ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第238回

半導体プロセスまるわかり　トランジスタの配線と形成

図5　ウェハーにトランジスタを形成する手順

微細化するほどパターン転写と エッチングの回数が増えていく

　今回延々とこの説明をしたのは、半導体の製造はエッチングと積み重ねの繰り返しということを理解していただくためである。最近ではHigh-K Metal Gateや、歪シリコンといった特殊な材料が利用されているが、これらを構築するためには、延々と積み重ねとエッチングを繰り返す必要がある。実際図5の事例ですら5回もエッチングを行なっているわけで、これが最近では10回を軽く超えているという。

　さらには、パターンの転写と簡単に書いたが、これも最近はあまりに回路が微細化しすぎて1発でマスクの転写ができない。このためダブルパターニングやトリプルパターニングというようにマスクを数種類用意して、この組み合わせで正しいパターンを転写する必要がある。図5の例でダブルパターニングを利用すると、パターン転写の回数が10回に増えることになる。

　加えて、(14)で簡単にシリコン窒化膜を除去と書いたが、これも1発では不可能で、いくつかの手順を経て除去することになる。こうしたものを全部積み重ねていくと、ものすごい手間になるわけで、一昔前が200段階程度だったのが、最近は300段階に達しているという。

　さて、ここまででやっとトランジスタの形成には成功したわけだが、実際にはこの後配線層を積層していく必要がある。こちらも絶縁膜の形成→VIAの形成→配線層の形成を順次進めていくため、また延々とパターン転写→エッチングを繰り返していくことになる。最近は配線層の積層もダブルパターニングが必要になってきており、それは手間とコストがかかろうというものである。

　こうした手間はプロセスの微細化や新材料の採用にともない、どんどん面倒になってきている。この手間についてはプロセス微細化の進み方に合わせて都度説明していこう。

　そこで次回からインテルのプロッセッサーを例に、もう少し最近の半導体製造プロセスを解説していこう。