化学気相成長法（CVD）は、基板上に材料の薄膜を堆積させるための汎用性が高く、広く使われている技術である。揮発性化合物を原子や分子に分解し、それらが反応して基板上に固体膜を形成する。CVDは、動作条件、前駆体の供給方法、使用するエネルギー源によっていくつかのタイプに分類できる。大気圧CVD（APCVD）、低圧CVD（LPCVD）、高真空CVD（UHVCVD）、亜大気圧CVD（SACVD）、エアロゾルアシストCVD、直接液体注入CVD、プラズマエンハンストCVD（PECVD）などである。各手法には、高純度、均一性、スケーラビリティなどの独自の利点があり、CVDを半導体、光学、コーティングなどの産業におけるさまざまな用途に適したものにしている。
要点の説明
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大気圧CVD(APCVD):
- 大気圧で動作するため、よりシンプルでコスト効率が高い。
- 蒸着速度が速いため、大量生産に最適。
- 半導体製造における酸化物、窒化物、ポリシリコンの成膜によく用いられる。
- 反応速度は物質移動に制限されるため、プロセスは基板への反応物の流れに影響される。
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低圧CVD (LPCVD):
- 通常0.1～10Torrの低圧で動作。
- APCVDと比較して、より優れた膜の均一性とステップカバレッジを提供する。
- 反応速度が表面反応に限定されるため、膜特性を精密に制御できる。
- マイクロエレクトロニクスの窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリシリコンの成膜に広く使用されている。
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高真空CVD (UHVCVD):
- 超高真空条件下で動作するため、コンタミネーションを低減し、膜純度を向上。
- 高品質のエピタキシャル層や複雑な材料の成膜に適している。
- 先端半導体やオプトエレクトロニクスの用途によく使用される。
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亜大気圧CVD (SACVD):
- 大気圧と低圧CVDの中間の圧力で動作。
- APCVDとLPCVDの長所を併せ持ち、良好な膜質と中程度の成膜速度を提供。
- 集積回路の誘電体層の成膜に用いられる。
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エアロゾルアシストCVD(AACVD):
- エアロゾル化された前駆体を使用するため、固体または液体前駆体の取り扱いと供給が容易。
- 不規則な表面への複雑な材料やコーティングの成膜に適している。
- 新素材の研究開発によく使用される。
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ダイレクト・リキッド・インジェクションCVD (DLI-CVD):
- 液状のプリカーサーを加熱されたチャンバー内に注入し、気化・反応させてフィルムを形成する。
- プリカーサーの供給と組成を正確に制御できる。
- 金属酸化物、窒化物、その他の複雑な材料の成膜に最適。
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プラズマエンハンストCVD (PECVD):
- プラズマを使用して化学反応を活性化し、低温での成膜を可能にする。
- 温度に敏感な基板や材料に適している。
- マイクロエレクトロニクスや太陽電池の窒化シリコン、二酸化シリコン、アモルファスシリコンの成膜に広く使用されている。
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CVDの利点:
- 高純度で均一な成膜が可能。
- 単結晶、多結晶、アモルファス膜を含む幅広い材料の成膜が可能。
- 工業生産に適したスケーラビリティ。
- 温度、圧力、ガス流量などのパラメータを制御することで、膜特性を調整可能。
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CVDの限界:
- 設備と運用コストが高い。
- 材料のサイズや形状が限定される（例：3.2カラットまでの合成ダイヤモンド）。
- 欠陥を避けるため、プロセスパラメーターの慎重な管理が必要。
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CVDの応用:
- 半導体製造（例：トランジスタ、相互接続）。
- 光学コーティング（反射防止、保護層など）
- 保護・機能性コーティング（例：耐摩耗性、耐腐食性層）。
- 先端材料の合成（グラフェン、カーボンナノチューブなど）。
これらのプロセスで使用される装置の詳細については 化学蒸着システム .
総括表：
| CVDの種類 | 主な特徴 | アプリケーション |
|---|---|---|
| 大気圧CVD (APCVD) | 大気圧、高蒸着速度、物質移動制限で動作。 | 半導体製造（酸化物、窒化物、ポリシリコン）。 |
| 低圧CVD (LPCVD) | 減圧(0.1-10Torr)、表面反応制限、均一性向上。 | マイクロエレクトロニクス（窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ポリシリコン）。 |
| 高真空CVD (UHVCVD) | 超高真空、高膜純度、エピタキシャル層に最適。 | 先端半導体およびオプトエレクトロニクス。 |
| 亜大気圧CVD (SACVD) | 中圧で、APCVDとLPCVDの利点を併せ持つ。 | 集積回路の誘電体層 |
| エアロゾルアシストCVD (AACVD) | 不規則な表面に適したエアロゾル化前駆体を使用。 | 新規材料の研究開発 |
| ダイレクト・リキッド・インジェクションCVD (DLI-CVD) | 複雑な材料に理想的な、正確なプリカーサーの供給。 | 金属酸化物、窒化物、その他の複雑な材料。 |
| プラズマエンハンストCVD (PECVD) | 低温成膜にプラズマを使用。 | マイクロエレクトロニクスと太陽電池（窒化ケイ素、二酸化ケイ素）。 |
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