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プラズマCVD装置についての概要、用途、原理などをご説明します。また、プラズマCVD装置のメーカー14社一覧や企業ランキングも掲載しております。プラズマCVD装置関連企業の2025年3月注目ランキングは1位:ジャパンクリエイト株式会社、2位:新明和工業株式会社、3位:LAM RESEARCH CORPORATIONとなっています。
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1975年～1995年株式会社日立製作所勤務エネルギー研究所にて原子炉材料の放射線照射効果研究に従事。研究成果により、日本・米国原子力学会賞受賞。1996年～2015年同生産技術研究所にて半導体デバイスの環境中性子線起因ソフトエラー研究に従事。研究成
プラズマCVD装置とは、化学気相成長法の一種を行う装置です。
プラズマCVDはPlasma-Enhanced Chemical Vapor Depositionの略で、原料ガスを低温プラズマ状態 (陽イオンと電子に電離したグロー放電) にし、活性なイオンやラジカルを生成して基盤上で化学反応を起こし、堆積させて薄膜を形成します。
プラズマCVD技術は、切削工具の強化膜 (窒化チタン、窒化炭素、DLC (英: Diamond Like Carbon) ) 、半導体の絶縁膜・保護膜・配線・電極材料 (窒化シリコン、酸化シリコン、銅、アルミニウム、タングステン、多結晶シリコン、化合物半導体など) などに使われています。経済・産業発展の鍵を握るエネルギーの制御や供給を行うための高性能パワーデバイスへの活用も急速に広がっています。
プラズマCVD装置への供給ガスには通常、水素、窒素、アルゴン、アンモニアなどのキャリアガスに、SiH4 (シラン) 、WF6 (六フッ化タングステン) などの原料ガスを混入させたものを用いる場合が多いです。
二酸化ケイ素 (SiO2) はシリコンの酸化物です。電気絶縁性と熱安定性に優れており、半導体デバイス層間絶縁膜で使われています。
半導体の薄膜化により、電流が予定していない箇所から漏れ出してしまうリーク電流が発生しやすくなります。SiO2があることで、リーク電流の防止につながります。
窒化ケイ素 (Si3N4) はシリコンの窒化物です。強度や熱伝導率に優れており、熱量が多く発生するパワーデバイス向けの基板材料に用いられています。
窒素、アンモニアはSiH4とともに窒化物を形成する際に用いられているため、原料ガスの役割も持っています。一般的な半導体はメモリなど、演算や記憶に関する働きをします。一方パワーデバイスはダイオードのように、ためのものです。
炭化ケイ素 (SiC) はGaN (窒化ガリウム、ガン) 、AlGaNなどとともに化合物半導体の仲間でシリコンの炭化物です。Si3N4同様、強度や熱伝導率に優れていることから、SiのIGBTに代わってパワーデバイス向けで使われています。
シリコン化合物に比べて電力損失が少なく、装置の小型化につながります。
トランジスタのゲートはゲート酸化膜 (熱酸化で形成します) とゲート電極 (多くは多結晶シリコン) から形成されます。ゲート電極、ソース・ドレインのコンタクトに使われるタングステンプラグはプラズマCVDで形成されます。 (図3参照)
図1. プラズマCVD装置の基本構成
原料ガスは目的に応じて10-4～100Pa程度の幅のある減圧範囲から目的に応じた条件を選びます。最も一般的にプラズマ励起に用いられている電源周波数は13.56 MHz (RF:Radio Frequency) であり、放電形式は図1に示すように平行平板電極を用いた容量結合型になります。
並行平板の一方をプロセスガスを供給するシャワーヘッドに用いたり、一方にヒータを入れて温度調節したりする場合もあります。電源周波数、並行平板型以外の電極構造、原料ガスの組成、吐出量、温度など、コントロール可能なパラメータは多いです。そのため、無機物質から有機物質まで、様々な機能性を持たせた各種の薄膜の成膜が可能です。
図2. 半導体デバイス (メモリ) の基本構造
プラズマCDV装置は半導体デバイスの製造に多用されますが、例えばメモリデバイスの場合は、図2に示すように基板 (ウエハー) 上に形成されたMOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) の上に多層の複雑な配線層が形成され、層間絶縁膜で分離されています。
MOSFETのゲート電極、配線層、層間絶縁膜などの形成にプラズマCVD装置が主として用いられますが、成膜後に細かいパターン形成が必要です。パターン形成には、基本的には印刷技術が用いられ、図3に示すように以下の手順の繰り返しになります。
図3. 半導体デバイスの基本成膜プロセス
以上のプロセスを繰り返すことによって、図2に示したような半導体デバイスが形成可能です。
与えるエネルギーによって、プラズマCVD、熱CVD、光CVDに分類できます。
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
| 順位 | 会社名 | クリックシェア |
|---|---|---|
| 1 | ジャパンクリエイト株式会社 |
21.7%
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| 2 | 新明和工業株式会社 |
15.2%
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| 3 | LAM RESEARCH CORPORATION |
10.9%
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| 4 | Applied Materials, Inc. |
8.7%
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| 5 | 北野精機株式会社 |
6.5%
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| 6 | ミヤ通信工業株式会社 |
6.5%
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| 7 | 住友精密工業株式会社 |
6.5%
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| 8 | 大亜真空株式会社 |
6.5%
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| 9 | 株式会社マツボー |
4.3%
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| 10 | サムコ株式会社 |
4.3%
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