フォークシート構造のCMOSロジック製造プロセス：福田昭のデバイス通信（306） imecが語る3nm以降のCMOS技術（9）（2/2 ページ）

今回は、フォークシート構造のCMOSロジックを製造するプロセスを解説するとともに、試作したトランジスタの断面を電子顕微鏡と蛍光X線分析で観察した画像を提示する。

[福田昭，EE Times Japan]

ナノシートの製造プロセスを基本にフォークシート向けに一部を追加／変更

　Na氏の講演によるとフォークシート構造の製造プロセスは、ナノシート構造の製造プロセスを基本とする。フォークシート構造に特有の工程を追加するとともに、一部の工程をフォークシート向けに変更した。

　最も大きな違いは、絶縁膜の壁を形成する工程（ステップ）の追加である。それから内部スペーサーの形成ステップとアクティブ（ソース／ドレイン）層のエピタキシャル成長ステップ、RMG（Replacement Metal Gate）形成ステップをフォークシート構造向けに変更する。その他はナノシート構造のトランジスタ製造工程とあまり変わらない。

フォークシート構造のトランジスタ製造プロセスフロー。出典：imec（IEDM2020のチュートリアル講演「Innovative technology elements to enable CMOS scaling in 3nm and beyond - device architectures, parasitics and materials」の配布資料） （クリックで拡大）

　もう少し具体的に説明すると、始めにナノシートの積層形状パターンを加工し、浅い溝の素子分離層（STI：Shallow Trench Isolation）を形成し、CMP（Chemical Mechanical Polishing）によって平坦化する。続いて埋め込み電源／接地配線（BPR：Buried Power Rail）のエッチングと成膜を実施する（このBPRステップはオプション扱い）。次にナノシートの積層構造を露出させ、フォークシート用の垂直な絶縁膜（絶縁膜の壁）を形成する。

　それからゲートのパターン加工、スペーサーの形成、フィンのリセス、内部スペーサー、ソース／ドレインのエピタキシャル成長、層間絶縁膜（ILD）形成とCMP、RMG形成、ゲートのリセスとカット、ゲートのプラグ形成、メタライゼーション、と続く。

　このようなプロセスで試作したフォークシート構造の断面を電子顕微鏡と蛍光X線分光装置で観察した画像を、講演では示していた。絶縁膜の壁によって分離されたトランジスタ対の距離は17nmである。積層したシートの間にゲート絶縁膜とゲート金属膜がきれいに入り込んでいることが分かる。

試作したフォークシート構造の断面を観察した画像。左は透過型電子顕微鏡による観察画像。右はエネルギー分散型蛍光X線分光装置（EDS：Energy Dispersive X-ray Spectrometer）によるマッピング画像。出典：imec（IEDM2020のチュートリアル講演「Innovative technology elements to enable CMOS scaling in 3nm and beyond - device architectures, parasitics and materials」の配布資料） （クリックで拡大）

（次回に続く）

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