CN102725438B - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

使用包括有机金属化合物的原料气体形成薄膜的成膜装置具备：内部能够真空排气的处理容器（22）；载置被处理体（W），并且设置有对被处理体（W）进行加热的加热器（34）的载置台（28）；在载置台（28）的上方与载置台（28）相对设置，向着载置台（28）上的被处理体（W）外周端更外侧的区域导入原料气体的气体导入机构（80）；包围载置台（28）的上方的处理空间（S），划分处理空间的内外，并且以其下端部接近载置台（28）的方式设置，在下端部与载置台（28）的周边部之间形成气体出口（92）的内部划分壁（90）；在内部划分壁（90）的下端部，向着载置台（28）的半径方向的内方延伸设置，在与载置台（28）的周边部之间形成与气体出口（92）连通的孔口部（98）的孔口形成部件（96）。

Description

成膜装置
技术领域
本发明涉及使用原料气体在半导体晶片等被处理体上形成薄膜的成膜装置。
背景技术
近年来，在半导体集成电路装置中，伴随着微细化，层间绝缘膜中形成的Cu孔塞的直径从65nm缩小到45nm，可以预测在不远的将来孔塞直径还会进一步缩小到32nm或22nm。
伴随着这样的半导体集成电路装置的微细化，在微细的通孔或配线槽中，通过现有的PVD法进行阻挡金属膜或Cu种层的成膜，从阶梯覆盖的观点出发很困难。因此，利用能够实现优异的阶梯覆盖的MOCVD法或ALD法进行的成膜技术备受瞩目。此外，近来经常使用的由低介电常数材料构成的层间绝缘膜（Low-k膜）会由于热而受到损害，因此，研究在不对Low-k膜造成损害的低温下进行利用MOCVD法或ALD法的成膜。
但是，MOCVD法或ALD法，通常使用金属原子与有机基团接合的有机金属化合物作为原料，因而形成的膜中容易残留杂质，因此，即使是以看起来良好的阶梯覆盖形成的膜，其膜质也不稳定。例如，在通过MOCVD法在Ta阻挡金属膜上形成Cu镀层的种层的情况下，形成的种层容易发生凝结，使Ta阻挡膜稳定、进行以一样的膜厚覆盖的种层的成膜困难。将这种发生凝结的种层作为电极进行Cu层的电镀时，填充配线槽或者通孔的Cu层中包括潜在的缺陷，不仅电阻增加，还会引起电子迁移耐性和应力迁移耐性的劣化等的问题。
因此，最近提出了使用羰基金属原料、通过MOCVD法在层间绝缘膜上直接形成阻挡金属膜或种层的方法（例如，专利文献1、2）。羰基金属原料在比较低的温度下容易热分解能够形成金属膜，并且，作为羰基金属原料的配体的CO不会残留在形成的膜中而会直接排出到成膜反应体系之外，能够形成杂质极少、优质的阻挡金属膜或种层。通过该方法，可以使用例如W(CO)6作为阻抗金属膜形成W膜，或者使用例如Ru3(CO)12作为Cu镀层的种层形成Ru膜。
在这种情况下，由于羰基金属原料具有在比较低的温度下极易分解的性质，使用具有抑制分解的作用的CO气体作为载气。并且，由羰基金属原料构成的原料气体，从设置在处理容器的天井部的喷淋头供给，例如通过CVD在载置台上载置的被加热的半导体晶片上成膜。
但是，使用喷淋头供给羰基金属原料气体进行成膜时，具有如下特征：作为被处理体的半导体晶片的中心部的膜厚增大，随着向晶片的周边部前进，膜厚变小。
在此，作为能够避免这种问题的成膜装置，提案有：在处理容器的天井部设置挡板以代替喷淋头，并且以包围处理容器内的处理空间的方式设置环状的内部划分壁，从挡板的周边部设置的气体放出口向着载置台上载置的半导体晶片的外周端更外侧的区域供给原料气体（专利文献3）。在该成膜装置中，从挡板的周边部设置的气体放出口向着下方供给到处理空间的原料气体，大部分向着下方流动，其一部分向着处理空间的中心方向扩散流动，由此，在作为被处理体的半导体晶片的表面形成薄膜。另一方面，处理空间内的气体，从内部划分壁的下端与载置台之间形成的环状的气体出口向着下方排气。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-60944号公报
专利文献2：日本特开2004-346401号公报
专利文献3：日本特开2009-239104号公报
发明内容
通过设置这样的挡板，能够抑制向作为被处理体的半导体晶片的中心部的原料气体的供给，因此，能够避免中心部的膜厚增大，能够维持充分高的膜厚的面内均匀性，但是从挡板的周边部的气体放出口放出的气体的大部分从气体出口排出，有助于成膜的原料气体的量减少，因此，不能充分提高成膜速度。
此外，Ru3(CO)12等有机金属化合物是昂贵的原料，因此希望回收再利用，但是如专利文献3所述的现有的装置，载置台设定为高温，因此原料气体在载置台周边部分解，堆积不需要的膜，原料的回收很困难。
因此，本发明的目的在于提供一种能够同时获得良好的膜厚的面内均匀性和高的成膜速度的成膜装置。
此外，本发明的目的还在于提供一种除此之外还能够有效回收原料的成膜装置。
根据本发明的第一观点，提供一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置具备：处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气；载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器；气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体；内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口；和孔口形成部件，在所述内部划分壁的下端部向着所述载置台的半径方向的内方延伸设置，在与所述载置台的周边部之间形成与所述气体出口连通的孔口部。
根据本发明的第二观点，提供一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置具备：处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气；载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器；气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体；内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口；和孔口形成部件，以在所述气体出口形成上侧的缝隙和下侧的缝隙的方式存在，并且以其内周端向着所述载置台的半径方向的内方延伸的方式设置，所述上侧的缝隙形成孔口部。
根据本发明的第三观点，提供一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置具备：处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气；载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器；气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体；内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口；孔口形成部件，以在所述气体出口形成上侧的缝隙和下侧的缝隙的方式存在，并且以其内周端向着所述载置台的半径方向的内方延伸的方式设置，所述上侧的缝隙形成孔口部；向所述下侧的缝隙供给清洁气体的清洁气体供给机构；和以覆盖所述载置台的周边部的外侧部分的方式设置的覆盖部件，其中，所述内部划分壁、所述孔口形成部件和所述覆盖部件，维持在低于所述原料气体的分解温度、并且在固化温度或液化温度以上的温度范围，所述载置台的周边部维持在所述原料气体分解的温度。
根据本发明的第四观点，提供一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置具备：处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气；载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器；气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体；内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口；和孔口形成部件，在所述内部划分壁的下端部向着所述载置台的半径方向的内方延伸设置，在与所述载置台的周边部之间形成与所述气体出口连通的孔口部，维持在比原料气体的分解温度低、并且比其固化温度或液化温度高的温度，所述载置台具有：具有所述加热器的载置台本体；在所述载置台本体的周边部与所述被处理体分离设置、并且与所述载置台本体部分接触、经过温度调节的周边环部件；在所述被处理体的周边部与所述被处理体分离设置、并且在所述周边环部件上设置的覆盖环。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的成膜装置的结构示意图。
图2是表示图1的成膜装置中使用的挡板的一例的平面图。
图3是表示图1的成膜装置中使用的载置台的截面放大图。
图4是表示图1的成膜装置中使用的载置台的一部分的部分截面放大图。
图5是表示图1的成膜装置中载置台下降时的状态的图。
图6A是用于表示本发明的第一实施方式的成膜装置的处理容器内的原料气体的流动的示意图。
图6B是表示将图6A的孔口部的周围放大、在该部分的原料气体的流动的示意图。
图7是用于表示现有的成膜装置中的处理容器内的原料气体的流动的示意图。
图8是表示本发明的第二实施方式的成膜装置中的载置台的一部分的部分截面放大图。
图9是表示本发明的第二实施方式的成膜装置中的载置台的部分的侧面图。
图10是用于表示本发明的第二实施方式的成膜装置的处理容器内的原料气体的流动的示意图。
图11是表示第一实施方式和第二实施方式的成膜装置、以及现有的成膜装置中的成膜速度和膜厚的面内均匀性的图。
图12是表示本发明的第三实施方式的成膜装置中的载置台的一部分的部分截面放大图。
图13是用于表示本发明的第三实施方式中的成膜装置的处理容器内的原料气体的流动、和半导体晶片以及各部件的温度的示意图。
图14是表示晶片温度与成膜速度的关系的图。
图15是表示密封环的温度与膜厚的面内均匀性的关系的图。
图16是表示本发明的第三实施方式的成膜装置中的清洁气体流量与膜厚和膜厚的面内均匀性的关系的图。
图17是表示使覆盖环部件的温度变化时的原料的回收率与膜厚的面内均匀性的关系的图。
图18是表示对专利文献3的成膜装置和第三实施方式的成膜装置以及其中间阶段的2个成膜装置，确认原料气体的附着状况的结果的图。
图19是表示本发明的第四实施方式的成膜装置中的载置台的一部分的部分截面放大图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的成膜装置的优选的一个实施方式。
<第一实施方式的成膜装置>
图1是表示本发明的第一实施方式的成膜装置的结构示意图，图2是表示图1的成膜装置中使用的挡板的一例的平面图，图3是表示图1的成膜装置中使用的载置台的截面放大图，图4是表示载置台的一部分的部分截面放大图，图5是表示载置台下降时的状态的图。在此，以使用羰基类有机金属化合物Ru3(CO)12作为有机金属化合物的原料、使用CO（一氧化碳）作为载气形成由Ru金属膜构成的薄膜的情况为例进行说明。
如图1所示，第一实施方式的成膜装置20，具有例如由铝合金等构成的筒体状的处理容器22。该处理容器22，由大直径的上部室和小直径的下部室构成，下部室作为排气空间24起作用。在划分作为该下部室的排气空间24的下部侧壁形成排气口26，该排气口26与排气系统11连接。处理容器22的上部室设置有载置并保持作为被处理体的半导体晶片W的载置台28。此外，在处理容器22的天井部的中央部，形成将处理所需要的气体导入处理容器内的气体入口78。气体入口78上连接供给原料气体等的气体供给系统14。此外，处理容器22的上部设置有与气体入口78连通的气体导入机构80。
排气系统11具有涡轮分子泵11A和干式泵11B串联连接的结构，上述涡轮分子泵11A经由阀11b供给氮气。处理容器22和涡轮分子泵11A之间设置可变电导阀11a，将处理容器22内的总压维持恒定。为了利用干式泵11B对处理容器22进行大致排气，设置将涡轮分子泵11A分支的排气路径11C，排气路径11C上设置阀11c。此外，涡轮分子泵11A的下游侧设置有其他的阀11d。此外，干式泵11B的上游侧设置有从排气气体中除去残留成分的捕获机构（未图示）。在排气系统11的直到捕获机构的排气路径上设置有例如带式加热器等的排气加热器，将排气气体中的未反应的原料气体维持在比原料的分解温度低且在固化温度或液化温度以上，通过该捕获机构，能够回收未反应的原料气体。
气体供给系统14，具有使原料气化的起泡器14A、和将原料气体导入处理容器22的气体导入线路14B。起泡器14A的内部，保持Ru的羰基化合物Ru3(CO)12作为原料，从安装有MFC（质量流量控制器）14b的起泡气体线路14a供给CO气体作为载气，通过起泡，气化的Ru3(CO)12气体能够作为原料气体经由气体导入线路14B导入处理容器22内。从安装有MFC14c的线路14d也能够流通CO气体作为载气，原料气体通过该载气在气体导入线路14B内向着处理容器22搬送。并且，上述气体供给系统14还设置有安装了阀14g、14h和MFC 14e的用于供给Ar等不活泼气体的线路14f，根据需要在通过气体导入线路14B供给到上述处理容器12的Ru3(CO)12气体中添加该不活泼气体。
载置台28例如整体形成为圆板状，其直径比半导体晶片W的直径大，其上表面侧载置半导体晶片W。并且，该载置台28安装固定在从处理容器22的底部侧立起的例如铝合金那样的金属制的支柱30的上端部。该支柱30，贯通划分排气空间24的底部，向着下方延伸，通过未图示的促动器，能够使载置台28整体向上下方向升降，能够停止在任意位置。此外，支柱30的贯通部设置有能够伸缩的金属制的波纹管32，维持处理容器22内的气密性并且容许载置台28的升降。
在载置台28中，在其上部侧埋设有作为加热单元的例如钨线加热器或碳线加热器这样的加热器34，通过该加热器34对半导体晶片W进行加热。在加热器34的下方设置有冷媒通路36，该冷媒通路用于流通将该载置台28的下部或侧部冷却、进行温度调节的冷媒。其中，该载置台28的详细情况后述。
在载置台28的周边部，设置有多个、例如3个（图示例中仅表示2个）销插通孔37，该各销插通孔37内能够插通升降销38。各升降销38的下端部由升降臂40支承，该升降臂40能够通过由波纹管42气密地贯通容器底部的升降杆44升降。并且，在晶片W的移载位置上，使上述载置台28向下方下降的状态下（参照图5），使升降销38向载置台28的上方伸出没入，将晶片W压上或压下。
在使载置台28向下方下降的位置，对应于载置台28的上表面的水平位置的容器侧壁上形成有通过搬送臂（未图示）搬入搬出半导体晶片W的开口46，设置有用于打开关闭该开口46的闸阀48。
在处理容器22的侧壁或天井部分别设置有加热器49A、49B，通过将这些维持在规定的温度，防止原料气体发生固化或液化。
如图3和图4所示，载置台28主要由载置半导体晶片W的载置台本体50、和以包围该载置台本体50的侧面和底面的状态支承载置台本体50的基台52构成。加热器34设置在载置台本体50的内部，上述冷媒通路36设置在基台52的内部。通过在冷媒通路36中流通冷媒，基台52维持在低于原料气体的分解温度并且在固化温度或液化温度以上的温度范围。其中，图3中省略销插通孔37和升降销38的记载。
载置台本体50整体由陶瓷材料或金属构成，形成为圆板状。并且，在其内部大致在整个面上以绝缘状态埋设有加热器34，将直接载置在该上表面上并接触的半导体晶片W加热到期望的温度并进行温度控制。
作为构成载置台本体50的陶瓷材料，例如能够使用氮化铝（AlN）、氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）等，作为金属，能够使用铝、铝合金等。此外，设定该载置台本体50的直径，使其比半导体晶片W的直径略小，例如，当半导体晶片W的直径为300mm时，载置台本体50的直径设定为295mm左右。上述载置台本体50的周边部，沿着其周方向以环状形成截面为直角状的台阶部54（参照图4）。
此外，基台52整体由金属形成。并且，基台52由内部整个面上设置有上述冷媒通路36的圆板状的金属制的基体部56、和在该基体部56的周边部以包围上述载置台本体50的周面的方式设置的环状的金属制的边缘环58构成。冷媒通路36中，通过未图示的配管，流通作为冷媒的冷却水、Fluorinert、Galden（注册商标）等。
在基体部56与边缘环58之间，存在用于缓和该边缘环58的冷却的由热传导性低的金属构成的环状的热传导缓和部件60。具体而言，基体部56和边缘环58由铝或铝合金构成，热传导缓和部件60由热传导性比铝或铝合金差的不锈钢构成。热传导缓和部件60可以根据需要设置，也可以省略。此外，上述基体部56和边缘环58也可以使用热传导性稍差的不锈钢代替铝或铝合金。边缘环58、热传导缓和部件60和基体部56，通过其上方的多个螺栓62以能够安装拆卸（能够分解）的方式结合成一体。
基体部56的上表面与载置台本体50的底部（下表面）之间设置有绝热件64，由此，实现基体部56与载置台本体50之间的绝热。作为该绝热件64，可以使用热传导性低、并且耐热性优异的陶瓷材料或不锈钢等。
边缘环58具有保持与半导体晶片W的载置面的水平位置同一水平、并且向半导体晶片W的半径方向外方延长规定长度的环状的突缘部66。突缘部66的周边部，向上方突出的突出部66a形成为圆周状。
在边缘环58的内周侧的上部，向载置台本体50一侧突出的突起部68沿着其周方向形成为环状，该突起部68延伸到载置台本体50的台阶部54的途中。该突起部68上设置有使其向下方贯通的固定螺钉70，通过使该固定螺钉70向下方向前进，按压载置台本体50的周边部将其固定。因此，边缘环58的内周面与载置台本体50的外周面不会直接接触，两者间形成实现绝热的空间部72。此外，固定螺钉70总共例如只设置6个左右，提高边缘环58与载置台本体50之间的绝热性。
载置台本体50的台阶部54的侧面与边缘环58的突起部68的内周面之间，以活嵌状态、能够安装拆卸的方式设置有环状的密封环74。该密封环74由铝或铝合金等金属构成，具有防止在载置台本体50的侧壁成膜、确保半导体晶片W的面内温度均匀性、防止在半导体晶片W的背面成膜、载置台本体50与边缘环58之间的绝热等的功能。
在边缘环58的上表面设置有环状的覆盖环76，用于防止膜附着在作为半导体晶片W的端面的斜面部。该覆盖环76例如由氧化铝或氮化铝等陶瓷材料构成。该覆盖环76的温度与基台52相同，在成膜时，维持在低于原料气体的分解温度、并且在固化温度或液化温度以上的温度范围。
气体导入机构80与设置在处理容器22的天井部的中央部的气体入口78连通，并且与载置台28相对设置，从载置台28的垂直方向上方向载置台28上的半导体晶片W的外周端的更外侧的区域放出或喷射原料气体。因此，气体导入机构80，在载置台28上载置的半导体晶片W的外侧部分向避开晶片W的方向供给原料气体。
具体而言，该气体导入机构80具有直径比晶片W的直径大的挡板82，该挡板82通过从处理容器22的天井部内面向下方延伸的圆形环状的支承部件84从处理容器22的天井部向下方隔离适当长度地支承。因此，挡板82以与载置台28上的半导体晶片W相对的方式安装。
如图2所示，在挡板82的周边部，沿着其周方向横贯全周地设置有形成为圆弧状的多个气体放出口86。多个气体放出口86形成于载置台28上的半导体晶片W的外周端的更外侧区域的垂直方向的上方。处理容器22的天井部与挡板82之间的部分，形成为原料气体扩散的扩散室88，在扩散室88中向外方扩散的原料气体从多个气体放出口86向着下方的处理空间S放出或喷射。
这样一来，气体放出口86的正下方与半导体晶片W的外周端的更外侧的区域相对应，因此原料气体向着半导体晶片W的外侧的区域放出，原料气体不会直接流到晶片W的上表面。
并且，也可以沿着周方向形成多个内径小的气体喷射孔，代替这样的圆弧状的气体放出口86。
支承部件84和挡板82由热传导性好的金属材料、例如由铝或铝合金形成。
在支承部件84的下侧，从支承部件84向下方延长地设置有环状的内部划分壁90。该内部划分壁90与支承部件84连续一体化设置，由与支承部件84相同的材料形成。该内部划分壁90以包围载置台28的上方的处理空间S的周围的方式设置，其下端部接近载置台28。并且，在该内部划分壁90的下端与载置台28的周边部之间，沿着载置台28的周方向形成环状的排气用的气体出口92。处理空间S的氛围气体通过气体出口92从晶片W的外周侧均匀排气。
内部划分壁90位于载置台28的周边部所设置的突缘部66和覆盖环76的上方，气体出口92形成在覆盖环76的上表面（也包括突缘部66的上表面的一部分）与内部划分壁90的下端面之间。为了进一步缩小该气体出口92的外周侧的流路宽度，在内部划分壁90的下端部，沿着其周方向，在与突缘部66的突出部66a对应的位置形成环状的突起94。该气体出口92的上下方向的宽度L1设定在2～19.5mm的范围内，例如5mm左右（参照图4）。
内部划分壁90的下端部设置有孔口形成部件96。具体而言，该孔口形成部件96，在上述内部划分壁90的下端部，向着上述载置台28的半径方向的内方延伸而设置，沿着载置台28的周方向形成为环状。并且，在该孔口形成部件96的下表面与载置台28的周边部之间，形成有与上述气体出口92连通的孔口部98。因此，该孔口部98，在上述孔口形成部件96的下表面与配置于载置台28的周边部的覆盖环76的上表面之间划分形成，沿着载置台28的周方向形成为环状。
该孔口形成部件96的材料由与上述内部划分壁90相同的热传导性良好的材料、例如由铝或铝合金等构成，在此，两者一体成型。如此，通过使孔口构成部件96向处理容器22的中心方向延伸设置，将从上方流下的原料气体的一部分的流动变更到处理容器22的中心方向，并且缩小从孔口部98排气的氛围气体的流路面积，适度延长原料气体在处理空间S中的滞留时间。
在这种情况下，上述孔口部件96的内周端，设定在载置于上述载置台28上的半导体晶片W的外周端的上方、与比该上方向着载置台28的半径方向的外方离开10mm的位置之间。具体而言，在图4中，将晶片W的外周端与孔口部件96的内周端之间的水平方向的距离L2（从上下方向观察时的距离）设定在0～10mm的范围内。如果该孔口部件96的内周端变长而位于晶片上，会导致膜厚的面内均匀性降低，因此不优选，并且，如果距离L2大于10mm，设置孔口部98的效果减小，成膜速度降低。此外，孔口部98的上下方向的宽度L3（参照图4）设定在2～19.5mm的范围内，例如与气体出口92的宽度L1相同，设定为5mm。
此外，挡板82的未形成气体放出口86的中央部侧的直径D（参照图1）为晶片W的直径以上的大小，例如在对直径为300mm的晶片W进行处理的情况下为300mm以上。此外，上述挡板82与晶片W之间的距离G（参照图1）设定在例如25～67mm的范围内。
其中，处理时，载置台28位于图4的位置，在半导体晶片W的搬入搬出等的处理时以外的情况下，如图5所示，载置台28下降。
成膜装置20的整体的动作，例如气体供给的开始、停止、工艺温度、工艺压力、冷媒流路36中流通的冷媒的温度控制，例如通过由计算机构成的装置控制部100进行。
成膜装置20中的成膜处理的控制所需要的、计算机能够读取的程序存储在存储介质102中，作为该存储介质102，可以使用软盘、CD（Compact Disc）、CD-ROM、硬盘、闪存或DVD等。
接着，参照图6A和图6B，对使用以上构成的成膜装置20进行的成膜处理进行说明。图6A和图6B是用于表示处理容器22内的原料气体的流动的示意图，图6B放大表示图6A的孔口部的周围。
在该成膜装置20中，首先，将半导体晶片W搬送到处理容器22内，载置在载置台28上。处理容器22内通过排气系统11连续驱动而被抽真空，维持在规定的压力。并且，载置台28所支承的半导体晶片W通过加热器34而维持在规定的温度。
此外，处理容器22的侧壁、天井部、支承部件84、内部划分壁90和孔口形成部件96也分别通过加热器49A、49B而维持在规定的温度。该温度是低于原料气体的分解温度、并且在固化温度或液化温度以上的温度范围，例如分别加热到80℃左右。
在该状态下，通过气体供给系统14，供给作为载气的CO气体，并且供给原料气体（Ru3(CO)12），从气体入口78流入气体导入机构80的扩散室88内。
该原料气体，通过挡板82的作用，在扩散室88内向其周围扩散，从挡板82的周围设置的各气体放出口86向着下方放出，如箭头110（参照图6A）所示，在处理空间S内流下。该流下方向是向着载置台28的周边部、晶片W的外周端的外侧的区域的方向。原料气体的一部分，在该流下的途中，如箭头112（参照图6A）所示，向着处理空间S内的中央部扩散而滞留。
与此同时，上述流下的原料气体的大部分，在内部划分壁90的下端部，与向着处理空间S的中央部延伸设置的孔口形成部件96接触，如箭头114所示，暂时向处理空间S的中央部侧弯曲。在该原料气体的一部分滞留在处理空间S内的同时，大量的原料气体在流路面积缩小的孔口部98内流通，进一步通过气体出口92，如箭头115所示，流向处理容器22内的载置台28的下方的空间。于是，处理容器22内的氛围气体通过排气口26排出到容器外。在处理空间S内，供给到半导体晶片W的原料气体在半导体晶片W上热分解，通过CVD形成Ru膜。此时的成膜反应如下述化学式所示，通过反应，产生与载气相同气体种类的气体CO（一氧化碳）。
Figure BDA00001935044800132
Ru3(CO)12-x↑＋Q→3Ru＋（12－X）CO↑
Ru3(CO)12↑＋Q→3Ru＋12CO↑
其中，上述化学式中的“
Figure BDA00001935044800133
”表示可逆，“↑”表示气体状态，未标注“↑”的为固体状态，“Q”表示施加热量。
如此，由于设置适度缩小排气路径的面积的孔口部98，原料气体在处理空间S内滞留适当的时间，并且，在处理空间S的中央部原料气体不会过剩，该处理空间S内的氛围气体通过孔口部98和气体出口92排出。即，在处理空间S中，与周边部相比，中央部的原料气体的浓度不会增高，能够保持该状态使向处理空间S内的原料气体适度滞留。
即，在如图7所示不设置孔口部、只是在内部划分壁90与载置台28之间设置有气体出口192的专利文献3的结构的情况下，从气体放出口86如箭头110所示流下的原料气体，如箭头114a所示，按原样从气体出口192被排出，因而有助于成膜的原料气体的量少，存在成膜速度变小的倾向。但是在本实施方式的情况下，由于适度缩小排气路径的面积的孔口部98的存在，能够适度延长处理空间S内的原料气体的滞留时间，因此能够无损于膜厚的面内均匀性而提高Ru膜的成膜速度。因此，在本实施方式中，能够维持高的膜厚的面内均匀性、以高于现有技术的成膜速度堆积Ru膜。
此时的工艺条件，工艺压力为0.001～1Torr的范围内的压力，例如0.1Torr（13.3Pa），晶片温度为原料气体的分解温度以上，例如150～250℃的范围内的温度、例如190℃左右。此外，原料气体的流量为1～2sccm，作为载气的CO气体的流量为100sccm。并且，孔口形成部件96、内部划分壁90和载置台28的周边部的覆盖环76等，如上所述，设定在原料气体的分解温度以下、且在固化温度或液化温度以上的温度，例如80℃左右，因此，这些部件的表面上几乎不会堆积不必要的膜。
如此，根据本发明的第一实施方式，使用由有机金属化合物构成的原料气体在作为被处理体的半导体晶片W的表面形成薄膜的成膜装置，具备：内部收容作为被处理体的半导体晶片W、内部能够真空排气的处理容器22；载置半导体晶片W、并且设置有对半导体晶片W进行加热的加热器34的载置台28；在载置台28的上方与载置台28相对设置、向着载置台28上的半导体晶片W的外周端的更外侧的区域导入原料气体的气体导入机构80；包围载置台28的上方的处理空间S、划分其内外、并且以其下端部接近载置台28的方式设置、在下端部与载置台28的周边部之间形成气体出口92的内部划分壁90；在内部划分壁90的下端部向着载置台28的半径方向的内方延伸设置、与载置台28的周边部之间形成与气体出口92连通的孔口部98的孔口形成部件96，由此，能够维持高的膜厚的面内均匀性、并且提高成膜速度。
<第二实施方式的成膜装置>
接着，对本发明第二实施方式的成膜装置进行说明。图8是表示本发明第二实施方式的成膜装置的一部分的部分截面放大图，图9是表示图8的成膜装置的载置台的部分的侧面图。其中，在此没有图示的部分为与第一实施方式相同的结构。此外，图8为与第一实施方式的图4对应的图，与图4所示的结构相同的结构部分标注相同的参考符号，省略其说明。
在先前的第一实施方式中，孔口形成部件96与内部划分壁90一体地形成，但是在本实施方式中，具有形成为比先前的第一实施方式的孔口形成部件96薄、并且半径方向的宽度也大的成型为圆形环状的孔口形成部件116。该薄板圆形环状的孔口形成部件116的厚度，设定为比气体出口92的宽度L1小。并且，以将该薄的孔口形成部件116插入内部划分壁90与载置台28之间的气体出口92中的方式设置，在该上方和下方形成上侧的缝隙92A和下侧的缝隙92B。该上侧的缝隙92A构成为孔口部118，该孔口部118，与第一实施方式的孔口部98同样，沿着载置台28的周方向形成为环状。
因此，与第一实施方式的情况同样，孔口形成部件116的内周端，向着载置台28的内方延伸设置。此外，该孔口形成部件116的外周端，被在内部划分壁90的下端部沿着其周方向隔开规定间隔配置的多个支承臂120以悬垂状态支承（参照图9）。
支承臂120整体例如只设置6个左右，几乎不会对排气造成影响。该支承臂120也与上述孔口形成部件116同样，由热传导性良好的材料、例如由铝或铝合金形成，与第一实施方式同样，设定为表面不附着薄膜的低于原料气体的分解温度、且在固化温度或液化温度以上的温度范围，在此，设定为例如80℃左右。其中，在第一实施方式中在气体出口92设置的突起94在该第二实施例中未设置。
在此，上侧的缝隙92A的上下方向的宽度L1A为1～5mm左右，下侧的缝隙92B的上下方向的宽度L1B为1～5mm左右。并且，该孔口形成部件116的内周端与晶片W的外周端之间的水平方向的距离L2（从上下方向观察时的距离）与第一实施方式同样，设定在0～10mm的范围内。其理由与第一实施方式的情况相同。
此外，在此，将在边缘环58上设置的覆盖环76分割为内周侧环76A和外周侧环76B，两个环76A、76B之间形成很小的缝隙122。并且，设置经由该缝隙122对下侧的缝隙92B供给与载气相同种类的气体作为清洁气体的清洁气体供给机构126。具体而言，该清洁气体供给机构126，具有在对应于缝隙122的边缘环58侧沿着其周方向形成为环状的气体槽124。该气体槽124与经过支柱30（参照图1）和载置台28内形成的气体流路128连接。具体而言，该气体流路128在支柱30内垂直延伸，在载置台28中的基台52的基体部56内水平延伸，在边缘环58内垂直延伸到达气体槽124。该气体流路128上设置有质量流量控制器那样的流量控制器130和开关阀132，根据需要一边控制作为清洁气体的CO气体的流量一边供给。
图10是用于表示本实施方式的成膜装置中的处理容器内的原料气体的流动的示意图，对应于第一实施方式中的图6A和图6B。在本实施方式中，从挡板82的气体放出口86（参照图1）在垂直方向如箭头110所示流下的原料气体，其一部分与第一实施方式同样，如箭头122所示，向着载置台28的中央部扩散，在容器内滞留。并且，在垂直方向进一步流下的原料气体的一部分，如箭头140所示，在作为气体出口92的上侧的缝隙92A的孔口部118被节流而排出。
此外，流下的原料气体的另一部分，如箭头142所示，与上述孔口形成部件116的内侧的周边部的上表面接触，暂时向着载置台28的中央部侧流动后，再次折返，经由孔口部118流出。这样一来，在处理空间S内的原料气体暂时滞留在处理空间S内的同时，在流路面积被缩小的孔口部118内流过，如箭头144所示，流向载置台28的下方。
如此，由于设置了适度缩小排气路径的面积的孔口部118，原料气体在处理空间S内滞留适度的时间，并且在处理空间S的中央部，原料气体不会过剩，该处理空间S内的氛围气体通过气体出口92的孔口部118排出。即，在处理空间S中，与周边部相比，中央部的原料气体的浓度不会增高，能够保持该状态使向处理空间S内的原料气体适度滞留。其结果，与第一实施方式同样，能够维持高的膜厚的面内均匀性、并且以高的成膜速度堆积Ru膜。
此外，在本实施方式中，在如上所述进行成膜时，向清洁气体供给机构126的气体流路128供给经过流量控制的状态的清洁气体。该清洁气体从形成为环状的气体槽124流入设置于孔口形成部件116的下方的下侧的缝隙92B内。流入该下侧的缝隙92B内的清洁气体，其一部分如箭头146所示被向外侧吸引而流动。此外，剩余的清洁气体如箭头148所示向着处理空间S侧移动，此时，与将要从处理空间S侧流入下侧的缝隙92B内的如箭头150所示的原料气体的流动冲突而相互干扰，能够防止原料气体流入该下侧的缝隙92B内。
因此，能够防止不需要的膜堆积在载置台28的周边部的表面，具体而言堆积在覆盖环76和边缘环58的表面。此外，作为清洁气体使用与载气同样的CO气体，如先前的说明，CO气体能够发挥作用以抑制原料气体的分解，因而能够进一步提高防止不需要的膜的堆积的效果。在这种情况下，该CO气体从该下侧的缝隙92B大量流入处理空间S侧，直到到达晶片W的周边部，该晶片W的周边部的上表面的成膜受到阻碍，因此不优选。因此，CO气体的流量设定为非常小，优选将其流量设定为如箭头148所示的清洁气体几乎不会到达处理空间S侧的程度。
如此，根据本发明的第二实施方式，使用由有机金属化合物构成的原料气体在作为被处理体的半导体晶片W的表面形成薄膜的成膜装置，具备：内部收容作为被处理体的半导体晶片W、内部能够真空排气的处理容器22；载置半导体晶片W、并且设置有对半导体晶片W进行加热的加热器34的载置台28；在载置台的上方与载置台28相对设置、向着载置台28上的半导体晶片W的外周端的更外侧区域导入原料气体的气体导入机构80；包围载置台28的上方的处理空间S、划分其内外、并且其下端部与载置台28接近设置、下端部与载置台28的周边部之间形成气体出口的内部划分壁90；以气体出口92形成有上侧的缝隙92A和下侧的缝隙92B的方式存在、并且以其内周端向着载置台28的半径方向的内方延伸的方式设置、上侧的缝隙92A形成孔口部118的孔口形成部件116，因此，能够维持高的膜厚的面内均匀性、并且提高成膜速度。此外，由于下侧的缝隙92B流通清洁气体，因此能够防止膜在载置台28的周边部堆积，与第一实施方式相比能够进一步提高成膜速度。
<第一实施方式和第二实施方式的评价实验>
接着，说明对于以上的第一实施方式和第二实施方式的成膜装置进行评价实验的结果。其中，为了比较，对于没有孔口部的现有的成膜装置（参照图7）也进行实验。
在现有的成膜装置中，将内部划分壁90的下端部的气体出口192（参照图7）的上下方向的宽度设定为2mm。并且，在第一实施方式的成膜装置中，将气体出口92的宽度L1和孔口部98的上下方向的宽度L3均设定为2mm，距离L2设定为10mm（参照图4）。此外，在第二实施方式的成膜装置中，孔口部118（上侧的缝隙92A）的上下方向的宽度L1A设定为3mm、下侧的缝隙92B的宽度L1B设定为2mm，距离L2设定为8mm（参照图8）。此外，清洁气体供给机构126的CO气体的流量设定为100sccm。并且，其他的工艺条件全部同样设定，形成Ru膜。
此时的结果示于图11。图11是表示本发明和现有的成膜装置的成膜速度和膜厚的面内均匀性的图。如图11所示，关于成膜速度，现有的成膜装置为1.93nm/min。而本发明的第一实施方式的情况下为2.17nm/min，第二实施方式的情况下为2.66nm/min。如此，可以确认在第一实施方式和第二实施方式的成膜装置中，能够得到比现有的成膜装置更高的成膜速度。其中，特别是在第二实施方式的成膜装置中，确认能够大幅度提高成膜速度。
此外，关于膜厚的面内均匀性，现有的成膜装置为6%左右。而本发明的第一实施方式和第二实施方式的膜厚均匀性下降，但是可以确认均在界限值10%以下的容许范围内。
<第三实施方式的成膜装置>
接着，对本发明的第三实施方式的成膜装置进行说明。图12是表示本发明第三实施方式的成膜装置的一部分的部分截面放大图。在此，未图示的部分与第一实施方式为相同结构。此外，图12为与第二实施方式的图8对应的图，与图8所示的结构相同的构成部分标注相同的参考符号，省略其说明。
在先前的第二实施方式中，载置台28的边缘环58和密封环74以从加热的载置台本体50绝热的状态设置，将它们的温度维持在低于原料气体的分解温度、并且在固化温度或液化温度以上的温度范围，例如80℃，并且，下侧的缝隙92B中流通清洁气体，由此，能够防止在载置台28的周边部的密封环74、覆盖环76和边缘环58的表面堆积不需要的膜，但是在这种结构的情况下，载置台28的周边部的温度比成膜温度低，并且由于温度比成膜温度低的清洁气体到达半导体晶片W的周边部，因此，得到的膜厚的面内均匀性自然存在限度。
在此，在本实施方式中，构成为能够防止载置台28的周边部的膜的堆积、并且进一步提高膜厚均匀性。
在本实施方式中，代替第二实施方式的密封环74，设置宽度大、并且与加热到成膜温度的载置台本体50部分接触的密封环74′，此外，代替第二实施方式的边缘环58，设置与载置台50部分接触的边缘环58′，通过这些密封环74′和边缘环58′，构成周边环部件。
密封环74′以其内周面与载置台本体50的外周面之间形成很小的缝隙的方式设置。此外，在密封环74′的下表面的载置台本体50侧的部分，接触突起74a向下方突出设置，形成该接触突起74a的下表面与载置台本体50的台阶部54的上表面接触的接触部74b。由此，密封环74′被传导的载置台本体50的热量加热。该密封环74′由铝或铝合金等金属构成，通过上述结构，将温度调节到与晶片W的温度几乎相同、或者稍低（例如10℃以内）的温度。密封环74′的温度调节能够通过调节接触突起74a的接触部74b的接触面积而进行。
边缘环58′，在其内侧上部形成台阶部68′。并且，台阶部68′的内周面与密封环74′的外周面之间形成有很小的缝隙。台阶部68′的下表面与载置台本体50的台阶部54的上表面接触，形成接触部68a。该边缘环58′由铝或铝合金等金属构成，通过上述结构，将温度调节到与晶片W的温度几乎相同、或者稍低（例如10℃以内）的温度。边缘环58′的温度调节能够通过调节台阶部68′的接触部68a的接触面积而进行。边缘部58′、热传导缓和部件60和基体部件56通过多个螺栓（未图示）接合。也可以代替热传导缓和部件60，在边缘环58′与基体部件56之间形成缝隙，还可以设置热传导缓和部件60、并设置缝隙。
此外，也可以代替通过接触部74b和接触部68a使密封环74′和边缘环58′与载置台本体50直接接触，而通过由热传导性良好的金属材料、例如铝、铜等形成的热阻小的间隔部件部分接触，在任一种状况下均为与达到最高的温度状态的载置台本体50部分接触的状态，密封环74′和边缘环58′的温度为比载置台本体50的温度低的规定温度即可。
如此，密封环74′和边缘环58′为比载置台50的温度低的温度，在使用Ru3(CO)12作为原料气体形成Ru膜的情况下，载置台本体加热到215℃左右、半导体晶片W加热到190℃左右、密封环74′和边缘环58′加热到180～190℃左右。
此外，在本实施方式中，以覆盖边缘环58′的外周侧（与处理容器22相反的一侧）的方式设置有由铝等高热传导性材料构成的覆盖部件164。覆盖部件164以下端部被按压在热传导缓和部件60与基体部56之间的方式设置，上端部隔着绝热件166安装在边缘环58′上。覆盖部件164与基体部56的温度接近，维持在低于原料气体的分解温度、并且在固化温度或液化温度以上的温度，例如80℃左右。
此外，在本实施方式中，也可以代替第二实施方式中的清洁气体供给机构126，设置能够供给更高温的清洁气体的清洁气体供给机构126′。该清洁气体供给机构126′具有气体流路182，该气体流路182包括：支柱30的流路（未图示）、载置台本体50与绝热件64之间的流路172、与该流路172连接的沿载置台本体50的台阶部54垂直延伸的流路174、密封环74′与台阶部54之间的流路176、密封环74′与边缘环58′之间的流路178、和边缘环58′与覆盖环76的内周侧环76A之间的流路180构成的，流路180连接内周侧环76A与外周侧环76B之间的缝隙122。因此，在气体流路182中流通的清洁气体，被载置台本体50、密封环74′、边缘环58′加热，以与半导体晶片W的温度同等或稍低的温度、例如170℃左右的温度供给到缝隙92B。
通过将覆盖环76分割为内周侧环76A和外周侧环76B，除了在其间形成作为气体流路的缝隙之外，通过使这些材质为不同的物质，能够形成温度梯度。覆盖环76也可以分割为3个以上。内周侧环76A和外周侧环76B可以由氧化铝或氮化铝等陶瓷、或者铝或铝合金等金属形成。内周侧环76A和外周侧环76B可以为相同材料也可以为不同材料。例如，可以由陶瓷形成内周侧环76A、由铝形成外周侧环76B。由于覆盖环76形成于作为周边环的密封环74′和边缘环58′之上，因此，为比密封环74′和边缘环58′稍低、比半导体晶片W低20～30℃的温度，例如170℃左右。即，载置台28的周边部的表面温度维持在与作为被处理体的半导体晶片W的温度同等或者低于该温度的、晶片温度的附近温度。其中，Ru3(CO)12的分解温度为130℃以上，覆盖环76被加热到原料气体的分解温度以上。
如图13所示，在本实施方式中，与第二实施方式同样，设置适度缩小排气路径的面积的孔口部118，因而与图10同样，原料气体流动，原料气体在处理空间S内滞留适度的时间，并且在处理空间S的中央部，原料气体不会过剩，该处理空间S内的氛围气体通过气体出口92的孔口部118排出，因而在处理空间S中，与周边部相比，中央部的原料气体的浓度不会增高，能够保持该状态使向处理空间S内的原料气体适度滞留。其结果，能够维持高的膜厚的面内均匀性、并且以高的成膜速度堆积Ru膜。
除此之外，构成载置台28的周边部的周边环的密封环74′和边缘环58′设定为与半导体晶片W的温度（190℃）相同或稍低的温度（180～190℃），而且，清洁气体以温度接近半导体晶片W的温度流动，因此，载置台28上的半导体晶片W的周边部的温度维持在比较高的温度。因此，能够比第二实施方式进一步提高膜厚的面内均匀性。
此外，在现有技术中，原料气体通过载置台周边部排出，并且载置台的周边部被加热到与载置半导体晶片的中央部同等的温度（例如215℃），因此，原料气体在载置台周边部分解，堆积大量的膜。但是，在本实施方式中，覆盖环76和边缘环58′的端部由维持在比原料气体的分解温度低的温度、例如80℃左右的孔口形成部件116覆盖，并且密封环74′和边缘环58′相对于载置台本体50只有一部分接触，载置台28的周边部的密封环74′和边缘环58′的温度低于载置台本体50，为与半导体晶片W同等或比该温度稍低的温度（180～190℃），能够进一步降低其上的覆盖环76的温度（例如170℃），因而能够抑制膜在载置台28的周边部的堆积。
并且，除此之外，从内周侧环76A与外周侧环76B之间的缝隙122，向孔口形成部件116与作为载置台28的周边部的密封环74、覆盖环76和边缘环58的表面之间的缝隙92B流通清洁气体，因而能够进一步抑制不需要的膜在这些表面的堆积。此时，由于清洁气体的温度高达170℃左右，即使在某种程度上增加流量，也能够将面内的膜厚变动维持在很小，增大清洁气体的流量，能够有效地防止不需要的膜的堆积。
并且，除此之外，边缘环58′的外周侧由保持在低于原料气体的分解温度的温度、例如80℃左右的覆盖部件164覆盖，因此，能够抑制在该部分上堆积的膜的堆积。
这样一来，根据本实施方式的成膜装置，能够更进一步提高膜厚的面内均匀性，还能够抑制不需要的膜在载置台28的周边部的堆积。此外，如上所述能够抑制不需要的膜在载置台28的周边部附着的结果，能够使未对半导体晶片W上的反应做出贡献的原料气体以高的比例以未反应的原样排出。因此，能够以高的回收率回收昂贵的原料气体（Ru3(CO)12）。
其中，在形成Ru膜的情况下，半导体晶片W的温度优选为150～250℃，孔口形成部件116和覆盖部件164优选为原料不分解、并且不固化或不液化的温度50～120℃，覆盖环76的温度优选为比半导体晶片W的温度低20～30℃。
<第三实施方式的评价实验>
·晶片温度与成膜速度的关系
在该第三实施方式中，研究实际上使用Ru3(CO)12作为原料时的晶片温度与成膜速度的关系，对其结果进行说明。图14是表示使用Ru3(CO)12作为原料时的晶片温度与成膜速度的关系的图。在此，作为载气，使用CO气体，气体流量将CO气体流量设定为100sccm。如图14所示，在晶片温度低于140℃的情况下，膜不会堆积，在140℃左右时开始成膜。并且，随着温度的上升，成膜速度急速上升。并且可知：在需要1nm/min以上的成膜速度时，晶片温度需要设定在175℃以上，此外，在需要2nm/min以上的成膜速度时，晶片温度需要设定在190℃以上。
·作为载置台本体的周边部件的密封环的温度与膜厚的面内均匀性的关系
接着，研究作为载置台本体的周边部件的密封环74′的温度与膜厚的面内均匀性的关系，对其结果进行说明。图15是表示作为载置台本体的周边部件的密封环74′的温度与膜厚的面内均匀性的关系的图。在此，作为载气，使用CO气体，气体流量为100sccm。此外，晶片温度设定为190℃。如图15所示可知，在密封环74部件的温度低的情况下，存在晶片表面堆积的薄膜的膜厚的面内均匀性差的倾向，但是随着密封环部件温度的上升，膜厚的面内均匀性得到改善。并且，密封环部件的温度在180℃左右时，膜厚的面内均匀性改善到6%左右，之后，即使提高密封环部件的温度，膜厚的面内均匀性几乎饱和，维持在6%左右。由此可知：作为距载置台本体50最近的周边部件的密封环部件74′的温度优选设定在180℃以上。
·清洁气体流量与膜厚的面内均匀性的关系
接着，使用本实施方式的成膜装置，实际上使清洁气体的流量变化，确认成膜时的Ru膜的膜厚和膜厚的面内均匀性（1σ[%]），参照图16对其结果进行说明。如图16所示可知：清洁气体流量即使增加到100sccm，Ru膜的膜厚和均匀性都没有影响，增大清洁气体流量能够增大抑制不需要的膜的堆积的效果。
·控制周边部件的温度的情况下原料的回收率与膜厚的面内均匀性的关系
接着，研究使作为载置台本体的周边部件的覆盖环76的温度变化时的原料的回收率与膜厚的面内均匀性的关系，对其结果进行说明。图17是表示使作为载置台本体的周边部件的覆盖环76的温度变化时的原料回收率与膜厚的面内均匀性的关系的图。在各试验中，晶片温度设定为190℃。并且，在本实施方式的成膜方法的试验1中将覆盖环76的温度设定为170℃，试验2中将覆盖环76的温度设定为与晶片W相同的温度190℃，试验3中将覆盖环76的温度设定为80℃。此外，在各试验1～3中，孔口形成部件116、内部划分壁90和覆盖部件164的温度设定为80℃。
在图17的图中，左侧纵轴表示原料的回收率，右侧纵轴表示膜厚的面内均匀性。首先，在本实施方式的成膜装置的试验1的情况下，原料回收率达到60%左右，并且膜厚的面内均匀性为6%左右，均显示良好的结果。而在覆盖环76的温度设定为与晶片温度相同温度的190℃的试验2中，膜厚的面内均匀性与试验1为同等程度，但原料回收率为低值。此外，在覆盖环76的温度设定为80℃的试验3中，原料回收率几乎与试验1相同，但膜厚的面内均匀性降低。
·各种条件下的原料回收率
接着，研究各种条件的成膜装置中的原料回收率。图18是表示对于专利文献3的成膜装置和第三实施方式的成膜装置以及其中间阶段的2个成膜装置，确认原料气体的附着情况的结果的图。在此，以将载置台28的周边环部件（密封环74′、边缘环58′）的温度提高为180～190℃左右、将覆盖环76的温度提高为170℃左右为前提，A是没有孔口形成部件116、没有清洁气体、没有覆盖部件164的专利文献3的成膜装置，B是具有孔口形成部件116、没有清洁气体和覆盖部件164的成膜装置，C是具有孔口形成部件116和清洁气体、没有覆盖部件164的成膜装置，D是第三实施方式的成膜装置。
如图18所示，在专利文献3的成膜装置中，未对半导体晶片W的成膜做出贡献的原料气体的大部分耗费在覆盖环76上的膜的堆积，几乎不能作为未反应的原料气体进行回收。而设置有孔口形成部件116的B，耗费在覆盖环76上的膜堆积的原料气体的量大幅度降低，未反应的原料气体增加到30.7%。进一步导入清洁气体的C，耗费在密封环74′上的膜堆积的原料气体的量降低，未反应的原料气体增加到32.0%。进一步设置有覆盖部件164的第三实施方式的成膜装置中，在边缘环58′背面的膜堆积大幅度降低，未反应的原料气体增加到65.8%。
如此，根据本发明的第三实施方式，能够提高成膜速度、且进一步提高膜厚的面内均匀性，并且，能够减少不需要的膜在载置台28的周边部的堆积，能够有效回收未反应的原料气体。
其中，在第一实施方式和第二实施方式中，由于将载置台28的周边部的温度维持在80℃左右的不发生成膜反应的程度的温度，因此，不需要的膜的堆积少，能够提高未反应的原料气体的回收率。
<第四实施方式的成膜装置>
接着，对本发明的第四实施方式的成膜装置进行说明。图19是表示本发明的第四实施方式的成膜装置的一部分的部分截面放大图。本实施方式合并第一实施方式和第三实施方式，对与各个实施方式相同的部件标注相同符号，简化说明。
在本实施方式中，与第一实施方式同样，在内部划分壁90的下端部，由与其相同的材料一体地形成孔口形成部件96，在其下方与覆盖环部件76的上表面之间形成孔口部98，并且形成气体出口92。此外，第三实施方式中将覆盖环76分割为内周侧环76A和外周侧环76B，但本实施方式中与第一实施方式同样，覆盖环76一体形成。并且，未设置供给清洁气体的清洁气体供给机构。密封环74′和边缘环58′与第三实施方式同样构成，温度设定与第三实施方式同样。
在该第四实施方式的情况下，也与第一实施方式同样，向着载置台28的周边部、晶片W的外周端的外侧的区域流下的原料气体的一部分，在其流下的途中，向着处理空间S内的中央部扩散、滞留。与此同时，流下的原料气体的大部分，在内部划分壁90的下端部，与向着处理空间S的中央部延伸设置的孔口形成部件96接触，暂时向处理空间S的中央部侧弯曲。并且，在该原料气体的一部分滞留在处理空间S内的同时，大量的原料气体流过流路面积被缩小的孔口部98内，进一步通过气体出口92流向载置台28的下方的空间。并且，与第三实施方式同样，覆盖环76的温度比晶片温度略低，因此，能够抑制膜在此堆积，并且，由于80℃左右的在原料气体的分解温度以下的覆盖部件164，能够防止膜在边缘环58′的外侧部分的堆积，使得未分解而原样排出的原料气体的比例增大，能够提高成膜原料的回收率。
此外，本发明不限于上述实施方式，在本发明的范围内能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，对使用Ru3(CO)12作为原料的有机金属化合物形成Ru膜的情况进行了说明，但不限于此，也可以使用W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Os3(CO)12、Ta(CO)5、TEMAT（四乙基甲基氨基钛）、TAIMATA、Cu(EDMDD)2、TaCl5、TMA（三甲基铝）、TBTDET（叔丁基酰亚胺-三-二乙基氨基钽）、PET（五乙氧基钽）、TMS（四甲基硅烷）、TEH（四乙氧基铪）、Cp2Mn[=Mn(C5H5)2]、(MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2]、(EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2]、(i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2]、MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3]、(t-BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2]、CH3Mn(CO)5、Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)]、Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]中的1种材料。
此外，在此以半导体晶片作为被处理体为例进行了说明，但该半导体晶片除了包括硅基板之外，还包括GaAs、SiC、GaN等化合物半导体基板，并且不限于半导体晶片，本发明也适用于液晶显示装置中使用的玻璃基板或陶瓷基板等。

Claims (22)

1.一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置的特征在于，具备： 
处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气； 
载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器； 
气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体； 
内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口；和 
孔口形成部件，在所述内部划分壁的下端部向着所述载置台的半径方向的内方延伸设置，在与所述载置台的周边部之间形成与所述气体出口连通的孔口部， 
所述孔口形成部件的内周端与所述载置台上载置的所述被处理体的外周端的水平距离为0～10mm。 
2.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，所述内部划分壁和所述孔口形成部件，维持在低于所述原料气体的分解温度并且在固化温度或液化温度以上的温度范围。 
3.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，所述气体导入机构具有： 
在所述处理容器内与所述载置台的上方相对配置的挡板；和 
在所述挡板的周边部，在与所述载置台上载置的所述被处理体的外周端更外侧的区域相对应的位置上形成的气体放出口。 
4.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，所述载置台的周边部维持在低于所述原料气体的分解温度并且在固化温度或液化温度以上的温度范围。 
5.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，所述有机金属化合物包括选自Ru3(CO)12、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、OS3(CO)12、Ta(CO)5、TEMAT(四乙基甲基氨基钛)、TAIMATA、Cu(EDMDD)2、TaCl5、TMA(三甲基铝)、TBTDET(叔丁基酰亚胺-三-二乙基氨基钽)、PET(五乙氧基钽)、TMS(四甲基硅烷)、TEH(四乙氧基铪)、Cp2Mn[=Mn(C5H5)2]、(MeCp)2Mn[＝Mn(CH3C5H4)2]、(EtCp)2Mn[＝Mn(C2H5C5H4)2]、(i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2]、MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3]、(t-BuCp)2Mn[＝Mn(C4H9C5H4)2]、CH3Mn(CO)5、Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(CTH11C2H5C5H4)]、Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2]、Mn(DPM)2[＝Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]的材料。 
6.一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置的特征在于，具备： 
处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气； 
载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器； 
气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体； 
内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口；和 
孔口形成部件，以在所述气体出口形成上侧的缝隙和下侧的缝隙的方式存在，并且以其内周端向着所述载置台的半径方向的内方延伸的方式设置，所述上侧的缝隙形成孔口部。 
7.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于，所述孔口形成部件形成为环状，在所述内部划分壁的下端部，由沿着其周方向隔开规定间隔设置的多个支承臂支承。 
8.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于，还具备向所述下侧的缝隙供给清洁气体的清洁气体供给机构。 
9.如权利要求8所述的成膜装置，其特征在于，所述清洁气体是抑制所述原料气体的成膜反应的气体。 
10.如权利要求9所述的成膜装置，其特征在于，所述原料气体为羰基金属气体，所述清洁气体为CO气体。 
11.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于，所述孔口形成部件的内周端与所述载置台上载置的所述被处理体的外周端的水平距离为0～10mm。 
12.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于，所述内部划分壁和所述孔口形成部件，维持在低于所述原料气体的分解温度并且在固化温度或液化温度以上的温度范围。 
13.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于，所述气体导入机构具有： 
在所述处理容器内与所述载置台的上方相对配置的挡板；和 
在所述挡板的周边部，在与所述载置台上载置的所述被处理体的外周端更外侧的区域相对应的位置上形成的气体放出口。 
14.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于，所述载置台的周边部维持在低于所述原料气体的分解温度并且在固化温度或液化温度以上的温度范围。 
15.如权利要求6所述的成膜装置，其特征在于，所述有机金属化合物包括选自Ru3(CO)12、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Os3(CO)12、Ta(CO)5、TEMAT(四乙 基甲基氨基钛)、TAIMATA、Cu(EDMDD)2、TaCl5、TMA(三甲基铝)、TBTDET(叔丁基酰亚胺-三-二乙基氨基钽)、PET(五乙氧基钽)、TMS(四甲基硅烷)、TEH(四乙氧基铪)、Cp2Mn[＝Mn(C5H5)2]、(MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2]、(EtCp)2Mn[＝Mn(C2H5C5H4)2]、(i-PrCp)2Mn[＝Mn(C3H7C5H4)2]、MeCpMn(CO)3[＝(CH3C5H4)Mn(CO)3]、(t-BuCp)2Mn[＝Mn(C4H9C5H4)2]、CH3Mn(CO)5、Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)]、Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]的材料。 
16.一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置的特征在于，具备： 
处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气； 
载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器； 
气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体； 
内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口； 
孔口形成部件，以在所述气体出口形成上侧的缝隙和下侧的缝隙的方式存在，并且以其内周端向着所述载置台的半径方向的内方延伸的方式设置，所述上侧的缝隙形成孔口部； 
向所述下侧的缝隙供给清洁气体的清洁气体供给机构；和 
以覆盖所述载置台的周边部的外侧部分的方式设置的覆盖部件，其中， 
所述内部划分壁、所述孔口形成部件和所述覆盖部件，维持在低于所述原料气体的分解温度并且在固化温度或液化温度以上的温度范围，所述载置台的周边部的表面维持在与所述载置台上的被处理体的温度同等或比其低的、被处理体的温度附近的温度。 
17.如权利要求16所述的成膜装置，其特征在于，所述清洁气体是抑制所述原料气体的成膜反应的气体。 
18.如权利要求17所述的成膜装置，其特征在于，所述原料气体为羰基金属气体，所述清洁气体为CO气体。 
19.如权利要求16所述的成膜装置，其特征在于，所述孔口形成部件的内周端与所述载置台上载置的所述被处理体的外周端的水平距离为0～10mm。 
20.如权利要求16所述的成膜装置，其特征在于，所述气体导入机构具有： 
在所述处理容器内与所述载置台的上方相对配置的挡板；和 
在所述挡板的周边部，在与所述载置台上载置的所述被处理体的外周端更外侧的区域相对应的位置上形成的气体放出口。 
21.如权利要求16所述的成膜装置，其特征在于，所述有机金属化合物包括选自Ru3(CO)12、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Os3(CO)12、Ta(CO)5、TEMAT(四乙基甲基氨基钛)、TAIMATA、Cu(EDMDD)2、TaCl5、TMA(三甲基铝)、TBTDET(叔丁基酰亚胺-三-二乙基氨基钽)、PET(五乙氧基钽)、TMS(四甲基硅烷)、TEH(四乙氧基铪)、Cp2Mn[＝Mn(C5H5)2]、(MeCp)2Mn[＝Mn(CH3C5H4)2]、(EtCp)2Mn[＝Mn(C2H5C5H4)2]、(i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2]、MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3]、(t-BuCp)2Mn[＝Mn(C4H9C5H4)2]、CH3Mn(CO)5、Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)]、Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]的材料。 
22.一种成膜装置，其为使用包括有机金属化合物的原料气体在被处理体的表面形成薄膜的成膜装置，所述成膜装置的特征在于，具备： 
处理容器，内部收容被处理体，且内部能够真空排气； 
载置台，收容在所述处理容器内，载置被处理体，并且设置有对被处理体进行加热的加热器； 
气体导入机构，在所述载置台的上方与所述载置台相对设置，向着所述载置台上的所述被处理体的外周端更外侧的区域导入所述原料气体； 
内部划分壁，包围所述载置台的上方的处理空间，划分处理空间的内外，并且以其下端部接近所述载置台的方式设置，在所述下端部与所述载置台的周边部之间形成气体出口； 
孔口形成部件，在所述内部划分壁的下端部向着所述载置台的半径方向的内方延伸设置，在与所述载置台的周边部之间形成与所述气体出口连通的孔口部，维持在比原料气体的分解温度低并且比其固化温度或液化温度高的温度；和 
以覆盖所述周边环部件的外侧部分的方式设置的覆盖部件， 
所述载置台具有： 
具有所述加热器的载置台本体； 
在所述载置台本体的周边部与所述被处理体分离设置并且与所述载置台本体部分接触、经过温度调节的周边环部件； 
在所述被处理体的周边部与所述被处理体分离设置并且在所述周边环部件上设置的覆盖环；和 
在所述载置台本体下隔着绝热部件设置的、维持在比所述原料气体的分解温度低并且比其固化温度或液化温度高的温度的冷却基体， 
所述覆盖部件与所述冷却基体接触设置，维持在比所述原料气体的分解温度低并且比其固化温度或液化温度高的温度。 
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