JP5720042B2 - ＳｉＣ基板のドライエッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣ基板のドライエッチング方法に関するものである。

SiC基板又はエピタキシャル成長させたSiC膜を有する基板（以下、纏めて「ＳｉＣ基板」と総称する。）を使って各種デバイスを作製する場合、ドライエッチング工程が必要になる。
SiC基板をドライエッチングするには高密度プラズマを発生できる、例えばICPプラズマエッチング装置のようなエッチング装置を用いて塩素系ガスやフッ素系ガスを用い、エッチングマスクにはSiC基板との選択比を確保するため金属やSiO₂膜を用いることが一般的である。

フッ素系ガスとしては、CF₄やSF_６が一般的に用いられる。AlやNiなどの金属やSiO₂をマスクとしてエッチングすると、エッチング側壁は垂直に近くなることが多く、またエッチング開口部分は直角に近くなってしまうことが多い。さらに、エッチングマスクに金属やSiO₂を用いるため、成膜装置が必要になり、成膜工程やマスク膜の除去工程も必要になり、工程が複雑になる。

レジストをマスクとしたSiC基板のドライエッチング方法も提案されている（特許文献１参照）。これは、SiC基板上にレジスト材料によりパターンマスクを形成した後、SiC基板を一定の温度に保ちながら反応性イオンビームなどの異方性プラズマエッチングを行い、そのプロセス中にパターンマスクを変形・変質してその側壁をなだらかに傾斜させ、SiC基板のエッチング面側壁になだらかな傾斜をつけるようにするものであるが、１段のテーパー角形成に止まるため、所望のエッチング側壁を得るのに十分ではない。

特開２０００−１１４２３４号公報

本発明は、エッチング側壁を２段以上の傾斜構造にしてテーパー角を低角度にするとともに、エッチング後のマスク剥離工程を簡素化できるＳｉＣ基板のドライエッチング方法を提供することを課題とする。

上記の課題は、以下のＳｉＣドライエッチング方法によって解決される。
ＳｉＣ基板にSF₆のみ又はSF₆とAｒとの混合ガスによるドライエッチングにより凹部を形成する際に、エッチングマスクとしてレジスト現像後に１３０℃〜１６０℃の温度で１分〜５分ポストベークするとともに、基板印加バイアス電力とアンテナ電力との比（基板印加バイアス電力／アンテナ電力）を０．０１〜０．１としたことを特徴とするドライエッチング方法。

本発明によれば、レジストをマスクにしてSiC基板を深さ1μｍ以上ドライエッチングすることができ、金属やSiO₂膜をエッチングマスクにする必要がなく、簡素化された工程でSiC基板に凹部分を形成できる。凹部分の側壁のテーパー角度も開口部分に近い方が緩やかな２段階の傾斜形状にでき、デバイス動作時のエッジ部分への電界集中を緩和することができ、耐圧の向上が期待できる。

レジストマスクでのドライエッチングにおける基板バイアス電力／アンテナ電力比とSiO₂/レジストの選択比の関係 ラインとスペースが2μｍ/2μｍの間隔でパターニングされた場合のエッチング断面形状 直径50μｍの円形にドライエッチングした場合の断面形状 ラインとスペースが2μｍ/2μｍの間隔でパターニングされた場合のエッチング断面形状 直径50μｍの円形にドライエッチングした場合の断面形状

（実施の形態1）
レジストマスクを用いたSiC基板のドライエッチング方法を実施の形態１を用いて説明する。
結晶構造が4H-SiCでC面4°オフ基板（又はSiCエピタキシャル膜付きの4°オフ基板）を有機洗浄、RCA洗浄した後、レジストを2μｍの厚さで塗布、露光、現像を行いエッチングパターンを形成した。その後、140℃で1分間のポストベークを行った。このレジスト付きパターン基板をICP方式のドライエッチング装置でSF₆をエッチングガスとして圧力0.5Paでドライエッチングした。エッチングガスは、SF ₆ のみ又はSF ₆ とAｒとの混合ガスがよい。レジストマスクは、レジスト現像後に１３０℃〜１６０℃の温度で１分〜５分ポストベークするのがよい。

図１にSiO₂膜をエッチングした場合のレジストとの選択比が基板印加バイアス電力（以下、「バイアスパワー」という）とアンテナ電力（以下、「アンテナパワー」という）の比によって変化する様子を示す。
図１によれば、バイアス/アンテナパワーの比が小さい方が、選択比が高くなることがわかる。エッチングする対象がSiC基板になってもこの傾向は同様である。バイアス/アンテナパワー比が0.1以下、好ましくは0.01にすることが、選択比を大きくすることに有利である。

図１に示した結果をもとに、SiC基板（C面）でのドライエッチングを行った。SF₆ガス流量50sccm、圧力0.5Pa、アンテナパワー400W、バイアスパワー20Wで240秒でドライエッチングした。このときSiC基板は裏面からHeガスで冷却している。この条件でドライエッチングすると、SiC基板は約0.2μｍ/minの早さでエッチングされる。その時のレジストのエッチングレートは約0.4μｍ/minである。

ラインとスペースが2μｍ/2μｍの間隔でパターニングされた場合のエッチング断面形状を図２に示す。これは収束イオンビーム装置（FIB）で断面を切り出した写真である。表面にPtの保護膜が形成されている。エッチング深さは約0.8μｍである。エッチング側壁の角度は、凹部底に近い方は約55°になっており、開口部に近い方は約35°になっている。この実施例の条件でこのように側壁が２段階のテーパー角度がつくようにドライエッチングされ、１段目、２段目の角度はかなりテーパーになるようエッチングできる。

次に直径50μｍの円形にドライエッチングした場合の断面形状を図３に示す。エッチング深さは同様に約0.8μｍであるが、エッチング側壁の角度は凹部底に近い方は約35°になっており、開口部に近い方は約20°になっている。エッチング面積が広い方がさらにテーパー角度は緩やかになる。このようにテーパー角度はエッチング幅（面積）によって違う。
このような２段のテーパー形状になることによってエッチングした端部が鋭角にならなくなり電界集中を緩和でき、このエッチング方法で作製したSiC半導体素子のリーク電流の発生を抑え耐圧の向上を達成できる。

（実施の形態２）
エッチング条件のアンテナパワーとバイアスパワーを更に変更した実施の形態２を説明する。
結晶構造が4H-SiCでC面4°オフ基板（又はSiCエピタキシャル膜付きの4°オフ基板）を有機洗浄、RCA洗浄した後、レジストを2.5μｍの厚さで塗布、露光、現像を行いエッチングパターンを形成した。その後、140℃で1分間のポストベークを行った。このレジスト付きパターン基板をICP方式のドライエッチング装置でSF₆をエッチングガスとして圧力0.5Paでアンテナパワー700W、バイアスパワー７W（すなわちバイアス/アンテナパワー比が0.01）でドライエッチングした。

このときSiC基板は、裏面からHeガスで冷却している。この条件でドライエッチングすると、SiC基板は約0.175μｍ/minの早さでエッチングされる。その時のレジストのエッチングレートは約0.33μｍ/minである。ラインとスペースが2μｍ/2μｍの間隔でパターニングされた場合のエッチング断面形状を図４に示す。これは収束イオンビーム装置（FIB）で断面を切り出した写真である。表面にPtの保護膜が形成されている。エッチング深さは約1.1μｍである。エッチング側壁の角度は凹部底に近い方は約55°になっており、開口部に近い方は約30°になっている。この実施の形態２の条件でこのように側壁が２段階のテーパー角度がつくようにエッチングされ、実施の形態１と同様に１段目、２段目の角度はかなりテーパーになるようにエッチングできる。

次に、直径50μｍの円形にドライエッチングした場合の断面形状を図５に示す。エッチング深さは同様に約1.1μｍであるが、エッチング側壁の角度は凹部底に近い方は約30°になっており、開口部に近い方は約20°になっている。このようにエッチング幅が広い方がさらにテーパー角度は緩やかになる。実施の形態２の条件でSiCをエッチングすると深さは1.1μｍまで深くすることができ、エッチング側壁の２段テーパー形状は実施の形態１より更に緩やかな角度に形成できる。

Claims (3)

1. ＳｉＣ基板にＳＦ₆のみ又はＳＦ₆とＡｒとの混合ガスによるドライエッチングにより凹部を形成する際に、エッチングマスクとしてレジスト現像後に１３０℃〜１６０℃の温度で１分〜５分ポストベークするレジストマスクを用い、基板印加バイアス電力とアンテナ電力との比（基板印加バイアス電力／アンテナ電力）を０．０１〜０．１としたドライエッチングで前記ＳｉＣ基板の凹部のエッチング側壁を２段以上の傾斜構造とすることを特徴とするドライエッチング方法。
2. 前記凹部の深さが１μｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
3. 前記ドライエッチングが前記ＳｉＣ基板を冷却しながらおこなうことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。