| ■ 発 刊：2022年10月31日 ■ 定 価：69,300円（税込） ■ 体 裁：B5版 並製本 約235頁 ■ 発 行：R＆D支援センター ISBN 978-4-905507-61-1 |
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著 者
㈱ISTL 礒部 晶
服部コンサルティングインターナショナル 服部 毅
グロスバーグ合同会社 大山 聡
広島市立大学 式田 光宏
アドヒージョン㈱ 河合 晃
名古屋大学 堀 勝
サムコ㈱ 中野 博彦
サムコ㈱ 扇谷 浩通
大阪大学 浜口 智志
兵庫県立大学 豊田 紀章
大阪大学 唐橋 一浩
京都大学 江利口 浩二
東北大学 寒川 誠二
㈱日立製作所 篠田 和典
北海道大学 佐藤 威友
大阪大学 有馬 健太
発刊にあたって
本書は、シリコン半導体や化合物半導体などの製造工程におけるエッチング技術について、ウェットプロセスとドライプロセスに分けて、第一線で活躍されてきた大学や企業の研究者・技術者にご執筆いただいた専門書です。
メインである第２章のウェットプロセス、第３章のドライプロセス以外でも、第１章では半導体プロセス全体の流れ、各種洗浄技術、半導体やエッチャーの市場動向についても触れられ、第４章では原子層エッチング（ALE）、光電気化学（PEC）エッチング、触媒アシストエッチングなどの今後期待される技術も詳しく紹介されており、エッチング技術の包括的な知識を得ることができます。
本書が、貴社の研究・開発・製造現場において、社員の知識向上やトラブル解決のお役に立てば幸甚です。
目 次
目次一覧PDF
第1章 半導体の製造プロセスと市場動向
第1節 半導体製造プロセスの概要とエッチングの位置づけ
1 半導体の製造プロセス
2 エッチングの役割と要求性能の変遷
3 様々なエッチング工程
3.1 全面エッチングと洗浄
3.2 エッチバック
3.3 サイドウォール形成
3.4 セルフアラインコンタクト
3.5 CMPの登場とエッチングとの組合せ技術
第2節 先端半導体製造におけるシリコンウェーハ洗浄技術
1 はじめに
2 半導体微細化に向けた洗浄の課題と対策
2.1 バッチ浸漬式から枚葉スピン式への移行
2.2 異種新材料への対応
2.3 物理的補助手段によるダメージ
2.4 ウェーハ乾燥時のパターン倒壊
3 ドライエッチングの応用としてのドライ洗浄への期待
3.1 ドライクリーニングによる薄膜状汚染除去
3.2 ドライ洗浄によるパーティクル除去
3.3 ドライ洗浄の長所と問題点
4 Si ウェーハ大口径化に向けた洗浄
5 おわりに
第3節 半導体デバイスおよびエッチング関連の市場動向と展望
1 半導体市場の動向
2 シリコンサイクルについて
3 半導体製造装置市場の動向
4 エッチャーの出荷動向
第2章 ウェットエッチング技術
第1節 単結晶Siの結晶異方性ウエットエッチング
1 単結晶Siのウエットエッチング
2 結晶異方性ウエットエッチング
2.1 エッチング条件
2.2 エッチング速度分布
2.3 エッチングメカニズム
2.4 水酸化カリウムと水酸化テトラメチルアンモニウム
3 結晶異方性ウエットエッチングによる微細構造体作製
3.1 ダイアフラム構造
3.2 ニードル構造
第2節 III-V族化合物半導体のウェットエッチング
1 はじめに
2 典型的なウェットッチング液
3 エッチング形状
4 GaAsのウェットエッチング
5 InPのウェットエッチング
6 GaNのウェットエッチング
7 選択エッチング
8 デジタルエッチング
第3節 ウェットエッチングの高精度化とトラブル対策
1 はじめに
2 ウェットエッチングの基本プロセス
3 エッチングプロセス
3.1 エッチング機構
3.2 レジストマスク形成
3.3 レジスト除去
4 アンダーカット形状の高精度化
4.1 アンダーカット異常
4.1.1 凹凸パターン
4.1.2 開口パターン
4.1.3 ラインパターン
4.1.4 表面硬化層
4.2 マスク耐性不良
4.3 パターン欠陥
5 計測技術
6 おわりに
第3章 ドライエッチング技術
第1節 ドライプロセス基礎
1 ドライプロセスの歴史
1.1 半導体プラズマエッチング
1.2 プラズマ物理化学の勃興とプラズマエッチングの幕開け
2 半導体プラズマエッチングの原理
2.1 プラズマエッチングの基本原理
2.2 化学的ドライエッチング
2.3 物理的エッチング
2.4 反応性イオンエッチング
3 反応性イオンエッチングプロセス
3.1 反応性イオンエッチングにおける形状制御
3.2 反応性イオンエッチングの微視的なモデル
4 粒子制御
4.1 イオンエネルギー制御
4.2 ラジカル制御
5 ドライエッチングの基礎科学の発展の必要性
第2節 非シリコン分野のプラズマエッチング
1 はじめに ~非シリコン分野とは~
2 プラズマによる微細加工技術
3 異方性ドライエッチング装置の構造
3.1 平行平板型RIE装置
3.2 トルネードICP-RIE装置
3.3 下部電極冷却機構と静電チャック
4 ドライエッチング装置の非シリコン分野応用
4.1 化合物半導体エッチング技術
4.2 シリコン深堀エッチング技術 ~Boschプロセス~
4.3 サファイアの微細加工
4.4 特殊な金属材料のエッチング
5 今後の展望
第3節 反応性イオンエッチング（RIE）の数値シミュレーション
1 はじめに
2 表面現象の分子動力学シミュレーション
2.1 古典的原子間ポテンシャル
2.1.1 多体ポテンシャル関数
2.1.2 原子挿入法ポテンシャル
2.1.3 Tersoffポテンシャル
2.1.4 Stillinger-Weber ポテンシャル
3 分子動力学シミュレーション法
4 シミュレーション例
5 むすび
第4節 ガスクラスターイオンビームによるエッチング
1 はじめに
2 ガスクラスターイオンビームの特徴
2.1 低エネルギー照射
2.2 高密度エネルギー付与
2.3 表面平坦化効果
3 ガスクラスターイオンビーム装置
4 ガスクラスターイオンビームによるエッチング
5 ガスクラスターイオンビームを用いた原子層プロセスへの応用
第5節 イオン・ラジカルビームを用いたエッチング表面反応解析
1 はじめに
2 ビーム実験によるエッチング反応の研究
2.1 ビーム実験の特徴
2.2 マルチビーム実験装置
3 フルオロカーボンイオンによるSiO2エッチング反応
3.1 エッチングイールド
3.2 エッチング反応による脱離物
3.3 イオン照射後の表面の変化
3.4 CFX +イオンよるSiO2エッチング反応
4 まとめ
第6節 プラズマエッチングのダメージについて
1 はじめに
2 プラズマダメージとは
2.1 3つの代表的機構
2.2 プラズマダメージの歴史
3 代表的なPID機構とその評価手法
3.1 プラズマ誘起チャージングダメージ（PCD）とその評価手法
3.2 プラズマ誘起物理ダメージ（PPD）とその評価手法
4 おわりに～今後の展望
第4章 新しいエッチング技術の研究開発動向
第1節 原子層無損傷プラズマエッチング技術
1 プラズマエッチングとは
2 中性粒子ビーム源とプラズマエッチングにおける紫外線照射効果
3 22 nm世代以降の縦型フィントランジスタへの応用
4 無欠陥ナノ構造の作製と量子効果デバイス
5 原子層レベル表面化学反応の制御
6 まとめ
第2節 プラズマと熱サイクルを用いた原子層エッチング
1 はじめに
2 原子層エッチングの概要
3 プラズマと熱サイクルを用いた等方性ALE
4 表面原子層反応の解析
4.1 プラズマ照射による表面改質層の生成
4.2 ランプ加熱による表面改質層の除去
5 原子層エッチングの開発事例
5.1 装置およびプロセスシーケンス
5.2 TiNの選択エッチング
5.3 Wの選択エッチング
第3節 GaNの光電気化学（PEC）エッチング
1 はじめに
2 光電気化学エッチングの原理
2.1 GaNと電解液界面の電気化学反応
2.2 光電気化学エッチング装置
3 GaN系電子デバイスプロセスへの適用例
3.1 GaN表面ダメージの除去
3.2 AlGaN/GaNヘテロ構造の加工とトランジスタ応用
4 光電気化学エッチングの普及に向けて
5 おわりに
第4節 触媒アシストエッチング
1 はじめに
1.1 ウェットエッチングとドライエッチング
1.2 触媒アシストエッチングの歴史と概要
1.3 本節の特徴
2 Ge表面を用いた金属アシストエッチングの基礎特性
2.1 実験方法
2.1.1 試料の準備方法
2.1.2 表面観察方法
2.2 実験結果と考察
2.2.1 金属微粒子を用いたエッチング実験
2.2.2 金属被覆探針を用いた表面選択領域の加工実験
3 金属の触媒効果を援用した半導体表面の平坦化
3.1 はじめに
3.2 Ge表面の平坦化
3.2.1 試料の処理方法
3.2.2 実験結果と考察
3.3 SiC表面の平坦化
3.3.1 試料の処理方法
3.3.2 実験結果と考察
4 ナノカーボン触媒を用いた化学エッチングと表面加工への展開
4.1 はじめに
4.2 実験方法
4.2.1 異なる種類のナノカーボン材料の準備・合成方法
4.2.2 ナノカーボンを用いた半導体表面のエッチング方法
4.3 実験結果と考察
4.3.1 ナノカーボンと接触した半導体表面の選択エッチング
4.3.2 異なるナノカーボンを用いた時のエッチング特性の比較と考察
4.3.3 ナノカーボン膜をテンプレートとした半導体表面の溝加工
5 おわりに
第1節 半導体製造プロセスの概要とエッチングの位置づけ
1 半導体の製造プロセス
2 エッチングの役割と要求性能の変遷
3 様々なエッチング工程
3.1 全面エッチングと洗浄
3.2 エッチバック
3.3 サイドウォール形成
3.4 セルフアラインコンタクト
3.5 CMPの登場とエッチングとの組合せ技術
第2節 先端半導体製造におけるシリコンウェーハ洗浄技術
1 はじめに
2 半導体微細化に向けた洗浄の課題と対策
2.1 バッチ浸漬式から枚葉スピン式への移行
2.2 異種新材料への対応
2.3 物理的補助手段によるダメージ
2.4 ウェーハ乾燥時のパターン倒壊
3 ドライエッチングの応用としてのドライ洗浄への期待
3.1 ドライクリーニングによる薄膜状汚染除去
3.2 ドライ洗浄によるパーティクル除去
3.3 ドライ洗浄の長所と問題点
4 Si ウェーハ大口径化に向けた洗浄
5 おわりに
第3節 半導体デバイスおよびエッチング関連の市場動向と展望
1 半導体市場の動向
2 シリコンサイクルについて
3 半導体製造装置市場の動向
4 エッチャーの出荷動向
第2章 ウェットエッチング技術
第1節 単結晶Siの結晶異方性ウエットエッチング
1 単結晶Siのウエットエッチング
2 結晶異方性ウエットエッチング
2.1 エッチング条件
2.2 エッチング速度分布
2.3 エッチングメカニズム
2.4 水酸化カリウムと水酸化テトラメチルアンモニウム
3 結晶異方性ウエットエッチングによる微細構造体作製
3.1 ダイアフラム構造
3.2 ニードル構造
第2節 III-V族化合物半導体のウェットエッチング
1 はじめに
2 典型的なウェットッチング液
3 エッチング形状
4 GaAsのウェットエッチング
5 InPのウェットエッチング
6 GaNのウェットエッチング
7 選択エッチング
8 デジタルエッチング
第3節 ウェットエッチングの高精度化とトラブル対策
1 はじめに
2 ウェットエッチングの基本プロセス
3 エッチングプロセス
3.1 エッチング機構
3.2 レジストマスク形成
3.3 レジスト除去
4 アンダーカット形状の高精度化
4.1 アンダーカット異常
4.1.1 凹凸パターン
4.1.2 開口パターン
4.1.3 ラインパターン
4.1.4 表面硬化層
4.2 マスク耐性不良
4.3 パターン欠陥
5 計測技術
6 おわりに
第3章 ドライエッチング技術
第1節 ドライプロセス基礎
1 ドライプロセスの歴史
1.1 半導体プラズマエッチング
1.2 プラズマ物理化学の勃興とプラズマエッチングの幕開け
2 半導体プラズマエッチングの原理
2.1 プラズマエッチングの基本原理
2.2 化学的ドライエッチング
2.3 物理的エッチング
2.4 反応性イオンエッチング
3 反応性イオンエッチングプロセス
3.1 反応性イオンエッチングにおける形状制御
3.2 反応性イオンエッチングの微視的なモデル
4 粒子制御
4.1 イオンエネルギー制御
4.2 ラジカル制御
5 ドライエッチングの基礎科学の発展の必要性
第2節 非シリコン分野のプラズマエッチング
1 はじめに ~非シリコン分野とは~
2 プラズマによる微細加工技術
3 異方性ドライエッチング装置の構造
3.1 平行平板型RIE装置
3.2 トルネードICP-RIE装置
3.3 下部電極冷却機構と静電チャック
4 ドライエッチング装置の非シリコン分野応用
4.1 化合物半導体エッチング技術
4.2 シリコン深堀エッチング技術 ~Boschプロセス~
4.3 サファイアの微細加工
4.4 特殊な金属材料のエッチング
5 今後の展望
第3節 反応性イオンエッチング（RIE）の数値シミュレーション
1 はじめに
2 表面現象の分子動力学シミュレーション
2.1 古典的原子間ポテンシャル
2.1.1 多体ポテンシャル関数
2.1.2 原子挿入法ポテンシャル
2.1.3 Tersoffポテンシャル
2.1.4 Stillinger-Weber ポテンシャル
3 分子動力学シミュレーション法
4 シミュレーション例
5 むすび
第4節 ガスクラスターイオンビームによるエッチング
1 はじめに
2 ガスクラスターイオンビームの特徴
2.1 低エネルギー照射
2.2 高密度エネルギー付与
2.3 表面平坦化効果
3 ガスクラスターイオンビーム装置
4 ガスクラスターイオンビームによるエッチング
5 ガスクラスターイオンビームを用いた原子層プロセスへの応用
第5節 イオン・ラジカルビームを用いたエッチング表面反応解析
1 はじめに
2 ビーム実験によるエッチング反応の研究
2.1 ビーム実験の特徴
2.2 マルチビーム実験装置
3 フルオロカーボンイオンによるSiO2エッチング反応
3.1 エッチングイールド
3.2 エッチング反応による脱離物
3.3 イオン照射後の表面の変化
3.4 CFX +イオンよるSiO2エッチング反応
4 まとめ
第6節 プラズマエッチングのダメージについて
1 はじめに
2 プラズマダメージとは
2.1 3つの代表的機構
2.2 プラズマダメージの歴史
3 代表的なPID機構とその評価手法
3.1 プラズマ誘起チャージングダメージ（PCD）とその評価手法
3.2 プラズマ誘起物理ダメージ（PPD）とその評価手法
4 おわりに～今後の展望
第4章 新しいエッチング技術の研究開発動向
第1節 原子層無損傷プラズマエッチング技術
1 プラズマエッチングとは
2 中性粒子ビーム源とプラズマエッチングにおける紫外線照射効果
3 22 nm世代以降の縦型フィントランジスタへの応用
4 無欠陥ナノ構造の作製と量子効果デバイス
5 原子層レベル表面化学反応の制御
6 まとめ
第2節 プラズマと熱サイクルを用いた原子層エッチング
1 はじめに
2 原子層エッチングの概要
3 プラズマと熱サイクルを用いた等方性ALE
4 表面原子層反応の解析
4.1 プラズマ照射による表面改質層の生成
4.2 ランプ加熱による表面改質層の除去
5 原子層エッチングの開発事例
5.1 装置およびプロセスシーケンス
5.2 TiNの選択エッチング
5.3 Wの選択エッチング
第3節 GaNの光電気化学（PEC）エッチング
1 はじめに
2 光電気化学エッチングの原理
2.1 GaNと電解液界面の電気化学反応
2.2 光電気化学エッチング装置
3 GaN系電子デバイスプロセスへの適用例
3.1 GaN表面ダメージの除去
3.2 AlGaN/GaNヘテロ構造の加工とトランジスタ応用
4 光電気化学エッチングの普及に向けて
5 おわりに
第4節 触媒アシストエッチング
1 はじめに
1.1 ウェットエッチングとドライエッチング
1.2 触媒アシストエッチングの歴史と概要
1.3 本節の特徴
2 Ge表面を用いた金属アシストエッチングの基礎特性
2.1 実験方法
2.1.1 試料の準備方法
2.1.2 表面観察方法
2.2 実験結果と考察
2.2.1 金属微粒子を用いたエッチング実験
2.2.2 金属被覆探針を用いた表面選択領域の加工実験
3 金属の触媒効果を援用した半導体表面の平坦化
3.1 はじめに
3.2 Ge表面の平坦化
3.2.1 試料の処理方法
3.2.2 実験結果と考察
3.3 SiC表面の平坦化
3.3.1 試料の処理方法
3.3.2 実験結果と考察
4 ナノカーボン触媒を用いた化学エッチングと表面加工への展開
4.1 はじめに
4.2 実験方法
4.2.1 異なる種類のナノカーボン材料の準備・合成方法
4.2.2 ナノカーボンを用いた半導体表面のエッチング方法
4.3 実験結果と考察
4.3.1 ナノカーボンと接触した半導体表面の選択エッチング
4.3.2 異なるナノカーボンを用いた時のエッチング特性の比較と考察
4.3.3 ナノカーボン膜をテンプレートとした半導体表面の溝加工
5 おわりに