前回は、設計した回路パターンをフォトレジストを塗布したウエハー表面にフォトマスクを用いて投影するフォトリソグラフィー工程について紹介しました。次のステップでは、ウェーハ上でエッチング プロセスを実行して、不要な材料を除去し、必要なパターンのみを残します。

エッチング：それ自体が芸術形式

美術の授業で、木や金属、石の表面に形を描き、インクや絵の具を付けて紙や布に押し付けて作る「版画」を作ったことがある人もいるかもしれません。半導体エッチングプロセスは、この版画技術と同様の原理を共有しています。

版画では、金属板に防食材料を塗布し、鋭利な工具を使用して目的のデザインを版に彫り込みます。次に、プレートを硝酸などの腐食性物質に浸漬し、腐食の程度を制御して目的のパターンを形成します。

同様に、半導体製造におけるエッチングプロセスでは、液体またはガスのエッチャントを使用して、所望の回路パターンがウェーハ表面に残るまで不要な材料を選択的に除去します。フォトレジストのない領域の材料はエッチング液によって除去され、ウェハ上に回路パターンが形成されます。エッチングプロセスが完了した後、フォトレジストが除去されます。これらの手順を異なるレイヤーで複数回繰り返す必要があります。

エッチング工程で使用されるドライエッチングは、次の2種類に分類されます。 ドライエッチングとウェットエッチング、使用される材料によって異なります。ドライエッチングは反応性ガスとイオンを使用して不要な材料を選択的に除去しますが、ウェットエッチングは化学溶液を使用します。

ウェットエッチングと比較して、ドライエッチングはコストが高く、より複雑です。しかし、ナノスケールの半導体技術の進歩に伴い、回路はより微細化し、複雑化しています。したがって、ドライエッチングはより広く適用されており、歩留まり（完成品の割合を指します）が高くなります。

プラズマエッチングとしても知られるドライエッチングは、不要な基板材料を除去するために使用されます。
プラズマは、大気圧よりも低い圧力で真空チャンバーにガスを注入し、電気エネルギーを供給することによって生成されます。プラズマは、多数の自由電子、イオン、中性粒子またはイオン化ガスで構成される物質の状態 (固体、液体、気体と同様) です。物質がイオン化するとは、中性子または分子が電子を失ったり獲得したりすることによって電荷状態が変化したことを意味します。

電気エネルギーによって生成された十分に強い磁場がガスに印加され、ガス分子が衝突してイオン化すると、プラズマが形成されます。つまり、自由電子は磁場によって加速され、その後の高エネルギー電子が中性子や分子と衝突してイオン化します。

アバランシェ効果として知られるこのイオン化カスケードは、イオン数の指数関数的な増加につながります。これが「プラズマ状態」と呼ばれるものです。フリーラジカル原子はこのプラズマ状態から解離し、ウェーハ表面から蒸発し、それによって以前はフォトレジストコーティングによって保護されていなかった表面材料が除去されます。

ドライエッチングの工程にはいくつかの注意点があります。

まず、均一性。 均一性は、ウェーハ表面全体にわたるエッチング速度の一貫性を示します。エッチング速度がウェーハの異なる領域で一貫していない場合、エッチングの深さが変化し、チップの故障につながる可能性があります。

第二に、エッチ率。 これは、一定時間内に除去される表面材料の量を指します。エッチング速度は、反応性の原子とイオンの数、および表面反応を引き起こすイオンが運ぶエネルギーに応じて変化します。つまり、全体の歩留まりを向上させるためには、これらの要因を厳密に制御する必要があります。

さらに、選択性（ターゲット材料のエッチング速度と他の材料のエッチング速度の比）とエッチングプロファイルもドライエッチングでは重要な要素と考えられます。

これで、半導体回路パターンを構築するためのエッチングプロセスについてよりよく理解できました。半導体は集積回路技術の典型であり、シリコン基板上に必要な材料を堆積し、保護層を塗布し、不要な部分を選択的にエッチングすることを繰り返して製造されます。プロセス全体は、安全性を念頭に設計された機器で実行されます。

次回は、これらの技術を通じてウェーハに電気的特性を与える蒸着プロセスとイオン注入プロセスについて紹介します。