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半導体用語集

形状異常

英語表記：profile irregularities

デバイスの高集積化/微細化に伴い、異方性エッチングでも詳細にみると、ノッチング、ボーイング、トレンチングなど局所的な形状異常が問題となる場合が多々ある。いずれも、シースの電界に沿って基板表面にはば垂直であるはずのイオン入射軌道が、種々の要因により乱れることに起因したものであり、高フラックスで低エネルギーのイオンが表面に入射する低圧力・高密度プラズマで生じやすい。イオンエネルギーを高くすると容易に回避できるが、選択性・低損傷性を損なうため、プラズマ特性や保護膜形成過程の制御など、両立できる技術力球められる。ノッチングは、パターン側壁に形成される横方向に深い局所的な溝である。ゲート電極エッチングなど絶縁膜上の導電性膜のエッチングにおけるオーバエッチング時に、ライン・アンド・スペース(L&S)パターンの最も外側のラインの内側側壁で、露出した下地絶縁膜との境界あたりに顕著に発生する。ノッチの大きさは、オーバエッチングの時間、パターンのアスペクト比およびL&Sパターン外側のエッチング領域(オープンスペース) の広さの増加とともに増大する。また、被エッチング膜の導電性や下地絶縁膜の厚さとも正の相関がある。
このようなノッチングは、パターン表面の局所的な電荷蓄積(チャージアップ)により、電界ひいてはイオン軌道が曲がり、側壁への局所的なイオン入射が生じることに起因する。そしてこの局所的なチャージアップは、基板表面に入射するイオンと電子の運動の違いにより生じる。基板表面上のシースにおいて、イオンは表面に垂直方向に加速されるが、電子は減速される。
したがって、イオンは表面にほば垂直に入射しパターン底部まで入射可能であるが、電子はその熱運動による大きな横方向の速度分布の広がりを有し、アスペクト比の大きなパターンになるほど入射しにくくなる。その結果、オーバエッチング時に下地絶縁膜が露出し各ラインパターンが孤立すると,パターン底部の絶縁膜表面や被エッチング導電性膜の側壁は過剰イオンにより正に、一方、フォトレジストなど絶縁性のマスク側壁は負にチャージアップする。しかし、最も外側のラインにはオープンスペース側から十分な量の電子が入射するため、最外ラインは内側の他のラインと比較して電位が低く、電界が大きく曲げられ最外ラインの内側側壁にはイオンが定常的に入射する。入射イオンのアタックを受けた側壁では、局所的に側壁保護膜形成が抑制されノッチングが発生するが、イオン入射による横方向のエッチングに加え、中性活性種による等方性エッチングや膜の残留ストレスなどもノッチの大きさに影響していると考えられている。なおプラズマからみれば、ノッチの大きさは、電子温度や入射イオンフラックスの増加とともに増大するが、イオンがドリフト速度を有する状況下では抑制される。
ボーイングは弓状にくびれた側壁形状であり、側壁へのイオン入射(斜め入射イオン)による横方向のエッチングが原因と考えられる。斜め入射イオンの発生要因は、プラズマ中の熱運動による速度分布の広がり、シース内での中性粒子(主にガス分子)との衝突による散乱、およびパターン表面のチャージアップの影響による軌道の曲がりなどである。また、トレンチングは側壁に隣接するパターン底面に発生する局所的な溝である。パターン底部への局所的なイオン入射に起因し、アスべクト比の大きなパターンで生しやすい。局所的なイオン入射の要因として、パターン側壁(被エッチング材料膜やマスクの側面)での低角度反射、 パターン表面のチャージアップの影響による軌道の曲がり、などが考えられる。

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