成膜（deposition）は、物体の表面に特定の材料を用いてごく薄い膜を形成するプロセスです。
特に半導体チップの製造において、基板（ウェハ）の表面に薄膜を形成する工程は、デバイスの性能や機能を左右する重要なプロセスです。
本記事では、成膜の基本概念、主な成膜法、そしてそれぞれの手法の特徴と応用について詳しく解説します。
成膜の基本概念
成膜の定義
成膜（deposition）とは、物体の表面に非常に薄い膜を形成する技術を指します。
これは半導体製造だけでなく、多くの工業プロセスで利用されており、基板上に金属や絶縁体などの薄膜を形成することで、電気的な特性や物理的な特性を付与します。
半導体製造における成膜
半導体チップの製造では、シリコンなどでできた薄い円形のウェハを用いて、金属や絶縁体の薄膜を形成します。この薄膜が回路の一部として機能し、回路パターンを形成するために感光剤を塗布し、マスクを通して露光することで回路の形が得られます。
このプロセスを繰り返すことで、立体的な構造を持つ素子が作成されます。
成膜法の種類
成膜法には大きく分けて液相成膜（湿式）と気相成膜（乾式）の2種類があります。
それぞれの方法には異なる特徴と応用があります。
気相成膜法
気相成膜法は、主に真空中や気体中で成膜を行う方法です。代表的な手法には以下のものがあります：
CVD（Chemical Vapor Deposition/化学蒸着）
CVD（Chemical Vapor Deposition）は、化学反応を利用して薄膜を形成する手法です。
気体の材料を容器に充填し、加熱や加圧によって基板表面と化学反応を引き起こします。CVDにはいくつかのバリエーションがあります：
- 熱CVD: 加熱によって化学反応を制御する手法で、一般的に広く使用されています。
- 光CVD: 光を照射して反応を促進する手法で、特定の材料や条件下で用いられます。
- プラズマCVD: プラズマを用いて材料を活性化し、薄膜を形成する手法です。
PVD（Physical Vapor Deposition/物理蒸着）
PVD（Physical Vapor Deposition）は、物理的な現象を利用して薄膜を形成する手法です。
主に真空中で成膜物質を蒸発させて基板に定着させます。PVDの代表的な手法には以下があります：
- 蒸発蒸着: 成膜物質を真空中で蒸発させて基板に定着させる最も歴史的な手法です。
- イオンプレーティング: 蒸発した物質をプラズマでイオン化し、基板に高速で衝突させて膜を形成します。
- スパッタリング: イオン化した不活性ガスを固体材料表面に叩きつけ、材料原子を基板にぶつける手法です。
- 分子線エピタキシー（MBE）: 高真空下で蒸発した材料を基板に向けて直接打ち込む精密な成膜法です。
成膜法の選択と応用
成膜法の選択は、基板や膜の組成、必要な特性に応じて決定されます。
CVDとPVDはそれぞれ異なる特性を持ち、材料や用途によって使い分けられます。
例えば、CVDは高い均一性を持つ膜を形成するのに対し、PVDは高い精度で厚膜を形成できる特性があります。
まとめ
成膜（deposition）は、半導体製造や多くの工業プロセスで重要な役割を果たしています。
気相成膜法と液相成膜法の2つの主要な手法があり、それぞれが特定の条件や目的に応じて利用されます。
CVDやPVDといった手法の特性を理解し、適切に選択することで、より高性能で信頼性の高いデバイスを製造することが可能です。