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。膜の分析においては組成だけでなく、何と何が結合しているかを知ることが大切であることを事例を基に強調します。

1. 序論
   1. MOSFETの構造と動作
   2. 電子デバイス構造形成工程
   3. CVD法とALD法の概要と特徴
   4. 薄膜形成理由
   5. 成膜装置
   6. 成膜工程
   7. 様々な成膜事例
      • GaN
      • Ga2O3
      • ダイヤモンド
      • ALD
   8. 微細化と成膜方法の使い分け
   9. 成膜条件と要因
   10. 成膜条件比較 (熱CVDとプラズマCVD)
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. 表面反応と気相反応
   2. 気相反応・物性などと膜質
   3. 成膜機構と表面形態
4. その場観察方法
   1. その場観察で得られる情報の例
   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. 反応・膜質に関わる測定方法
   3. X線光電子分光 (XPS) 法
   4. 赤外線分光 (FT-IR) 法
   5. 二次イオン質量分析 (SIMS) 法
   6. エネルギー分散型X線分光 (SEM-EDX) 法
   7. 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例
   3. 数値計算方法と計算例
   4. 流れを知る方法
   5. ガス密度 (種・濃度) でも流れは変わる
   6. ガス濃度、流れと温度分布 (計算)
   7. 圧電性結晶振動子によるその場測定
   8. 成膜最低温度
   9. 流れで膜質は変わる
   10. 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
   11. 縦流れと基板回転
       • 流れ
       • 温度
       • 濃度
       • 基板直径
       • 成膜速度
   12. 基板回転の効果と活用
   13. 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
   14. 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モデル構築
   3. 数値解析によるドーピング反応速度モデル構築
   4. 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)
   5. 前駆体の選択による反応系の工夫
   6. B成膜とSiB成膜:三塩化ホウ素+クロロシラン
   7. SiBC成膜:ホウ素、炭素とケイ素の相互作用
   8. 炭化ケイ素成膜機構の例
   9. GaN成膜機構の例
   10. 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:オクロロシランによる副生成物生成を減らす方法
   5. 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
9. 最適化の考え方
   1. 最適化の考え方
   2. CVD装置全体の反応と堆積物
   3. アクター内の汚れなどからわかる情報
   4. 不要堆積物に起因する障害
   5. 副生成物から分かること
   6. 最適化の前提
   7. 基板周辺の不要堆積物除去 (クリーニング)
   8. 装置耐腐食性材料の条件
   9. ガスの純度
   10. 諸要因の効果と活用
       • 濃度
       • 圧力
       • 温度
       • 流量
       • 律速過程
       • 基板回転
   11. 解析・モデル化の進め方
   12. 狭い空間で大面積成膜
10. まとめ
• 質疑応答