半導体プロセスおよび装置：薄膜堆積プロセスおよび装置

薄膜堆積法とは、基板上にナノスケールの薄膜を堆積し、エッチングや研磨などの工程を繰り返して、多数の導電層または絶縁層を積層する技術です。各層には設計されたラインパターンが形成されます。このようにして、半導体部品や回路が複雑な構造を持つチップに集積されます。

薄膜堆積は主に 3 つのカテゴリに分けられます。

◈ 化学蒸着法（CVD） ◈ 化学蒸着法（CVD）

◈ 物理蒸着（PVD） ◈ 物理蒸着

◈ ALD（原子層堆積） ALD（原子層堆積）

以下では、これら3つのカテゴリーから薄膜堆積技術について詳しく見ていきます。

化学蒸着（CVD）プロセス

化学気相成長法（CVD）は、気体化合物の熱分解および／または反応によって基板表面に薄膜を形成します。CVD法で作製できる薄膜材料には、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物、および一部の金属化合物、合金などがあります。

物理蒸着（PVD）プロセス

真空条件下で、物理的手法を用いて、材料源（固体または液体）の表面物質を気体原子、分子、または部分的にイオンに電離させ、低圧ガス（またはプラズマ）プロセスを経て、基板表面に特殊機能を有する膜を堆積する技術です。物理蒸着法は、金属膜、合金膜だけでなく、化合物、セラミック、半導体、ポリマー膜なども堆積できます。

物理蒸着にもさまざまなプロセスがあります。

◈薄膜真空コーティング

◈PVDスパッタリング

◈ イオンコーティング

原子層堆積（ALD）プロセス

原子層堆積法（ALD）は、化学気相成長法（CVD）に基づく高精度の薄膜堆積技術であり、化学気相に基づいて単一の原子膜の形で基板表面に材料を層ごとに堆積します。

従来のCVDとは異なり、ALDの堆積プロセスでは、反応前駆体が交互に堆積され、新しい原子膜の化学反応が前の層と直接関係しているため、各反応では1層の原子のみが堆積されます。

各反応で堆積される原子層は1層のみであり、自己制御成長の特性を持つため、膜は基板上にピンホールなくコンフォーマルに堆積されます。そのため、堆積サイクル数を制御することで、膜厚を精密に制御できます。

ALDは、金属、酸化物、炭素（窒素、硫黄、ケイ素）化合物、様々な半導体材料、超伝導材料などの材料を堆積することができます。集積回路半導体の高集積化が進み、サイズもますます小型化しています。高誘電率（High k）ゲート媒体が従来のシリコン酸化物ゲートに徐々に取って代わり、アスペクト比もますます大きくなっています。これにより、堆積技術の段差被覆能力に対する要件がさらに厳しくなり、上記の要件を満たすことができる新しい堆積プロセスとして、ALDがますます使用されています。

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