CVD/ALDプロセスの反応解析、メカニズムとプロセス最適化

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る方法です。これは、流れ、熱、反応物質の輸送に気相・表面の化学反応が絡む現象であるため、難しく見えて来ます。 　そこで成膜装置で起きている化学反応と熱と流れの解析法、その場観察法、膜の分析法を紹介します。次に、それらを用いて成膜機構を解析し、設計し、検証した事例を紹介します。複雑に見えるプラズマ成膜の解析事例、排ガス管内堆積物から見える成膜現象、なども紹介します。これらは実務において、成膜装置全体で実際に生じている現象の全体像をとらえ、装置内の部材やセンサーなどが晒される状態を推定し、適切に検知して維持・管理に繋げることに繋がります。最後に、CVDプロセスを最適化する要点を議論します。装置、反応とプロセスを進歩させる契機になれば幸いです。

1. 序論
   1. MOSFETの構造と動作、半導体製造工程
   2. CVD法とALD法の原理、成膜理由、装置、事例、条件と要因
   3. 微細化と成膜方法の使い分け
2. 化学反応速度の基礎
   1. 化学反応の基礎と反応速度式の考え方
   2. 律速過程
3. 表面反応・気相反応
   1. 表面反応・気相反応
   2. 反応の場所、物性と膜質の関係
4. その場観察方法
   1. その場観察で得られる情報の例
   2. ガス採取場所の選択と注意
   3. 主な方法
      • 四重極質量分析法
      • 圧電性結晶振動子法
      • 赤外分光法
5. 膜の分析方法
   1. 膜厚・反応・膜質に関わる測定方法
   2. X線光電子分光法、 赤外分光法・ラマン分光法、二次イオン質量分析法、エネルギー分散型X線分光法
   3. 分析結果の解釈に困った時
6. 反応の場を考慮した反応解析事例
   1. 流れを把握する必要性、流れの方向と膜厚の関係
   2. CVD装置内のガス流れなど:観察例と数値計算例
   3. ガス密度による流れの違い (観察例と計算例)
   4. 成膜最低温度決定 (観察例)
   5. 装置の形とドーパント濃度分布 (実測と解析)
   6. 基板回転の効果
      • 膜厚平均化
      • 流れの引寄せによる成膜高速化
   7. ALD装置内の流れと熱 (数値解析例)
7. 膜分析とガス分析の活用事例
   1. 排ガス分析と数値解析による成膜反応とドーピング反応のモデル構築
   2. 前駆体相互作用の解釈、反応設計と検証の例
      • クロロシラン
      • メチルシラン
      • 三塩化ホウ素
   3. 炭化ケイ素成膜機構の例
   4. 窒化ガリウム成膜機構の例
   5. プラズマCVDによる多元系成膜の解析例 (成膜条件から結果を予測し難い理由)
8. 副生成物から推定される反応機構
   1. 排ガス管内堆積物
   2. クロロシランによるSiとSiCの成膜時の堆積物
9. 最適化の考え方
   1. 装置内全体の反応と堆積物
   2. 副生成物から推定される成膜反応状態
   3. 装置クリーニングと装置部材の耐腐食性
   4. 諸成膜要因の効果と活用
      • 温度
      • 濃度
      • 流量
      • 律速過程
      • 回転
   5. 解析・モデル化の進め方
      • 要因の発見
      • 法則と機構の決定
10. まとめ
• 質疑応答