TW201303971A - 氣化裝置、氣體供給裝置及成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

氣化裝置，係具備有：氣化容器，係於內部被形成有氣化室；和噴射噴嘴部，係被設置於前述氣化容器處，並於中央具備有噴射液體原料之第1噴嘴，且具備有被以同心狀而配置在該第1噴嘴之外周並噴射載體氣體之第2噴嘴，而將前述液體原料藉由前述載體氣體來氣化並形成原料氣體；和氣體擴散抑制塊，係形成氣體擴散抑制區域，該氣體擴散抑制區域，係從前述噴射噴嘴部之前端部起朝向前述液體原料之噴射方向而使其之開角以銳角而逐漸擴廣並朝向前述氣化室而作了開放；和原料氣體出口，係使前述原料氣體流出至前述氣化容器之外側。

Description

氣化裝置、氣體供給裝置及成膜裝置
本發明，係有關在對於半導體晶圓等之被處理體形成薄膜時所使用的液體原料之氣化裝置、以及使用有該氣化裝置之氣體供給裝置和使用有該氣體供給裝置之成膜裝置。
一般而言，為了形成半導體積體電路，係對於半導體晶圓等之被處理體，而反覆進行成膜處理、蝕刻處理、氧化擴散處理等之各種的處理。於此情況，若是以成膜處理作為例子，則關於在半導體積體電路中所使用之絕緣膜或阻障膜或者是配線膜等之薄膜的膜質特性，係伴隨著半導體積體電路之高積體化、高細微化以及動作速度之高速化的要求，而要求有膜質特性之更進一步的提升，為了因應於此種要求，作為薄膜之材料，係有使用鉿(Hf)或者是鋯(Zr)等之稀少金屬的情況。
包含有此種金屬的原料，一般而言例如在室溫下由於係為固體或者是液體，因此，在成膜時，係成為將上述固體之物溶解在有機溶劑中並作成液體原料，或者是對於在室溫下為液體之物為了進行濃度調整等而混合有機溶劑並作成液體原料，再將此液體原料在氣化裝置中藉由載體氣體而氣化並形成原料氣體，而將該原料氣體供給至成膜裝置處。
如同上述一般而使用載體氣體的理由，係在於：由於上述一般之液體原料，一般而言蒸氣壓係為低，因此，係藉由上述載體氣體而促進液體原料之氣化，並且將氣體中之原料分壓降低之故。
作為上述氣化裝置之種類，主要係周知有：在氣化室內噴霧液體原料和載體氣體並使其混合之後混合形態者、和在使其氣化之前先將液體原料和載體氣體作混合之後再將此混合液在氣化室內作噴霧的預混合形態者。而，前述之液體原料，由於一般而言係易於與載體氣體中之水分起反應並產生加水分解，並且亦容易氧化，因此，為了避免噴射噴嘴之堵塞，而主要為使用後混合形態之氣化裝置。作為此後混合形態之氣化裝置，例如係在專利文獻1、2以及3等之中有所揭示，並成為從噴射噴嘴部而將液體原料和載體氣體同時朝向被設為減壓狀態之氣化室作噴射，而藉由此來使液體原料氣化並形成原料氣體。
針對此點作具體性說明。圖1，係為對於先前技術之氣化裝置的噴射噴嘴部作展示的概略圖。如此圖1中所示一般，在氣化室2之一端處，設置雙重管構造之噴射噴嘴部4，並藉由此噴射噴嘴部4而將液體原料和例如由Ar等所成之載體氣體，分別噴射至氣化室2內，而使液體原料氣化，並藉由此而形成原料氣體。於此情況，在此氣化室2內，係與成膜裝置內相同的而被設為減壓氛圍，又，係因應於必要而被加熱。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-105646號公報
[專利文獻2]日本特開2005-228889號公報
[專利文獻3]日本特開2010-028000號公報
另外，上述之噴射噴嘴部4的出口側6，係成為朝向氣化室2而大幅開角為鈍角狀的狀態，從噴射噴嘴部4所噴射出之液體原料或載體氣體，係成為會立即朝向外側擴散。
然而，在實際之氣化裝置中，會在噴射出之載體氣體流的外周部份處產生捲入氣流，並產生如同在噴射噴嘴部4之出口側6的側部之部分處而以箭頭所展示一般之原料氣體的滯留8，此滯留之原料氣體，係會與氣化室2之區隔壁相碰撞並於此附著有堆積物，其結果，會有著使噴射噴嘴部4之前端的載體氣體之出口閉塞並導致氣化性能劣化的問題。
本發明，係注目於上述一般之問題點，而為了有效地解決此問題所創造者。本發明之實施例，係為能夠對於使液體原料氣化之噴射噴嘴部的前端之載體氣體出口的閉塞作抑制的氣化裝置、使用有此種氣化裝置之氣體供給裝置、以及使用有此種氣體供給裝置之成膜裝置。
若依據本發明之其中一個側面，則氣化裝置，係具備有：氣化容器，係於內部被形成有氣化室；和噴射噴嘴部，係被設置於前述氣化容器處，並於中央具備有噴射液體原料之第1噴嘴，且具備有被以同心狀而配置在該第1噴嘴之外周並噴射載體氣體之第2噴嘴，而將前述液體原料藉由前述載體氣體來氣化並形成原料氣體；和氣體擴散抑制塊，係形成氣體擴散抑制區域，該氣體擴散抑制區域，係從前述噴射噴嘴部之前端部起朝向前述液體原料之噴射方向而使其之開角以銳角而逐漸擴廣並朝向前述氣化室而作了開放；和原料氣體出口，係使前述原料氣體流出至前述氣化容器之外側。
藉由此種構成，藉由噴射噴嘴部所噴射出之載體氣體，由於係通過使開角角度以銳角而擴廣之氣體擴散抑制區域，因此，不會使載體氣體之流速降低，而能夠維持為高流速並且亦對於產生載體氣體之滯留的情況作抑制，其結果，係成為能夠防止載體氣體之出口被堆積物所閉塞的情況。
若依據本發明之其中一個側面，則氣體供給裝置，其特徵為，係具備有：氣化裝置，其係具備有：氣化容器，係於內部被形成有氣化室、和噴射噴嘴部，係被設置於前述氣化容器處，並於中央具備有噴射液體原料之第1噴嘴，且具備有被以同心狀而配置在該第1噴嘴之外周並噴射 載體氣體之第2噴嘴，而將前述液體原料藉由前述載體氣體來氣化並形成原料氣體、和氣體擴散抑制塊，係形成氣體擴散抑制區域，該氣體擴散抑制區域，係從前述噴射噴嘴部之前端部起朝向前述液體原料之噴射方向而使其之開角以銳角而逐漸擴廣並朝向前述氣化室而作了開放、和原料氣體出口，係使前述原料氣體流出至前述氣化容器之外側；和液體原料通路，係被與前述氣化裝置之前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有液體用流量控制器；和載體氣體通路，係被與前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有氣體用流量控制器；和原料氣體通路，係被與前述氣化裝置之前述氣化容器之前述原料氣體出口作連接，並使前述原料氣體流出。
若依據本發明之其中一個側面，則對於被處理體而形成薄膜之成膜裝置，其特徵為，具備有：處理容器，係成為可進行排氣；和保持手段，係保持前述被處理體；和被處理體加熱手段，係加熱前述被處理體；和氣體導入手段，係將氣體導入至前述處理容器內；和氣體供給裝置，係被與前述氣體導入手段作連接，該氣體供給裝置，係具備有：氣化裝置，其係具備有：氣化容器，係於內部被形成有氣化室、和噴射噴嘴部，係被設置於前述氣化容器處，並於中央具備有噴射液體原料之第1噴嘴，且具備有被以同心狀而配置在該第1噴嘴之外周並噴射載體氣體之第2噴嘴，而將前述液體原料藉由前述載體氣體來氣化並形成原料氣體、和氣體擴散抑制塊，係形成氣體擴散抑制區域 ，該氣體擴散抑制區域，係從前述噴射噴嘴部之前端部起朝向前述液體原料之噴射方向而使其之開角以銳角而逐漸擴廣並朝向前述氣化室而作了開放、和原料氣體出口，係使前述原料氣體流出至前述氣化容器之外側；和液體原料通路，係被與前述氣化裝置之前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有液體用流量控制器；和載體氣體通路，係被與前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有氣體用流量控制器；和原料氣體通路，係被與前述氣化裝置之前述氣化容器之前述原料氣體出口作連接，並使前述原料氣體流出。
若依據本發明之實施例的氣化裝置、氣體供給裝置以及成膜裝置，則係能夠發揮下述一般之優良的作用效果。
氣化裝置之藉由噴射噴嘴部所噴射出之載體氣體，由於係通過使開角角度以銳角而擴廣之氣體擴散抑制區域，因此，不會使載體氣體之流速降低，而能夠維持為高流速並且亦對於產生載體氣體之滯留的情況作抑制，其結果，係成為能夠防止載體氣體之出口被堆積物所閉塞的情況。故而，係能夠防止液體原料之氣化性能的劣化，並維持高氣化性能。
以下，參考所添附之圖面，針對本發明之其中一實施 例的氣化裝置、氣體供給裝置以及成膜裝置之其中一例作說明。圖2，係為對於具備有本發明之實施例的氣化裝置之成膜裝置全體作展示的概略構成圖，圖3A、圖3B，係為對於具備有本實施例的氣化裝置之噴射噴嘴部的噴嘴單元以及其近旁作展示的擴大部分剖面圖，圖4A、圖4B，係為對於噴射噴嘴部之前端部的狀態作展示之圖，圖4A係為擴大剖面圖，圖4B係為平面圖。
首先，參考圖2，從成膜裝置之全體起來作說明。如圖2中所示一般，此成膜裝置10，主要係具備有：藉由本實施例之氣化裝置12所形成的將原料氣體等作供給之氣體供給裝置14、和藉由上述原料氣體而實際形成薄膜之成膜裝置本體16。而，上述成膜裝置本體16，係具備有例如藉由鋁合金等而形成之處理容器18。在此處理容器18內，係被設置有將身為被處理體之例如半導體晶圓W作保持的保持手段20。
於此，此保持手段20，係藉由例如以陶瓷材或鋁合金等所成的載置台22所形成者。而，在此載置台22處，係被設置有用以加熱上述晶圓W之被處理體加熱手段24。於此，作為此被處理體加熱手段24，係藉由以例如碳鋼線等所成的電阻加熱加熱器所形成者。另外，作為此加熱手段24，亦可使用其他手段，例如使用加熱燈管等。
在此處理容器18之側壁處，係被設置有閘閥26，該閘閥26，係在將晶圓W作搬入搬出時而作開閉，並將處理容器18作氣密密封。又，在此處理容器18之底部處， 係被設置有排氣口28。而，在此排氣口28處，係被連接有在排氣通路29之途中中介設置壓力調整閥30或真空幫浦32等所成的真空排氣系34，並成為能夠對於上述處理容器18內之氛圍作壓力調整並作真空抽氣。
又，在此處理容器18中，係被設置有用以將氣體導入於其中之氣體導入手段36。於此，上述氣體導入手段36，係由被設置在處理容器18之頂板部處的噴淋頭38所成，並成為藉由設置在其之下面處的多數之氣體噴射孔40來將氣體噴射至處理容器18內。又，在此噴淋頭部38之上部處，係被設置有將所使用之氣體作導入的氣體導入口42。此噴淋頭部38內部之空間，係因應於在成膜中所使用之氣體種類或者是氣體種類之混合形態，而被形成為1個的擴散室，或者是被區隔分離成複數之擴散室，而成為所謂的對氣體進行預混合或者是後混合。
於此情況，上述氣體導入口42，係被設置有與上述擴散室之數量相對應的個數。在圖示例中，為了方便，係僅記載有1個的擴散室。另外，作為上述氣體導入手段36，雖係使用了上述之噴淋頭部38，但是，係並不被限定於此，例如亦可使用單純之噴嘴狀者。又，亦可在處理容器18中設置使用有高頻電力或微波電力等的電漿產生機構，並設為使用電漿來進行成膜處理。
對於上述噴淋頭部38供給氣體之上述氣體供給裝置14，係具備有原料氣體供給系44和供給其他之必要氣體的必要氣體供給系46。此必要氣體供給系46，係具備著 中介設置有開閉閥48和氣體用流量控制器50之必要氣體通路52，並將此必要氣體通路52與上述氣體導入口42作連接，而成為能夠一面對於必要氣體進行流量控制一面作供給。
作為上述必要氣體，係包含有將處理容器18內之氛圍排出的洗淨氣體、或者是與原料氣體產生反應之反應氣體，例如氧化氣體或還原氣體等。又，在圖2中，雖係僅對於一系統之必要氣體供給系46作了展示，但是，當係將無法在供給時作混合的複數之氣體種類作為必要氣體而使用的情況時，係以設置與其之數量相對應的複數之必要氣體供給系46為理想。又，作為上述洗淨氣體，一般而言係使用N2氣體，但是，除此之外，係亦可使用Ar、He等之稀有氣體。
另一方面，上述原料氣體供給系44，係具備有前述之氣化裝置12、和將液體原料60供給至此氣化裝置12處之液體原料通路54、和對於氣化裝置12供給載體氣體之載體氣體通路56、和使藉由氣化裝置12所產生了的原料氣體朝向上述處理容器18而流動之原料氣體通路58。
具體而言，上述液體原料通路54之上游側端部，係被浸漬在於內部儲存有液體原料60之原料儲存槽62內的液體原料60中，下游側端部，係被與上述氣化裝置12之後述的噴射噴嘴部64作連接。在此液體原料通路54之途中處，係分別中介設置有液體用的質量流控制器一般之液體用流量控制器66、和在液體原料供給方向上而位置於其 之兩側處之2個的開閉閥68，而成為一面對於被作壓力送出之液體原料60作流量控制一面使其流動。
又，在此包含有液體用流量控制器66以及開閉閥68之液體原料通路54處，係因應於必要而被設置有用以防止流動中之液體原料60固化的加熱器70，並成為對於流動之液體原料60進行加熱。
又，在上述原料儲存槽62中，係因應於需要而被設置有原料加熱器72，並成為對於原料儲存槽62內之液體原料60進行加熱而將其維持於液體狀態。又，在此原料儲存槽62內之上部空間部74處，係設置有氣體出口76A，該氣體出口76A，係為在途中中介設置有開閉閥78並使加壓氣體流動之加壓氣體通路76的氣體出口76A，而成為藉由此加壓氣體之壓力來將上述原料儲存槽62內之液體原料60加壓送出至液體原料通路54內。作為此加壓氣體，例如除了Ar或He等之稀有氣體以外，亦可使用惰性之N2氣體。
上述液體原料60，係藉由將包含有金屬之固體或者是液體的原料溶解在有機溶劑中，而形成之。於此情況，在室溫程度之溫度下而為液體的原料，係可為了進行其之濃度調整或者是黏度調整而添加有機溶劑，亦可並不添加有機溶劑。又，作為上述原料，係以使用包含有La(鑭)等之金屬的有機金屬錯合物為理想。
又，上述載體氣體通路56，係被與上述噴射噴嘴部64作連接。在此載體氣體通路56之途中處，係分別中介 設置有氣體用的質量流控制器一般之氣體用流量控制器80、和在載體氣體供給方向上而位置於其之兩側處之2個的開閉閥82，而成為一面對於被作了加壓之載體氣體作流量控制一面使其流動。此載體氣體之壓力，例如係被設定為100~400kPa程度。又，作為此載體氣體，例如係使用Ar氣體，但是，係並不被限定於此，亦可使用He等之其他的稀有氣體或者是N2氣體。
又，上述原料氣體通路58，係於途中中介設置有開閉閥86，其之上游側，係被與上述氣化裝置12之原料氣體出口84作連接，其之下游側，係被與上述噴淋頭部38之氣體導入口42作連接，而成為流動有原料氣體。又，在上述包含有開閉閥86之原料氣體通路58的全體處，係因應於必要而被設置有用以防止流動中之原料氣體再度液化的加熱器88，並成為對於流動之原料氣體而以熱分解溫度以下之溫度來進行加熱。
又，係將上述原料氣體通路58之開閉閥86的上游側，和上述真空排氣系34之壓力調整閥30和真空幫浦32之間的排氣通路29作連接，而設置有旁通通路90。而，在此旁通通路90中，係中介設置有開閉閥92，並成為能夠使原料氣體之流量安定化，或者是在將不必要之原料氣體廢棄時成為能夠藉由並不將原料氣體對於上述處理容器18作供給地來在此旁通通路90內流動而將原料氣體排出。
而，上述氣化裝置12，係如同在圖3A、3B以及圖 4A、4B中亦有所展示一般，主要係具備有：於內部形成有氣化室94之氣化容器96、和對於此氣化室94內噴射液體原料60和載體氣體而形成原料氣體之上述噴射噴嘴部64、以及氣體擴散抑制塊100。圖3A，係對於將噴射噴嘴部裝著在氣化容器96處的狀態作展示，圖3B，係對於噴射噴嘴部之對於氣化容器96的裝著途中之狀態作展示。具體而言，上述氣化容器96，係將其之兩端作了封閉地被成形為略圓筒體狀，而於其之內部形成密閉狀態之上述氣化室94。
此氣化容器96，在圖示例中係立起於上下方向地被作設置，在其之上游側、亦即是身為上端部之頂板部96a處，係被形成有噴嘴安裝孔102(參考圖3B)。而，於此，上述噴射噴嘴部64和氣體擴散抑制塊100係被作一體化，並形成噴嘴單元104。而後，將此噴嘴單元104插通於上述噴嘴安裝孔102內。在此噴嘴單元104之上端部處，係被形成有凸緣部106，藉由將此凸緣部106以固定螺桿108來締結固定在上述氣化容器96之頂板部96a的上面處，上述噴嘴單元104係可裝著卸下地被固定在氣化容器96處。
於此情況，在上述凸緣部106和上述氣化容器96之頂板部96a的上面之間，係被中介設置有例如由O形環等所成之密封構件110，而保持此部分之氣密性。又，上述噴射噴嘴部64，係於其之中央處具備有噴射上述液體原料60之液體原料用噴嘴122(第1噴嘴)，並於其之外周側 設置有以同心狀來作了配置之載體氣體用噴嘴124(第2噴嘴)，而成為從此載體氣體用噴嘴124來噴射上述載體氣體。上述液體原料用噴嘴122以及載體氣體用噴嘴124，係均被成形為細的管狀，並被設為雙重管構造。其結果，在載體氣體用噴嘴124處之載體氣體的流路，係成為環狀。
而，在上述液體原料用噴嘴122之上端部處，係成為被與上述液體原料通路54作連接並供給液體原料60，且成為藉由其之下端的原料吐出口126來將液體原料吐出。又，在上述載體氣體用噴嘴124之上端部處，係成為被與上述載體氣體通路56作連接並供給載體氣體，且成為藉由其之下端的載體氣體吐出口128來將載體氣體吐出。在圖示之例中，上述液體原料用噴嘴122之前端(下端)，係被設為在相較於上述載體氣體用噴嘴之前端(下端)而更些許長的長度L1(參考圖4A)之範圍內來朝向下方突出。此長度L1，係為0~5mm之範圍內，且亦包含有如同“L1=0”一般之液體原料用噴嘴122以及載體氣體用噴嘴124之前端(下端)的上下方向(噴射噴嘴部64之延伸(長度)方向)的位置為相同之情況。
而，上述氣體擴散抑制塊100，係從上述噴射噴嘴部64之前端部起而朝向上述液體原料60之噴射方向來將其之開角θ(參考圖3A以及圖4A)以銳角而逐漸擴廣，而於其之內側處形成朝向上述氣化室94而作了開放的氣體擴散抑制區域130。具體而言，區劃出上述氣體擴散抑制 區域130之氣體擴散抑制塊100的內周面(內壁面)132，係以從上述載體氣體用噴嘴124之下端的外周起而朝向氣體噴射方向(下方向)來逐漸增廣的方式，而例如成形為末端擴廣狀。亦即是，上述內周面132，係被成形為與圓錐之側面相同的形狀，並成為於其之內側的空間中形成上述氣體擴散抑制區域130。
又，此氣體擴散抑制區域130之擴廣(開角)角度θ，係如同上述一般而被設為較90度更小之銳角，藉由上述噴射噴嘴部64所噴射出之液體原料60或載體氣體，係成為在一定之距離內而並不會立即地擴散，且於其之間係維持於高噴射速度而促進液體原料60之氣化。上述內周面132之前端側(下端側)，係以藉由特定之曲率而逐漸地朝向外側擴廣的方式來成形為曲面形狀，並成為曲面132A，且成為直接與氣化容器96之內周面相接續。此氣化容器96之上端部(頂板部96a)的內周面，係成為以朝向下方向的方式而成形為曲面狀之曲面96A。
於此情況，上述開角角度θ，係以設定為5~60度之範圍內為理想。若是此開角角度θ成為較銳角更大，則由於在氣體擴散抑制區域130內之載體氣體的流速係會急遽地降低，因此，要使液體原料之氣化性能充分地提升一事係為困難，為了將氣化性能大幅度提升，較理想，係如同上述一般地將開角角度θ設定為60度以下。又，若是開角角度θ成為較5度更小，則此時載體氣體之噴射阻抗係會變得過大，而反倒是對於液體原料60之氣化造成抑制 ，因此，較理想，係如同上述一般地將開角角度θ設定為5度以上。在圖示之例中，上述開角角度θ係例如被設定為40度。
又，上述氣體擴散抑制區域130之長度L2(參考圖3A)、亦即是氣體噴射方向上之長度，係設定在2~15mm之範圍內。若是此長度L2較2mm更短，則上述氣體擴散抑制區域130之作用會消失，而無法謀求氣化性能之提升。又，若是長度L2較15mm更長，則於此情況，會對於載體氣體之擴散作過長的抑制，其結果，液體原料60之氣化係被抑制，並會成為在內周面132處附著液體原料60之液滴等的原因，故並不理想。
又，在上述載體氣體用噴嘴124之前端部的內周緣和上述液體原料用噴嘴122的外周之間，係如圖4B中所示一般地，被設置有均等地作了分散的複數(例如3個)之間隔突起134，上述載體氣體用噴嘴124之環狀的流路剖面積，係以沿著其之周方向而無偏差地成為均一的方式而被作設定。
上述液體原料噴嘴122之內徑D1(參考圖4A)，例如係為100~1000μm程度之範圍內，在圖示之例中，例如係設定為250μm。又，載體氣體用噴嘴124之環狀的流路之寬幅W1(參考圖4A)，例如係為20~200μm之範圍內，在圖示之例中，例如係設定為60μm。又，上述氣化室94之直徑，例如係被設定為20~80mm之範圍內，其之容量，例如係被設定為300~1000cc程度之範圍內 。又，上述氣化容器96、氣體擴散抑制塊100以及噴射噴嘴部64之各構成材料，係可使用鋁合金或不鏽鋼等之金屬或耐熱樹脂。
又，在上述氣化容器96內之氣化室94的較底部而更些許上方之側壁處，係被設置有將在氣化室94內所形成之原料氣體朝向下游側排出的前述原料氣體出口84(參考圖2)，在此原料氣體出口84處，係被連接有上述原料氣體供給系44之原料氣體通路58。又，在此氣化容器96之外周側處，係被設置有加熱手段136(參考圖2以及圖3A)，並成為將此氣化容器96加熱而促進液體原料60之氣化。此氣化容器96之加熱溫度，雖然亦依存於所使用之液體原料的種類，但是，例如係為150~300℃程度之範圍內。
如同上述一般所構成之成膜裝置10的全體之動作控制，例如係成為藉由以電腦等所成的裝置控制部140(參考圖2)來進行控制，進行此動作之電腦的程式，係被記憶在記憶媒體142(參考圖2)中。此記憶媒體142，例如係由軟碟、CD(Compact Disk)、硬碟、快閃記憶體或者是DVD(Digital Versatile Disk)等所成。具體而言，係根據從此裝置控制部140而來之指令，而進行各氣體之供給的開始、停止或者是流量控制、製程溫度或製程壓力之控制等。
接著，針對如同上述一般所形成之成膜裝置10的動作作說明。首先，針對原料或載體氣體等之一般性的流程 作說明。在氣體供給裝置14之原料氣體供給系44中，被儲存在原料儲存槽62內之液體原料60，係藉由壓力氣體而被朝向液體原料通路54作加壓送出，並一面藉由液體用流量控制器66來進行流量控制，一面供給至氣化裝置12之噴射噴嘴部64處。另一方面，被作了加壓的載體氣體，係藉由氣體用流量控制器80而被作流量控制並對於上述噴射噴嘴部64作供給。
而後，被供給至噴射噴嘴部64處之液體原料60，係從液體原料用噴嘴122之前端的原料吐出口126而被作噴射，並經由被形成在氣體擴散抑制塊100之中央處的上述氣體擴散抑制區域130而被導入至氣化室94內。與此同時地，被供給至噴射噴嘴部64處之載體氣體，係從載體氣體用噴嘴124之前端的載體氣體吐出口128而被作噴射，並經由被形成在氣體擴散抑制塊100之中央處的上述氣體擴散抑制區域130而被導入至氣化室94內。
其結果，上述被噴射之液體原料60，係藉由載體氣體而在氣化室94內被氣化並形成原料氣體。此原料氣體，例如係經由從原料氣體通路58之途中而被作分歧設置的旁通通路90而被廢棄至真空排氣系34處，直到流量成為安定為止，但是，在流量成為安定後，係對於開閉閥86、92之開閉狀態作切換並使其流動至原料氣體通路58內，而供給至設置在成膜裝置本體16處之噴淋頭部38處。在此噴淋頭部38處，當需要其他之氧化氣體或還原氣體的情況時，係亦從其他之必要氣體供給系46而被供給有必 要之氣體。
又，從噴淋頭部38內，係對於預先被設為了減壓氛圍之處理容器18內而導入上述原料氣體或必要氣體，於此，原料氣體係與必要氣體起反應或者是熱分解，並成為在被保持於載置台22上之半導體晶圓W的表面處堆積有薄膜。於此情況，晶圓W係藉由被處理體加熱手段24而被維持於特定之製程溫度。而，此處理容器18內之氛圍，係被真空排氣系34作真空抽氣並維持於特定之製程壓力。如此這般，上述成膜處理係成為被連續性進行。上述液體原料60之流量，例如係被設定為0.05~1sccm之範圍內，上述載體氣體之流量，例如係被設定為50~1000sccm程度之範圍內。
於此，在圖1中所示一般之先前技術的氣化裝置中，從噴射噴嘴部4所噴射出之載體氣體或液體原料，由於係在剖面積為大之以鈍角的角度來作了口徑擴大的出口側處而立即被擴散，因此，會有著載體氣體之流速立刻降低而使對於液體原料之氣化性能劣化、或者是產生載體氣體之滯留而在載體氣體之出口側處附著堆積物而使載體氣體之流出面積變窄乃至於使出口側被閉塞等的問題。
相對於此，在本實施例中，由於係如同前述一般，在噴射噴嘴部64處設置氣體擴散抑制塊100，並在噴射噴嘴部64之前端部的噴射方向前方處，形成朝向噴射方向而使其之開角角度θ以銳角來逐漸擴廣的氣體擴散抑制區域130，因此，係不會有被噴射出之載體氣體的流速立刻降 低的情況，而會維持為快速的流速，並將液體原料60有效果地作氣化，而能夠使氣化性能提升。亦即是，從載體氣體用噴嘴124之載體氣體吐出口128所噴射出之載體氣體，由於係被噴射至以使開角角度θ成為銳角(具體而言，集中於5~60度之狹窄範圍)的方式來作了設定的氣體擴散抑制區域130中，因此，此載體氣體之擴散係被作抑制，其之噴射速度係被維持於快速的狀態，而能夠將此時所被噴射出之液體原料的氣化作促進。
又，如同上述一般，由於係將上述開角角度θ設定為狹窄，因此，係能夠對於會在圖1中所示之先前技術的氣化裝置中而發生之載體氣體的滯留之情況作抑制，故而，能夠防止在氣體擴散抑制塊100之內周面132處產生不必要之薄膜等的堆積物，又，亦能夠防止在載體氣體用噴嘴124之前端的載體氣體吐出口128處附著有不必要之薄膜並使流路面積變窄乃至於被閉塞的情況。
又，如同上述一般，由於載體氣體之流速係被維持於快速的狀態，因此，就算萬一在上述內周面132等處作為附著物而堆積有不必要之薄膜，亦能夠將此附著物吹走而除去之。又，如同前述一般，此開角角度θ，為了有效率地產生上述一般之作用效果，係以設定為5~60度之範圍內為理想。進而，此氣體擴散抑制區域130之長度，亦如同前述一般，為了有效率地產生上述作用效果，係以設定為2~15mm之範圍內為理想。
又，從原料吐出口126所傳導至液體原料用噴嘴122 之表面之液體原料60，係會有如同滲出一般地而流出至載體氣體吐出口128側並成為堆積物而塞住載體氣體吐出口128的傾向，但是，由於係將上述原料吐出口126以相較於載體氣體吐出口128而更突出了長度L1的方式而作設置，因此，在與原料吐出口126同一水平高度處之載體氣體流路的剖面積，係實質性變廣，其結果，係能夠防止此載體氣體之出口被閉塞的情況。
例如參考圖4A，若是將開角角度θ設為40度，並將載體氣體吐出口128之寬幅W1設為60μm，並且將原料吐出口126之突出長度L1設為1mm，則在與此原料吐出口126同一水平高度上之載體氣體流路的剖面方向之寬幅W2，係成為640μm而為廣，藉由此擴廣的部分，係能夠防止載體氣體流路被閉塞的情況。又，此突出長度L1，係以設定為0~5mm之範圍內為理想。若是此突出長度L1成為較5mm更大，則由於原料吐出口126所位置之區域處的載體氣體之流速會降低，因此，會使氣化性能降低，而並不理想。
如此這般，在本實施例中，氣化裝置12之藉由噴射噴嘴部64所噴射出之載體氣體，由於係通過使開角角度θ以銳角而擴廣之氣體擴散抑制區域130，因此，不會使載體氣體之流速降低，而能夠維持為高流速並且亦對於產生載體氣體之滯留的情況作抑制，其結果，係成為能夠防止載體氣體之出口被堆積物所閉塞的情況。故而，係能夠防止液體原料60之氣化性能的劣化，並維持高氣化性能 。
〈本實施例之比較實驗〉
接下來，針對本實施例之氣化裝置12而進行了比較實驗，並針對其之評價結果作說明。於此，係為了進行特性之比較，而將2個的比較例一併作實驗。圖5中，(a)係為對於上述比較實驗中之液體原料的流量之積算量(公克)和載體氣體之供給壓力間的關係作展示之圖表。圖5中，在(b)以及(c)處，係將比較例1、2之各別的噴射噴嘴部之模式圖一併作了記載。
比較例1，係設為與圖1中所示之噴射噴嘴部4相同的形狀，噴射噴嘴部4之出口側6，係以鈍角而擴廣，並且，噴射噴嘴部4之前端側，係被突出設置於氣化室2內。比較例2，係設為與圖1中所示之噴射噴嘴部4相同的形狀，噴射噴嘴部4之出口側6，係以鈍角而擴廣，並且，噴射噴嘴部4之前端側，係被收容設置於設置在氣化室2內頂板部處的凹部7內。在本實施例之情況中，開角角度θ係為40度，原料吐出口126之突出長度L1係為1mm，氣體擴散抑制區域130之長度L2，係設定為8mm。
在此比較實驗中，載體氣體係設定為恆常流動1000sccm，並對於此時之載體氣體的必要最低供給壓力和所流動了的液體原料之重量(流量)的積算量作了描繪。在實際之實驗中，為了節省原料，係一直進行至直到液體原料之積算量成為250g為止，之後，係假設所得到之特 性會作直線性變化，而得到全體之特性。特性A，係代表比較例1，特性B，係代表比較例2，特性C，係代表本實施例之氣化裝置12。
特性A、B，係隨著液體原料之積算量的增加而朝上傾斜，載體氣體供給壓力係逐漸增加。此理由係在於：隨著動作時間的變長，由於在載體氣體吐出口處係附著有堆積物並逐漸將吐出口堵塞，因此係不得不增加載體氣體之供給壓力之故。特別是，比較例1之特性A的情況，其斜率係較比較例2之特性B更大，而可得知係附著有更多的堆積物。
若是將載體氣體之供給壓力的最大容許值設為0.30MPa，則可以得知，比較例1的情況中，係在液體原料之積算量成為了660g時，會成為必須進行維修。又，在比較例2的情況中，可以得知，係在液體原料之積算量成為了2298g時，會成為必須進行維修。
相對於此，在本實施例之氣化裝置12之特性C的情況時，其之直線的斜率係略為0，而可以得知，係幾乎不會有載體氣體吐出口128被堆積物所堵塞的情況，而並不需要進行維修，並展現有良好的特性。
〈變形例1〉
接下來，針對上述實施例之變形例1的氣化裝置作說明。若依據本變形例1，則係亦可設為在液體原料用噴嘴122之前端部的表面、載體氣體用噴嘴124之前端部的表 面以及氣體擴散抑制塊100的內周面132上，形成撥水性鍍敷膜。藉由此，係能夠防止由於長期間的使用而導致液體原料60滲出至此些之表面部分處並被熱分解而造成堆積物之附著並使載體氣體吐出口128被閉塞的情況。
圖6，係為對於本變形例1之氣化裝置的噴射噴嘴部之前端部以及其之近旁作展示的擴大部分剖面圖。另外，在圖6中，針對與圖3A、3B以及圖4A、4B中所示的構成部分相同之構成部分，係附加同樣的參考符號，並省略其說明。
在此變形例1中，係在噴射噴嘴部64之前端部的表面和氣體擴散抑制塊100之內周面132中的至少其中一者之表面上，形成有撥水性鍍敷膜。具體而言，如圖6中所示一般，係在液體原料用噴嘴122之前端部的表面和載體氣體用噴嘴124之前端部的表面以及氣體擴散抑制塊100的內周面132上，分別形成有撥水性鍍敷膜144A、144B、144C。
亦即是，關於液體原料用噴嘴122，撥水性鍍敷膜144A係被形成於此噴嘴之外周面和原料吐出口126之端面處。又，關於載體氣體用噴嘴124，撥水性鍍敷膜144B係被形成於此噴嘴之內周面和載體氣體吐出口128之端面處。又，關於氣體擴散抑制塊100，撥水性鍍敷膜144C係涵蓋於其之內周面132的全面而被形成。於此情況，較理想，係將上述噴射噴嘴部64之前端部的至少10mm以上之長度的部分，藉由撥水性鍍敷膜144A、144B來作被 覆。作為此撥水性鍍敷膜144A~144C，例如係可使用TEFLON(登記商標)膜或者是SiO2膜等，其之厚度，例如係可為0.1~3μm程度之厚度。
如此這般，藉由形成上述撥水性鍍敷膜144A~144C，係不會有液體原料60傳導至噴射噴嘴部64之前端部的表面並滲出的情況，又，亦不會有沿著氣體擴散抑制塊100之內周面132而滲出的情況。其結果，係能夠防止在載體氣體用噴嘴124之前端的載體氣體吐出口128的部分處附著有堆積物的情況，而能夠更進一步地對於此載體氣體吐出口128被作閉塞的情形作抑制。
〈變形例2〉
接下來，針對上述實施例之變形例2的氣化裝置作說明。在上述實施例以及變形例1中，係將噴射噴嘴部64和氣體擴散抑制塊100一體化並設為噴嘴單元104，而構成為使此噴嘴單元104成為能夠對於氣化容器96側來作裝著卸下，但是，本發明之實施例，係並不被限定於此，亦能夠將氣體擴散抑制塊100與氣化容器96一體化地形成，並將上述噴射噴嘴部64相對於上述氣體擴散抑制塊100而以成為能夠作裝著卸下的方式來作安裝。圖7，係為對於本變形例2所致之氣化裝置的噴射噴嘴部及其近旁作展示的擴大部分剖面圖。另外，在圖7中，針對與圖3A、3B中所示的構成部分相同之構成部分，係附加同樣的參考符號，並省略其說明。
如同上述一般，在此變形例2中，上述氣體擴散抑制塊100和上述氣化容器96係被作一體化。具體而言，上述氣體擴散抑制塊100和上述氣化容器96係被作一體成形。而後，僅有噴射噴嘴部64係被設為能夠對於被形成在上述氣體擴散抑制塊100處之噴嘴安裝孔150而作插入卸下，並成為將被設置在上述噴射噴嘴部64處之凸緣部106藉由固定螺桿108來可裝著卸下地締結固定在上述氣體擴散抑制塊100之上面(亦即是氣化容器96之上面)處。
另外，雖係針對上述氣體擴散抑制區域130之開角角度θ被設定為40度且其之剖面係成為以直線狀來作擴廣一般之形狀的情形為例，來作了說明，但是，本發明之實施例，係並不被限定於此，亦能夠使將氣體擴散抑制區域130之開角角度θ設為在5~60度之範圍內而隨著朝向氣體噴射方向前進而使開角角度θ逐漸擴大，並使內周面132形成為以喇叭狀而逐漸朝向外側作曲面性擴廣，而形成之。
又，在上述實施例以及變形例1、2中，於成膜中所使用的液體原料60，雖係藉由將有機金屬材料例如溶解在有機溶劑中來形成，但是，作為此有機溶劑，係可使用甲苯、辛烷、癸烷、十二烷等。又，在上述實施例中，作為於上述有機金屬材料中所包含的金屬，雖係以La的情況為例來作了說明，但是，係並不被限定於此，上述有機金屬材料，係可包含有從由La、Hf、Zr、Sr、Ni、Co、Pt 而成之群中所選擇的1以上之金屬。又，係並不被限定於此種之金屬，就算是在使用包含有其他金屬之原料的情況時，亦可適用本發明之實施例。
又，於此，作為被處理體，雖係以半導體晶圓為例來作了說明，但是，在此半導體晶圓中，係亦包含有矽基板或者是GaAs、SiC、GaN等之化合物半導體基板，進而，係並不被限定於此些之基板，就算是使用在液晶顯示裝置中之玻璃基板或者是陶瓷基板等，亦可適用本發明之實施例。
所追加之優點以及變形例，對於同業者而言，應可輕易地明瞭。故而，在更廣泛之形態中的本發明，係並不被於此所揭示記載之具體性實施形態或者是具體性詳細內容所限定。因此，在不脫離由所添附之申請專利範圍及其均等物所規定的一般性發明概念的範圍或者是精神的情況下，係可作各種之變更。
本案，係根據2011年3月28日所申請之日本特願2011-070661號而主張優先權，並於此援用其內容。
10‧‧‧成膜裝置
12‧‧‧氣化裝置
14‧‧‧氣體供給裝置
16‧‧‧成膜裝置本體
18‧‧‧處理容器
20‧‧‧保持手段
24‧‧‧加熱手段
34‧‧‧真空排氣系
36‧‧‧氣體導入手段
44‧‧‧原料氣體供給系
54‧‧‧液體原料通路
56‧‧‧載體氣體通路
58‧‧‧原料氣體通路
60‧‧‧液體原料
62‧‧‧原料儲存槽
64‧‧‧噴射噴嘴部
66‧‧‧液體用流量控制器
80‧‧‧氣體用流量控制器
84‧‧‧原料氣體出口
94‧‧‧氣化室
96‧‧‧氣化容器
100‧‧‧氣體擴散抑制塊
104‧‧‧噴嘴單元
122‧‧‧液體原料用噴嘴
124‧‧‧載體氣體用噴嘴
126‧‧‧原料吐出口
128‧‧‧載體氣體吐出口
130‧‧‧氣體擴散抑制區域
θ‧‧‧開角角度
W‧‧‧半導體晶圓(被處理體)
[圖1]對於先前技術之氣化裝置的噴射噴嘴部作展示的概略圖。
[圖2]對於具備有本發明之實施例的氣化裝置之成膜裝置全體作展示的概略構成圖。
[圖3A]對於具備有本發明之實施例的氣化裝置之噴射 噴嘴部的噴嘴單元以及其近旁作展示的擴大部分剖面圖。
[圖3B]對於具備有本發明之實施例的氣化裝置之噴射噴嘴部的噴嘴單元以及其近旁作展示的擴大部分剖面圖。
[圖4A]對於本發明之實施例的噴射噴嘴部之前端部的狀態作展示的圖。
[圖4B]對於本發明之實施例的噴射噴嘴部之前端部的狀態作展示的圖。
[圖5]對於本發明之實施例的比較實驗中之液體原料的流量之積算量(公克)和載體氣體之供給壓力間的關係作展示之圖表。
[圖6]對於本發明之實施例的變形例1之氣化裝置的噴射噴嘴部之前端部以及其之近旁作展示的擴大部分剖面圖。
[圖7]對於本發明之實施例的變形例2之氣化裝置的噴射噴嘴部以及其之近旁作展示的擴大部分剖面圖。
12‧‧‧氣化裝置
54‧‧‧液體原料通路
56‧‧‧載體氣體通路
60‧‧‧液體原料
64‧‧‧噴射噴嘴部
70‧‧‧加熱器
94‧‧‧氣化室
96‧‧‧氣化容器
96a‧‧‧頂板部
96A‧‧‧曲面
100‧‧‧氣體擴散抑制塊
104‧‧‧噴嘴單元
106‧‧‧凸緣部
108‧‧‧固定螺桿
110‧‧‧密封構件
122‧‧‧液體原料用噴嘴
124‧‧‧載體氣體用噴嘴
128‧‧‧載體氣體吐出口
130‧‧‧氣體擴散抑制區域
132‧‧‧內周面
132A‧‧‧曲面
136‧‧‧加熱手段
L2‧‧‧長度
126‧‧‧原料吐出口

Claims (12)

  1. 一種氣化裝置，其特徵為，具備有：氣化容器，係於內部被形成有氣化室；和噴射噴嘴部，係被設置於前述氣化容器處，並於中央具備有噴射液體原料之第1噴嘴，且具備有被以同心狀而配置在該第1噴嘴之外周並噴射載體氣體之第2噴嘴，而將前述液體原料藉由前述載體氣體來氣化並形成原料氣體；和氣體擴散抑制塊，係形成氣體擴散抑制區域，該氣體擴散抑制區域，係從前述噴射噴嘴部之前端部起朝向前述液體原料之噴射方向而使其之開角以銳角而逐漸擴廣並朝向前述氣化室而作了開放；和原料氣體出口，係使前述原料氣體流出至前述氣化容器之外側。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之氣化裝置，其中，前述身為銳角之開角，係為5~60度之範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之氣化裝置，其中，前述氣體擴散抑制區域之長度，係為2~15mm之範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之氣化裝置，其中，前述第1噴嘴之前端，係在前述液體原料之噴射方向上而較前述第2噴嘴之前端更在0~5mm之範圍內作了突出。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之氣化裝置，其中，前述噴射噴嘴部和前述氣體擴散抑制塊，係作為一體化了 的噴嘴單元而被形成，前述噴嘴單元，係可裝著卸下地而被安裝在前述氣化容器處。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之氣化裝置，其中，前述氣體擴散抑制塊，係被與前述氣化容器作了一體化，前述噴射噴嘴部，係可裝著卸下地而被安裝在前述氣體擴散抑制塊處。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之氣化裝置，其中，係更進而具備有：在前述噴射噴嘴部之前端部的表面和前述氣體擴散抑制塊之表面中的至少一者處，所形成的撥水性塗敷膜。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之氣化裝置，其中，前述液體原料，係包含有有機金屬材料。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之氣化裝置，其中，前述液體原料，係為將前述有機金屬材料藉由有機溶劑而作了溶解者。
  10. 如申請專利範圍第8項所記載之氣化裝置，其中，前述有機金屬材料，係包含有從由La、Hf、Zr、Sr、Ni、Co、Pt所成之群中而選擇的1以上之金屬。
  11. 一種氣體供給裝置，其特徵為，具備有：氣化裝置，其係具備有：氣化容器，係於內部被形成有氣化室、和噴射噴嘴部，係被設置於前述氣化容器處，並於中央具備有噴射液體原料之第1噴嘴，且具備有被以同心狀而配置在該第1噴嘴之外周並噴射載體氣體之第2噴嘴，而將前述液體原料藉由前述載體氣體來氣化並形成 原料氣體、和氣體擴散抑制塊，係形成氣體擴散抑制區域，該氣體擴散抑制區域，係從前述噴射噴嘴部之前端部起朝向前述液體原料之噴射方向而使其之開角以銳角而逐漸擴廣並朝向前述氣化室而作了開放、和原料氣體出口，係使前述原料氣體流出至前述氣化容器之外側；和液體原料通路，係被與前述氣化裝置之前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有液體用流量控制器；和載體氣體通路，係被與前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有氣體用流量控制器；和原料氣體通路，係被與前述氣化裝置之前述氣化容器之前述原料氣體出口作連接，並使前述原料氣體流出。
  12. 一種成膜裝置，係為對於被處理體而形成薄膜之成膜裝置，其特徵為，具備有：處理容器，係成為可進行排氣；和保持手段，係保持前述被處理體；和被處理體加熱手段，係加熱前述被處理體；和氣體導入手段，係將氣體導入至前述處理容器內；和氣體供給裝置，係被與前述氣體導入手段作連接，該氣體供給裝置，係具備有：氣化裝置，其係具備有：氣化容器，係於內部被形成有氣化室、和噴射噴嘴部，係被設置於前述氣化容器處，並於中央具備有噴射液體原料之第1噴嘴，且具備有被以同心狀而配置在該第1噴嘴之外周並噴射載體氣體之第2噴嘴，而將前述液體原料藉由前述載體氣體來氣化並形成 原料氣體、和氣體擴散抑制塊，係形成氣體擴散抑制區域，該氣體擴散抑制區域，係從前述噴射噴嘴部之前端部起朝向前述液體原料之噴射方向而使其之開角以銳角而逐漸擴廣並朝向前述氣化室而作了開放、和原料氣體出口，係使前述原料氣體流出至前述氣化容器之外側；和液體原料通路，係被與前述氣化裝置之前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有液體用流量控制器；和載體氣體通路，係被與前述噴射噴嘴部作連接，並於途中具備有氣體用流量控制器；和原料氣體通路，係被與前述氣化裝置之前述氣化容器之前述原料氣體出口作連接，並使前述原料氣體流出。
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