エッチングガスとは
エッチングガスとは、ドライエッチングで、ウェーハの上の狙った膜だけを気体の化学反応で削り取るために使うガスです。 良し悪しを決めるのは削る速さより、削る相手を選び分けられるかどうかです。
絶縁膜はフッ素系、導体は塩素系と、削る相手でガスが入れ替わる
Section titled “絶縁膜はフッ素系、導体は塩素系と、削る相手でガスが入れ替わる”レゾナックの高純度ガスでは1、酸化膜のエッチング用にC4F6、C4F8、C3F8、CF4、窒化膜のエッチング用にCH3Fが並びます。有機膜については、同社は亜硫酸ガス（SO2）がカーボンマスクのエッチングなどに使われるとしています2。導体（コンダクタ）を削る側には塩素（Cl2）、臭化水素（HBr）、三塩化ホウ素（BCl3）、六フッ化硫黄（SF6）が並び、同社は塩素をポリシリコン、三塩化ホウ素をメタルに適するとしています3。
全体としては、絶縁膜にフッ素や硫黄を含むガス、導体に塩素や臭素を含むガスという組み合わせです。関東電化工業も特殊ガスのうち四フッ化炭素やトリフルオロメタン、六フッ化硫黄などを半導体・FPD製造用のエッチングガス4として扱い、日本酸素は半導体材料ガス5の用途区分にエッチングを含めています。
ガスの価値は、削る速さより削り分けで決まる
Section titled “ガスの価値は、削る速さより削り分けで決まる”エッチングの現場では、削りたい膜の上にマスクが乗り、下には別の膜が控えています。ガスがどれも同じ勢いで削ると、マスクが先に消えて模様が崩れ、下地まで掘り進みます。狙った膜だけがよく減り、まわりが残る度合いを選択比と呼びます。
セントラル硝子は、CEG 34Eが既存のC4F6やC4F8などと比べて、アモルファスカーボンなどのマスク材に対しシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を高い選択性で削れるとしています6。CEG IF7は逆に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜に対してシリコン膜のほうを選んで削るとしています。何を残すかが入れ替われば、別の製品になります。
深い穴ほど、ガスごとの差が結果に出る
Section titled “深い穴ほど、ガスごとの差が結果に出る”3D NANDのように膜を何層も積む構造では、細くて深い穴を上から下まで通す必要があります。レゾナックはC4F6で高アスペクト比でのエッチングが可能とし7、セントラル硝子はCEG 34Eの使用例を3D NAND用のSiO2/SiN積層膜エッチングと深堀エッチングとしています。穴が深くなるほど、途中でマスクが尽きたり、底へ届く前に反応が鈍ったりする余地が増えるため、ガスごとの差が結果に出やすくなります。
クリーニングガスは、ウェーハでなく装置の内壁を削る
Section titled “クリーニングガスは、ウェーハでなく装置の内壁を削る”成膜装置の中では、ウェーハだけでなく内壁にも膜が積もり、これを落とすのがクリーニングガスです。レゾナックのC2F6は主に8インチライン8、F2/N2は主に12インチライン9のCVD装置のチャンバークリーニング用です。セントラル硝子は、三フッ化塩素をTiNやW、20%F2/N2をシリコン、高純度無水弗酸をSiO2をターゲットとした10LP-CVD炉向けと対応づけています。
同じ分子でも、工程が入れ替われば別の製品になります。セントラル硝子はクリーニング用の三フッ化塩素を純度99.9%以上、エッチング向けに高純度化したCEG ClF3を純度99.99%以上として、別の製品として掲載しています。八フッ化プロパン（C3F8）のように、レゾナックの一覧では絶縁膜のエッチング用、関東電化工業の一覧ではクリーニング用として載るガスもあります。分類の言葉よりも、どの工程でどの純度が要るかを追うほうが実態に近づきます。
毒性と地球温暖化係数も、選定の条件に入る
Section titled “毒性と地球温暖化係数も、選定の条件に入る”エッチングガスは反応する力を持つ以上、運用にも条件が付きます。レゾナックの分類では、三塩化ホウ素が毒物、亜硫酸ガスが毒性あり、CH3Fが可燃性で11、地球温暖化係数（GWP値）はC4F6が1以下、CH3Fが92です。セントラル硝子も20%F2/Arを、既存のNF3やCF系ガスに比べて環境負荷を抑えられる環境配慮型のエッチングガスと位置づけています。削る性能に加えて、安全に運べるか、排出をどう抑えるかまで含めて製品が選ばれます。
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”エッチングガスとは何ですか？
ドライエッチングで、ウェーハの上の狙った膜だけを気体の化学反応で削り取るために使うガスです。日本酸素は半導体材料ガスの用途区分にエッチングを含め、関東電化工業も四フッ化炭素やトリフルオロメタンを半導体・FPD製造用のエッチングガスとして扱っています。
どうして何種類ものガスが要るのですか？
削る相手が違うためです。レゾナックの高純度ガスでは、酸化膜のエッチングにC4F6やCF4、窒化膜のエッチングにCH3F、導体のエッチングに塩素や三塩化ホウ素と、用途ごとに製品が分かれています。
選択比とは何ですか？
狙った膜が減る速さと、まわりのマスクや下地が減る速さの比です。セントラル硝子はCEG 34Eについて、アモルファスカーボンなどのマスク材に対してシリコン酸化膜と窒化膜を高い選択性で削れるとしています。削る速さより、この削り分けがガスの価値を決めます。
絶縁膜と導体でガスの系統が入れ替わるのですか？
入れ替わります。レゾナックの製品一覧では、絶縁膜のエッチングにはフッ素を含むガスや亜硫酸ガス、導体のエッチングには塩素、臭化水素、三塩化ホウ素、六フッ化硫黄が並びます。レゾナックは塩素をポリシリコン、三塩化ホウ素をメタルに適するとしています。
クリーニングガスとは何が異なりますか？
削る場所が違います。エッチングガスはウェーハの上の膜を削り、クリーニングガスは成膜装置の内壁に付いた膜を落とします。レゾナックはC2F6とF2/N2をチャンバークリーニング用とし、関東電化工業も三フッ化窒素をクリーニングガスとして扱っています。
同じ分子でも製品が別になることはありますか？
あります。セントラル硝子は、クリーニング用の三フッ化塩素を純度99.9%以上、エッチング向けに高純度化したCEG ClF3を純度99.99%以上として、別の製品として掲載しています。工程ごとに求める純度が違うためです。
環境への影響は選定に関係しますか？
関係します。レゾナックの製品のGWP値は、C4F6が1以下、CH3Fが92です。セントラル硝子も20%F2/Arを、既存のNF3やCF系ガスに比べて環境負荷を抑えられる環境配慮型のエッチングガスと位置づけています。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- 特殊ガスとは── エッチングガスを含む、性質が特殊なガス全体の運び方
- 選択比（エッチング）とは── 削り分けの度合いを数で表す指標
- ドライエッチングとは── ガスを使う削り方そのもの
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- 1レゾナック：高純度ガスresonac.com ↩
- 2レゾナック：高純度亜硫酸ガス（SO2）resonac.com ↩
- 3レゾナック：高純度三塩化ホウ素（BCl3）resonac.com ↩
- 4関東電化工業：特殊ガス製品kantodenka.co.jp ↩
- 5日本酸素：半導体材料ガスnsc.jp.nipponsanso.com ↩
- 6セントラル硝子：次世代半導体エッチングガスcgco.co.jp ↩
- 7レゾナック：高純度FC-2316（C4F6）resonac.com ↩
- 8レゾナック：高純度FC-116（C2F6）resonac.com ↩
- 9レゾナック：高純度20%フッ素窒素混合ガス（F2/N2）resonac.com ↩
- 10セントラル硝子：半導体製造装置用クリーニングガスcgco.co.jp ↩
- 11レゾナック：高純度HFC-41（CH3F）resonac.com ↩