半導体原子層プロセス

半導体原子層プロセス

2026/09/24

半導体原子層プロセス 究極の微細加工を実現

産総研では、将来の産業ニーズを見据えた目的基礎研究を通じて、革新的な技術シーズの創出に挑戦しています。
こうした最先端の成果を、日刊工業新聞で連載しています。産総研マガジンでもご紹介していますので、ぜひご覧ください。
※本記事は、日刊工業新聞社の許諾を得て掲載しています。著作権は日刊工業新聞社に帰属します。

均一生成の壁

　現在、最先端スマートフォンに搭載されるチップ内のトランジスタ数は数百億個を超える。半導体の製造プロセスでは、直径300ミリメートルのシリコンウエハー上に多数のチップを同時に製造するため、1枚のウエハー上には、銀河系の恒星数（2000～4000億個）を超える数のトランジスタが存在する。この実現には、超微細パターニング技術が重要である。

　微細加工には、プラズマで基板を削る（エッチングする）ドライエッチングが用いられている。現在の主流は連続的にプラズマを基板に照射させて化学反応と物理的衝撃で削る反応性イオンエッチング（RIE）であり、処理時間でエッチング量を制御している。しかし、プラズマを均一に生成する事が非常に難しいため、ウエハー内では場所によってエッチング量にバラつきが生じてしまう。

　近年、次世代技術として原子層エッチング（ALE）が注目されている。ALEは原子1層（または数層）でエッチングが自然に停止する自己律速反応を用いており、ウエハー面内で、エッチング量を原子レベルの精度で一定にできる。

削る場所だけ

　産業技術総合研究所（産総研）では、最先端のゲートオールアラウンド（GAA）型トランジスタ研究開発のためのパイロットラインを用いてALEの研究開発を行っている。

　RIEやALEでは、削りたくない場所をマスクでカバーし、削りたい場所だけをエッチング（高選択比化）する事で、所望のパターンを形成する。しかし実際は、マスク材料も削れてしまう。

超高選択比化

　そこで、産総研は高精度化のため、選択成長とALEを組み合わせた新技術を開発した。エッチング装置の中で、削りたくない場所（マスク部分）だけに保護膜を成長させた後（選択吸着）、エッチャント（反応性のガスや液体）が表面の一原子層に吸着する［ALE(Step1)］。エッチャントが吸着した基板部分のみがエッチングにより除去される［ALE(Step2)］。選択吸着、ALE(Step1)とALE(Step2)を繰り返す。この技術で、超高選択比の微細加工を可能にした。

　宇宙の大部分を構成するプラズマを使い、１枚のウエハー上に銀河系の恒星の数をはるかに超える素子を原子レベルで形成する。まさに、究極の微細加工技術と言える。

先端半導体研究センター
総括研究主幹

深沢 正永

FUKASAWA Masanaga