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半導体で活躍する元素たち

半導体で活躍する元素たち
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基板・ベース
ドーパント（不純物）
配線・電極・メタル
絶縁膜（High-k等）
プロセス（ガス・装置等）
化合物半導体
実装・発光・次世代
汚染物質（大敵）
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【マスの見方】
14 28.1 Si シリコン 原子番号 ➡ ⬅ 原子量 元素記号 ➡ ⬅ 元素名
11.01H水素 【水素】
アニール工程で欠陥を修復したり、EUV露光装置内でスズの汚れを除去するクリーニングガスとして重要。
24.00Heヘリウム 【ヘリウム：冷却・プロセス用ガス】
プラズマエッチングやCVD装置において、ウエハを静電チャックで保持する際の裏面冷却ガスとして必須。反応性が低いためパージガスや真空リークテストにも用いられます。
36.94Liリチウム 【リチウム：アルカリ金属汚染物質】
Naと同様、酸化膜中を移動しトランジスタを破壊する「可動イオン」となるため製造工程では厳禁。一方でタンタル酸リチウム結晶などは通信用SAWフィルタ基板として重要です。
49.01Beベリリウム 【ベリリウム：化合物のドーパント】
MBE法でGaAsなどのIII-V族化合物を形成する際のp型ドーパント。また、酸化ベリリウムは熱伝導率が非常に高いため大電力デバイスの放熱基板として使われます。
510.8Bホウ素 【ホウ素 / ボロン】
P型半導体を作るための代表的なドーパント。電子の空席である正孔（ホール）を作る。
612.0C炭素 【炭素】
SiCパワー半導体として活躍。またリソグラフィで使うレジスト（有機物）の主成分でもある。
714.0N窒素 【窒素】
GaNなどの化合物半導体のほか、TiN（チタンナイトライド）などバリアメタルにも不可欠。
816.0O酸素 【酸素】
Siと結合し、極めて優秀な層間絶縁膜（SiO2）を形成する。
919.0Fフッ素 【フッ素】
シリコンや酸化膜を削るドライエッチングガス（CF4など）やチャンバ洗浄の主役。
1020.2Neネオン 【ネオン】
露光装置（ArF/KrFエキシマレーザー）の発振を安定させるための重要なバッファガス。
1123.0Naナトリウム 【ナトリウム：致命的な汚染物質】
半導体製造で最も警戒される大敵。酸化膜中を動き回りトランジスタの動作不良を引き起こすため、クリーンルームでは人体からの発汗を含め徹底的な排除が求められます。
1224.3Mgマグネシウム 【マグネシウム：化合物のドーパント】
窒化ガリウム（GaN）を用いた青色LEDやパワー半導体の製造において、p型半導体領域を形成するための重要なドーパントとして使われます。
1327.0Alアルミニウム 【アルミニウム】
かつての配線材料の主役。現在は主に外部と接続するための電極パッド等で使用される。
1428.1Siシリコン 【シリコン】
半導体の主役。地球上で酸素に次いで豊富で、純度を極限（イレブンナイン）まで上げやすい。
1531.0Pリン 【リン】
N型半導体を作るための代表的なドーパント。自由に動ける電子を生み出す。
1632.1S硫黄 【硫黄】
モリブデン等と結びついた「MoS2（二硫化モリブデン）」は、シリコンの限界を超える原子レベルに薄い「2D半導体」として期待されている。
1735.5Cl塩素 【塩素】
金属配線やポリシリコンを削る際のドライエッチングガス（Cl2等）として活躍。
1839.9Arアルゴン 【アルゴン】
スパッタリング（物理的蒸着）で、ターゲット材料にぶつけて金属原子を弾き出す「弾丸」役。
1939.1Kカリウム 【カリウム：エッチング薬液】
致命的な可動イオン汚染物質ですが、KOH水溶液はシリコンを特定の角度で精密に削る「異方性ウェットエッチング」の薬液としてMEMSセンサ製造などで大活躍します。
2040.1Caカルシウム 【カルシウム：レンズ材料】
酸化膜を劣化させるため排除されますが、フッ化カルシウム（蛍石：CaF2）はArFエキシマレーザー露光装置などの紫外線を透過する貴重な光学レンズ材料となります。
2145.0Scスカンジウム
2247.9Tiチタン 【チタン】
TiNとしてCu等のバリアメタルや、金属同士の密着層として広く使われる。
2350.9Vバナジウム 【バナジウム：次世代素子材料】
通信GaN素子向けの「半絶縁性SiC基板」のドーパント。また二酸化バナジウム（VO2）は相転移の性質を持ち、脳神経を模した次世代デバイス材料として研究が盛んです。
2452.0Crクロム 【クロム：マスク材料・バリアメタル】
リソグラフィ工程の「フォトマスク」における石英ガラス上の遮光膜や、金属配線形成時の密着層（バリアメタル）として利用されます。
2554.9Mnマンガン 【マンガン】
次世代メモリMRAMの反強磁性層に使われるほか、Cu配線の拡散を防ぐ自己形成バリアの添加元素として研究が進む。
2655.8Fe鉄 【鉄】
チップを支えるリードフレーム（42アロイ等）の主成分。また次世代の不揮発性メモリ「MRAM」の磁性層としても不可欠。
2758.9Coコバルト 【コバルト】
先端プロセスのコンタクト材や、Cu配線が漏れ出さないためのキャップ材として活躍。
2858.7Niニッケル 【ニッケル】
Siと反応させて「ニッケルシリサイド」を作り、トランジスタと配線の繋ぎ目の抵抗を下げる。
2963.5Cu銅 【銅】
現代の主役配線材料。ダマシン法で形成される。抵抗が低いがSi中を拡散しやすい。
3065.4Zn亜鉛 【亜鉛】
ZnO（酸化亜鉛）として、ディスプレイの透明導電膜や薄膜トランジスタ（TFT）などに用いられる。
3169.7Gaガリウム 【ガリウム】
GaN（窒化ガリウム）やGaAsなど、高周波・高出力・発光デバイスの主役。
3272.6Geゲルマニウム 【ゲルマニウム】
半導体黎明期の主役。現在はSiGeとして電子の移動度を上げるための歪みシリコンや高速通信で活躍。
3374.9Asヒ素 【ヒ素】
N型ドーパント。P（リン）より重いため浅く打ち込みたい時に使われる。
3479.0Seセレン 【セレン：次世代半導体・太陽電池】
現在はCIGS薄膜太陽電池の光吸収層や、次世代の2次元半導体材料（遷移金属ダイカルコゲナイド：MoSe2など）として注目されています。
3579.9Br臭素 【臭素：ドライエッチングガス】
主に臭化水素（HBr）ガスの形でシリコンのドライエッチングに用いられます。高精度で垂直な異方性加工が可能なため微細加工に不可欠です。
3683.8Krクリプトン 【クリプトン】
微細加工に欠かせない「KrFエキシマレーザー（波長248nm）」の光源ガス。
3785.5Rbルビジウム 【ルビジウム：アルカリ金属汚染物質】
NaやKと同様、トランジスタを破壊するため厳重に排除されます。半導体プロセス外では、基地局等の正確な時刻同期を担う「ルビジウム原子時計」として電子産業を支えます。
3887.6Srストロンチウム 【ストロンチウム：高誘電率・基板材料】
チタン酸ストロンチウム等の形で利用。高誘電率のためDRAMキャパシタ材料として研究されたほか、酸化物半導体や超伝導薄膜の基板として重要です。
3988.9Yイットリウム 【イットリウム】
LEDの蛍光体（YAG）のほか、プラズマに耐える強靭なコーティング材（Y2O3）として製造装置のチャンバー内壁を守る。
4091.2Zrジルコニウム 【ジルコニウム】
Hfと並び、DRAMのキャパシタなどを支えるHigh-k（高誘電率）材料の代表格。
4192.9Nbニオブ 【ニオブ】
極低温で電気抵抗がゼロになる超伝導材料。最先端の「超伝導量子コンピュータ」の量子ビット作成に欠かせない。
4295.9Moモリブデン 【モリブデン】
次世代トランジスタの微細配線やメタルゲート材料として注目されている。
43(98)Tcテクネチウム
44101.1Ruルテニウム 【ルテニウム】
2nm以降の最先端プロセスにおいて、Cuに代わる次世代配線材料の最有力候補。
45102.9Rhロジウム 【ロジウム：温度センサー部品】
酸化炉やCVDなど1000℃超の高温プロセスを精密制御するため、白金ロジウム合金で作られた熱電対（温度計）として標準的に使われる、装置に不可欠な貴金属です。
46106.4Pdパラジウム 【パラジウム】
めっき処理の下地（シード層）など、後工程のパッケージング技術で重要な役割を果たす。
47107.9Ag銀 【銀】
高い導電性を活かし、チップを基板に接着する「銀ペースト」や鉛フリーはんだの添加剤など後工程で活躍。
48112.4Cdカドミウム 【カドミウム：化合物・量子ドット】
CdTeは薄膜太陽電池の材料。CdSeは発光色が変わる「量子ドット」として最先端ディスプレイに使われます。毒性が高いためRoHS指令で厳格に管理されています。
49114.8Inインジウム 【インジウム】
InGaAsなど化合物半導体の材料。極めて高い電子移動度を持つ。
50118.7Snスズ 【スズ】
EUV露光装置でプラズマ化させ13.5nmの光を生み出す源。また、実装用はんだの主成分でもある。
51121.8Sbアンチモン 【アンチモン】
N型ドーパント。またTe等と結びつき、相変化メモリ（PCM）の材料としても使われる。
52127.6Teテルル 【テルル】
Ge、Sbと組み合わせた「GST」として、熱で抵抗値が変わる次世代不揮発性メモリの記録層に。
53126.9Iヨウ素 【ヨウ素：次世代太陽電池】
現在世界中で研究が激化している「ペロブスカイト太陽電池（MAPbI3など）」の主要構成元素です。
54131.3Xeキセノン 【キセノン】
二フッ化キセノン（XeF2）としてシリコンの特殊な等方性エッチングなどに用いられる。
55132.9Csセシウム
56137.3Baバリウム
57-71La-Luランタノイド 【ランタノイド（希土類）】
CMP（研磨）の主役「セリウム」、LED蛍光体の「ユウロピウム」、加工用レーザーの「ネオジム」など、半導体の周辺技術を陰で支える超重要グループ。
72178.5Hfハフニウム 【ハフニウム】
微細化による漏れ電流を防ぐ高誘電率（High-k）ゲート絶縁膜の主要材料。
73180.9Taタンタル 【タンタル】
Cu配線において、銅の拡散を防ぐ強固なバリアメタルとして活躍。
74183.8Wタングステン 【タングステン】
コンタクトホール（縦穴）を埋めるプラグ材や、メタルゲートの主役。
75186.2Reレニウム
76190.2Osオスミウム
77192.2Irイリジウム
78195.1Pt白金 【白金/プラチナ】
化学的に非常に安定しており、センサや強誘電体メモリ（FeRAM）の電極などに用いられる。
79197.0Au金 【金】
錆びにくく展延性に優れるため、チップとパッケージを物理的に繋ぐワイヤーボンディングの主材料。
80200.6Hg水銀
81204.4Tlタリウム
82207.2Pb鉛 【鉛】
かつてチップと基板を繋ぐ「はんだ」の主役だったが、環境規制（RoHS指令）により引退。現在はBiやAgに代替された。
83209.0Biビスマス 【ビスマス】
鉛に代わる「鉛フリーはんだ」の添加元素として活躍するほか、電気を直接冷却に変えるペルチェ素子（熱電変換）の材料。
84(209)Poポロニウム
85(210)Atアスタチン
86(222)Rnラドン
87(223)Frフランシウム
88(226)Raラジウム
89-103Ac-Lrアクチノイド
104(267)Rfラザホージウム
105(268)Dbドブニウム
106(269)Sgシーボーギウム
107(270)Bhボーリウム
108(277)Hsハッシウム
109(278)Mtマイトネリウム
110(281)Dsダームスタチウム
111(282)Rgレントゲニウム
112(285)Cnコペルニシウム
113(286)Nhニホニウム
114(289)Flフレロビウム
115(290)Mcモスコビウム
116(293)Lvリバモリウム
117(294)Tsテネシン
118(294)Ogオガネソン
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