半導体業界のトレンドは「3次元化」が明確に　VLSI 2019：過去最高の出席者数で大盛況（2/4 ページ）

選択的ALDやALE

　ALPに関するSunday Workshop1では、6件の発表があった。その中のRobert D. Clark氏（Tokyo Electron Technology Center）およびErwin Kessels氏（Eindhoven Univ. of Tech.）の発表資料を基に、ALDとALEの概要を説明し、実際にどのようなプロセスが可能になるかを紹介したい。

　図3に示したように、ALDでは原子層一層ずつ成膜することができる。また、ALEでは、原子層を一層ずつエッチングすることができる。

図3　ALDとALEのプロセスフロー 出典：E. Kessels, Eindhoven Univ. of Tech.” Plasma-Based Selective Atomic Layer Deposition and Etching to Enable 5nm and Beyond Device Technology”, Sunday Workshop1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

　さらに、ALDにおいては、金属上に金属を成膜する“Metal on Metal”、絶縁膜上に絶縁膜を成膜する“Oxide on Oxide”、絶縁膜上に金属を成膜する”Metal on Oxide”など、選択的な成膜が可能になる（図4）。

図4　Area Selective Deposition（ASD） 出典：R. Clark, TEL.” Selective and Self-Limited Thin Film Processes for the Atomic Scale Era”, Sunday Workshop1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

　実際に、“Metal on Metal”を適用したSelf-Aligned Via（セルフアラインビア）を図5に示す。通常のビア形成では、アライメントのずれにより、隣のラインとショートする場合がある。ここで、メタル配線を隔てるLow-k上に、選択的にバリアを成膜した後にビアを形成すると、上記のようなショートを防止することができる。

図5　Self-aligned via（セルフアラインビア） 出典：E. Kessels, Eindhoven Univ. of Tech.” Plasma-Based Selective Atomic Layer Deposition and Etching to Enable 5nm and Beyond Device Technology”, Sunday Workshop1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

　また、High-k/Metal Gate（HKMG）の形成に、選択的ALDを適用したケースを図6に示す。通常のHKMGのプロセスと比較すると、成膜量を大幅に減少することができるため、CMP（化学的機械研磨）で除去する量も減少する。その結果、スループットが格段に向上する上、コスト削減にもつながる。

図6　Area Selective Deposition（ASD）を利用したHKMG 出典：R. Clark, TEL.” Selective and Self-Limited Thin Film Processes for the Atomic Scale Era”, Sunday Workshop1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

　6月13日（木）のTechnology Symposiumの“T15: Advanced FinFET & GAA?”にて、imecのMin-Soo KIM氏が、“12-EUV Layer Surrounding Gate Transistor (SGT) for Vertical 6-T SRAM: 5-nm-class Technology for Ultra-Density Logic Devices”と題する発表を行った。

　フロントエンドに12工程ものEUVを使った5nmクラスのGate All Aroud（GAA）構造のトランジスタは、極めて微細かつ複雑である（図7）。このようなトランジスタの形成には、選択的ALDやALEが大いに効果を発揮すると期待している。

図7　imecが発表した5nmクラスのトランジスタ 出典：Min-Soo KIM et al, imec,” 12-EUV Layer Surrounding Gate Transistor (SGT) for Vertical 6-T SRAM: 5-nm class Technology for Ultra-Density Logic Devices, VLSI2019より引用（クリックで拡大）