半導体エッチング、微細化で高まるガス・プラズマの重要性【先読み！研究開発トレンド】

Chematels編集チームの一員である技術系専門書出版社「シーエムシー出版」の編集担当者より、書籍出版のタイミングに合わせて、最先端の研究開発の中身を「先読み」できる記事をお届けします。今回は、半導体製造における「エッチング」の分野から。微細化が進む半導体の製造プロセスの中でも重要な工程の一つであるエッチングについて、ウェット方式よりドライ方式の導入が拡大している現状などを紹介するとともに、本書の読みどころをお伝えしたいと思います。

半導体製造におけるエッチング工程とは、エッチング液などの化学薬品やフッ素などの反応ガス、イオンなどを使用し、化学反応による腐食作用を起こして、ウエハーの不要部を除去することでパターンを形成する工程を指します。つまり、不要な部分だけを溶かして除去し、材料表面を加工する方法です。小さくて薄く、複雑な形をした製品の加工にも適用可能であり、現在の半導体製造には欠かせない重要な工程の一つです。

エッチングは半導体製造プロセスの前工程に含まれます。ウエハーに回路を形成するフォトリソグラフィー工程の次の工程に当たり、フォトレジストをマスクとしてウエハー上の不要な酸化膜を除去します。続くフォトレジスト除去工程でフォトレジストは取り除かれ、エッチング工程で形成したパターンがウエハーに刻まれます（図2）。

エッチングは、エッチング反応を起こす物質の状態によりウェットエッチングとドライエッチングの二つの方式に分けられます。どのような集積回路（IC：Integrated Circuit）を作るかで使い分けされています。1マイクロメートル以下の繊細な加工を施すのであればドライエッチングが向いており、繊細さよりコストパフォーマンスに重点を置きたい場合はウェットエッチングが選ばれます。

ウェットエッチングでは、酸性・アルカリ性溶液のエッチング液をウエハーにかけることで化学反応を起こし、不要な部分を腐食させて除去します。洗浄工程と同様に、複数枚のウエハーを薬液槽に浸すことでエッチングを行います。

ウェットエッチングの特徴は、以下のものが挙げられます。

• 一度に複数枚のウエハーを処理可能で生産性が高い
• 薬液・装置が安価
• 等方性がある

一方、ドライエッチングでは被加工物を真空環境に置き、ガスをプラズマ化した上でイオンをぶつけ、不要な部分を削って除去します。

ドライエッチングの特徴は、以下のものが挙げられます。

• 高精度かつナノ単位で緻密な加工が可能
• ウェットエッチングよりも高価
• 異方性がある
• 基板がダメージを受けやすい

先に出てきましたが、エッチングには膜の削り方の違いにより、「等方性」と「異方性」という違いが生じます（図3）。

等方性とは、エッチングの反応が全方向に進行することです。例えば、エッチングがウエハー表面のフォトレジストに近い部分で開始された場合、全方向で腐食作用が働いてしまうので、フォトレジストの下をえぐるようにエッチングされます。等方性エッチングは主にウェットエッチングに伴うもので、微細な加工が不向きな原因となります。

一方、異方性は、エッチングの反応が一方向に進行することです。これにより、フォトレジストの下をえぐることなく、鋭いエッジの加工が行えます。ドライエッチングでは異方性エッチングが主となります。

最近はナノメートル単位の高集積化に伴い、回路線幅も微細化しています。エッチングにも、パターンに忠実であることが求められ、より正確な加工ができるドライエッチングが広まっています。なかでも、広範な材料に対してナノメートル寸法から数百ナノメートル寸法の微細構造を形成することが可能なプラズマエッチングが主流になっています。

本書『半導体製造におけるエッチング技術』のとりわけの読みどころを紹介します。

半導体製造で用いられるエッチングに焦点を当てて、基礎から最新技術までを体系的にまとめています。エッチングは、ナノスケールの加工精度が求められる半導体製造において微細加工の中核を担う技術であり、その進化は非常に速く、装置、プロセス、材料、シミュレーションなど、複数の分野にまたがる高度な専門知識が求められます。また、原子層エッチングや機械学習を活用したプロセスシミュレーションなど、新たな技術の登場により、研究領域の細分化と専門化がいっそう進んでいます。本書では、先端半導体デバイスの開発動向を概観するとともに、プラズマエッチングおよびウェットエッチングの基礎から、製造プロセスへの応用、さらに最先端のエッチング技術までを、各分野の第一線で活躍する専門家が解説しています。

また、素子性能の劣化要因として注目されるプラズマダメージ、開発期間短縮に貢献するシミュレーション技術、極限まで微細化が進んだ加工に対応する原子層エッチング、ナノ構造を低コストで実現する金属アシストエッチングなど、現在注目されている技術トピックスも幅広く取り上げました。対象材料としてはロジックデバイスやメモリーデバイスに用いられるシリコン系材料に加え、パワーデバイスや光デバイスで利用される化合物半導体も含めており、多様な応用領域に対応した構成となっています。

『半導体製造におけるエッチング技術』は、2025年8月29日の発行。詳しくは、こちらのご案内をチェックしてみてください。誌面サンプルもご登録の上、ご覧いただけます。