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 LSIの性能向上に向けて,検査・解析技術の重要性が高まっている。ひずみSiや低誘電率(low-k)膜,高誘電率(high-k)膜,メタル・ゲートといった新たな材料や構造が本格的に導入されるためである。さらに,プロセスの要であるリソグラフィ技術も液浸露光へと変化する。65~45nmで新たに必要となる検査・解析技術とはどのようなものか。連載で明らかにする。第1回の今回は,微細MOS FETの検査について解説する。

新材料や新構造の導入でバラつきが顕著に
微細化に伴うバラつきに加えて,ひずみSiやhigh-k膜といった新材料や新構造の導入によって,トランジスタ単位での対応が必要なバラつきが増加する。半導体先端テクノロジーズ(Selete)のデータ。
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  LSIの性能向上に向けて,検査・解析技術の重要性が高まっている。その背景には,LSIが65~45nm世代を迎え,新材料や新構造の導入が進んでいることがある。こうした世代では,従来に比べて高い精度の検査・解析技術が求められるとともに,従来とは異なる新しい測定項目への対応が必要となる。ここで欠かせないのは,新しい性能と機能の検査・解析装置である。

 90nm以降のLSIに新たに採用されたものとして,ひずみSiや低誘電率(low-k)材料がある。ひずみSiの解析にはレーザー・ラマン顕微法,low-k材料の測定にはX線解析法や密着性評価法が必要となる。これらは,従来のLSI製造プロセスでは利用されることの少なかった新しい測定手法である。さらに,45nm以降のLSIでは,高誘電率(high-k)ゲート絶縁膜とメタル・ゲートが導入される。これらの材料にも,新たな検査・解析手法が必要となる。

新しい検査E解析技術を総覧

 本号から始める連載では,このように大きな変化が求められる検査・解析技術を総覧する。そこでは,光や電子線,X線,機械的なプロービングといったさまざまな検出手段を用途に応じて使い分ける必要がある。(図1)。それらの検出手段に応じて,測定に向く対象が異なるためである。この連載では,それらの位置付けを明確にする。

図1●高まる検査・解析技術の重要性
LSIの技術世代が65~45nmを迎え,検査・解析技術の重要性が高まってきた。測定対象に応じて,さまざまな技術が必要になる。本誌が作成。
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 第1回となる今回は,65nm世代以降,特に45~32nmのMOS FETの製造プロセスに必要な検査・解析手法を紹介する。次回以降では,それらの手法を実現する装置技術や測定原理,性能向上の進ちょくについて個別に紹介していく。(橋本 哲一=テクニカル・ライター)

栄森 貴尚
半導体先端テクノロジーズ(Selete)
第一研究部
フロントエンドプロセスプログラム
CMOSモジュールGr

 LSIの根幹を担うMOS FET技術と配線技術は,微細化と材料の改良によって進化を続けている。このうち,MOS FET技術は,“微細化限界”が指摘されるたびにそれを克服してきた。現在65nm世代のLSIが量産されており,ゲート絶縁膜の厚さは数原子層に達している。さらに,ひずみSi技術のように,微細化に頼らずに性能を向上させる「テクノロジ・ブースタ」も導入が本格化してきた。

 微細化やテクノロジ・ブースタの導入に伴い,LSI製造プロセスで生じるバラつきがデバイスの電気特性や歩留まりを低下させる問題は,以前に増して深刻になっている1)。本稿では,次世代および次々世代のMOS FET製造の問題に対処する検査・解析技術への要求を整理する。さらに,今後の進展が期待される新しい検査・解析技術を紹介する。