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[[Book]] -エッチングの高度化と3次元構造の作製技術 第1章　加工技術... ---- -第3節　ドライエッチングの基礎と高度化 石川健治　名古屋大学 -1. ドライエッチングの概要 --1-1.　歴史的背景 ドライエッチングは、化学薬液を使用するウェットエッチング... --1-2.　ウェットエッチングとドライエッチングの比較 ウェットエッチングでは、剥離液がフォトレジストの樹脂に浸... --1-3.　ドライエッチングの発展 1980年代以降、エッチングガスプラズマを用いたドライエッチ... このように、ドライエッチングは半導体製造において重要な技... --1-4.　加工形状の3次元構造とスケール：スケールの重要性 加工形状の3次元構造から見た“スケール”に着目する必要がある... 1959年にリチャード・ファインマンが「There’s plenty of roo... --1-5.　エッチング技術の進化 エッチング技術に話を戻すと、ミクロンスケール、ナノメータ... 大量生産性に焦点を置くと、フォトリソグラフィによるパター... 2010年後半からは、フォトリソグラフィのパターンを元に、そ... このように、加工形状の3次元構造とスケールに関する技術は日... --1-6.　プラズマエッチング技術の基礎と将来展望 半導体集積回路の製造が先導して微細化を進めているプラズマ... ●材料選択比 ロジック半導体では、微細化によって得られる低消費電力化と... ●高アスペクト比 メモリ半導体ではコスト競争が激しく、積層の3次元化が進んで... ●難エッチング材料加工 基本素子の多様化が進んでおり、3次元構造を制御してデバイス... 化合物に含まれる元素が多くなると、選択エッチング現象によ... ●プロセスの計測や制御 エッチングプロセスは、被加工面から材料を除去するため、や... したがって、プロセス中の装置状況をセンサーでモニターし、... 図　プラズマエッチングに求められる技術発展の方向性 このような内容について、本節では取り上げる。 -2.　ドライエッチングの基礎 --2-1.　基本概念 ドライエッチングは、反応生成物を揮発除去して排気する技術... --2-2.　ガスエッチング（プラズマレス） 最初に、反応性の蒸気をさらすことで化学反応して揮発性の生... --2-3.　ラジカルエッチング 次に、プラズマを発生させて化学活性なラジカルを生成し、ラ... --2-4.　反応性イオンエッチング 最後に、プラズマによって生成したイオンをイオンシースの電... 当時日電アネルバの細川氏が報告し、反応性イオンエッチング... スパッタリング現象ということからも、イオンの照射エネルギ... --2-5.　エッチング原理のまとめ 上述した3つのエッチング原理は、1. ガスエッチング（プラズ... --2-6.　3次元形状プロファイルの制御 3次元形状のプロファイルを制御するためには、側壁での反応、... イオンベースの加工で化学反応性の高いラジカルが共存する場... マスクの形状が完全な垂直でない場合、マスクの側壁に当たっ... チャージしたイオンはマスクで影になっていても直進して構造... 紙面の都合上、十分な基礎的内容を説明できないが、次の節で... -3.　これからの微細化　材料選択比 半導体集積回路のエッチング技術で歴史的に黎明期の微細化を... これがなぜ重要であるかと言えば、ウェハ面内にエッチングレ... 次に、絶縁膜を成膜してから下層の電極部分に接続するための... 材料選択比は、材料表面の特性を取り入れるようにガスプラズ... 今後材料の加工寸法が微細化されるほど、要求される材料選択... セルフアラインメントは、絶縁保護している部分、サイドウォ... ほかのHigh-k材料となるHfO2やGaN化合物では技術的に難易度が... 古くからGaAsでも周期律表の右列に位置する元素ほど揮発性を... ここまでに選択エッチングの実現性の原理について述べてきた... --3-1.　原子層エッチング まだまだ加工時間という面での問題が残っているが、ここ数年... 第一ステップで変質層を形成するにはイオン照射によってアモ... 具体的な方法では、例えば　シリコン窒化物にイオン照射する... 先にシリコンを塩素ラジカルに曝しておきハロゲン化した層を... 以上のことは、除去したい膜の構成元素に配位子を結合させ、... 今後、パターン寸法の微細化とエッチング量の精密制御という... -4.　これからの高アスペクト比加工　ガス分子デザイン 面積当たりの素子数を増やし、いわゆる集積度を上げていくた... 高アスペクト比のエッチングになると、問題になることはアス... アスペクト比依存のエッチングを生じる要因には、エッチャン... イオンの入射角度分布は、イオンの熱速度で分散する水平方向... 反応性イオンエッチングの原理では、反応面へのイオン照射に... そこで、最近注目されているのはHFなどである [15]。安定でSi... 同様にしてSiの高アスペクト比構造のエッチングを高速にする... アモルファスカーボンの高アスペクト比構造のエッチングも活... 一方で基板温度を下げた方が、ラジカルの吸着が持続したまま... ここでは高アスペクト比という方向性について述べてきた。こ... -5.　これからの難エッチング材料加工　表面反応の精密制御 エッチングでは表面から物理的に除去するスパッタリング技術... 遷移金属の加工は磁性体材料で多く、ハロゲンなどを使った方... 難エッチング材料の加工には段階的な発展が試みられており、... 上述してきたように、ドライエッチングの原理では、気相から... -6.　計測と制御のリアルタイム化と情報学活用　機械学習 ドライエッチングのプロセス開発について述べる。歴史的に、... エッチングプロセスのその場観察には、分光偏光解析や赤外分... プラズマプロセスでは、機能性材料へのプロセスダメージが問... 最適な条件がプロセスとして設定されれば、制御手法が取られ... プロセス制御には、統計的プロセス制御や高度プロセス制御が... -7.　おわりに 本節では、プラズマエッチング技術の基礎から将来展望までを... 今後も、機械学習や人工知能の技術を取り入れながら、リアル... 参考文献 [1] S. M. Irving, US Patent 3,615,956 (1969). [2] R. P. Feynmann, Eng. Sci. 23, p. 22 (Caltech, 1960). [3] G. Binning, H. Rohrer, Phys. Rev. Lett. 27, 922 (1982). [4] G. S. Higashi, et al., Appl. Phys. Lett. 56, 656 (199... [5] C. Johnson, et al., IBM Tech. Disclosure Bull. 26, 45... [6] S. Tajima, et al., J. Phys. Chem. C 117, 20810 (2013). [7] Y. Horiike, and M. Shibagaki, Jpn. J. Appl. Phys. 15,... [8] N. Hosokawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 13, 435 (197... [9] K. Karahashi, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 22, 116... [10] K. Ishikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 57, 06JA01 ... [11] S. Nakamura, et al., J. Appl. Phys. 133, 043302 (202... [12] K. Ishikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 56, 06HA02 ... [13] S. Hsiao, et al., Appl. Sur. Sci. 542, 148550 (2021). [14] Y. Lee, et al., ACS Nano 9, 2061 (2015). [15] Y. Kihara, et al., Tech Dig. VLSI (Kyoto, IEEE, 2023). [16] K. Ishikawa, et al., Appl. Surf. Sci. 645, 158876 (2... [17] T. Ohiwa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31, 405 (1992). [18] T. Yoshie, et al., Appl. Surf. Sci. 638, 157981 (202... [19] T. Nguyen, et al., ACS Appl. Mater. Interf. 16, 5319... [20] M. Kambara, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 62, SA0803 (...

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[[Book]] -エッチングの高度化と3次元構造の作製技術 第1章　加工技術... ---- -第3節　ドライエッチングの基礎と高度化 石川健治　名古屋大学 -1. ドライエッチングの概要 --1-1.　歴史的背景 ドライエッチングは、化学薬液を使用するウェットエッチング... --1-2.　ウェットエッチングとドライエッチングの比較 ウェットエッチングでは、剥離液がフォトレジストの樹脂に浸... --1-3.　ドライエッチングの発展 1980年代以降、エッチングガスプラズマを用いたドライエッチ... このように、ドライエッチングは半導体製造において重要な技... --1-4.　加工形状の3次元構造とスケール：スケールの重要性 加工形状の3次元構造から見た“スケール”に着目する必要がある... 1959年にリチャード・ファインマンが「There’s plenty of roo... --1-5.　エッチング技術の進化 エッチング技術に話を戻すと、ミクロンスケール、ナノメータ... 大量生産性に焦点を置くと、フォトリソグラフィによるパター... 2010年後半からは、フォトリソグラフィのパターンを元に、そ... このように、加工形状の3次元構造とスケールに関する技術は日... --1-6.　プラズマエッチング技術の基礎と将来展望 半導体集積回路の製造が先導して微細化を進めているプラズマ... ●材料選択比 ロジック半導体では、微細化によって得られる低消費電力化と... ●高アスペクト比 メモリ半導体ではコスト競争が激しく、積層の3次元化が進んで... ●難エッチング材料加工 基本素子の多様化が進んでおり、3次元構造を制御してデバイス... 化合物に含まれる元素が多くなると、選択エッチング現象によ... ●プロセスの計測や制御 エッチングプロセスは、被加工面から材料を除去するため、や... したがって、プロセス中の装置状況をセンサーでモニターし、... 図　プラズマエッチングに求められる技術発展の方向性 このような内容について、本節では取り上げる。 -2.　ドライエッチングの基礎 --2-1.　基本概念 ドライエッチングは、反応生成物を揮発除去して排気する技術... --2-2.　ガスエッチング（プラズマレス） 最初に、反応性の蒸気をさらすことで化学反応して揮発性の生... --2-3.　ラジカルエッチング 次に、プラズマを発生させて化学活性なラジカルを生成し、ラ... --2-4.　反応性イオンエッチング 最後に、プラズマによって生成したイオンをイオンシースの電... 当時日電アネルバの細川氏が報告し、反応性イオンエッチング... スパッタリング現象ということからも、イオンの照射エネルギ... --2-5.　エッチング原理のまとめ 上述した3つのエッチング原理は、1. ガスエッチング（プラズ... --2-6.　3次元形状プロファイルの制御 3次元形状のプロファイルを制御するためには、側壁での反応、... イオンベースの加工で化学反応性の高いラジカルが共存する場... マスクの形状が完全な垂直でない場合、マスクの側壁に当たっ... チャージしたイオンはマスクで影になっていても直進して構造... 紙面の都合上、十分な基礎的内容を説明できないが、次の節で... -3.　これからの微細化　材料選択比 半導体集積回路のエッチング技術で歴史的に黎明期の微細化を... これがなぜ重要であるかと言えば、ウェハ面内にエッチングレ... 次に、絶縁膜を成膜してから下層の電極部分に接続するための... 材料選択比は、材料表面の特性を取り入れるようにガスプラズ... 今後材料の加工寸法が微細化されるほど、要求される材料選択... セルフアラインメントは、絶縁保護している部分、サイドウォ... ほかのHigh-k材料となるHfO2やGaN化合物では技術的に難易度が... 古くからGaAsでも周期律表の右列に位置する元素ほど揮発性を... ここまでに選択エッチングの実現性の原理について述べてきた... --3-1.　原子層エッチング まだまだ加工時間という面での問題が残っているが、ここ数年... 第一ステップで変質層を形成するにはイオン照射によってアモ... 具体的な方法では、例えば　シリコン窒化物にイオン照射する... 先にシリコンを塩素ラジカルに曝しておきハロゲン化した層を... 以上のことは、除去したい膜の構成元素に配位子を結合させ、... 今後、パターン寸法の微細化とエッチング量の精密制御という... -4.　これからの高アスペクト比加工　ガス分子デザイン 面積当たりの素子数を増やし、いわゆる集積度を上げていくた... 高アスペクト比のエッチングになると、問題になることはアス... アスペクト比依存のエッチングを生じる要因には、エッチャン... イオンの入射角度分布は、イオンの熱速度で分散する水平方向... 反応性イオンエッチングの原理では、反応面へのイオン照射に... そこで、最近注目されているのはHFなどである [15]。安定でSi... 同様にしてSiの高アスペクト比構造のエッチングを高速にする... アモルファスカーボンの高アスペクト比構造のエッチングも活... 一方で基板温度を下げた方が、ラジカルの吸着が持続したまま... ここでは高アスペクト比という方向性について述べてきた。こ... -5.　これからの難エッチング材料加工　表面反応の精密制御 エッチングでは表面から物理的に除去するスパッタリング技術... 遷移金属の加工は磁性体材料で多く、ハロゲンなどを使った方... 難エッチング材料の加工には段階的な発展が試みられており、... 上述してきたように、ドライエッチングの原理では、気相から... -6.　計測と制御のリアルタイム化と情報学活用　機械学習 ドライエッチングのプロセス開発について述べる。歴史的に、... エッチングプロセスのその場観察には、分光偏光解析や赤外分... プラズマプロセスでは、機能性材料へのプロセスダメージが問... 最適な条件がプロセスとして設定されれば、制御手法が取られ... プロセス制御には、統計的プロセス制御や高度プロセス制御が... -7.　おわりに 本節では、プラズマエッチング技術の基礎から将来展望までを... 今後も、機械学習や人工知能の技術を取り入れながら、リアル... 参考文献 [1] S. M. Irving, US Patent 3,615,956 (1969). [2] R. P. Feynmann, Eng. Sci. 23, p. 22 (Caltech, 1960). [3] G. Binning, H. Rohrer, Phys. Rev. Lett. 27, 922 (1982). [4] G. S. Higashi, et al., Appl. Phys. Lett. 56, 656 (199... [5] C. Johnson, et al., IBM Tech. Disclosure Bull. 26, 45... [6] S. Tajima, et al., J. Phys. Chem. C 117, 20810 (2013). [7] Y. Horiike, and M. Shibagaki, Jpn. J. Appl. Phys. 15,... [8] N. Hosokawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 13, 435 (197... [9] K. Karahashi, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 22, 116... [10] K. Ishikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 57, 06JA01 ... [11] S. Nakamura, et al., J. Appl. Phys. 133, 043302 (202... [12] K. Ishikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 56, 06HA02 ... [13] S. Hsiao, et al., Appl. Sur. Sci. 542, 148550 (2021). [14] Y. Lee, et al., ACS Nano 9, 2061 (2015). [15] Y. Kihara, et al., Tech Dig. VLSI (Kyoto, IEEE, 2023). [16] K. Ishikawa, et al., Appl. Surf. Sci. 645, 158876 (2... [17] T. Ohiwa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31, 405 (1992). [18] T. Yoshie, et al., Appl. Surf. Sci. 638, 157981 (202... [19] T. Nguyen, et al., ACS Appl. Mater. Interf. 16, 5319... [20] M. Kambara, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 62, SA0803 (...

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