( ログアウト /  不純物はシリコン原子と共有結合をして始めてp型やn型半導体となります。 従ってインプラ後は結晶性の回復とn型、p型半導体を作る目的で熱をかけます。900度程度で加熱すると結晶が元のように回復し、また不純物とシリコン原子が結合します。結晶性回復の方は焼きなましという意味でアニール、共有結合させる方を活性化(アクティベーション)または拡散と言います。しかし両者は兼ねて行われることが多いようです。不純物は熱工程によってシリコン中を拡散して行きシリコン原子と結合して行きます。拡散はトランジスタなどのデバイス特性を決める重要な要素ですので拡散の形状(プロファイル)も重要です。こうして出来た領域を特に拡散層と呼んだりします。P型拡散層とn型拡散層が隣り合いダイオードをそしてダイオードが隣り合いトランジスタをつくります。従ってデバイス中には多くの拡散層がある一定の濃度とプロファイルを持って存在することになります(図6)。熱を掛けて不純物がシリコン中を拡散して行く姿はちょうど水槽の水の中にインクを落として広がって行くようなものです。インクは薄くなりながら水中を拡散して行きそのプロファイルも変わって行きます。水よりも温水の方が、温水より熱水の方が早く拡散してゆきますがシリコン中の不純物も同じことです。打ち込まれた不純物はその後、熱工程を経る毎に薄くなり、プロファイルを変えながらシリコン中を拡散して行きます。ここ数年デバイスは複雑化し数多くのトランジスタをシリコン中へ作り込みますので拡散濃度とプロファイルをコントロールすることは次第に困難になって来ています。サーマルバジェットと言いますが熱履歴がデバイス特性に影響するのはこの為で、低温化が叫ばれる要因の一つです。, インプラはプロセスの要求により様々なものが開発されて来ましたが、大きく分けるとエネルギ的には低加速(低エネルギ)インプラと高加速(高エネルギ)型に電流的には中電流、高電流型になります。低加速型は微細化に伴い浅い接合(Shallow Junction)-浅い拡散層と読み替えてもよい-を作るためのものです。1桁台のキロエレクトロンボルト(KeV)は装置的に作るのが難しいのですが、トランジスタの縦方向の微細化のため必要です。高加速型はメガエレクトロンボルト(MeV)級でレトログレードウエル形成などに対応しています。大電流型は濃い拡散層形成用でソース、ドレインがあります。ここは電極になる部分ですから低抵抗にしなくてはなりません。また浅い接合も同時に要求されます。表1によく使われるインプラ工程名とドーズ量、エネルギを載せておきましたので参考にしてください。, 低加速かつ大電流装置は難しい技術です。イオンはプラスに帯電していて、これが束になってビームを形成しています。 半導体装置や材料の技術革新はまだまだ止まることがない。 半導体製造工程の一つであるcmp技術も、埋め込み⇒平坦化 を目的とした基本的な工程は変わらないが、微細化、高集積化 に伴う半導体チップに使われる材料の変化、平坦性、ディフェクト 素子分離(アイソレーション)のお話しです。 素子分離(アイソレーション)は図1に示すようにトランジスタがお互い干渉しないように間に絶縁体のSiO2を埋め込んである構造になっています。 ( ログアウト /  N形、P形の半導体領域を形成するため、ドーパント(不純物)をシリコンウエハ内に導入します。 * 熱処理工程 ウエハを熱処理することにより、プレデポジションで導入した不純物の再拡散、加工工程中でうけた結晶欠陥の改善、コンタクトホー 変更 ), Twitter アカウントを使ってコメントしています。 インプラント(不純物打込)工程は主にp型、n型半導体を作る工程ですがここではコンパクトに解説致します。 インプランテーションは不純物注入(打ち込み)とも呼ばれます。 変更 ), Google アカウントを使ってコメントしています。 変更 ), Facebook アカウントを使ってコメントしています。 エッチング技術は,半導体製造プロセスの歴史から眺め ると,古くはウエットエッチングから開始されたが,パタ ーン寸法の微細化,高精度化の要求に伴い,ドライエッチ ングがその中心的な役割を果たしてきた.一方,mems ( ログアウト /  変更 ), Google アカウントを使ってコメントしています。 ( ログアウト /  ( ログアウト /  ( ログアウト /  (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); iシェアーズ iBoxx米ドル建て投資適格社債ETF(LQD)/米ドル建て投資適格社債のポイント, ニッセイ世界ハイブリッド証券戦略ファンド(アドバンスド・インカム)/ CoCo債の分かりやすい説明, iシェアーズ 優先株式 & インカム証券 ETF(PFF)を例に米国優先株式を分かりやすく説明, iシェアーズJPモルガン・米ドル建てエマージング・マーケット債券ETF(EMB)/米ドル建て新興国債券のポイント, ハイグレード・オセアニア・ボンド・オープン(杏の実)/豪ドルの投資環境・最新の見通し, iシェアーズ現地通貨建てエマージング・マーケット債券ETF(LEMB)/ 新興国通貨の分析, 好配当グローバルREITプレミアム・ファンド通貨セレクトコース (トリプルストラテジー), iシェアーズMSCIフロンティア100 【ETF】/ 新興国フロンティア株式の概要, パワーリバース・デュアルカレンシー債(PRDC債)【仕組み・メリット・デメリット】, 時価総額ランキング上位企業(1992年と2016年) / グローバルでは大きな変化、日本は同じ顔ぶれ, マーケットがピーク時の株式時価総額ランキング(ITバブル時、リーマンショック前・コロナショック前), ナスダック時価総額ランキング(ITバブル前後ピークとボトム・コロナショック前ピーク), 米国株(S&P500)長期推移(チャート・変動要因) / 30%以上の暴落は過去8回, 全世界の株式時価総額と名目GDPの比較チャート(データ更新用)【株価水準の分析で重要】, 米国リート/ケースシラー住宅価格指数/10年国債利回り長期推移(チャート・変動要因), 豪州REIT(S&P/ASX200 A-REIT指数)長期推移(チャート・変動要因), ブラジルレアル為替レート(円/レアル,レアル/ドル)長期推移(チャート・変動要因), ロシアルーブル為替レート(円/ルーブル,ルーブル/ドル)長期推移(チャート・変動要因), トルコリラ為替レート(円/トルコリラ、トルコリラ/ドル)長期推移(チャート・変動要因), 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そして、各工程の中で具体的にどのような作業があるのかを下記においてできるだけ分かりやすく解説します。, シェアが掲載されている部分は当該工程に使用する半導体製造装置の世界シェア(2017年)です。, ※通常③コータと⑤デベロッパは一体化した製造装置となっていますので合わせて掲載します, 【回路を描いたフォトマスクを装置した露光装置を使用してUV光を当て、回路パターンを転写する】, もともと半導体露光装置メーカーは二コン、キヤノン、ASMLの3社しかありませんでした。, 1990年頃は二コンとキヤノンで世界シェアの90%を握っていましたが、その後ASMLが躍進し、2005年頃にはASMLが世界シェア50%を握るまでになりました。, さらに次世代技術であるEUV露光(Extreme Ultra-Violet:極端紫外線)の技術開発を二コンとキヤノンはあきらめており、ASMLが100%のシェアとなります。, 【露光した部分のフォトレジストを溶かし、露光されていない部分のフォトレジストのパターンを残す】, 【不要になったフォトレジストを除去し、洗浄装置でウエハー上に残る不純物を除去する】, 【ボンディングが終了したICチップを、機械的・化学的に保護するため、モールド樹脂(封止材)で密封する】, ムーアの法則は1965年にインテル共同創業者のゴードン・ムーア氏が唱えた「半導体の集積率が18ヶ月で2倍になる」という経験則です。, 18ヶ月(1.5年)で2倍ということは3年で4倍、6年で16倍、9年で64倍、12年で256倍、15年で1024倍です。, 若干のズレはありますが、50年以上もこの法則通りに半導体の性能が向上してきたことは本当に凄いと言えます。, しかし、業界では2021年にムーアの法則が限界にきて崩れるのではないかと言われています。, 元々は米国半導体工業会(SIA)が2015年に出した「2015年の半導体国際ロードマップ」というレポートで5年後の2021年にムーアの法則が崩れると掲載したことがきっかけですが、今後どうなるか注目です。, ムーアの法則は2000年代など、これまでも何度か限界が来ると言われましたが、それを技術革新で乗り越えてきた歴史があります。, 半導体の性能向上がスローダウンするとさすがに半導体関連・半導体製造装置関連の銘柄にはマイナスインパクトになると思われます。, 半導体関連株で構成されるSOX指数(フィラデルフィア半導体株指数)はこれまで長期的に大きく上昇してきました。. 変更 ). 素子分離(アイソレーション)は図1に示すようにトランジスタがお互い干渉しないように間に絶縁体のSiO2を埋め込んである構造になっています。しかしなぜこれでアイソレーションされてお互い干渉しなのかは余り説明されていません。, 実はこのままであればSiO2は無くとも問題ありません。初回に解説しましたがソース・ドレインと基盤のシリコンSiはダイオード構造になっています。ダイオードは電源に対して逆接続ですので電流は流れません。問題は図2のような場合です。, デバイスはなるべく小さくデザインしなくてなりません。図2のようにトランジスタ①とトランジスタ②の間に余裕があるとデザイナーはそこにゲートを走らせます。このゲートは別の所にあるトランジスタ③用のゲートですが、このことにより偶然にトランジスタ①、②間にトランジスタができてしまいます。MOSトランジスタのソース、ドレインは対称なのでどちらがドレイン、どちらがソースでも動作します。よって偶然に出来てしまったトランジスタ(寄生トランジスタと言う)によってトランジスタ①と②がチャネルでつながってしまいます。これが干渉の正体です。ではどうするかですが、ゲートの走りそうな所に厚く絶縁膜を敷いておく方法を使います。厚い絶縁膜はMOSトランジスタでは厚いゲート膜になりますから閾値Vtが高くなってトランジスタはオンしません。デザイナーは安心してどこでもゲートを走らせることができます。素子分離の方法には大きく2通りありLOCOS(Local Oxidation of Silicon、局所酸化と呼ばれるもの(図1)とSTI(Shallow Trench Isolation(図3)です。, 最新のデバイスは平坦にしなくてはならないのでSTIが用いられています。またSTIはドライエッチでシリコンに溝を掘ってから酸化膜を埋め込みますので寸法制御性に優れています。LOCOSはシリコン基板に半分熱酸化膜を埋め込んだ構造になっていてフィリップス社で開発されました。こなれたプロセスで長い歴史があります。シリコン面から約45%上に出ていて残り約55%が下に潜り込んでいます。微細化に伴って寸法制御が難しくなったのと段差がありますので不利になってきました。しかしプロセス的には安定していて今でも多用されています(図4)。, WordPress.com アカウントを使ってコメントしています。 半導体プロセス技術は,大容量化,高性能化,低コスト化などの要求に応えるよう急速に進歩しており,半導体プロ セスの開発は,微細化と新材料の二つを大きな柱として進められている。微細化は,配線寸法を年率約85%に縮小 変更 ), Facebook アカウントを使ってコメントしています。 半導体ができるまでには、実に多くの工程が必要となります。大きく分けて図の工程を経ることになりますが、それぞれの工程は細かな作業の集約です。 我々は、その中のバンピング工程で力を発揮してい … ( ログアウト /  変更 ), Twitter アカウントを使ってコメントしています。 半導体ができるまでの工程は大きく「前工程」と「後工程」に分けられます。 そして、各工程の中で具体的にどのような作業があるのかを下記においてできるだけ分かりやすく解説します。 まず「前工程」からです。 半導体の製造工程【前工程】 素子分離(アイソレーション)のお話しです。 ( ログアウト /  変更 ). 従ってお互い反発して広がってしまいます。高加速型なら反発して広がる前に加速されますから電流が多く取れます。低加速ではゆっくり加速するのでウエハに到達する前に広がってしまい電流が取り出せません。装置のデザインは引き出し電極を工夫したり、一度加速させてから減速させるなどの技術で低加速かつ大電流を実現させています。またインプラの問題としてチャージアップダメージがあります。プラスに帯電したイオンによってMOSトランジスタなどの薄い酸化膜(ゲート酸化膜など)が静電破壊を起こす現象です。対策としてはエレクトロンシャワーという装置が付属していてフィラメントに電流を流し、飛び出した熱電子を金属板に当てそこで発生した2次電子をビームと同時にウエハへ照射すると言うものです。万能ではないのですが特効薬です。他にビーム径を広げる、回転スピードを上げるなどがあります。インプラの打ち込みでは均一性を確保するためビームを平均してウエハに照射しなくてはなりません。中電流装置では静電スキャンと言ってX方向、Y方向の偏向板への電圧を変化させてビームを振らせて照射します。大電流装置ではビームは固定でウエハを台座に固定し回転させます。いずれにせよインプラのビームスキャンは一筆書きです。近年はマイクロユニフォーミティと言う事も話題にのぼります。一筆書きですからビームが通った所は濃度が濃くなりビームと次のビームの間は谷間になり濃度が薄くなってしまうと言う現象です。以前は問題とならなかったものがトランジスタなどの微細化で顕著になってきました。熱拡散で均一にはなりますが将来は問題となるかも知れません(図7)。, 図8はレトログレードウエルというシリコン面から深さ方向に3段にフロファイルを持ったウエルです。パンチスルー、ラッチアップ、ホットキャリア対策に効果のある構造です。インプラでのみ可能な制御技術ですが、この様に拡散濃度とプロファイルコントロールは需要な役割を果たしています。, WordPress.com アカウントを使ってコメントしています。 インプラント(不純物打込)工程は主にP型、N型半導体を作る工程ですがここではコンパクトに解説致します。, インプランテーションは不純物注入(打ち込み)とも呼ばれます。基板のシリコンへ不純物をイオンの形で打ち込んでp型半導体やn型半導体を作ります。トランジスタの形成にキーとなる技術です。図1はトランジスタ周辺のn、p拡散層を示しています。MOSトランジスタにはp型、n型がありますがそれぞれに多種のトランジスタが混在していてインプラの回数はデバイスを追う毎に増加の一途です。, 装置の概要は図2に示していますが、質量分析器を中心にして組まれていて、引き出し電極を持ったイオンチャンバと加速管、プロセスチャンバから成り立っています。イオンチャンバーではガスまたは固体ソースをアーク放電でイオン化させます。ガスの種類としてはPH3やAsH3がn型用の不純物でBF3、BCL3などがp型用の不純物用です。ガス以外のソースではAs2O3(固体)やPOCL3(液体)、BBr3(液体)、BN(固体)などがあります。半導体ではETCH、CVDではグロー放電によるプラズマを利用しています。こちらは蛍光灯のようなものでイオン化率は低いものです。一方インプランタの放電はアーク放電ありで強プラズマです。よく見る例では工事現場などでアーク溶接や切断に用いられており高エネルギです。イオンの数が欲しいので弱電離では効率が悪く、従ってアーク放電でほぼ完全にイオン化しています。この部分は1000℃以上の高温になりますので、一般の金属は使えずモリブデン(Mo)やタングステン(W)の高融点金属でチャンバを作っています。, イオン化された様々な物質は引き出し電極によって加速され質量分析器に飛び込みます。ここで希望のイオンを選別する訳ですが、磁場偏向型質量分析器を用いています。質量分析器には他に静電偏向型や組み合わせ型もありますが、これは装置をコンパクトに仕上げるためです。 イオンは種類により自ら持っている電荷Qとその質量mの比は決まっています。AMUと言いますが質量数、重さです。p型半導体を作るB+は11、BF2+は49、n型半導体用のPは31、Asは75です。, このことを利用して質量分析器の磁場の強さを変えて希望のイオンを選択します。希望のイオン質量数の近くに色々なイオンが存在していますので分解能が悪いと希望のイオンを選択できず別のイオンを打ち込んでしまう確立が多くなります。これをエネルギコンタミネーション(別物質による汚染の概念)と言います。, 質量分析器で希望のイオンを選択したら次に加速管で加速してやります。イオンに運動エネルギを与えてシリコンに打ち込むためです。トランジスタ形成には色々な深さのp、n層(拡散層と言う)が必要です。高エネルギから中エネルギを経て低エネルギまであり色々な深さでイオンを打ち込めるようにしていますが、1台の装置で全てはカバーできないので専用の装置を使うことになります。エネルギはキロエレクトロンボルト(KeV)という単位で表します。メガエレクトロンボルト(MeV)クラスもあります。またどのくらいの不純物を打ち込むかはドーズ量と言う単位で表します。1cm2当たりの不純物イオンの個数です。2次元の単位である点に注意してください。また濃度の方はcm3当たりの不純物個数になります。図3は一例で, MOSトランジスタのゲート閾値電圧調整用のインプラで、シリコン面へBF2+イオンを加速電圧140Kエレクトロンボルトで打ち込んでいます。チャネルが出来る重要な所ですので制御性よく深さを決めます。ドーズ量は2E12でいわゆる濃さです。2×10の12乗個のイオンを打ち込むとを表しています。次に角度はシリコン面に対し少し傾けて7度で打ち込みます(注入角という)。これはチェネリング対策のためです。インプラの優位点は打ち込み深さもドーズ量も制御性よく行える点です。従ってシステムLSIに代表される様なデバイス中で多数種のトランジスタ形成に適しています。インプラプロセス自体は完全物理的なので計算でシミュレーションできます。ドーズ量の測定は自動で行われファラデーカップという検出器を使います。ファラデーカップのデザインは様々ですが電極中にイオンビームを捉えて電流を計測し、逆算でイオン個数をカウントしています(電流-アボガドロ数より計算)。チャネリングとはシリコン中に入ったイオンが思いのほか深くまで打ち込まれてしまう現象をいいます。濃度分布が2山分布になってしまいコントロールできません。シリコンはダイヤモンド構造をしていますので2次元モデルでは図4のようになります。イオンが適当にシリコン原子に当たってくれれば打ち込まれた不純物の拡散は正規分布に近くなります。, ところがシリコン原子間に打ち込まれたものは格子の隙間に入り込み意外と深くまで潜り込んでしまいます。ちょうど壁に釘を打って写真でも掛けようとするとき裏側に木材がある場合は釘がすぐ止まりますが、木材と木材の間では釘は止まらずスッと入ってしまうのに似ています。これを防止するため7度という角度を付けて打ち込みます。斜めから打ち込めばシリコン原子に当たる確立が増すという理屈です。計算でも7度か最適角であることが判っております。インプラには角度を付けず垂直に打ち込むこともあります。MOSトランジスタのソース、ドレイン形成などがあります。図5はゲート電極をマスクとしてインプラを行っている様子ですが、ゲートの両脇に自動的にソース、ドレインが形成されますのでセルフアライン(自己整合)プロセスと呼んでいます。この場合は対称なソースドレインにしなければなりませんので角度0度で打ち込みます。ではチャネリングはどうして防ぐかですが、インプラする前に10nm程度のSiO2膜を付けておきます。SiO2は非結晶質(アモルファス)ですからシリコン基板のように規則正しく原子が並んでいません。不純物イオンはこのSiO2を通過する際に適当にばらけてくれます。装置の多くは注入角が可変できます。また一般にはシリコン面へ直接不純物を打ち込むことはしません。, イオンインプラでは金属汚染が問題となる場合があります。もしインプラ装置が金属を運んできたらデバイスはたちまち汚染されてしまいます。従ってシリコン面に保護膜を付けてから打ち込みます。後でクリーン工程で汚染物質を取り除きます。図5ソース、ドレイン形成インプラではチャネリング防止と汚染対策で図3では主に汚染対策でSiO2膜を付けています。以前経験したことですが、加速管の中にあるネジの先が目に見えないくらい出ていて、イオンビームがネジの金属を運んで来て汚染事故を起こしました。出来上がってくる製品のPN接合耐圧が低く全てリーク電流で不良になりました。金属汚染の典型的な例ですがシリコン面を直接扱うプロセスの怖さを今でも記憶しています。装置的にもウエハ周辺の機械部品はシリコンコーティングされる等対策も取られています。, インプラは物理現象であり重いイオンを無理やり打ち込んでいますのでシリコンの原子配列を壊してしまいます。インプラ後のシリコンはぐちゃぐちゃになっていると考えてください。このままでは結晶欠陥となりトランジスタがうまく動作しません。また打ち込まれた不純物はシリコン原子間に留まっていてこのままでは電気的に何の働きもしません。

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