GAA量産の難所は選択エッチング――ナノシートを壊さず解放する工程

ナノシートGAAでは、シリコンのチャネル層と犠牲となるSiGe層を交互に積み、後工程でSiGeを除去してゲートがチャネルを囲める空間を作る。平面やFinFETより構造自由度が増える一方、上下のシートを同じ条件で処理する難度が上がる。

選択エッチングではSiGeを速く除去し、シリコンや周辺膜をできるだけ削らないことが求められる。しかし反応物の輸送、組成、温度、局所形状が異なれば、上段と下段、ウェハー中心と外周で除去量が変わる。

除去不足ではゲート材料が均一に回り込まず、静電制御や抵抗にばらつきが出る。過剰処理ではシリコンチャネル、スペーサー、ソース・ドレイン近傍を損傷し、寸法、移動度、信頼性、機械強度を悪化させ得る。工程窓は単一の選択比では表せない。

量産では、エッチング時間を長くして取り残しを消す安全策が使いにくい。微細構造ほどオーバーエッチの許容幅が小さいため、材料組成のばらつきと装置チャンバー状態を前工程から把握し、処理条件を適応させる必要がある。

評価すべきは装置の最大選択比ではなく、シート別寸法の分布、チャンバー清掃間隔、計測から補正までの時間、電気歩留まりとの相関である。GAAの量産優位は、装置単体の性能より、エッチングと計測を閉ループ化した学習速度に表れる。