5-5 CVD的种类及成膜原理

CVD（Chemical Vapor Deposition）是一种称为化学气相沉积的方法，它通过多种气体的相互反应形成薄膜。如图1所示，CVD的类型是通过与多种气体的热平衡反应形成的热CVD、利用等离子体的反应促进作用降低气体的反应温度的等离子体CVD、以及产生的光。通过紫外线或激光。有利用分解作用的光学CVD。在半导体领域中不可避免地使用，但由于可以通过结合反应气体获得各种薄膜，因此近来也广泛用于碳化物、氮化物和氧化物等硬质薄膜的形成。

在热CVD成膜工艺中，如图2所示，将被处理材料在加热炉中加热至预定温度，将反应物、反应气体和载气混合并流入混合物中以进行这些气体反应。它被用来形成薄膜。即反应物用于供给金属元素，反应气体用于形成化合物，这些气体与载气之间的平衡反应形成膜。反应物使用氯化物等卤化物，载气和反应气体使用氢气单独或与其他气体(氮气、烃类气体等)的混合气体。

例如，形成TiN膜的反应式如图3所示，以四氯化钛（TiCl4）为反应物，氮气（N2）为反应气体，氢气（H2）为载气。由于TiCl4在常温常压下为液体，因此经预热汽化后，与除去杂质的N2气、H2气一起送入处理槽。在杀菌锅中，加工品保持在1000℃左右，当这些气体与加工品接触时，进行图3所示的气体反应，形成TiN膜。该气体反应也会产生氯化氢（HCl）作为废气，但由于该气体是一种腐蚀性很强的有害气体，因此通过废气处理设备将其丢弃。

处理槽内的压力维持在大气压或减压（约1×10 4至8×10 4 Pa），前者可归类为常压热CVD，后者可归类为减压热CVD...

由于热CVD具有优异的薄膜附着力，即使在狭窄的内表面上也很容易形成薄膜，这是PVD无法做到的，因此它经常被用作主要用于模具的各种硬质薄膜的形成方法。然而，另一方面，热CVD的更大问题是成膜温度高。成膜温度高的缺点包括对加工材料的限制，加工过程中尺寸和变形的变化大，薄膜的表面粗糙度大。

等离子 CVD 与热 CVD 相比可以显着降低成膜温度，因此它具有许多特点，例如目标加工产品范围广，如图 4 所示，可以获得表面光滑的膜。目前，用于工业规模生产硬质薄膜的等离子CVD是直流（DC）等离子CVD，对模具的需求正在增加。

除了 DC 等离子体 CVD，使用高频振动的高频 (RF) 等离子体 CVD 也用于生成工业 DLC 薄膜。热丝CVD和微波等离子体CVD用于生成金刚石薄膜。利用紫外线和激光等光的作用的光学 CVD 不适用于工具，因此单独省略。