名古屋大ら、三元金属炭化物の微細加工に成功：原子層エッチング技術を実用化

名古屋大学は、日立製作所や日立ハイテクとの共同研究により、蒸気プラズマによる三元金属炭化物（TiAlC）のドライエッチングに成功した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

独自のフローティングワイヤプラズマ技術を活用

　名古屋大学低温プラズマ科学研究センターのティ・トゥイ・ガー グエン特任助教や堀勝教授、石川健治教授らによる研究グループは2022年12月、日立製作所や日立ハイテクとの共同研究により、蒸気プラズマによる三元金属炭化物（TiAlC）のドライエッチングに成功したと発表した。

　スマートフォンなどに搭載される先端LSIでは、10億個以上の電界効果トランジスタ（FET）が集積されている。FETの構造もfin型からGAA（Gate All Around）型への移行が検討され、ゲート電極材料としてTi（チタン）やAl（アルミニウム）の窒化物が用いられるようになったという。

FET構造の技術トレンド 出所：名古屋大学他

　こうした中で研究グループは、2022年に一元金属窒化物（TiNなど）の原子層エッチング（ALE）に成功した。さらに、TiとAlの多元金属炭化物に対する微細加工技術の開発などにも取り組んできた。原子レベルで加工するには、ドライエッチング法が必須となるが、複雑な組成比の被加工物だと、高選択的に揮発除去することが極めて難しかったという。

　そこで今回、圧力が高い状態でも高密度プラズマ（10¹⁵cm³）を生成できる独自開発の「フローティングワイヤプラズマ技術」を用い、アンモニア水蒸気のプラズマ生成を高い効率で実現することに成功した。これにより、アンモニア水蒸気から生成される、主要なラジカル成分［OH（ヒドロキシルラジカル）とNH（イミノラジカル）］を高密度に、反応表面へ供給することが可能となった。

フローティングワイヤプラズマ技術をつかった実験装置の模式図 出所：名古屋大学他

被エッチング三元金属炭化物のアンモニア水蒸気のフローティングワイヤプラズマ処理前後の表面状態分析結果。左から未処理（Pristine）、水蒸気プラズマ（Ar/H₂O）、17％アンモニア水プラズマ（Ar/NH₄OH-17）、28％アンモニア水プラズマ（Ar/NH₄OH-28）処理後 出所：名古屋大学他

　さらに、高密度のラジカルを供給することによって、TiAlC表面には薬液処理と似た反応が生じ、数nmレベルの変質層が形成される。炭素除去に応じてTiとAlの酸窒化物の構成比を調節すれば、揮発性を制御できることが分かったという。