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半導体用語集

化学的気相成長法

英語表記：CVD : Chemical Vapor Deposition

　気相で薄膜を形成する方法の一つである化学的気相成長法を取りあげる。気相で成長する方法は他に、PVD（Physical Vapor Deposition）である蒸着やMBE（Molecular Beam Epitaxy）などがある。超高真空を必要とするMBEなどと異なり、CVDによる薄膜形成は比較的簡単な装置で目的とする組成の膜を高品質に、かつ大量に製造可能なため、poly-Si、窒化膜の形成、化合物半導体の有機金属気相成長（Metal Organic-CVD）、およびSiエピタキシャル成長など半導体産業では広く用いられている。
　ここではSi/Siエピタキシャル成長のCVDについて述べる。Si/Siエピタキシャル成長では加熱された単結晶基板上にSiCl₄、SiH₄、などのSiを含んだ化合物をH₂キャリアガスと一緒に供給し、Siを基板上に析出させる方法である。生ずる化学反応により、原料ガスとしてSiCl₄などを用いた場合の水素還元法、SiH₄などの熱分解法、および不均等化反応法があり、化学反応式は次式である。
　　　水素還元法 : SiCl₄ + 2H₂ → Si↓ + 4HCI
　　　熱分解法 : SiH₄ → Si↓ + 2H₂
　　　不均等化反応 : 2SiCl₂ (低温) ⇆ (高温) Si↓ + SiCl₄
　熱分解法、水素還元法は生産技術として実用化されているが、不均等化反応は反応の制御が難しいため実用化はされていない。ただし、シリンダ型エピタキシャル装置で原料ガスとしてSiCl₄を用いた場合に生ずる裏面エッチングなど実際の反応では、他の反応と競合して起こる場合がある。CVD法でのエピタキシャル成長速度の温度依存性は、低温での温度依存性の大きい表面反応律速領域と、高温での温度依存性の小さい拡散律速領域に分けられる。通常の成長では拡散律速領域を用いるため、成長速度は温度よりも成長ガス濃度に依存し、正確なガス流制御が必要となる。また、CVD法では、p型ではB₂H6、n型ではPH₃、AsH₃を反応系に導入することにより簡単にドーピング（エピタキシャル膜中に所望量のドーパントを入れること）が可能である。エピタキシャル膜中のドーパント濃度は供給ガス中のドーパント濃度にほぼ比例する。デバイスに必要とするエピ膜中のドーパント濃度は10¹⁴～10¹⁷ atoms/cm³ （0.1～100Ω・cm）なのでドーパント濃度はppb～ppmのオーダになり、非常に精密なガス濃度制御が必要である。

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