Book03
をテンプレートにして作成
開始行:
*第6章 エッチング工程の手法およびレジスト・レジストパタ...
*第1節 エッチング手法・装置各種およびレジスト・レジスト...
**はじめに [#k4698b0c]
プラズマプロセスは,1968年にポリマーの酸素プラズマによ...
このプラズマエッチング技術を科学的に理解して制御を実現...
歴史的に半導体プロセスはウェハプロセスによってなされ,...
エッチング(工程)には数多くの方法が用いられているが,...
前記した狭義のプラズマエッチングは,レジストのパターン...
図1 エッチング加工の断面模式図,左から等方性,方向性,...
**1. ドライエッチング [#gee78ede]
まずプラズマの生成について説明すれば,適度に減圧された...
では,プラズマを生じたガスの中で何か起こるのであろうか...
表1 プラズマ中の電子衝突反応の例
-CF4+e- → CF3*+F+e- 電子衝突解離
-CF4+e- → CF3++F+2e- 電子衝突解離性イオン化
-CF4+e- → CF4*+e- 電子衝突励起
-CF4+e- → CF3*+F- 電子付着解離
さらに解離生成した分子ラジカルなどが逐次反応を生じていく...
このFがガス流れや拡散によって被加工物となるシリコン表面...
Si+4 F→SiF4 (or SiF 2 )↑ (1)
といった表面反応を生じてフッ化シリコン(SiF2やSiF4)を生...
ER (nm/min) = ER0 exp(-ΔE/kT) (2)
のように定式化することができることが多い [3].ここで,ER0...
表2 Si化合物の沸点と融点の例
-SiH4 -112 -185
-Si2H6 -14 -132
-SiF4 -86 -90
-SiCl4 58 -69
-SiBr4 154 5.4
-SiI4 288 121
一方,有機レジスト材料のエッチングにおいても,有機材料...
上述の通り,エッチング反応式を熱力学的平衡に反応生成物...
**2.プラズマエッチング [#qe5798b2]
典型的なエッチャーでは,プラズマ源として平行平板電極に...
次に,イオンのエネルギーが決定される機構を説明する [6]...
前記したような1周波平行平板の典型的なエッチャーでは印加...
このようにイオンシースの生成と自己バイアスによってイオ...
実際のプロセスについても挙げておく[7].シリコン半導体の...
化合物半導体のエッチング[8]も同様であるが,例えばⅢ族-Ⅴ...
金属酸化物,High-kのシリケートやアルミネートも含めて,...
シリコン酸化膜のエッチングにはフルオロカーボンガスが使...
配線などに使われるアルミのエッチングには,フッ素との化...
金属のCrマスクのエッチングにはCl2/O2が使われ,CrO2Cl2の...
エッチングマスクとして使用後のレジストは不要なため除去...
**3. ウェットエッチング [#u6e27f65]
ウェットエッチングではプラズマによるイオン衝撃などの物...
**レジスト材料と耐エッチング性 [#m0e0c6bf]
レジスト材料には,主にレジン,感光基,溶剤が含まれてい...
ネガ型では感光により架橋して溶解度を下げており,アリル...
これより短波長ではエキシマレーザーの以下の
-Kr + F2* → KrF + 248nm
-Ar + F2* → ArF + 193nm
-F2* → F2 + 157nm
波長をもちいるようになり,この世代では化学増幅レジストが...
さらにX線領域のEUV(13.5nm)では,原子そのものが吸収す...
レジストの種類は多岐にわたり,分子構造の多量体(繰り返...
プラズマを発生させるガスにはフルオロカーボン,塩素,臭...
エッチング耐性については,はじめレジスト材料中の炭素数...
*第2節 エッチング工程の最適化を目指した要点と対策 [#c10...
**1. 抜け不良の対策 [#h24bd514]
ここでは例としてフルオロカーボンプラズマをもちいて高ア...
図1 エッチング入射種の制御 [10]
図2 表面反応のモデル化例 [10]
イオンの与える影響は大きく,基板に印加するバイアスによ...
図3 質量分離されたフルオロカーボンイオンのSiO2エッチン...
ただし,フッ素原子の生成はエッチ選択比を考える上で課題...
図4 プラズマ中での分子の解離に与える滞在時間の影響[10]
一方,フルオロカーボンガス量が多くなり過ぎる場合には,...
図5 フルオロカーボン分圧に対するエッチングレート変化の...
エッチレートをみると入射粒子の組成に依存するものの総括...
フルオロカーボンガスの分圧を上げていくと,入射するカー...
結局,入射粒子と脱離粒子との総括バランスがエッチレート...
表面に付着性の高いフルオロカーボンガスをもちいることで...
他にも,間口の狭い高アスペクト比コンタクトホールでは,...
図7 アスペクト比依存エッチングになった場合の例 [18]
イオンのフラックス減少や軌道変化は底面の帯電にも依存す...
窒化膜やシリコンカーボン膜など,別の組成の膜についても...
**2. エッチャントの影響 [#q05adc25]
フルオロカーボンプラズマによるエッチング特性の制御・抜...
以上の通り,プラズマ中のガス分子の化学には,様々な反応...
図8 C4F8解離過程の量子化学計算結果の例 [20]
**3. エッチング幅のバラツキ対策 [#ia74f938]
これまで述べてきたようにエッチングの目的はレジストにリ...
プラズマプロセスでは,窓を隔てることなくプラズマ発光が...
次にイオン照射は,酸素と水素の脱離を促して表面の炭素比...
他にも気相中のフッ素濃度が上がるほど凹凸が増すことも知...
結局,イオンと電気中性な活性種,プラズマ発光と様々な影...
図9 プラズマと表面の相互作用について遮光板と透過窓を使...
ビームを使った場合には,プラズマからイオンのエネルギー...
図10 ArFレジストにフルオロカーボンプラズマのプラズマビ...
図11 ArFレジストにフルオロカーボンプラズマのプラズマビ...
図12 ArFレジストにフルオロカーボンプラズマのプラズマビ...
イオンは照射エネルギーによって侵入深さが変化するか,概...
現在のところ,レジストの荒れを対策するのに有効な手段に...
*まとめ [#sc8ff6bf]
プラズマエッチング中のプラズマと固体表面との相互作用が...
プラズマプロセスの過去35年の歴史において,固体表面に入...
*参考文献 [#v9accb3b]
-[1] プラズマエッチングについてのレビューは,例えば
--H. Abe, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 47, 1435 (2008).
--R. G. Poulsen, J. Vac. Sci. Technol. 14, 266 (1977).
-[2] プラズマの生成については,例えば
--チェン「プラズマ物理入門」(丸善, 1996)
-[3] プラズマ気相中の反応については,例えば
--G. I. Font, et al., J. Appl. Phys. 91, 6 (2002).
--化学反応式を使った系の解析についてはプラズマではないが...
--J. Warnatz, et al., 「Combustion 」3rd ed. (Springer, 2...
-[4] プラズマエッチングについては,例えば
--菅井秀郎 「プラズマエレクトロニクス(インターユニバー...
--チャップマン「プラズマプロセスの基礎」(電気書院, 1985)
--徳山「半導体ドライエッチング技術」(産業図書, 1992)
-[5] 物質の生成エンタルピーなどのデータは,例えば
--CRC Handbook of Physics and Chemistry, 91st ed. (CRC, 2...
--http://webbook nist.gov/ chemistry./
-[6] イオンシースについては,例えば
--Lieberman「プラズマ/プロセスの原理」第二版(丸善,2011...
-[7] 具体的なエッチング手法については,例えば
--M. エルベンスポーク,「シリコンマイクロ加工の基礎」(シ...
-[8] GaAsやGaNでエッチングについての単行本は見当たらない...
--A. G. Baca, C. I. H. Ashby, “Fabrication of GaAs Device...
--S. J. Pearton, et al., “GaN: Processing, defects, and d...
--S. J. Pearton, “Processing of wide band gap semiconduct...
--H. Morkoc, Handbook of Nitride semiconductor and device...
-[9] High-kのエッチングについては,例えば
--L. Sha, J. P. Chang, J. Vac. Sci. Technol. A 22, 88 (20...
--K. Nakamura, et al., Vacuum 80, 761 (2006).
-[10] フルオロカーボンプラズマについては,ASETプラズマ研...
--M. Sekine, Appl. Surf. Sci. 192, 270 (2002).
--M. Sekine, Pure Appl. Chem. 74, 381 (2002).
--T. Tatsumi, Appl. Surf. Sci. 253, 6716 (2007).
-[11] 林俊雄,プラズマ核融合学会誌83, 341 (2007).
-[12] ウェットプロセスや溶液中の微粒子については,例えば...
--堀池靖弘,小川洋輝 「はじめての半導体洗浄技術」(日刊...
--イスラエルアチビィリ「分子間力と表面力」(朝倉書店, 19...
--エッチング方法については,
--P. Walker, et al., CRC Handbook of Metal etchants (CRC,...
--K. R. Williams, J. Microelectrochem. Sys. 5, 256 (1996)...
-[13] レジスト材料については,例えば
--出水清史監修,「半導体プロセス教本」第3章リソグラフィー...
--E. Reichmanis, et al., Chem. Mater. 3, 394 (1991).
-[14] H. Gokan, S. Esho, Y. Ohnishi, J. Electrochem. Soc....
-[15] D. Zhang, M. Kushner, J. Appl. Phys. 87, 1060 (2000).
-[16] K. Karahashi, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 22, 1...
-[17] T. Tatsumi, et al., J. Vac. Sci. Technol. B 18, 189...
-[18] B. Wu, et al., J. Appl. Phys. 108, 051101 (2010).
-[19] DC重畳については,
--T. Yamaguchi, M. Hori, et al., J. Phys. D: Appl. Phys. ...
--M. Wang, Kushner, J. Appl. Phys. 107, 023308 (2011); ib...
-[20] 量子化学計算によるガス解離過程の解析については,例...
--T. Hayashi, et al. Jpn. J. Appl. Phys. 50, 036203 (2011).
--H. Hayashi, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 17, 2557 (1...
-[21] レジストと希ガス,イオン,光との相互作用についての...
--G. S. Oehlein, et al., J. Vac. Sci. Technol. B 29, 0108...
-[22] Negishi, et al., J. Vac. Sci. Technol. B 23, 217 (2...
-[23] フルオロカーボンプラズマビームとレジスト表面の相互...
--T. Takeuchi, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 50, 08JE05 (20...
--T. Takeuchi, et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 102001...
--石川健治,シリコンテクノロジー研究会133回(応用物理学会...
-[24] E. Pargon, et al., J. Appl. Phys. 105, 094902 (2009).
-[25] T. Mukawa, USPat appl. 20110159697 (2011).
-[26] PAPEについては,例えば
--S. Uchida, M. Hori, et al., J. Appl. Phys. 103, 073303 ...
--H. Yamamoto, M. Hori, et al., J. Appl. Phys. 109, 08411...
--K. Ishikawa, M. Hori, et al., J. Phys. Chem. Lett. 2, 1...
(c) Kenji Ishikawa
終了行:
*第6章 エッチング工程の手法およびレジスト・レジストパタ...
*第1節 エッチング手法・装置各種およびレジスト・レジスト...
**はじめに [#k4698b0c]
プラズマプロセスは,1968年にポリマーの酸素プラズマによ...
このプラズマエッチング技術を科学的に理解して制御を実現...
歴史的に半導体プロセスはウェハプロセスによってなされ,...
エッチング(工程)には数多くの方法が用いられているが,...
前記した狭義のプラズマエッチングは,レジストのパターン...
図1 エッチング加工の断面模式図,左から等方性,方向性,...
**1. ドライエッチング [#gee78ede]
まずプラズマの生成について説明すれば,適度に減圧された...
では,プラズマを生じたガスの中で何か起こるのであろうか...
表1 プラズマ中の電子衝突反応の例
-CF4+e- → CF3*+F+e- 電子衝突解離
-CF4+e- → CF3++F+2e- 電子衝突解離性イオン化
-CF4+e- → CF4*+e- 電子衝突励起
-CF4+e- → CF3*+F- 電子付着解離
さらに解離生成した分子ラジカルなどが逐次反応を生じていく...
このFがガス流れや拡散によって被加工物となるシリコン表面...
Si+4 F→SiF4 (or SiF 2 )↑ (1)
といった表面反応を生じてフッ化シリコン(SiF2やSiF4)を生...
ER (nm/min) = ER0 exp(-ΔE/kT) (2)
のように定式化することができることが多い [3].ここで,ER0...
表2 Si化合物の沸点と融点の例
-SiH4 -112 -185
-Si2H6 -14 -132
-SiF4 -86 -90
-SiCl4 58 -69
-SiBr4 154 5.4
-SiI4 288 121
一方,有機レジスト材料のエッチングにおいても,有機材料...
上述の通り,エッチング反応式を熱力学的平衡に反応生成物...
**2.プラズマエッチング [#qe5798b2]
典型的なエッチャーでは,プラズマ源として平行平板電極に...
次に,イオンのエネルギーが決定される機構を説明する [6]...
前記したような1周波平行平板の典型的なエッチャーでは印加...
このようにイオンシースの生成と自己バイアスによってイオ...
実際のプロセスについても挙げておく[7].シリコン半導体の...
化合物半導体のエッチング[8]も同様であるが,例えばⅢ族-Ⅴ...
金属酸化物,High-kのシリケートやアルミネートも含めて,...
シリコン酸化膜のエッチングにはフルオロカーボンガスが使...
配線などに使われるアルミのエッチングには,フッ素との化...
金属のCrマスクのエッチングにはCl2/O2が使われ,CrO2Cl2の...
エッチングマスクとして使用後のレジストは不要なため除去...
**3. ウェットエッチング [#u6e27f65]
ウェットエッチングではプラズマによるイオン衝撃などの物...
**レジスト材料と耐エッチング性 [#m0e0c6bf]
レジスト材料には,主にレジン,感光基,溶剤が含まれてい...
ネガ型では感光により架橋して溶解度を下げており,アリル...
これより短波長ではエキシマレーザーの以下の
-Kr + F2* → KrF + 248nm
-Ar + F2* → ArF + 193nm
-F2* → F2 + 157nm
波長をもちいるようになり,この世代では化学増幅レジストが...
さらにX線領域のEUV(13.5nm)では,原子そのものが吸収す...
レジストの種類は多岐にわたり,分子構造の多量体(繰り返...
プラズマを発生させるガスにはフルオロカーボン,塩素,臭...
エッチング耐性については,はじめレジスト材料中の炭素数...
*第2節 エッチング工程の最適化を目指した要点と対策 [#c10...
**1. 抜け不良の対策 [#h24bd514]
ここでは例としてフルオロカーボンプラズマをもちいて高ア...
図1 エッチング入射種の制御 [10]
図2 表面反応のモデル化例 [10]
イオンの与える影響は大きく,基板に印加するバイアスによ...
図3 質量分離されたフルオロカーボンイオンのSiO2エッチン...
ただし,フッ素原子の生成はエッチ選択比を考える上で課題...
図4 プラズマ中での分子の解離に与える滞在時間の影響[10]
一方,フルオロカーボンガス量が多くなり過ぎる場合には,...
図5 フルオロカーボン分圧に対するエッチングレート変化の...
エッチレートをみると入射粒子の組成に依存するものの総括...
フルオロカーボンガスの分圧を上げていくと,入射するカー...
結局,入射粒子と脱離粒子との総括バランスがエッチレート...
表面に付着性の高いフルオロカーボンガスをもちいることで...
他にも,間口の狭い高アスペクト比コンタクトホールでは,...
図7 アスペクト比依存エッチングになった場合の例 [18]
イオンのフラックス減少や軌道変化は底面の帯電にも依存す...
窒化膜やシリコンカーボン膜など,別の組成の膜についても...
**2. エッチャントの影響 [#q05adc25]
フルオロカーボンプラズマによるエッチング特性の制御・抜...
以上の通り,プラズマ中のガス分子の化学には,様々な反応...
図8 C4F8解離過程の量子化学計算結果の例 [20]
**3. エッチング幅のバラツキ対策 [#ia74f938]
これまで述べてきたようにエッチングの目的はレジストにリ...
プラズマプロセスでは,窓を隔てることなくプラズマ発光が...
次にイオン照射は,酸素と水素の脱離を促して表面の炭素比...
他にも気相中のフッ素濃度が上がるほど凹凸が増すことも知...
結局,イオンと電気中性な活性種,プラズマ発光と様々な影...
図9 プラズマと表面の相互作用について遮光板と透過窓を使...
ビームを使った場合には,プラズマからイオンのエネルギー...
図10 ArFレジストにフルオロカーボンプラズマのプラズマビ...
図11 ArFレジストにフルオロカーボンプラズマのプラズマビ...
図12 ArFレジストにフルオロカーボンプラズマのプラズマビ...
イオンは照射エネルギーによって侵入深さが変化するか,概...
現在のところ,レジストの荒れを対策するのに有効な手段に...
*まとめ [#sc8ff6bf]
プラズマエッチング中のプラズマと固体表面との相互作用が...
プラズマプロセスの過去35年の歴史において,固体表面に入...
*参考文献 [#v9accb3b]
-[1] プラズマエッチングについてのレビューは,例えば
--H. Abe, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 47, 1435 (2008).
--R. G. Poulsen, J. Vac. Sci. Technol. 14, 266 (1977).
-[2] プラズマの生成については,例えば
--チェン「プラズマ物理入門」(丸善, 1996)
-[3] プラズマ気相中の反応については,例えば
--G. I. Font, et al., J. Appl. Phys. 91, 6 (2002).
--化学反応式を使った系の解析についてはプラズマではないが...
--J. Warnatz, et al., 「Combustion 」3rd ed. (Springer, 2...
-[4] プラズマエッチングについては,例えば
--菅井秀郎 「プラズマエレクトロニクス(インターユニバー...
--チャップマン「プラズマプロセスの基礎」(電気書院, 1985)
--徳山「半導体ドライエッチング技術」(産業図書, 1992)
-[5] 物質の生成エンタルピーなどのデータは,例えば
--CRC Handbook of Physics and Chemistry, 91st ed. (CRC, 2...
--http://webbook nist.gov/ chemistry./
-[6] イオンシースについては,例えば
--Lieberman「プラズマ/プロセスの原理」第二版(丸善,2011...
-[7] 具体的なエッチング手法については,例えば
--M. エルベンスポーク,「シリコンマイクロ加工の基礎」(シ...
-[8] GaAsやGaNでエッチングについての単行本は見当たらない...
--A. G. Baca, C. I. H. Ashby, “Fabrication of GaAs Device...
--S. J. Pearton, et al., “GaN: Processing, defects, and d...
--S. J. Pearton, “Processing of wide band gap semiconduct...
--H. Morkoc, Handbook of Nitride semiconductor and device...
-[9] High-kのエッチングについては,例えば
--L. Sha, J. P. Chang, J. Vac. Sci. Technol. A 22, 88 (20...
--K. Nakamura, et al., Vacuum 80, 761 (2006).
-[10] フルオロカーボンプラズマについては,ASETプラズマ研...
--M. Sekine, Appl. Surf. Sci. 192, 270 (2002).
--M. Sekine, Pure Appl. Chem. 74, 381 (2002).
--T. Tatsumi, Appl. Surf. Sci. 253, 6716 (2007).
-[11] 林俊雄,プラズマ核融合学会誌83, 341 (2007).
-[12] ウェットプロセスや溶液中の微粒子については,例えば...
--堀池靖弘,小川洋輝 「はじめての半導体洗浄技術」(日刊...
--イスラエルアチビィリ「分子間力と表面力」(朝倉書店, 19...
--エッチング方法については,
--P. Walker, et al., CRC Handbook of Metal etchants (CRC,...
--K. R. Williams, J. Microelectrochem. Sys. 5, 256 (1996)...
-[13] レジスト材料については,例えば
--出水清史監修,「半導体プロセス教本」第3章リソグラフィー...
--E. Reichmanis, et al., Chem. Mater. 3, 394 (1991).
-[14] H. Gokan, S. Esho, Y. Ohnishi, J. Electrochem. Soc....
-[15] D. Zhang, M. Kushner, J. Appl. Phys. 87, 1060 (2000).
-[16] K. Karahashi, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 22, 1...
-[17] T. Tatsumi, et al., J. Vac. Sci. Technol. B 18, 189...
-[18] B. Wu, et al., J. Appl. Phys. 108, 051101 (2010).
-[19] DC重畳については,
--T. Yamaguchi, M. Hori, et al., J. Phys. D: Appl. Phys. ...
--M. Wang, Kushner, J. Appl. Phys. 107, 023308 (2011); ib...
-[20] 量子化学計算によるガス解離過程の解析については,例...
--T. Hayashi, et al. Jpn. J. Appl. Phys. 50, 036203 (2011).
--H. Hayashi, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 17, 2557 (1...
-[21] レジストと希ガス,イオン,光との相互作用についての...
--G. S. Oehlein, et al., J. Vac. Sci. Technol. B 29, 0108...
-[22] Negishi, et al., J. Vac. Sci. Technol. B 23, 217 (2...
-[23] フルオロカーボンプラズマビームとレジスト表面の相互...
--T. Takeuchi, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 50, 08JE05 (20...
--T. Takeuchi, et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 102001...
--石川健治,シリコンテクノロジー研究会133回(応用物理学会...
-[24] E. Pargon, et al., J. Appl. Phys. 105, 094902 (2009).
-[25] T. Mukawa, USPat appl. 20110159697 (2011).
-[26] PAPEについては,例えば
--S. Uchida, M. Hori, et al., J. Appl. Phys. 103, 073303 ...
--H. Yamamoto, M. Hori, et al., J. Appl. Phys. 109, 08411...
--K. Ishikawa, M. Hori, et al., J. Phys. Chem. Lett. 2, 1...
(c) Kenji Ishikawa
ページ名: