2004年04月23日

エッチング

さて今回はエッチングの話だ。エッチングっていうと半導体プロセスの場合、膜を削ることをいう。方法としてはウェットエッチとドライエッチの2種類ある。

ウェットエッチは、化学薬品の水溶液を使い化学反応によって膜を削るものだ。ドライエッチは、一般にはチャンバーという容器を真空に近づけ、エッチングガス(化学ガス)をプラズマ状態にし、電極の間で加速した反応ガスをウェハー表面にぶつけて、メカニカルな力と化学反応の力で膜を削るものだ。

大きな特徴としては、ウェットエッチは簡単で速い、でもドライエッチは難しく、Etching rate(エッチング速度)も遅いが非常に精度よく加工できる。その違いは、図で見たほうが良く分かるだろう。以下の図を眺めてもらおう。

エッチング

図中のレジストって描いてあるところは、そのうち説明するが、何かの膜を削るときに、マスクとして削りたくない部分を隠す有機溶剤でできた膜だ。それは置いといて、ウェットエッチとドライエッチの図を見比べて欲しい。ドライエッチは真直ぐすとんと下に削れているのに、ウェットエッチは横方向にも削れているのが分かるだろう。

この横方向に削れるというのが曲者だ。狙った線よりも余計に削れてしまうわけだからね。このように形状的に両者のエッチングには大きな差がある。

ここでは、まずウェットエッチの話をする。ドライエッチはまた後で。

ウェットエッチの対象の膜としては、酸化膜(SiO2)、窒化膜(SiN)、Al膜がある。まあ、最近ではAlをウェットで削ることはあまりないと思うが、昔はあった。ちなみに、洗浄工程を含めてウェットプロセスなんて言ったりもする。洗浄も広い意味ではウェットエッチに近いからね。

酸化膜のエッチング溶液としては、有名どころでNH4F:HF:H2Oの水溶液、HF:H2Oの水溶液がある。この混合比率は狙っているEtching Rateによって違う。分厚い酸化膜であまり加工精度を気にしなくても良い場合は、速いEtching Rateの溶液をつかい、薄い酸化膜で加工精度を気にするときには遅いEtching Rateの溶液を使う。温度はだいたい25度ぐらいの常温。

薄い膜で速いRateの液を使ったりすると、横方向にどんどんエッチングされたり、Si基板の表面を痛めつけたりで、いろいろと困ることがある。ちなみに横方向のエッチングのことをサイドエッチと呼んでいて、だいたい縦方向の8割ぐらいの比率で削れる。

窒化膜のエッチング溶液としては、リン酸溶液(H3PO4:HNO3)を使う。これは温度を高くして使うので、レジストは使えないから(レジストも溶けちゃう)パターニングに使うときは、いろいろ技が必要だった。でも最近ではパターニングではドライエッチを使うので、もっぱら全面剥離(いらなくなった膜を全部取っちゃう)のために使われる。温度は150度ぐらいだったっけなあ、忘れちゃった。ちなみに窒化膜はシリコンナイトライドなんだけど、普通は簡単にナイトライド膜っていう。Si3N4としないでSiNってするのは、必ずしも3対4できれいにできているわけではないのでこう書く。

Alのウェットエッチは取り除くだけなら、硫酸加水(H2SO4:H2O2)で溶けちゃうけど、加工として使うなら、ナイトライド膜と同じようにH3PO4:HNO3のリン酸溶液を使う。でも、今じゃあほとんどドライエッチだから、この辺は知らなくてもすむだろう。

ついでといっては何だが、ゲートに使うPolySi(後で出てくる)やSi基板もウェットで削ろうと思えば削れる。その場合、HF:HNO3の溶液を使う。でもこれも知らなくて良い。

基本的にはSiO2とSiNだけ押さえとけば今のウェットエッチはOKだろう。詳しい混合比率とか温度の条件は会社や工場によって違うのでなんともいえないが、専門の教科書などでは典型的な条件は載っているでしょう。Etching Rateも工場により膜質が違ったりするので、同じ組成の溶液でも一概には決まらない。検索するならウェットエッチとか酸化膜とかですれば詳しいのが出てると思う。

ちょっと長くなりすぎたが、この辺で終わる。ウェットに関してはプロセス技術の匠的なものがいっぱいあるので、そのうちおいおい説明が出てくるでしょう。次はちょっと洗浄の話でもしようかな。続く。
posted by ピッコロ大魔王 at 17:29| Comment(7) | TrackBack(0) | Etching | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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