エッチング / レジスト除去 / 洗浄 解決策候補

4.5

エッチング

/

レジスト除去

/

洗浄解決策候補

より良い形状制御には、インライン計測が重要であり、スキャトロメトリ技術は従来の測長

SEM、断面 TEM

に代わるものとして評価されている[3]。

4.5.3 プラズマハードウェア制御

現在の容量結合型プラズマ（CCP）のプラズマ源技術を改善していくことで、一定のアスペクト比の下での

トレンチ・ビアの微細化と同様に材料に対するエッチング課題にも対応していけるだろうと思われる。Low-κ

膜のポーラス化、ULK材料、部分エアギャップなどの進展に伴い、メタルハードマスクを導入してアッシ ングダメージを軽減しようという傾向が強まってきた。エッチング処理の合間にチャンバクリーニング処理 を行い、チャンバ内壁を初期状態に戻すクリーニング手法が求められている。これはフッ素種を除去する ことによるり再解離・分散と欠陥の抑制を目的とする。プラズマによるチャンバクリーニングには、高品質な

Si

上部電極と適切な酸化・還元ガスの適用が要求される。MTBC（平均クリーニング間隔）の改善には

WAC（ウェーハレスクリーニング）手法の開発を念頭に入れておくべきである。

研究レベルでは、プラズマ原子層エッチング：PALE（Plasma Atomic Layer Etching）は今後の候補技術 となり得るが、更なるコンセプト検証、実証データを積み上げていく必要がある。現在では、二周波励起

CCP

プラズマが量産技術として認知されている。

4.5.4 インテグレーション手法

20nm

以下の技術では、CDの微細化やアスペクト比の制約から、フォトレジストは薄膜化する必要がある。

マスクを

2

枚使用するインテグレーション手法が差別化技術として検討されているが、それらが今日では 量産技術に適用されている。それらはハードマスク材料（メタル、有機膜など）も含めて構築される。更な る微細を安定的に進めるためには多層レジストプロセスによる

CD

制御が求められる。

EUV

技術導入が遅れたため、32nm ハーフピッチの実現にはダブルパターニング技術が必要となる。昨 今の状況をみると

EUV

は少なくとも

16nm

ノード量産まで導入は遅れるとみられ、ダブルパターニングお よびマルチパターニング技術の継続が要求される。この手法は複雑且つコスト高な技術であるが、唯一 の実現可能な方法である[4]。これらの代替技術として

EB

直描技術（Mask Less Lithography）、ブロック コポリマーを用いた自己整合リソ（Directed Self-Assembly）[5]が研究レベルで検討されている。各々解決 すべき課題はまだ残されている。EB 直描技術では、加速電圧が低いために

40nm

程度の薄膜レジスト が前提となり、新たなハードマスク仕様（材料、積層）が必要になるなど[6]。その他、詳細はリソグラフィー 章にて説明する。

膜中へ空孔の導入をすると誘電率低減と共に、機械強度の劣化は空孔分布と比例関係を示して、また、

それ故に

C/F

ガスエッチングによる一般的なパターニングプロセス起因による

Low-κ

膜ダメージへ影響 されやすくなる。成果を上げるインテグレーション手法は、エッチング加工後のダメージ回復、ポアシーリ ング処理技術をポーラス

Low-κ

導入時には検討していくべきである[7, 8]。これらの要求を満たすために エッチング処理、レジスト除去装置はマルチステーション化していく。吸湿、ダメージ層との反応を防ぐた めには、エッチング、ドライレジスト除去、ダメージ回復、デガス処理及びポアシーリングを同一装置で行 うことを求められる。

ULK

材料のダメージ修復にはシリレーションプロセス、シリル化技術で実現されおり、[9-14]、反応種がシ ラノール基を削除、少なくとも減少させ、疎水シリル基（R3-Si-）へ置換する。-OH 基の削減により吸湿し にくくなる。

ポアシール技術は部分的か完全に封孔するかによらず、NH3

[10]によるソフトプラズマ処理、もしくは CH

4によるカーボン層の表面への生成により行われる。これらダメージ回復技術、ポアシール技術を確立 するために、トレンチ側壁、底面の諸特性を対処、考慮すべきである。処理前後の

ULK

材料特性、ポロ シメトリにより、封孔、オープンポアの評価をできる。

ハイブリッドアプローチとは、成膜時すなわちエッチング加工前にポア形成につかう有機ポロジェンを抜 かず、そのままインテグレーションへ進め、エッチング後もしくはメタル成膜・CMP 処理後に、有機ポロジ

ェンを脱離させる方法である[17, 18]。脱離は熱処理、EB 処理もしくは

UV

処理で行う。この手法はエッ チング、剥離・除去、洗浄や

CMP

プロセスの各技術要求を緩和することを可能として、それを

Figure

INTC28

に図示、これはあたかも疑似緻密膜もしくはハイブリッド緻密膜の様に振る舞うことによる。これに

より、プラズマ起因の

Low-κ

膜へのダメージを顕著に削減する。しかしながら有機ポロジェンを脱離させ た際の膜収縮、ポロジェン残渣などは信頼性特性への影響が懸念される。最近では、Low-κ 材料の再 成膜処理を組み合わせ、膜厚変動を緩和させる手法が報告されている[19]。

一方、直近では、極低温下でのエッチング、剥離プロセスにより、ナノポーラス材料へのプラズマラジカル の侵入に制約をかけることができる[2, 20, 21]。このプロセスは、極低温エッチングの間に活性種、反応種 をポア内部へ凝結することにより、一時的な封孔状態を形成する。起案者は、異方性

Si

エッチング加工 に用いられる

SF

6プラズマを、この極低温エッチングケミストリとして提案している。この場合、絶縁膜側壁 は、エッチング処理中、SiOx

F

y層で被覆される。この複合膜は-100度で固形化され、常温で揮発すること により、清浄側壁をとる。

エッチング及び剥離・除去プロセスパラメータが影響を与える、積層絶縁膜材料の機械的、電気特性を すべて理解することにより、効率的な微細化要求を満たすことになる。

4.5.5 クリーニング工程

ウェットクリーニングは、エッチングに絶縁膜側壁、Trench/Via 底面に形成されるポリマー残渣、及びメタ ル汚染の除去を目的として適用される。ポーラス

Low-κ

材料に存在する“F”残渣及び吸湿、酸化銅及び 側壁保護膜は、歩留まりを劣化させる要因となる。これらのポリマー、メタル汚染は、次工程の密着性、被 覆性を確実にするために、選択的に取り除く必要がある。

これらの残渣は顕著な歩留まりへの影響を引き起こす。Figure INTC29 で、現在要求されているクリーニ ングロードマップを示す。例えば、次工程のための

Cu

表面状態の制御は、信頼性特性を大きく左右する。

これは、エッチングからクリーニング処理までの引き置き時間（Q-Time）も含まれる。この様な要求により、

ウェットクリーニング薬液のより良い選択により、エッチングポリマー除去、自然酸化銅、及び

Cu

表面汚 染の制御、再酸化膜形成の抑制を行う。

従来は溶剤系薬液を使うのが通例だったが、希薄有機酸を液相や気相で用いて効率化とコスト削減を 計るのが従来手法に代わって使用される可能性がある [16, 22]。これらの薬液は、メタル汚染除去酸化 銅剥離への有効性を示している。プロセス時間は短く、薬液は常に新鮮であるのが望ましい。

エッチング残渣、CuO 除去を同時に行うには、~0.5%希フッ酸がもっとも簡易的な薬液選定である。希フ ッ酸は、アッシング後のフロロカーボンを分解することができない。そのメカニズムは下地基盤のアンダー カットによります。希フッ酸による

Low-κ

エッチングは、プラズマによる改質状態に依存する。アンダーカ ッティングは、残渣もしくはパーティクル除去に有効なウェーハクリーニング方法である。しかしながら、特 に微細パターンにおいては、エッチング、アッシングプロセス起因のダメージ層は、顕著な

CD

ロスを引き 起こし不適当である。この様なポリマー除去には、DMSO をもとにした希フッ酸もしくは溶媒を組み合わ せ

DMSO

に有効性は見られない。ソルベントもしくは

SC1

と

UV

処理（

=254 nm）を組み合わせた 2

段 階処理が、除去特性の向上を実現する[23, 24]。

エッチング、洗浄工程のあらゆる取り組みは、経済性だけではなく、環境に配慮したものでなければなら ない。しばしばこの分野では、経済性、環境に対して厳しい薬液が使われるので、この本質を考慮しなけ ればならない。例えば、SF6は

Si

エッチングにほぼ間違いなく選択されるが、このガスは同時に地球温暖 化への影響が懸念される[23]。この様なプロセス反応種の置き換えが進み、環境への影響を与えない様 に、確実な捕獲、リサイクリング、反応性ガスの減少を責任を持って進めるべきである。我々は、プロセス 中、薬液中に何を含んでいたとしても、常に最悪の場合を考えながら、環境への影響を最小限化するこ とに努めるべきである。

Table INTC9 Surface Preparation Interconnect Technology Requirements

Figure INTC28 Post-CMP/Deposition Clean

First Year of IC Production 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028

Logic 1/2 Pitch 40nm 32nm 28nm 20nm 14nm 10nm 7nm

Cu/LOW-k POST CMP

Control of Cu roughness control of Cu surface (CuOx or CuFx), control of Cu corrosion, control of Cu rem oval, slurry residue rem oval, particle rem oval, clean Cu in the presence of low -k

Wet m ethod

Organic acid - based

Mineral acid or alkali - based Surfactants for acid Cherate agents for alkali + Corrosion inhibitors

Im proved scrubbing techniques Dissolved gas control (Chem ical and DIW) Advanced w et cleaning

Pad cleaning for soft type POST Low -k DEPOSITION CLEANING Wet m ethod

Surfactants for acid Cherate agents for alkali Non-dam aging m egasonics

Im proved scrubbing techniques

Advanced w et cleaning

Backside & Bevel cleaning Dry m ethod

H2-based plasm as

Cryogenic aerosols

Advanced plasm a cleaning

This legend indicates the time during which research, development, and qualification/pre-production should be taking place for the solution.

Research Required Development Underway Qualification / Pre-Production Continuous Improvement

ドキュメント内 INTERNATIONAL (ページ 58-63)