FEOL(Front-End of Line:前半プロセス)とBEOL(Back-End of Line:後半プロセス)は、ウェハファブ(前工程)内での半導体製造プロセスを分割する重要な概念です。FEOLはウェハへのトランジスタ形成(素子形成)までの工程を指し、BEOLはトランジスタ間を電気的に接続する多層配線(メタライゼーション)の形成工程を指します。両工程の間には、コンタクト孔形成などの中間プロセス(MOL:Middle of Line)が位置します。
FEOLの主要工程は、素子分離(STI:Shallow Trench Isolation)→ウェル形成(イオン注入)→ゲート絶縁膜形成(熱酸化・High-k成膜)→ゲート電極形成(メタルゲート置換:RMG)→ソース/ドレイン形成(イオン注入・アニール)→シリサイド形成です。先端ノードではFinFET・GAA(Gate-All-Around)トランジスタの微細加工が主要課題となります。
BEOLはコンタクト孔形成(タングステンプラグ)から始まり、銅ダマシン配線による多層メタル配線(M1〜M12以上)を形成する工程です。層間絶縁膜(ILD:Inter-Layer Dielectric)にはLow-k誘電体(比誘電率k<3.9)が使われ、配線間容量を低減します。各配線層の形成にはLow-k CVD成膜→フォトリソグラフィ→ドライエッチング→バリアメタルPVD→電解銅めっき→CMPという一連のダマシンプロセスを繰り返します。
FEOL・BEOL・MOLはそれぞれ異なる装置セットを必要とします。FEOLではイオン注入装置(Applied Materials・Axcelis)・熱処理炉・ALD/CVD成膜装置が主役です。MOLではコンタクトホールエッチング(Lam Research)・CVD(タングステン充填)・CMP装置が活躍します。BEOLでは銅ダマシン向けPVD/電解めっき(Applied Materials・Lam Research)・Low-k CVD(東京エレクトロン)・BEOLエッチング装置が主な装置です。
先端ノード(2nm以降)ではBEOLの微細化がFEOLと並ぶ主要ボトルネックになっています。配線ピッチの縮小(M0〜M1層で<20nm)に伴い、銅の抵抗率増大(表面散乱・粒界散乱)が問題となり、ルテニウム(Ru)・モリブデン(Mo)など代替配線材料の採用が進んでいます。さらに、裏面電源供給ネットワーク(BSPDN)などの三次元配線技術もFEOL/BEOL境界を再定義しつつあります。