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エッチング

エッチングプロセスは、ウェーハの表面から選択した領域のみ除去し、他の材料のみ成膜することができます。

“ドライ” (プラズマ)エッチングは、回路を作成するステップで採用され、”ウエット”エッチング(薬液槽を使用)は主に、ウェーハのクリーニングに使用されます。ドライエッチングは、半導体で最もよく使用されるプロセスのひとつです。エッチングを開始する前に、ウェーハはフォトレジストもしくはハードマスク(通常、酸化もしくは窒化)でコーティングされ、フォトリソグラフィーの間に回路パターンに露光されます。エッチングはパターンのトレース後の材料のみ除去します。このパターニングとエッチングのシークエンスはチップ製造プロセスにおいて、複数回繰り返されます。

エッチングプロセスは、ウェーハから除去する膜の種類を表して、絶縁膜エッチング、またはコンダクタ エッチングと呼ばれます。例えば、絶縁膜エッチングは導電性メタルパスのビアホールやトレンチを形成します。コンダクタ エッチングは、ポリシリコンを除去してトランジスタゲートを形成したり、アルミやタングステンを除去してデバイス構造に回路パターンを形成します。

プラズマエッチングは、フッ素系や塩素系など、化学反応を起こす要素を含んだガスに電磁石エネルギー(通常RF)を加えることで実行されます。プラズマは、ウェーハに浴びせかけて材料を除去(エッチング)するプラス電荷のイオンと、エッチング除去された材料と反応して揮発性もしくは不揮発性の副産物を形成する、化学反応のないラジカルを放出します。電荷はイオンを垂直にウェーハへと導きます。同工程では、今日の高密度に詰め込まれたチップデザインに不可欠な、ほぼ垂直のプロファイルを作成します。通常、高いエッチング率(一定の時間に除去される材料の量)が求められます。

プロセスガスはエッチングされる膜のタイプによって異なります。誘電体のエッチングアプリケーションに使用されるのは、通常フッ素系です。シリコンやメタルエッチングでは塩素系のガスが使用されます。層によっては、特殊なエッチングステップが実施される場合もあります。複数の層があり、エッチングプロセスを特定の層において、ダメージを与えずに止めなければならない場合、プロセスの選択制が重要になります。選択制とは、特定の層の除去率と、特定の層の保護率(例:マスクもしくは停止層)という2つのエッチング率を意味します。通常、より高い選択制が求められます。

上述の反応イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)では、物理的エッチングと化学的エッチングのバランスを最適化することが目的となります。つまり、簡単に排気される揮発性の副産物の形成、もしくは残りに保護層の生成を促す適切な化学反応が起きつつ、物理的暴露(エッチング率)が十分に必要な材料を除去しているかということです(選択制とプロファイル制御)。磁力強化されたRIEは、(ウェーハにダメージを与える可能性のある)イオンエネルギーを増加させることなく、イオン密度を上げることにより、プロセスを促進することができます。

エッチング率は、ウェーハ上のあらゆるポイントにおいて同様(均一)であることが理想です。ウェーハのポイントごとに異なる度合いは、不均一性(もしくはマイクロローディング)と呼ばれ、通常パーセンテージで示されます。不均一性とマイクロローディングを最小限に抑えることは、エッチングの重要な目標です。

アプライド マテリアルズは、進化し続けるエッチングの課題に対し、継続的に革新的かつコスト効果の高いソリューションを開発しています。これらの課題は、縮小し続けるデバイスサイズ、使用される材料の変化(High-k層、超多孔質誘電体など)、デバイス構造の多様化(FinFETや3D NANDトランジスタなど)、新しいパッケージングのアプローチ(TSVテクノロジーなど)によって提起されます。