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「次世代ナノエレクトロニクスにおける絶縁超薄膜技術と膜・... *第５編　絶縁成膜とエッチング　 [#of2447a4] *第５章　層間絶縁膜の成膜とエッチング [#cb082ca4] **５－１．はじめに [#wa215fe8] 　半導体製造に代表される微細加工の寸法はナノメータに既に... 　本稿では，層間絶縁膜の成膜とエッチングに関して述べてい... **５－２．ナノエレクトロクスにおける配線形成プロセス [#k5... 　1997年頃から半導体製造にCu配線が導入されて以来，現在で... 図１．　ダマシン工程のCu配線作製工程 　Cu配線でダマシン工程に変わった大きな理由には，十数層に... 　本稿では，Cuのめっき堆積やCuの拡散防止膜といった金属成... 　前述のCu配線と合わせてその周囲を覆う絶縁膜には，前章ま... 　Low-κ材料には大別して有機系と無機系が挙げられ，成膜手法... 　次項より，p-SiCOH膜のプラズマCVD堆積の内容に，有機系Low... **５－３．層間絶縁膜の成膜 [#t9e987f9] ***プラズマCVD法による一般的な絶縁膜堆積 [#v942a05d] 　はじめに，Low-κ膜堆積する際に使用されるプラズマＣＶＤ法... 　原料ガスを導入し，電気的な放電によってプラズマが生成す... 　この気相反応で重要なパラメータは，プラズマの電子密度と... 　次に表面に飛来した粒子により表面反応をみていくと，イオ... ***シリコン酸化膜のプラズマCVD堆積 [#g7859d45] 　シリコン酸化膜のプラズマCVD堆積についてLow-κに先立ち説... 　シランを使った場合，つまりSiH4の電子衝突解離によってSiH... 　表面に飛来したSiH3ラジカルは表面に比較的高い表面吸着係... 図２．プラズマCVD反応の模式図；シランを使用した場合（左）... 　一方，有機シランソースであるテトラエトキシシラン（TEOS... ***Low-κの成膜 [#p020e9ff] 　次にLow-κの成膜を説明する．実際Low-κ膜は表面平坦化の後... 　SiO2ではSiを中心にsp3結合でOを正4面体の頂点に置く構造を... ＴＭＳＣＴＳ（Tetraoxymethylcyclotetrasiloxane）， ＯＭＣＴＳ（Octamethylcyclotetrasiloxane）， ＤＭＣＰＳ（Decamethylcyclopentasiloxane）， ＤＥＭＳ（Porous diethoxymethylsilane） などが使われる．これらの材料は環状のSi-O-Si構造を含んでい... 　誘電率を下げる目的では単位堆積中の原子数密度を下げるの... 　Low-κとは別に誘電率は高めとなるが，H2Oのパシベーション... 　これらCVDでは圧力によっては気相中の重合反応が進行しパウ... **５－４．層間絶縁膜のエッチング [#y589d91b] ***有機Low-κのエッチング [3-5] [#ddd79a3c] 　有機Low-κのエッチングはN2/H2の混合ガスやNH3によってエッ... 　プラズマプロセス中の薄膜をその場で観察した結果からは，N... 　このとき表面で見出されるN-HやC-Nの化学結合の形成過程で... 　イオン照射によって有機物の水素引き抜きが促進され，C=Cや... -CH2-CH2- + hν(VUV, UV)→-CH2-*CH- + H, -CH2-CH2- +H*→-CH2-*CH- + H2↑, 窒素原子との反応や，さらなる水素の引き抜きを生じる -CH2-*CH-+N*→-CN* + ..., -CH2=CH2- + NH2→-CNH2+..., =CH=CH=+N2* →-CN* + ..., =C=C=, -C=N*, -C≡N+H2↑, 窒化した表面にイオン照射が施されると脱離するから -C≡N+H*→HCN↑ -C=N* ++NH2→HCN↑+-CNH -C≡N+-C≡N→C2N2↑ -C=N*+-CNH→C2N2↑+H2↑, 以上見てきたように表面変性がなされることで，イオンの照射... 　すなわち，気相中の原子密度が反応を支配しているため，そ... 　すなわち，エッチング開始初期のウェハ温度が低い間は，水... 図３．エッチング開始からの温度変化と，エッチ形状への基板... ***ポーラスLow-κのエッチング [#u1a447a8] 　SiOCH などのLow-κ 材料であるが，プラズマプロセスによっ... 　プラズマから照射されるイオン・ラジカル・フォトンの影響... 　実験装置は通常の平行平板電極を有するプラズマエッチング... 　本装置には，どちらもその場計測可能な赤外反射吸収分光装... 　測定された反射スペクトルは図4左に示すように縦光学（LO）... 図４．SiOCH膜のIR-RASスペクトル 　酸素プラズマの作用についてPAPE 評価した場合，図５にラジ... 図５．SiOCH膜のメチル基の消失；赤外スペクトル（左）と処理... 　次に，試料を大気中に約120 分出して，再び真空に引いた後... 図６．SiOCH膜の水酸基の増加；赤外スペクトル（左）と処理時... **５－５．デバイス特性への影響 [#m0e3b320] 　ナノエレクトロニクスの実現を考えると，そのデバイスの信... 　配線の時には電流を流さずともアルミ配線内にボイドが成長... 　Cuのダマシン配線工程では，CMP終了後にCu表面が露出するた... 　上層に太い配線をもつビア内でボイドが発生しやすく，下層... 　次に電子を配線に流した場合もこの電子流による原子拡散フ... 　また，Cu表面清浄化の重要性には，配線を使用している間に... **５－６．まとめ [#t4d568e1] 　次世代ナノエレクトロニクスにおけるプラズマプロセスでは... **参考文献 [#p0bae0cc] -M. A. Lieberman, “プラズマ／プロセスの原理”，第二版（丸... -[1] S. Cosby et al., ECS Trans 25(8), 429 (2009). -[2] E. Meeks et al., J. Vac. Sci. Technol. A 16, 544 (19... -[3] H. Nagai et al., J. Appl. Phys. 91, 2615 (2002). -[4] H. Nagai et al., J. Appl. Phys. 94, 1362 (2003). -[5] K. Ishikawa et al., J. Appl. Phys. 99, 083305 (2006). -[6] H. Yamamoto et al., Jpn. J. Appl. Phys. 51, 016202 (... -[7] S. Uchida et al., J. Appl. Phys. 103, 073303 (2008). (c) Kenji Ishikawa

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「次世代ナノエレクトロニクスにおける絶縁超薄膜技術と膜・... *第５編　絶縁成膜とエッチング　 [#of2447a4] *第５章　層間絶縁膜の成膜とエッチング [#cb082ca4] **５－１．はじめに [#wa215fe8] 　半導体製造に代表される微細加工の寸法はナノメータに既に... 　本稿では，層間絶縁膜の成膜とエッチングに関して述べてい... **５－２．ナノエレクトロクスにおける配線形成プロセス [#k5... 　1997年頃から半導体製造にCu配線が導入されて以来，現在で... 図１．　ダマシン工程のCu配線作製工程 　Cu配線でダマシン工程に変わった大きな理由には，十数層に... 　本稿では，Cuのめっき堆積やCuの拡散防止膜といった金属成... 　前述のCu配線と合わせてその周囲を覆う絶縁膜には，前章ま... 　Low-κ材料には大別して有機系と無機系が挙げられ，成膜手法... 　次項より，p-SiCOH膜のプラズマCVD堆積の内容に，有機系Low... **５－３．層間絶縁膜の成膜 [#t9e987f9] ***プラズマCVD法による一般的な絶縁膜堆積 [#v942a05d] 　はじめに，Low-κ膜堆積する際に使用されるプラズマＣＶＤ法... 　原料ガスを導入し，電気的な放電によってプラズマが生成す... 　この気相反応で重要なパラメータは，プラズマの電子密度と... 　次に表面に飛来した粒子により表面反応をみていくと，イオ... ***シリコン酸化膜のプラズマCVD堆積 [#g7859d45] 　シリコン酸化膜のプラズマCVD堆積についてLow-κに先立ち説... 　シランを使った場合，つまりSiH4の電子衝突解離によってSiH... 　表面に飛来したSiH3ラジカルは表面に比較的高い表面吸着係... 図２．プラズマCVD反応の模式図；シランを使用した場合（左）... 　一方，有機シランソースであるテトラエトキシシラン（TEOS... ***Low-κの成膜 [#p020e9ff] 　次にLow-κの成膜を説明する．実際Low-κ膜は表面平坦化の後... 　SiO2ではSiを中心にsp3結合でOを正4面体の頂点に置く構造を... ＴＭＳＣＴＳ（Tetraoxymethylcyclotetrasiloxane）， ＯＭＣＴＳ（Octamethylcyclotetrasiloxane）， ＤＭＣＰＳ（Decamethylcyclopentasiloxane）， ＤＥＭＳ（Porous diethoxymethylsilane） などが使われる．これらの材料は環状のSi-O-Si構造を含んでい... 　誘電率を下げる目的では単位堆積中の原子数密度を下げるの... 　Low-κとは別に誘電率は高めとなるが，H2Oのパシベーション... 　これらCVDでは圧力によっては気相中の重合反応が進行しパウ... **５－４．層間絶縁膜のエッチング [#y589d91b] ***有機Low-κのエッチング [3-5] [#ddd79a3c] 　有機Low-κのエッチングはN2/H2の混合ガスやNH3によってエッ... 　プラズマプロセス中の薄膜をその場で観察した結果からは，N... 　このとき表面で見出されるN-HやC-Nの化学結合の形成過程で... 　イオン照射によって有機物の水素引き抜きが促進され，C=Cや... -CH2-CH2- + hν(VUV, UV)→-CH2-*CH- + H, -CH2-CH2- +H*→-CH2-*CH- + H2↑, 窒素原子との反応や，さらなる水素の引き抜きを生じる -CH2-*CH-+N*→-CN* + ..., -CH2=CH2- + NH2→-CNH2+..., =CH=CH=+N2* →-CN* + ..., =C=C=, -C=N*, -C≡N+H2↑, 窒化した表面にイオン照射が施されると脱離するから -C≡N+H*→HCN↑ -C=N* ++NH2→HCN↑+-CNH -C≡N+-C≡N→C2N2↑ -C=N*+-CNH→C2N2↑+H2↑, 以上見てきたように表面変性がなされることで，イオンの照射... 　すなわち，気相中の原子密度が反応を支配しているため，そ... 　すなわち，エッチング開始初期のウェハ温度が低い間は，水... 図３．エッチング開始からの温度変化と，エッチ形状への基板... ***ポーラスLow-κのエッチング [#u1a447a8] 　SiOCH などのLow-κ 材料であるが，プラズマプロセスによっ... 　プラズマから照射されるイオン・ラジカル・フォトンの影響... 　実験装置は通常の平行平板電極を有するプラズマエッチング... 　本装置には，どちらもその場計測可能な赤外反射吸収分光装... 　測定された反射スペクトルは図4左に示すように縦光学（LO）... 図４．SiOCH膜のIR-RASスペクトル 　酸素プラズマの作用についてPAPE 評価した場合，図５にラジ... 図５．SiOCH膜のメチル基の消失；赤外スペクトル（左）と処理... 　次に，試料を大気中に約120 分出して，再び真空に引いた後... 図６．SiOCH膜の水酸基の増加；赤外スペクトル（左）と処理時... **５－５．デバイス特性への影響 [#m0e3b320] 　ナノエレクトロニクスの実現を考えると，そのデバイスの信... 　配線の時には電流を流さずともアルミ配線内にボイドが成長... 　Cuのダマシン配線工程では，CMP終了後にCu表面が露出するた... 　上層に太い配線をもつビア内でボイドが発生しやすく，下層... 　次に電子を配線に流した場合もこの電子流による原子拡散フ... 　また，Cu表面清浄化の重要性には，配線を使用している間に... **５－６．まとめ [#t4d568e1] 　次世代ナノエレクトロニクスにおけるプラズマプロセスでは... **参考文献 [#p0bae0cc] -M. A. Lieberman, “プラズマ／プロセスの原理”，第二版（丸... -[1] S. Cosby et al., ECS Trans 25(8), 429 (2009). -[2] E. Meeks et al., J. Vac. Sci. Technol. A 16, 544 (19... -[3] H. Nagai et al., J. Appl. Phys. 91, 2615 (2002). -[4] H. Nagai et al., J. Appl. Phys. 94, 1362 (2003). -[5] K. Ishikawa et al., J. Appl. Phys. 99, 083305 (2006). -[6] H. Yamamoto et al., Jpn. J. Appl. Phys. 51, 016202 (... -[7] S. Uchida et al., J. Appl. Phys. 103, 073303 (2008). (c) Kenji Ishikawa

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