特許 7296602 ＳｉＣ基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-15

(45)【発行日】2023-06-23

(54)【発明の名称】ＳｉＣ基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230616BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20230616BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H05H1/46 L

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019137783

(22)【出願日】2019-07-26

(65)【公開番号】P2021022642

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-05-23

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002745

【氏名又は名称】弁理士法人河崎特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥根 充弘

(72)【発明者】

【氏名】置田 尚吾

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－３０６００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２４５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６２６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１２２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口部を有するマスクを備えるＳｉＣ基板を準備する工程と、
第１プロセスガスを用いて生成させた第１プラズマにより、前記ＳｉＣ基板の前記開口部から露出したＳｉＣ部分を異方エッチングして溝を形成する第１エッチング工程と、
少なくともＣＨ_２Ｆ_２ と希ガスとを含む第２プロセスガスを用いて生成させた第２プラズマにより、前記溝に対応するＳｉＣ部分を更にエッチングして前記溝に角部が面取りされた底部を形成する第２エッチング工程と、を備える、ＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項2】

前記第１プロセスガスが、ＳＦ_６とＯ_２とを含む、請求項１に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項3】

前記面取りされた溝の底部の角部の曲率半径が、１０ｎｍ～８０ｎｍである、請求項１または２に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項4】

開口部を有するマスクを備えるＳｉＣ基板を準備する工程と、
第１プロセスガスを用いて生成させた第１プラズマにより、前記ＳｉＣ基板の前記開口部から露出したＳｉＣ部分を異方エッチングして溝を形成する第１エッチング工程と、
少なくともＣＨ _２ Ｆ _２ を含む第２プロセスガスを用いて生成させた第２プラズマにより、前記溝に対応するＳｉＣ部分を更にエッチングして前記溝に角部が面取りされた底部を形成する第２エッチング工程と、を備え、
前記第２エッチング工程が、前記開口部を拡大するように前記マスクをエッチングして、前記溝の上部に新たにＳｉＣ部分を露出させるステップＡと、
前記新たに露出したＳｉＣ部分をエッチングして、前記溝の上部の角部のＳｉＣ部分を面取りするステップＢと、を含む、ＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項5】

前記第１プロセスガスが、ＳＦ _６ とＯ _２ とを含む、請求項４に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項6】

前記面取りされた溝の底部の角部の曲率半径が、１０ｎｍ～８０ｎｍである、請求項４または５に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項7】

前記第２プロセスガスが、更に、希ガスを含む、請求項４～６のいずれか１項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項8】

前記マスクが、ＳｉＯ_２膜である、請求項１～７のいずれか１項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣ基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体素子として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板に形成された溝と、溝内部に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート電極と、を具備する、トレンチ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））素子が知られている。ＳｉＣ基板を用いるパワー半導体素子は、従来のＳｉ基板を用いる素子と比較して、オン抵抗が小さく、電力損失が小さいといった利点を有する。

【0003】

一方、素子の電気的耐圧を高めるために、溝の内面に設けられるゲート絶縁膜への局所的電界集中を緩和することが望ましい。

【0004】

特許文献１は、半導体層に凹部（トレンチ）を形成した後に、等方性ドライエッチングを行うことにより、凹部の底面の角部（すなわち、側面と底面との境界）を丸めることを提案している。

【0005】

特許文献２は、底部を平坦に整形するために、順に行われる第一ドライエッチングと第二ドライエッチングのエッチング条件を異ならせることを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００４－２５３５７６号公報

【文献】特開２００７－３２４５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

Ｓｉ基板の場合、例えばＳｉとフッ素ラジカルとの反応性が高いため、溝の底部を曲面状に容易に加工し得る。しかし、ＳｉＣ基板は、Ｓｉ－Ｃ結合エネルギーが大きく、加工が困難である。高いバイアス電力を印加すれば、実用的な速度でＳｉＣ基板をエッチングし得るが、物理的スパッタリングの寄与が大きくなり、溝の底部の角部が尖った形状となやすい。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面は、開口部を有するマスクを備えるＳｉＣ基板を準備する工程と、第１プロセスガスを用いて生成させた第１プラズマにより、前記ＳｉＣ基板の前記開口部から露出したＳｉＣ部分を異方エッチングして溝を形成する第１エッチング工程と、少なくともＣＨ₂Ｆ₂を含む第２プロセスガスを用いて生成させた第２プラズマにより、前記溝に対応するＳｉＣ部分を更にエッチングして前記溝に角部が面取りされた底部を形成する第２エッチング工程と、を備える、ＳｉＣ基板の製造方法に関する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、実用的なエッチング速度で、底部の角部が面取りされた溝を有するＳｉＣ基板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ＳｉＣ基板に溝を形成するためのプラズマ処理装置の模式図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法の工程図である。

【図3】本発明の別の実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法の工程図である。

【図4】実施例１で得られたＳｉＣ基板の溝の底部の角部の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本実施形態に係る溝を有するＳｉＣ基板の製造方法は、（i）開口部を有するマスクを備えるＳｉＣ基板を準備する工程と、（ii）第１プロセスガスを用いて生成させた第１プラズマにより、マスクの開口部から露出したＳｉＣ部分を異方エッチングして溝を形成する第１エッチング工程と、（iii）第１エッチング工程の後、少なくともＣＨ₂Ｆ₂を含む第２プロセスガスを用いて生成させた第２プラズマにより、溝に対応するＳｉＣ部分を更にエッチングして溝に角部が面取りされた底部を形成する第２エッチング工程とを備える。

【0012】

ＳｉＣ基板とは、炭素（Ｃ）とケイ素（Ｓｉ）とが１対１の原子比で共有結合したＳｉＣ結晶を板状に加工した基板をいう。ＳｉＣ結晶のバンドギャップは、Ｓｉ結晶の３倍程度の約３．２５ｅＶであり、絶縁破壊に至る電界強度がＳｉ結晶の１０倍程度と大きい。また、ＳｉＣ結晶は、熱伝導性がＳｉの３倍以上であり、高温でも安定した電気的特性が得られ、電力損失も小さい。

【0013】

溝の底部の角部（もしくは隅部）が面取りされている様子は、溝の長さ方向に対して垂直な断面（以下、単に溝の断面ともいう。）において観測できる。底部の角部が面取りされている態様には、断面において、溝の底部に尖った角部がない場合が全て含まれる。例えば、角部が曲面になっている（すなわち、丸められている）場合、角部がテーパ状になっている（すなわち、底部に向かうほど溝幅が小さくなっている）場合、角部が無く、底部が全体的に曲面になっている（例えば、底部がＵ字状になっている）場合などが包含される。以下、角部が面取りされることを、角部がラウンド化されるともいう。

【0014】

第１エッチング工程における異方エッチングとは、方向によってエッチング速度が異なるエッチング方法であり、溝の深さ方向のエッチング速度Ｒｄ＞幅方向のエッチング速度Ｒｗの関係を満たす。Ｒｄ／Ｒｗ比が大きいほど、溝の角部が尖った形状になる。

【0015】

一方、第２エッチング工程では、形成途中の溝の側壁の少なくとも一部に、エッチングの反応生成物が堆積し、微小な庇部が形成される。庇部の下方はエッチングが進行しにくいため、エッチング終了時の溝の底部の角部が面取りされた状態になる。

【0016】

面取りされた溝の底部の角部の曲率半径は、例えば１０ｎｍ～８０ｎｍであればよく、１０ｎｍ～５０ｎｍであってもよい。特にトレンチ型ＭＯＳＦＥＴを製造する場合、上記範囲の曲率半径であれば、溝の内面に設けられるゲート絶縁膜への局所的電界集中が顕著に緩和され、高品質の製品を得ることができる。

【0017】

第２工程の終了後、溝の深さは、例えば１～１０μｍであればよい。また、溝の深さの溝幅に対するアスペクト比は、例えば１．０～１０であればよい。

【0018】

次に、プロセスガスについて更に説明する。
（第１プロセスガス）
第１エッチング工程で用いる第１プロセスガスは、異方エッチングが効率よく進行する組成であればよい。第１プロセスガスは、第１エッチング工程で形成される溝の側面の直線性が高くなるように選択される。これにより、精細で美観に優れた溝を有するＳｉＣ基板が得られる。

【0019】

第１プロセスガスは、例えば、ＳＦ₆とＯ₂とを含んでもよい。酸素のＳＦ₆に対する体積比（＝Ｏ_２／ＳＦ₆）は、例えば０．５～２．０であればよい。

【0020】

第１プロセスガスは、更に、希ガスを含んでもよい。希ガスは、ＳＦ₆とＯ₂を適度に希釈する作用を有する。第１プロセスガスに含まれる希ガスの比率は、例えば７５～９５体積％であり、８０～９５体積％であってもよい。希ガスは、反応室内でイオン化されて、主としてＳｉＣ基板の物理的エッチングに関与し得る。希ガスは、例えば、Ａｒ、Ｈｅ等を用い得るが、中でもＡｒが安価で入手が容易である。

【0021】

上記組成を有する第１プロセスガスを用いることで、第１エッチング工程のエッチング速度を高めるとともに、溝の側面の直線性を更に高めることができる。

【0022】

（第２プロセスガス）
第２エッチング工程で用いる第２プロセスガスは、少なくともＣＨ₂Ｆ₂を含む。ＣＨ₂Ｆ₂は、プラズマ化されると反応生成物としてポリマーを形成しやすいガスである。Ｃ_４Ｆ_８などのフルオロカーボン系ガスもプラズマ化されるとポリマーを生成するが、ＣＨ₂Ｆ₂はＣ_４Ｆ_８などのフルオロカーボン系ガスに比べ、高温の条件下においてもポリマーを生成しやすい。このような作用効果にはＣＨ₂Ｆ₂に含まれる炭素原子とフッ素原子との割合が関連しているものと考えられる。

【0023】

結合エネルギーが高いＳｉ－Ｃ結合からなるＳｉＣ基板のエッチングは、比較的高い温度で行われる。したがって、ＣＨ₂Ｆ₂は、ＳｉＣ基板のエッチングにおいて、溝形状を制御するための添加ガスとして特に好適である。

【0024】

具体的には、第２エッチング工程において、ＣＨ₂Ｆ₂は、第１エッチング工程で形成された溝の底面および側面にポリマーを堆積させる役割を果たす。そして、第２エッチング工程では、ＳｉＣ基板にバイアスが印加されることによるエッチングの異方性により、溝の底面に堆積するポリマーは、溝の側面に堆積するポリマーよりも除去されやすくなる。その結果、溝の底部の角部が状態良く面取りされ得る。

【0025】

第２プロセスガスは、ＣＨ₂Ｆ₂以外のフルオロハイドロカーボンを含んでもよい。フルオロハイドロカーボンとは、少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素をいう。第２プロセスガスは、ＣＨ₂Ｆ₂以外のフルオロハイドロカーボンとして、例えばＣＨＦ₃等を含み得る。ただし、フルオロハイドロカーボン中の５０体積％以上がＣＨ₂Ｆ₂であることが望ましい。

【0026】

第２プロセスガスは、更に、希ガスを含んでもよい。ＣＨ₂Ｆ₂と希ガスとの混合ガスを用いることで、溝の底部の形状制御がより容易となる。希ガスは、ＣＨ₂Ｆ₂を適度に希釈し、ＣＨ₂Ｆ₂によるエッチングの等方的な進行を制限し、いわゆるアンダーカットの形成を抑制し、溝の側面の美観を向上させ得る。第２プロセスガスに含まれる希ガスの比率は、例えば５０～９８体積％であればよく、７５～９５体積％でもよい。希ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ等を用い得るが、中でもＡｒが安価で入手が容易である。

【0027】

第２エッチング工程は、マスクの開口部を拡大するようにマスクをエッチングして、溝の上部に新たにＳｉＣ部分を露出させるステップＡと、新たに露出したＳｉＣ部分をエッチングして、溝の上部の角部のＳｉＣ部分を面取りするステップＢとを含んでもよい。これにより、溝の底部の角部だけでなく、溝の上部の角部にも同時に面取り加工を施すことが可能である。溝の上部に尖った角部が存在すると、溝部分にＭＯＳＦＥＴを形成した際に、電界集中による絶縁破壊が生じ得るため、溝の上部の角部も面取りすることが望ましい。

【0028】

第１エッチング工程および第２エッチング工程は、通常、ドライエッチングを行うことができるプラズマ処理装置の反応室内で行われる。

【0029】

図１は、ＳｉＣ基板に溝を形成するのに使用されるプラズマ処理装置の模式図である。
図１のプラズマ処理装置２１は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置である。プラズマ処理装置２１は、プラズマを発生させる空間（つまり、反応室）を提供するチャンバ２３を備える。チャンバ２３は、プロセスガス（エッチングガス）を反応室内に導入するガス導入口２３ａと、反応室から排気する排気口２３ｂとを備えている。ガス導入口２３ａには、プロセスガスを反応室内に供給するガス供給源２４が接続されている。排気口２３ｂには、反応室内を減圧排気するための減圧ポンプを含む減圧機構２５が接続されている。

【0030】

チャンバ２３の頂部は、誘電体壁２６で閉鎖されている。誘電体壁２６の上部には、上部電極としてのアンテナ２７が配されている。アンテナ２７には、第１高周波電源２８Ａから、高周波電力が印加される。チャンバ２３内の下方には、ステージ１１が配されており、ステージ１１上にはＳｉＣ基板２２が載置される。ステージ１１は、金属ブロック１２上に配置され、金属ブロック１２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高周波電源２８Ｂと電気的に接続されており、下部電極として、ＳｉＣ基板２２に第２高周波電力を印加可能である。

【0031】

減圧機構２５を稼動させると、チャンバ２３の内部が減圧される。減圧されたチャンバ２３の内部にプロセスガスを導入した状態で、第１高周波電源２８Ａにより誘電体壁２６とステージ１１との間に高周波電圧を印加すると、導入されたプロセスガスがプラズマ化される。プロセスガス流量および減圧機構２５の出力は、コントローラ１９により各々制御される。導入口２３ａおよび排気口２３ｂの開度もコントローラ１９により各々制御される。その他、プラズマ処理装置２１を構成する各要素の制御も、コントローラ１９により行われる。

【0032】

ステージ１１は、冷却装置１４と、ＳｉＣ基板２２を静電吸着するための静電吸着用電極１６とを備えている。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内に循環させる冷媒循環装置１５とを備えている。静電吸着用電極１６は、駆動電源１７に電気的に接続されている。ステージ１１の基板２２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おり、この供給孔には伝熱ガス源１８から伝熱ガスが供給される。

【0033】

以下、図面を参照しながら各工程についてより詳細に説明する。
（第１実施形態）
図２は、本発明の一実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法の工程図である。
（マスク形成工程）
図２（ａ）に、溝に対応する開口部２ａを有するマスク２を備えるＳｉＣ基板１を示す。図１（ｂ）、（ｃ）は、ＳｉＣ基板１を溝１ａの長さ方向に垂直な方向で切断した断面図に対応する。

【0034】

マスクとしては、レジスト、金属薄膜などを用い得るが、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ素子のように、ほぼ垂直な側壁を備える溝を形成することが望ましい場合、ＳｉＣ基板に対して比較的高いエッチング選択比を確保し得るＳｉＯ₂膜（ＳｉＯ₂マスク）を用いることが望ましい。ＳｉＯ₂膜の利用は、ＳｉＣ基板の汚染を抑制するのにも適している。

【0035】

本実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法は、マスク形成工程を含む必要はないが、第１エッチング工程および第２エッチング工程と一連のマスク形成工程を含んでもよい。例えば、ＳｉＯ₂膜は、ＣＶＤ法などの気相法によりＳｉＣ基板１の表面に形成すればよい。

【0036】

次に、フォトリソグラフィにより、ＳｉＯ₂膜上に、溝に対応する部分に開口部を有するレジスト膜を形成する。レジスト膜の開口部から露出するＳｉＯ₂膜をエッチングすることで、溝に対応する位置に開口部２ａを有するＳｉＯ₂マスク２が形成される。ＳｉＯ₂膜のエッチングは、ドライエッチングにより行うことができる。

【0037】

ＳｉＯ₂膜のエッチング後、ＳｉＯ₂マスク上に残存するレジスト膜は、酸素プラズマなどによるアッシング、アセトンなどの有機溶剤による洗浄等により除去すればよい。

【0038】

ＳｉＯ₂膜の厚みは、例えば０．５μｍ～５μｍであり、１μｍ～３μｍであってもよい。マスクの厚みが上記範囲である場合、第２エッチング工程後にマスクが適度に残存するため、ＳｉＣ基板の不要なエッチングを抑制することができる。

【0039】

（第１エッチング工程）
第１エッチング工程では、第１プロセスガスを第１プラズマに変換するために、第１プロセスガスを反応室に供給しながら、上部電極に高周波電力が供給される。

【0040】

第１エッチング工程において、上部電極に供給される高周波電力（第１高周波電力）は、例えば、３００Ｗ～４０００Ｗであり、７００Ｗ～３０００Ｗであることが好ましい。また、第１高周波電力の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚとしてもよい。

【0041】

第１エッチング工程において、ＳｉＣ基板に印加されるバイアス電力（第２高周波電力）の電力密度は、例えば０．５Ｗ／ｃｍ²～２．５Ｗ／ｃｍ²である。電力密度がこのような範囲である場合、高いエッチング速度を確保し得る。

【0042】

第１プラズマにより、マスク２の開口部２ａから露出したＳｉＣ部分が異方エッチングされて溝１ａが形成される。ＳｉＣ基板１に異方エッチングを進行させる場合、高いバイアス電力がＳｉＣ基板１に印加されるため、物理的スパッタリングの寄与が大きくなる。その結果、図１（ｂ）に示されるように、溝１ａの底部は、角部が尖った形状となり、溝１ａの側面は、直線性が高くなる。図１（ｂ）の溝１ａの断面は、概ね矩形である。

【0043】

第１プロセスガスがＳＦ₆とＯ₂とを含む場合、第１プラズマはフッ素ラジカル、酸素ラジカル等を含む。フッ素ラジカルと酸素ラジカルは、ＳｉＣ基板１に含まれるＳｉおよびＣと反応し、反応生成物として、揮発性の高いＳｉＦ₄、ＣＯ₂等を生成する。ＳｉＦ₄、ＣＯ₂等は、反応室から廃棄され、ＳｉＣ基板１に溝１ａが形成される。

【0044】

第１エッチング工程は、２００℃以下の温度で行えばよく、１８０℃以下または１５０℃以下であってもよい。第１エッチング工程は、５０℃以上の温度で行うことができ、７０℃以上または８０℃以上の温度で行ってもよい。エッチング温度は、例えば、５０～２００℃、７０～２００℃、８０～２００℃または７０～１８０℃であってもよい。なお、エッチングの温度は、エッチングする際のＳｉＣ基板の温度である。

【0045】

第１エッチング工程の雰囲気圧力Ｐ１（反応室内の圧力）は、例えば０．５～１０Ｐａであり、０．６～６Ｐａであってもよい。雰囲気圧力がこのような範囲である場合、適度なエッチング速度を確保しやすい。また、溝の側壁の直線性が高くなり、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子の作製に適している。

【0046】

（第２エッチング工程）
第２エッチング工程では、第２プロセスガスを第２プラズマに変換するために、第２プロセスガスを反応室に供給しながら、上部電極に高周波電力が供給される。第２エッチング工程において、上部電極に供給される高周波電力（第１高周波電力）は、例えば、３００Ｗ～４０００Ｗであり、７００Ｗ～３０００Ｗであることが好ましい。また、第１高周波電力の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚとしてもよい。

【0047】

第２エッチング工程において、ＳｉＣ基板に印加されるバイアス電力（第２高周波電力）の電力密度は、例えば、０．０２Ｗ／ｃｍ²～０．４Ｗ／ｃｍ²である。電力密度がこのような範囲である場合、高いエッチング速度を確保し得る。

【0048】

第２プロセスガスがＣＨ₂Ｆ₂を含む場合、第２プラズマ中のＣＨ₂Ｆ₂は、プラズマ中で分解され、Ｆ原子が取れたＣ原子同士が結合して反応生成物としてポリマーを形成する。よって、形成途中の溝１ａの側壁と底面に、反応生成物が堆積し得る。このとき、基板にバイアスが印加されることによるエッチングの異方性により、溝の底面に堆積するポリマーは溝の側面に堆積するポリマーより除去されやすい。その結果、溝の側面に堆積したポリマーにより、溝１ａの底部の側壁近傍の部分（主として底部の角部）がマスクされ、角部に入射されるイオン量が少なくなり、エッチングが進行し難くなる。一方、溝１ａの底部の角部以外は、優先的にエッチングが進行する。その結果、底部の角部は、例えばテーパ状もしくは曲面になる。すなわち、溝１ａの底部に面取りされた角部１０１が形成される。

【0049】

溝１ａの底部は、図１（ｃ）では、テーパ状の角部と、概ね平坦な主要部とで形成されているが、角部が曲面状にエッチングされたり、底部が全体的にラウンド化された溝１ａが形成されたりしてもよい。

【0050】

その後、微少な庇部や、残存するマスク２を除去する工程を行ってもよい。このような除去工程は、第１エッチング工程および第２エッチング工程に引き続いて、プラズマ処理装置の反応室内で行えばよい。例えばフッ素系のプラズマを用いれば、ＳｉＯ_２膜のマスクや微少な庇部を容易に除去し得る。

【0051】

第２エッチング工程の雰囲気圧力Ｐ２（反応室内の圧力）は、例えば０．１～５Ｐａであり、０．３～１Ｐａであってもよい。雰囲気圧力がこのような範囲である場合、溝の角部が適度に面取りされるため、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子の作製に適している。

【0052】

第１エッチング工程によるＳｉＣのエッチング量Ｗ１と、第２エッチング工程によるＳｉＣのエッチング量Ｗ２との比：Ｗ１／Ｗ２は、例えば４～２０であればよい。ここで、各エッチング工程によるエッチング量とは、各エッチング工程の開始から終了までの間に減少するＳｉＣ基板の体積に相当し、より簡易には、溝の深さの変化からエッチング量を測定し得る。溝の深さの変化は、各エッチング工程におけるエッチング速度とエッチング時間との積から算出すればよい。

【0053】

（第２実施形態）
図３は、本発明の別の実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法の工程図である。本実施形態は、第２エッチング工程が異なる点以外、第１実施形態と概ね同様である。

【0054】

本実施形態の第２エッチング工程では、溝１ａの底部に面取りされた角部１０１を形成するだけでなく、更に、溝１ａの上部の角部にも面取りされた角部１０２が形成される。第２エッチング工程では、マスク２の開口部２ａの端部の角部は、イオンの入射によってエッチングされ、テーパ状に面取りされる。

【0055】

第２エッチングの開始時点において、マスク２が適度な厚さを有する場合、第２エッチングの進行に伴ってマスク２が後退すると、開口部２ａの開口端部（すなわち溝１ａの近傍）では、マスク２から新たなＳｉＣ部分を露出させることができる。すなわち、第２エッチング工程の一部は、マスク２の開口部２ａを拡大するステップＡを兼ねている。

【0056】

新たに露出したＳｉＣ部分は、第２プラズマにより、例えばテーパ状にエッチングされ、面取りされた角部１０２が形成される。すなわち、第２エッチング工程の一部は、溝１ａの上部の角部のＳｉＣ部分を面取りするステップＢを兼ねている。ステップＡとステップＢとが完了するタイミングは、マスクの厚さ、もしくはエッチング選択比等により制御し得る。

【0057】

（マスク除去工程）
ＳｉＣ基板に溝を形成した後、ＳｉＣ基板の表面に形成されたマスクは除去される。マスクの除去は、マスクの種類に応じて公知の方法で行えばよい。例えばＳｉＯ₂マスクは、ドライエッチングにより除去し得る。

【0058】

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0059】

《実施例１》
（１）マスク形成工程
ＳｉＣ基板（厚み：３００μｍ）の一方の表面に、所定パターンのＳｉＯ₂マスク（ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝２／４、厚み２μｍ）を既述の手順で形成した。

【0060】

（２）第１エッチング工程
ＳｉＯ₂マスクを形成したＳｉＣ基板をプラズマ処理装置が備える反応室内に搬入して、反応室内に設けられたステージ上に載置した。

【0061】

反応室内に第１プロセスガスを供給しながら反応室内を排気し、反応室内に第１プラズマを発生させ、ＳｉＯ₂マスクの開口部から露出したＳｉＣ部分をエッチングした。より具体的には、第１プロセスガスを反応室内に導入しつつ、反応室内を排気して、反応室内の圧力を０．６Ｐａに維持した。１８００Ｗの第１高周波電力（周波数：１３．５６ＭＨｚ）を上部電極に供給し、下部電極からＳｉＣ基板に４００Ｗ（基板の面積あたりの電力密度：約１．３Ｗ／ｃｍ²）のバイアス電力（第２高周波電力）を印加した。反応室内に発生させた第１プラズマに、８０℃の温度のＳｉＣ基板の表面を４５秒間晒すことにより、ＳｉＣ基板をエッチングした。

【0062】

第１エッチング工程により、ＳｉＣ基板には深さ０．４μｍの断面矩形の溝が形成された。第１エッチング工程におけるエッチング速度は、約０．６μｍ／分であった。なお、溝の幅方向のエッチング速度Ｒｗは、ＳＥＭ観察では測定下限以下である。

【0063】

第１プロセスガスとしては、ＳＦ₆、Ｏ₂およびＡｒの混合ガスを、ＳＦ₆／Ｏ₂／Ａｒ＝１２ｓｃｃｍ／６ｓｃｃｍ／７２ｓｃｃｍの流量で供給した。

【0064】

（３）第２エッチング工程
第１エッチング工程に続いて、反応室内に第２プロセスガスを供給しながら反応室内を排気し、反応室内に第２プラズマを発生させ、反応室内の圧力を０．６Ｐａに維持した。次いで、１８００Ｗの第１高周波電力を上部電極に供給し、下部電極からＳｉＣ基板に３０Ｗ（基板の面積あたりの電力密度：約０．０３Ｗ／ｃｍ²）のバイアス電力（第２高周波電力）を印加した。反応室内に発生させた第２プラズマに８０℃の温度のＳｉＣ基板の表面を９０秒間晒すことにより、ＳｉＣ基板の溝の底部の角部を丸め、曲面を形成した。溝の角部の曲率半径は５０ｎｍであった。

【0065】

第２プロセスガスとしては、ＣＨ_２Ｆ_２およびＡｒの混合ガスを、ＣＨ_２Ｆ_２／Ａｒ＝１２ｓｃｃｍ／７２ｓｃｃｍの流量で供給した。

【0066】

ＳｉＣ基板に形成された溝の深さは０．５μｍ、アスペクト比は１．０であった。溝の底部の断面形状のＳＥＭ画像を図４に示す。図４に示されるように、底部の角部が面取りされ、曲面になっていることが確認できる。

【0067】

《実施例２》
ＳｉＯ₂マスクの厚みを１μｍに変更したこと以外、実施例１と同様の操作を行った。その結果、第２エッチング工程で、ＳｉＯ₂マスクの開口部が拡大し（ステップＡ）た。また、マスクの開口部が拡大したことにより、溝の上部の角部のＳｉＣ部分がエッチングされ、角部が丸められ、曲面が形成された（ステップＢ）。溝の上部の角部の曲率半径は、約５０ｎｍであった。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明によれば、実用的なエッチング速度で、ＳｉＣ基板に底部の角部が面取りされた溝を形成することができる。よって、本実施形態は、ＳｉＣ基板に溝を形成する様々な用途に利用でき、特にトレンチ型のＭＯＳＦＥＴ素子に有用である。

【符号の説明】

【0069】

１：ＳｉＣ基板、１ａ：溝、２：マスク、２ｂ：開口部、１１：ステージ、１２：金属ブロック、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：プラズマ処理装置、２３ａ：導入口、２３ｂ：排気口、２４：ガス供給源、２５：減圧機構、２６：誘電体壁、２７：アンテナ、２８Ａ：第１高周波電源、２８Ｂ：第２高周波電源、１０１、１０２：面取りされた角部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】