結論：ALD（原子層堆積）とCVD（化学気相成長）の違いは？
ALDとCVDの最大の違いは「自己制限反応の有無」です。ALDは前駆体と反応ガスを交互にパルス供給し、1サイクルで1原子層ずつ積み上げるため、Å（オングストローム）精度の膜厚制御とアスペクト比50:1以上の深孔でも均一な被覆を実現します。CVDは原料ガスを同時供給して連続成膜するため高速ですが、膜厚制御は数nm〜μmオーダーが中心です。
比較表
| 観点 | ALD（原子層堆積） | CVD（化学気相成長） |
|---|---|---|
| 反応メカニズム | 前駆体Aの自己飽和吸着→パージ→反応ガスBの自己飽和反応→パージ（1サイクルで1原子層） | 原料ガスを同時または準連続に供給し、気相反応で連続成膜 |
| 膜厚制御精度 | GPC（Growth per Cycle）×サイクル数でÅ〜サブnm精度の制御が可能 | 成膜時間・ガス流量・温度で制御。通常数nm〜μmオーダー |
| 段差被覆性 | アスペクト比50:1以上の深孔・深溝でも均一被覆（自己制限のため） | PECVDはコンフォーマルだが高ARには限界。HDPCVD等は穴埋めに特化 |
| 成膜温度 | Thermal-ALD：150〜400°C。Plasma-ALD（PEALD）：室温〜200°C | PECVD：200〜450°C。LPCVD：550〜900°C（膜種による） |
| スループット | サイクル数の積み上げが必要（薄膜が前提。数nm〜20nmなら許容範囲） | 連続成膜のため中〜高スループット。PECVD枚葉機で200 WPH以上も可能 |
| 適用膜種 | HfO₂・Al₂O₃（High-k絶縁膜）・TiN・TaN（バリア）・ZrO₂・3D NAND層間絶縁膜 | SiO₂（ILD・STI）・Si₃N₄・W-plug・poly-Si・FSG（フッ素添加酸化膜） |
| 膜の均一性（WiW） | サイクル制御で極めて高い面内均一性（±1%以下） | 良好だが膜種・機種により差がある（±2〜5%程度） |
| 代表装置メーカー | ASM International（Eagle/Emerald）・Applied Materials（Olympia ALD）・Lam Research・TEL | Applied Materials（Centura）・Lam Research・TEL（Trias）・Kokusai Electric |
ALDがFinFET・3D NANDに不可欠な理由
FinFETトランジスタではゲートの三次元フィン形状を均一に覆うゲート絶縁膜（HfO₂：High-k）とゲートメタル（TiN）が必要で、アスペクト比が高くCVDでは均一性に限界が出ます。ALDは自己制限反応でフィンの上面・側面・底部を均一に被覆できるため不可欠です。3D NAND（64〜200層以上）では高アスペクト比のセルホールにSiO₂/Si₃N₄積層膜を均一成膜する必要があり、ALDが主力プロセスとなっています。
Plasma-ALD（PEALD）とThermal-ALDの違い
Thermal-ALD（熱ALD）は熱エネルギーのみで自己制限反応を起こすため、比較的高温（150〜400°C）が必要です。Plasma-ALD（PEALD：プラズマ強化ALD）はプラズマで反応種を活性化し室温〜200°Cの低温成膜を実現します。PEALDは金属配線後の低温工程でも使えるため、銅配線のバリアメタル（TaN）成膜やBEOL工程での採用が広がっています。一方、プラズマによる膜・基板へのダメージリスクを管理する必要があります。
ALDとCVDの使い分けの目安
極薄膜（<5nm）または高アスペクト比構造（AR>10:1）にはALDを選択するのが原則です。具体的には：ゲート絶縁膜（HfO₂：1〜3nm）→ALD、バリアメタル（TiN/TaN：数nm）→ALD、STI埋め込み（>100nm SiO₂）→HDPCVD/PECVD、W-plug（>50nm）→W-CVD（WF₆系）、3D NANDの積層絶縁膜（数〜数十nm×100層超）→ALDが標準的な使い分けです。