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【第9回●配線と平坦化(1)】メッキと低圧CMPが基幹技術

辻村 学(荏原製作所 精密・電子事業カンパニー 上席執行役員 装置事業部長)
2013/03/29 00:00
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出典:日経マイクロデバイス、2006年6月号 、pp.102-106 (記事は執筆時の情報に基づいており、現在では異なる場合があります)

連載の第9回と第10回では,LSIの微細化と多層化に伴って配線の断線やパターン崩れを防ぐための必須技術となったメッキとCMP(化学的機械研磨:chemical mechanical polishing)による平坦化技術を取り上げる。メッキとCMPは,1980年代後半の技術革新によってLSI製造向けで実用化され,1990年代後半にLSIの基幹プロセスであるCu配線の形成に適用された。層間絶縁膜の低誘電率化に伴う研磨の低圧力化に応えるために,電気分解やエッチングを活用した平坦化技術がカギとなってきた。

 LSIの多層化が進むにつれて,配線の凹凸を数十nm以下に抑える平坦化技術が求められるようになった。配線の断線やパターン崩れを防ぐためである。さらに,微細化に伴い,露光プロセスにおける焦点深度(DOF:depth of focus)の余裕度を確保する点からも重要性が高まった。

 これまでに提案されてきたLSIの平坦化技術は,三つに分類できる。第1に,絶縁性材料をスピン塗布して層間絶縁膜を形成するSOG(spin on glass)法,第2に,層間絶縁膜を形成した後に流動性を持たせて平坦化するリフロー技術,第3に,成膜後に凹凸を削る研磨技術である。このうち,1980年代後半に標準技術となったのが,CMP(化学的機械研磨:chemical mechanical polishing)と呼ぶ研磨技術である。CMPは1990年代後半にメッキ成膜技術(ECD:electro chemical deposition)と共にCu配線に適用され,LSI製造の基幹プロセスとなった。

メッキとCMPの適用個所

 まず,メッキとCMPが現行世代のLSIのどの部分の形成プロセスに適用されているかを把握しよう(図1)。

図1●メッキとCMPがLSI配線の基幹プロセスに
現行世代のLSIでのメッキの適用個所は,Cu配線,Cu配線のキャップ・メタル,電極用バンプ,再配線の四つである。CMPの適用個所は,層間絶縁膜,Cu配線,STI,Wプラグの四つである。いずれもLSIの性能を左右する主要部分である。著者のデータ。
[画像のクリックで拡大表示]

 メッキの適用個所は次の四つに分類できる。Cu配線,Cu配線のキャップ・メタル,電極用バンプ,再配線である。

 Cu配線では次の手順でメッキを利用する。エッチングで配線穴を開けた後,絶縁用バリヤー層と導通用シード層をスパッタで形成する。メッキでCuを成膜し,最後に余分なCuをCMPで削って埋め込む。配線のキャップ・メタルの形成は,配線埋め込み後に行うプロセスである。電極用バンプは多層配線後に形成する。メッキ材料にはAuを使う。再配線は実装工程のプロセスであり,メッキ材料にはCuやNiを使う。

 一方,CMPの適用個所は次の四つである。層間絶縁膜,Cu配線,素子間分離層(STI:shallow trench isolation),Wプラグである。

 これらの部分に対するCMPは,研磨抑止膜のない「ブラインドCMP」と抑止膜のある「埋め込みCMP」に大別できる。例えば,ブラインドCMPは層間絶縁膜の研磨に使う。このCMPには段差の低減が求められる。埋め込みCMPは,Cu配線の研磨やSTIの研磨に適用できる。Cu配線向けでは,Cu膜が過剰に削られて皿状に凹む「ディッシング」や,層間絶縁膜が過剰に削られる「エロージョン」の低減が要求される。STI向けでは,研磨の均一性やディッシングの低減が求められる。次に,メッキとCMPがLSIの製造に導入された経緯を,導入時期で先行したCMPから順に説明しよう。

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