CVD装置

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＜CVDの特徴＞

化学気相成長法と呼ばれる薄膜の成長方法を実現する手法で、基板など対象物の表面に目的物質を製膜する技術です。液体原料をキャリアガスによって気相で供給し、対象物上で化学反応や熱分解により、目的物の薄膜を対象物表面に成長させることができます。液体原料の種類は豊富で、様々な物質の薄膜を形成が可能です。薄膜は原料の供給や成膜時間をコントロールすることで膜厚数nmから数百μm程度堆積することができます。成膜物質や方法のちがいにより装置の種類も様々で、プラズマCVD、熱CVD、ALD（原子層堆積装置）、MOCVD（有機金属気相成長法）などがあります。半導体製造をはじめ、広く産業用途に用いられています。
他の成膜方法（スパッタ法、分子線エピタキシー法、抵抗加熱蒸着法、パルスレーザー堆積法など）と異なり、高真空を必要としないため、比較的装置は小型に収まります。また凹凸などの平坦でない表面にも原料ガスが回り込み、均一に表面を覆うことができます。

＜CVDの原理＞

原料ガスの供給に関する制御パラメーターだけでも非常に多く、原料種類と飽和蒸気圧、温度、供給レート、希釈度、混合方法などを精密に制御しなければ再現性のある成膜ができないため、キャリアガスボンベや供給ラインのほか、原料密閉容器、バブラー、冷却用チラー、マスフローコントローラなどで構成されます。加熱方式も様々で、成膜面積や均熱エリア、サイズ、到達温度、許容誤差などに関して検討、設計され、加熱方式もさまざまです。一般に赤外輻射加熱、抵抗加熱、誘導加熱などの方式があります。その他原料ガスの反応性や毒性などにより、反応菅、真空装置、除外装置なども様々な仕様が検討されます。したがって装置構成は成膜物質、目的ごとに非常に多くのバリエーションがあります。

＜CVDの試料準備＞

成膜対象は目的により異なりますが、平坦な基材（ガラス基板、金属や単結晶基板など）であることが多く、反応管のサイズや加熱エリアの均熱性を確認し、目的とする仕様を満たすかあらかじめ検討します。基材は防塵パッケージされた清浄なものを用いるか、アルコールなど有機溶媒で洗浄し、表面の汚染を除去するのが望ましいでしょう。また共用装置の場合は基材組成や原料からのコンタミなどが他の実験に影響を及ぼす可能性があるため、利用者間で情報の共有が必要です。
同じ目的物を作る際にも装置ごとの使用履歴や環境条件により、膜質、できばえが異なり、あらかじめ装置管理者らと打ち合わせする必要があります。目的物の薄膜を仕様の品質に成膜できるようにするために、再現性ある成膜条件を確認するなどの実験が必要となります。

可能な実験例

◯酸化物系の成膜

原料に酸素含有ガスを用いることにより、酸化物薄膜が形成できます。例として絶縁膜などに利用されるSiOやAl2O3、強誘電体として利用されるPZT、超伝導体YBCOなどが成膜できます。その他にも多くの酸化物が研究されています。

◯化合物系の成膜

化合物系薄膜が成膜できます。例として太陽電池や 高速通信などに用いられるGaAs、LEDなどに用いられるGaN、パワーデバイスなどに用いられるSiCなどが挙げられます。

◯シリコン系の成膜

広く産業用途で用いられるSiを成膜できます。エピタキシャルSi、polySi、アモルファスSiなど、様々な状態のSiが成膜できます。

◯2次元層状化合物の成膜

近年活発に研究されているグラフェンや金属カルコゲナイドなどを成膜することができます。

◯表面処理

必ずしも平坦でない対象物表面にも処理できるため、凹凸の多い対象の表面処理などに用いられます。例として切削工具などの耐摩耗性を向上させるTiC、TiCNなどがあります。


※組織により上記実験ができない場合がございます。