專利名稱：氣體處理裝置和成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從噴淋頭中分別獨(dú)立地噴出多種氣體進(jìn)行氣體處理的氣體處理裝置和使用此類噴淋頭，通過CVD法在被處理基板上形成薄膜的成膜裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體的制造工藝中，在半導(dǎo)體晶片(以下，稱為晶片)上形成由各種物質(zhì)構(gòu)成的薄膜，對應(yīng)于此薄膜要求的物性的多樣化，正在推進(jìn)形成薄膜時(shí)使用的物質(zhì)或組合的多樣化和復(fù)雜化。
近年來，作為平面推疊式FeRAM存儲電容器的材料，具有強(qiáng)介電性能的作為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)結(jié)晶膜的Pb(Zr1-xTix)O3膜(以下稱為PZT膜)備受關(guān)注，正在開發(fā)以良好的再現(xiàn)性生成高品質(zhì)PZT膜的技術(shù)。例如日本特開2000-260766號公報(bào)提出了在處理容器內(nèi)加熱晶片，同時(shí)向該處理容器內(nèi)供給原料氣體和氧化劑氣體，在晶片上形成PZT類的多元金屬氧化物薄膜的化學(xué)汽相沉積法(CVD)。
PZT的成膜溫度通常在500～650℃的范圍內(nèi)，作為氧化劑一般使用氧氣(O2)。但是，根據(jù)不同的設(shè)備構(gòu)造，有時(shí)允許PZT成膜溫度在500℃以下。在500℃以下的低于通常溫度的范圍進(jìn)行成膜時(shí)，例如在日本特開2000-58526號公報(bào)中所述，使用氧化能力優(yōu)界的二氧化氮(NO2)作為氧化劑。在此現(xiàn)有技術(shù)中，使用后混合型(post-mix)噴淋頭向處理容器內(nèi)的晶片供給NO2氣體。
但是，由于不同成分的氣體具有不同的物理性能(特別是反應(yīng)性能)，如現(xiàn)有的噴淋頭，有只在成型為單一平面的噴淋頭的底面開有氣體噴出孔，不一定可以滿足氣體的反應(yīng)性、反應(yīng)均勻性要求的情況。
此外，在使用NO2氣體類的強(qiáng)氧化劑進(jìn)行成膜時(shí)，在噴淋頭氣體噴出孔的四周壁上會有反應(yīng)生成物附著，隨著此附著反應(yīng)生成物成長，氣體噴出孔會變得狹窄，使得成膜的均勻性和再現(xiàn)性依次惡化。而反應(yīng)生成物有可能從孔的四周壁上落下的顆粒飛散開會附著在晶片的表面上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠調(diào)節(jié)不同種類氣體反應(yīng)性能的氣體處理裝置和成膜裝置。本發(fā)明的目的在于提供一種成膜裝置，該裝置在由氣體的特性或含有金屬的原料氣體和形成該金屬與化合物的化合物形成用氣體在基板上形成金屬化合物膜時(shí)，能夠抑制反應(yīng)生成物附著在噴淋頭的化合物形成用氣體噴出孔上。
本發(fā)明的第一觀點(diǎn)提供一種氣體處理裝置，具有支承被處理基板的載置臺；包圍上述載置臺上的被處理基板的處理容器；分別獨(dú)立的向上述載置臺上的被處理基板噴出第一氣體和第二氣體的噴淋頭；具有向上述噴淋頭供給上述第一氣體的第一氣體流路和向上述噴淋頭供給第二氣體的第二氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)，其中上述噴淋頭具有與上述載置臺上的被處理基板之間隔開規(guī)定的間隔相對的底面；在上述底面上形成的溝槽；與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的第一氣體流路連通，在除上述溝槽外的上述底面開口，噴出上述第一氣體的多個(gè)第一氣體噴出孔；和與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的第二氣體流路連通，在上述溝槽中開口，噴出上述第二氣體的多個(gè)第二氣體噴出孔。
本發(fā)明的第二觀點(diǎn)提供一種氣體處理裝置，具有支承被處理基板的載置臺；包圍上述載置臺上的被處理基板的處理容器；與上述載置臺上被處理基板對向配置的后混合型噴淋頭；具有向上述噴淋頭供給第一氣體的第一氣體流路和向上述噴淋頭供給第二氣體的第二氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)，其中，上述噴淋頭具有與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的第一氣體流路連通，噴出上述第一氣體的多個(gè)第一氣體噴出孔；與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的第二氣體流路連通，噴出上述第二氣體的多個(gè)第二氣體噴出孔；與上述載置臺上的被處理基板之間隔開規(guī)定間隔相對，開有上述第一氣體噴出孔的第一面；和與上述載置臺上的被處理基板之間隔開規(guī)定間隔相對，開有上述第二氣體噴出孔，并相對上述第一面具有階梯差的第二面。
本發(fā)明的第三觀點(diǎn)提供一種成膜裝置，具有支承被處理基板的載置臺；包圍上述載置臺上的被處理基板的處理容器；分別獨(dú)立的向上述載置臺上的被處理基板噴出原料氣體和化合物形成用氣體的噴淋頭；具有向上述噴淋頭供給上述原料氣體的第一氣體流路和向上述噴淋頭供給上述化合物形成用氣體的第二氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)；上述原料氣體含有金屬元素，上述化合物形成用氣體含有與上述金屬元素反應(yīng)形成化合物的成分元素，其中，上述噴淋頭具有與上述載置臺上的被處理基板之間隔開規(guī)定間隔相對的底面；在上述底面上形成的溝槽；與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的第一氣體流路連通，在除上述溝槽外的底面上開口，噴出上述原料氣體的多個(gè)原料氣體噴出孔；與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的第二氣體流路連通，在上述溝槽中開口，噴出上述化合物形成用氣體的多個(gè)化合物形成用氣體噴出孔。
本發(fā)明的第四觀點(diǎn)提供一種氣體處理裝置，具有支承被處理基板的載置臺；包圍上述載置臺上的被處理基板的處理容器；與上述載置臺上的被處理基板對向設(shè)置的后混合型噴淋頭；具有向上述噴淋頭供給原料氣體的原料氣體流路和向上述噴淋頭供給化合物形成用氣體的化合物形成用氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)，其中，上述噴淋頭具有與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的原料氣體流路連通，噴出上述原料氣體的多個(gè)原料氣體噴出孔；與上述氣體供給機(jī)構(gòu)的化合物形成用氣體流路連通，噴出上述化合物形成用氣體的多個(gè)化合物形成用氣體噴出孔；與上述載置臺上的被處理基板之間隔開規(guī)定間隔相對，開有上述原料氣體噴出孔的第一面；和與上述載置臺上的被處理基板之間隔開規(guī)定間隔相對，開有上述化合物形成用氣體的噴出孔，比上述第一面更遠(yuǎn)離被處理基板的第二面。
在此所謂“后混合型噴淋頭”，指的是分別具有多個(gè)不同的氣體供給流路/噴出口，通過各個(gè)氣體供給流路/噴出口將不同種類的氣體(例如原料氣體和氧化劑氣體)分別供給到處理容器內(nèi)，使這些氣體分別從不同的噴出口噴出后混合類型的噴淋頭。
在上述第三和第四觀點(diǎn)中，作為化合物形成用氣體，可舉出NO2類的氧化劑氣體。此外，作為原料氣體，可舉出有機(jī)金屬氣體。在形成PZT膜時(shí)，混合使用含有Pb的原料氣體，含有Zr的原料氣體和含有Ti的原料氣體作為有機(jī)金屬氣體。具體可以使用作為含有Pb的原料氣體的Pb(dpm)2、作為含有Ti的原料氣體的Ti(O-i-Pr)2(dpm)2、作為含有Zr的原料氣體的Zr(dpm)4和Zr(O-i-Pr)2(dpm)2中的至少一種。通過將這些有機(jī)金屬氣體熱分解并與氧化劑反應(yīng)，可在基板上形成PZT膜。
本發(fā)明的第一和第二觀點(diǎn)，通過調(diào)整溝槽的深度或階梯差的大小，可以控制第一和第二氣體到達(dá)被處理基板的時(shí)間，由此可以調(diào)整這些的反應(yīng)性等。
本發(fā)明的第三觀點(diǎn)，由于化合物形成用氣體的噴出孔比原料氣體噴出孔離基板的距離更遠(yuǎn)，化合物形成用氣體的氣流會防止原料氣體向化合物形成用氣體噴出孔移動，使得原料氣體難以到達(dá)化合物形成用氣體噴出孔。因此，在化合物形成用氣體噴出孔周圍難以產(chǎn)生原料氣體和化合物形成用氣體的反應(yīng)，可以抑制反應(yīng)生成物附著在化合物形成用氣體噴出孔的周圍。此外，由于溝槽的深度會增加附著反應(yīng)生成物的面積，因此會大幅度延長到達(dá)化合物形成用氣體噴出孔堵塞的時(shí)間。
本發(fā)明的第四觀點(diǎn)，由于第二面比第一面離基板的距離更遠(yuǎn)，因此化合物形成用氣體的氣體流可以防止原料氣體向化合物形成用氣體噴出孔(第二面)移動，使得原料氣體難以到達(dá)化合物形成用氣體噴出孔(第二面)。從而與上述第三觀點(diǎn)相同，在化合物形成用氣體噴出孔周圍難以產(chǎn)生原料氣體和化合物形成用氣體的反應(yīng)，可以抑制反應(yīng)生成物附著在化合物形成用氣體噴出孔周圍。此外，由于第一面和第二面的階梯差增大了附著反應(yīng)生成物的面積，因此大幅度延長了到達(dá)化合物形成用氣體噴出孔堵塞的時(shí)間。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的成膜裝置的簡略截面圖。
圖2是在圖1的成膜裝置中使用的噴淋頭的底面圖。
圖3是圖2的噴淋頭底面部分放大的部分放大圖。
圖4是切開圖2的噴淋頭的一部分平板，顯示出氣體供給流路和噴出孔的截面圖。
圖5A是表示切開現(xiàn)有裝置的部分噴淋頭，顯示出放大的噴出孔的放大截面圖。
圖5B是表示切開本發(fā)明裝置的部分噴淋頭，顯示出放大的噴出孔的放大截面圖。
圖6A是表示在現(xiàn)有裝置的噴淋頭中，NO2氣體噴出孔開口部分狀態(tài)的照片。
圖6B是表示在本發(fā)明裝置的噴淋頭中，NO2氣體噴出孔開口部分狀態(tài)的照片。
具體實(shí)施例方式
下面參照

實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。
本實(shí)施方式的成膜裝置具有在XZ平面上的二維投影大致呈矩形的筐體1?？痼w1是用例如鋁或鋁合金等金屬制成的。在此筐體1的內(nèi)部設(shè)有帶底圓筒狀的處理容器2。如圖1所示，處理容器2的底部形成開口2a，透過窗2d由外側(cè)嵌入開口2a。透過窗2d由透明的石英制成，與處理容器2接觸的面用O形環(huán)2c密封，以保持處理容器2內(nèi)部的氣密性。在透過窗2d的下部裝有燈具單元100，由未圖示的鹵素?zé)糁惖募訜釤艏訜峋琖。在處理容器2上部開口處設(shè)有能夠開關(guān)的蓋3，用來支承噴淋頭40。當(dāng)閉合蓋3時(shí)，載置臺5上的晶片W和噴淋頭40以規(guī)定間隔相對。
在處理容器2的內(nèi)部，從處理容器2的底部立著設(shè)有圓筒狀的密封座8。在密封座8上部的開口處配置環(huán)狀的基座環(huán)7，環(huán)狀的附屬件6被支承在此基座環(huán)7的內(nèi)圓周側(cè)上，在附屬件6的內(nèi)圓周側(cè)的臺階部設(shè)有載置臺5，載置被支承的晶片W。在密封座8的外側(cè)設(shè)有下述的擋板9。
在擋板9上形成有多個(gè)排氣孔9a。在處理容器2的內(nèi)圓周底部，在包圍著密封座8的位置設(shè)有底部排氣流路71，處理容器2的內(nèi)部通過擋板9的排氣孔9a與底部排氣流路71連通，使得處理容器2能夠均勻進(jìn)行排氣。
底部排氣流路71在筐體1底部的對角線位置上與夾持著處理容器2對稱配置的排氣合流部(未圖示)連通。此排氣合流部通過設(shè)置在筐體1的邊角部的上升排氣流路(未圖示)和設(shè)置在筐體1上部的橫行排氣管(未圖示)，與貫通筐體1的邊角部配置的下降排氣流路(未圖示)連通，再與配置在筐體1下表面的排氣裝置101連通。
在筐體1的側(cè)面設(shè)有與處理空間S連通的晶片出入口15，此晶片出入口15通過門閥16與未圖示的負(fù)載鎖定室連接。
在載置臺5、附屬件6、基座環(huán)7和密封座8包圍的空間內(nèi)，從處理容器2的底部立起設(shè)有圓筒狀的反射器4。此反射器4的作用是用來反射從燈具單元100發(fā)出的紅外線，將其引導(dǎo)至載置臺5的下表面，使得有效加熱載置臺5。此外，作為加熱源并不限于上述的燈具，也可以在載置臺5中埋入電阻加熱體對該載置臺5加熱。
在此反射器4上的例如3個(gè)位置上設(shè)有狹縫部，在與此狹縫部對應(yīng)的位置上分別配置有可升降的升降銷12，用來從載置臺5舉起晶片W。升降銷12的銷子部分和支承部分構(gòu)成一體，被支承在設(shè)置在反射器4外側(cè)上的圓環(huán)狀的保持部件13上，由未圖示的傳動機(jī)構(gòu)使得保持部件13升降，上下運(yùn)動。此升降銷12由能夠透過從燈具單元100發(fā)射的紅外線的材料，例如石英或陶瓷(例如Al2O3、AIN、SiC)構(gòu)成。
升降銷12在接受晶片W時(shí)，上升到使升降銷12比載置臺5突出規(guī)定高度處，當(dāng)將在升降銷12上支承的晶片W放置到載置臺5上時(shí)，升降銷12被收進(jìn)載置臺5中。
反射器4以包圍位于載置臺5的下方的處理容器2底部的開口2a的方式設(shè)置，在此反射器4的內(nèi)周以支承其全周邊的方式安裝有氣罩(gas shield)17。氣罩17由石英等可透過紅外線的材料制成。在氣罩17上開有多個(gè)孔17a。
在氣罩17下方與透過窗2d之間的空間中，通過吹掃氣體流路19由未圖示的吹掃氣體供給機(jī)構(gòu)供給吹掃氣體(例如N2氣體、Ar氣體等惰性氣體)。吹掃氣體流路19在處理容器2的底部形成，在反射器4內(nèi)側(cè)的下部8個(gè)位置上等分設(shè)置的氣體噴出口18處向處理容器2內(nèi)開口。
由此供給的吹掃氣體，通過在氣罩17上的多個(gè)孔17a流入載置臺5的背面?zhèn)龋纱四軌蚍乐褂捎趤碜試娏茴^40的處理氣體侵入載置臺5里面的空間對透過窗2d造成薄膜堆積等損害。
在載置臺5的上方，與載置臺5對向設(shè)有噴淋頭40。噴淋頭40由例如鋁或鋁合金等金屬制造。噴淋頭40包括圓板狀的噴淋頭基座41、圓板狀的氣體擴(kuò)散板42以及圓板狀的噴淋頭平板43。噴淋頭基座41的外邊緣成型為與蓋3的上部嵌合的形狀。氣體擴(kuò)散板42緊密貼合、安裝在噴淋頭基座41的下面。噴淋頭平板43安裝在氣體擴(kuò)散板42的下面。
噴淋頭基座41，由未圖示的螺釘固定在蓋3上。此噴淋頭基座41與蓋3的接合部用O形圈氣密封。噴淋頭基座41與氣體擴(kuò)散板42之間也由O形圈氣密封，噴淋頭基座41、氣體擴(kuò)散板42和噴淋頭平板43用螺釘固定。
噴淋頭基座41包括原料氣體導(dǎo)入通道41a和多個(gè)氧化劑氣體導(dǎo)入通道41b。原料氣體導(dǎo)入通道41a設(shè)置在噴淋頭基座41的中央，與原料氣體導(dǎo)入配管51連接。氧化劑氣體導(dǎo)入通道41b夾持原料氣體導(dǎo)入通道41a，配置在對稱的位置上，與氧化劑氣體導(dǎo)入配管52的氧化劑氣體分支配管52a和氧化劑氣體分支配管52b連接。其中，圖1所示的噴淋頭是沿著圖2的I-I線切開的截面圖，以中央部為界左右是非對稱的。
原料氣體導(dǎo)入配管51和氧化劑氣體導(dǎo)入配管52分別與氣體供給機(jī)構(gòu)60連接。氣體供給機(jī)構(gòu)60包括各種原料的原料罐(未圖示)和氣化器(未圖示)。由各個(gè)原料罐供給的液體原料，例如溶于乙酸丁酯等溶劑的Pb(thd)2、Zr(O-i-C3H7)(thd)3、Ti(O-i-C3H7)2(thd)2以規(guī)定比例(例如構(gòu)成PZT的Pb、Zr、Ti的元素按規(guī)定化學(xué)計(jì)量比的比例)混合后，此混合液在氣化器中氣化成為原料氣體，供給到原料氣體導(dǎo)入配管51中。此外，氣體供給機(jī)構(gòu)60具有氧化劑氣體源(未圖示)，由該氧化劑氣體源向配管52供給NO2氣體。
在氣體擴(kuò)散板42的上表面形成作為擴(kuò)散原料氣體的凹狀空間的原料氣體頭42a。此原料氣體頭42a與原料氣體導(dǎo)入配管51連接的原料氣體導(dǎo)入通道41a連接。原料氣體頭42a還與貫通氣體擴(kuò)散板42的原料氣體通路42d連通。在原料氣體頭42a中以同心圓狀設(shè)有多個(gè)圓柱狀突起42c。由于此圓柱狀突起42c的高度幾乎與原料氣體頭42a的深度相等，所以圓柱狀突起42c的上端與噴淋頭基座41的下表面緊密結(jié)合。
在氣體擴(kuò)散板42的下表面?zhèn)?，形成有作為擴(kuò)散氧化劑氣體的凹狀空間的氧化劑氣體頭42b。此氧化劑氣體頭42b經(jīng)由貫通氣體擴(kuò)散板42的氧化劑氣體通路42e，與噴淋頭基座41上的氧化劑氣體導(dǎo)入通道41b連接。此外，在氧化劑氣體頭42b中，以同心圓狀設(shè)有多個(gè)圓柱狀突起42f。這些圓柱狀突起42f的至少一部分貫通原料氣體通路42d。由于圓柱狀突起42f的高度幾乎等于氧化劑氣體頭42b的深度，所以圓柱狀突起42f的下端與噴淋頭平板43的上表面緊密結(jié)合。
由于通過多個(gè)圓柱狀突起42c使噴淋頭基座41和氣體擴(kuò)散板42直接接觸，且通過多個(gè)圓柱狀突起42f使得氣體擴(kuò)散板42與噴淋頭平板43直接接觸，增大了作為噴淋頭40整體的固體之間的熱傳導(dǎo)面積，提高了熱敏感度。其結(jié)果能夠通過冷卻裝置94或加熱裝置95使噴淋頭平板43迅速冷卻或加熱。
其中，在圓柱狀突起42f中形成氣體通路42d的部分，以在噴淋頭平板43的原料氣體噴出孔43a的位置，與原料氣體通路42d連通的方式配置。圓柱狀突起42f可以都形成氣體通路42d。
如圖2～圖4所示，原料氣體噴出孔43a和氧化劑氣體噴出孔43b相鄰交叉、貫通噴淋頭平板43。即，多個(gè)原料氣體噴出孔43a配置在與氣體擴(kuò)散板42的原料氣體通路42d重合的位置，原料氣體噴出孔43a分別與各個(gè)原料氣體通路42d連通。此外，多個(gè)氧化劑氣體噴出孔43b以在氣體擴(kuò)散板42的氧化劑氣體頭42b中多個(gè)圓柱狀突起42f的間隙中開口的方式配置。
在本實(shí)施方式的噴淋頭平板43中，與原料氣體導(dǎo)入配管51連接的多個(gè)原料氣體噴出孔43a配置在最外周，如圖3所示，在其內(nèi)側(cè)交叉均勻地排列氧化劑氣體噴出孔43b和原料氣體噴出孔43a。
如圖2～圖4所示，在噴淋頭40的底面(噴淋頭平板43的下表面)形成有溝槽44。在此溝槽44的底面上分別開有多個(gè)氧化劑氣體噴出孔44b。與此相反，在溝槽44以外的部分開有多個(gè)原料氣體噴出孔44a。
溝槽44，其二維投影的形狀呈格子狀，包括豎槽和橫槽。氧化劑氣體噴出孔44b位于豎槽和橫槽交叉的位置。此外，原料氣體噴出孔44a設(shè)置在溝槽44分隔的島部45的中央部。即，如圖4所示，氧化劑氣體噴出孔44b和原料氣體噴出孔44a形成在具有階梯差L3的不同平面上(第一面和第二面)，氧化劑氣體噴出孔44b在比原料氣體噴出孔44a離晶片W更遠(yuǎn)的位置開口。此階梯差L3(即溝槽的深度)優(yōu)選0.5～10mm的范圍。溝槽44的寬度d3，優(yōu)選0.5～10mm的范圍。在本實(shí)施方式中溝槽的深度L3(階梯差)取約2mm，溝槽寬度d3取約3mm。
此外，如圖4和圖5B所示，規(guī)定溝槽44的島部45，在其角部48進(jìn)行R加工。在此情況下，角部48的R加工的曲率半徑優(yōu)選0.1～1mm的范圍。此外，如圖所示，原料氣體噴出孔44a和氧化劑氣體噴出孔44b可以制成期望的末端逐漸擴(kuò)大的形狀。其中，原料氣體噴出孔43a的直徑d1優(yōu)選0.5～3mm的范圍，氧化劑氣體噴出孔43b的直徑d2也優(yōu)選0.5～3mm的范圍。此外，原料氣體噴出孔44a下端的直徑和氧化劑氣體噴出孔44b下端的直徑也可取0.5～3mm的范圍。
在此后混合型噴淋頭40中，由于氧化劑氣體噴出孔44b和原料氣體噴出孔44a分別開口，則分別噴出原料氣體和氧化劑氣體，在晶片W上方空間才混合。
在本實(shí)施方式中，是以將原料氣體導(dǎo)入上側(cè)的原料氣體擴(kuò)散空間42a，將氧化劑氣體導(dǎo)入下側(cè)的氧化劑氣體擴(kuò)散空間42b中為例進(jìn)行說明的，但根據(jù)工藝條件的不同可以變更導(dǎo)入的位置。即，也可以將氧化劑氣體導(dǎo)入上側(cè)的原料氣體擴(kuò)散空間42a，將原料氣體導(dǎo)入下側(cè)的氧化劑氣體擴(kuò)散空間42b。通過將島部45的二維投影的形狀取為圓形，溝槽44的形狀也可以規(guī)定為非格子的形狀。
熱電偶插入孔41i、熱電偶插入孔42g、熱電偶插入孔43c分別在與厚度方向重合的位置貫通層疊的噴淋頭基座41、氣體擴(kuò)散板42和噴淋頭平板43。在它們互相連通的貫通孔中插入熱電偶10，檢測噴淋頭平板43下表面的溫度，將此檢測出的信號輸入控制器80中。如下面說明，使控制器80和溫度控制機(jī)構(gòu)90控制噴淋頭40的溫度。
在噴淋頭40的上面，配置有溫度控制機(jī)構(gòu)90，由設(shè)置在環(huán)狀的多個(gè)加熱器91和加熱器91之間的流過冷卻水等冷介質(zhì)的冷介質(zhì)流路92構(gòu)成。熱電偶10的檢出信號輸入到控制器80中，控制器80基于此檢出信號向加熱器電源95和冷介質(zhì)源94輸出控制信號，向溫度控制機(jī)構(gòu)90的加熱器91通電，或?qū)α鬟^冷介質(zhì)流路92的冷介質(zhì)溫度或流量進(jìn)行反饋控制，就能夠控制噴淋頭40的溫度，特別是噴淋頭平板43表面的溫度。
下面說明此結(jié)構(gòu)的成膜裝置的動作。
首先，通過未圖示的真空泵，經(jīng)由底部排氣流路71等排氣通道給處理容器2內(nèi)排氣，排氣達(dá)到例如66.65～1333Pa，優(yōu)選100～500Pa的真空度。
此時(shí)，從未圖示的載氣/吹掃氣體供給源，經(jīng)由吹掃氣體流路19，從多個(gè)氣體噴出口18向氣罩17的背面(下表面)供給Ar等吹掃氣體，此吹掃氣體通過氣罩17的孔17a流到載置臺5的背面?zhèn)?，?jīng)由密封座8的間隙流入底部排氣通道71中，形成穩(wěn)定的吹掃氣流，以防止在位于氣罩17下方的透過窗2d上造成堆積薄膜等損害。
在此狀態(tài)下的處理容器2中，由未圖示的機(jī)械手機(jī)構(gòu)等，經(jīng)由門閥16和晶片出入口15搬入晶片W，通過未圖示的傳動器，使保持在保持部件13上的升降銷12上升，使其銷的部分突出到載置臺5上，在升降銷12上載置晶片W后，未圖示的機(jī)械手機(jī)構(gòu)等從處理容器2中退出，關(guān)閉門閥16。
然后，升降銷12下降，將晶片W載置在載置臺5上，同時(shí)打開燈具單元100的燈具，紅外線通過透過窗2d照射到載置臺5的下表面?zhèn)?背面)，載置在載置臺5上的晶片W被加熱到450℃～700℃之間的溫度，例如被加熱到500℃。從縮短溫度穩(wěn)定時(shí)間和延長燈具壽命等方面考慮，上述燈具單元100的燈具也可以不是常開的。
此時(shí)，基于熱電偶10檢出的溫度，由通過熱電偶10檢出的噴淋頭平板43下表面溫度，通過控制器80對溫度控制機(jī)構(gòu)90進(jìn)行控制，從而進(jìn)行噴淋頭40的溫度控制。
然后，從噴淋頭40的下表面的噴淋頭平板43上的多個(gè)原料氣體噴出孔44a，向被加熱的晶片W噴出供給原料氣體，此原料氣體是將例如Pb(thd)2、Zr(O-i-C3H7)(thd)3、Ti(O-i-C3H7)2(thd)2以規(guī)定的比例(例如使構(gòu)成PZT的Pb、Zr、Ti等元素成為規(guī)定的化學(xué)當(dāng)量比)混合之后，通過氣化器(未圖示)氣化得到的，從氧化劑氣體噴出孔44b供給NO2等氧化劑氣體。此原料氣體或氧化劑氣體通過各自的熱分解反應(yīng)或相互之間的化學(xué)反應(yīng)，在晶片W的表面形成由PZT構(gòu)成的薄膜。
即，從氣體供給機(jī)構(gòu)60來的被氣化的原料氣體，與載氣一起從原料氣體配管51，經(jīng)由氣體擴(kuò)散板42的頭部42a、原料氣體通路42d、噴淋頭平板43的原料氣體噴出孔43a，由原料氣體噴出孔44a噴出供給到晶片W的上部空間。同樣，從氣體供給機(jī)構(gòu)60供給的氧化劑氣體，經(jīng)由氧化劑氣體配管52、氧化劑氣體分支配管52a和52b、噴淋頭基座41的氧化劑氣體導(dǎo)入通道41b、氣體擴(kuò)散板42的氧化劑氣體通路42e到達(dá)頭部42b處，經(jīng)由噴淋頭平板43的氧化劑氣體噴出孔43b，從氧化劑氣體噴出孔44b噴出供給到晶片W的上部空間。由此，原料氣體和氧化劑氣體未經(jīng)在噴淋頭40內(nèi)混合，分別供給到處理容器2內(nèi)。
此時(shí)，在現(xiàn)有的裝置中，如圖5A所示，由于氣體噴出區(qū)域幾乎相同的噴淋頭140的原料氣體噴出孔144a和氧化劑氣體噴出孔144b在同一個(gè)平面上開口，原料氣體很容易到達(dá)氧化劑氣體噴出孔144b處，使得反應(yīng)生成物146附著在氧化劑氣體噴出孔144b的周壁上。附著反應(yīng)生成物146后，會使氧化劑氣體噴出孔144b變窄或堵塞，使膜的膜厚均勻性變差，出現(xiàn)產(chǎn)生顆粒的問題。
與此相反，如圖5B所示，在本實(shí)施方式的裝置中，在噴淋頭平板43的下表面形成溝槽44，在此溝槽44中開有氧化劑氣體噴出孔44b，另一方面，在溝槽44以外的部位開有原料氣體噴出孔44a，所以原料氣體噴出孔44a的開口部與氧化劑氣體噴出孔44b的開口部在Z軸方向上的座標(biāo)位置不同。因此，氧化劑氣體流會妨礙原料氣體流向氧化劑氣體噴出孔44b處，難以到達(dá)氧化劑氣體噴出孔44b。
根據(jù)本發(fā)明，在氧化劑氣體噴出孔44b周圍難以產(chǎn)生原料氣體和化合物形成用氣體的反應(yīng)，能夠抑制反應(yīng)生成物附著在氧化劑氣體噴出孔44b的周圍。此外，根據(jù)本發(fā)明，由于溝槽44的深度L3(階梯差)增大了反應(yīng)生成物的附著面積，能夠大幅度延長到化合物形成用氣體噴出孔堵塞的時(shí)間。此外根據(jù)本發(fā)明，只形成溝槽即可，無須變更現(xiàn)有設(shè)備噴淋頭的孔的位置。
由于溝槽44形成為格子狀，所以整個(gè)溝槽呈現(xiàn)連續(xù)狀，使得氧化劑氣體能夠很好地?cái)U(kuò)散，可防止氧化劑氣體的濃度不均勻。由于氧化劑氣體的噴出孔44b設(shè)置在格子狀溝槽44的格子交叉點(diǎn)，可使從氧化劑氣體噴出孔44b噴出的氣體的擴(kuò)散性更好。
此外，通過在兩種氣體噴出孔的開口面上設(shè)置階梯差(水平差)，能夠控制這些氣體到達(dá)的時(shí)間，由此還能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)這些氣體的反應(yīng)性能等。
圖4中所示的階梯差L3(溝槽深度)優(yōu)選為0.5～10mm的范圍。由此，加工成本不會過剩，能夠有效抑制原料氣體到達(dá)氧化劑氣體的噴出孔44b。此外，島部45規(guī)定的溝槽44，，其角部48進(jìn)行R加工。由此使得反應(yīng)生成物難以附著。此外，從進(jìn)一步防止反應(yīng)生成物附著的觀點(diǎn)出發(fā)，R加工的曲率半徑優(yōu)選為0.1～1mm的范圍。再者，如圖示，原料氣體噴出孔44a和氧化劑氣體噴出孔44b的末端均可逐漸擴(kuò)大，由此，可抑制原料氣體流流向氧化劑氣體噴出孔44b，使得反應(yīng)生成物難以附著在氧化劑氣體噴出孔44b上。
在如上所述對噴淋頭40進(jìn)行溫度控制時(shí)，噴淋頭40底面的溫度優(yōu)選控制在165℃～170℃的范圍內(nèi)。通過將溫度控制在此范圍內(nèi)，使得反應(yīng)生成物更加難以附著在氧化劑氣體噴出孔44b上。
下面說明確認(rèn)本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)。
在此實(shí)驗(yàn)中，分別使用現(xiàn)有的后混合型噴淋頭和本發(fā)明的后混合型噴淋頭在硅晶片上進(jìn)行PZT成膜，通過目視確認(rèn)各噴淋頭在NO2氣體噴出孔周圍的壁上反應(yīng)生成物附著的狀態(tài)。現(xiàn)有的后混合型噴淋頭，在底面上沒有階梯差。本發(fā)明的后混合型噴淋頭，在底面上形成深度2mm的格子狀溝槽，在溝槽部分配置有NO2氣體噴出孔，在溝槽以外的部分配置有原料氣體噴出孔。其中，NO2氣體噴出孔的直徑，在現(xiàn)有的噴淋頭中是0.7mmΦ，在本發(fā)明的噴淋頭中是1.2mmΦ。
成膜的條件如下載置臺溫度500℃；壓力133.3Pa；NO2氣體流量400mL/min；Pb(thd)2(液體)流量0.13mL/min；Zr(O-i-C3H7)(thd)3(液體)流量0.27mL/min；Ti(O-i-C3H7)2(thd)2(液體)流量0.42mL/min；成膜時(shí)間850sec。
在以上的條件下分別成膜100片以后，對噴淋頭的底面進(jìn)行攝影，在圖6A和圖6B中示出。在圖6A表示的現(xiàn)有的噴淋頭上，在NO2氣體噴出孔處，附著了相當(dāng)多的反應(yīng)生成物，噴出孔幾乎完全堵塞，與此相對，圖6B中示出的本發(fā)明的噴淋頭上，幾乎見不到有反應(yīng)生成物附著在NO2氣體噴出孔上。
本發(fā)明并不限于如上所述的實(shí)施方式，只要在本發(fā)明思想的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行種種變更。例如，在上述實(shí)施方式中，是以使用NO2氣體作為氧化劑氣體為例進(jìn)行說明的，也可以使用O2氣體、N2O氣體、O3氣體等其它氧化劑氣體。在形成氮化物等的其他金屬化合物時(shí)，使用氧化劑氣體以外的氣體作為化合物形成用氣體也可以適用。再者，以PZT薄膜的成膜為例進(jìn)行說明，但并不限于此，使用BST膜(具有Ba(Sr1-xTix)O3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶)等其它有機(jī)金屬原料進(jìn)行成膜，或使用含有有機(jī)原料以外金屬的原料氣體進(jìn)行成膜也可以，在使用兩種以上氣體的情況下也可以廣泛適用。在上述實(shí)施方式中，以使用熱CVD的成膜裝置為例進(jìn)行說明，也可以是使用等離子體的成膜裝置，等離子體蝕刻裝置等其它氣體處理裝置。在使用等離子體時(shí)，可以采用高頻、微波等各種物質(zhì)作為等離子體源。在使用高頻等離子體源時(shí)，適用于電容耦合型等離子體、感應(yīng)耦合型等離子體(IPC)、ECR等離子體、磁控管等離子體等各種方式。
此外，在上述實(shí)施方式中，噴淋頭底面的溝槽以完全連續(xù)形成的方式形成格子狀，但溝槽的形狀并不限于格子狀。此外，完全連續(xù)形成溝槽可以使得氣體濃度等的均勻性特別良好，但也不一定都是連續(xù)形成，形成多個(gè)連續(xù)形成有多個(gè)化合物形成用氣體噴出孔的溝槽上也可以。作為這樣的例子可以舉出同心圓狀的溝槽。當(dāng)然也可為每個(gè)溝槽中設(shè)有一個(gè)化合物形成用氣體的噴出孔。
以上，以半導(dǎo)體晶片作為被處理基板為例進(jìn)行了說明，但也并不限于此，液晶顯示裝置用玻璃基板等其它基板也可以。
根據(jù)本發(fā)明，由于可抑制反應(yīng)生成物附著在噴淋頭的化合物形成用氣體噴出孔上，因此可有效地防止其堵塞，由此，能夠提高成膜的均勻性和重現(xiàn)性，同時(shí)可提高裝置的開工率，實(shí)現(xiàn)了維修成本的降低。本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于在處理容器內(nèi)，從與載置臺上載置的被加熱基板對向設(shè)置的噴淋頭供給處理氣體，進(jìn)行所需成膜的成膜裝置。
權(quán)利要求
1.一種氣體處理裝置，包括支承被處理基板的載置臺；包圍所述載置臺上的被處理基板的處理容器；分別獨(dú)立的向所述載置臺上的被處理基板噴出第一氣體和第二氣體的噴淋頭；具有向所述噴淋頭供給所述第一氣體的第一氣體流路和向所述噴淋頭供給所述第二氣體的第二氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)，其中，所述噴淋頭具有與所述載置臺上的被處理基板之間隔著規(guī)定的間隔相對的底面；在所述底面上形成的溝槽；與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的第一氣體流路連通，在除所述溝槽之外的所述底面上開口，噴出所述第一氣體的多個(gè)第一氣體噴出孔；和與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的第二氣體流路連通，在所述溝槽中開口，噴出所述第二氣體的多個(gè)第二氣體噴出孔。
2.一種氣體處理裝置，包括支承被處理基板的載置臺；包圍所述載置臺上的被處理基板的處理容器；與所述載置臺上的被處理基板相對配置的后混合型噴淋頭；具有向所述噴淋頭供給第一氣體的第一氣體流路和向所述噴淋頭供給第二氣體的第二氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)，其中，所述噴淋頭具有與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的第一氣體流路連通，噴出所述第一氣體的多個(gè)第一氣體噴出孔；與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的第二氣體流路連通，噴出所述第二氣體的多個(gè)第二氣體噴出孔；與所述載置臺上的被處理基板之間隔著規(guī)定間隔相對，開有所述第一氣體噴出孔的第一面；和與所述載置臺上的被處理基板之間隔著規(guī)定間隔相對，開有所述第二氣體噴出孔，相對所述第一面具有階梯差的第二面。
3.一種成膜裝置，包括支承被處理基板的載置臺；包圍所述載置臺上的被處理基板的處理容器；分別獨(dú)立的向所述載置臺上的被處理基板噴出原料氣體和化合物形成用氣體的噴淋頭；具有向所述噴淋頭供給所述原料氣體的第一氣體流路和向所述噴淋頭供給所述化合物形成用氣體的第二氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)，所述原料氣體含有金屬元素，所述化合物形成用氣體含有與所述金屬元素反應(yīng)形成化合物的成分元素，其中，所述噴淋頭具有與所述載置臺上的被處理基板之間隔著規(guī)定間隔相對的底面；在所述底面上形成的溝槽；與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的第一氣體流路連通，在除所述溝槽以外的所述底面上開口，噴出所述原料氣體的多個(gè)原料氣體噴出孔；和與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的第二氣體流路連通，在所述溝槽中開口，噴出所述化合物形成用氣體的多個(gè)化合物形成用氣體噴出孔。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述溝槽跨過多個(gè)所述化合物形成用氣體噴出孔，連續(xù)形成。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述溝槽的二維投影形狀為格子狀，包括豎槽和橫槽。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述化合物形成用氣體噴出孔在所述豎槽和橫槽交叉處開口。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述溝槽的深度在0.5～10mm的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述第一面和所述第二面的階梯差在0.5～10mm的范圍內(nèi)。
9.一種成膜裝置，包括支承被處理基板的載置臺；包圍所述載置臺上的被處理基板的處理容器；與所述載置臺上的被處理基板對向配置的后混合型噴淋頭；具有向所述噴淋頭供給原料氣體的原料氣體流路和向所述噴淋頭供給化合物形成用氣體的化合物形成用氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)，其中，所述噴淋頭具有與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的原料氣體流路連通，噴出所述原料氣體的多個(gè)原料氣體噴出孔；與所述氣體供給機(jī)構(gòu)的化合物形成用氣體的流路連通，噴出所述化合物形成用氣體的多個(gè)化合物形成用氣體噴出孔；與所述載置臺上的被處理基板之間隔著規(guī)定間隔相對，開有所述原料氣體噴出孔的第一面；和與所述載置臺上的被處理基板之間隔著規(guī)定間隔相對，開有所述化合物形成用氣體噴出孔，位于比所述第一面更遠(yuǎn)離被處理基板的位置的第二面。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于還具有控制所述噴淋頭溫度的溫度控制機(jī)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述化合物形成用氣體是氧化劑氣體。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述氧化劑氣體是NO2氣體。
13.如權(quán)利要求9所述的成膜裝置，其特征在于所述原料氣體是有機(jī)金屬氣體。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于所述有機(jī)金屬氣體為通過熱分解與所述氧化劑氣體反應(yīng)形成PZT膜，含有Pb(dpm)2和Ti(O-i-Pr)2(dpm)2，還含有Zr(dpm)4和Zr(O-i-Pr)2(dpm)2中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體處理裝置，包括支承被處理基板的載置臺(5)、處理容器(2)、后混合型噴淋頭(40)和具有向噴淋頭供給原料氣體的原料氣體流路和向噴淋頭供給氧化性氣體的氧化性氣體流路的氣體供給機(jī)構(gòu)(60)。噴淋頭具有與載置臺上的被處理基板之間隔著規(guī)定間隔相對的底面；在此底面上形成的溝槽；與原料氣體流路連通，在除溝槽以外的底面上開口，噴出原料氣體的多個(gè)原料氣體噴出孔(44a)和與氧化性氣體流路連通，在溝槽中開口，噴出氧化性氣體的多個(gè)氧化性氣體噴出孔(44b)。
文檔編號H01L21/316GK1806317SQ20058000051
公開日2006年7月19日 申請日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者飯塚八城, 木村宏一郎 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社