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前工程／フロントエンド front end／ウェハ工程 (素子形成 (トランジスタ形成 (電極形成 Electrode formation…
前工程／フロントエンド
front end／ウェハ工程
フォトリソグラフィ
photolithography
フォト工程
加工する部分・しない部分を決めるための作業
塗布機にウェハを載せて表面にフォトレジスト液を滴下
さらに高速回転させ厚さ１μm程度に表面をコーティング
フォトマスクを通して光を照射してパターン形成
フォトレジスト
photoresist
写真フィルムのように光で化学反応を
起こす感光性を持った有機物。SPM
（硫酸と過酸化水素水）で除去できる
感光性
Photosensitive
物質が光の照射によって化学変化を起こす性質
ポジ型
露光で化学変化した部分のフォトレジストが溶ける
（露光された部分の高分子の鎖が切れる）
ネガ型
モノマーが架橋して溶けない高分子になる
レジストパターン
露光の後マスクパターンに沿って
残ったフォトレジスト
マスク合わせ
エッチング工程
食刻／Etching
レジストパターンをマスクにして
酸化膜や金属膜などを
物理的・化学的に除去する工程
ドライエッチング
ガスを用いて加工する方法
空気中で行う
アルゴン分子
チャンバー内でプラズマ（放電）を
発生させ内部で生成したイオンや
ラジカルを利用して加工する
プラズマ
原子や分子が刺激されて正と負との
電気を持った粒子群に分かれて
激しく動き回っている状態
メリット
異方性がありまっすぐ削れる
ウェットエッチング
酸・化学溶液を用いて加工する方法
水の中で行う
デメリット
等方性があり思ったように削れない
成膜工程
ウェハ表面に薄膜を形成する工程
真空を使用した成膜方法
PVD／物理気相成長／物理蒸着
Physical Vapor Deposition
メタル配線用
物理的手法により物質の表面に薄膜を形成する蒸着法
コーティングは、比較的低温（400～600°C）で形成される
この工程では、金属が窒素などと反応して蒸発し
切削工具表面に硬い窒化物コーティングを形成する
ターゲット（ふりかけ）に不純物やパーティクル
（微粒子／particle）があると不具合の原因に
スパッタリング／PMD工程
イオン化した不活性ガス(Ar)をﾀｰｹﾞｯﾄに衝突させ
弾き飛ばされたﾀｰｹﾞｯﾄ物質を成膜する手法
真空蒸着法
真空中で金属や金属酸化物などの成膜材料を
加熱して溶融・蒸発または昇華させて表面に
薄膜を付着させる
抵 抗 加 熱
低融点の成膜材料に適す。
W、Mo、Bなどの抵抗体に電流を流し発熱させる
発熱した抵抗体に成膜材料を供給し
成膜材料を加熱・蒸発させて薄膜を形成する
高周波誘導加熱
低融点の成膜材料に適す。
カーボンなどのルツボ内に収納した成膜材料を
高周波誘導加熱により加熱・蒸発させて薄膜を形成する
電子ビーム加熱
高融点の成膜材料に対応が可能。
耐火物などのルツボに収納した成膜材料に
電子ビームを照射することにより
成膜材料を加熱・蒸発させて薄膜を形成する
CVD／化学気相成長法
Chemical Vapor Deposition
メタル配線以外
シリコン酸化膜(SiO2)
シリコン窒化膜(SiN)
などの生成に用いる
プラズマCVD
直流(DC)・高周波(RF)・マイクロ波などを印加
原料ガスをプラズマ状態にして
化学反応を活性化させる方法
高密度プラズマCVD
(HDP/ High Density Plasma)
高周波プラズマCVDよりもプラズマ密度を高めたもの
より低い温度でも良質の膜が形成できるなどの利点を持つ
高周波プラズマCVD
工業用周波数(13.56)MHzの高周波による放電を用いる
絶縁性の薄膜形成が可能で、もっとも一般的なプラズマCVD
メリット
成膜速度が速い
処理面積が大きい
凹凸のある表面でも満遍なく製膜できる
低い温度でも、より緻密な薄膜を形成できる
熱によるダメージや層間での相互拡散を抑制できる
熱分解しにくい原料でも早く生成できる
熱分解温度の異なる原料同士でも薄膜を形成できる
デメリット
熱CVD
デメリット
利用できる製膜温度や基板・原料ガスに制約がある
低温では膜の質が落ちやすい
メリット
高純度の薄膜が形成できる
被覆性が良い
装置構成が比較的簡易
プラズマによる損傷が無い
選択成長が可能
原料ガスの分解生成物や化学反応を
熱エネルギーを利用して行う方法
ホットウォール
コールドウォール
原料ガス
SiO2生成
SiH4
SiH2Cl2,
Si(OC2H5)4+O2
NO2
CO2
SiN生成
SiH4,SiH2Cl2
Si(OC2H5)4+NH3
N2
熱酸化
酸化拡散炉でシリコンを高温(900～1000℃)にして
酸素or水蒸気雰囲気にするとシリコンの表面で
酸素と反応が起こりシリコン酸化膜が生成される
ウェハ購入
ベアウエハ
何も加工が施されていない状態のウエハ
素子形成
トランジスタ形成
電極形成
Electrode formation
不活性ガスプラズマによりアルミターゲットを
スパッタリングしウェーハ表面に電極配線用の
アルミ金属膜を形成する
素子分離／Isolation
アイソレーション
フィールド酸化膜の形成
素子（トランジスタ）間でお互いが干渉しないように
酸化膜SiO2で電気的に分離する工程
STI
Shallow Trench Isolation
素子分離領域に細く浅い溝を形成して
その中に絶縁膜を埋め込んだ構造
LOCOS
Local Oxidation of Silicon
SiNをマスクにしてシリコンを酸化する
デメリット
シリコンが横方向にも酸化されるため
せっかく微細にパターンを作っても
酸化後の寸法は大きくなってしまう
イオン注入
高エネルギーのイオンをウエハに衝突させ
物理的にウエハ表面内に不純物を埋め込む
P型にしたい場合
B(ボロン)・BF2
N型にしたい場合
P(リン)・As(ヒ素)
アニール
ウエハの結晶の損傷の回復と
不純物を活性化させるための
熱処理（800℃以上）
活性化
不純物が所定の格子位置に入ること
配線工程
ウェハ上のトランジスタ間を
電気的につなぐ工程
平坦化
トランジスタの上部を
層間絶縁膜（酸化膜）
で覆い表面を平坦にする
コンタクトホール開口
接続したいトランジスタ上の
層間絶縁膜にフォトリソグラフィと
エッチングによって開口させる
メタル配線堆積
層間絶縁膜上に
金属膜（メタル配線）
PVD法により堆積させる
配線形成
フォトリソグラフィ
によるエッチングで加工
平坦化工程
ウェーハ表面を研磨し
パターンの凹凸を平坦化する
素子形成工程完了後
配線工程に入る前に
段差を少しでも軽減する
エッチバック法
熱リフロー法
CMP法／化学機械研磨
Chemical Mechanical Polishing
主流
化学研磨剤と研磨パッドを使用し
化学作用と機械的研磨の複合作用で
ウェーハ表面を平坦化する装置
洗浄工程
エッチング工程の後に不要な
フォトレジストを除去する工程
溶液洗浄
酸などの溶液で洗浄して金属や
有機不純物を取り除く
DHF
シリコン表面の不要な自然酸化膜を除去する
HF+H2O
SC-1
Si表面パーティクルを過酸化水素水で酸化し
その酸化膜をアンモニアで除去することにより
リフトオフして除去する
NH4OH+H2O2+H2O
SPM
ウェハー表面に付着した有機物を
硫酸と過酸化水素水の強力な酸化力により除去する
H2SO4+H2O2+H2O
SC-2
表面に付着した重金属（Fe、Ni、Cr、Cu etc.）
をHClで溶解して除去する
HCl+H2O2+H2O
灰化処理／アッシング
酸素プラズマをぶつける