CN107075676A - 针对成膜装置的气体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即便在具有高纵横比的槽的被处理体上也能够向该槽内均匀地喷射气体的针对成膜装置的气体喷射装置。本发明的气体喷射装置(100)具备使气体整流化并将整流化后的气体向成膜装置(200)内喷射的气体喷射单元部(23)。气体喷射单元部(23)为在内部形成有成为气体通路的间隙(d0)的扇形形状。气体分散供给部(99)内的气体从扇形形状的宽度较宽的一侧向间隙(d0)内流入，由于该扇形形状，气体被整流化以及被加速，并从扇形形状的宽度较窄的一侧向成膜装置(200)内输出。

Description

针对成膜装置的气体喷射装置
技术领域
本发明涉及针对成膜装置的气体喷射装置，例如能够应用于对设置于减压气氛中的处理腔室的被处理体高速地喷出在处理中有用的、具有指向性的各种气体的气体喷射装置。
背景技术
在包含半导体制造领域的多用途领域中，谋求多功能且高品质的薄膜(例如高绝缘薄膜、半导体薄膜、高电介质薄膜、发光薄膜、高磁性体薄膜、超硬薄膜等)。
例如在制造半导体装置的场合下，在半导体芯片内，设置有相当于电路布线的低阻抗的高导电膜、具有电路的布线线圈功能、磁铁功能的高磁性膜、具有电路的电容器功能的高电介质膜、以及具有电气方面的泄漏电流少的高绝缘功能的高绝缘膜等。
作为使这些膜成膜的现有技术，例如使用热CVD(化学气相成长：Chemical VaporDeposition)装置、光CVD装置或者等离子体CVD装置，尤其是大多使用等离子体CVD装置。这是因为，与例如热/光CVD装置相比，等离子体CVD装置的成膜温度低且成膜速度快，能够实现短时间内的成膜处理。
例如在将氮化膜(SiON、HfSiON等)、氧化膜(SiO2、HfO2)等栅极绝缘膜成膜于半导体基板的情况下，通常采用使用减压气氛下的等离子体CVD装置的下述技术。
换句话说，NH3(氨)或N3、O2、O3(臭氧)等气体以及硅或铪等前驱体气体(非加热气体)被直接供给至实施CVD处理的处理腔室装置。在处理腔室装置内，利用热量或放电而使前驱体气体解离，生成金属粒子，并通过该金属粒子与上述的NH3(氨)等非加热气体或利用热量、放电而生成的原子团气体之间的化学反应，使氮化膜或氧化膜等薄膜在被处理体上成膜。
另一方面，在等离子体CVD装置中，在处理腔室装置内直接地产生了高频等离子体、微波等离子体。因此，被处理体暴露在原子团气体、具有高能量的等离子体离子(或者电子)中。
需要说明的是，作为公开了关于等离子体CVD装置的技术的在先文献，例如存在专利文献1。
然而，在等离子体CVD装置内的成膜处理中，如上所述，被处理体直接暴露于等离子体。因此，该被处理体通过等离子体(离子、电子)而受到降低半导体功能的性能等的较大损害。
另一方面，在使用了热/光CVD装置的成膜处理中，被处理体不受到由等离子体(离子、电子)造成的损害，能够使高品质的氮化膜、氧化膜等成膜。然而，在该成膜处理中，难以得到高浓度且大量的原子团气体源，结果是，存在所需的成膜时间非常长这样的问题。
在近来的热/光CVD装置中，作为原料气体，使用容易在热或光的照射下解离且高浓度的NH3气体、O3气体。此外，在CVD腔室装置内设置有加热催化剂体。由此，在该热/光CVD装置中，通过催化剂作用来促进气体的解离，从而还能够在短时间内使氮化膜、氧化膜等成膜。然而，在该时间的缩短方面具有限制，难以大幅度改善成膜时间。
对此，作为能够减少等离子体对被处理体造成的损害且能够进一步缩短成膜时间的装置，存在远程等离子体型成膜处理系统(例如参照专利文献2)。
在该专利文献2的技术中，等离子体生成区域与被处理体处理区域通过隔壁(等离子体约束电极)而分离。具体地说，在专利文献2的技术中，在高频施加电极与设置被处理体的对置电极之间设置有该等离子体约束电极。由此，在专利文献2的技术中，仅将中性活性种向被处理体上供给。
另外，在专利文献3的技术中，在远程等离子体源中利用等离子体使原料气体的一部分活性化。在此，气体的流路在该远程等离子体源内环绕。在远程等离子体源中生成的活性气体被释放出而向存在被处理体的装置侧供给。
在专利文献3那样的薄膜技术中，利用了氮、氧、臭氧或氢等各种原料气体。而且，从该原料气体生成活性化了的原子团气体，利用该原子团气体使薄膜在被处理体上成膜。
原子团气体的反应性非常高。因此，通过使微量(约1％：10000ppm)以下的浓度的原子团气体触碰到被处理体，能够促进被处理体上的金属粒子与原子团气体的化学反应，从而能够在短时间内有效地制作氮化薄膜、氧化薄膜或氢结合薄膜等。
在原子团气体生成装置中配设有放电单元，在该放电单元中，通过形成大气压等离子体的电介质阻挡放电而实现高电场的等离子体。由此，从放电单元的暴露于等离子体的原料气体生成高品质的原子团气体并向CVD装置内供给。
另外，在CVD装置内对被处理体(晶圆基板)实施利用了气体的处理的情况下，将配设有被处理体的CVD装置内设为加热以及减压状态。然后，使有机金属化合物蒸汽气体(前驱气体)充满该CVD装置内，并且，为了促进金属粒子的氧化、氮化、还原而供给臭氧气体、水蒸气、氢气或者原子团气体(氧原子团气体、氮原子团气体、氢原子团气体等)。由此，在CVD装置内，通过使堆积在被处理体面上的氧化/氮化物质等进行热扩散，能够在被处理体面上形成结晶生长后的膜(成膜)来作为半导体膜或者绝缘膜等功能膜。
需要说明的是，之后，将在上述的CVD装置内与前驱气体一同供给的各种气体(臭氧气体、水蒸气、氢气或者原子团气体)称为成膜处理气体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-266489号公报
专利文献2：日本特开2001-135628号公报
专利文献3：日本特开2004-111739号公报
发明内容
发明要解决的课题
以往，由于采用在被处理体上构成半导体等功能元件(2D(dimension)元件)的结构，因此，使前驱气体、成膜处理气体充满CVD处理容器内的表面成膜为主体。
例如，在配设有1张或多张被处理体的减压后的CVD装置内，气体从规定口径且较短的气体供给配管经由多个喷嘴孔而呈淋浴状地喷出。从规定口径且较短的气体供给配管供给的气体在没有充分被整流为具有规定方向性的气体、且供给的气体没有实现加速后的高速度化的状态下被喷出，因此，喷出后的气体以取决于气氛气体压力、气体浓度差的扩散速度向四周扩散。
另一方面，由于谋求更高密度的功能元件，因此，期望实现层叠多层功能元件而形成的三维功能元件(3D(dimension)元件)。换句话说，期望在高纵横比的槽内使所希望的膜均匀地成膜。
然而，如上所述，在为向四周扩散而喷射出的气体的情况下，气体未均匀地照射到高纵横比的槽内。这样，在该槽内无法均匀地进行成膜。
因此，谋求能够在被处理体上的高纵横比的槽内均匀地喷射气体的成膜技术。
对此，本发明的目的在于，提供一种针对成膜装置的气体喷射装置，即便在具有高纵横比的槽的被处理体上，也能够向该槽内均匀地喷射NH3(氨)或N3、O2、O3(臭氧)等气体、以及硅或铪等前驱体气体(非加热气体)或通过加热、放电而原子团化的气体。
解决方案
为了实现上述目的，本发明的针对成膜装置的气体喷射装置具备：进行气体的供给的气体供给部；被供给来自所述气体供给部的气体的气体分散供给部；以及供在所述气体分散供给部内分散后的气体流入，使该气体整流化，并将整流化后的气体向成膜装置内喷射的气体喷射单元部，所述气体喷射单元部为在内部形成有成为气体通路的间隙的扇形形状，所述气体分散供给部内的气体从所述扇形形状的宽度较宽的一侧向所述间隙内流入，由于该扇形形状，气体被整流化以及被加速，并从扇形形状的宽度较窄的一侧向所述成膜装置内输出。
发明效果
本发明的针对成膜装置的气体喷射装置具备：进行气体的供给的气体供给部；被供给来自所述气体供给部的气体的气体分散供给部；以及供在所述气体分散供给部内分散后的气体流入，使该气体整流化，并将整流化后的气体向成膜装置内喷射的气体喷射单元部，所述气体喷射单元部为在内部形成有成为气体通路的间隙的扇形形状，所述气体分散供给部内的气体从所述扇形形状的宽度较宽的一侧向所述间隙内流入，由于该扇形形状，气体被整流化以及被加速，并从扇形形状的宽度较窄的一侧向所述成膜装置内输出。
因此，通过了气体喷射单元部的间隙的气体被进行了调整为规定方向的整流以及加速，能够作为具有指向性的波束状的气体从气体喷射装置输出、喷射。因此，本发明的气体喷射装置即便在具有高纵横比的槽的被处理体上，也能够向该槽内均匀地喷射气体，其结果是，能够使均质的膜在该槽内成膜。
附图说明
图1是示出具有高纵横比的槽202A的被处理体202的一部分的剖面结构的放大剖视图。
图2是示意性地示出由实施方式1的气体喷射装置100和处理腔室200构成的远程等离子体型成膜处理系统的结构的立体图。
图3是示出所供给的气体的气体压力与气体扩散速度之间的关系的参考图。
图4是示意性地示出实施方式2的气体喷射装置100的结构的立体图。
图5是示意性地示出实施方式3的气体喷射装置100的结构的立体图。
图6是示意性地示出针对一个成膜装置而配设有多个气体喷射单元部23的结构的立体图。
图7是示意性地示出针对一个成膜装置而配设有多个气体喷射单元部23的另一结构的立体图。
图8是示意性地示出针对一个成膜装置而配设有多个气体喷射单元部23的另一结构的立体图。
图9是示意性地示出由实施方式5的气体喷射装置100和处理腔室200构成的远程等离子体型成膜处理系统的结构的立体图。
具体实施方式
图1是示出具有高纵横比的槽202A的被处理体202的一部分的剖面结构的放大剖视图。
在图1中，Dx为槽202A的口径，Dy为槽202A的深度。例如，口径Dx为约数十μm径左右，深度Dy为口径Dx的数倍～数十倍左右。要求针对图1所示的高纵横比(Dy/Dx)的槽202A实现均质的成膜(换言之，要求通过气体喷射，直至高纵横比的槽202A的底部都能够供给均匀的气体)。
以往那样的从规定口径且较短的气体供给配管喷射的方式适用于使装置内无遗漏地充满气体的情况。然而，在该方式的气体喷出中，在气体供给配管中未实现调整气体的流动方向的整流化和气体的加速化，由于向成膜装置供给(喷出)气体，且喷出气体的指向性和气体速度弱，因此，气体未进入到高纵横比的槽202A内部，难以使均质的膜在槽202A的底面以及侧面上成膜。另外，所供给的原子团气体的气体寿命非常短，因此，在到达槽202A的底面之前消失，因此难以形成均质的膜。
因此，为了使均质的膜在高纵横比的槽202A内成膜，需要将气体供给空间限制为薄间隙d0并充分确保气体通过的空间距离Lx，并且使气体供给空间沿着气体通过的流动而变窄，从而使整流化后的气体加速化而实现气体的高速度化，以使得喷出气体具有指向性。换句话说，槽202A的纵横比越大，则喷出气体的波束角度α需要越小(换句话说，需要采用通过更加具有指向性且实现气体的高速度化而使喷出的气体克服扩散速度从而抑制气体的扩散的气体喷射)。
本发明的将非加热、加热以及放电气体向成膜装置喷射的气体喷射装置能够使前驱气体或者成膜处理气体呈波束状喷出，以使均质的膜在高纵横比的槽202A内成膜，针对这一结构进行说明。以下，基于表示本发明的实施方式的附图来具体说明本发明。
<实施方式1>
图2是示意性地示出由本实施方式的将非加热、加热以及放电气体向成膜装置喷射的气体喷射装置(以下仅称为气体喷射装置)100和处理腔室200构成的远程等离子体型成膜处理系统的结构的立体图。
非加热的气体喷射装置100与处理腔室200由凸缘进行划分。换句话说，凸缘是用于使气体喷射装置100与处理腔室200结合的构件，凸缘的一方主面构成气体喷射装置100的底面，凸缘的另一方主面构成处理腔室200的上表面。在此，气体喷射装置100内与处理腔室200内经由喷出孔102而连接。
如图2所示，气体喷射装置100由密闭的气体供给部101、气体分散供给部99、气体喷射单元部23以及气体喷射部5构成。气体分散供给部99使从气体供给部101供给的气体均匀地分散。气体喷射单元部23针对从气体分散供给部99分散供给的气体在流动方向上实现整流化以及加速化。在气体喷射单元部23中将整流且加速为高速度后的气体送至气体喷射部5。在此，在气体喷射部5配设有使气体向成膜装置侧喷出的孔102。
在气体喷射装置100的前级，设置有对供给的气体量进行调整的阀102B以及对气体喷射装置100内的气体压力进行监视并控制在规定范围内的压力控制部103。通过气体供给部101，将供给来的气体G1均匀地供给至气体分散供给部99中作为气体喷射单元部23的气体供给剖面的气体间隙d0。在此，气体喷射装置100内的气体压力P1恒定地维持在10kPa～50kPa的范围内。另外，通过了气体喷射单元部23的气体经由气体喷射单元部5的喷出孔102作为喷出气体G2而喷出。该气体G2向处理腔室200内喷射(更具体地说，向处理腔室200内的被处理体202喷射)。在此，喷出孔102的开口径为例如1mm以下。
需要说明的是，气体喷射装置100内被减压为压力P1，而在气体喷射装置100的外部为大气压。
在作为CVD装置的处理腔室200内配设有工作台。而且，在该工作台上载置被处理体。在此，如图1所示，被处理体具有高纵横的槽202A。
处理腔室200经由排气口而与真空泵连接。通过该真空泵，将处理腔室200内的气体压力P0维持为减压至30Pa～400Pa左右的真空压的压力。
在图2中，可成为前驱气体或原子团气体的原料气体G1经由气体供给部101以规定的流量向气体喷射单元部23供给。在气体喷射单元部23均匀地分散后的原料气体G1被均匀地供给至气体喷射单元部23的间隙d0内。原料气体G1通过气体喷射单元部23从喷出孔102向处理腔室200内作为前驱气体G2或者原子团气体G2而喷出。气体G2呈波束状地向载置于工作台上的被处理体照射，在该照射的区域中形成膜。
以下，气体喷射单元部23呈平板形状且为中空，中空的气体流动部分的剖面形状呈长方形剖面，气体喷射单元部23形成长方形剖面的气体流动宽度相对于气体的流动方向而变小的扇形形状。针对该气体喷射单元部23内的气体的流动进行说明。
在此，气体喷射单元部23部分例如由蓝宝石或石英构成。另外，气体的间隙do的宽度(构成气体喷射单元部23的2张扇形形状的平板间的距离)Δd限制为3mm以下。另外，气体喷射装置100内的气体压力P1恒定地维持在10kPa以上且50kPa以下的范围内，因此，间隙do中的气体压力也恒定地维持在10kPa以上且50kPa以下的范围内。
这样，将气体喷射装置100形成为，使气体流动剖面成为限制为间隙do的宽度Δd且使气体流动宽度W相对于气体的流动方向变窄的长方形剖面形状(扇形形状)，并且将气体压力减压至P1，由此供给向气体喷射装置100供给的气体流量Q(将该气体流量Q设为例如1L/min。)。向气体喷射单元部23流入的气体通过规定气体空间Lx，由此如下式(1)那样成为整流化且高速化了的流速VSo，在气体喷射单元部23的顶点部，被整流为规定方向的气体流动。另外，气体通过气体喷射单元部23内而被加速并高速度化，从而以高速的速度VS从喷出孔102喷出气体。
在此，式(1)为，VSo＝100/P1·[1000·Q/{(W/10)·(Δd/10))] (cm/s)。
然后，通过长度Lx且较窄的间隙do而从四周流入到气体喷射单元部23的气体G1在扇形形状的气体空间的作用下，相对于气体流动方向而被整流化为恒定方向的气体流向(向内)并被加速。然后，气体作为气体G2从气体喷射单元部23的顶部侧(换句话说经由喷出部5的喷出孔102)朝向被处理体喷射(换言之，向保持为气体压力P0的处理腔室200内喷射)。在此，如图4所示，从气体喷射单元部1喷射的气体G2为具有波束角度α的波束状。
间隙do中的通路距离Lx被设定为间隙do的宽度Δd的数十倍以上，例如20mm～100mm左右。即便向气体喷射单元部23的间隙do流入的气体的流动方向存在偏差，气体喷射单元部23的顶点侧(换句话说，喷出部5附近)的气体的流动方向也调整为沿着气体喷射单元部23的侧面的方向而实现整流化。另外，由于气体喷射单元部23的形状，使长方形的气体间隙do的剖面面积随着接近喷出部5而变小。因此，在气体喷射单元部1内传送的气体被加速(加速度a)，在喷出部5附近达到速度Vs。
被整流、加速后以速度Vs输入到喷出部5的气体在喷出孔102处进一步被压缩而实现高速化。在此，在喷出孔102中产生压力差ΔP(＝气体喷射装置100内的气体压力P1-处理腔室200内的气体压力P0)，利用该压力差ΔP，从喷出孔102向处理腔室200喷射气体G2。
将从气体喷射单元部23的顶点部向喷出部5输入的气体的速度设为Vs，将该速度Vs的轴向成分设为Vsy，将该速度Vs的径向成分设为Vsx。另外，将从喷出部5输出的气体的速度设为V0，将该速度V0的轴向成分设为Vy0，将该速度V0的径向成分设为Vx0。
这样，向处理腔室(成膜装置)200喷出的气体的速度V0是否为高速度而在于气体喷射装置100内的气体压力P1与成膜装置200内的气体压力P0之比(＝P1/P0)，成为：速度V0＝{(气体压力P1)/(气体压力P0)}×速度Vs，速度Vy0＝{(气体压力P1)/(气体压力P0)}×速度Vsy，速度Vx0＝{(气体压力P1)/(气体压力P0)}×速度Vsx。
由于处理腔室200内的压力为接近真空压的压力(气体压力P0＝约30Pa～400Pa)，因此，从喷出部5喷出的气体扩散速度VD也变得非常大。另外，向被处理体喷出的气体的速度Vs在气体喷射单元部23部分被加速，且利用气体喷射装置100内的气体压力P1与处理腔室200内的气体压力P0的压力差ΔP，被整流化且加速后的气体由喷出孔102进行压缩而成为超过超音速的速度后喷出。
图3是示出作为气体种类而采用氧气或氮气的情况下的相对于供给气体的气体压力P0的扩散速度VD特性的特性图。从该图3可知，在气体喷射单元部23中，在将P1设为30kPa时，气体的扩散速度VD为约0.04m/s左右，但在处理腔室的气体压力气氛P0中成为3m/s～40m/s，气体的扩散速度VD非常大。由于处理腔室200中的扩散速度VD大，因此，向处理腔室200喷出的气体不具有指向性，若喷出速度与扩散速度相比不够大，则喷出到处理腔室200的气体马上向四面八方扩散。
与此相对，在从本申请发明的扇形形状的气体喷射单元部23喷出到处理腔室200的情况下，喷出气体G2的喷出速度V0为超过超音速的速度且成为具有指向性的波束状。因此，与扩散速度VD相比具有非常高的气体流速，因此，能够抑制喷出气体向四周的扩散，能够以高速度向被处理体面呈波束状地照射喷射气体。
以从喷出部5喷出的气体超过扩散速度VD的速度而喷出气体G2。因此，使气体G2以具有更大的速度Vsy的方式从喷出部5喷射，由此，能够使具有指向性的波束状的气体G2从气体喷射单元部23的顶点部喷出。另外，由于气体喷射单元的形状为扇形形状，因此，速度Vsx成为朝内的气体速度向量，因此，喷出的气体也成为朝内的气体速度向量Vx0，具有成为抑制扩散速度VD的方向的效果。
对此，发明人进行了实验、模拟，其结果是，发现在将处理腔室200内的气体压力P0设定为适合成膜的30Pa～400Pa左右的情况下，从气体G2的指向性的观点出发，若能够将喷出部5附近的气体的加速度确保为约200m/s2以上，则是优选的。另外，为了喷出品质更好的波束形状的气体G2，期望将气体G2的加速度确保为约400m/s2以上。
因此，发明人发现：在将上述气体喷射单元部23的弧角设定为约20°～40°附近的气体喷射单元部23中，从确保上述加速度的观点出发，气体喷射单元部23内的气体压力P1优选为约80kPa以下，为了喷出品质更好的波束形状的气体G2，期望该气体压力P1为约50kPa以下。
另一方面，期望相对于处理腔室200内的气体压力P0(30Pa～400Pa)具有数十倍以上的压力损失。对此，在喷出部5中，在将喷出孔102的孔径设为0.03mm～1mm且将喷出部5的长度L1设为5mm以上的情况下，期望气体喷射单元部23内的气体压力P1为约20kPa左右。
气体喷射装置100采用能够将整流化后的气体作为高速度的气体来喷射的结构，但不具有控制气体喷射装置100内的气体压力的机构。因此，通过气体喷射装置100内的气体压力的变动，喷出的气体量和喷出的气体速度发生变动，对在成膜装置中成膜的膜的品质造成影响。另外，若成膜装置的处理腔室200内的气体压力P0例如在压力为30Pa～400Pa的范围内变动，则与该处理腔室200内的气体压力P0对应地，气体喷射装置100内的气体压力发生变动。
对此，在本发明中，为了控制气体喷射装置100的压力变动和气体量，在气体喷射装置100的气体供给侧具有对气体流量调整机构和气体压力进行恒定控制的机构以及对处于规定压力范围内的情况进行监视的机构。
在图2中，为了控制气体喷射装置100的压力变动和气体量，在气体喷射装置100的前级配设有调整气体流量的阀102B。另外，在阀102B的后级配设有自动压力控制装置(APC)103。换句话说，利用阀102B以及APC103，将气体喷射装置100内的压力控制为恒定值。
在APC103中，压力计103b始终计测气体喷射装置100内的压力。而且，对APC103内的自动开闭阀103b进行微调整开闭控制，以使得该测定值成为恒定。由此，将气体喷射装置100内的气体流量以及压力控制为恒定。
这样，通过在气体喷射装置100的前级设置阀102B和APC103，能够提高在成膜装置内成膜的膜的品质。
需要说明的是，在从气体喷射装置100喷出品质良好的波束状的气体时，期望增大气体喷射单元部23。另外，期望气体喷射单元部23中的用于使整流化后的气体在不发生乱流的状态下喷出的喷出部5设计得尽可能小。
如上所述，在气体喷射单元部23的扇形形状的长度Lx、间隙do的部分，通过充分增加长度Lx，将气体的流动在恒定方向上整流化，且与气体通过对应地使整流化后的气体加速。因此，能够从气体喷射单元部23喷射具有指向性的波束状的气体G2。因此，将非加热、加热以及放电气体向成膜装置喷射的气体喷射装置100即便在具有高纵横比的槽的被处理体上也能够使气体到达该槽内，从而能够均匀地喷射气体，其结果是，能够使均质的膜在该槽内成膜。
另外，在气体喷射单元部23的扇形形状的长度Lx、间隙do的部分，由于气体被整流且被加速，因此结果是，能够从气体喷射单元部23喷射高速的气体G2。因此，例如，在气体G2为包含寿命短的原子团气体的气体的情况下，能够在短时间内使气体到达被处理体，因此，能够在维持了高浓度的原子团的状态下向被处理体照射原子团气体G2。因此，能够使高品质的膜在被处理体上成膜，并且还能够降低成膜温度。
由扇形形状(弧角＜180°)构成气体喷射单元部23，并形成气体通路的间隙do，若使气体向该间隙do内流动，则气体在气体喷射单元部23内被整流(生成消除扩散速度VD的方向的速度)、加速(实现所喷射的气体G2的高速化)。因此，从气体喷射单元部23喷射上述的具有指向性的气体G2。
另一方面，当气体喷射单元部23的弧角过大时，间隙do内的气体碰撞发生较多，在间隙do内生成原子团气体的情况下，原子团气体在间隙do内大多消失。另外，当弧角过大时，气体喷射单元部23的占有面积变大。鉴于这些事项，期望弧角为60°以下。
另外，若间隙do的宽度Δd为3mm以下，则能够充分地实现气体喷射单元部23内的整流化。其中，间隙do的宽度Δd越小，则越能够进一步提高整流化，也越能够实现从气体喷射单元部23喷射的气体G2的高速化。
另外，如上所述，期望气体喷射单元部23的构件的气体所面向的部分由原子团气体在与壁的碰撞下消失较少的蓝宝石或石英构成，且通路面成为凹凸少的面。
由此，能够抑制在气体通过的壁面上生成因气体引起的腐蚀物等。因此，应防止从气体喷射单元部23除了输出气体G2以外还输出杂质。换句话说，能够从气体喷射单元部23始终喷出高纯度的气体G2。
<实施方式2>
在本实施方式中，通过使气体G1在气体喷射单元部23内加热而使气体G1原子团气体化。而且，本实施方式的气体喷射单元部23喷射原子团气体G2。图4是示出喷射加热气体的本实施方式的气体喷射装置100的结构的图。
作为通过加热而生成原子团气体G2的气体种类，存在臭氧气体(换句话说，在图4中，从气体供给部101向气体喷射装置100供给的气体G1为臭氧气体)。
通常，在臭氧发生器中利用电介质阻挡放电而产生臭氧气体。近来，已经通过将不包含氮气且400g/m3左右的高浓度臭氧化气体向CVD装置供给而确立了利用臭氧气体的氧化膜的成膜技术。
这样的成膜技术例如将CVD装置内设为减压气氛且加热气氛。然后，向该CVD装置交替地供给前驱气体(例如TEOS(Tetraetheylorthosilicate)等硅有机化合物)和高浓度臭氧气体，使氧化膜在CVD装置内的被处理体上成膜。
在此，在供给前驱气体的工序中，使Si金属从硅有机化合物热解离，并且在供给臭氧气体的工序中，通过使臭氧气体的一部分热解离而生成氧原子(氧原子团)。该氧原子团的氧化力强，通过与热解离后的Si金属进行氧化反应而使SiO2膜在被处理体上成膜。
本实施方式的气体喷射单元部23从臭氧气体生成氧原子团气体，并将该氧原子团气体作为具有指向性的波束状的气体G2而喷出。
实施方式1中说明的气体喷射装置100与本实施方式的气体喷射装置100除了追加了下述构件以外，为相同的结构。
如图4所示，在本实施方式中，在扇形形状的气体喷射单元部23的外侧面呈环状地配设有加热器(加热部)51。需要说明的是，在本实施方式中，如图4所示，气体喷射装置100具有用于对加热器51进行加热的电源H1。
通过对加热器51进行加热，将扇形形状的气体喷射单元部23加热至数十℃～100℃左右，其结果是，将气体喷射单元部23内的间隙do内的气体空间加热至数十℃～100℃。当臭氧气体通过该加热状态的间隙do时，臭氧气体发生热解离，生成氧原子团气体，在寿命为从氧原子团气体返回到氧气为止的短时间内向被处理体喷射包含氧原子团气体的气体G2。
从气体供给部101供给的高浓度的臭氧气体G1在气体分散供给部99内被均匀地分散之后，输入至扇形形状的气体的间隙do、气体空间宽度W0的长方形剖面的气体空间。然后，臭氧气体G1在加热至数十℃～100℃左右的间隙do的气体空间内传送。在间隙do内传送中的臭氧气体部分地发生热解离。换句话说，通过臭氧气体在加热了的间隙do内发生热解离，从而生成大量的氧原子团气体。该氧原子团气体被向喷出部5内供给。然后，经由喷出孔102朝向被处理体喷射氧原子团气体G2。在此，如也在实施方式1中说明的那样，从喷出孔102喷出具有指向性的波束状的氧原子团气体G2。
需要说明的是，在上述说明中，以具有一个喷出孔102的结构为例进行了说明，但也可以具有多个喷出孔102(实施方式1也同样)。
如以上那样，在本实施方式中，在气体喷射单元部23的外侧配设有进行加热的加热器51。
这样，能够利用加热器51对狭窄间隙do的气体空间进行直接加热，因此，能够以更低的温度(数十℃～100℃左右)使臭氧气体高效地热解离，并且，能够通过气体喷射单元部23在短时间内使解离后的氧原子团气体喷出。而且，喷出后的包含氧原子团气体的喷出气体G2能够作为具有指向性的波束向被处理体照射。
需要说明的是，作为喷出气体G1，也可以代替臭氧气体而采用氮化合物气体、氢化合物气体。在这些情况下，在加热状态的间隙do内，通过热解离而生成氮原子团气体、氢原子团气体。当从气体喷射单元部23向被处理体照射氮原子团气体G2时，形成氮化膜，当照射氢原子团气体G2时，形成氢还原膜(促进了氢结合的金属膜)。
另外，也可以向图4所示的气体喷射单元部1的间隙do内输入作为气体G1的前驱气体。在该情况下，使加热后的前驱气体从气体喷射单元部23呈波束状地喷出。
需要说明的是，本实施方式也与实施方式1同样地，在气体喷射装置100的前级配设有阀102B和APC103。
<实施方式3>
在本实施方式的气体喷射装置100中，在气体喷射单元部23的气体间隙do内产生电介质阻挡放电，利用该电介质阻挡放电生成品质良好的原子团气体。而且，本实施方式的气体喷射单元部23喷出具有指向性的波束状的高速度的原子团气体。图5是示出本实施方式的气体喷射装置100的结构的图。
实施方式1所说明的气体喷射装置100和本实施方式的气体喷射装置100除了追加了下述构件以外，为相同的结构。
已知向电极面施加高电压的交流电压而产生电介质阻挡放电，利用该电介质阻挡放电使气体解离，从而生成原子团气体。本实施方式的气体喷射装置100能够用作可获取通过电介质阻挡放电而生成的、具有非常高的能量且品质良好的原子团气体的有效机构。
如图5所示，本实施方式的气体喷射单元部23具有平板状且扇形形状的两个平板2、3。而且，第一电极61紧贴地配设于平板2，第二电极紧贴地配设于平板3(第二电极存在于平板3的后方，因此在图5中未图示)。而且，在第一电极51配设有供电板610，在第二电极配设有供电板620。
本实施方式的气体喷射单元部23为电介质，例如由蓝宝石或石英一体地形成，气体喷射单元部23内由密闭的空间构成。因此，即便气体喷射单元部23内的气体压力为低压状态，由于设置于气体喷射单元部23外的第一电极部61、第二电极部所设置的场所为大气压，因此，第一电极部61的基于高电压施加的绝缘对策具有能够在大气压下设计的优点。
需要说明的是，在本实施方式中，如图5所示，气体喷射装置100具有经由供电板610、620而用于向第一电极部61与第二电极部之间施加交流电压的交流电源9。在此，第一电极部61位于高电位HV侧，第二电极部位于低电位(接地电位)LV侧。
通过交流电源9，经由供电板610、620向第一电极部61与第二电极部之间施加高电压的交流电压。这样，在形成于气体喷射单元部23内的气体间隙do(能够理解为放电空间)内，产生电介质阻挡放电。当气体通过产生该电介质阻挡放电的间隙do时，气体发生电离，生成具有非常高的能量的品质良好的原子团气体。在此，在本实施方式中，间隙do为高电场且低温。
从气体供给部101供给的气体G1(例如氮气)在气体分散供给部99内被均匀地分散之后输入至气体喷射单元部23的间隙do。然后，氮气G1在产生电介质阻挡放电的间隙do内传送。通过电介质阻挡放电，从在间隙do内传送中的氮气生成氮原子团气体。该氮原子团气体向喷出部5内供给。然后，经由喷出孔102朝向被处理体喷射氮原子团气体G2。在此，也如在实施方式1中说明的那样，从喷出孔102喷出具有指向性且具有波束状的高速度的氮原子团气体G2。
需要说明的是，在上述说明中，以具有一个喷出孔102的结构为例进行了说明，但也可以具有多个喷出孔102。
如以上那样，在本实施方式中，在气体喷射单元部23的两个主面上配设有两个电极部61。
因此，当经由作为电介质的气体喷射单元部23向气体间隙do内施加交流电压时，能够在气体间隙do内产生电介质阻挡放电。因此，当向该间隙do内供给气体G1时，能够在该间隙do内生成原子团气体G2。从气体喷射单元部23输出具有指向性的波束状的原子团气体G2。在此，也如实施方式1中说明的那样，在间隙do内传送的气体被整流、加速。因此，从气体喷射单元部23输出高速的波束化了的原子团气体G2。因此，原子团气体G2到达被处理体的时间被短缩，在维持了高浓度的状态下将原子团气体G2照射于被处理体。
在此，为了去除由电介质阻挡放电产生的放电热量，也可以在供电板610、620内设置供冷媒循环的流路，对此省略图示。通过使水等冷媒在该流路内循环，能够经由冷却后的供电板610、620而将两个电极61以及气体喷射单元部23内冷却。在该冷却后的气体间隙do的放电空间内生成品质更好的原子团气体。
为了利用电介质阻挡放电而生成品质良好的原子团气体，需要将气体间隙do内的等离子体状态设为高电场。为了实现高电场的等离子体状态，要求将P·d(kPa·cm)积设为规定值以下的条件。在此，P为间隙do内的气体压力(能够把握为上述的气体压力P1)，并且d为间隙do的宽度(能够把握为上述的Δd)。
在原子团气体的情况下P·d积为相同的值时，在为大气压+短间隙长度(宽度Δd小)的条件(称为前者的情况)和为减压+长间隙长度(宽度Δd大)的条件(称为后者的情况)的情况下，后者的情况在下述方面是有益的。换句话说，在后者的情况下，在间隙do中流动的气体流速高，且间隙长度(放电面的壁)宽，能够抑制原子团气体向壁碰撞的碰撞量所造成的损失(换句话说能够抑制产生的原子团气体量(原子团气体浓度)的分解)。
根据以上情况，发明人发现，从能够稳定地驱动电介质阻挡放电而得到良好的原子团气体这样的观点出发，期望气体喷射单元部23满足以下的条件。
换句话说，在气体喷射装置100内，期望将气体压力P1设定为约10kPa～30kPa左右，将间隙do内的宽度Δd设定为约0.3～3mm，从而使P·d积值成为约0.3～9(kPa·cm)。通过将气体压力P1以及宽度Δd设定在所述值的范围内，能够提高电介质阻挡放电的电场强度，能够生成品质良好的原子团气体。
需要说明的是，在本实施方式中，也与实施方式1同样地在气体喷射装置100的前级配设有阀102B和APC103。在本实施方式中，当气体喷射装置100的气体压力成为规定范围外时，无法进行电介质阻挡放电，或者产生异常放电。因此，在本实施方式中，从该观点出发，需要配设阀102B以及APC103，并且将气体喷射装置100内的压力维持为恒定。另外，也可以采用如下结构：在APC103中感知到气体喷射装置100内的压力异常的情况下，利用来自APC103的电信号使放电用电源9立即停止。
需要说明的是，作为一例，上述中对采用氮气作为气体G1的情况进行了说明。然而，代替氮气也可以采用氮化合物气体。另外，作为向气体喷射单元部23的间隙do内供给的气体G1，也可以采用氧化合物气体(包括氧气、臭氧)、氢化合物气体(包括氢气)等。在该情况下，在间隙do内通过电离而从氧化合物气体生成氧原子团气体，从氢化合物气体生成氢原子团气体。
尤其是在向气体喷射装置100供给氧气的情况下，向供给的氧气中添加微量的氮气或氮氧化物气体(数十ppm～数万ppm)。当进行电介质阻挡放电时，在生成的氮氧化物的催化剂的作用下，氧原子团气体的生成量能够大量增加。其结果是，能够有助于提高氧化膜的成膜品质和提高成膜率。
在向供给的氧气中添加了微量的氮气或氮氧化物气体的情况下，所添加的氮气或氮氧化物气体通过放电还生成硝酸气体。在成膜装置200内生成的硝酸气体与装置200内的金属部件接触时，发生金属污染。因此，从抑制金属污染发生的观点出发，尤其期望向氧气添加的氮量为1000ppm以下。
当从气体喷射单元部23向被处理体照射氧原子团气体G2时，形成氧化膜，当照射氢原子团气体G2时，形成氢还原膜(促进了氢结合的金属膜)。
<实施方式4>
在本实施方式中，实施方式1所说明的气体喷射单元部23在气体喷射装置100中配设有多个。
图6是示意性地示出由具有多个气体喷射单元部23的气体喷射装置100和处理腔室(成膜装置)200构成的远程等离子体型成膜处理系统的结构的立体图。在图6所示的气体喷射装置100中，经由各喷出孔102向成膜装置200内喷出气体G2。
如图6所示，在一个气体分散供给部99与一个成膜装置200之间，配置有多个实施方式1中说明的气体喷射单元部23。需要说明的是，在本实施方式中，气体喷射装置100的外侧也为大气压。另外，除了气体喷射单元部23的数量以外，实施方式1与图6的结构相同。
图7是示意性地示出本实施方式的气体喷射装置100的另一结构的立体图。在图7所示的气体喷射装置100中，经由各喷出孔102向成膜装置200内喷出气体G2。
如图7所示，在一个气体分散供给部99与一个成膜装置200之间，配设有多个实施方式2中说明的气体喷射单元部23。需要说明的是，在本实施方式中，气体喷射装置100的外侧也为大气压。另外，除了气体喷射单元部23的数量以外，实施方式2与图7的结构相同。
图8是示意性地示出本实施方式的气体喷射装置100的另一结构的立体图。在图8所示的气体喷射装置100中，经由各喷出孔102向成膜装置200内喷出气体G2。
如图8所示，在一个气体分散供给部99与一个成膜装置200之间，配设有多个实施方式3中说明的气体喷射单元部23。需要说明的是，在本实施方式中，气体喷射装置100的外侧也为大气压。另外，除了气体喷射单元部23的数量以外，实施方式3与图8的结构相同。
通常，在成膜装置200中具有供给前驱体的部分、以及供给与如氧化膜或氮化膜那样求出的膜种对应的气体的部分。对此，相对于一个成膜装置200，也可以组合地连接与供给前驱体的部分相当的第一非加热的气体喷射装置100(图6的气体喷射装置100)、以及与供给和如氧化膜或氮化膜那样求出的膜种对应的气体的部分相当的第二加热气体或放电气体的气体喷射装置100(图7或图8的气体喷射装置100)。在此，在第一非加热的气体喷射装置100内配设有喷射前驱气体的多个气体喷射单元部23。另外，在第二非加热、加热以及放电气体的气体喷射装置100内配设有喷射原子团气体的多个气体喷射单元部23。
作为远程等离子体型成膜处理系统的结构，具有在成膜装置200内设置一张被处理体的单张处理型、以及在成膜装置200内设置多张被处理体的批量型。在向成膜装置200送入前驱气体时，经由图6所示的多个气体喷射单元部23进行供给，在送入作为氮化材料或氧化材料的活性化气体的原料气体时，经由图7、8所示的多个气体喷射单元部23进行供给。由此，能够在层叠多层作为被处理体的功能元件而形成的三维功能元件(3D元件)的表面上使氮化膜或氧化膜均匀地成膜。
在图6、7、8中，均匀地排列有多个气体喷射单元部23，在气体分散供给部99内均匀地分散后的气体向各气体喷射单元部23均匀地流入。
<实施方式5>
在本实施方式中，如图9所示，气体喷射装置100具有锥体形状的气体喷射单元部23，该锥体形状的气体喷射单元部23以设置气体的间隙d0的方式配置了同轴状的锥体形状的两个构件。若从锥体形状的气体喷射单元部23的顶点部喷出气体G2，则能够喷出同等的波束状的气体，能够实现品质良好的成膜。
附图标记说明：
23 气体喷射单元部；
5 喷出部；
9 交流电源；
51 加热器；
61 第一电极部；
610 第一电极部的供电部；
620 第二电极部的供电部；
100 气体喷射装置；
101 气体供给部；
102 喷出孔；
200 成膜装置(处理腔室)；
d0 间隙；
G1 (向气体喷射单元部23供给的)气体；
G2 (从气体喷射单元部23输出的)气体；
H1 加热器电源；
P0 (成膜装置200内的)气体压力；
P1 (气体喷射装置100内的)气体压力。

Claims (13)

1.一种针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射装置具备：
气体供给部(101)，其进行气体的供给；
气体分散供给部(99)，其被供给来自所述气体供给部的气体；以及
气体喷射单元部(23)，其供在所述气体分散供给部内分散后的气体流入，使该气体整流化，并将整流化后的气体向成膜装置内喷射，
所述气体喷射单元部为在内部形成有成为气体通路的间隙(d0)的扇形形状，
所述气体分散供给部内的气体从所述扇形形状的宽度较宽的一侧向所述间隙内流入，由于该扇形形状，气体被整流化以及被加速，并从扇形形状的宽度较窄的一侧向所述成膜装置内输出。
2.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射单元部由蓝宝石或石英构成。
3.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述间隙的宽度为3mm以下，
所述气体喷射装置部内的气体压力(P1)为10kPa以上且50kPa以下。
4.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射装置连接有对气体流量进行调整的阀(102B)以及将所述气体喷射装置内的气体压力控制为恒定的压力控制部(103)。
5.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射装置还具备多个喷出孔(102)，
从所述气体喷射单元部输出的气体经由所述多个喷出孔向所述成膜装置内输出。
6.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射装置还具备配设于所述气体喷射单元部的加热部(51)。
7.根据权利要求6所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射单元部将通过所述间隙的气体设为臭氧气体、氮氧化物气体或氢化合物气体，通过所述加热部的加热而实现氧原子团化、氮原子团化或氢原子团化，并向所述成膜装置输出所述原子团化后的气体。
8.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射单元部为电介质，
所述气体喷射装置还具备交流电源(9)，该交流电源(9)能够在所述气体喷射单元部内的所述间隙之间施加交流电压，
通过所述交流电源的交流电压的施加而在所述间隙内产生电介质阻挡放电，所述气体喷射单元部将因该电介质阻挡放电而生成的原子团气体向所述成膜装置输出。
9.根据权利要求8所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
从所述气体供给部供给的气体为氮气或氮氧化物气体，
在所述气体喷射单元部的所述间隙内，因所述电介质阻挡放电而生成的所述原子团气体为氮原子团。
10.根据权利要求8所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
从所述气体供给部供给的气体是在氧气中包含数ppm～数万ppm的氮气或氮氧化物气体的混合气体，
在所述气体喷射单元部的所述间隙内，因所述电介质阻挡放电而生成的所述原子团气体为氧原子团。
11.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
所述气体喷射单元部为多个。
12.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
从所述气体供给部供给的气体为前驱气体。
13.根据权利要求1所述的针对成膜装置的气体喷射装置，其特征在于，
从所述气体供给部供给的气体为成为原子团气体的原料的原料气体。
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