書籍

東京大学　マテリアル工学専攻 / 教授　霜垣　幸浩　氏

【主旨】
　ALD（原子層堆積）法は、原子層サイクルで膜厚・組成を精密制御し、3次元立体構造等にも均一被覆できる技術です。ゲート絶縁膜、キャパシタ、配線バリア層に加え、コーティングなど多分野で実用化が進んでいます。供給→パージ→反応→パージ各工程は、吸着・表面反応といった速度論に支配され、最適化には体系理解が必須です。
　本テキストでは、ALDの基礎原理からプロセス最適化の考え方を一日で整理します。理想特性（自己終端反応、面内・深さ方向の均一性、ALD Window）を実現するための着目点と進め方を解説します。さらに、選択成長（ASD）の原理と開発方針に触れ、関連学会の最新動向も概説します。QCMなどのその場観察手法についても解説し、ALDをすぐに使えるようにするための情報を提供します。

【プログラム】
1    薄膜作製プロセス概論
　1.1    薄膜の分類と用途
　1.2    薄膜作製：ドライプロセスとウェットプロセス
　1.3    CVD（Chemical Vapor Deposition）プロセス速度論
　1.4    半導体集積回路（ULSI）の微細化・高集積化とALDプロセス採用の流れ
　1.5    その他のALD活用事例

2    ALDプロセスの概要・歴史・応用
　2.1    ALD（Atomic Layer Deposition）プロセスの概要
　2.2    ALD製膜特性（膜質，均一性，再現性，ステップカバレッジ）
　2.3    ALDプロセスの歴史的発展
　2.4    ALDプロセスの応用事例（最先端ULSI，DRAM，3D NAND等）
　2.5    ALD装置形態と装置・材料市場
　2.6    ALD製膜可能な材料と原料ガス
　2.7    ALE（Atomic Layer Etching）（原子層エッチング）
　2.8    ASD（Area Selective Deposition）（選択ALD）

3    ALDプロセスの理想と現実，最適化方針
　3.1    ALD Windowとは？
　3.2    物理吸着の影響と対策
　3.3    反応律速・吸着律速の影響と対策
　3.4    原料ガス脱離の影響と対策
　3.5    原料ガス熱分解の影響と対策

4    ALDプロセスの高スループット化と課題
　4.1    GPC（Growth per Cycle）とCT（Cycle Time）の最適化
　4.2    GPCに対する原料ガス吸着の立体障害効果
　4.3    ALD理想特性を発現させるための条件（蒸気圧と吸着特性）

5    理想的な原料ガス開発の指針
　5.1    蒸気圧推算の基礎
　5.2    COSMO-SAC法による蒸気圧推算
　5.3    COSMO-SAC法の修正と原料ガス蒸気圧推算結果
　5.4    ニューラルネットワークポテンシャルを利用した原子レベルシミュレーションによる原料ガス吸着特性の予測
　5.5    原料ガスの特性評価（DTA/TG測定）

6    ALD用反応ガス
　6.1    酸化剤の選び方
　6.2    窒化剤の選び方
　6.3    還元剤の選び方
　6.4    ALD Supercycle

7    QCMを用いたガス吸着特性の評価
　7.1    QCM（Quartz Crystal Microbalance）を用いたALDその場観察
　7.2    QCM（Quartz Crystal Microbalance）の基礎
　7.3    QCM測定の高精度化・高速化
　7.4    QCMによるTMA（トリメチルアルミニウム）の吸着特性評価（実例紹介）

8    ALDプロセスの初期核発生・成長と選択成長
　8.1    初期核発生とインキュベーションサイクル
　8.2    インキュベーションサイクルと選択成長
　8.3    光反射を利用した初期核発生・成長のその場観察，表面処理の影響

9    ULSI金属多層配線形成におけるALDの活用
　9.1    ULSI金属多層配線の課題と対策
　9.2    高信頼性多層配線形成へのASD（Area Selective Deposition）の活用
　9.3    Co薄膜のALD成長（原料ガス吸着特性と表面反応）
　9.4    高選択性ASD実現の基本方針
　9.5    表面処理とALEを活用した高選択性Co-ASDプロセス
　9.6    Cu配線密着層・バリヤ層としてのCoW膜ALD合成

10    ALD関連学会の情報
　10.1    応用物理学会（2025年9月開催）
　10.2    ALD/ALE2025国際学会（2025年6月開催）

【キーワード】
ALD（原子層堆積），ASD（選択成長），ALE（原子層エッチング），最適プロセス設計指針，原料ガス・反応ガス・装置の選び方，その場観察（QCM，分光測定）

【ポイント】
ALDの基礎から最前線までを一日で俯瞰します。ASD・ALEなどの原子層制御技術の基礎から応用まで，また，反応/原料ガスの選び方，装置選定の勘所，その場観察等を実例で解説します。明日から使えるALD最適化知識を持ち帰れます。

【習得できる知識】
ALDの基礎とALD Window，自己終端反応を理解し，反応/原料ガスと装置の選定，パルス・パージ・温度設計の優先順位，QCM等のその場計測の読み方，ASD/ALEの基本を実務で使える水準で身につけることができます。