本発明の実施形態を、添付する図面に基� ��いて詳細に述べる。尚、この説明に際し、� ��図にわたり、特に言及がない限り、共通す� ��部分には共通する参照符号が付されている� ��また、図中、本実施形態の要素は必ずしも� ��ケール通りに示されていない。また、各図� ��を見やすくするために、一部の符号が省略� ��れ得る。また、特に言及がない限り、以下� ��各種ガスの流量は、標準状態の流量を示す� ��

 図1は、本実施形態のシリコン構造体の製 造装置100(以下、単に製造装置100ともいう)の� ��置構成の一例を示す断面図である。また、� ��2Aは、本実施形態におけるエッチングスト� �プ層であるシリコン酸化膜層を有するシリ� �ン基板W(以下、単にシリコン基板Wともいう)� ��エッチング工程におけるエッチングガスの� ��力の時間変化を示すグラフである。また、� ��2Bは、前述のエッチング工程における一単� �処理時間の時間変化を示すグラフである。� �た、図3A乃至図3Dは、本実施形態におけるシ� ��コン構造体10の製造方法の一過程を示す断� �図である。

 まず、図1に示すシリコン構造体の製造装 置100の構成について説明する。エッチング対 象となるエッチングストップ層18を有するシ� ��コン基板Wは、チャンバー20の下部側に設け� ��れたステージ21に載置される。チャンバー20 には、エッチングガス、有機堆積物形成ガス (以下、保護膜形成ガスともいう)から選ばれ� ��少なくとも一種類のガスが、各ボンベ22a,22b からそれぞれガス流量調整器23a,23bを通して� �給される。これらのガスは、第1高周波電源2 5により高周波電力を印加されたコイル24によ りプラズマ化される。その後、第2高周波電� �26を用いてステージ21に高周波電力が印加さ� ��ることにより、これらの生成されたプラズ� ��はシリコン基板Wに引き込まれる。ここで、 本実施形態では、ステージ21に対してパルス� ��、換言すれば、印加のオン状態とオフ状態� ��所定間隔で繰り返し現れる状況で電力が印� ��される。その後、このチャンバー20内を減� �し、かつプロセス後に生成されるガスを排� �するため、チャンバー20には真空ポンプ27が� ��気流量調整器28を介して接続されている。� �、このチャンバー20からの排気流量は排気流 量調整器28により変更される。上述のガス流� ��調整器23a,23b、第1高周波電源25、パルス状の 印加が可能な第2高周波電源26、及び排気流量 調整器28は、制御部29により制御される。

 次に、本実施形態のシリコン構造体10の� �造工程について説明する。なお、本実施形� �のシリコン構造体10は、約100μm及び約10μmの� ��であって、それらの深さが約100μmのトレン� ��がエッチングストップ層までエッチングさ� ��た構造を備えている。

 まず、シリコンの異方性ドライエッチング� ��ついて、本実施形態は、保護膜形成ガスが� ��入される保護膜形成工程とエッチングガス� ��導入されるエッチング工程とを順次繰り返� ��方法を採用する。尚、本実施形態の保護膜� ��成ガスはC ₄ F ₈ であり、エッチングガスはSF ₆ である。

 本実施形態では、エッチング速度が異な� ��3つのエッチング条件が採用される。まず、 高速エッチング条件では、保護膜形成工程に おいて、一単位処理時間である2秒間に、保� �膜形成ガスが200mL/min.で供給され、チャンバ� ��20内の圧力は5Paに制御される。コイル24には 、13.56MHzの高周波電力が1800W印加されるが、� �テージ21には電力が印加されない。一方、つ づくエッチング工程では、エッチングガスが 400mL/min.で供給される。また、図2Aの(a)の時間 帯に示すように、エッチング開始から20分間� ��、チャンバー20内の圧力は8Paに制御される� �また、図2Bの(a)の時間帯に示すように、エッ チング開始から20分間は、一単位処理時間は8 秒に固定される。このとき、コイル24には、1 3.56MHzの高周波電力が2200W印加される。また、 ステージ21には、380kHzの高周波電力が45W印加� ��れる。また、本実施形態の高速エッチング� ��件によるエッチング速度は、トレンチ幅が� ��100μmの場所(最もエッチング速度の早い場所 )で約10μm/min.(マイクロメートル/分)トレンチ� ��が約10μmの場所で約6μm/min.である。

 図3Aは、高速エッチング条件によってエッ� �ングされているシリコン構造体10の断面図で ある。本実施形態では、エッチングマスクの 開口幅が異なる2つの場所が設けられている� �そのため、上述のマイクロローティング現� �により、開口幅の広い場所のトレンチの深� �(D ₁ )が他方の深さ(D ₂ )に比べて深くなっている。ここで、高速エ� �チング条件によって形成されたトレンチの� �ち、最もエッチング速度が速い場所が、エ� �チング対象となるシリコン層の厚み(D ₃ )に対して85%以下の深さまでエッチングされ� �。

 次に、エッチングプロセスが開始してから2 0分後、遷移エッチング条件が開始する。遷� �エッチング条件では、保護膜形成工程にお� �て、一単位処理時間である
2秒間に、保護膜形成ガスが200mL/min.で供給さ� ��、チャンバー20内の圧力は5Paに制御される� �コイル24には、13.56MHzの高周波電力が1800W印� �されるが、ステージ21には電力が印加されな い。一方、エッチング工程では、図2Aの(b)の� ��間帯に示すように、高速エッチング条件終� ��から5分間は、チャンバー20内の圧力が徐々� ��減少するように制御部29の指令を受けた排� �流量調整器28により制御され、最終的に3Paに 到達する。また、図2Bの(b)の時間帯に示すよ� ��に、高速エッチング条件終了から5分間は、 一単位処理時間が8秒から4秒に徐々に減少す� ��ように制御部29によって制御される。また� �エッチングガスが400mL/min.で供給される。こ� ��とき、コイル24には、13.56MHzの高周波電力が 2200W印加される。また、ステージ21には、380kH zの高周波電力が45W印加される。また、本実� �形態の遷移エッチング条件によるエッチン� �速度は、トレンチ幅が約100μmの場所では約10 μm/min.から約5.5μm/min.へ徐々に減速され、ト� �ンチ幅が約10μmの場所では約6μm/min.から約3μ m/min.へ徐々に減速される。なお、遷移エッチ ング時間は低速エッチング条件の一単位処理 時間の5サイクル以上が好ましい。この時間� �下であるとエッチング側壁が異常となる。

 図3Bは、高速及び遷移エッチング条件によ� �てエッチングされているシリコン構造体10の 断面図である。高速エッチング条件によるト レンチの領域(a)に続いて、遷移エッチング条 件によるトレンチの領域(b)が形成される。本 実施形態では、高速エッチング条件及び遷移 エッチング条件によって形成されたトレンチ のうち、最もエッチング速度が速い場所が、 エッチング対象となるシリコン層の厚み(D ₃ )に対して95%以下の深さまでエッチングされ� �。

 エッチングプロセスが開始してから25分� �、低速エッチング条件が開始する。低速エ� �チング条件では、保護膜形成工程において� �一単位処理時間である2秒間に、保護膜形成� ��スが200mL/min.で供給され、チャンバー20内の� ��力は、5Paに制御される。コイル24には、13.56 MHzの高周波電力が1800W印加されるが、ステー� ��21には電力が印加されない。一方、エッチ� �グ工程では、エッチングガスが400mL/min.で供� ��される。また、図2Aの(c)の時間帯に示すよ� �に、遷移エッチング条件終了から15分間は、 チャンバー20内の圧力は3Paに制御される。ま� ��、図2Bの(c)の時間帯に示すように、遷移エ� �チング条件終了から15分間は、一単位処理時 間は4秒に固定される。このとき、コイル24に は、13.56MHzの高周波電力が2200W印加される。� �た、ステージ21には、380kHzの高周波電力が45W 印加される。また、本実施形態の低速エッチ ング条件によるエッチング速度は、トレンチ 幅が約100μmの場所で約5.5μm/min.である。また� ��トレンチ幅が約10μmの場所は、トレンチ幅� �約100μmの場所がエッチングストップ層18に達 するまでは約3μm/min.であり、その後は約5μm/m in.である。

 図3C及び図3Dは、高速乃至低速エッチング 条件によってエッチングされているシリコン 構造体10の断面図である。遷移エッチング条� ��によるトレンチの領域(b)に続いて、低速エ� ��チング条件によるトレンチの領域(c)が形成� ��れる。ここで、低速エッチング条件は、最� ��エッチング速度が遅い場所のトレンチの底� ��がエッチングストップ層18に到達するまで� �ッチングされる。本実施形態では、最もエ� �チング速度が遅い場所のトレンチの底部が� �ッチングストップ層18に到達した後、約3分� �のオーバーエッチングが行われたが、ノッ� �は発生しなかった(図3D)。なお、本実施形態� ��ように、低速エッチング条件において、略� ��定のエッチングガス圧力が維持されると、� ��ッチング中のプラズマ状態が安定化される� ��め、公知のエッチング終点検出装置によっ� ��エッチング時間の管理が非常に容易となる� ��め好ましい。

 図4A及び図4Bは、本実施形態のドライエッ チングによって形成されたシリコン構造体10� ��一部の断面SEM写真である。具体的には、図4 Aは、シリコン構造体10のトレンチの側壁形状 を示すSEM写真であり、図4Bは、シリコン構造� ��10のトレンチにおけるシリコン層とエッチ� �グストップ層と界面付近の側壁形状を示すSE M写真である。これらの写真が示すとおり、� �実施形態のエッチング処理により、非常に� �好な側壁形状と、ノッチが無いシリコンと� �ッチングストップ層との界面付近の形状が� �られることが確認された。

 ところで、上述の製造装置100に備えられ� ��いる制御部29は、コンピュータ60に接続され ている。コンピュータ60は、上述の各プロセ� ��を実行するためのシリコン構造体10の製造� �ログラムにより、上述の各プロセスを監視� �、又は統合的に制御する。以下に、具体的� �製造フローチャートを示しながら、シリコ� �構造体10の製造プログラムを説明する。尚、 本実施形態では、上述の製造プログラムがコ ンピュータ60内のハードディスクドライブ、� ��はコンピュータ60に設けられた光ディスク� �ライブ等に挿入される光ディスク等の公知� �記録媒体に保存されているが、この製造プ� �グラムの保存先はこれに限定されない。例� �ば、この製造プログラムの一部又は全部は� �本実施形態における各プロセスチャンバー� �備えられている制御部29内に保存されていて もよい。また、この製造プログラムは、ロー カルエリアネットワークやインターネット回 線等の公知の技術を介して上述の各プロセス を監視し、又は制御することもできる。

 図5は、本実施形態のシリコン構造体10の� ��造フローチャートである。

 図5に示すとおり、本実施形態のシリコン 構造体10の製造プログラムが実行されると、� ��ず、ステップS101において、シリコン基板W� �チャンバー20内に搬送された後、チャンバー 20内のガスが排気される。その後、ステップS 102~ステップS105において、チャンバー20内で� �リコン基板Wが既述の条件により異方性ドラ� ��エッチングされる。

 具体的には、まず、ステップS102において 、本実施形態のエッチングが開始される。エ ッチング開始から所定時間(例えば、本実施� �態ではエッチング開始から20分)が経過する� �では、本実施形態のプログラムは、ステッ� �S103に示すように、エッチング工程における� ��ッチングガスの圧力とその工程中の一単位� ��理時間が維持されるように制御する。この� ��階は、上述の高速エッチング条件による処� ��に該当する。

 その後、本実施形態のプログラムは、ス� ��ップS104に示すように、エッチング工程にお けるエッチングガスの圧力とその工程中の一 単位処理時間が徐々に減少するように制御す る。この段階が、上述の遷移エッチング条件 による処理に該当する。

 さらにその後、本実施形態のプログラム� ��、ステップS105に示すように、エッチング工 程におけるエッチングガスの圧力とその工程 中の一単位処理時間が維持されるように制御 する。この段階は、上述の低速エッチング条 件による処理に該当する。その後、本実施形 態のプログラムにより、異方性エッチング処 理が停止され(S106)、本実施形態のプログラム が終了する。なお、図5では、特にエッチン� �工程における2つのパラメータの推移につい� ��言及されているが、その他の条件、例えば� ��保護膜形成工程の各条件等についてもこの� ��造プログラムにおいて統合的に制御される� ��上述のとおり、シリコン構造体10の製造プ� �グラムが実行される結果、高い垂直性とと� �に良好な側壁形状が達成される。

 ところで、上述の実施形態では、エッチ� ��グ速度を落とす手段、換言すれば、エッチ� ��グ能力を弱める手段として、エッチング工� ��におけるエッチングガスの圧力及び一単位� ��理時間を変化させたが、これに限定されな� ��。例えば、パルス状の電力印加の際に、オ� ��状態とオフ状態の比率を変化させることに� ��っても、エッチング速度を落とすことがで� ��るため、実質的に本発明の効果を奏するこ� ��ができる。

 また、上述の実施形態では、シリコンをエ� ��チングする手段として、エッチングガスと� ��護膜形成ガスが交互にプラズマ化される技� ��を用いられているが、エッチング手段はこ� ��に限定されない。例えば、特開2004-296474に� �載されているようなエッチングガスと保護� �形成ガスの混合ガスをプラズマ化する方法� �シリコンの異方性ドライエッチングとして� �用できる。この方法は、上記各々のガスを� �に交互にプラズマ化させてエッチングする� �法に比べてエッチングレートが遅くなるが� �側壁面の凹凸がより小さくなって滑らかに� �る点では有効である。また、上述の保護膜� �成ガスであるC ₄ F ₈ の代わりにC ₅ F ₈ やC ₄ F ₆ が用いられても良く、上述のエッチングガス であるSF ₆ の代わりにNF ₃ やF ₂ が用いられても良い。また、上記のエッチン グガス及び保護膜形成ガスは、それぞれが単 一ガスである必要はない。例えば、エッチン グガスはSF ₆ 等の他に酸素ガスやアルゴンガスを含んでい ても良く、保護膜形成ガスは、C ₄ F ₈ 等の他に酸素ガスを含んでいても良い。

 ところで、上述の実施形態では、エッチ� ��グされる対象がトレンチであったが、これ� ��限定されない。その対象がホールであって� ��、本発明と実質的に同様の効果が奏される� ��

 さらに、上述の実施形態では、開口幅が2 種類(100μmと10μm)であったが、これに限定さ� �ない。仮に、開口幅が3種類以上であっても� ��発明を適用することができる。例えば、互� ��に異なる3種類の開口幅を持つトレンチ群が エッチング対象であった場合、エッチングス トップ層に到達するまでに要する時間、換言 すれば、エッチング速度がそれぞれ異なるた め、遷移エッチング条件を複数回採用するこ とにより、本発明の効果と同様の効果が奏さ れる。より具体的には、高速エッチング条件 を用いたエッチングする工程の後に、比較的 エッチング速度の速い遷移エッチング条件(� �下、「第1遷移エッチング条件」という。)を 用いてエッチングする工程を行う。その後、 第1遷移エッチング条件のうち最もエッチン� �速度の遅い条件のエッチング速度を持つエ� �チング条件(本段落では、便宜上、「中速エ� ��チング条件」という。)を用いてエッチング する工程を行う。さらに、徐々にエッチング 速度を低下させる遷移エッチング条件(以下� �「第2遷移エッチング条件」という。)を用い てエッチングする工程を経て、第2遷移エッ� �ング条件のうち最もエッチング速度の遅い� �件のエッチング速度を持つ「低速エッチン� �条件」を用いてエッチングする工程を行う� �その結果、互いに異なる3種類の開口幅のト� ��ンチ群に対しても本発明の効果と同様の効� ��が奏される。なお、複数の遷移エッチング� ��件を採用することは、複数種の開口幅を持� ��トレンチ群と、一般的にトレンチと比較し� ��エッチング速度が低い複数種の開口幅を持� ��ホール群とが混在する場合にも適用できる� ��

 また、上述の実施形態では、SOI基板が採� ��されているが、シリコン酸化膜以外のエッ� ��ングストップ層を有するシリコン基板に対� ��ても本発明は適用できる。

 さらに、プラズマ生成手段としてこれま� ��の実施形態ではICP(Inductively Coupled Plasma)を� ��いたが、本発明はこれに限定されない。他� ��高密度プラズマ、例えば、CCP(Capacitive-Coupled  Plasma)やECR(Electron-Cyclotron Resonance Plasma)を用 いても本発明の効果を得ることができる。以 上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在す る変形例もまた、特許請求の範囲に含まれる ものである。