3つの一般的なCVD技術の紹介

化学蒸着（CVD）は、広範囲の絶縁材料、ほとんどの金属材料、金属合金材料など、さまざまな材料を堆積するための半導体業界で最も広く使用されている技術です。

CVDは伝統的な薄膜製造技術です。その原理は、気体状の前駆体を用いて、原子と分子間の化学反応によって前駆体中の特定の成分を分解し、基板上に薄膜を形成することです。CVDの基本的な特徴は、化学変化（化学反応または熱分解）であること、膜中のすべての物質が外部から供給されること、反応物質が気相の形で反応に関与する必要があることです。

低圧化学気相成長法（LPCVD）、プラズマ強化化学気相成長法（PECVD）、高密度プラズマ化学気相成長法（HDP-CVD）は、3つの一般的なCVD技術であり、材料の堆積、機器要件、プロセス条件などに大きな違いがあります。以下は、これら3つの技術の簡単な説明と比較です。

1. LPCVD（低圧CVD）

原理：低圧条件下でのCVDプロセス。その原理は、真空または低圧環境下で反応ガスを反応室に注入し、高温でガスを分解または反応させ、基板表面に堆積した固体膜を形成することです。低圧によりガスの衝突と乱流が減少するため、膜の均一性と品質が向上します。LPCVDは、二酸化ケイ素（LTO TEOS）、窒化ケイ素（Si3N4）、ポリシリコン（POLY）、リンケイ酸ガラス（BSG）、ホウリンケイ酸ガラス（BPSG）、ドープポリシリコン、グラフェン、カーボンナノチューブなどの膜に広く使用されています。

特徴：

▪ プロセス温度：通常は500〜900°Cの間で、プロセス温度は比較的高くなります。
▪ ガス圧力範囲：0.1〜10 Torrの低圧環境。
▪ フィルム品質：高品質、均一性良好、密度良好、欠陥少。
▪ 堆積速度：堆積速度が遅い。
▪ 均一性：大型基板に適しており、均一な堆積が可能です。

利点と欠点:

▪ 非常に均一で高密度の膜を堆積できます。
▪ 大型基板でも良好なパフォーマンスを発揮し、大量生産に適しています。
▪ 低コスト
▪ 高温のため、熱に弱い素材には適していません。
▪ 堆積速度が遅く、出力が比較的低くなります。

2. PECVD（プラズマCVD）

原理：プラズマを用いて気相反応を低温で活性化し、反応ガス中の分子をイオン化・分解することで、基板表面に薄膜を堆積します。プラズマのエネルギーは反応に必要な温度を大幅に下げることができ、幅広い用途に用いられます。様々な金属膜、無機膜、有機膜を作製できます。

特徴：

▪ プロセス温度: 通常 200 ～ 400°C の間で、温度は比較的低くなります。
▪ ガス圧力範囲: 通常、数百 mTorr から数 Torr。
▪ 膜の品質: 膜の均一性は良好ですが、プラズマによって欠陥が生じる可能性があるため、膜の密度と品質は LPCVD ほど良好ではありません。
▪ 堆積速度：高速度、高生産効率。
▪ 均一性: 大型基板では LPCVD よりわずかに劣ります。

利点と欠点:

▪ 薄膜を低温で堆積できるため、熱に弱い材料に適しています。
▪ 堆積速度が速く、効率的な生産に適しています。
▪ 柔軟なプロセス、プラズマパラメータを調整することでフィルム特性を制御できます。
▪ プラズマによりピンホールや不均一性などのフィルム欠陥が発生する可能性があります。
▪ LPCVD と比較すると、膜密度と品質が若干劣ります。

3. HDP-CVD（高密度プラズマCVD）

原理：特殊なPECVD技術。HDP-CVD（ICP-CVDとも呼ばれる）は、従来のPECVD装置よりも低い堆積温度で、より高いプラズマ密度と品質を実現できます。さらに、HDP-CVDはイオンフラックスとエネルギーをほぼ独立して制御できるため、反射防止コーティングや低誘電率材料の堆積など、要求の厳しい膜堆積におけるトレンチやホールのフィリング能力が向上します。

特徴：

▪ プロセス温度：室温〜300℃、プロセス温度は非常に低いです。
▪ ガス圧力範囲: 1～100 mTorr、PECVD よりも低い。
▪ 膜品質：高プラズマ密度、高品質膜、良好な均一性。
▪ 堆積速度: 堆積速度は LPCVD と PECVD の中間で、LPCVD よりわずかに高いです。
▪ 均一性: 高密度プラズマにより膜の均一性が優れており、複雑な形状の基板表面に適しています。