半導体の単位：オングストローム

オングストロームとは何ですか?

オングストローム (記号: Å) は非常に小さな長さの単位で、主に原子と分子の間の距離やウェーハ製造における薄膜の厚さなど、微視的な現象のスケールを表すために使用されます。 1 オングストロームは \(10^{-10}\) メートルに相当し、0.1 ナノメートル (nm) に相当します。

この概念をより直観的に説明するために、次のアナロジーを考えてみましょう。人間の髪の毛の直径は約 70,000 ナノメートルで、これは 700,000 Å に相当します。地球の直径を 1 メートルと想像すると、1 Å は地球の表面にある小さな砂粒の直径に相当します。

オングストロームは、酸化シリコン、窒化シリコン、ドープ層などの極薄膜層の厚さを正確かつ便利に表現できるため、集積回路の製造において特に役立ちます。半導体プロセス技術の進歩により、厚さを制御する能力は個々の原子層のレベルに達し、この分野ではオングストロームが不可欠な単位となっています。

集積回路の製造では、オングストロームの使用が広範囲かつ重要です。この測定は、薄膜堆積、エッチング、イオン注入などの重要なプロセスで重要な役割を果たします。以下にいくつかの典型的なシナリオを示します。

1. 薄膜厚さの制御

酸化ケイ素 (SiO2) や窒化ケイ素 (Si3N4) などの薄膜材料は、半導体製造において絶縁層、マスク層、または誘電体層として一般に使用されます。これらのフィルムの厚さは、デバイスの性能に重大な影響を与えます。  

たとえば、MOSFET (金属酸化物半導体電界効果トランジスタ) のゲート酸化物層の厚さは通常、数ナノメートル、さらには数オングストロームです。層が厚すぎると、デバイスのパフォーマンスが低下する可能性があります。薄すぎると故障の原因となります。化学気相成長 (CVD) および原子層成長 (ALD) 技術により、オングストロームレベルの精度で薄膜を堆積でき、厚さが設計要件を確実に満たすことができます。

2. ドーピング管理  

イオン注入技術では、注入されたイオンの侵入深さと注入量が半導体デバイスの性能に大きく影響します。オングストロームは、注入深さの分布を表すためによく使用されます。たとえば、浅い接合プロセスでは、注入深さは数十オングストローム程度に浅くなる場合があります。

3. エッチング精度

ドライエッチングでは、下地の材料への損傷を避けるために、エッチング速度と停止時間をオングストロームレベルまで正確に制御することが不可欠です。たとえば、トランジスタのゲートエッチング中に過剰なエッチングが行われると、性能が低下する可能性があります。

4. 原子層堆積（ALD）技術

ALD は、一度に 1 原子層ずつ材料を堆積できる技術であり、通常、各サイクルで形成される膜厚はわずか 0.5 ～ 1 Å です。この技術は、高誘電率 (High-K) 材料で使用されるゲート誘電体などの超薄膜の構築に特に有益です。

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