7.2 化学蒸着法(CVD; Chemical Vapor Depositions)

7.2 化学蒸着法(CVD; Chemical Vapor Depositions)

 

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概要

物理蒸着法(PVD)が、被処理物に蒸着する材料を直接気化させて薄膜として付着させるのに対して、化学蒸着法(CVD)はm薄膜を構成する原子を含んだ化合物ガスを原料にして、化学反応を利用して被処理物に薄膜を形成する方法です。CVDの概念図を図7.2.1に示します。

CVD装置の真空排気系は低真空排気系のみの場合がほとんどです。また、原料がガスなので、均一なガスの流れを作るのに留意が必要です。原料ガスは、有毒性、可燃性、爆発性のものが多いので、ガス導入系および排出ガス処理系には、漏えいが無いように細心の注意をはらわなければなりません。

 

[図7.2.1] CVDの概念図

化学反応のためのエネルギーを何から得るか、また原料ガスの違いにより、いくつかの方法に分類されます。

1. 熱CVD

金属元素の供給のための反応物質を気化させてキャリアガスに混合させたものと、化合物を生成するための反応ガスを、反応容器に導入して、高温の基板(被処理物)表面で化学反応を起こさせて、目的の膜を生成する方法です。

通常は、反応物質にはハロゲン化物が、反応ガス及びキャリアガスには、水素単独あるいは他のガスとの混合ガスが用いられます。

例えば、窒化チタン膜(TiN)を生成する場合、反応物質には四塩化チタン(TiCl4)、キャリアガスには水素H2、反応ガスにはN2が用いられます。

圧力は、通常大気圧~数100Paの範囲です。熱CVDによる膜の生成温度はおおよそ1000℃で、PVDよりはるかに高温になります。そのため、複雑な形状のワークに対しても均一な成膜が可能なので、主に金型に適用されています。ただし、表面粗さは大きく、プラスチック成型用金型など金型表面が鏡面仕上げを要求される場合は、成膜処理後に鏡面研磨が必須になります。

また、加熱方式により、色々な方法がありますが、ここでは省略します。

2. プラズマCVD

プラズマCVDは、成膜温度の低温化を目的として開発されました。原料ガスをプラズマ状態にして、活性励起電子、ラジカル、イオンを生成させて化学反応を促進させます。圧力は100〜1Pa程度です。

プラズマ発生方法には、直流CVD、高周波CVD、マイクロ波CVDがあります。

3. 光CVD

光を化学反応のエネルギーに使用します。光源は、各種放電管やレーザが用いられます。どの波長の光を使用するかによって反応の形態が異なります。

赤外線領域の光を用いる場合、主に熱反応を用います。紫外線領域の光を用いる場合、光によって特定の分子を励起したり、結合を切断して生成する活性分子を反応に用います。紫外線を利用する場合は、かなり低温での成膜が可能です。

参考文献
金属表面処理の基礎知識 6:PVD と CVD   仁平 宣弘  イプロス
(株)シンクロンHP            https://www.shincron.co.jp/technical/device6.html

 

引用図表
[図7.2.1] CVDの概念図               シンクロンHP改