第６回東京「MemsONE技術交流会」 いつでも、どこでも ～みんなのミニマルファブ～ 産業技術総合研究所 ナノエレクトロニクス研究部門 ミニマルシステム研究グループ 主任研究員 ミニマルファブ技術研究組合 プロセス開発チーム クンプアン サブリーダー ソマワン 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） O U T L I N E • 概要 • 開発ロードマップ • システム詳細 • の実用化の事例 ★ミニマル・メガファブハイブリッド ★フルミニマル • まとめ～ 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 3 • 概要 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 4 概要 Moore’s Law More-than-Moore CPU Memory diversification 高機能化 高性能化 大量生産 大量生産 単純商品 ハイエンド商品 メガファブ • 安い • 要求が多い • 無駄が少ない メガファブ 超多品種 少量生産 ローエンド商品 ミニマル ファブ RFMEMS 光電子デバイス パワーデバイス バイオチップ センサー 多品種 少量生産 ローエンド商品 シャトル サービズ • 超高い • 安い • 要求少ない • 要求が多い • 要求が多い • 無駄が多い • 無駄がない • 無駄がない • 商品化期間 が長い • 商品化期間 が短い • 商品化期間 が長い • 高い 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 5 メガファブ VSミニマルファブ 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 6 開発ロードマップ 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 7 ミニマルファブの開発ロードマップ 87 省 ％ エ 実 ネ 現 率 少 量 品 種 の 産 業 成 立 “ My LSI 産 業 の 地 産 地 消 完 成 ” の 実 現 99 省 ％ エ 実 ネ 現 率 低 炭 素 社 会 の 具 現 化 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 8 現在の開発状況 ファブシステム （ハードリストのみ） + ウェット - 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 9 実用化したミニマル装置群@産総研 ドーピング 装置群 プラズマ装置群 リソグラフィ 装置群I リソグラフィ 装置群II 加熱系装置群 洗浄装置群 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 10 • システム特長 ★局所クリーン化システム ★ミニマルリソグラフィシステム ★床ドッキングシステム 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 12 PLADのエアー循環システムとパーティクル測定 搬送アーム動作なし 搬送アーム動作あり 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 14 洗浄・ウェットエッチング装置 RCA洗浄装置 SC1、SC2 洗浄前 0.152μm~0.3μm微粒子 784個 HF 80℃ 洗浄後 レジスト除去装置 洗浄前 0.152μm~0.3μm微粒子 245個 表面パーティクルスキャナー 0.152μm~0.3μm微粒子 <10個 表面パーティクルスキャナー 硫酸過水 洗浄前 洗浄後 ～120℃ 洗浄後 0.152μm~0.3μm微粒子 <10個 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 15 ミニマルリソグラフィー ウェハ 不二越機械工業 塗布 露光 ミニマルコーター リソテック PMT ミニマル ミニマル マスクレス露光 マスクアライナー 三明 ミニマルコーター 現像 均一性に影響するパラメータ←エッジビード レジスト滴下 回転 レジストの盛り上がり （エッジビード） リソテック エッジビード高さ←ウェハべべリン グ 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） ミニマルリソグラフィー ~1/100 Space down ASML's NXE:3100 tool 3×3×10 m3 0.3×0.45×1.44 m3 CAD(GDS)→BMP変換 TOOL社のソフト LAVIS Plus 1920 mirrors 16 Scan direction 1080 mirrors 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 17 ミニマルリソグラフィー スキャニング方向 12.5mm 実用レベルの面内均一性に近づきつつある。 ウェハ全面露光 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 18 ミニマルリソグラフィー スピン現像方法 スピン現像（1回供給） スピン現像（2回供給） パッドル現像 塗布・現像 • • • 温度制御 ：23℃～27℃ ウェハ面内のレジスト厚み均一： ±0.6％ 課題： 清浄度、面内均一 レジストと現像液の劣化 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 19 便利なドッキングシステム ミニマル装置のドッキング時間 1分！ 小学生でもできる 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 20 • の実用化の事例 ★ミニマル・メガファブハイブリッド MEMSカンチレバーを試作 ｎMOSFET試作(イオン注入型) ★フルミニマル pMOSFET試作 (拡散型) 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 21 ミニマルとメガのハイブリッド MEMSデバイスハイブリッドプロセスの流れ2011版 2”～12” wafer machines ｴｯﾁｬｰ ﾚｼﾞｽﾄ除去 分析 集積 集積 集積 マイクロ マイクロ マイクロ センタ センタ センタ 洗浄 膜堆積 C軸配向加熱 集積 集積 新材料G マイクロ マイクロ センタ センタ 0.5” in basket 0.5” on 4” 0.5” on 4” 0.5” on 4” 0.5” on 4” リソが15分で終了 実験の確実化 共同研究 ★産総研・集積マイクロシ ステム研究センター ★産総研・新材料・機能イ ンテグレーショングループ ﾚｼﾞｽﾄ 塗布 0.5” wafer machines 露光 現像 ﾐﾆﾏﾙ装置使用率 27% 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 23 カンチレバーのSEM画像 カンチレバー構造 Si: 20μｍ PZT：400 nm Bottom Ti/Pt : 500nm Top Ti/Pt : 500nm プローブ付ける 場所 ハイブリッドプロセス技術は、開発をドラスティックに加速する。 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 24 ミニマルとメガのハイブリッド（産総研の分野プロジェクト） MOSFETデバイスハイブリッドプロセスの流れ2013版 2”～12” wafer machines 洗浄 従来型 設備 Field酸化 ゲート酸化 ドーピング Al-Siｽﾊﾟｯﾀー Poly-si 新材料 Siナノ Siナノ デバイス デバイス ﾚｼﾞｽﾄ除去 Siナノ デバイス Siナノ デバイス 0.5” in chamber 0.5” in 0.5” on 4”0.5” on tray 0.5” on 2” basket 共同研究 ★産総研・シリコンナノデ バイスグループ ★産総研・新材料・機能イ ンテグレーショングループ ｴｯﾁｬｰ ﾚｼﾞｽﾄ 塗布 0.5” wafer machines 露光 現像 0.5” in basket 分析 従来型 設備 0.5” in prober 既存プロセスレ シピを使う ﾐﾆﾏﾙ装置使用率 17% 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 25 ハイブリッドプロセスにおけるMOSFET試作 CADマスクパターン 完成後の光学顕微鏡写真 T02 Id-Vd 500mV 400mV 300mV 200mV 100mV プロービング中の写真 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 26 セミコンジャパン2012で実現 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 27 セミコンジャパン2013 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 28 オールミニマル MOSFETデバイスオールミニマルプロセスの流れ2013版 洗 浄 ド ー ピ ン グ フ酸 ィ化 ー ル ド ゲ ー ト 酸 化 電 極 デ ポ リ ソ グ ラ フ ィ レ ジ ス ト 除 去 エ ッ チ ン グ ア ニ ー ル 評 価 評 価 RCA 洗浄機 SPM 洗浄機 B-ドーピング 集光加熱炉 抵抗加熱炉 (酸化） ステーション (酸化） 抵抗加熱炉 (拡散） ｽﾊﾟｯﾀ BHF レジスト エッチャー 塗布装置 レジスト 除去 DLP露光装置Al(ウェット）アッシャー エッチャー 現像装置 レーザー 加熱炉 ミニマル オリジナル プロセスレシ ピ ﾐﾆﾏﾙ装置使用率 95% 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 29 pMOSFETの試作結果 fabricated at Semicon Japan 2013. SiO2 60nm Gate Source Source Drain 8mm Boron-doped P Al 350nm n-Si Boron-doped P GND Wafer no. 17 L/W = 14/100micron, Tox = 62nm Drain Current Id [mA] Drain Gate Wafer no. 17 L/W = 14/100micron, Tox = 62nm 6mm -1.8 Vg = -6V -1.6 p-channel MOSFET -1.4 Vg = -5V -1.2 -1.0 Vg = -4V -0.8 -0.6 Vg = -3V -0.4 Vg = -2V -0.2 Vg = -1V, 0V 0.0 0 -2 -4 -6 -8 -10 Drain Voltage Vd [V] 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） MOSFET by Full minimal processes fabricated at Semicon Japan 2013. 1-4. Si ウェハ洗浄 SPM→SC1→DHF→SC2→DHF 24. Si ドライ酸化 1100℃ 15min 60nm n-Si ウェハ 5-8. リソ #1 [アライメントマーク形成] 25-27. リソ #3 レジスト 12. Si ドライ酸化 1100℃ 60min 140nm [コンタクト開口部形成] SiO 2 28-29. 酸化膜エッチング BHF → SPM → DHF 13-15. リソ #2 [ソース/ドレイン拡散領域形成] 32. アルミスパッタ堆積 200nm Aluminum 16-19. 酸化膜エッチング BHF → SPM → RCA 20. BSOG膜塗布 60nm → 200℃ 5min 33-35. リソ #4 [電極形成] BSOG 37-38. アルミウェットエッチング → レジストアッシング 21. Boron 熱拡散 600℃ 30min → 950℃ 30min 39. レジスト除去 [完成] Source 22-23. BSOG膜除去 BHF → (SC2 → DHF)x3 Gate Drain 8m m Boron-doped P SiO2 Al 200nm n-Si Boron-doped P 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原） 31 まとめ • • いつでも、どこでも ～みんなのミニマルファブ～ 2014年2月4日 ＭＭＣ新テクノサロン（秋葉原）
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