ステップカバレッジは、フィルム成膜における重要な品質指標であり、材料が基板の複雑な地形をどれだけ効果的にコーティングできるかを定義します。これは、トレンチの側壁などのフィーチャー内部の膜厚と、平坦な開口部の膜厚を比較することによって数学的に決定されます。
主なポイント ステップカバレッジは、しばしばフィル能力と同義で使われ、不均一な表面全体にわたる成膜された膜の均一性を測定します。これは比率として計算されます。フィーチャー内部の膜厚を平坦部の膜厚で割ったもので、通常はパーセンテージで表されます。
フィル能力の仕組み
地形の定義
半導体および材料加工において、基板が完全に平坦であることは稀です。それらは地形を持ち、トレンチ、穴、ビア、側壁などの3次元フィーチャーを含みます。
均一性の課題
理想的には、成膜プロセスはすべての表面をまったく同じ厚さでコーティングするはずです。しかし、物理的な制約により、多くの場合、上面と比較して深いフィーチャー内部の膜は薄くなります。
「フィル能力」
この課題のため、ステップカバレッジはしばしばフィル能力と呼ばれます。この用語は、ギャップを残したり、著しく薄くなったりすることなく、これらの困難な地形構造を「充填」またはコーティングするプロセスの能力を表します。
ステップカバレッジの計算方法
標準的な比率
ステップカバレッジは特定の比率として定量化されます。フィーチャーの側壁または底面に堆積された膜厚を、開口部（「フィールド」とも呼ばれる）に堆積された膜厚で割ります。
計算式
計算は簡単です。 ステップカバレッジ (%) = (フィーチャー内の膜厚 / 開口部内の膜厚) × 100
具体的な例
標準的な業界参照資料で提供されているデータを使用します。 成膜プロセスにより、ウェーハの上面開口部に0.15 µmの膜が堆積されるが、トレンチの側壁に沿って0.1 µmしか堆積されない場合、計算は0.1を0.15で割ったものになります。
これにより、ステップカバレッジは67%になります。
要因とトレードオフの理解
成膜方法の影響
すべての成膜技術が同じステップカバレッジをもたらすわけではありません。選択された特定のメソッド、すなわちCVD、PVD、IBD、またはALDのいずれであっても、最終的な比率に大きな影響を与えます。
形状と方法
一部の方法は厳密に「直視型」であり、垂直な側壁をコーティングするのが困難なため、ステップカバレッジのパーセンテージが低くなります。他の方法は表面での化学反応に依存しており、通常はより高い「フィル能力」と100%に近い比率をもたらします。
比率の解釈
低いパーセンテージはカバレッジが悪いことを示し、デバイスの電気的断線や構造的弱点につながる可能性があります。100%に近いパーセンテージは優れた適合性を示し、側壁の膜厚が上面の膜厚とほぼ同じであることを意味します。
目標に合わせた適切な選択
プロセスを選択したり、膜の品質を分析したりする際には、ステップカバレッジを均一性のベンチマークとして使用してください。
- 複雑な地形が主な焦点である場合： 高いフィル能力で知られる方法（ALDやCVDなど）を優先し、比率が100%に近づくようにしてください。
- 単純で平坦なコーティングが主な焦点である場合： 側壁の膜厚がアプリケーションにとってそれほど重要でない場合、低いステップカバレッジ（PVDに典型的）を受け入れることができます。
最終的に、正確なステップカバレッジ計算により、デバイスの故障になる前にプロセスの制限を検出できます。
要約表：
| メトリック | 定義 | 重要性 |
|---|---|---|
| ステップカバレッジ | フィーチャー内の膜厚と平坦部の膜厚の比率 | 電気的および構造的完全性を決定します |
| 計算 | (フィーチャー内の膜厚 / 開口部内の膜厚) × 100 | 成膜の均一性とパフォーマンスを定量化します |
| フィル能力 | ギャップなしでトレンチ、ビア、側壁をコーティングする能力 | 高アスペクト比の地形フィーチャーに不可欠 |
| 理想的な目標 | 100%に近い | 一貫した保護と導電性を保証します |
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