熱ラジカル活性化によるSiO₂のスケーラブルな等方性原子層エッチング

科学分野:

• 材料科学
• 半導体製造
• プラズマ物理学

背景:

• 原子層エッチング（ALE）は、ゲートオールアラウンド（GAA）トランジスタなどの先進半導体デバイスの製造に不可欠である。
• フッ化水素酸（HF）を用いた従来の熱ALEは、その高い反応性と腐食性により限界に直面している。
• 3Dゲートスタックの実装には、精密で均一なエッチングプロセスの開発が不可欠である。

研究 の 目的:

• 従来の熱ALEの限界を克服すること。
• ウェーハスケール製造のためのプラズマ支援熱ALEプロセスの開発。
• ゲート酸化膜のエッチングメカニズムの調査。

主な方法:

• フッ素ラジカル源として六フッ化硫黄（SF6）を用いたプラズマ支援熱ALEを利用。
• 5 Torrの圧力で自己制限的なエッチング条件を確立。
• トリメチルアルミニウム変換、フッ素化、除去ステップを用いたエッチングメカニズムを分析し、X線光電子分光法（XPS）で支持した。

主要な成果:

• 6インチウェーハスケールで99%以上の均一性を達成した最適化ALE。
• 作製されたシリコンGAAナノ構造における二酸化ケイ素（SiO2）層のコンフォーマルエッチングを実証。
• 実験的分析により、提案されたALEメカニズムの有効性を確認した。

結論:

• SF6を用いたプラズマ支援熱ALEは、HFベースのALEに代わる、実行可能でより安全な代替法を提供する。
• 開発されたプロセスは、先進半導体製造に必要な精密で均一なエッチングを可能にする。
• 本研究は、3Dゲートスタックに適したウェーハスケールALEプロセスを確立することに成功した。