专利名称：等离子蚀刻法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对宽带隙半导体基板进行等离子蚀刻的等离子蚀刻法。
背景技术：
在半导体领域中，以往广泛使用硅基板(Si基板)作为基板材料，但近年来物性优于该硅基板的宽带隙半导体基板受到关注。一般来说，所述宽带隙半导体基板具有与硅或砷化镓(GaAs)相比晶体的晶格常数小且带隙大的特点，例如包含碳化硅(SiC)、氮化镓 (GaN)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、氮化硼(BN)及磷化硼(BP)等、硼(B)、碳(C)、氮(N) 及氧(0)中的至少1种而构成。而且，该宽带隙半导体基板的晶体的晶格常数小，也就是说，原子间的键结较强且具有优异的物性，而相反，由于原子间的键结较强故存在难以进行蚀刻加工的缺点。 所以，以往作为对这样的半导体基板进行等离子蚀刻的方法，提出了例如日本专利特开 2008494210号公报中公开的涉及碳化硅基板的等离子蚀刻法。所述等离子蚀刻法中依序实施如下步骤遮罩形成步骤，在碳化硅基板的表面形成包含预定形状的遮罩图案的二氧化硅膜(SiO2膜)；第1蚀刻步骤，使用SF6气体、O2气体及Ar气体的混合气体作为蚀刻气体，且将所述二氧化硅膜作为遮罩，对所述碳化硅基板进行等离子蚀刻；及第2蚀刻步骤，使用Ar气体及&气体的混合气体作为蚀刻气体，且将所述二氧化硅膜作为遮罩，对所述碳化硅基板进行等离子蚀刻；且在所述第1蚀刻步骤中，将 SF6气体、&气体及Ar气体的比例设为预定比例，将环境压力设为0. 5Pa以下，将碳化硅基板加热到70°C 100°C ；在所述第2蚀刻步骤中，将Ar气体及仏气体的比例设为预定比例， 将环境压力设为0. 5Pa以下，将碳化硅基板加热到70°C 100°C。先行技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开2008-294210号公报
发明内容
发明所欲解决的问题然而，例如在对硅(Si)进行等离子蚀刻的情况下，基板的温度通常限制为到 100°C为止的温度。其原因在于，如果基板的温度超过100°c，那么会产生以下问题因蚀刻容易各向同性地进行或者难以形成保护膜，而导致蚀刻形状劣化(难以进行各向异性蚀亥IJ)；因成为遮罩的抗蚀膜的耐热性低，所以，因抗蚀膜的软化会导致遮罩图案的形状精度降低。而且，在对二氧化硅(SiO2)进行等离子蚀刻的情况下，根据成为遮罩的抗蚀膜的耐热性低这一问题，一般与上文同样地也将该基板的加热温度限制为到100°c为止的温度。而且，在上文所述的以往的等离子蚀刻法中，将碳化硅基板加热到70°C 100°C 而进行蚀刻，与所述硅或者二氧化硅同样地也控制为到100°c为止的温度。但是，本发明者等人经过反复努力研究之后得出以下观点当成为等离子蚀刻的对象的基板是原子间的键结较强的宽带隙半导体基板时，如果将该半导体基板加热到高于 100°C的温度而进行蚀刻，那么蚀刻加工精度会得到提高。本发明是本发明者等人对能够实施高精度的等离子蚀刻的宽带隙半导体基板的加热温度反复进行实验之后得出的结果，其目的在于提供一种能够高精度地蚀刻宽带隙半导体基板的等离子蚀刻法。解决问题的技术手段用于实现所述目的的本发明是一种等离子蚀刻法，将蚀刻气体供给到处理腔室内进行等离子化，并且对配置在所述处理腔室内的载置宽带隙半导体基板的基台赋予偏置电位，从而对所述基台上的宽带隙半导体基板进行等离子蚀刻；且该等离子蚀刻法的特征在于将所述半导体基板加热到200°C 400°C而进行蚀刻。根据本发明，在对宽带隙半导体基板(以下简称为“半导体基板”)进行等离子蚀刻时，将该半导体基板加热到200°C 400°C。这样做的原因在于本发明者等人经过研究之后判明了当对原子间的键结较强的半导体基板进行蚀刻时，该半导体基板的加热温度优选 200°C 400"C。S卩，根据本发明者等人的研究，当半导体基板K的加热温度低时，如图2(a)所示， 在经蚀刻所形成的孔H或者沟H的底面的侧壁侧进一步形成沟H'，无法获得高精度的蚀刻形状。然而，如果使半导体基板K的加热温度缓慢升高，那么如图2(b)所示，所形成的沟 H'的大小会缓慢减小，最后如图2(c)所示，未形成沟H'。而且，如果从未形成沟H'的加热温度起使半导体基板K的加热温度缓慢升高，那么蚀刻容易各向同性地进行，如图2(d)及图2(e)所示，会蚀刻到孔H及沟H的侧壁。就构成半导体基板K的原子而言，如果其键结没有断开，便不会与由蚀刻气体的等离子化所产生的自由基或者离子反应，但该半导体基板K的温度越高，原子间的键结越容易断开，则由蚀刻气体的等离子化所产生的自由基或者离子越容易与构成半导体基板K的原子反应，所以，利用所述反应所进行的蚀刻可有效地进行。还有，在可以构成半导体基板K的所述材料中，尤其是就碳化硅而言，一方面硅(Si)与碳(C)的键结牢固，另一方面随着其温度升高， 两者的键结容易断开，而容易进行蚀刻。所以，半导体基板K的加热温度越高，宽带隙半导体基板K的蚀刻越容易各向同性地进行，孔H或者沟H的侧壁越容易被蚀刻。还有，在图 2(d)及图2(e)中，图2(e)中图示了当半导体基板K的加热温度高时的蚀刻形状。而且，图 2中，符号M表示遮罩。而且，从这一方面对半导体基板的加热温度与蚀刻形状的关系进行了调查，结果可确认如果半导体基板的加热温度为200°C 400°C，那么进行等离子蚀刻时，在孔H或者沟H的底面完全不会形成沟H'，或者即便形成也非常小，而且，孔H或者沟H的侧壁也完全不会被蚀刻，或者即便被蚀刻也是极少部分。所以，如果将半导体基板加热到200°C 400°C，便能够高精度地对半导体基板进行蚀刻。还有，如果半导体基板的加热温度在 300°C 400°C的范围内更好。这样，根据本发明的等离子蚀刻法，在对半导体基板进行等离子蚀刻时，将该半导体基板加热到200°C 400°C，所以能够高精度地对半导体基板进行蚀刻。然而，如图3所示，使半导体基板的温度从加热前的温度Ttl升高到蚀刻处理时的温度TJ200°C彡T1 ( 400°C )需要一定的时间。而且，如果在半导体基板的温度达到蚀刻处理温度T1之前将蚀刻气体供给到处理腔室内且开始进行半导体基板的蚀刻，那么从开始蚀刻到半导体基板的温度达到蚀刻处理温度T1这一期间内，因该半导体基板的温度变化而导致蚀刻处理条件有变动，所以，会产生无法高精度地对半导体基板进行蚀刻(例如，由于在半导体基板的温度低的时间段的蚀刻而形成的如图2 (a)或图2(b)所示的沟H'，即便利用半导体基板的温度成为蚀刻处理温度T1后的蚀刻，也不会完全地消失)的问题、或者蚀刻速度不均一的问题。所以，预先对所述半导体基板进行加热直到其温度达到蚀刻时的温度为止，之后， 一面将所述半导体基板的温度维持在所述蚀刻时的温度，一面利用已等离子化的蚀刻气体来对所述半导体基板进行蚀刻，如此一来，可以防止蚀刻处理开始后半导体基板的温度产生变化，从而可以使蚀刻处理稳定，因此，能够高精度地对半导体基板进行蚀刻，或者能够防止蚀刻速度变得不均一。还有，当为了使所述半导体基板的温度为蚀刻时的温度而进行加热时，也可以采用如下方式将惰性气体供给到所述处理腔室内进行等离子化，并且对所述基台赋予偏置电位，使由所述惰性气体的等离子化所产生的离子入射到所述半导体基板而加热该半导体基板。这样一来，可防止因离子入射而导致的蚀刻，且可以使半导体基板升高到预定温度。 而且，无需重新设置加热半导体基板的加热机构，仅通过产生惰性气体的等离子便可以对半导体基板进行加热。而且，为了将半导体基板的温度维持在一定温度，利用由蚀刻气体的等离子化所产生的离子的入射来加热半导体基板即可。除此之外，当加热半导体基板时，可以利用加热器进行加热，也可以利用离子入射及加热器这两者进行加热。而且，在半导体基板的温度升高过度的情况下，也可以配合进行半导体基板的冷却。还有，作为所述半导体基板，如上所述，例如可以列举包含碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌、氮化硼及磷化硼等、硼、碳、氮及氧之中的至少1种而构成者，但并不限制为所述种类。发明效果如上所述，根据本发明的等离子蚀刻法，通过将半导体基板的加热温度设为 200°C 400°C，能够实施高精度的等离子蚀刻。
图1是表示用于实施本发明的一实施方式中的等离子蚀刻法的蚀刻装置的概略构成的截面图。图2是用于说明基板的蚀刻形状与加热温度的关系的截面图。图3是表示基板的温度与加热时间的关系的图。
具体实施例方式以下，根据附图对本发明具体的实施方式进行说明。还有，本实施方式中，以如下情况为例进行说明利用如图1所示的蚀刻装置1来对作为宽带隙半导体基板中的1种的碳化硅基板K实施等离子蚀刻。而且，该碳化硅基板K例如具有4H-SiC晶体结构，其表面上形成着例如二氧化硅膜来作为蚀刻遮罩，在所述二氧化硅膜上形成着设为预定形状的遮
罩图案。首先，对所述蚀刻装置1进行说明。如图1所示，所述蚀刻装置1包括处理腔室 11，具有闭合空间；基台15，升降自如地配设在处理腔室11内，且载置所述碳化硅基板K; 升降气缸18，使基台15升降；排气装置20，对处理腔室11内的压力进行减压；气体供给装置25，将蚀刻气体及惰性气体供给到处理腔室11内；等离子产生装置30，将供给到处理腔室11内的蚀刻气体及惰性气体等离子化；及高频电源35，对基台15供给高频电力。所述处理腔室11包括具有相互连通的内部空间的下腔室12及上腔室13，上腔室 13与下腔室12相比形成得较小。所述基台15包括载置碳化硅基板K的上构件16、及连接升降气缸18的下构件17，且配置在下腔室12内。所述排气装置20包括连接在下腔室12侧面的排气管21，经过排气管21而对处理腔室11内的气体进行排气，从而使处理腔室11的内部达到预定压力。所述气体供给装置25包括蚀刻气体供给部沈，供给作为蚀刻气体的例如巩气体或者SF6气体与A气体的混合气体；惰性气体供给部27，例如供给He气体等惰性气体； 及供给管观，一端连接于上腔室13的上面，另一端形成分叉而分别连接于蚀刻气体供给部 26及惰性气体供给部27 ；且从蚀刻气体供给部沈经过供给管观而将蚀刻气体供给到处理腔室11内，从惰性气体供给部27经过供给管观而将惰性气体供给到处理腔室11内。所述等离子产生装置30包括多个线圈31，上下地并排设置在上腔室13的外周部，且为环状；及高频电源32，对各线圈31供给高频电力；且通过由高频电源32对线圈31 供给高频电力，而将供给到上腔室13内的蚀刻气体及惰性气体等离子化。所述高频电源35 通过对基台15供给高频电力而使基台15与等离子之间产生电位差(偏置电位)，且使由蚀刻气体及惰性气体的等离子化所产生的离子入射到碳化硅基板K。下面，对利用以上文所述的方式而构成的蚀刻装置1对碳化硅基板K进行等离子蚀刻的方法进行说明。首先，将所述碳化硅基板K搬入到蚀刻装置1内，并载置在基台15上，一直对碳化硅基板K进行加热，直到所述碳化硅基板K的温度达到200°C 400°C的温度即蚀刻时的温度(蚀刻处理温度)为止。此时，在蚀刻装置1中，从惰性气体供给部27将惰性气体供给到处理腔室11内，利用排气装置20使处理腔室11内达到预定压力，利用高频电源32、35 分别对线圈31及基台15供给高频电力。供给到处理腔室11内的惰性气体被等离子化，由所述等离子化所产生的离子受到偏置电位的作用而入射、碰撞碳化硅基板K。借此，碳化硅基板K受到加热而温度升高，最终在蚀刻处理温度下达到平衡。还有，关于碳化硅基板K的温度是否已达到蚀刻处理温度，例如可根据碳化硅基板K的加热时间或温度测定来判断。而且，作为蚀刻遮罩的二氧化硅膜，与抗蚀剂相比耐热性强，所以即便将碳化硅基板K加热到200°C 400°C，也不会软化而导致遮罩图案的形状精度降低。而且，如果碳化硅基板K的温度在蚀刻处理温度下处于平衡，那么将所述二氧化硅膜作为遮罩而对碳化硅基板K进行蚀刻。此时，在蚀刻装置1中，从蚀刻气体供给部沈将蚀刻气体供给到处理腔室11内，利用排气装置20使处理腔室11内达到预定压力，利用高频电源32、35分别对线圈31及基台15供给高频电力。供给到处理腔室11内的蚀刻气体被等离子化，利用由所述等离子化所产生的自由基或者离子来对碳化硅基板K进行蚀刻。而且，在所述碳化硅基板K上形成与所述二氧化硅膜的遮罩图案相对应的孔或者沟。还有，当蚀刻碳化硅基板K时，也是利用受偏置电位的作用而入射、碰撞的离子对碳化硅基板K进行加热，所以所述碳化硅基板K的温度能够维持在一定温度(所述蚀刻处理温度)。然而，如上所述，在本例中，是将碳化硅基板K加热到200°C 400°C而进行蚀刻。 这样做的原因在于本发明者等人经过研究后判明当对原子间的键结较强的碳化硅基板K 进行蚀刻时，优选将该碳化硅基板K加热到200°C 400°C的温度。S卩，根据本发明者等人的研究，当碳化硅基板K的加热温度低时，如图2(a)所示， 在经蚀刻所形成的孔H或者沟H的底面的侧壁侧进一步形成了沟H'，而无法获得高精度的蚀刻形状。然而，如果使碳化硅基板K的加热温度缓慢升高，那么如图2(b)所示，所形成的沟H'的大小会缓慢变小，最后如图2(c)所示，未形成沟H'。而且，如果从未形成沟H'的加热温度起使碳化硅基板K的加热温度缓慢升高，那么蚀刻容易各向同性地进行，如图2(d)及图2(e)所示，会蚀刻到孔H或者沟H的侧壁。就构成碳化硅基板K的硅(Si)及碳(C)而言，如果两者的键结没有断开，便不会与利用蚀刻气体的等离子化而产生的自由基或者离子反应，但该碳化硅基板K的温度越高，硅与碳的键结越容易断开，利用蚀刻气体的等离子化而产生的自由基或者离子与硅或者碳越容易反应，所以利用所述反应进行的蚀刻可有效地进行。所以，碳化硅基板K的加热温度越高，则碳化硅基板K的蚀刻越容易各向同性地进行，孔H或者沟H的侧壁越容易被蚀刻。而且，从这一方面对碳化硅基板K的加热温度与蚀刻形状的关系进行了调查，结果可确认如果碳化硅基板K的加热温度为200°C 400°C (更优选的是300°C 400°C )， 那么当进行蚀刻时，在孔H或者沟H的底面完全不会形成沟H'，或者即便形成也非常小，而且，孔H或者沟H的侧壁也完全不会被蚀刻，或者即便被蚀刻也是极少部分。所以，如果将碳化硅基板K加热到200°C 400°C (更优选的是300°C 400°C )，便能够高精度地对碳化硅基板K进行蚀刻。这样，根据本例中的等离子蚀刻法，当对碳化硅基板K进行等离子蚀刻时，因将所述碳化硅基板K加热到200°C 400°C，所以能够高精度地蚀刻碳化硅基板K。而且，在本例中，是在碳化硅基板K的温度达到蚀刻处理温度后开始蚀刻处理， 其原因在于如图3所示，使碳化硅基板K的温度从加热前的温度Ttl升高到蚀刻处理温度 T1 (2000C^ T1彡4000C )需要一定的时间，所以，如果在碳化硅基板K的温度达到蚀刻处理温度T1之前便开始碳化硅基板K的蚀刻，那么从蚀刻开始到碳化硅基板K的温度达到蚀刻处理温度T1这一期间内，会因该碳化硅基板K的温度变化而导致蚀刻处理条件产生变动， 会导致无法高精度地蚀刻碳化硅基板K(例如由于在碳化硅基板K的温度低的时间段的蚀刻而形成的如图2(a)或者图2(b)所示的沟H'，即便利用碳化硅基板K的温度达到蚀刻处理温度T1后的蚀刻也不会完全消失)的问题、及蚀刻速度不均一的问题。所以，像本例一样，如果在碳化硅基板K的温度达到蚀刻处理温度T1之后开始蚀刻处理，那么，能够防止蚀刻处理开始后碳化硅基板K的温度变化，能够使蚀刻处理稳定， 能够高精度地蚀刻碳化硅基板K，且能够防止蚀刻速度不均一。
而且，因使由惰性气体的等离子化所产生的离子入射、碰撞到碳化硅基板K而加热碳化硅基板K，所以可以防止因离子入射而产生的蚀刻，且可以使碳化硅基板K的温度升高。而且，无需在处理腔室11设置用于加热碳化硅基板K的加热机构，仅通过产生惰性气体的等离子便可加热碳化硅基板K。另外，应用本例的等离子蚀刻法对表面形成着作为遮罩的二氧化硅膜的碳化硅基板K进行蚀刻后，像图2(a)或者图2(b)那样，未形成沟H'，而且，如图2(d)或者图2(e) 所示，侧壁也未被蚀刻，而获得如图2(c)所示的高精度的蚀刻形状。还有，通过使惰性气体等离子化而加热碳化硅基板K，使该碳化硅基板K的温度为200°C 400°C的蚀刻处理温度时的处理条件为将作为惰性气体的He气体的供给流量设为50sCCm ；将处理腔室11内的压力设为3Pa ；将供给到线圈31的高频电力设为2. 5kff ；且将供给到基台15的高频电力设为700W ；且当碳化硅基板K的温度达到蚀刻处理温度后，蚀刻该碳化硅基板K时的处理条件为将作为蚀刻气体的SF6气体的供给流量设为50sCCm ；将处理腔室11内的压力设为 3Pa ；将供给到线圈31的高频电力设为2. 5kff ；且将供给到基台15的高频电力设为700W。 而且，此时，碳化硅基板K的蚀刻处理温度为大约400°C。以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明能够采用的具体形态并不受这些说明的任何限制。在上例中，通过使由惰性气体的等离子化所产生的离子入射、碰撞到碳化硅基板 K，而使碳化硅基板K的温度升高，但可使用任何一种方法加热碳化硅基板K。例如，可以使加热器嵌入在基台15中，利用所述加热器加热碳化硅基板K，也可以利用离子入射和加热器这两者来加热碳化硅基板K。而且，在因加热而导致碳化硅基板K的温度升高到超过 400°C的温度的情况下，可配合进行碳化硅基板K的冷却，将碳化硅基板K的温度控制在 200°C 400°C的范围内。而且，作为蚀刻对象基板K，列举了具有4H_SiC晶体结构的碳化硅基板这一个示例，但蚀刻对象基板K也可以是具有除4H-SiC以外的晶体结构的碳化硅基板，另外，也可以是例如氮化镓、氮化铝、氧化锌、氮化硼及磷化硼等的化合物半导体基板。而且，关于碳化硅基板K的蚀刻遮罩，除了所述二氧化硅膜以外，也可以采用例如镍膜等金属遮罩。另外，在上例中，使用所述蚀刻装置1实施了本发明的等离子蚀刻法，但也可以使用具有其他结构的蚀刻装置来实施所述等离子蚀刻法。[符号的说明]1蚀刻装置11处理腔室15 基台20排气装置25气体供给装置26蚀刻气体供给部27惰性气体供给部 30等离子产生装置31 线圈32高频电源
35高频电源K碳化硅基板(宽带隙半导体基板)
权利要求
1.一种等离子蚀刻法，将蚀刻气体供给到处理腔室内进行等离子化，并且对配置在所述处理腔室内的载置宽带隙半导体基板的基台赋予偏置电位，而对所述基台上的宽带隙半导体基板进行等离子蚀刻；且该等离子蚀刻法的特征在于将所述半导体基板加热到200°C 400°C而进行蚀刻。
2.根据权利要求1所述的等离子蚀刻法，其特征在于 所述半导体基板是碳化硅基板。
3.根据权利要求1所述的等离子蚀刻法，其特征在于预先对所述半导体基板进行加热直到其温度达到蚀刻时的温度为止，之后， 一面将所述半导体基板的温度维持在所述蚀刻时的温度，一面利用已等离子化的蚀刻气体来蚀刻所述半导体基板。
4.根据权利要求3所述的等离子蚀刻法，其特征在于当为了使所述半导体基板的温度达到蚀刻时的温度而进行加热时，将惰性气体供给到所述处理腔室内进行等离子化，并且对所述基台赋予偏置电位，使由所述惰性气体的等离子化所产生的离子入射到所述半导体基板，从而加热该半导体基板。
全文摘要
本发明涉及一种能够高精度地蚀刻宽带隙半导体基板的等离子蚀刻法。将惰性气体供给到处理腔室内进行等离子化，并且对载置宽带隙半导体基板的基台赋予偏置电位，使由惰性气体的等离子化所产生的离子入射到基台上的半导体基板而加热半导体基板，当半导体基板的温度达到200℃～400℃的温度即蚀刻时的温度后，将蚀刻气体供给到处理腔室内进行等离子化，并且对基台赋予偏置电位，一面将半导体基板的温度维持在所述蚀刻时的温度一面蚀刻半导体基板。
文档编号H01L21/3065GK102473630SQ20108002669
公开日2012年5月23日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年10月27日
发明者大石明光, 村上彰一, 畑下晶保 申请人:Spp科技股份有限公司