集積回路は、多くの複雑で洗練された製造工程で構成されており、その中でも薄膜堆積は最も重要な技術の一つです。薄膜堆積の目的は、半導体デバイスに多層スタックを構築し、金属層間の絶縁を確保することです。複数の導電性金属層と誘電性絶縁層が、ウェーハ表面に交互に積層されます。その後、繰り返しエッチングプロセスによって選択的に除去され、3D構造が形成されます。
薄膜という用語は、通常、従来の機械加工では製造できない1ミクロン未満の厚さの膜を指します。これらの分子または原子膜をウェーハ表面に付着させるプロセスを堆積と呼びます。
基本的な原理に応じて、薄膜堆積技術は一般的に以下のように分類されます。
化学気相成長（CVD）
物理気相成長（PVD）
原子層堆積（ALD）
薄膜技術の進化に伴い、ウェーハ製造のさまざまな工程に対応するために、さまざまな堆積システムが登場しています。
PVDは、物理的な手段を用いてターゲット材料（固体または液体）を原子または分子に蒸発させ、それらを部分的にイオン化し、低圧ガスまたはプラズマを介して輸送して、機能性膜を基板上に堆積させる真空ベースのプロセスのグループを指します。
一般的なPVD方法には以下が含まれます。
蒸着
スパッタリング
アークプラズマ堆積
イオンプレーティング
分子線エピタキシー（MBE）
PVDの特徴は次のとおりです。
高い膜純度
安定した膜質
低い処理温度
高い堆積速度
比較的低い製造コスト
PVDは主に金属膜の堆積に使用され、絶縁膜には適していません。その理由は、正イオンが絶縁ターゲットを衝突させると、運動エネルギーがターゲット表面に伝達されますが、正イオン自体は表面に蓄積するからです。この電荷蓄積は電界を生成し、入射イオンを反発させ、最終的にスパッタリングプロセスを停止させます。
真空環境下で、ターゲット材料が加熱され、蒸発します。原子または分子は表面から蒸発し、真空中で最小限の衝突で移動し、基板上に堆積します。一般的な加熱方法には以下が含まれます。
抵抗加熱
高周波誘導
電子ビーム、レーザービーム、またはイオンビーム照射
真空中で、高エネルギー粒子（通常はAr⁺イオン）がターゲット表面に衝突し、原子が放出され、基板上に堆積します。
イオンプレーティングは、プラズマを使用してコーティング材料をイオンと高エネルギー中性原子にイオン化します。負のバイアスが基板に印加され、イオンを引き付けて堆積させ、薄膜を形成します。
CVDは、化学反応を利用して薄膜を堆積させます。反応ガスが反応チャンバーに導入され、熱、プラズマ、または光を使用して活性化されます。これらのガスは化学的に反応して、基板上に所望の固体膜を形成し、副生成物はチャンバーから排出されます。
CVDには、条件に応じて多くのバリアントが含まれます。
大気圧CVD（APCVD）
低圧CVD（LPCVD）
プラズマCVD（PECVD）
高密度PECVD（HDPECVD）
有機金属CVD（MOCVD）
原子層堆積（ALD）
CVD膜は一般的に以下を示します。
高純度
優れた性能
これは、チップ製造における金属、誘電体、および半導体膜の製造における主流の方法です。
大気圧および400〜800 °Cで実行され、以下のような膜の製造に使用されます。
単結晶シリコン
多結晶シリコン
二酸化ケイ素（SiO₂）
ドープSiO₂
>90nmプロセスで適用され、以下を製造します。
SiO₂、PSG/BPSG
窒化ケイ素（Si₃N₄）
ポリシリコン
28〜90 nmノードで広く使用され、誘電体および半導体材料を堆積させます。
利点：
低い堆積温度
高い膜密度と純度
より速い堆積速度
PECVDシステムは、APCVDおよびLPCVDと比較して、ファブで最も広く使用されている薄膜ツールになっています。
従来のCVDとは異なり、ALDは前駆体パルスを交互に繰り返します。各層は、以前に堆積された層との逐次的な表面反応によって形成されます。これにより、以下が可能になります。
原子スケールの厚さ制御
コンフォーマルカバレッジ
ピンホールフリー膜
ALDは、以下の堆積をサポートしています。
金属
酸化物
炭化物、窒化物、硫化物、シリサイド
半導体および超伝導体
集積密度が向上し、デバイスサイズが縮小するにつれて、高k誘電体がトランジスタゲートのSiO₂に置き換わっています。ALDの優れたステップカバレッジと正確な厚さ制御により、高度なデバイス製造に最適であり、最先端のチップ製造でますます採用されています。
(ここでは、コンフォーマリティ、厚さ制御、ステップカバレッジなどの比較表を挿入できます。)
(PVD vs. CVD vs. ALDの使用例を示す表を挿入します)
(堆積速度、温度、均一性、コストを比較する表を挿入します)
薄膜堆積技術の進歩は、半導体産業の継続的な発展に不可欠です。これらのプロセスはますます多様化し、専門化しており、集積回路製造におけるさらなる革新と洗練を可能にしています。
関連製品
SiCエピタキシャルウェーハシリコンカーバイド4H 4インチ6インチ高抵抗半導体産業
集積回路は、多くの複雑で洗練された製造工程で構成されており、その中でも薄膜堆積は最も重要な技術の一つです。薄膜堆積の目的は、半導体デバイスに多層スタックを構築し、金属層間の絶縁を確保することです。複数の導電性金属層と誘電性絶縁層が、ウェーハ表面に交互に積層されます。その後、繰り返しエッチングプロセスによって選択的に除去され、3D構造が形成されます。
薄膜という用語は、通常、従来の機械加工では製造できない1ミクロン未満の厚さの膜を指します。これらの分子または原子膜をウェーハ表面に付着させるプロセスを堆積と呼びます。
基本的な原理に応じて、薄膜堆積技術は一般的に以下のように分類されます。
化学気相成長（CVD）
物理気相成長（PVD）
原子層堆積（ALD）
薄膜技術の進化に伴い、ウェーハ製造のさまざまな工程に対応するために、さまざまな堆積システムが登場しています。
PVDは、物理的な手段を用いてターゲット材料（固体または液体）を原子または分子に蒸発させ、それらを部分的にイオン化し、低圧ガスまたはプラズマを介して輸送して、機能性膜を基板上に堆積させる真空ベースのプロセスのグループを指します。
一般的なPVD方法には以下が含まれます。
蒸着
スパッタリング
アークプラズマ堆積
イオンプレーティング
分子線エピタキシー（MBE）
PVDの特徴は次のとおりです。
高い膜純度
安定した膜質
低い処理温度
高い堆積速度
比較的低い製造コスト
PVDは主に金属膜の堆積に使用され、絶縁膜には適していません。その理由は、正イオンが絶縁ターゲットを衝突させると、運動エネルギーがターゲット表面に伝達されますが、正イオン自体は表面に蓄積するからです。この電荷蓄積は電界を生成し、入射イオンを反発させ、最終的にスパッタリングプロセスを停止させます。
真空環境下で、ターゲット材料が加熱され、蒸発します。原子または分子は表面から蒸発し、真空中で最小限の衝突で移動し、基板上に堆積します。一般的な加熱方法には以下が含まれます。
抵抗加熱
高周波誘導
電子ビーム、レーザービーム、またはイオンビーム照射
真空中で、高エネルギー粒子（通常はAr⁺イオン）がターゲット表面に衝突し、原子が放出され、基板上に堆積します。
イオンプレーティングは、プラズマを使用してコーティング材料をイオンと高エネルギー中性原子にイオン化します。負のバイアスが基板に印加され、イオンを引き付けて堆積させ、薄膜を形成します。
CVDは、化学反応を利用して薄膜を堆積させます。反応ガスが反応チャンバーに導入され、熱、プラズマ、または光を使用して活性化されます。これらのガスは化学的に反応して、基板上に所望の固体膜を形成し、副生成物はチャンバーから排出されます。
CVDには、条件に応じて多くのバリアントが含まれます。
大気圧CVD（APCVD）
低圧CVD（LPCVD）
プラズマCVD（PECVD）
高密度PECVD（HDPECVD）
有機金属CVD（MOCVD）
原子層堆積（ALD）
CVD膜は一般的に以下を示します。
高純度
優れた性能
これは、チップ製造における金属、誘電体、および半導体膜の製造における主流の方法です。
大気圧および400〜800 °Cで実行され、以下のような膜の製造に使用されます。
単結晶シリコン
多結晶シリコン
二酸化ケイ素（SiO₂）
ドープSiO₂
>90nmプロセスで適用され、以下を製造します。
SiO₂、PSG/BPSG
窒化ケイ素（Si₃N₄）
ポリシリコン
28〜90 nmノードで広く使用され、誘電体および半導体材料を堆積させます。
利点：
低い堆積温度
高い膜密度と純度
より速い堆積速度
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従来のCVDとは異なり、ALDは前駆体パルスを交互に繰り返します。各層は、以前に堆積された層との逐次的な表面反応によって形成されます。これにより、以下が可能になります。
原子スケールの厚さ制御
コンフォーマルカバレッジ
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ALDは、以下の堆積をサポートしています。
金属
酸化物
炭化物、窒化物、硫化物、シリサイド
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(ここでは、コンフォーマリティ、厚さ制御、ステップカバレッジなどの比較表を挿入できます。)
(PVD vs. CVD vs. ALDの使用例を示す表を挿入します)
(堆積速度、温度、均一性、コストを比較する表を挿入します)
薄膜堆積技術の進歩は、半導体産業の継続的な発展に不可欠です。これらのプロセスはますます多様化し、専門化しており、集積回路製造におけるさらなる革新と洗練を可能にしています。
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