名古屋大学は、ハロゲンフリーのプラズマプロセスで、酸化ハフニウムの異方性原子層エッチングに成功した。難エッチング材料の酸化ハフニウムを原子レベルで微細に加工、制御可能になる。
名古屋大学は2025年8月19日、ハロゲンフリーのプラズマプロセスで、酸化ハフニウム(HfO2)の異方性原子層エッチング(Atomic Layer Etching:ALE)に成功したと発表した。明志科技大学との共同研究によるもので、HfO2を原子レベルで微細に加工し、制御可能になる。
強誘電性のHfO2は、超微細トランジスターのゲート絶縁膜として広く使用され、次世代の非揮発強誘電体メモリへの応用が期待される材料だ。しかし、HfとOの結合エネルギーが高く、ハロゲン化合物の揮発性が低いため、難エッチング材料とされている。
今回の研究では、低圧高密度プラズマ生成装置を用いて、窒素プラズマと酸素プラズマを交互に照射することで、室温でHfO2のALEに成功した。具体的には、HfO2膜表面の酸素原子(O)を窒素原子(N)に置換し、窒化ハフニウム(HfN4)の表面層を形成。これを酸素プラズマ照射すると、室温で揮発性の高い反応生成物となり、除去できる。
また、独自開発のリアルタイム表面構造分析装置を用いて、反応生成物の構造解明と反応モデルの構築を実施。さらに、窒素イオンのエネルギー低く制御したところ、ALE処理前よりも表面の粗さが低下した。
フッ素や塩素などのハロゲンを使用しないハロゲンフリーのプラズマにより、HfO2の実用的な微細加工技術を確立できたことは、次世代半導体デバイスの実用化に向けた重要な布石となる。有害なエッチングガスを使用しないため、SDGs(持続可能な開発目標)の達成にも貢献する。
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