CVD・ALD装置の反応プロセス解析事例と展開

化学気相堆積 (CVD) 法と原子層堆積 (ALD) 法は、様々な薄膜を形成する際に広く用いられています。これらには、流れ、熱、反応物質の輸送に気相・表面の化学反応が複雑に絡むため、難しく見える方法です。 　そこでCVD装置内の現象を解析するために、化学反応速度と熱流体の基礎をはじめに紹介します。原子層堆積 (ALD) 装置の流れ解析についても紹介します。 　次に、実験的に化学反応の様子を観察・測定した例、成膜条件と得られた膜の関係から反応を推定した例、表面反応速度の理論上限を超える工夫をした例、プラズマCVDの反応を観察し解析した例、副生成物から見える情報、などを紹介します。最後に、CVDとALDのプロセスを最適化するための要点を整理します。

1. 序論
   1. CVD法とALD法の概要と特徴
   2. 薄膜形成理由
   3. 成膜装置・成膜条件・要因
2. 化学反応の基礎
   1. 反応速度、反応次数と速度定数
   2. 反応速度式の作り方
   3. 律速過程
3. 表面反応・気相反応
   1. 主反応過程と膜質
4. その場観察方法
   1. その場観察で得られる情報
   2. ガス採取場所の注意
   3. 四重極質量分析 (QMS) 法
   4. 圧電性結晶振動子によるその場測定
   5. 赤外吸収 (FT-IR) 法
5. 膜分析方法
   1. 膜厚 (成膜速度) 測定
   2. X線光電子分光 (XPS) 法
   3. 二次イオン質量分析 (SIMS) 法
   4. エネルギー分散型X線分光 (SEM-EDX) 法
   5. 分析結果の解釈に困ったとき
6. 反応の場 (装置:流れ、熱と反応) を考慮した解析
   1. 流れを把握する必要性
   2. CVD装置内のガス流れ観察と数値計算
   3. 流れを知る方法
   4. ガス密度 (種・濃度) でも流れは変わる
   5. ガス濃度、流れと温度分布 (計算)
   6. 圧電性結晶振動子によるその場測定:成膜最低温度
   7. 流れで膜質は変わる
   8. 水平流れと基板回転
      • 流れ
      • 濃度
      • 成長速度
      • 膜厚
      • 回転による平均化
   9. 縦流れと基板回転
      • 流れ
      • 温度
      • 濃度
      • 基板直径
      • 成膜速度
   10. 基板回転の効果と活用
   11. CVD反応器の形状と操作が成膜速度分布・膜質に及ぼす影響
   12. 原子層堆積 (ALD) 装置内の流れと熱 (低圧時と反応圧力時)
7. 膜とガスの分析に基づく反応解析とモデル化例
   1. 質量分析による反応解析と速度モデル構築
   2. 数値解析による反応速度とドーピング反応速度モデル構築
   3. 反応設計と解析、成膜速度上限を超える工夫 (並列ラングミュア過程)
   4. 三塩化ホウ素+クロロシラン
   5. ホウ素、炭素とケイ素の相互作用
   6. 多元系プラズマCVD機構の解析
8. 副生成物から推定される反応例
   1. 排ガス管内堆積物:Si微粉
   2. 副生成物から推定される反応
   3. 排ガス管内堆積物:クロロシランによるSiとSiC成膜
   4. 排ガス管内堆積物:クロロシランによる副生成物の分解除去
   5. リアクター内の汚れなどからわかる情報
   6. 不要堆積物に起因する障害
   7. 副生成物から分かること
9. 最適化の考え方
   1. 諸要因の効果と活用
   2. 最適化
10. まとめ
• 質疑応答