CVD コーティング

ガスが熱い表面で反応し、膜を残す

CVD(化学気相成長)は、熱い表面で反応するガスから、固体の膜を成長させます。コンピューターチップの内部にある極薄の層や、多くの超硬スローアウェイチップの丈夫なコーティングは、この方法でつくられます。PVD と違って、ガスは穴の中にも角のまわりにも回り込むので、すべての面が均一にコーティングされます。

写真：NASA/GRC, Public domain, 提供： Wikimedia Commons

CVD コーティング · 管状リアクターと、表面反応のクローズアップ丸数字は下の手順に対応しています。下の囲みは、表面での化学反応を拡大したものです。

しくみ

部品を入れる。 ウェハー(チップ用の薄いシリコン円板)や超硬スローアウェイチップを、密閉された管またはチャンバーであるリアクターの中のラックに積みます。
加熱してガスを送る。 部品を加熱します。熱 CVD では通常 500–1,100 °C です。前駆体ガスが流れ込みます。これは、必要な原子を運ぶガスで、たとえばシリコン用のシラン、炭素用のメタンです。
熱い表面で反応させる。 熱い表面の近くで、ガス分子が分解して反応します。必要な原子が、固体の、しっかり結合した膜として残ります。
副生成物を排気する。 水素や酸性の塩化水素などの余ったガスは、ポンプで排気し、放出前にスクラバーで浄化します。
成長させて、冷ます。 膜は、ガスが触れるすべての面で均一に厚くなります。チップでは数ナノメートル、工具のチップでは約 5–20 µm です。そのあとリアクターを冷まし、部品を取り出します。

主なポイント

材料: 膜:シリコン、酸化シリコンと窒化シリコン、タングステン、TiN、TiC、アルミナ、ダイヤモンド、グラフェン。部品:シリコンウェハー、超硬、セラミックス、耐熱金属
代表的な部品: チップ用ウェハー、超硬の切削チップ、太陽電池、光学部品や耐摩耗部品
部品サイズ: 直径 300 mm までのウェハー。数センチのスローアウェイチップ。1回の処理で数百から数千個
精度: 数ナノメートルから約 20 µm の膜で、非常に均一。穴や溝の中でも均一
表面仕上げ: なめらかで緻密で、下地の表面を写す。工具のコーティングはグレー、金色、黒に見える
向いているロット数: 大きなバッチ:1回の処理でウェハー数百枚、またはスローアウェイチップ数千個
金型・設備コスト: 高いから非常に高い:産業用リアクターは数十万から数百万ドル、チップ用装置が最上位
速度: 遅い:工具コーティングの1回の処理は通常何時間にもなる。チップの薄い層は数分から数時間