【半導体製造プロセス入門】液相成長系の装置(メッキ装置、塗布装置) [成膜装置の基本④]

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半導体成膜装置(めっき装置)
今回は成膜装置のうち、液相成長法の装置をご紹介します。
 

1.メッキ装置

微細化された多くのロジックLSIでは、配線には銅が使われています。
これは配線遅延を低減するためなのですが、銅はCVDやPVDなどでの成膜が困難です。
そこで、メッキ装置を用いた「メッキプロセス」が必要となります。

メッキプロセスは一般的なメッキ処理と同様ですが、使用する薬液はより純度の高いものが要求されます。
メッキは銅を溶かしたメッキ液を、電気をかけたウエハーに接触させて行います。メッキの厚さはメッキ時間や、メッキ液の濃度、電気の強さなどでコントロールします。メッキ処理の後は洗浄を行います。そして乾燥させてメッキ処理の終了となります。

ここでも「ドライイン・ドライアウト」の原則は守られる必要があります。
また、メッキ処理の均一性も重要です。そのため、メッキの処理槽の中のメッキ液を循環させる、あるいは、メッキ液を噴流の形でウエハーに吹き付けることで、均一性を保つ工夫がなされています。
 

ダマシンプロセスとプラグ

銅はエッチングの観点からも処理が難しいため、「ダマシンプロセス」が用いられます。具体的には、絶縁膜上の配線パターンに溝などを形成し、その溝に銅を埋め込んでいます

また、層間絶縁膜は多層に及ぶので、層と層を結ぶための配線が必要となります。層と層とをつなぐ垂直の「棒」のようなものをイメージして下さい。この「棒」のことを「プラグ」といいますが、ダマシンプロセスでは、プラグとなる部分を予めリソグラフィーとエッチングで形成しています。

その後プラグを含んだ構造に金属のメッキを行い、不要な部分を後で研磨して取り除いています。このようにすると、プラグの部分と金属配線層を同時に形成することができます。
 

2.層間絶縁膜形成のための装置(塗布装置)

近年、層間絶縁膜形成を塗布プロセスによって行う動きが拡大しています。

「塗布プロセス」とは、熱やプラズマを用いずに成膜を行うプロセスです。代表的なものに、レジスト塗布があります。このレジスト塗布は露光工程の前提として、液状のレジストをスピンコーターによってウエハー上に塗布するものです。

同じように層間絶縁膜の成分を含んだ薬液をスピンコーターと同様の装置によってウエハーに塗布し、その後、加熱して液成分を飛ばして層間絶縁膜を形成するというもので「SOD」(Spin on Dielectrics)といいます。

このプロセスでは、熱やプラズマによる方法よりも膜の安定性がやや低くなるという問題があります。
また、原材料を溶媒に溶かして薬液を製造する必要があり、絶縁膜の種類も制約されます。

しかし、装置構造が簡単になりプロセス自体も単純なうえ、装置コストの低減につながります。
加えて、デバイスの性能を向上させるために層間絶縁膜の材料が変化してきており、副次的な効果として塗布プロセスによる層間絶縁膜の形成に対応できる膜材料が多くなってきていますので、これから期待されている成膜プロセスといえます。

生成される層間絶縁膜の膜厚管理を温度やスピンの回転数、薬液の量などによってコントロールし、さらに、薬液の粘度を一定にするという課題を克服し実績を積むことで普及していくことでしょう。

 

ということで、4回にわたって成膜装置の基礎知識をご紹介してきました。
成膜技術および成膜装置は、膜厚をコントロールする技術開発も進んでおり、今後の動向が注目されます。

 

(アイアール技術者教育研究所 F・S)
 

 

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