半導体プロセス

半導体プロセスの前工程「ドライエッチング」について解説します

dry etching_eyecatch

ドライエッチングは、半導体チップの微細化(高性能化、低消費電力化)を求めて開発された膜削り技術です。

ウェットエッチングは薬液を使用しましたが、ドライエッチングはガスとプラズマを使って、ウェットエッチングよりも精度の高いエッチングを目指す技術です。

今回はドライエッチング技術に関する情報を総合的にまとめていきたいと思います。

ドライエッチングで使用するプラズマとは?

ドライエッチングで使用するプラズマの正体とはなんでしょうか。

プラズマは、完全にあるいは部分的にイオン化したガスのことです。

プラズマ中には同じ数の正の電荷(プラスイオン)と負の電荷(マイナスイオン)、さらに中性分子が存在します。

ガスに十分高い電界を印加すると放電し、イオン化がおきて、プラズマが発生します。

プラズマの発生には電子が関係しています。

電子は電界から運動エネルギーをもらって、ガスの中を動くのですが、ガス分子と衝突しながら動きます。

電子の運動エネルギーは、分子に与えられ、さらにイオン化してさらに自由電子を作ります。

さらに電子は電界で加速され、ガス分子に当たりまた新しい電子ができる。

この繰り返し現象が起き、プラズマが発生するのです。

プラズマはどこで発生するのか?

プラズマは基本的にチャンバーという筐体で発生させます。

チャンバーのなかは真空にしておくことが大事です。

中を質の高いガスで充満させるためにあらかじめ真空にしておくんですね。

そして、ガスを充満させて電圧を印加すると、プラズマが発生します。

プラズマが発生したのはどうやってわかるの?

チャンバーに小さな窓がついていると、そこからプラズマを確認することが出来ます。

プラズマには色がついているので、見ればすぐに分かります。

紫色のようなピンク色のような見た目をしています。

ドライエッチングのプラズマの密度

ドライエッチング時のプラズマの電子密度は比較的に低いと言われています。

数値で電子密度を表すと109-1012cm-3と言われています。

1Torrの圧力下で、ガスの分子密度は、電子密度の10000倍から10000000倍くらい存在します。

ガスの平均温度は電子の衝突によってあがっていますが、だいたい50-100℃くらいと言われています。

このくらいの温度帯で処理するプラズマエッチングは、低温プロセスと言われています。