半導体用語集
選択CVD
英語表記：selective Chemical Vapor Deposition
薄膜堆積において、基板表面の違いによって、薄膜堆積速度が異なることを利用して、希望する場所のみに所望の薄膜を堆積させることを選択堆積（selective deposition）あるいは選択成長（selective growth）という。CVD法は、原料ガスの気相中と基板表面の化学反応を利用しており、原料ガスの基板表面の化学反応を利用して選択成長を実現することができる。真空蒸着やスパッタ法でも、基板表面に到達した原子の基板表面への吸着、マイグレーションなどの表面反応が成膜過程であるが、多くの場合選択堆積は困難である。これに対して、CVD法では、表面の化学反応を利用して希望する表面上のみへの選択堆積が可能である。
非常に単純な例では、WF₆を利用したWの選択CVDがある。2WF₆+Si → 2W↓+3SiF₄↓の反応を利用して、Si露出表面だけにWを堆積させることができる。この反応系では、Siを消費するので、Si内部にWが堆積し、いったんWで覆われた表面上にはWが堆積しないので、膜厚が飽和してしまい、現実のウェハプロセスでは利用されていない。
金属CVDに関しては、選択堆積は多くの場合、導電性基板表面には堆積し、非導電性の表面上には堆積しない現象を利用している。W、Al、Cuなどでは選択堆積が可能である。メカニズムについては、(1)表面の未結合手の密度の差、(2)表面反応に基礎する基板表面の自由電子の有無など、反応系によって異なるのが一般的である。エピタキシャル成長では、基板表面の面方位によって成長速度が異なるので、膜厚が極端に薄い場合は実質的に選択成長も可能である。
多層配線形成プロセスにおいて、選択CVDが期待されている部分は、図1に示す微細孔への埋め込み技術である。このような微細孔埋め込みに選択堆積を利用する時の問題は、希望する表面以外にも薄膜あるいは殻が堆積してしまう現象である。選択崩れといわれる。ウェハプロセスにおいて、現在利用されているW-CVDは、選択堆積とブランケッ卜堆積の両方が精力的に開発が進められたが、現実に利用されているのは、ブランケット堆積である。これは、量産レベルで選択崩れを解消できなかったことによるといわれている。近年、CMP（Chemical Mechanical Polishing）技術が開発された。CMP技術を利用すると、選択崩れによって堆積してしまった核を取り除くことが可能である。現実のブランケットCVDで埋め込んだ場合は、絶縁膜表面の不要な金属膜をすべて取り除いているが、非常に無駄な工程である。これに対して、選択崩れ部分のみをCMPを利用する場合は、CMPにかかる負担も減少するので、再度選択堆積を利用した埋め込み技術を検討する必要がある。
絶縁物薄膜について、「導電性表面上には堆積し、絶縁物表面には堆積しない」、あるいはこの逆の「導電性表面上には堆積せず、絶縁物表面には堆積する」という選択堆積が考えられるが、これまでに金属CVDで報告されたようなクリアな選択堆積は実現されていない。絶縁膜の選択CVDが可能であるならば、多層配線工程の簡略化に貢献できる可能性があり、今後検討する価値があると思われる。
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