ドライエッチング

ドライエッチングとは、材料（通常は半導体材料のマスクパターン）をイオン（通常はフルオロカーボン、酸素、塩素、三塩化ホウ素などの反応性ガスのプラズマ。窒素、アルゴン、ヘリウムなどのガスが加えられることもある）の衝撃に材料をさらすことで、露出した表面から材料の一部を除去することを指します。一般的なタイプのドライエッチングは、反応性イオンエッチングです。ウェットエッチングで使用される多くの（ただしすべてではありません。等方性エッチングを参照）ウェット化学エッチング剤とは異なり、ドライエッチングプロセスでは通常、方向性または異方性にエッチングします。

ドライエッチングは、フォトリソグラフィ技術と組み合わせて使用​​され、半導体表面の特定の領域を攻撃して材料に凹部を形成します。

アプリケーションには、コンタクトホール（下にある半導体基板へのコンタクト）、ビアホール（層状半導体装置の導電層間の相互接続パスを提供するために形成されるホール）、FinFET 技術のトランジスタゲート、または主に垂直な側面が求められる半導体層の部分の除去などがあります。半導体製造、マイクロマシニング、ディスプレイ製造とともに、酸素プラズマによる有機残留物の除去は、ドライエッチングプロセスとして正確に説明されることがあります。代わりにプラズマアッシングという用語を使用することもできます。

ドライエッチングは、化学的耐性がありウェットエッチングができないシリコンカーバイドや窒化ガリウムなどの材料や半導体に特に有効です。

低密度プラズマ (LDP) は、低圧のおかげで、低いエネルギーコストで高エネルギー反応を生み出すことができます。つまり、ドライエッチングは、比較的少量の化学物質と電力で機能します。さらに、ドライエッチング装置はフォトリソグラフィー装置よりも桁違いに安価になる傾向があるため、多くのメーカーは、それほど高度ではないフォトリソグラフィーツールを必要としない高度な解像度 (14nm 以上) を得るために、ピッチ倍増や 1/4 化などのドライエッチング戦略に依存しています。

ドライエッチングは、ウェットエッチングに比べて異方性エッチング（材料の除去）が可能で、高アスペクト比構造（深い穴やコンデンサのトレンチなど）を作成できるという独自の能力があるため、現在半導体製造プロセスで使用されています。

ドライエッチングのハードウェア設計には、基本的に、真空チャンバー、特殊なガス供給システム、プラズマに電力を供給する無線周波数(RF)波形発生器、ウェーハを固定する加熱チャック、および排気システムが含まれます。

設計は、東京電子、アプライド マテリアルズ、ラムなどのメーカーによって異なります。すべての設計は同じ物理的原理に従っていますが、設計の多様性は、より特殊な処理特性をターゲットにしています。たとえば、デバイスの重要な部分と接触したり、重要な部分を形成したりするドライ エッチング ステップでは、より高いレベルの方向性、選択性、均一性が必要になる場合があります。その代償として、ドライ エッチング装置が複雑になると、購入コストが高くなり、理解しにくくなり、メンテナンス費用が高くなり、動作が遅くなる可能性があります。

ドライエッチング装置は、いくつかのノブでプロセスの均一性を制御できます。チャック温度を変えて、ウェーハの半径全体にわたるウェーハの熱を制御できます。これは、反応速度に影響し、ウェーハのさまざまな領域にわたるエッチング速度に影響します。プラズマの均一性は、プラズマの閉じ込めによって制御できます。プラズマの閉じ込めは、チャンバーの周りを回転する高速磁石、チャンバーへのガスの流れとチャンバーからのポンプの排出の変化、またはチャンバーの周りの RF 編組によって制御できます。これらの戦略は、装置メーカーと目的のアプリケーションによって異なります。

ドライエッチングプロセスは、プラズマエッチングプロセスも発明したスティーブン・M・アーヴィングによって発明されました。^{[1] [2]}異方性ドライエッチングプロセスは、 1970年代初頭にIBM TJワトソン研究所のHwa-Nien Yuによって開発されました。これは、1970年代にYuとRobert H. Dennardによって最初のミクロンスケールのMOSFET（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）を製造するために使用されました。 ^[3]

• プラズマエッチング装置
• エッチング（微細加工）