前工程｜半導体の工程の7段階

前工程は、ウェーハの上にトランジスタと配線を作り込み、回路を完成させるまでの製造段階である。チップを1個ずつ切り出して組み立てる後工程に対し、多数のチップをウェーハのまままとめて加工する点に特徴がある。成膜、リソグラフィ、エッチング、イオン注入、洗浄、CMP（化学機械研磨）といった工程¹を何度も繰り返して層を積み上げる。

分類上の位置

工程の分類› 前工程

半導体の工程を分ける7つの段階の一つで、直下に20工程が並ぶ。

下位の工程

リソグラフィ：リソグラフィは、ウェーハ上のレジストなどの膜にパターンを作り、後のエッチングやイオン注入で使う型にする工程群で、パターンを決める計算や、不良時のレジスト剥離と再処理も含む。
エッチング：エッチングは、ウェーハ上の材料を化学的・物理的に取り除き、層を必要な形に加工したり不要な膜を除いたりする工程群である。
成膜：成膜は、ウェーハの表面に絶縁膜や金属膜、半導体膜などの膜を形成する工程群である。
酸化・拡散：酸化・拡散は、ウェーハを加熱するなどしてシリコン表面を酸化し絶縁膜を作ったり、不純物をシリコン内部へ入れて広げたり、表面に窒素を取り込ませたりする前工程の工程群である。
イオン注入：イオン注入は、ドーパントとなる元素をイオンにし、電界で加速してウェーハへ打ち込む工程である。
アニール・熱処理：アニール・熱処理は、ウェーハに熱を加えて原子を動ける状態にし、材料の状態を整える工程の総称である。
CMP（化学機械研磨）：CMP（化学機械研磨）は、研磨液（スラリー）の化学反応と研磨パッドによる機械的な研磨を組み合わせ、ウェーハ表面を平坦にする工程である。
洗浄・表面処理：洗浄・表面処理は、ウェーハ表面から粒子、金属、有機物、自然酸化膜などの汚れや残渣を取り除き、次の工程に合った表面状態に整える工程群である。
配線形成：配線形成は、トランジスタとコンタクトの上に金属の配線とビアを多層に作り、素子どうしの接続と電源の供給を担う配線網を作る工程群で、主にBEOL（多層配線）にあたる。
素子分離：素子分離は、同じ基板上のトランジスタやメモリセル、画素どうしの間に絶縁物の仕切りを設けたり、つながった層を切ったりして、隣り合う素子が互いに干渉しないよう切り離す工程群である。
ゲート形成：ゲート形成は、トランジスタのチャネルにゲート絶縁膜とゲート電極を重ね、電流のオン・オフを制御する電極を作る工程群である。
コンタクト形成（MOL）：コンタクト形成（MOL）は、FEOLで作ったトランジスタのソース・ドレインとゲートを、BEOLの最下層配線へつなぐ接続を作る工程群である。
リフトオフ：リフトオフは、先にレジストでパターンを作ってから全面に膜を堆積し、レジストを溶かして上に載った不要な膜ごと除き、開口部で基板に直接付いた膜だけを残すパターニング工程である。
モノリシック3D集積：モノリシック3D集積は、1枚のウェーハの上で素子の層を縦に作り重ねる集積方式で、完成したチップどうしを貼り合わせて積む方式とは異なる。
逐次3D集積：逐次3D集積は、下層の素子を完成させた後、その上に薄い半導体層を貼り合わせて転写し、上層の素子を作る3D集積の方式である。
サイドウォールスペーサ形成：サイドウォールスペーサ形成は、ゲート電極の側面に絶縁膜の壁を残す工程で、ゲートとソース・ドレインの間を隔てる絶縁膜を作る。
応力ライナー形成：応力ライナー形成は、残留応力を持つ窒化シリコン膜をトランジスタの上に被せ、その下のチャネルのシリコンを押したり引いたりしてひずませる工程である。
SMT（応力記憶技術）：SMT（応力記憶技術）は、ゲート電極からチャネルへ応力を加えてシリコンの結晶をひずませ、キャリア移動度を上げる局所ひずみ技術である。
層転写：層転写とは、あるウェーハ（ドナー基板）の表面近くにある薄い単結晶層や素子層を、貼り合わせによって別の支持基板へ移し替える工程である。
ソース・ドレイン形成：ソース・ドレイン形成とは、MOSトランジスタのゲートの両側に不純物を高濃度に含む領域を作り、電流の出入り口となる低抵抗の端子にする工程である。

工程の流れ

SEAJ工程図の前工程（インゴットからウェーハ検査まで）は、SEAJ 半導体製造工程前工程¹によると次の順に進む。括弧の工程は必要に応じて行う。

使う装置

ウェーハプロセス用処理装置
その他処理装置
ウェーハマーキング装置

同じ分類の工程

半導体設計、フォトマスク・レチクル、ウェーハ・基板製造、検査・計測、テスト、後工程

出典

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SEAJ 半導体製造工程前工程seaj.or.jp a b