CVD装置・ALD装置における化学反応・プロセス・流れ解析と最適化

化学気相堆積 (CVD) 法と原子層堆積 (ALD) 法は、半導体をはじめとする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。これには、流れ、熱、反応物質の輸送に気相・表面の化学反応が並行するため、複雑な印象を受けてしまいます。 　そこで熱とプラズマの中で起きている化学反応と流れを観察し、解析することにより成膜機構を理解した事例、工夫した事例、排ガス管内堆積物から成膜機構を推定した事例などを紹介します。成膜装置全体で生じている現象の全体像を理解して実務に活かし、装置と工程の維持・管理・最適化に繋げることが可能です。装置、反応とプロセスを進歩させる入口になれば幸いです。

1. 序論
   1. CVD法とALD法の基礎
      • CVD法とALD法の原理
      • 成膜理由
      • 装置
      • 事例
      • 条件と要因
      • 反応励起方法
   2. 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. 諸要因と膜質
      • 反応の場所
      • 膜と基板
      • 温度環境
      • 格子定数
      • 熱膨張など
4. その場観察方法
   1. ガス採取場所の選択と注意
   2. 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
      • XPS
      • SIMS
      • EDX など
   2. 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. 流れの方向と膜厚の関係:観察例と数値計算例
   2. 装置の形と膜質
      • ドーパント濃度分布の実測と解析
   3. 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
   4. 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. 成膜とドーピングの反応機構構築
      • 排ガス分析
      • 数値解析
   2. 前駆体相互作用の解釈と反応設計
      • クロロシラン
      • メチルシラン
      • 三塩化ホウ素
   3. 炭化ケイ素と窒化ガリウムの成膜機構の例
   4. 多元系膜のプラズマCVD反応機構解析例
8. 副生成物から推定される反応機構
   1. 製膜装置内の場所と副生成物の特徴
   2. クロロシランによるSiとSiCの成膜時の副生成物
      • 危険性と解消法
9. 最適化の考え方
   1. 諸成膜要因の効果と活用
      • 温度
      • 濃度
      • 流量
      • 律速過程
      • 回転
   2. 装置内全体の反応状態と堆積物
      • 膜と副生成物
   3. 装置クリーニングと装置部材の耐腐食性
   4. 解析・モデル化の進め方
      • 要因の発見と機構の決定
10. まとめ
• 質疑応答