溶剤を排除してコストを大幅削減
ドライエッチングによるポリマー残渣は、半導体製造において一般的な課題です。この重要な手法は高い精度と効率を提供しますが、後工程に影響を及ぼす可能性のある汚染物質を残すことがあります。しかし、同時に資源とコストの節約につながる大きな機会も提供します。本記事では、洗浄プロセスから溶剤を排除しながら、高効率なポリマー除去を実現し、コストを削減する方法をご紹介します。
乾式エッチングは、真空中でプラズマを使用して半導体薄膜から材料を除去するプロセスです。この手法は、ウェットエッチングと比較して高精度であり、最終製品の欠陥を減らすという利点があります。
特に微細なデバイスの製造においては、垂直な壁を形成する際の制御性を向上させるため、エンジニアは乾式エッチングを使用します。この技術は主に、トランジスタ構造を定義するフロントエンドプロセス(FEOL)や、トランジスタ間の複雑な金属接続を形成するバックエンドプロセス(BEOL)で適用されます。
乾式エッチング後に残る残渣の課題
乾式エッチングは表面汚染を引き起こし、残渣を残すことが多いため、追加の洗浄工程が必要になります。特にプラズマエッチングでは、複雑な化学物質がポリマーのような薄膜を形成し、後工程(例えば材料堆積やリソグラフィ)に影響を及ぼす可能性があります。その結果、洗浄がさらに複雑化します。
残渣の除去には溶剤が広く使用されていますが、これには重大な制限があります。多くの有機残渣を効果的に除去できる一方で、乾式エッチングから生じる頑固な無機物質やポリマーの除去には苦労します。また、溶剤は深い構造や狭い部位に届きにくく、残渣を取り残す可能性があります。さらに、一部の金属や絶縁体などの敏感な材料と反応したり、損傷を与える可能性もあり、デバイスの品質を損なう危険性があります。加えて、現在使用されている溶剤系化学物質の多くは発がん性、変異原性、生殖毒性があり、可燃性で環境に有害であるため、慎重な取り扱いと廃棄が求められます。
ポリマー除去のゲームチェンジャー
Siconnexの革新的なプロセス perc™ は、金属、酸化膜、シリコン、VIAエッチングなどのドライエッチング後に発生するあらゆる種類のポリマーを除去する、持続可能でコスト削減に貢献する方法を提供します。この技術は、ポリマー除去における溶剤の使用を不要にしながら、高い効率を維持します。従来の洗浄方法と比較して化学薬品の使用量を最大 79.8% 削減 し、環境負荷を軽減します。さらに、ウェーハ生産量を 140% 向上 させ、ウェーハ1枚あたりの処理コストを 58.3% 削減 することで、競争力の強化にも貢献します。
Dr. Julien Ladroue, STMicroelectronics
「perc™を使用した私の経験では、ウェーハを複数の乾式エッチング工程に通した後、すべてのポリマーを除去し、より良いサイドウォール粗さを達成するレシピを見つけることに成功しました。電気的チェックを行ったところ、従来のプロセスと比較して性能が向上していることも確認できました。新しいプロセスと既存のプロセスの両方に対するソリューションを見つけるために、Siconnexとの素晴らしい協力と共同作業に心から感謝しています。」
節約と利点
従来の洗浄システムと比較して *検出限界以下の残留ポリマー
perc™プロセスの仕組み
perc™プロセスでは、希釈した過酸化硫酸混合物を使用して、エッチング後のポリマーや残渣を効率的に除去できます。このプロセスは、1回の化学処理で徹底的な洗浄と一貫した結果を提供します。混合比率はポリマーの種類に合わせて自由に調整可能で、溶剤を使用しないため、クリーンで効果的なソリューションです。
このプロセスは、金属ラインからポリマーを除去する際に腐食を引き起こすことなく、金属の損失を最小限に抑えながら残渣を効果的に除去します。具体的には、金属ラインの損失は、アルミニウム-銅の場合は1回の処理で20 Å未満、チタン-窒化物の場合は15 Å未満であり、シリコン酸化物では測定可能な損失はありません。
プロセスは3つの主要なステップで構成されます:
- ポリマーエッチ残渣の洗浄(perc™) – 5分
- すすぎおよびパージ – 6分
- 乾燥 – 10分
合計プロセス時間は21分となります。4xチャンバークリン構成では、1時間あたり544ウェーハのスループットを実現し、高い生産性と一貫した結果を維持します。
このプロセスは、各ランにおける化学混合物の精密な配合で最適化されています。例えば、金属乾式エッチングからポリマーを除去する際には、110リットルの脱イオン水(DIW)、100ミリリットルの硫酸(H₂SO₄)、700ミリリットルの過酸化水素(H₂O₂)が使用されます。さらに柔軟性を持たせるために、少量のフッ化水素酸(HF)を加えることができます。この化学物質の慎重な配分により、徹底的な洗浄が確保され、廃棄物を最小限に抑え、コスト効果を維持します。
主な特徴の概要:
- 様々なポリマーを除去
- 検出限界以下のポリマー低減
- 複数の乾式エッチングプロセスに対応
- 正確な濃度制御
- 各ポリマーに合わせて調整可能
- 柔軟なパラメータ調整
- 使用場所でのメディア使用
- 安定したメディア濃度
- 再汚染の防止
- 溶剤不使用
- 廃棄物処理が簡単
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