RIE・ICP-RIE・ALEの違い：圧力・プラズマ密度・イオンエネルギー・精度を比較
どれもプラズマを使うドライエッチングですが、プラズマの作り方と削り方が違います。容量結合型(CCP)のRIEは、平行平板の電極に高周波電力を加える方式で、構造が簡単ですが、プラズマ密度とイオンエネルギーを別々に決めにくい方式です。ICP-RIEは、コイルで高密度のプラズマをつくり、ウエハ側の別の電源でイオンエネルギーを決めるので、速く、ダメージを抑えて削れます。ALEは、表面の改質と除去を交互に繰り返し、1サイクルで原子層レベルの量だけ削る方法で、遅い代わりに深さを極めて精密に制御できます。
| 項目 | 容量結合型RIE(CCP) | ICP-RIE | ALE(原子層エッチング) |
|---|---|---|---|
| プラズマの作り方 | 平行平板の電極の間に高周波電力を加える。代表的には13.56 MHz。2つの周波数を使う装置も多い | 誘電体窓の外側のコイルに高周波電流を流し、誘導された電界で電子を加速する。ウエハ側には別のバイアス電源を持つ | 決まった方式ではない。多くはICP型などのエッチング装置で、ガスの供給とバイアスをステップごとに切り替えて行う(プラズマALE) |
| 代表的な圧力 | 数 Pa〜数十 Pa程度 | 約0.1 Pa〜数 Pa程度の低圧 | ステップごとに設定する。改質ではガスを吸着させ、除去ではイオンを照射する |
| プラズマ密度 | 低め(10⁹〜10¹⁰ cm⁻³程度) | 高い(10¹¹〜10¹² cm⁻³程度) | 使う装置による。密度より、各ステップが自己制限的に止まることが大切 |
| イオンエネルギーの制御 | 1つの電力が密度とセルフバイアスの両方を決めるので、別々に制御しにくい。2周波で部分的に切り離す | コイルのソース電力で密度、ウエハ側のバイアス電力でイオンエネルギーを、ほぼ別々に制御できる | 除去ステップのイオンエネルギーを、改質層だけを取り除き、下地はスパッタしない狭い範囲(代表的には数十 eV)に合わせる |
| エッチング速度 | 中程度(条件により数十〜数百 nm/min程度) | 速い(シリコンでは数百 nm/min〜数 µm/min程度) | 非常に遅い。1サイクルで約0.1〜0.5 nmで、ガスの切り替えとパージに時間がかかる |
| 方向性 | イオンの衝撃と側壁の保護で異方性が得られる | 低圧でイオンがほぼ垂直に入射し、高アスペクト比の異方性加工に有利 | プラズマALEは方向性があり、底面だけを削れる。熱ALEは等方的 |
| ダメージ | イオンエネルギーが高めで、下地のダメージや帯電が起きやすい | バイアスを下げれば、速さを保ったままダメージを抑えられる | 最も小さい。低エネルギーのイオンで、表面も平滑に保たれる |
| 深さの制御 | 時間と終点検出で決める。数 nmで止めるのは難しい | 時間と終点検出で決める。下地の近くで条件を切り替えて選択比を上げる | サイクル数で決まる。原子層レベルで止められ、密なパターンと疎なパターンの差も小さい |
| スループット | 高い | 高い | 低い。工程の最後の重要な部分に限って使う |
| 主な用途 | フルオロカーボン系ガスによる酸化膜・窒化膜のエッチング、コンタクトホールなど絶縁膜の加工 | シリコン・ポリシリコンのゲート、STI、金属配線、化合物半導体、MEMSの深掘り(ボッシュプロセス) | GAAナノシートやゲートの周りなど数 nmで止める工程、極めて薄い膜の加工、低ダメージのリセス |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。