【完全図解】RIEとは？反応性イオンエッチングがプラズマで「真下に削る」仕組み

こんな疑問はありませんか？

この記事でわかること

あなたが今いる場所：前工程＞エッチング＞ RIE（反応性イオンエッチング）とは？

前工程（ウェーハに回路を作る）

基板成膜露光エッチング ←ココドーピング CMP 洗浄配線計測

後工程（チップに切り分けて仕上げる）

ウェーハテストバックグラインドダイシングボンディング封止最終テスト先端パッケージ

RIEは「エッチング」の中のドライエッチングの代表です。薄い色の「成膜」で積んだ膜を、「露光」で焼き付けた模様どおりに削ります。

先に結論

RIE（反応性イオンエッチング）とは、ガスをプラズマにして、化学反応をおこす粒子（ラジカル）と、電界で真下に加速したイオンの両方で膜を削るドライエッチングです。

ラジカルが膜と反応して削りやすくし、真下から飛んでくるイオンが底だけをたたいて反応を進めます。そのため、横にはほとんど広がらず、マスクの模様どおりに垂直な溝や穴を掘れます。微細なトランジスタや、AI半導体のメモリに欠かせない深い穴は、この「真下に削る力」で作られています。

用語メモ：RIE

Reactive Ion Etching（反応性イオンエッチング）の略。「反応性」はガスが膜と化学反応すること、「イオン」は電界で加速した粒子が膜をたたくことを指します。

用語メモ：プラズマ

ガスに強い電気のエネルギーを与えて、電子・イオン・ラジカル（反応しやすい中性の粒子）がまざった状態にしたもの。蛍光灯の中で光っているのもプラズマです。

この工程の役割

受け取るもの

模様のついたウェーハ

膜の上にレジストのマスクがある状態

→

エッチング

RIE

プラズマで真下に削る

→

次の工程へ渡すもの

模様どおりに削れたウェーハ

マスクを取り除いて洗浄へ

役者	正体	役割
ラジカル	電気を帯びていない、反応しやすい粒子	膜と化学反応して、削れやすい物質に変える。四方八方に飛ぶ
イオン	電気を帯びた粒子	シースの電界で真下に加速され、底をたたいて反応を進める
シース	ウェーハの直上にできる電界の層	イオンの向きをそろえ、真下に飛ばす「発射台」

ポイント：ラジカルだけなら等方的（四方に同じ速さ）に削れ、イオンだけなら削る速さが足りず、マスクも傷みます。化学の力（ラジカル）と物理の力（イオン）を組み合わせることで、速く、真下に、狙った膜だけを削れます。

たとえるなら

真上から降る雨の中で、傘を差して立っているようなものです。雨（イオン）は真上から地面（底）にしか当たらず、傘（側壁の保護膜）が横の面をぬらさないように守ります。

選択比

削りたい膜と、残したい膜（マスクや下の層）の削れる速さの比。高いほど、狙った膜だけを削れます。

異方性

縦に削れる速さと、横に削れる速さの差。大きいほど、垂直な壁になります。

均一性

ウェーハの中心と端で、削れる速さがそろっているか。ばらつくと、場所によって削り残しが出ます。

用語メモ：CCP・ICP

CCPは Capacitively Coupled Plasma、ICPは Inductively Coupled Plasma の略。どちらも RIE の一種で、プラズマを作るための電気のかけ方が違います。

ポイント：ICPのように「プラズマの濃さ」と「イオンの勢い」を別々に調整できると、速く削りながら、下の膜へのダメージを抑えられます。微細化が進むほど、この調整の自由度が重要になっています。

注意：銅は、塩素などと反応してできる物質が気体になりにくく、RIEで細かい形に削るのが難しい金属です。そのため銅の配線は、先に溝を掘ってから銅を埋める「ダマシン法」で作ります。RIEで削るのは、銅ではなく溝を作る絶縁膜のほうです。