CN1806317A - 气体处理装置和成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体处理装置，包括：支承被处理基板的载置台(5)、处理容器(2)、后混合型喷淋头(40)和具有向喷淋头供给原料气体的原料气体流路和向喷淋头供给氧化性气体的氧化性气体流路的气体供给机构(60)。喷淋头具有：与载置台上的被处理基板之间隔着规定间隔相对的底面；在此底面上形成的沟槽；与原料气体流路连通，在除沟槽以外的底面上开口，喷出原料气体的多个原料气体喷出孔(44a)和与氧化性气体流路连通，在沟槽中开口，喷出氧化性气体的多个氧化性气体喷出孔(44b)。

Description

气体处理装置和成膜装置
技术领域
本发明涉及从喷淋头中分别独立地喷出多种气体进行气体处理的气体处理装置和使用此类喷淋头，通过CVD法在被处理基板上形成薄膜的成膜装置。
背景技术
在半导体的制造工艺中，在半导体晶片(以下，称为晶片)上形成由各种物质构成的薄膜，对应于此薄膜要求的物性的多样化，正在推进形成薄膜时使用的物质或组合的多样化和复杂化。
近年来，作为平面推叠式FeRAM存储电容器的材料，具有强介电性能的作为钙钛矿结构结晶膜的Pb(Zr1-xTix)O3膜(以下称为PZT膜)备受关注，正在开发以良好的再现性生成高品质PZT膜的技术。例如日本特开2000-260766号公报提出了在处理容器内加热晶片，同时向该处理容器内供给原料气体和氧化剂气体，在晶片上形成PZT类的多元金属氧化物薄膜的化学汽相沉积法(CVD)。
PZT的成膜温度通常在500～650℃的范围内，作为氧化剂一般使用氧气(O2)。但是，根据不同的设备构造，有时允许PZT成膜温度在500℃以下。在500℃以下的低于通常温度的范围进行成膜时，例如在日本特开2000-58526号公报中所述，使用氧化能力优界的二氧化氮(NO2)作为氧化剂。在此现有技术中，使用后混合型(post-mix)喷淋头向处理容器内的晶片供给NO2气体。
但是，由于不同成分的气体具有不同的物理性能(特别是反应性能)，如现有的喷淋头，有只在成型为单一平面的喷淋头的底面开有气体喷出孔，不一定可以满足气体的反应性、反应均匀性要求的情况。
此外，在使用NO2气体类的强氧化剂进行成膜时，在喷淋头气体喷出孔的四周壁上会有反应生成物附着，随着此附着反应生成物成长，气体喷出孔会变得狭窄，使得成膜的均匀性和再现性依次恶化。而反应生成物有可能从孔的四周壁上落下的颗粒飞散开会附着在晶片的表面上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够调节不同种类气体反应性能的气体处理装置和成膜装置。本发明的目的在于提供一种成膜装置，该装置在由气体的特性或含有金属的原料气体和形成该金属与化合物的化合物形成用气体在基板上形成金属化合物膜时，能够抑制反应生成物附着在喷淋头的化合物形成用气体喷出孔上。
本发明的第一观点提供一种气体处理装置，具有：支承被处理基板的载置台；包围上述载置台上的被处理基板的处理容器；分别独立的向上述载置台上的被处理基板喷出第一气体和第二气体的喷淋头；具有向上述喷淋头供给上述第一气体的第一气体流路和向上述喷淋头供给第二气体的第二气体流路的气体供给机构，其中：
上述喷淋头具有：与上述载置台上的被处理基板之间隔开规定的间隔相对的底面；在上述底面上形成的沟槽；与上述气体供给机构的第一气体流路连通，在除上述沟槽外的上述底面开口，喷出上述第一气体的多个第一气体喷出孔；和与上述气体供给机构的第二气体流路连通，在上述沟槽中开口，喷出上述第二气体的多个第二气体喷出孔。
本发明的第二观点提供一种气体处理装置，具有：支承被处理基板的载置台；包围上述载置台上的被处理基板的处理容器；与上述载置台上被处理基板对向配置的后混合型喷淋头；具有向上述喷淋头供给第一气体的第一气体流路和向上述喷淋头供给第二气体的第二气体流路的气体供给机构，其中，
上述喷淋头具有：与上述气体供给机构的第一气体流路连通，喷出上述第一气体的多个第一气体喷出孔；与上述气体供给机构的第二气体流路连通，喷出上述第二气体的多个第二气体喷出孔；与上述载置台上的被处理基板之间隔开规定间隔相对，开有上述第一气体喷出孔的第一面；和与上述载置台上的被处理基板之间隔开规定间隔相对，开有上述第二气体喷出孔，并相对上述第一面具有阶梯差的第二面。
本发明的第三观点提供一种成膜装置，具有：支承被处理基板的载置台；包围上述载置台上的被处理基板的处理容器；分别独立的向上述载置台上的被处理基板喷出原料气体和化合物形成用气体的喷淋头；具有向上述喷淋头供给上述原料气体的第一气体流路和向上述喷淋头供给上述化合物形成用气体的第二气体流路的气体供给机构；上述原料气体含有金属元素，上述化合物形成用气体含有与上述金属元素反应形成化合物的成分元素，其中，
上述喷淋头具有：与上述载置台上的被处理基板之间隔开规定间隔相对的底面；在上述底面上形成的沟槽；与上述气体供给机构的第一气体流路连通，在除上述沟槽外的底面上开口，喷出上述原料气体的多个原料气体喷出孔；与上述气体供给机构的第二气体流路连通，在上述沟槽中开口，喷出上述化合物形成用气体的多个化合物形成用气体喷出孔。
本发明的第四观点提供一种气体处理装置，具有：支承被处理基板的载置台；包围上述载置台上的被处理基板的处理容器；与上述载置台上的被处理基板对向设置的后混合型喷淋头；具有向上述喷淋头供给原料气体的原料气体流路和向上述喷淋头供给化合物形成用气体的化合物形成用气体流路的气体供给机构，其中，
上述喷淋头具有：与上述气体供给机构的原料气体流路连通，喷出上述原料气体的多个原料气体喷出孔；与上述气体供给机构的化合物形成用气体流路连通，喷出上述化合物形成用气体的多个化合物形成用气体喷出孔；与上述载置台上的被处理基板之间隔开规定间隔相对，开有上述原料气体喷出孔的第一面；和与上述载置台上的被处理基板之间隔开规定间隔相对，开有上述化合物形成用气体的喷出孔，比上述第一面更远离被处理基板的第二面。
在此所谓“后混合型喷淋头”，指的是分别具有多个不同的气体供给流路/喷出口，通过各个气体供给流路/喷出口将不同种类的气体(例如原料气体和氧化剂气体)分别供给到处理容器内，使这些气体分别从不同的喷出口喷出后混合类型的喷淋头。
在上述第三和第四观点中，作为化合物形成用气体，可举出NO2类的氧化剂气体。此外，作为原料气体，可举出有机金属气体。在形成PZT膜时，混合使用含有Pb的原料气体，含有Zr的原料气体和含有Ti的原料气体作为有机金属气体。具体可以使用作为含有Pb的原料气体的Pb(dpm)2、作为含有Ti的原料气体的Ti(O-i-Pr)2(dpm)2、作为含有Zr的原料气体的Zr(dpm)4和Zr(O-i-Pr)2(dpm)2中的至少一种。通过将这些有机金属气体热分解并与氧化剂反应，可在基板上形成PZT膜。
本发明的第一和第二观点，通过调整沟槽的深度或阶梯差的大小，可以控制第一和第二气体到达被处理基板的时间，由此可以调整这些的反应性等。
本发明的第三观点，由于化合物形成用气体的喷出孔比原料气体喷出孔离基板的距离更远，化合物形成用气体的气流会防止原料气体向化合物形成用气体喷出孔移动，使得原料气体难以到达化合物形成用气体喷出孔。因此，在化合物形成用气体喷出孔周围难以产生原料气体和化合物形成用气体的反应，可以抑制反应生成物附着在化合物形成用气体喷出孔的周围。此外，由于沟槽的深度会增加附着反应生成物的面积，因此会大幅度延长到达化合物形成用气体喷出孔堵塞的时间。
本发明的第四观点，由于第二面比第一面离基板的距离更远，因此化合物形成用气体的气体流可以防止原料气体向化合物形成用气体喷出孔(第二面)移动，使得原料气体难以到达化合物形成用气体喷出孔(第二面)。从而与上述第三观点相同，在化合物形成用气体喷出孔周围难以产生原料气体和化合物形成用气体的反应，可以抑制反应生成物附着在化合物形成用气体喷出孔周围。此外，由于第一面和第二面的阶梯差增大了附着反应生成物的面积，因此大幅度延长了到达化合物形成用气体喷出孔堵塞的时间。
附图说明
图1是本发明实施方式的成膜装置的简略截面图。
图2是在图1的成膜装置中使用的喷淋头的底面图。
图3是图2的喷淋头底面部分放大的部分放大图。
图4是切开图2的喷淋头的一部分平板，显示出气体供给流路和喷出孔的截面图。
图5A是表示切开现有装置的部分喷淋头，显示出放大的喷出孔的放大截面图。
图5B是表示切开本发明装置的部分喷淋头，显示出放大的喷出孔的放大截面图。
图6A是表示在现有装置的喷淋头中，NO2气体喷出孔开口部分状态的照片。
图6B是表示在本发明装置的喷淋头中，NO2气体喷出孔开口部分状态的照片。
具体实施方式
下面参照附图说明实施本发明的最佳方式。
本实施方式的成膜装置具有在XZ平面上的二维投影大致呈矩形的筐体1。筐体1是用例如铝或铝合金等金属制成的。在此筐体1的内部设有带底圆筒状的处理容器2。如图1所示，处理容器2的底部形成开口2a，透过窗2d由外侧嵌入开口2a。透过窗2d由透明的石英制成，与处理容器2接触的面用O形环2c密封，以保持处理容器2内部的气密性。在透过窗2d的下部装有灯具单元100，由未图示的卤素灯之类的加热灯加热晶片W。在处理容器2上部开口处设有能够开关的盖3，用来支承喷淋头40。当闭合盖3时，载置台5上的晶片W和喷淋头40以规定间隔相对。
在处理容器2的内部，从处理容器2的底部立着设有圆筒状的密封座8。在密封座8上部的开口处配置环状的基座环7，环状的附属件6被支承在此基座环7的内圆周侧上，在附属件6的内圆周侧的台阶部设有载置台5，载置被支承的晶片W。在密封座8的外侧设有下述的挡板9。
在挡板9上形成有多个排气孔9a。在处理容器2的内圆周底部，在包围着密封座8的位置设有底部排气流路71，处理容器2的内部通过挡板9的排气孔9a与底部排气流路71连通，使得处理容器2能够均匀进行排气。
底部排气流路71在筐体1底部的对角线位置上与夹持着处理容器2对称配置的排气合流部(未图示)连通。此排气合流部通过设置在筐体1的边角部的上升排气流路(未图示)和设置在筐体1上部的横行排气管(未图示)，与贯通筐体1的边角部配置的下降排气流路(未图示)连通，再与配置在筐体1下表面的排气装置101连通。
在筐体1的侧面设有与处理空间S连通的晶片出入口15，此晶片出入口15通过门阀16与未图示的负载锁定室连接。
在载置台5、附属件6、基座环7和密封座8包围的空间内，从处理容器2的底部立起设有圆筒状的反射器4。此反射器4的作用是用来反射从灯具单元100发出的红外线，将其引导至载置台5的下表面，使得有效加热载置台5。此外，作为加热源并不限于上述的灯具，也可以在载置台5中埋入电阻加热体对该载置台5加热。
在此反射器4上的例如3个位置上设有狭缝部，在与此狭缝部对应的位置上分别配置有可升降的升降销12，用来从载置台5举起晶片W。升降销12的销子部分和支承部分构成一体，被支承在设置在反射器4外侧上的圆环状的保持部件13上，由未图示的传动机构使得保持部件13升降，上下运动。此升降销12由能够透过从灯具单元100发射的红外线的材料，例如石英或陶瓷(例如Al2O3、AIN、SiC)构成。
升降销12在接受晶片W时，上升到使升降销12比载置台5突出规定高度处，当将在升降销12上支承的晶片W放置到载置台5上时，升降销12被收进载置台5中。
反射器4以包围位于载置台5的下方的处理容器2底部的开口2a的方式设置，在此反射器4的内周以支承其全周边的方式安装有气罩(gas shield)17。气罩17由石英等可透过红外线的材料制成。在气罩17上开有多个孔17a。
在气罩17下方与透过窗2d之间的空间中，通过吹扫气体流路19由未图示的吹扫气体供给机构供给吹扫气体(例如N2气体、Ar气体等惰性气体)。吹扫气体流路19在处理容器2的底部形成，在反射器4内侧的下部8个位置上等分设置的气体喷出口18处向处理容器2内开口。
由此供给的吹扫气体，通过在气罩17上的多个孔17a流入载置台5的背面侧，由此能够防止由于来自喷淋头40的处理气体侵入载置台5里面的空间对透过窗2d造成薄膜堆积等损害。
在载置台5的上方，与载置台5对向设有喷淋头40。喷淋头40由例如铝或铝合金等金属制造。喷淋头40包括圆板状的喷淋头基座41、圆板状的气体扩散板42以及圆板状的喷淋头平板43。喷淋头基座41的外边缘成型为与盖3的上部嵌合的形状。气体扩散板42紧密贴合、安装在喷淋头基座41的下面。喷淋头平板43安装在气体扩散板42的下面。
喷淋头基座41，由未图示的螺钉固定在盖3上。此喷淋头基座41与盖3的接合部用O形圈气密封。喷淋头基座41与气体扩散板42之间也由O形圈气密封，喷淋头基座41、气体扩散板42和喷淋头平板43用螺钉固定。
喷淋头基座41包括原料气体导入通道41a和多个氧化剂气体导入通道41b。原料气体导入通道41a设置在喷淋头基座41的中央，与原料气体导入配管51连接。氧化剂气体导入通道41b夹持原料气体导入通道41a，配置在对称的位置上，与氧化剂气体导入配管52的氧化剂气体分支配管52a和氧化剂气体分支配管52b连接。其中，图1所示的喷淋头是沿着图2的I-I线切开的截面图，以中央部为界左右是非对称的。
原料气体导入配管51和氧化剂气体导入配管52分别与气体供给机构60连接。气体供给机构60包括各种原料的原料罐(未图示)和气化器(未图示)。由各个原料罐供给的液体原料，例如溶于乙酸丁酯等溶剂的Pb(thd)2、Zr(O-i-C3H7)(thd)3、Ti(O-i-C3H7)2(thd)2以规定比例(例如构成PZT的Pb、Zr、Ti的元素按规定化学计量比的比例)混合后，此混合液在气化器中气化成为原料气体，供给到原料气体导入配管51中。此外，气体供给机构60具有氧化剂气体源(未图示)，由该氧化剂气体源向配管52供给NO2气体。
在气体扩散板42的上表面形成作为扩散原料气体的凹状空间的原料气体头42a。此原料气体头42a与原料气体导入配管51连接的原料气体导入通道41a连接。原料气体头42a还与贯通气体扩散板42的原料气体通路42d连通。在原料气体头42a中以同心圆状设有多个圆柱状突起42c。由于此圆柱状突起42c的高度几乎与原料气体头42a的深度相等，所以圆柱状突起42c的上端与喷淋头基座41的下表面紧密结合。
在气体扩散板42的下表面侧，形成有作为扩散氧化剂气体的凹状空间的氧化剂气体头42b。此氧化剂气体头42b经由贯通气体扩散板42的氧化剂气体通路42e，与喷淋头基座41上的氧化剂气体导入通道41b连接。此外，在氧化剂气体头42b中，以同心圆状设有多个圆柱状突起42f。这些圆柱状突起42f的至少一部分贯通原料气体通路42d。由于圆柱状突起42f的高度几乎等于氧化剂气体头42b的深度，所以圆柱状突起42f的下端与喷淋头平板43的上表面紧密结合。
由于通过多个圆柱状突起42c使喷淋头基座41和气体扩散板42直接接触，且通过多个圆柱状突起42f使得气体扩散板42与喷淋头平板43直接接触，增大了作为喷淋头40整体的固体之间的热传导面积，提高了热敏感度。其结果能够通过冷却装置94或加热装置95使喷淋头平板43迅速冷却或加热。
其中，在圆柱状突起42f中形成气体通路42d的部分，以在喷淋头平板43的原料气体喷出孔43a的位置，与原料气体通路42d连通的方式配置。圆柱状突起42f可以都形成气体通路42d。
如图2～图4所示，原料气体喷出孔43a和氧化剂气体喷出孔43b相邻交叉、贯通喷淋头平板43。即，多个原料气体喷出孔43a配置在与气体扩散板42的原料气体通路42d重合的位置，原料气体喷出孔43a分别与各个原料气体通路42d连通。此外，多个氧化剂气体喷出孔43b以在气体扩散板42的氧化剂气体头42b中多个圆柱状突起42f的间隙中开口的方式配置。
在本实施方式的喷淋头平板43中，与原料气体导入配管51连接的多个原料气体喷出孔43a配置在最外周，如图3所示，在其内侧交叉均匀地排列氧化剂气体喷出孔43b和原料气体喷出孔43a。
如图2～图4所示，在喷淋头40的底面(喷淋头平板43的下表面)形成有沟槽44。在此沟槽44的底面上分别开有多个氧化剂气体喷出孔44b。与此相反，在沟槽44以外的部分开有多个原料气体喷出孔44a。
沟槽44，其二维投影的形状呈格子状，包括竖槽和横槽。氧化剂气体喷出孔44b位于竖槽和横槽交叉的位置。此外，原料气体喷出孔44a设置在沟槽44分隔的岛部45的中央部。即，如图4所示，氧化剂气体喷出孔44b和原料气体喷出孔44a形成在具有阶梯差L3的不同平面上(第一面和第二面)，氧化剂气体喷出孔44b在比原料气体喷出孔44a离晶片W更远的位置开口。此阶梯差L3(即沟槽的深度)优选0.5～10mm的范围。沟槽44的宽度d3，优选0.5～10mm的范围。在本实施方式中沟槽的深度L3(阶梯差)取约2mm，沟槽宽度d3取约3mm。
此外，如图4和图5B所示，规定沟槽44的岛部45，在其角部48进行R加工。在此情况下，角部48的R加工的曲率半径优选0.1～1mm的范围。此外，如图所示，原料气体喷出孔44a和氧化剂气体喷出孔44b可以制成期望的末端逐渐扩大的形状。其中，原料气体喷出孔43a的直径d1优选0.5～3mm的范围，氧化剂气体喷出孔43b的直径d2也优选0.5～3mm的范围。此外，原料气体喷出孔44a下端的直径和氧化剂气体喷出孔44b下端的直径也可取0.5～3mm的范围。
在此后混合型喷淋头40中，由于氧化剂气体喷出孔44b和原料气体喷出孔44a分别开口，则分别喷出原料气体和氧化剂气体，在晶片W上方空间才混合。
在本实施方式中，是以将原料气体导入上侧的原料气体扩散空间42a，将氧化剂气体导入下侧的氧化剂气体扩散空间42b中为例进行说明的，但根据工艺条件的不同可以变更导入的位置。即，也可以将氧化剂气体导入上侧的原料气体扩散空间42a，将原料气体导入下侧的氧化剂气体扩散空间42b。通过将岛部45的二维投影的形状取为圆形，沟槽44的形状也可以规定为非格子的形状。
热电偶插入孔41i、热电偶插入孔42g、热电偶插入孔43c分别在与厚度方向重合的位置贯通层叠的喷淋头基座41、气体扩散板42和喷淋头平板43。在它们互相连通的贯通孔中插入热电偶10，检测喷淋头平板43下表面的温度，将此检测出的信号输入控制器80中。如下面说明，使控制器80和温度控制机构90控制喷淋头40的温度。
在喷淋头40的上面，配置有温度控制机构90，由设置在环状的多个加热器91和加热器91之间的流过冷却水等冷介质的冷介质流路92构成。热电偶10的检出信号输入到控制器80中，控制器80基于此检出信号向加热器电源95和冷介质源94输出控制信号，向温度控制机构90的加热器91通电，或对流过冷介质流路92的冷介质温度或流量进行反馈控制，就能够控制喷淋头40的温度，特别是喷淋头平板43表面的温度。
下面说明此结构的成膜装置的动作。
首先，通过未图示的真空泵，经由底部排气流路71等排气通道给处理容器2内排气，排气达到例如66.65～1333Pa，优选100～500Pa的真空度。
此时，从未图示的载气/吹扫气体供给源，经由吹扫气体流路19，从多个气体喷出口18向气罩17的背面(下表面)供给Ar等吹扫气体，此吹扫气体通过气罩17的孔17a流到载置台5的背面侧，经由密封座8的间隙流入底部排气通道71中，形成稳定的吹扫气流，以防止在位于气罩17下方的透过窗2d上造成堆积薄膜等损害。
在此状态下的处理容器2中，由未图示的机械手机构等，经由门阀16和晶片出入口15搬入晶片W，通过未图示的传动器，使保持在保持部件13上的升降销12上升，使其销的部分突出到载置台5上，在升降销12上载置晶片W后，未图示的机械手机构等从处理容器2中退出，关闭门阀16。
然后，升降销12下降，将晶片W载置在载置台5上，同时打开灯具单元100的灯具，红外线通过透过窗2d照射到载置台5的下表面侧(背面)，载置在载置台5上的晶片W被加热到450℃～700℃之间的温度，例如被加热到500℃。从缩短温度稳定时间和延长灯具寿命等方面考虑，上述灯具单元100的灯具也可以不是常开的。
此时，基于热电偶10检出的温度，由通过热电偶10检出的喷淋头平板43下表面温度，通过控制器80对温度控制机构90进行控制，从而进行喷淋头40的温度控制。
然后，从喷淋头40的下表面的喷淋头平板43上的多个原料气体喷出孔44a，向被加热的晶片W喷出供给原料气体，此原料气体是将例如Pb(thd)2、Zr(O-i-C3H7)(thd)3、Ti(O-i-C3H7)2(thd)2以规定的比例(例如使构成PZT的Pb、Zr、Ti等元素成为规定的化学当量比)混合之后，通过气化器(未图示)气化得到的，从氧化剂气体喷出孔44b供给NO2等氧化剂气体。此原料气体或氧化剂气体通过各自的热分解反应或相互之间的化学反应，在晶片W的表面形成由PZT构成的薄膜。
即，从气体供给机构60来的被气化的原料气体，与载气一起从原料气体配管51，经由气体扩散板42的头部42a、原料气体通路42d、喷淋头平板43的原料气体喷出孔43a，由原料气体喷出孔44a喷出供给到晶片W的上部空间。同样，从气体供给机构60供给的氧化剂气体，经由氧化剂气体配管52、氧化剂气体分支配管52a和52b、喷淋头基座41的氧化剂气体导入通道41b、气体扩散板42的氧化剂气体通路42e到达头部42b处，经由喷淋头平板43的氧化剂气体喷出孔43b，从氧化剂气体喷出孔44b喷出供给到晶片W的上部空间。由此，原料气体和氧化剂气体未经在喷淋头40内混合，分别供给到处理容器2内。
此时，在现有的装置中，如图5A所示，由于气体喷出区域几乎相同的喷淋头140的原料气体喷出孔144a和氧化剂气体喷出孔144b在同一个平面上开口，原料气体很容易到达氧化剂气体喷出孔144b处，使得反应生成物146附着在氧化剂气体喷出孔144b的周壁上。附着反应生成物146后，会使氧化剂气体喷出孔144b变窄或堵塞，使膜的膜厚均匀性变差，出现产生颗粒的问题。
与此相反，如图5B所示，在本实施方式的装置中，在喷淋头平板43的下表面形成沟槽44，在此沟槽44中开有氧化剂气体喷出孔44b，另一方面，在沟槽44以外的部位开有原料气体喷出孔44a，所以原料气体喷出孔44a的开口部与氧化剂气体喷出孔44b的开口部在Z轴方向上的座标位置不同。因此，氧化剂气体流会妨碍原料气体流向氧化剂气体喷出孔44b处，难以到达氧化剂气体喷出孔44b。
根据本发明，在氧化剂气体喷出孔44b周围难以产生原料气体和化合物形成用气体的反应，能够抑制反应生成物附着在氧化剂气体喷出孔44b的周围。此外，根据本发明，由于沟槽44的深度L3(阶梯差)增大了反应生成物的附着面积，能够大幅度延长到化合物形成用气体喷出孔堵塞的时间。此外根据本发明，只形成沟槽即可，无须变更现有设备喷淋头的孔的位置。
由于沟槽44形成为格子状，所以整个沟槽呈现连续状，使得氧化剂气体能够很好地扩散，可防止氧化剂气体的浓度不均匀。由于氧化剂气体的喷出孔44b设置在格子状沟槽44的格子交叉点，可使从氧化剂气体喷出孔44b喷出的气体的扩散性更好。
此外，通过在两种气体喷出孔的开口面上设置阶梯差(水平差)，能够控制这些气体到达的时间，由此还能够适当地调节这些气体的反应性能等。
图4中所示的阶梯差L3(沟槽深度)优选为0.5～10mm的范围。由此，加工成本不会过剩，能够有效抑制原料气体到达氧化剂气体的喷出孔44b。此外，岛部45规定的沟槽44，，其角部48进行R加工。由此使得反应生成物难以附着。此外，从进一步防止反应生成物附着的观点出发，R加工的曲率半径优选为0.1～1mm的范围。再者，如图示，原料气体喷出孔44a和氧化剂气体喷出孔44b的末端均可逐渐扩大，由此，可抑制原料气体流流向氧化剂气体喷出孔44b，使得反应生成物难以附着在氧化剂气体喷出孔44b上。
在如上所述对喷淋头40进行温度控制时，喷淋头40底面的温度优选控制在165℃～170℃的范围内。通过将温度控制在此范围内，使得反应生成物更加难以附着在氧化剂气体喷出孔44b上。
下面说明确认本发明效果的实验。
在此实验中，分别使用现有的后混合型喷淋头和本发明的后混合型喷淋头在硅晶片上进行PZT成膜，通过目视确认各喷淋头在NO2气体喷出孔周围的壁上反应生成物附着的状态。现有的后混合型喷淋头，在底面上没有阶梯差。本发明的后混合型喷淋头，在底面上形成深度2mm的格子状沟槽，在沟槽部分配置有NO2气体喷出孔，在沟槽以外的部分配置有原料气体喷出孔。其中，NO2气体喷出孔的直径，在现有的喷淋头中是0.7mmΦ，在本发明的喷淋头中是1.2mmΦ。
成膜的条件如下：载置台温度：500℃；压力：133.3Pa；NO2气体流量：400mL/min；Pb(thd)2(液体)流量：0.13mL/min；Zr(O-i-C3H7)(thd)3(液体)流量：0.27mL/min；Ti(O-i-C3H7)2(thd)2(液体)流量：0.42mL/min；成膜时间：850sec。
在以上的条件下分别成膜100片以后，对喷淋头的底面进行摄影，在图6A和图6B中示出。在图6A表示的现有的喷淋头上，在NO2气体喷出孔处，附着了相当多的反应生成物，喷出孔几乎完全堵塞，与此相对，图6B中示出的本发明的喷淋头上，几乎见不到有反应生成物附着在NO2气体喷出孔上。
本发明并不限于如上所述的实施方式，只要在本发明思想的范围内，可以进行种种变更。例如，在上述实施方式中，是以使用NO2气体作为氧化剂气体为例进行说明的，也可以使用O2气体、N2O气体、O3气体等其它氧化剂气体。在形成氮化物等的其他金属化合物时，使用氧化剂气体以外的气体作为化合物形成用气体也可以适用。再者，以PZT薄膜的成膜为例进行说明，但并不限于此，使用BST膜(具有Ba(Sr1-xTix)O3的钙钛矿结构的结晶)等其它有机金属原料进行成膜，或使用含有有机原料以外金属的原料气体进行成膜也可以，在使用两种以上气体的情况下也可以广泛适用。在上述实施方式中，以使用热CVD的成膜装置为例进行说明，也可以是使用等离子体的成膜装置，等离子体蚀刻装置等其它气体处理装置。在使用等离子体时，可以采用高频、微波等各种物质作为等离子体源。在使用高频等离子体源时，适用于电容耦合型等离子体、感应耦合型等离子体(IPC)、ECR等离子体、磁控管等离子体等各种方式。
此外，在上述实施方式中，喷淋头底面的沟槽以完全连续形成的方式形成格子状，但沟槽的形状并不限于格子状。此外，完全连续形成沟槽可以使得气体浓度等的均匀性特别良好，但也不一定都是连续形成，形成多个连续形成有多个化合物形成用气体喷出孔的沟槽上也可以。作为这样的例子可以举出同心圆状的沟槽。当然也可为每个沟槽中设有一个化合物形成用气体的喷出孔。
以上，以半导体晶片作为被处理基板为例进行了说明，但也并不限于此，液晶显示装置用玻璃基板等其它基板也可以。
根据本发明，由于可抑制反应生成物附着在喷淋头的化合物形成用气体喷出孔上，因此可有效地防止其堵塞，由此，能够提高成膜的均匀性和重现性，同时可提高装置的开工率，实现了维修成本的降低。本发明可广泛地应用于在处理容器内，从与载置台上载置的被加热基板对向设置的喷淋头供给处理气体，进行所需成膜的成膜装置。

Claims (14)

1.一种气体处理装置，包括：支承被处理基板的载置台；包围所述载置台上的被处理基板的处理容器；分别独立的向所述载置台上的被处理基板喷出第一气体和第二气体的喷淋头；具有向所述喷淋头供给所述第一气体的第一气体流路和向所述喷淋头供给所述第二气体的第二气体流路的气体供给机构，其中，
所述喷淋头具有：
与所述载置台上的被处理基板之间隔着规定的间隔相对的底面；
在所述底面上形成的沟槽；
与所述气体供给机构的第一气体流路连通，在除所述沟槽之外的所述底面上开口，喷出所述第一气体的多个第一气体喷出孔；和
与所述气体供给机构的第二气体流路连通，在所述沟槽中开口，喷出所述第二气体的多个第二气体喷出孔。
2.一种气体处理装置，包括：支承被处理基板的载置台；包围所述载置台上的被处理基板的处理容器；与所述载置台上的被处理基板相对配置的后混合型喷淋头；具有向所述喷淋头供给第一气体的第一气体流路和向所述喷淋头供给第二气体的第二气体流路的气体供给机构，其中，
所述喷淋头具有：
与所述气体供给机构的第一气体流路连通，喷出所述第一气体的多个第一气体喷出孔；
与所述气体供给机构的第二气体流路连通，喷出所述第二气体的多个第二气体喷出孔；
与所述载置台上的被处理基板之间隔着规定间隔相对，开有所述第一气体喷出孔的第一面；和
与所述载置台上的被处理基板之间隔着规定间隔相对，开有所述第二气体喷出孔，相对所述第一面具有阶梯差的第二面。
3.一种成膜装置，包括：支承被处理基板的载置台；包围所述载置台上的被处理基板的处理容器；分别独立的向所述载置台上的被处理基板喷出原料气体和化合物形成用气体的喷淋头；具有向所述喷淋头供给所述原料气体的第一气体流路和向所述喷淋头供给所述化合物形成用气体的第二气体流路的气体供给机构，所述原料气体含有金属元素，所述化合物形成用气体含有与所述金属元素反应形成化合物的成分元素，其中，
所述喷淋头具有：
与所述载置台上的被处理基板之间隔着规定间隔相对的底面；
在所述底面上形成的沟槽；
与所述气体供给机构的第一气体流路连通，在除所述沟槽以外的所述底面上开口，喷出所述原料气体的多个原料气体喷出孔；和
与所述气体供给机构的第二气体流路连通，在所述沟槽中开口，喷出所述化合物形成用气体的多个化合物形成用气体喷出孔。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述沟槽跨过多个所述化合物形成用气体喷出孔，连续形成。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述沟槽的二维投影形状为格子状，包括竖槽和横槽。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述化合物形成用气体喷出孔在所述竖槽和横槽交叉处开口。
7.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述沟槽的深度在0.5～10mm的范围内。
8.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第一面和所述第二面的阶梯差在0.5～10mm的范围内。
9.一种成膜装置，包括：支承被处理基板的载置台；包围所述载置台上的被处理基板的处理容器；与所述载置台上的被处理基板对向配置的后混合型喷淋头；具有向所述喷淋头供给原料气体的原料气体流路和向所述喷淋头供给化合物形成用气体的化合物形成用气体流路的气体供给机构，其中，
所述喷淋头具有：
与所述气体供给机构的原料气体流路连通，喷出所述原料气体的多个原料气体喷出孔；
与所述气体供给机构的化合物形成用气体的流路连通，喷出所述化合物形成用气体的多个化合物形成用气体喷出孔；
与所述载置台上的被处理基板之间隔着规定间隔相对，开有所述原料气体喷出孔的第一面；和
与所述载置台上的被处理基板之间隔着规定间隔相对，开有所述化合物形成用气体喷出孔，位于比所述第一面更远离被处理基板的位置的第二面。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：还具有控制所述喷淋头温度的温度控制机构。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述化合物形成用气体是氧化剂气体。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述氧化剂气体是NO2气体。
13.如权利要求9所述的成膜装置，其特征在于：所述原料气体是有机金属气体。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于：所述有机金属气体为通过热分解与所述氧化剂气体反应形成PZT膜，含有Pb(dpm)2和Ti(O-i-Pr)2(dpm)2，还含有Zr(dpm)4和Zr(O-i-Pr)2(dpm)2中的至少一种。
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