ダマシン法とエッチングで形づくる配線の違い：工程の順番・金属・CMP・微細配線を比較
エッチングで形づくる配線(サブトラクティブ法)は、金属の膜を全面に成膜し、レジストのパターンを使ってドライエッチングで不要な部分を除き、残った配線の間を絶縁膜で埋める方法で、アルミニウムの配線で長く使われてきました。ダマシン法は順番が逆で、先に絶縁膜に溝を掘り、金属を埋め込んでから、余分な金属をCMPで削り取ります。銅は揮発しやすい化合物を作りにくく、ドライエッチングが難しいため、銅の配線ではダマシン法が標準になりました。最も細い配線では、ルテニウムなどをエッチングで形づくる方法も検討されています。
| 項目 | ダマシン法 | エッチングで形づくる配線(サブトラクティブ法) |
|---|---|---|
| 工程の順番 | 絶縁膜を成膜 → 溝やビアの穴をエッチング → バリアメタルとシード層 → 銅のめっき → CMPで余分を除く | 金属膜を成膜 → リソグラフィ → 金属をドライエッチング → 配線の間を絶縁膜で埋めて平坦化 |
| エッチングするもの | 絶縁膜 | 金属膜 |
| 主な金属 | 銅(Cu) | アルミニウム(Al-Cu合金)。最も細い配線向けにルテニウムなども検討されている |
| 金属の埋め込み | 電解めっきで溝を埋める。細い溝ではすき間(ボイド)を作らない埋め込みが課題 | スパッタなどで平らな膜を作るだけでよい |
| 絶縁膜の埋め込み | 絶縁膜は先に平らに成膜するので問題になりにくい | 狭い配線の間を絶縁膜ですき間なく埋める必要がある(HDP-CVDなどを使ってきた) |
| CMP | 必須。溝の外の銅とバリアメタルを削り、配線を1本ずつ分離する | 金属の加工には使わない。絶縁膜の平坦化に使う |
| バリア層 | 銅の拡散を防ぐため、溝の底と側壁をTaN/Taなどで覆う。細い配線では断面に占める割合が大きくなる | アルミでは拡散が問題になりにくく、上下にTi/TiNなどの膜を重ねる |
| ビアの作り方 | デュアルダマシン法では、配線の溝とビアを同時に埋め、1回のCMPで仕上げる | ビアは別の工程で穴を開け、タングステンなどで埋めてCMPで平坦化してから、次の配線層を作る |
| 微細配線での課題 | 細くなると銅の抵抗率が上がり(サイズ効果)、バリア層の割合も増える | 細い金属の線をエッチングで加工する精度や、配線の間を絶縁膜で埋めることが課題 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。