半導体プロセス: 化学蒸着 (CVD)

半導体やFPDパネルディスプレイにおいて、薄膜の作製は重要なプロセスです。 薄膜 (TF、Thin Film) を作成するにはさまざまな方法がありますが、次の 2 つの方法が一般的です。

● CVD（化学蒸着）

● PVD (物理蒸着)

このうち、バッファ層/活性層/絶縁層はすべて、PECVD を使用して装置のチャンバー内で堆積されます。

● SiN 膜および Si/SiO2 膜の堆積には、特殊ガス SiH4/NH3/N2O を使用します。

● 一部の CVD 装置では、キャリアの移動度を高めるために水素化に H2 を使用する必要があります。

●NF3はクリーニングガスです。比較すると、F2 は毒性が高く、SF6 の温室効果は NF3 よりも高くなります。

半導体デバイスプロセスでは薄膜の種類が増えており、一般的なSiO2/Si/SiNに加え、W、Ti/TiN、HfO2、SiCなどもあります。

これは、さまざまな種類の薄膜を製造するために、半導体産業で使用される先端材料の前駆体が数多く存在する理由でもあります。

次のように説明します。

1. CVD の種類と一部の前駆体ガス

2. CVDの基本メカニズムと膜質

1. CVD の種類と一部の前駆体ガス

CVD は非常に一般的な概念であり、多くの種類に分類できます。。 一般的なものは次のとおりです。

● PECVD: プラズマ強化CVD

●LPCVD：減圧CVD

●ALD：原子層堆積

● MOCVD：有機金属CVD

CVD プロセス中、化学反応の前に前駆体の化学結合を切断する必要があります。

化学結合を切断するためのエネルギーは熱から発生するため、チャンバー温度は比較的高くなります。これは、パネルの基板ガラスやフレキシブル スクリーンの PI 材料などの一部のプロセスにとっては好ましくありません。したがって、温度を必要とする一部のプロセスに合わせてプロセス温度を下げるために他のエネルギー（プラズマの形成など）を投入することにより、熱バジェットも削減されます。

したがって、a-Si:H/SiN/poly-Si の PECVD 堆積は、FPD ディスプレイ業界で広く使用されています。一般的な CVD プリカーサーと膜:

多結晶シリコン/単結晶シリコン SiO2 SiN/SiON W/Ti WSi2 HfO2/SiC

CVD の基本メカニズムの手順:

1. 反応前駆体ガスがチャンバーに入る

2. ガス反応により生成される中間生成物

3. ガスの中間生成物が基板表面に拡散

4. 基板表面に吸着・拡散

5. 基板表面で化学反応が起こり、核生成・アイランド形成・膜形成

6. 副生成物は脱着され、真空ポンプで除去され、処理のためにスクラバーに入った後に排出されます。

前述したように、プロセス全体には拡散/吸着/反応などの複数のステップが含まれます。全体的な成膜速度は、温度/圧力/反応ガスの種類/基板の種類などの多くの要因によって影響されます。 拡散には予測のための拡散モデルがあり、吸着には吸着理論があり、化学反応には反応速度論があります。

プロセス全体において、最も遅いステップが全体の反応速度を決定します。これはプロジェクト管理のクリティカル パス手法に非常に似ています。最長のアクティビティ フローによって、最短のプロジェクト期間が決まります。このパスの時間を短縮するためにリソースを割り当てることで、所要時間を短縮できます。 同様に、CVD もプロセス全体を理解することで成膜速度を制限する重要なボトルネックを見つけ、パラメータ設定を調整して理想的な成膜速度を達成できます。

2. CVD膜品質の評価

フィルムには、平坦なもの、穴を埋めるもの、溝を埋めるものなどがあり、機能が大きく異なります。 商用 CVD 装置は、次の基本要件を満たしている必要があります。

●機械の処理能力、成膜速度

● 一貫性

●気相反応では粒子が生成されません。気相中で粒子を生成しないことが非常に重要です。

その他の評価要件は次のとおりです。

● 優れた段差被覆性

● 高アスペクト比のギャップを埋める能力 (適合性)

●膜厚均一性が良好です。

●高純度、高密度です。

● 低い膜応力による高い構造完成度

●電気特性が良好です。

●基材との密着性に優れています。