチングステップは、プラズマに８００Ｗ～２５００Ｗの電力を供給するプラズマ源を用いて行うことができる。プラズマ源は、２２００Ｗの電力をプラズマに供給することができる。７００Ｗ～１４００Ｗの電力を、プラズマエッチングステップ中に基板支持体に印加することができる。プラズマエッチングステップ中に基板支持体に印加される電力は、約１３００Ｗとすることができる。二次エッチングプロセス中に基板に印加される電力は、ＲＦバイアス電力とすることができる。

【0020】

基板支持体は、１０°Ｃ～３０°Ｃの温度に維持することができる。基板支持体は、約２０°Ｃの温度に維持することができる。チャンバを５５°Ｃの温度に冷却することができる。チャンバは水冷によって冷却することができる。

【0021】

チャンバ内の圧力は、２ｍＴｏｒｒ（０．２６７Ｐａ）～２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）とすることができる。チャンバ内の圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）とすることができる。

【0022】

マスクは、無機誘電体マスクなどのハードマスクであり得る。マスクは、ＳｉＯ_２またはＳｉＮなどのシリコン含有成分を含むことができる。マスクはＳｉＯ_２を含むことができる。

【0023】

プラズマエッチングステップで生成されるプラズマは、誘導結合プラズマとすることができる。プラズマエッチングステップは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置を用いて実行することができる。

【0024】

基板は、キャリアウェハ上に堆積されたエピタキシャル炭化ケイ素の少なくとも１つの層とすることができる。キャリアウェハは、炭化ケイ素で形成することができる。

【0025】

本発明の第２の実施形態によれば、本発明の第１の実施形態による方法を使用して基板をプラズマエッチングしてフィーチャを形成するためのプラズマエッチング装置は、チャンバと、その上に基板を支持するためにチャンバ内に配置される基板支持体と、ある流量でガスまたはガス混合物をチャンバに導入するための少なくとも１つのガス入口と、チャンバ内でプラズマを維持するためのプラズマ生成手段と、基板支持体に電気バイアス電力を供給するための電源と、少なくとも１つのフッ素含有成分および塩素ガスを含むエッチャントガス混合物からプラズマを生成するようにプラズマエッチング装置を動作させるように構成されたコントローラを備える。

【0026】

少なくとも１つのガス入口は、少なくとも１つのフッ素含有成分をチャンバに導入するための第１のガス入口と、塩素ガスをチャンバに導入するための第２のガス入口とを備えることができ、コントローラは、チャンバ内で少なくとも１つのフッ素含有成分および塩素ガスを含むエッチャントガス混合物を形成し、エッチャントガス混合物からプラズマを生成するように構成することができる。

【0027】

少なくとも１つのガス入口は、ＳｉＦ_４をチャンバ内に導入するための第３のガス入口と、ＳｉＣｌ_４をチャンバ内に導入するための第４のガス入口とを備えることができ、コントローラは、チャンバ内にＳｉＦ_４、塩素ガスおよびＳｉＣｌ_４を含むことができる少なくとも１つのフッ素含有成分を含むエッチャントガス混合物を形成し、エッチャントガス混合物からプラズマを生成するように構成することができる。

【0028】

少なくとも１つのガス入口は、チャンバ内に酸素含有成分を導入するための第５のガス入口と、チャンバ内に不活性ガス成分を導入するための第６のガス入口とを備えることができ、コントローラは、チャンバ内に少なくとも１つのフッ素含有成分、塩素ガス、酸素含有成分及び不活性ガス成分を含むエッチャントガス混合物を形成し、エッチャントガス混合物からプラズマを生成するように構成することができる。

【0029】

第１のガス入口～第６のガス入口の各々は、他のガス入口のうちの少なくとも１つと同じとすることができる。

【0030】

本明細書において「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および同様の用語に言及するときはいつでも、本発明はまた、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」および「本質的にからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」などのより限定的な用語を含むと理解される。

【0031】

以上、本発明を説明したが、本発明は、上記または以下の説明、図面または特許請求の範囲に記載の特徴の任意の発明的組み合わせにまで及ぶ。例えば、本発明の第１の実施形態に関連して開示された任意の特徴は、本発明の第２の実施形態の任意の特徴と組み合わせることができ、逆もまた同様である。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】ａ）リエントラントテーパーおよびｂ）ポジティブテーパーを有する特徴の断面概略図である。

【図2】本発明の第１の実施形態による方法を実施するのに適した本発明の第２の実施形態によるプラズマエッチング装置である。

【図3】本発明の第１の実施形態による方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図２は、本発明の第１の実施形態による方法を実施するのに適した本発明の第２の実施形態によるプラズマエッチング装置２０の概略図を示す。基板のプラズマエッチングは、適切なプラズマエッチング装置を使用して実行される。プラズマエッチング装置は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置とすることができる。しかしながら、エッチングは、ヘリコン、ＲＩＥまたはマイクロ波型装置などの他のプラズマエッチングシステムを使用して実行することもできる。そのようなプラズマエッチング装置内でプラズマを生成する動作は、当技術分野において周知であり、本発明の理解のために必要な場合を除き、ここでは説明しない。

【0034】

本発明の方法を実施するのに適したプラズマエッチングツールは、ＳＰＴＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ｎｅｗｐｏｒｔ，ＵＫ）から入手可能なＯｍｅｇａ（商標）Ｓｙｎａｐｓｅ（商標）ＩＣＰエッチングシステムである。プラズマエッチング装置２０は、典型的には、基板を支持するためのチャンバ２３内に配置された、ウェハ支持体としても知られる基板支持体（またはプラテン）２２を備える。バイアス電力は、インピーダンス整合ネットワーク（図示せず）および電極２５２を介してＲＦ電源２５０によって基板に供給することができる。ＲＦ電源の動作のための典型的なＲＦ周波数は、約３８０ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚであり得る。プロセスガスは、１つ以上のガス入口２５、２６を介してチャンバ２３に導入することができる。一実施形態では、少なくとも６つのガス入口２６が存在し得る。しかし、図示の実施形態では、２つのガス入口２５、２６が設けられ、プラズマが生成されるガスは、２つのガス入口２５、２６を通ってチャンバ２３に導入される。誘導コイルなどのプラズマ生成手段２８は、当技術分野で知られているように、チャンバ２３内でプラズマを生成し、維持するために使用することができる（例えば、ＲＦ電源およびインピーダンス整合ネットワークを使用する）。図示の実施形態では、プラズマ生成手段は、ハウジング２９内に収容されたＲＦ誘導コイル２８である。ガスは、ポンピングポート２７を介してチャンバ２３から除去することができる。また、本明細書に記載のプロセスシーケンスを実行するように装置を制御するように構成されたコントローラ（図示せず）も提供される。

【0035】

本発明の第１の実施形態による例示的な方法を、図１および図３と組み合わせて説明する。例示的な方法では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体基板３０をエッチングしてフィーチャを形成する。例示的な方法では、フィーチャはトレンチであり、基板３０は、１５０ｍｍの炭化ケイ素キャリアウェハ上に堆積された層の形態のエピタキシャル炭化ケイ素である。例示的な方法では、エピタキシャル炭化ケイ素の層は約１μｍの厚さである。しかしながら、本発明の第１の実施形態の方法において、他のフィーチャ（特徴）を形成することができる。他のウェハサイズ、例えば７５ｍｍ～２００ｍｍ、エピタキシャル炭化ケイ素および異なるキャリアウェハの他の厚さも、本発明の第１の実施形態の方法において使用することができる。以下に述べるパラメータは、１５０ｍｍのＳｉＣウェハ上のエピタキシャルＳｉＣの１μｍの厚さの層のエッチングに使用されるパラメータであるが、当技術分野で公知の方法でウェハのサイズに応じて変更することができる。基板３０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層または他の適切なマスク層などのパターン形成されたマスク層３２を含む。マスク層３２は、典型的には、エピタキシャル炭化ケイ素層よりもプラズマエッチング条件に対して耐性がある。

【0036】

第１のステップ１０１であって、エッチングされる基板３０は、エッチングされる面を上向きにして、プラズマエッチング装置２０内の基板支持体２２上に位置決めされる。プラズマエッチングの前に基板３０を準備するために、例えばマスク層３２の開放領域から不要な材料を除去するために、プリエッチングを任意に実行することができる。

【0037】

第２のステップ１０２では、プラズマエッチングステップを実行してＳｉＣ基板３０を選択的にエッチングし、トレンチ構造を形成する。数字３４ｂは、図１Ｂに図示されるようなフィーチャを表す。プラズマエッチングステップは、マスク層３２によって覆われていない基板３０の領域において基板３０を異方性エッチングする。プラズマエッチングステップ中に、プラテン２２にバイアス電力が印加される。例えば、プラテンに印加されるバイアス電力は、約７００Ｗ～約１４００Ｗの範囲、任意選択で約１３００Ｗとすることができる。これは、（トレンチの側壁３８ｂよりもむしろ）トレンチ３４ｂの基部３６ｂが優先的にエッチングされるように、プラズマ中の種（例えば、イオン）に指向性を付与するのに役立つ。

【0038】

プラズマを生成するために使用されるエッチングガス混合物は、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、Ｏ_２およびＡｒガスからなる。ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、Ｏ_２の流量はそれぞれ１００ｓｃｃｍ以下である。ＳＦ_６流量は３０ｓｃｃｍ～６０ｓｃｃｍとすることができ、ＳｉＦ_４流量は２０ｓｃｃｍ～９８ｓｃｃｍとすることができ、ＳｉＣｌ_４流量は５ｓｃｃｍ～９５ｓｃｃｍとすることができ、Ｏ_２流量は５ｓｃｃｍ～９５ｓｃｃｍとすることができ、任意に５０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍとすることができる。Ａｒ流量は、３００ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍとすることができる。

【0039】

本発明者らは、Ｆ：Ｃｌ流量比を制御することにより、結果として得られるトレンチプロファイル角度は、エッチング速度および選択性などの所望のエッチング特性を維持しながら変更することができることを見出した。エッチング速度を維持しながら、結果として生じるトレンチプロファイル角度を変更する最も効果的な手段の１つは、ＳＦ_６およびＣｌ_２の流量を設定値に維持し、全体的なＦ：Ｃｌ比を変更する手段としてＳｉＦ_４およびＳｉＣｌ_４の流量を変更することによるものである。最小ＳＦ_６およびＣｌ_２流量を維持することによって、プラズマエッチングステップのエッチング速度および選択性が維持されるが、ＳｉＦ_４およびＳｉＣｌ_４流量を変更することで、結果として生じるトレンチプロファイル角度を微調整することができる。例えば、ＳｉＣｌ_４流量を低下させ、ＳｉＦ_４流量を上昇させることで、プロファイル角度を増大させる（９０°に向かって増大させる）ことができ、一方、ＳｉＣｌ_４流量を上昇させ、ＳｉＦ_４流量を低下させることで、プロファイル角度を減少させる（９０°から減少させる）ことができる。

【0040】

Ｆ：Ｃｌの比は、プラズマエッチングステップを通して一定に保つことができる。あるいはであって、Ｆ：Ｃｌ比は、プラズマエッチングステップ中に変更することができる。Ｆ：Ｃｌ比を変化させることにより、得られるトレンチのテーパを動的に変化させることができ、エッチングが進行するにつれてテーパが変化する。トレンチ角度のこの変化は、「電界バンチング」を低減することができ、電界はトレンチ内の特定の位置、例えばトレンチの角に集中しやすい。

【0041】

プラズマエッチングステップの間であって、チャンバ圧力は、約２ｍＴｏｒｒ（０．２６７Ｐａ）～約２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）の範囲、好ましくは約１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）とすることができる。プラズマエッチングステップ中に、基板に印加されるバイアス電力はＲＦバイアス電力であり得る。ＲＦバイアス電力のＲＦ周波数は、約２ＭＨｚ～約１３．５６ＭＨｚであり得る。典型的には、プラテン２２の温度設定点は、約１０°Ｃ～約３０°Ｃ、好ましくは約２０°Ｃであるが、チャンバ壁は、水を使用して約５５°Ｃの温度に冷却される。約２０°Ｃのプラテン温度および約５５°Ｃのチャンバ壁温度が、エッチャントガス混合物中の塩素の存在のために使用される。

【0042】

プラズマエッチングステップは、トレンチ３４ｂの形成をもたらす。トレンチ３４ｂは、マスク３２が形成される基板３０の表面とほぼ平行な基部３６ｂを含む。トレンチ３４ｂは、マスク３２が形成される基板３０の表面に隣接する開口部４０ｂをさらに含む。

【0043】

トレンチ３４ｂは、ベース３６ｂとトレンチ３４ｂの開口部４０ｂとの間に側壁３８ｂをさらに備える。好ましくは、側壁３８ｂは、異方性エッチングの方向に垂直な平面に対して約８７°～約９０°のテーパを有する。

【0044】

プラズマエッチングステップの持続時間は、当技術分野で知られている方法で、基板３０の厚さおよびトレンチ３４ｂの所望の寸法に依存する。

【0045】

結果として生じる基板３０ｂは、図１Ｂに示されるように、開口部４０ｂおよび実質的に平坦な基部３６ｂを有する、完全に形成されたフィーチャ３４ｂを備える。側壁３８ｂは、所望のテーパ角に形成することができる。

【0046】

トレンチ３４ｂは、いくつかの後処理ステップを受けることができ、例えば、マスク除去、平滑化または研磨は、最終的なフィーチャを提供する。

【実施例0047】

第１の実施形態の方法のプラズマエッチングステップのためのプロセスパラメータの例示的なセットを表１に示す。例示的なプロセスは、Ｏｍｅｇａ（商標）Ｓｙｎａｐｓｅ（商標）エッチング装置において、２０°Ｃの温度で、ソースおよびバイアスＲＦ電源（使用される場合）を用いて、１３．５６ＭＨｚで動作させて行った。

【表1】

【0048】

上記パラメータで生成されたプラズマによりエッチングされたトレンチのプロファイル角は８８．５°であった。表１の例示的なプロセスで使用した他のすべてのパラメータを一定に保ちながら、ＳｉＣｌ_４流量を０ｓｃｃｍに下げ、ＳｉＦ_４流量を９８ｓｃｃｍに上げる（すなわち、Ｆ：Ｃｌ比を上げる）と、プロファイル角度は８８．５°から８８．９°に変化した。逆に、流れを９０ｓｃｃｍのＳｉＣｌ_４および２０ｓｃｃｍのＳｉＦ_４に変更する（すなわち、Ｆ：Ｃｌ比を下げる）と、プロファイル角度は８８．５°から８７．６°に変化した。例えばエッチング速度および選択性を含む他のほとんどのエッチング特性は、これらのプロセス調整によって著しく変化しない。

【0049】

上記の例示的なプロセスパラメータを用いて形成された構造は、トレンチとしての使用に許容可能な均一で滑らかなベースおよび側壁を有していた。

【0050】

２つの異なる化学レジームを使用してエッチングされたフラットベースのトレンチ、フッ素化化学および塩素化化学の組み合わせを調査した。結果を表２に要約する。

【表2】

【0051】

フッ素化化学の例は、中程度のエッチング速度のみを有する高度に垂直なプロファイル角度を示し、デバイス製造業者の要求の低い終点に向かって均一性および選択性を有する。他方、妥当な比率のガスが使用されると仮定すると、組み合わされたフッ素化および塩素化化学反応は、標準として望ましいプロファイル角度をもたらし、したがって、他のプロセス特性を最適化する機会を提供する。表に示されるように、フッ素化および塩素化エッチング化学物質の組み合わせは、優れた均一性とともに、２つの化学物質の最高のエッチング速度および選択性を提供する。

【0052】

本発明の第１の実施形態の方法は、選択性およびエッチング速度などの他のエッチング特性を犠牲にしない微調整されたプロファイル角度を有する柔軟かつ単純なプロセスで炭化ケイ素半導体に形成される滑らかで均一なフィーチャを提供することができる。

【符号の説明】

【0053】

２０ プラズマエッチング装置、２２ 基板支持体（プラテン）、２３ チャンバ、２５，２６ ガス入口、２７ ポンピングポート、２８ ＲＦ誘導コイル。

【図1】

【図2】

【図3】