本研究では、微細化、高アスヘクト比化が進展するSjデハイス構造に対応して、エッチ ング要素技術の高精度化を行うとともに、加EII程を複合化することによって飛躍的な高 精度化を狙ったマルチスソーッフ法の開発に取り組んだ 2た、加工された高アスヘクト比 構造のための新たな計測技術や、製造環境制御技術に至るkで、その実用化のための技術 開発も行った 本章で1仁、各章で得られた成果をまとめて総括を述べる，、
第2章では、Si基板の高アスヘクト比ユッチングを行うための高精度ドライエッチング 技術に関して、川ユッチングカスの反応性制御1、②反応表面の温度制御、③エッチング面 一の入射イオン・粒∫ の方向性；制御などの要素技術の検討結果について述べた，
・〔Dエッチンクガスの反応性制徒llについては、 F、 Cl、 Brのハロゲン化合物ガスをいくっ
か選んCロッチング特性を評価し、エッチング選択性や加工形状の異方性などの基本的加
IL特性が・・ロケン1｝；〔ゴ・1・：被ゴッチング材料の原t「・間の糸吉合エネルギーにもとつく反応ダイ
アクソムで解釈できることを確認した，特異な現象としては、Cl化合物ガスではSiの結 晶面方位に依存したエッチングになる現象や、CCI，＋O，，ガスにおいて反応生成物が再付着
を起こ一G茉件Cは、堆積物の影響によってエッチング面に針状突起が生じるとともに、エ ッチングマスク材料との選択比が無限大になるようなエッチングが可能になるという現象
を解明した、
②F化合物ガスでは高速なエッチングが可能であるが、Fによる自発的エッチング作用 に，に・）て常温では異方性加工は困難であったため、これを低温エッチング技術によって抑 制するとともに、エッチング反応熱による温度上昇を新たに開発した間歓的な時間変調法
（TM法）で抑制した、これによって、 SF6ガス用いたSiの高速異方性エッチングを実現
した，
〔3）しかしながら、厳密な異方性エッチングを行うためには、エッチング反応を促進する イオンの人射角分布を小さくする必要があり、入射角分布の原因となるイオンシース内で の衝突・散乱現象の観点からさらに考察を行った、その結果、イオン入射角分布を小さく するエッチング条件としては、低ガス圧力、低バイアス、高プラズマ密度が有効であるこ とを確認した そして、イオンの入射角分布を実際に測定し、SF6ガスの低温マイクロ波 エッチングにおけるイオン入射角は、1．3Paのガス圧力でσ＝2⊂などとなることを確認 した、また、ウJ・．一ハ上に形成する高アスヘクト比のパターンの高さがエッチングイオン を加速するイオンシースの厚みに対して無視できないサイズになり、ハターンが存在する 148
ことによってイオンシース電界が変形して垂直エッチンゲが乱れる現象も解明した この 問題に対しては、ハルス的にバイアスを印加するTMバイアス法を開発し、高アスヘクト 比パターンにおいても安定した垂直エッチングが達成できることを確認した
以上のような基礎検討結果にレ）て、アスヘクト比が10を超える高アスヘクト比のSi 加工を行うためのドライエッチング技術を確立できた
第3章では、第2章で検討したエッチング技術を基にtて、さらにd）ゴッチング条件と 成膜条件を繰り返して用いるマルチステッフ法や、②CVDにkる側壁簿膜形htt U） ノロセス を組み合わせるマルチステッフ法を用いることによ・・て、単 のフロセスではi圭成できな い高精度加工を行うことを試みた結果にっいて述べた
①まず、エッチングフロセス内のマルチステッフ法L・して、エッチング途中で側壁保護 膜形成ステッフを挿入しながら繰り返しエッチングするこi：により、いったん形成した側 壁をサイドエッチングで後退させることなく深い加llができるこ！：を示した これは、現
在MEMSの深孔加工の主流技術となっているBosch法と同様のP法を早期に開発した成
果である1一
②CVD薄膜形成とエッチングフPセスを組み合わせたマルチステッフ法としては、犠牲 層パターンを異方性加工した後にその垂直側面に、CVDによる薄膜を堆積し、さらに異方 性エッチングで側壁だけを残し、これを微細パターンとして用いることにより、CVD膜厚 で決まる極微細パターンが形成できることを示した、同様にSiilN．i側壁を形成した後に、
Si表面に薄く酸化処理を施し、側壁Si，IN．；を除去してからSi基板をエッチングすること によって、犠牲層パターンの輪郭に極微細Si溝を形成できることも確認した，、これらによ って、側壁パターン形成を利用したマルチステッフ法により、ポトリソグラフィの微細加 工寸法をはるかに凌ぐナノメータレベルの極微細パターン形成がpr能性であることを示し たeまた、側壁Si3N4パターン形成のための高精度エッチング技術として、cH2F2べ・CH3F ガスを用いたエッチング技術も新たに開発した，
その他、高段差上に堆積した薄膜の加工技術として、段差側面部の薄膜を垂直に掘り進 む際に側壁保護を繰り返すマルチステップ法が有効であることを確認した，また、段差上 の加工においては段差上にレジストハターンを形成する技術も不可欠であり、そのための 多層レジストのエッチング技術を検討した，新たに開発した多層レジスト形成技術は、上 層（TL）のポトリソグラフィパターンを中間層（MI．）のSio2膜に転写するエッチングに 地球温暖化係数の小さいC2F51ガスを用いる技術、下層（BL）の有機レジスト膜のエッチ 149
ングに02十25％02カスを用いて、アスヘクト比依存性に優れ、地球温暖化対策にも有利 な微細パターン形成が実現できた、
第4章では、第3章で検討を行ったマルチステッフ法を用いた高アスヘクト比加工技術 を応用して、溝型のアイソレーション、立体型DRAMメモリセル、および将来の量子効 果デバイス川のスリット・ナノ細線などのテバイス加1：を行った結果を述べた一まず、バ イホープデバイス用の深い素f・分離領域を形成する技術として、マルチステップ法を用い てテーハー状の側壁を i？ll分形成したY字形の溝加工を行った後に、溝を充填・平坦化す る溝型アイソレーシ1ンの加11技術を開発した、、Z体型DRAMメモリセル構造としては、
キャハシタ形成領城のSi基板に深孔を形成する溝型キャパシタを開発した，また、キャハ シタ電極を積みヒげる積層型キャハシタの加1：技術としては、王冠型電極、さらに2重王 冠型電極〔ノ功‖ll手支術を開発した これらによ・）て、4Mから256Mに亘るDRAMメモ
リセルの、㌦体構造を世界に先駆けて開発することに寄与できた，、さらに、将来の量子効果 デバイス（ノ） P・∫能門1を検討するために、微細溝の側壁に堆積したSiO2膜の接合界面にスリッ トを形成するソローし：スを開発し、量t 一効果の発現が期待できるナノレベルのPoly−Si細線 が形成でさることをf潅認した
第5章では、高アスヘクト比の深い微細加工を行った結果を実際の製造現場で評価する ための非破壊計測技術について検討した結果を述べた、、アセチルセルロース膜を用いたレ フリカ法は、計測する溝を鋳型として形状を反転転写して観察を容易にする手法であり、
幅が0．1μm、アスヘクト比25の溝のレフリカ転写を確認するとともにその作製限界を 確認した．、SEMとEDX分析を利用して孔深さを測定する技術として、電子ビームによっ て溝や孔の底で発生したX線を斜めヒ方から測定してX線の自己吸収による減衰量から深 さを計測するという新たな計測法（EXAD法）を開発した、これによって、従来測定困難 であ・〕た高アスヘクト比の孤立孔の測定を可能にしたrその他、EPMA法を応用した深孔 内残膜の計測技術として、X線検出器をSEMの電子ビーム光学系の中に設置できる装置 を新たに開発し、電子ビームの光軸に対してX線検知面を3」 の位置まで近づけて、アス ヘクト比20の孔底で発生したX線を、途中の障害物に遮られること無くほぼ真上から測 定できる装置を開発した、これを用いて、孔径が0．2μmでアスペクト比が10の孔底に残 留した約20nmのSio2残膜の計測が可能なことを確認したt一
第6章では、マルチステッフ法のように製造工程を組み合わせて加工を行う際に特に重 要となるクリーン・レーム内の製造環境制御について述べた，近年のデバイス量産工場にお 150
いてはミニエンバイロメントににる局所清浄化が進展tているために、kず、局所清浄化 方式のクリーンルームにおける清浄度設計を検討し、ケミカ1し汚染対策を強化したミニエ ンバイロメントが重要であることを確認した そして、ミニエンバイロメント内部のケミ カル汚染に対して、気流循環型のミニエンバイロメントによる高清浄化技術を新たに開発 したt一実際、気流循環型ミニエンバイロメントを試作し、その内部からクリーンルームに 排出する空気リーク率を20％に抑制することによって、有機汚染の実測／直において、従来 のワンハス型ミニエンバイロメントに比べて約1／10の汚染量に低減できるとともに、設 置したケミカルフィルタの寿命を長期化できることを確認した さらに、将来の局所清1字｝
化方式のクリーンルームの展開として、効率的低清浄クリ…ンノレーノ・の中に、気流循環ミ ニエンバイロメント、メンテナンス用局所清浄化コーニット、各製造装置絃f応環境litil御コーニ ットを主要構成要素とするクリーンルームシステムを提唱し、具体的には気流佑コ環ミニエ ンバイロメントの高度化技術として除湿ローターを用いた低露点・低ケミカル汚染ミニエ ンバイロメントの可能性、開放型の気流循環を行うメンテナンスユニットを提案した こ
れらは、次世代のDRAMやシステムLSIなどの生産ヲインー適用することを検討してい
る・
以上のように、本研究では、Si基板上への高アスヘクト比微細加1二法に取り組み、単独 のエッチング技術の検討だけでなく、工程を複合化したマルチステッフ法による飛躍的な 微細化・高精度化技術を開発した，tさらに、マルチステップ加11技術を応用したデバイス 製造技術、高アスヘクト比形状の出現に対応した非破壊計測技術、および製造現場の環境 制御技術まで、総合的な取り組みを行ったcこれkでのSi半導体プロセスにおいては、モ
ノリシック型のデバイスとして1つのSi基板の表面に、しかもその表面層の厚さ数μm 程度の薄い部分を使って回路を構成することが永年にわたって主流となってきたが、現在、
パターン寸法が数十nm以下のナノメータ時代になるとともに、チッフに貫通孔を形成し て積層するような3次元化の時代にも突入している、さらに、電臼・1路のみならずMEMS デバイスなどを積層した高機能デバイスの検討も進んでいる このようにダイナミックな デバイス製造の時代においては、製造工程を複合化して高アスヘクト比構造を加工する技 術が多用され、本研究の成果はそのような時代のニーズに応える技術として寄与できるも のと考える，
151