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CVD（化学気相成長）とは

THEME 02 パターン形成 · 成膜（CVD / ALD / PVD）Chemical Vapor Deposition
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CVD（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長）とは、原料を含むガスを反応室へ導入し、基板の表面で化学反応を起こして薄膜を作る成膜方式です。 気相から表面へ回り込んで反応するため、深い溝や穴の側壁と底も覆えます。

材料を気体で運ぶから、深い凹凸を覆える

Section titled “材料を気体で運ぶから、深い凹凸を覆える”

CVDは膜になる材料を気体として運び、反応室で化学反応を誘起して基板上へ薄膜を堆積させます1。半導体の製造工程では、回路を形成するための配線材料や絶縁膜の成膜に使われます。

気相の分子は溝の奥まで拡散してから表面で反応するため、入口だけが厚くなる度合いが小さくなります。そのためCVDは、層間絶縁膜、パッシベーション膜、バリア膜のように深い凹凸を覆う膜で選ばれます。

奥まで届いてから反応するので、溝の底と側壁も覆える
深い溝の断面 ── 気相の分子は奥まで入り込む基板気相の分子入口が厚くなる度合いは小さい表面で反応してできた膜溝の底と側壁にも膜がつく奥まで届いてから、そこで反応する気相の分子が溝の奥まで拡散し表面で化学反応を起こして膜になるだから深い凹凸を覆う膜で選ばれる層間絶縁膜・パッシベーション膜・バリア膜深い溝や穴の側壁と底も覆える
気相の分子が溝の奥まで拡散してから表面で反応するため、入口だけが厚くなる度合いが小さくなります。層間絶縁膜やバリア膜のように深い凹凸を覆う膜でCVDが選ばれるのはこのためです。

形式は、反応を進めるエネルギーの与え方で4つに分かれる

Section titled “形式は、反応を進めるエネルギーの与え方で4つに分かれる”

代表は、熱で進める形式、圧力を下げて均一性を上げる形式、プラズマで反応を促進する形式、有機金属を前駆体に使う形式の4つです。この分類が、そのまま装置の形と適用工程を決めます。

CVD の分類 ─ エネルギーの与え方と圧力で形式が別になります
CVD気相の原料が表面で反応する熱CVD基板の熱で反応常圧〜減圧中〜高温膜質が安定するLPCVD熱＋圧力を下げる減圧中〜高温面内均一性が高いPECVDプラズマで促進減圧低〜中温熱予算に余裕が要る時MOCVD有機金属を前駆体に常圧〜減圧高温GaN・GaAsのエピALD前駆体を交互供給減圧低〜中温サイクル数で膜厚左へ行くほど膜質と成膜レートが勝ち、右へ行くほど膜厚制御と段差被覆性が勝つALDはCVDから派生した手法にあたる
CVDは、反応を進めるエネルギーの与え方と圧力で形式が別になります。熱で進める形式は膜質が安定し、プラズマを使う形式は低い基板温度で膜がつきます。ALDは前駆体を時間で分けて交互に供給する派生形で、膜厚がサイクル数で決まります。

熱CVDは、基板を加熱して原料ガスの反応を進める最も基本の形式です。膜質が安定する一方で、基板温度が高くなるため、既に作り込んだ配線や素子の熱バジェットを圧迫します。

LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition、減圧CVD）は、反応室の圧力を下げてガスの平均自由行程を伸ばし、ウェーハ間および面内の膜厚均一性を高めます。縦型炉で多数枚を同時に成膜する形式が、SiNやポリシリコンの成膜で広く使われます。KOKUSAI ELECTRICのグループは、LP-CVD（減圧化学気相成膜）、酸化、アニール、拡散、ALDの各技術に対応した成膜プロセス装置を提供しています2。

PECVD（プラズマ支援CVD）は、プラズマで原料ガスを分解して反応を促進し、低い基板温度で膜を作ります。Oxford Instruments Plasma Technologyは、PECVDを多様な膜種の成膜に使われる確立した手法として挙げ、屈折率、応力、電気特性、ウェットエッチレートを制御項目とし、高品質なパッシベーション膜や高密度マスクの形成という用途を示しています3。配線工程のあとに絶縁膜を載せる場面では、この低温性が結果を左右します。

MOCVD（有機金属CVD）は、有機金属を前駆体に使い、GaNやGaAsなど化合物半導体のエピタキシャル成長を担います。パワー半導体、LED、光デバイスの製造で中心的な役割を持ちます。

段差被覆性は、分子がその場で反応する確率で決まる

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段差被覆性を左右するのは、表面へ届いた分子が「その場で反応する確率」です。この確率が高い原料は入口の側壁で先に消費され、溝の底へ届く量が痩せます。確率が低い原料は側壁で何度も跳ね返りながら奥へ入り、底まで行ってから反応します。被覆の形は、原料の選び方と表面温度でほぼ決まります。

液体原料を使うと、この確率を低い側へ振れます。サムコは、TEOSを原料に使うLSCVD法でステップカバレージと埋め込み特性に優れた成膜ができるとし4、一般的なアノードカップリング方式に加えて、世界で唯一カソードカップリング方式をラインアップしているとしています。カソード方式の利点としてサムコは、プラズマ中のイオンを積極的に利用できること、イオンエネルギーの制御による良好なカバレージ性、自己バイアスのイオンアシストによりアノード方式より低温で成膜できることを挙げ、TEOSとカソード方式の組み合わせでTSVの側壁絶縁膜を高アスペクト比のビアホール側壁にも低温で形成できるとしています。

サムコの液体ソースCVD装置は80〜400℃程度の低温で成膜でき、樹脂基板などへも載るとされています。セルフバイアス法による成膜速度は300nm/min以上です。ø300mmウェーハ対応のPD-330STCは5、カソードカップリング法で100nm/min以上かつ低ストレス、80℃からの低温成膜という帯を示しています。80℃という下限は、樹脂の上に絶縁膜を載せる用途で意味を持つ数字です。

PECVDは周波数を二段にして、応力を独立に振る

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PECVDでは、熱に加えてプラズマが原料を分解します。分解を担うのは主に電子で、成長中の膜を叩くのはイオンです。この二役を1つの周波数で調整するとレートと応力が同じ向きへ連動するため、周波数を二段にします。

周波数を二段にすると、応力を独立に振れます
13.56MHzだけ上部電極ラジカルウェーハラジカルが主に届きます13.56MHz ＋ 低い周波数上部電極イオンウェーハイオンが成長中の膜を叩きます分解と成膜レートが伸びます応力を振れる幅が狭いままです膜が緻密になり応力を振れます下地へのイオン衝撃を差し出しますサムコPD-2201LCは400kHz、Oxford PlasmaPro 100 PECVDは100kHzを13.56MHzへ重畳します
高い周波数は原料の分解を担い、重畳した低い周波数は成長中の膜をイオンで叩きます。低周波の比率を上げると膜が緻密になって応力が動く一方、下地が受けるイオン衝撃も増えます。

サムコのPD-2201LCは、従来の13.56MHzのプロセスに加えて400kHzを重畳した二周波プロセスに対応し、膜応力を効果的に制御できるとしています6。オプションとして2周波（13.56MHz＋400kHz）とVHF（27、40、60MHz）のプロセスにも対応します。装置側では、四方向排気構造による対称なガスフローで均一性を、試料搬送に連動した防着板の昇降機構でプラズマの閉じ込めを図り、ø8インチまでのウェーハ直接搬送と、小径ウェーハの多数枚同時成膜（ø2インチ×9枚、ø3インチ×5枚、ø4インチ×3枚）に対応します。

Oxford Instruments Plasma Technologyの装置も同じ設計を採ります3。上部電極をRFで駆動し、下部の基板電極はRFバイアス無しとし、基板を加熱した電極の上へ直接載せ、上部電極のシャワーヘッドからガスを入れます。同社は、高い周波数と低い周波数を混ぜる手法で膜応力を制御できるとし、PlasmaPro 100 PECVDでは13.56MHzと100kHzを上部電極へ加えて応力制御と膜の緻密化を実現するとしています。抵抗加熱電極は400℃または1200℃までです。

低周波を増やす向きでは、成長中の膜が受けるイオンの叩きが強くなり、膜が緻密になって応力が動きます。低誘電率膜（Low-k）のように膜中へ空隙を残したい膜では、この叩きが誘電率を上げる向きに働くため、逆に低周波を絞り、応力の制御幅を手放します。高周波側を上げる向きでは分解が進んでレートが伸びますが、パーティクルの素になる気相での重合も増えます。バイアス電力とRF電源・整合器の設定は、この二役の配分として持ちます。

バッチの枚数と炉の作り込みが、生産性を決める

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小径ウェーハでは、トレイに何枚載せるかが生産性を決めます。サムコのPD-3800Lは、ø360mmの大面積トレイに小径ウェーハを多数枚設置して同時に成膜する量産用プラズマCVD装置で7、ø2インチ×26枚、ø3インチ×12枚、ø4インチ×7枚、ø6インチ×3枚を載せます。同社は独自の反応室構造による優れたトレイ面内均一性とバッチ間安定性をうたい、ロードロック室も搭載しています。同じ2インチでPD-2201LCは9枚、PD-3800Lは26枚なので、装置を変えれば1バッチの枚数が約2.9倍になり、原料の消費と面内分布の出方も変わります。

300mmの熱系では、KOKUSAI ELECTRICが反応炉を作り込んでいます2。Advanced TSURUGI Plus-Ⅲは、独自構造でローディング効果を低減して膜厚均一性を向上させ、反応ガスの置換効率を上げて成膜にかかる時間を短縮するとしています。Advanced TSURUGIの省フットプリント化は従来比マイナス10%です。ラージバッチ側ではAdvancedAce-Ⅱが同社比で最大1.75倍、QUIXACE-Ⅱが最大1.25倍で、200mm世代のVERTEX Revolutionには高生産性炉175枚と低天井対応炉100枚のオプションがあります。

膜質を後から直す装置もあります。同社のトリートメント装置は、形成した薄膜へプラズマや熱を加えて膜中の不純物を除き、膜質を改善します。枚葉トリートメント装置MARORAは、独自のMMT方式で約1eVの低電子温度のプラズマを効率良く作り、プラズマダメージフリーなプラズマ処理を実現するとしています。同社は生産性を従来モデルの最大2倍としています。約1eVという電子温度は、膜へのイオンの叩きを抑えたい場面で意味を持つ数字です。

屈折率、応力、エッチレートで膜質のずれを追う

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膜厚と屈折率は膜厚測定とエリプソメトリで同時に取ります。屈折率は組成と密度の代理指標になるため、同じ膜厚でも屈折率がずれた方向は膜質がずれた方向です。応力は反りとして成膜前後の差分で測ります。ウェットエッチレートは膜の疎密を映し、PECVDの制御項目でもあるため、レシピの当たり方を見立てる指標になります。段差被覆性は断面のステップカバレッジとして実測し、溝の底のボイドも併せて確かめ、SPCの管理図へ載せます。

この用語に対応する装置と製造メーカー

Section titled “この用語に対応する装置と製造メーカー”

装置カタログDBから、この用語に一致する製品familyを持つメーカー 5社／6family を引いています。 各行は各社の公式製品ページを出典とします。 DBからの生成日: 2026-09-03

出典は各社の公式製品ページです。 装置カタログDB では、同じ製品familyを工程・メーカー横断で検索できます。

関連するデータ・ツール

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よくある質問（FAQ）

Section titled “よくある質問（FAQ）”
CVDとは何ですか？

CVD（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長）は、原料を含むガスを反応室へ導入し、基板の表面で化学反応を起こして薄膜を作る成膜方式です。必要な材料をガスで運び、化学反応を誘起して基板上へ薄膜を堆積させます。

CVDにはどんな種類がありますか？

反応を進めるエネルギーの与え方と圧力で別になります。熱CVDは基板の熱で反応させ、LPCVD（減圧CVD）は圧力を下げて均一性を高めます。PECVD（プラズマ支援CVD）はプラズマで反応を促進して低い基板温度で成膜し、MOCVD（有機金属CVD）は有機金属を前駆体に使って化合物半導体のエピタキシャル成長を担います。

CVDとPVDの違いは何ですか？

膜になるまでの経路が異なります。CVDは気相の原料が基板の表面で化学反応を起こして膜になり、PVDはターゲット材料から物理的に叩き出された粒子が飛来して積もります。CVDは表面反応で回り込むため段差被覆性に優れ、PVDはターゲット組成をほぼそのまま膜へ移せます。

CVDとALDの違いは何ですか？

原料の供給の仕方が異なります。CVDは原料ガスを同時に流して反応を連続させるため、膜厚は成膜レートと時間の積で決まります。ALDは前駆体と反応剤を交互に流し、各ステップが自己停止するため、膜厚はサイクル数で決まります。ALDはCVDから派生した手法です。

CVDでどんな膜を作りますか？

層間絶縁膜、パッシベーション膜、バリア膜、SiN、SiO₂、ポリシリコンなどで、深い凹凸を覆う必要のある膜で選ばれます。PECVDは高品質なパッシベーション膜や高密度マスクの形成にも使われます。

PECVDの二周波とは何ですか？

高い周波数と低い周波数を重ねて電極へ入れる方式です。サムコのPD-2201LCは13.56MHzに400kHzを重畳し、膜応力を効果的に制御できるとしています。Oxford Instruments Plasma TechnologyのPlasmaPro 100 PECVDは、13.56MHzと100kHzを上部電極へ加えて応力制御と膜の緻密化を実現します。

CVDはどのくらい低い温度まで下げられますか？

原料と方式で変わります。サムコの液体ソースCVD装置は80〜400℃程度で成膜でき、樹脂基板などへも載り、セルフバイアス法で300nm/min以上の高速かつ低ストレスの成膜ができるとしています。ø300mm対応のPD-330STCは80℃から成膜でき、成膜速度は100nm/min以上です。

CVD装置のメーカーはどこですか？

当サイトの装置カタログDBでは、CVDに一致する製品familyを持つメーカーを公式製品ページ単位で引けます。ラムリサーチ、KOKUSAI ELECTRIC、アルバック、Applied Materials、AIXTRON、Veeco、SAMCO、Oxford Instruments Plasma Technologyなどが該当します。

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出典

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    KOKUSAI ELECTRIC：製品kokusai-electric.com ab
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