■体裁:A4判、332頁
■発刊:1996年2月
■ISBNコード:
※オンデマンド印刷版となります為、掲載画像とお届けする商品の表紙デザインは異なります。ご了承ください。
なお、本文内容の変更はございません。

【著者】
吉田幸正 東芝/名村高 松下電子工業/ Kin P. Cheung、中村守孝 富士通 AT & T/
野尻一男 日立製作所/ 久保田正文 松下電器産業/
村川惠美、James P. McVittie Stanford University 川崎製鉄/
米田昌弘、藤原伸夫、丸山隆弘、平山誠 三菱電機/ 橋本浩一 富士通/
寒川誠二 日本電気/ 堀岡啓治 大阪大学/ 林俊雄日本真空技術/
法元寛、折田俊幸 沖電気工業/ 井上雅司 住友金属工業/
小林元樹、金森順 宮城沖電気、沖電気工業/ 堀内英隆 川崎製鉄/
長谷川明広 富士通/
Paul Aum、Thuy Dao、橋本浩一 Arakhne Technology Spider Systems、Motorola、富士通/
Thuy Dao、中村守孝 Motorola、富士通/ 仲西幸一郎、武藤浩 三菱電機/
小谷光司、柴田直、大見忠弘 東北大学/ 青木則茂 松下電子工業/
豆野和延 三洋電機/ 伊藤裕之 Applied Materials/
山口光行、Michael E. Mack 東京エレクトロン、Varian Ion Implant Systems/
佐藤正輝 住友イートンノバ/ 内藤勝男 日新電機/ 小柳光正 東北大学/
野口江 日本電気/
H. C. Shin、Chenming Hu、酒井伊都子 Motorola、University of California、東芝/
山部紀久夫 筑波大学/ 江利口浩二 松下電器産業

※執筆者の所属等は、刊行当時のものです。

【概要】
本書を手に取られる方にとって、 LSIの製造プロセスにおけるチャージング・ダメージの重要性は、 説明するまでもないことだと思います。LSIの大規模化・高速化に従い、 パターンの微細化と高アスペクト化、 ゲート絶縁膜の薄膜化が進み、 イオン注入およびエッチング・CVD・スパッタなどのプラズマプロセスによるチャージング・ダメージの影響は一層大きくなります。チャージング・ダメージはゲート絶縁膜を破壊してデバイスの歩留りを低下させますが、 より軽度で歩留りには影響しない場合でも、 デバイスの信頼性を低下させてしまいます。チャージング・ダメージは、 プロセスの最適化や製造装置の選定といった量産技術にかかわるのみならず、 各素子の構造や配線を初めとするデバイス全体の設計においても考慮しなければなりません。プロセス・装置・デバイス設計へのフィードバックを行うためには、 プラズマへの暴露やイオン注入によりチャージングが起こる機構や、 デバイスダメージの発生機構の解明、 適切なダメージ評価方法の開発も必要です。
しかし、 この問題はプラズマ物理、 装置・プロセスの設計、 絶縁膜の破壊機構やトランジスタの劣化機構など多岐な分野にわたります。そのため細分化された現在の学会などの研究発表の場では、 チャージング・ダメージの全体像をつかむことは困難でした。また、 発表の場が分散しているため、 同じ問題をかかえている技術者同士の交流・討論も不足していました。このような状況を打開しようと企画したのが本書です。その前に同じ考えから、 リアライズ社主催のブレークスルーセミナーとして、 93年4月に「半導体プロセスにおけるチャージアップ・ダメージ-完全制御をめざして-」を開きました。それまでに発表されたチャージング・ダメージ関係の報告をまとめ、 発表者同士で討論してもらおうという企画でした。さらに、 応用物理学会主催のマイクロプロセス・コンファランスのランプセッションや、 半期毎に開かれる応用物理学会のシンポジウムとしても、 チャージング・ダメージの研究者を集めました。ブレークスルーセミナーでは、 ダメージを起こす側のプラズマプロセスとイオン注入プロセスの専門家が集まりましたが、 ダメージを受けるデバイス側、 特にゲート絶縁膜からの視点も重要であることが指摘されました?そこで本書では、 プラズマプロセス・イオン注入に加えて、 デバイス側からの論文も集めています。
まだ、 チャージング・ダメージの理解は完全とは言えず、 十分整理もされてはいません。まさに百家争鳴の状態です。したがって、 本書も教科書的に整理されたものには出来ませんでした。本書は、 今までの知見を集めることに主眼を置き、 なるべく多くの方に執筆していただきました。それぞれの論文の間に、 重複や矛盾が見られるかもしれません。これからチャージング・ダメージを学ぼうという人には、 若干読みづらいかもしれませんが、 ご了承下さい。また、 各執筆者の方にご協力していただき、 巻末に500件以上の文献のリストを載せました。
本書の編集では、 プラズマプロセス関係を橋本浩一と中村守孝、 イオン注入関係を森治久、 デバイス関係を小柳光正教授と橋本浩一が担当しました。また、 当時SEMATECHのPaul Aum氏に執筆を依頼したところ、 さらに3人の米国の執筆者を紹介していただきました。なお米国の論文は、 P. Aum氏の論文を橋本浩一が、 K. P. Cheung氏とT. Dao氏のものを中村守孝が翻訳し、 H. C. Shin氏/Chenming Hu氏のものは東芝・酒井伊都子氏に翻訳をお願いしました。また、 リアライズ社編集部のご尽力に感謝します。

本書の執筆が縁になって、 K. P. Cheung氏と新しい国際学会 "International Symposium on Plasma Process-Induced Damage" をスタートさせました。96年5月に第1回の学会が米国・サンタクララで開催されます。チャージング・ダメージだけでなく、 コンタクト・ホール加工後のコンタクト抵抗上昇の様に、 汚染やイオン衝突による物理的ダメージ、 紫外線の影響なども含め50件以上の論文を集めた学会となっています。第2回以降は、 日本での開催も検討中ですので、 是非ご参加下さい。
本書によりチャージング・ダメージを学んだ方が、 第一線に立ってこの問題の理解と対策を進められることを希望します。21世紀になっても半導体集積回路技術がさらに進む一助となれば幸いです。

【目次】

《序　章》チャージングダメージモデル考案当時を振り返って　　　
《第1章》チャージングの原理　　　
1.チャージングの測定とモデリング(プラズマ、 イオン注入)　　　
　1. ウェーハプロセスにおけるチャージングの特徴　　
　2. チャージングダメージのデバイスへの影響　　
　　　2.1　ゲート絶縁膜が破壊に至る条件
　　　2.2　絶縁膜の破壊強度
　　　2.3　加速(減速)要因
　　　2.4　チャージング抑制の目標
　3. 測定方法　　
　　　3.1　EEPROM法、 MNOS法
　　　3.2　MOSキャパシタ法
　　　3.3　プローブ法
　4. チャージングのモデリング　　
　　　4.1　プラズマ処理装置
　　　4.2　イオン注入装置
　5. まとめ　　
2.プラズマ・チャージング・ダメージ― 物理的モデルと新しい測定方法 ―　　　
　1. はじめに　　
　2. 物理的モデル　　
　　　2.1　定常状態、 DC効果
　　　2.2　定常状態、 AC効果
　　　2.3　過渡現象の影響
　　　2.4　磁界の影響
　　　2.5　光の影響
　3. 追加事項　　
　4. ダメージ検出の問題　　
　4.1　V-T法　　
　4.2　トランジスタの信頼性との関係　　
　5. おわりに　　

《第2章》エッチング工程におけるチャージング・ダメージ　　　
1.プラズマエッチングにおけるゲート酸化膜破壊機構と低損傷化　　　
　1. はじめに　　
　2. チャージングダメージの評価方法　　
　3. 高密度プラズマエッチャーのチャージングダメージ評価結果　　
　　　3.1　ECRエッチャー
　　　3.2　誘導結合型プラズマエッチャー
　4. チャージングの発生機構とその低減法　　
　5. プラズマ処理におけるゲート酸化膜破壊の機構　　
　　　5.1　バレル型アッシャーにおけるチャージングとゲート酸化膜破壊
　　　5.2　ゲート酸化膜破壊のモデル
　6. おわりに　　
2.RIEのチャージング・ダメージとシミュレーション解析　　　
　1. プラズマエッチングによるチャージング・ダメージ　　
　2. プラズマシミュレータ　　
　3. RIEチャージングダメージの評価　　
　　　3.1　実験・評価方法
　4. 実験・評価およびシミュレーション解析結果　　
　　　4.1　MOS容量によるダメージ評価結果
　　　4.2　プラズマ評価
　　　4.3　シミュレーションによる解析結果と考察
　5. おわりに　　
3.プラズマ不均一によるチャージング・ダメージと形状異常のモデリング　　　
　1. 緒言　　
　2. プラズマ不均一によるチャージングの発生機構　　
　3. 不均一プラズマ内でのチャージング電位分布　　
　　　3.1　表面電位計によるチャージング電位の直接測定
　　　3.2　シースポテンシャル分布とイオン飛跡の計算
　4. チャージングによるエッチング形状異常　　
　　　4.1　Si基板エッチング
　　　4.2　Poly-Siゲートエッチング
　　　4.3　形状不良の圧力およびrfパワー依存性
　5. チャージングによるゲート酸化膜の劣化　　
　6. 磁場分布によるプラズマ不均一発生　　
　7. まとめ　　
4.チャージアップによるプラズマエッチングの形状異常　　　
　1. はじめに　　
　2. 実験装置と評価方法　　
　3. 結果と考察　　
　　　3.1　局所形状異常のパターン依存性
　　　3.2　形状異常の発生モデル
　　　3.3　モデルの検証と形状異常の制御
　4. まとめ　　
5.電子シェーディングによるチャージング・ダメージ　　　
　1. はじめに　　
　2. 均一なプラズマ中で生じるチャージング　　
　　　2.1　プラズマの均一性
　　　2.2　アンテナ構造の種類
　　　2.3　電子シェーディングによるチャージング
　　　2.4　不均一機構との決定的違い～局所チャージング
　3. 配線エッチングにおける電子シェーディング　　
　　　3.1　密ライン・アンテナで生じるチャージング
　　　3.2　電子シェーディングとの関係
　4. 実際のULSIプロセスでの影響　　
　　　4.1　影響する工程
　　　4.2　ゲート酸化膜厚依存性
　5. 電子シェーディング機構のモデル　　
　6. 今後の展望　　
6.タイムモジュレーションプラズマによるチャージングの抑制-プラズマの理解と制御による高精度エッチング技術-　　　
　1. パルス変調プラズマで起きていること　　
　2. パルス変調プラズマ中でのポリシリコンエッチングとノッチングの抑制　　
　3. パルス変調プラズマ中でのチャージング抑制効果　　
　4. まとめ　　
7.マグネトロンエッチャーのチャージング・ダメージ　　　
　7.1　マグネトロンRIEにおける静電ダメージと対策　　
　　　1. はじめに(マグネトロンRIEの特徴と課題)
　　　2. 磁界分布と自己バイアス(Vdc)電圧ダメージの相関
　　　3. 磁界分布の最適化によるダメージの撲滅
　7.2　マグネトロンエッチングにおけるチャージアップ現象の解釈　　
　　　1. はじめに
　　　2. マグネトロンエッチングにおけるチャージアップ現象
　　　3. プラズマとチャージアップ現象
　　　4. おわりに
　7.3　マグネトロン反応性イオンエッチングにおけるチャージング　　
　　　1. はじめに
　　　2. 湾曲磁界でのチャージング
　　　3. 平行磁界でのチャージング
　　　4. まとめ
8.ECRプラズマにおけるチャージング・ダメージ　　　
　1. はじめに　　
　2. ECRプラズマ　　
　3. プラズマ輸送過程の磁場分布とチャージアップ分布　　
　4. 磁場の最適化　　
　5. 評価方法について　　
　6. おわりに　　
9.アッシングプロセスにおけるチャージアップおよびダメージ評価　　　
　1. アッシャーにおけるチャージアップ現象　　
　2. アッシャーの種類と用途　　
　3. rfダウンフローアッシャーのアッシング特性　　
　4. 評価方法　　
　5. MNOSキャパシタによるチャージアップ評価　　
　6. SCAによるダメージ評価　　
　7. SCAとMNOSキャパシタおよびプラズマ状態との相関　　
　8. rfダウンフローアッシャーにおけるダメージ制御　　
　9. まとめ　　
10.エッチングマスク・被エッチング膜構造とチャージング・ダメージ　　　
　1. はじめに　　
　2. フォトレジスト　　
　3. エッチング均一性　　
　4. デバイス構造　　
　5. まとめ　　
11.静電チャックを用いたRIEのウェーハ帯電とダメージ　　　
　1. はじめに　　
　2. 静電チャックについて　　
　3. ウェーハの帯電と残留吸着力　　
　4. ウェーハ帯電によるゲート酸化膜ダメージ　　
　5. ウェーハ帯電の除去　　
　6. まとめ　　
12.SPIDERを用いた0.35μmCMOS ULSI製造のためのプロセス誘起ダメージ制御　　　
　1. はじめに　　
　　　1.1　デバイスのダメージ敏感化
　　　1.2　プロセス誘起ダメージの制御
　2. SPIDER-0によるダメージ評価　　
　　　2.1　どのデバイスがプロセス誘起ダメージ問題のテストに有効か
　　　2.2　製造ラインに何かダメージの問題があるか
　　　2.3　ダメージの問題がある場合、 どの工程が原因か、どの設備が原因か
　　　2.4　どの程度のダメージか
　　　2.5　ダメージ評価に関して何か特別に考慮すべきことはあるか
　　　2.6　どうすれば、 違う種類のプラズマ源を用いた新規装置のダメージ評価ができるか
　　　2.7　どうすればSPIDERは、 プロセスおよび装置エンジニアがダメージ問題を素早く、 あいまいさなく解決するのに役立つようになるか
　3. 結論　　
13.SPIDERによる種々のドライエッチング装置のチャージダメージ評価　　　
　1. SPIDERデータの解析方法　　
　2. レジスト剥離装置の評価　　
　　　2.1　ゲートエッチ後レジスト剥離のダメージ効果
　　　2.1.1　レジスト剥離のプロセス条件の影響
　　　2.1.2　レジスト剥離の装置構成の影響
　　　2.2　メタル1エッチ後のレジスト剥離装置のダメージ効果
　　　2.2.1　メタル1エッチ後のレジスト剥離装置の影響
　　　2.2.2　ダメージモニタにおけるCMOS対NMOSデバイス
　3. コンタクトエッチのダメージ効果　　
　　　3.1　アンテナ・モジュールの説明
　　　3.2　参照用トランジスタによるロット品質の確認
　　　3.3　クリティカルなトランジスタ性能
　　　3.4　分析方法
　　　3.5　結果と議論
　　　3.5.1　4つの装置の比較
　　　3.5.2　ダメージトランジスタに対するメタルアニールの効果
　　　3.5.3　ダメージトランジスタに対するFowler-Nordheimストレスの効果
　4. 結論
　　
《第3章》イオン注入工程におけるチャージング・ダメージ　　　
1.イオン注入中の帯電による絶縁膜の劣化機構の解析　　　
　1. まえがき　　
　2. 実験試料と実験方法　　
　　　2.1　イオン注入装置
　　　2.2　実験試料と実験手順
　3. 実験結果　　
　　　3.1　イオンビーム密度の影響
　　　3.2　劣化のウェーハ面内分布
　　　3.3　ホトレジストの配置パターンの効果
　　　3.4　イオン注入による絶縁破壊特性
　4. イオン注入中のゲート酸化膜の劣化機構　　
　　　4.1　劣化モデル
　　　4.2　係数ηとSaの値
　5. まとめ　　
2.イオン注入によるMOSデバイスのチャージング・ダメージ　　　
　1. はじめに　　
　2. 実験方法　　
　3. イオン注入および熱処理による素子特性の変化　　
　4. チャージングによるデバイス損傷の発生機構　　
　5. 電気的ストレス印加による素子特性の変化　　
　6. まとめおよび今後の課題　　
3.装置特性・対策と評価用デバイス　　　
　1. イオン注入装置におけるチャージング対策の変遷　　
　2. チャージング評価方法　　
　3. チャージング評価デバイス　　
　　　3.1　MOSキャパシタ構造の評価デバイス
　　　3.2　EEPROM構造の評価デバイス
　4. イオン注入におけるチャージング評価適用例　　
　　　4.1　フラッドガンエミッション電流依存性
　　　4.2　EEPROMによるチャージング評価の応用例
　　　4.3　EEPROMのしきい値シフト量のスキャン回数依存性
　　　4.4　エレクトロンフラッドガンからの電子の分布評価例
　　　4.5　エレクトロンフラッドガンからの電子の縦方向分布
　　　4.6　イオンビームと電子の総合分布
　5. チャージングの面内分布改善のための対策例　　
　6. 今後のチャージング対策　　
4.イオン注入におけるチャージング・ダメージとイオン照射ダメージ　　　
　1. Qbd法を用いたイオン注入ダメージの評価　　
　　　1.1　はじめに
　　　1.2　Qbd法を用いたイオン注入ダメージの評価方法
　2. チャージングダメージとイオン照射ダメージの分離　　
　　　2.1　チャージングダメージのみを受ける場合
　　　2.2　イオン照射ダメージを受ける場合
　3. 熱処理による回復　　
　　　3.1　チャージングダメージのみの場合の欠陥回復
　　　3.2　イオン照射ダメージのある場合の欠陥回復
　4. ダメージを受けた酸化膜の欠陥解析　　
　　　4.1　電流―電圧特性
　　　4.2　構造欠陥の解析
　5. 電子シャワーによるチャージングダメージの防止　　
　6. あとがき　　
5.イオンビームの物理的特性とウェーハ・　　　
　チャージング　　
　1. はじめに　　
　2. 従来のウェーハ・チャージング対策　　
　3. 従来のチャージング対策における限界　　
　4. 次世代のチャージング対策に必要な条件　　
　　　4.1　ビームライン光学系の設計
　　　4.2　低エネルギ電子
　　　4.3　低エネルギ電子の生成と輸送
　　　4.4　ウェーハの周辺環境
　5. 次世代のチャージアップ対策―プラズマ・フラッド・システム　　
　6. プラズマ・フラッド・システムの特徴　　
　　　6.1　ビームプラズマの利用
　　　6.2　電子の流れとイオンの流れ
　　　6.3　電子温度
　　　6.4　ビームプラズマの電位
　　　6.5　ウェーハの表面電位
　7. MOSキャパシターによるPFS評価　　
　8. 結論　　
　付記　定常状態におけるビームプラズマの密度および電位分布　　
　　　1. ビームプラズマの構成
　　　2. ビーム・イオンの分布
　　　3. 低速イオン
　　　4. 電子密度
　　　5. 電場計算
　　　6. 結果
6.イオン注入装置とチャージング・ダメージ　　　
6.1　チャージアップのメカニズムと中和方式　　　
　1. チャージングのメカニズム　　
　　　1.1　ビームのウェーハへの衝突
　　　1.2　イオン注入時のチャージング
　　　1.3　ビームポテンシャル
　　　1.4　ビームの空間電荷
　2. チャージングのモニタリングシステム　　
　3. 中和方式　　
　　　3.1　エレクトロンフラッドガン
　　　3.2　プラズマフラッドガン
　4. まとめ　　
6.2　イオン注入装置のチャージング対策　　　
　1. イオン注入時のウェーハチャージング　　
　2. チャージングによって発生する主な不具合　　
　3. チャージングの測定方法　　
　4. チャージング対策　　
　　　4.1　エレクトロンシャワー
　　　4.2　プラズマシャワー
　　　4.3　ビーム電流密度制御
　5. 今後の課題　　
6.3　イオン注入機のチャージング対策　　　
　1. はじめに　　
　2. イオン注入機で生じるさまざまなチャージング現象　　
　　　2.1　ビーム電流計測値の経時変動
　　　2.2　ビーム量変動
　　　2.3　ウェーハ搬送への障害
　　　2.4　ウェーハへの静電吸塵
　3. 絶縁された電極のチャージングメカニズム　　
　　　3.1　ビームのみの系
　　　3.2　ビームプラズマ系
　　　3.3　ビームプラズマ中の絶縁電極
　　　3.4　外部電子源付きの注入部の絶縁電極
　　　3.5　チャージングに対するプラズマの応答時間
　　　3.6　絶縁物(酸化膜)厚みにかかる電圧
　　　3.7　チャージング対策の性能指標
　4. チャージング対策の実際―機種別対策　　
　　　4.1　従来型中電流機における対策
　　　4.2　新型中電流機EXCEED2000における対策
　　　4.3　6インチ大電流機(PR80A)における対策
　　　4.4　8インチ大電流機(EXCEED8000)
　5. 現行対策のまとめと将来　　

《第4章》デバイス構造からみたチャージング・ダメージ　　　
1.電気ストレスによるトランジスタ特性の劣化　　　
　1. 電気的ストレスによる素子特性の劣化　　
　　　1.1　FNストレスとゲート酸化膜の劣化
　　　1.2　ホットキャリアストレスによる素子特性の劣化
　2. CMOSプロセスと素子特性の劣化　　
　3. プラズマ・ダメージによる素子特性の劣化　　
2.プラズマプロセスのホットキャリア信頼性への影響　　　
　1. はじめに　　
　2. 評価手法　　
　3. MOSトランジスタ特性の劣化　　
　　　3.1　Id-Vg特性への影響
　　　3.2　アンテナ比依存性
　　　3.3　チップ位置依存性
　4. プラズマストレスとFN電流ストレスの比較　　
　5. ホットキャリア寿命への影響　　
　　　5.1　P-chトランジスタ
　　　5.2　N-chトランジスタ
　6. ゲート酸化膜厚依存性　　
　7. 考察　　
　　　7.1　ゲート電流によるダメージのモニタ
　　　7.2　界面準位の影響
　8. 結論　　
　9. おわりに　　
3.プラズマプロセスにおけるゲート酸化膜ダメージ　　　
　1. はじめに　　
　2. プラズマによるダメージのモデル　　
　3. プラズマチャージングダメージと酸化膜ストレス電流の評価　　
　　　3.1　MOSFETとキャパシタへのプラズマチャージングの影響
　　　3.2　プラズマからのアンテナ電流の定量評価
　　　3.3　酸化膜のチャージング電流のウェーハ面内分布
　4. 酸化膜厚のスケーリング則とチャージング・ダメージ　　
　5. プラズマ・エッチングにおけるアンテナ効果の酸化膜/シリコン界面の信頼性への影響　　
　6. チャージング防止のための保護ダイオード　　
　7. チャージング・ダメージを防ぐ方法　　
　8. まとめ　　
4.ゲート絶縁膜の信頼性からみたチャージング・ダメージ　　　
　1. シリコン酸化膜のリーク電流特性　　
　2. ゲート電極のチャージング　　
　3. Bモード不良と経時絶縁破壊寿命　　
　4. 高電界ストレスによる電子および正孔の捕獲　　
　5. ストレスリーク電流　　
　6. 摩耗破壊寿命とチャージング・アップ　　
　7. 照射損傷の回復　　
　8. 照射損傷とその耐性　　
　9. まとめ　　
5.チャージングによるMOSデバイスのゲート酸化膜劣化　　　
　1. チャージングによるMOSデバイスのゲート酸化膜劣化　　
　　　1.1　Qbd(総破壊電荷量)測定によるゲート酸化膜劣化の評価
　　　1.2　評価サンプルとエッチング・Qbd測定条件
　　　1.3　Qbd測定によるアンテナ効果ダメージの評価
　　　1.4　磁場印加型プラズマにおけるチャージングのQbd測定による評価
　2. チャージングによるnMOSFETの相互コンダクタンス特性劣化　　
　　　2.1　相互コンダクタンスの劣化
　　　2.2　界面準位発生による相互コンダクタンス劣化
　　　2.3　nMOSFETの相互コンダクタンス劣化とQbd劣化
　3. まとめと今後の展望　　
論文リスト