アトミックレイヤーエッチングとドライエッチング技術の未来展望：湯之上隆のナノフォーカス（6） ドライエッチング技術のイノベーション史（6）（3/5 ページ）

[湯之上隆（微細加工研究所）, 有門経敏（Tech Trend Analysis），EE Times Japan]

ALEの原理

　シリコンのALEの事例を、図5を用いて説明する。

図5：ALEの原理（Siのエッチングの事例）（クリックで拡大） 出典：Lam ResearchのWebサイト

1）ウエット洗浄を行って、シリコン表面をクリーンにする。
2）ラジカルとして、塩素をシリコン表面に吸着させる。
3）塩素をパージし、ステップを切り替える。
4）Arイオンを照射すると、反応性イオンエッチングにより、SiCl₄が揮発する。
5）シリコン原子一層分の除去が完了する。

　このとき、シリコンなどの導電膜では、2）のラジカル吸着過程で、塩素が原子一層分しか吸着しない。この現象を、セルフリミッティングという。この効果により、Arイオンを照射すると、シリコン原子が一層分だけエッチングされる。

　一方、SiO₂などの絶縁膜では、2）でCFxラジカルを吸着させるが、セルフリミットがかからず、時間とともにCFxラジカルがどんどん堆積してしまう。そのため、SiO₂のALEにおいては、CFxラジカルの吸着の時間などを、精密に制御しなくてはならない。

　導電膜と絶縁膜では、このようにセルフリミッティングに大きな違いがあり、実用化するには導電膜のALEの方がやりやすいと思われていた。ところが、実際に量産適用されたのは、セルフリミッティングがかからないSiO₂のALEだった。そのアプリケーションは、先端ロジック半導体のセルフアラインコンタクト（Self-Aligned Contact、SAC）という工程だった。

SACとは何か

トランジスタを形成した後、密集したトランジスタ間に、次のようなプロセスフローでコンタクトホールを形成する（図6）。

図6：コンタクトホールの形成プロセス

1）トランジスタを形成する。
2）SiO₂膜を成膜し、トランジスタを埋め込む。
3）CMPによりSiO₂膜を平たん化する。
4）リソグラフィにより、孔のレジストパターンを形成する。
5）ドライエッチングにより、コンタクトホールを開口する。
6）レジストを除去し、孔底を洗浄する。
7）タングステン（W）を成膜する。
8）不要なWを除去する。これで、Wで埋め込まれたコンタクトホールが完成する。

　ところが、4）の孔のレジストパターン形成の際、レジストパターンの中心が、二つのトランジスタの中心に合うとは限らない（図7）。というより、現実には、必ず、合わせずれが起きる。

図7：セルフアラインコンタクト（SAC）の原理（クリックで拡大）

　SACとは、このような合わせずれが起きても、ゲート電極をSiNが保護することにより、コンタクトホールのドライエッチングの際に、ゲート電極が露出しないように工夫したプロセスである。

　もし、ゲート電極が露出すると、Wで埋め込まれたコンタクトホールとゲート電極が、電気的に接触（つまりリーク）してしまい、トランジスタ動作に不具合をきたすことになる。