(57)【要約】【課題】２以上のガスを用いる成膜装置において、均一な膜を形成する。【解決手段】  成膜チャンバー５とシャワーヘッド１とを備えた成膜装置において、前記シャワーヘッドは、原料ガス拡散室及び反応ガス拡散室を備え、前記原料ガス拡散室１３５と原料ガス導入管１３３とを接続するガス通路１３４は、１段以上の多段に構成され、各段は、２ｎ−１（ｎは段数）で表されるガス通路を有し、１段目のガス通路は、その中心に前記原料ガス導入管が接続され、２段目以降の各ガス通路は、その中心に前段のガス通路の両端に設けられた接続孔が接続して前段のガス通路と連通し、最終段の各ガス通路は、その各ガス通路の両端に形成された接続孔により、原料ガス拡散室１３５に接続されている。【選択図】図１０
2008129977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜チャンバーとシャワーヘッド部とを備えた成膜装置において、前記シャワーヘッド部は、原料ガス拡散室と反応ガス拡散室とを備え、前記原料ガス拡散室と原料ガス導入管とを接続するガス通路は、１段以上の多段に構成され、各段は、２ｎ−１（ｎは段数）で表されるガス通路を有し、１段目のガス通路は、前記原料ガス導入管に接続され、２段目以降の各ガス通路は、前段のガス通路と連通し、最終段の各ガス通路は、原料ガス拡散室に接続されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記１段目のガス通路は、その中心に前記原料ガス導入管が接続され、前記２段目以降の各ガス通路は、その中心に前段のガス通路の両端に設けられた接続孔が接続して前段のガス通路と連通し、前記最終段の各ガス通路は、その各ガス通路の両端に形成された接続孔により、原料ガス拡散室に接続されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記原料ガス拡散室は、反応ガス拡散室の底部に配置され、原料ガス導入管は、反応ガス拡散室の壁面に設けられ、各段に形成された前記各ガス通路は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ガス通路は、２段で構成され、１段目のガス通路は、その中央に前記原料ガス導入管が接続され、２段目の各ガス通路は、その中央に１段目のガス通路の両端に設けられた接続孔が接続して１段目のガス通路と連通し、かつ、その各ガス通路の両端に形成された接続孔により、四角形状の原料ガス拡散室の四隅に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
反応ガスを導入するための非金属パイプの外周の上部及び下部に離間して設けられた導体を備えた同軸型共振キャビティと、マイクロ波供給回路とからなるプラズマ生成手段であって、前記同軸型共振キャビティ内部の高さが励振波長の１／２の整数倍であり、非金属パイプの一方の端から注入されたガスが、非金属パイプの前記導体を設けていない領域でマイクロ波により励起され、他方の端からプラズマ化して放出されるように構成されたプラズマ生成手段を前記シャワーヘッド部の上流側に備え、このプラズマ生成手段によりプラズマ化されたガスを、前記反応ガス拡散室に導入するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記同軸型共振キャビティに冷却手段を設けて、キャビティ内部に冷却ガスを導入し、非金属パイプの導体を設けていない領域を冷却するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項７】
前記非金属パイプの側壁が２重であり、この側壁間に冷却用流体を循環させる流体循環手段とを備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の成膜装置。
【請求項８】
反応ガス導入管と、金属ワイヤーと、ワイヤーの加熱手段とを備えた触媒室を、前記シャワーヘッド部の上流部に備え、反応ガス導入管から導入されたガスが、加熱された金属ワイヤーによって励起され、この励起されたガスが前記反応ガス拡散室に導入されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ法やＡＬＤ法は、原料ガス及び反応ガス（支援ガス）など２以上のガスを用いて成膜を行う方法である。これらの方法を実施する成膜装置では、原料ガスと反応ガスとを成膜空間に導入される前に混合してしまうとＣＶＤ反応（成膜反応）が生じてしまうので、これを防止するために、原料ガスがシャワーヘッド構造を介して成膜空間に導入されたときに初めて他のガスと接触するように、構成する必要がある。そのような要件を満たした装置として、原料ガス拡散室と反応ガス拡散室とをシャワーヘッド構造内に分離区画して別々に設け、各ガスが混合されずにシャワーヘッド構造を介して成膜空間に導入されるよう構成された成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。    
【特許文献１】特開２００５−１２９７１２号公報（図１、段落００１７等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の成膜装置では、反応ガス（支援ガス）用の第２の拡散室に連通した反応ガス導入口と、原料ガス用の第１の拡散室に連通した原料ガス導入口とは、成膜装置の天井部に間隔を開けて設けられ、シャワーヘッド本体内の各拡散室に連通しているため、原料ガスは、原料ガス用の拡散室の中央からややはずれたところから拡散室に導入されることになり、その結果、拡散室からノズルを通って処理空間に導入された後、ウエハ上に均一に供給できない。そのため、この装置を用いて成膜すると均一な膜を形成できないという問題がある。  【０００４】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、基板上に均一にガスを導入し、均一な膜を形成することができるＣＶＤ用又はＡＬＤ用の成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の成膜装置は、成膜チャンバーとシャワーヘッド部とを備えた成膜装置において、前記シャワーヘッド部は、原料ガス拡散室と反応ガス拡散室とを備え、前記原料ガス拡散室と原料ガス導入管とを接続するガス通路は、１段以上の多段に構成され、各段は、２ｎ−１（ｎは段数）で表されるガス通路を有し、１段目のガス通路は、前記原料ガス導入管に接続され、２段目以降の各ガス通路は、前段のガス通路と連通し、最終段の各ガス通路は、原料ガス拡散室に接続されていることを特徴とする。このようにガス通路が構成されていることで、成膜チャンバー内に均一に原料ガスを導入し、均一な膜を形成することが可能となる。  【０００６】
この場合に、前記１段目のガス通路は、その中心に前記原料ガス導入管が接続され、前記２段目以降の各ガス通路は、その中心に前段のガス通路の両端に設けられた接続孔が接続して前段のガス通路と連通し、前記最終段の各ガス通路は、その各ガス通路の両端に形成された接続孔により、原料ガス拡散室に接続されていることが好ましく、また、前記原料ガス拡散室は、反応ガス拡散室の底部に配置され、原料ガス導入管は、反応ガス拡散室の壁面に設けられ、各段に形成された前記各ガス通路は、円弧状に形成されていることが好ましい。  【０００７】
前記ガス通路は、２段で構成され、１段目のガス通路は、その中央に前記原料ガス導入管が接続され、２段目の各ガス通路は、その中央に１段目のガス通路の両端に設けられた接続孔が接続して１段目のガス通路と連通し、かつ、その各ガス通路の両端に形成された接続孔により、四角形状の原料ガス拡散室の四隅に接続されていることが好ましい。  【０００８】
本発明の成膜装置は、反応ガスを導入するための非金属パイプの外周の上部及び下部に離間して設けられた導体を備えた同軸型共振キャビティと、マイクロ波供給回路とからなるプラズマ生成手段であって、前記同軸型共振キャビティ内部の高さが励振波長の１／２の整数倍であり、非金属パイプの一方の端から注入されたガスが、非金属パイプの前記導体を設けていない領域でマイクロ波により励起され、他方の端からプラズマ化して放出されるように構成されたプラズマ生成手段を前記シャワーヘッド部の上流側に備え、このプラズマ生成手段によりプラズマ化されたガスを、前記反応ガス拡散室に導入するように構成されていることが好ましい。このプラズマ生成手段を備えることで、簡単に反応ガスを励起することが可能である。また、前記同軸型共振キャビティ内部が励振波長の１／２の整数倍の高さであるので、プラズマ生成前後で発振周波数が変化せず、プラズマ生成手段を駆動すると同時にプラズマを生成できる。  【０００９】
前記同軸型共振キャビティに冷却手段を設けて、キャビティ内部に冷却ガスを導入し、非金属パイプの導体を設けていない領域を冷却するように構成されていることことが好ましく、また、前記非金属パイプの側壁が２重であり、この側壁間に冷却用流体を循環させる流体循環手段とを備えることが好ましい。このような冷却手段を備えることで、これらのように冷却することで、非金属パイプ内壁のエッチングを抑制し、ラジカルの生成効率を上げることが可能である。  【００１０】
また、反応ガス導入管と、金属ワイヤーと、ワイヤーの加熱手段とを備えた触媒室を、前記シャワーヘッド部の上流部に備え、反応ガス導入管から導入されたガスが、加熱された金属ワイヤーによって励起され、この励起されたガスが前記反応ガス拡散室に導入されるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の成膜装置によれば、原料ガス拡散室に均一にガスを導入し、真空チャンバー内に均一に原料ガスを供給することができるので、均一な膜を形成できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
初めに、本発明の第１の実施の形態にかかる成膜装置に用いられる第１のシャワーヘッド構造について図１を参照して説明する。  【００１３】
シャワーヘッド構造１は、上部の同軸型共振キャビティ１１と、同軸型共振キャビティ１１の底部に接続して設けられた反応ガス導入室１２と、反応ガス導入室１２に接続して設けられたシャワーヘッド部１３とからなる。  【００１４】
同軸型共振キャビティ１１は、例えば銅製やアルミ製で、この同軸型共振キャビティ１１には、キャビティの天井壁と底壁とを貫通して非金属パイプ１１１が設けられている。この非金属パイプ１１１の上部には、図示しない反応ガスのガス源が流量制御手段を介して接続される。この非金属パイプ１１１としては、石英管、サファイア管又はアルミナ管を用いることができるが、パーティクルをより低減すべく、サファイア管かアルミナ管を用いることが好ましい。  【００１５】
この非金属パイプ１１１の上部には、その周囲を覆うように、同心円状の可動自在の上部導体１１２が設けられ、また、この上部導体１１２の下方では、同軸型共振キャビティ１１の底壁が下部導体１１３として機能している。二つの導体間では、非金属パイプ１１１は露出しており、この露出部１１１ａにマイクロ波が照射される。なお、図１中では、同軸型共振キャビティ１１の底壁が下部導体１１３として機能しているが、下部導体１１３を、別の部材として同軸型共振キャビティ１１の底部に設けてもよい。  【００１６】
非金属パイプ１１１の露出部１１１ａの領域においてプラズマを生成するために、マイクロ波供給手段１４が、同軸型共振キャビティ１１の側壁面の露出部１１１ａに対応する位置に設けられている。このマイクロ波供給手段１４は、マイクロ波を発振するマグネトロン１４１と、このマグネトロン１４１を作動させるためのマイクロ波電源１４２と、マグネトロン１４１に接続され、マグネトロン１４１から発振された共振周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を同軸型共振キャビティ１１に供給するアンテナ１４３と、アンテナ１４３とマグネトロン１４１とをつなぐ同軸ケーブル１４４とからなる。マイクロ波電源１４２を作動せしめると、マグネトロン１４１からマイクロ波が発振され、このマイクロ波が同軸ケーブル１４４を通って、壁面に設けられたアンテナ１４３に到達する。そして、アンテナ１４３からマイクロ波が同軸型共振キャビティ１１内に供給されると、非金属パイプ１１１上部から導入されている反応ガスが露出部１１１ａの領域においてプラズマ状態に変化し、ガスの流路である非金属パイプ１１１の下部から、プラズマ化したガスとして反応ガス導入室１２へ供給される。このように、本装置では、マイクロ波を伝播するための導波管を設けていないので、マイクロ波を発振すると、すぐにプラズマを生成できる。なお、図１中、アンテナ１４３を一つだけ設ける例を説明したが、２以上設けてもよい。また、上記したように上部導体１１２は可動であるので、その位置を変えて上部導体１１２と下部導体１１３との間の電界の発生状態を変えることで、プラズマの生成状態を変えることが可能である。  【００１７】
ところで、一般に、プラズマ生成空間においてプラズマが生成されると、プラズマ生成空間の電界分布が変化して共振周波数が変化し、プラズマの生成効率が悪くなってしまう。この場合に、マイクロ波供給手段を調整すると、マイクロ波発振と、プラズマ生成との間でタイムラグが生じる。  【００１８】
そこで、第１の成膜装置では、プラズマ生成の前後で共振周波数が変化しないように、同軸型共振キャビティ１１内の高さＬが、励振波長の１／２の整数倍となるように構成している。これは、同軸型共振キャビティ１１の電界分布がプラズマ生成前にはＴＭモードになっているが、プラズマ生成後にはＴＥＭモードになることに鑑みて、各モードにおける電気的等価回路からプラズマ生成前後の各共振周波数を求め、これらの共振周波数を等しくなるように計算することにより、得られたものである。上記構成により、プラズマ生成前後で、共振周波数の変化を抑えることが可能である。  【００１９】
このように同軸型共振キャビティ１１内の高さＬを設定してもなお、プラズマ生成後にキャビティ内の周波数がわずかながら変動する場合もあるので、第１のシャワーヘッド構造１のマイクロ波供給手段１４に、励磁電流制御回路を設けることが好ましい。この制御回路は、同軸型共振キャビティ１１内でのプラズマ発生前後の周波数をモニターして、この周波数が変化した場合に、変化分に対応する信号を受け取り、この信号に相当する電流を励磁電流としてマグネトロン１４１内の図示しない励磁コイルに送ることで供給するマイクロ波の波長が一定になるように、構成される。  【００２０】
また、同軸型共振キャビティ１１内の周波数が変化した状態でマイクロ波を発振すると、プラズマ生成室内部で反射波が生じる場合には、この反射波を検出し、この検出した反射波と、発振したマイクロ波の進行波との位相差に相当する電圧を、マグネトロン内の陽極電極に重畳して印加して、共振周波数に近づくように動作する陽極電圧制御回路を設けてもよい。この場合、反射波はマイクロ波供給手段において熱に変換されるので、陽極電圧制御回路を設けた場合に反射波に起因する熱によって回路がダメージを受けないように注意する必要がある。さらに、下部導体１１３の中に、発振波長の４分の１の長さに相当するチョーク構造を設けて、露出部１１１ａから漏洩されるマイクロ波を抑制するように構成しても良い。  【００２１】
このように第１のシャワーヘッド構造は、同軸型共振キャビティ１１内の高さＬを励振波長の１／２の整数倍になるように構成し、一定の共振周波数を発振できるとともに、励磁電流制御回路及び陽極電圧制御回路を設けることで、プラズマ生成前後で仮に共振周波数がずれたとしても周波数を自動的にマッチングするように構成されている。さらに、第１の成膜装置は、マイクロ波発振とプラズマ生成にタイムラグが発生しないので、プラズマの生成を極めて短い間隔、例えば０．５秒くらいから制御でき、吸着工程及び改質工程を多数回繰り返して成膜するＡＬＤ法に非常に適している。  【００２２】
この同軸型共振キャビティ１１の非金属パイプ１１１内でプラズマにより励起された反応ガスは、反応ガス導入室１２を経て、シャワーヘッド部１３へ導入される。反応ガス導入室１２は、例えばアルミ製であり、その内壁には、パーティクル発生防止のために石英製インナーを設けることが好ましい。この場合、図１中に示したように、ガス導入室１２の内壁の下方領域（シャワーヘッド部１３側）に石英製インナーを設けてもよいが、好ましくは、内壁全面に石英製インナーを設けることである。また、ラジカル状態のガスを死活し難くするように、反応ガス導入室１２の内壁表面をアルマイト加工してもよい。  【００２３】
また、反応ガス導入室１２は、図示しない冷却手段によって、冷却されてもよい。反応ガス導入室１２とシャワーヘッド部１３との間には、セラミックフランジ１２２（例えば、厚さ１０ｍｍ）を設けてあり、固定具１２３及び１２４で固定されている。このセラミックフランジ１２２は、シャワーヘッド部１３の熱により反応ガス導入室１２が加熱されないように熱を遮断するために設けられたものであり、真空シール性、耐熱性、熱遮断性からアルミナセラミックであることが好ましい。  【００２４】
シャワーヘッド部１３は、円盤状部材１３ａと、リング状部材１３ｂと、第１のシャワー板１３ｃと、第２のシャワー板１３ｄとからなり、適宜、固定具１２３で固定されている。円盤状部材１３ａには、好ましくは、図示しないヒーター及び熱電対が設けられ、ヒーターにより、シャワーヘッド部１３を所定の温度（例えば１５０℃くらい）になるように加熱し、この加熱された温度を熱電対で測定し、モニターできるように構成される。また、円盤状部材１３ａには、反応ガス導入室１２と連通する開口部が形成されており、この開口部と、リング状部材１３ｂの開口部とから、反応ガスが導入され、拡散される反応ガス拡散室１３１が構成されている。反応ガス拡散室１３１は、石英製のインナーが内壁全体に設けられ、その底面には、複数の反応ガス噴出孔１３２が形成されている。この反応ガス噴出孔１３２は、第１のシャワー板１３ｃ及び第２のシャワー板１３ｄを貫通しシャワーヘッド部１３の底面まで達している。  【００２５】
さらに、円盤状部材１３ａには、原料ガス導入装置に接続する原料ガス導入管１３３が設けられ、この原料ガス導入管１３３は、ガス通路１３４、即ちリング状部材１３ｂの外周部に設けられたガス通路１３４ａ及び第１のシャワー板１３ｃの外周部に設けられたガス通路１３４ｂを介して第２のシャワー板１３ｄに形成された原料ガス拡散室１３５に接続されている。このガス通路１３４は、１以上の多段に構成され、各段は、２ｎ−１（ｎは段数）で表される数のガス通路１３４ａ及び１３４ｂを有している。そして、ガス通路１３４は、前記原料ガス導入管１３３と１段目のガス通路１３４ａとの接続位置から最終段のガス通路１３４ｂと原料ガス拡散室１３５との各接続位置までの距離が全て等しいように構成されていることが好ましい。このガス通路１３４について図２及び図３を用いて詳細に説明する。図２は、（ａ）リング状部材１３ｂ、（ｂ）第１のシャワー板１３ｃ及び（ｃ）第２のシャワー板１３ｄの横断面図であり、図３は、原料ガス導入管１３３、ガス通路１３４及び原料ガス拡散室１３５の配置関係を説明するための説明図である。  【００２６】
ガス通路１３４は、リング状部材１３ｂに設けられた円弧状の１つのガス通路１３４ａと、第１のシャワー板１３ｃの反応ガス噴出孔１３２が形成されている領域の周辺部に設けられた円弧状の２つのガス通路１３４ｂとからなる。ガス通路１３４ａの中央上部には、原料ガス導入管１３３が接続されている。そして、ガス通路１３４ａの両端の底部にはそれぞれ接続孔１３４ｃが形成され、この各接続孔１３４ｃは、第１のシャワー板１３ｃに設けられたガス通路１３４ｂのそれぞれの中央上部に接続され、ガス通路１３４ａとガス通路１３４ｂとは連通している。  【００２７】
また、ガス通路１３４ｂのそれぞれの両端の底部には、接続孔１３４ｄが形成され、この接続孔１３４ｄは、第２のシャワー板１３ｄに設けられた原料ガス拡散室１３５の四隅の上部に接続され、原料ガス拡散室１３５に原料ガスが接続孔１３４ｄを介して均一に吐出されるように構成されている。  【００２８】
このように、前記原料ガス拡散室１３５と原料ガス導入管１３３とを接続するガス通路１３４は、２段構成であり、１段目のガス通路１３４ａは、その中心に前記原料ガス導入管１３３が接続され、２段目のガス通路１３４ｂは、その中心に前段のガス通路１３４ａの両端の底部に設けられた接続孔１３４ｃが接続されて前段のガス通路１３４ａと連通し、かつ、その各ガス通路１３４ｂの両端の底部に形成された接続孔１３４ｄにより、原料ガス拡散室１３５に接続されて、１つのガス流路として構成されている。そして、このガス通路１３４では、原料ガス導入管１３３から各接続孔１３４ｄまでの距離はどれも等しくなるように構成されているので、原料ガスが同時に原料ガス拡散室に同量到達し、均一に原料ガス拡散室１３５に拡散できる。なお、図中では、ガス通路を２段構成として接続孔１３４ｄを４つ設けているが、ガス通路を３段以上に構成して接続孔１３４ｄの数を増やしてもよい。例えば、第１のシャワー板の底部に第１のシャワー板と同様の反応ガス噴出孔を形成し、かつ、ガス通路を４つ形成した第３のシャワー板を設け、この第３のシャワー板の４つのガス通路の各中央上部に第１のシャワー板の接続孔が接続するようにし、この第３のシャワー板の各ガス通路の両端部に第２のシャワー板の原料ガス拡散室への接続孔をそれぞれ形成し、即ち、接続孔を８つ設け、それに併せて原料ガス拡散室の形状を設計して、より均等にガスが原料ガス拡散室内に拡散されるように構成してもよい。また、図中では原料ガス拡散室は四角形としたが、円形や他の多角形でもよい。  【００２９】
この原料ガス拡散室１３５には、原料ガス噴出孔１３６が設けられており、この原料ガス噴出孔１３６もシャワーヘッド部１３の底面まで貫通している。この場合、均一に原料ガスが真空チャンバー内へ噴き出すように、噴出孔のコンダクタンスを小さくすることが好ましい。例えば、図１及び２に示す装置では、原料ガス噴出孔１３６を、孔径Φ０．７〜１ｍｍ程度、孔深さ１０ｍｍ程度として、原料ガスを均一に真空チャンバー内へ供給できるように構成している。  【００３０】
反応ガス噴出孔１３２はシャワーヘッド部１３の底面まで貫通しているので、このシャワーヘッド部１３の底面には、反応ガス噴出孔１３２と、原料ガス噴出孔１３６とがそれぞれ一定の距離をあけてマトリクス状に並んでおり、これによって、基板上にかたよりなく原料ガス及び反応ガスが照射されるように構成されている。各原料ガス噴出孔１３６の中心間距離と各反応ガス噴出孔１３２の中心間距離とは、同じ距離（例えば、１４ｍｍ）に設定されている。この場合、原料ガス噴出孔１３６の直径より反応ガス噴出孔１３２の直径の方が大きく、例えば、原料ガス噴出孔１３６の直径を１ｍｍとすると、反応ガス噴出孔１３２の直径は５ｍｍである。これは、改質工程においては反応ガスの流量の方が原料ガスの流量に比べて多いことによる。  【００３１】
このように構成されたシャワーヘッド部１３では、非金属パイプ１１１から反応ガス導入室１２を経てシャワーヘッド部１３へ導入された反応ガスは、反応ガス拡散室１３１全体に広がり、各反応ガス噴出孔１３２を経て真空チャンバー内に供給される。また、原料ガス導入管１３３から導入された原料ガスは、ガス通路１３４にガス通路１３４ａの中心部から導入され、ガス通路１３４ａの左右に均等に分かれて接続孔１３４ｃを介して下段に形成された各ガス通路１３４ｂへ拡散する。そして、ガス通路１３４ｂを左右に均等に分かれて進み、接続孔１３４ｄから、原料ガス拡散室１３５へ均一に拡散し、その後、原料ガス拡散室１３５の底面の各原料ガス噴出孔１３６から真空チャンバー内に均一に供給される。  【００３２】
以下、本発明の第２の実施の形態にかかる成膜装置に用いられる第２のシャワーヘッド構造について説明する。  【００３３】
図４は、第２のシャワーヘッド構造２の模式図であり、図１と同じ構成要素については、同一の参照符号を付してある。図１に示した第１のシャワーヘッド構造１を備えた成膜装置を用いて極めて多量に基板を処理して成膜を行うと、非金属パイプ１１１の内側が図５のＳＥＭ写真に示すようにエッチングされる場合がある。従って、エッチングを抑制するために、この第２のシャワーヘッド構造２は、第１のシャワーヘッド構造１が有していなかった冷却手段を少なくとも一つ有する。即ち、第２のシャワーヘッド構造２は、第１のシャワーヘッド構造１とは、同軸型共振キャビティ内を冷却する冷却ガス導入手段２１を有している点、及び非金属パイプ１１１を、冷却用流体を流せる流路を形成した非金属（例えば、アルミナや石英）製の２重パイプ２２に変更している点が異なり、これらの冷
却手段の少なくとも一つを有するものである。以下、変更点について説明する。  【００３４】
冷却ガス導入手段２１は、ガス源２１１とガス源２１１に接続されたガス管２１２とガス管２１２に介設されたバルブ２１３とを有し、同軸型共振キャビティ１１に付設されている。この冷却ガス導入手段２１により、同軸型共振キャビティ１１内部に冷却ガスを導入して内部を冷却ガスで満たすことができ、図示しない排気手段で冷却ガスを排気しながら循環させる。このようにして、同軸型共振キャビティ１１内部の温度を一定に保ち、２重パイプ２２の露出部１１１ａ付近を冷却することが可能である。  【００３５】
ガス源２１１から同軸型共振キャビティ１１内へ導入される冷却ガスとしては、人体に影響がなくクリンルーム内に放出できる冷却ガス、例えば、ドライＮ２ガス、ドライＡｒガス、ドライＨｅガス、ドライＯ２ガスなどを用いることができる。  【００３６】
次に、２重パイプ２２について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、２重パイプ２２の縦断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中の線Ａ−Ａ’から見た断面図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）中の線Ｂ−Ｂ’間から見た断面図である。図６（ａ）に示したように、２重パイプ２２は、その側壁が２重となっており、側壁２２１の内側には冷却用流体通路２２２が形成されている。この冷却用流体通路２２２の上壁には、流入口２２３及び流出口２２４が設けられている。そして、図６（ｂ）に示したように、冷却用流体通路２２２には、２つの仕切り板２２５が挿入されており、図６（ｃ）に示したように、この仕切り板２２５の下部には開口部２２６が設けられている。これにより、冷却用流体通路２２２の流入口２２３側の上流部２２２ａと、流出口２２４側の下流部２２２ｂとは連通し、流入口２２３から流入した液体は、冷却用流体通路２２２の上流部２２２ａを上から下へ流れ、開口部２２６を通過して、下流部２２２ｂに進入し、これを下から上へ満たし、流出口２２４から側壁２２１外部へ流出する。このように、冷却用流体通路２２２は２重パイプ内部のガス通路２２７の外周をほぼ全て覆っているので、ガス通路を上から下まで冷却することができる。なお、図中では、流入口２２３及び流出口２２４は２重パイプ２２の上面に設けているが、それぞれ側面に設けてもよい。  【００３７】
この場合、冷却用流体は、マイクロ波の発振周波数に共振しない流体媒体であることが必要であり、例えば、発振周波数が２．４５ＧＨｚの場合、３Ｍ社製・商品名フロリナートの、ＦＣ−８７、ＦＣ−７２、ＦＣ−８４、ＦＣ−７７、ＦＣ−７５、ＦＣ−３２８３、ＦＣ−４０、ＦＣ−４３、ＦＣ−７０、ＦＣ−５３１２や、アウジモント  ソシエタ  ペル  アチオニ製・商品名ガルデン（登録商標）を用いることができる。また、エチレングリコールもしくはエチレングリコール主体とした液体媒体を用いることもできる。さらに、ドライＮ２ガス、ドライＡｒガス、ドライＨｅガス、ドライＯ２ガスなどの気体を用いることもできる。  【００３８】
上記第２のシャワーヘッド構造２を用いて成膜を行う場合、冷却ガス導入手段２１により冷却ガスを導入し続け、及び／または、２重パイプ２２により、ガス通路２２７を冷却し続けながら、成膜を行う。このように冷却しながら成膜を行うと、図５に示したようなガス通路２２７内面のエッチングが抑制されると共に、ラジカルの生成効率があがる。ラジカルの生成効率が上がってもガス通路２２７内面がエッチングされなかったのは、内壁が十分に冷却されているからである。  【００３９】
このように、冷却ガス導入手段２１及び／又は２重パイプ２２を設けたことで、２重パイプ２２内部のガス通路２２７の内面のエッチングを抑制できるとともに、露出部１１１ａの領域で形成されたプラズマ中のラジカルが熱で失活することを防止して、ラジカルの生成効率をあげることが可能であり、成膜を効率よく実施しうる。  【００４０】
以下、本発明の第３の実施の形態に係る成膜装置に用いられる第３のシャワーヘッド構造について図７を用いて説明する。図中、図１と同一の構成要素については同一の参照符号を付してある。本発明の第３のシャワーヘッド構造３は、第１の成膜装置の場合と異なり、反応ガスを励起するために、同軸型共振キャビティ１１及びマイクロ波生成手段１４を用いずに、触媒励起を備えた触媒室３１を備えた点が異なる。  【００４１】
触媒室３１の上部には、反応ガス導入管３２が設けられ、この反応ガス導入管３２の下流側にワイヤー３３が設けられている。ワイヤー３３は、公知の触媒金属、例えば、タングステンなどからなり、所望の温度に加熱できるように構成されている。触媒室３１の側壁には、図示しない温度制御システムが設けられ、触媒室３１内を所定の温度に保持できる。触媒室３１の下流側には反応ガス導入室１２があり、両者は連通している。  【００４２】
反応ガス導入管３２から流量を制御されて導入された反応ガスは、触媒室３１に導入されると、ワイヤー３３によって励起され、ラジカルとなり、反応ガス導入室１２へ導入される。なお、ワイヤー３３が所定の温度に熱されていない場合は、ガスが励起されにくいため、ラジカル化されない。  【００４３】
ところで、原料ガスによっては、所定の温度を超えると熱分解を起こすことから、所定の温度以下の温度でガス化せしめ、導入することが必要である。このような場合には、第１〜第３のシャワーヘッド構造１〜３に用いられた原料ガス導入装置は、図８及び図９に示すように構成されていることが好ましい。以下、図８及び図９を参照して説明する。  【００４４】
図８（ａ）及び（ｂ）は、原料ガス導入装置１５の構成を示す模式図である。原料としてＺｒ(ＢＨ４)４を用いる場合、この原料は、融点（２８．７℃）より低い温度である−１０℃〜２５℃に保持し、特に−５℃〜５℃に保持することが好ましい。Ｚｒ(ＢＨ４)４は熱安定性が非常に悪いので、２５℃より高いと、自己分解により原料タンクの中でＺｒＢ２やＢ２Ｈ６などに分解してしまうからであり、他方、−１０℃未満ではＡＬＤの原料として用いるには蒸気圧が２ｍｍＨｇ未満となり低すぎるからである。例えば、０℃（蒸気圧３．７ｍｍＨｇ）に保持されたタンク４１内にメッシュの細かい網４２を設け、その網の上に顆粒状の原料４３を乗せ、バブリングガスとしてのＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを、マスフローコントローラー４４を介してタンク４１内の下方へ供給し、網４２の下方から上方へと不活性ガスを原料４３内を流し、このバブリングにより原料４３を昇華させて、バブリングガスと共に原料ガスを原料ガス導入管１３３及びガス通路１３４を介して原料ガス拡散室１３５内へ導入するか（図８(ａ)）、又は例えば０℃程度に保持されたタンク４１内に設けられた２枚の網４２ａ及び４２ｂの間に顆粒状の原料４３を挟持させ、バブリングガスとしてのＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスをマスフローコントローラー４４を介してタンク４１内の網４２ａから網４２ｂへと原料内を流し、このバブリングにより原料４３を昇華させて、バブリングガスと共に原料ガスを原料ガス導入管１３３及びガス通路１３４を介して原料ガス拡散室１３５内へ導入する（図８(ｂ)）。  【００４５】
原料ガスの導入はまた、低差圧マスフローを用いた図９に示す原料ガス導入装置４により、次のようにして行っても良い。すなわち、例えば０℃（蒸気圧３．７ｍｍＨｇ）程度に保持されたタンク４１内へ原料を入れ、これを低差圧マスフローコントローラーのようなマスフローコントローラー４４を用いて、原料４３の気化ガスの流量を直接制御しながら原料ガス導入管１３３及びガス通路１３４を介して原料ガス拡散室１３５内へ導入する。この場合、原料ガスをチャンバーへ導入する際には、必ずチャンバー内の圧力を原料ガスの蒸気圧より低くする必要がある。例えば、原料タンクを０℃に冷却保温している場合、原料ガスの蒸気圧は３．７ｍｍＨｇであるので、チャンバー圧力を３．７ｍｍＨｇよりも低くする。  【００４６】
上記した第１のシャワーヘッド構造１（図１）を用いた成膜装置について、図１０を参照して、以下説明する。  【００４７】
成膜装置は、成膜チャンバー５と、成膜チャンバー５の天井部に設けられたシャワーヘッド構造１とからなる。成膜チャンバー５は、下部に排気手段５１が設けられており、天井部から導入した原料ガス及び反応ガスを適宜排気し、所定の真空度に設定することができる。成膜チャンバー５のシャワーヘッド構造１に対向した位置に、基板載置部５２が設置され、この基板載置部５２には、加熱手段５３が設けられており、基板載置部５２に載置した基板Ｓを所定の温度、例えば、ＣＶＤ法を実施する場合には３００℃以上、ＡＬＤ法を実施する場合には３００℃未満で加熱することが可能である。  【００４８】
このような成膜装置の構成は、第１のシャワーヘッド構造１の代わりに第２、第３のシャワーヘッド構造２、３（図４、図７）を用いた場合でも同様である。  【００４９】
上記したシャワーヘッド構造１、２、３のいずれを備えた成膜装置でも、原料ガス及び反応ガスの２種類、もしくはそれ以上のガスを用いる成膜方法を実施しうる。成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ法や、ＡＬＤ法があげられる。  【００５０】
本発明の成膜装置を用いて、ＣＶＤ法を実施するためには、例えば、シャワーヘッド構造１又は２を備えた成膜装置において、基板Ｓを基板載置台５２に載置し、加熱手段５３により基板温度が１８０〜２６０℃未満となるように加熱した後、反応ガスとしてＮ２ガスを１０〜５０００ｓｃｃｍ条件で非金属パイプ１１１（又は２重パイプ２２）から導入するとともに、原料タンク内のＺｒ（ＢＨ４）４に対して、バブリングガスとしてのＡｒガスを１０００ｓｃｃｍ導入し、バブリングして得たＺｒ（ＢＨ４）４からなる原料ガスを、原料ガス導入管１３３から導入する。同時に、マイクロ波供給手段１４により投入パワーを０．１〜５ｋＷとしてマイクロ波を発振し反応ガスを励起して、５〜１８０秒間成膜を行うと、所望のＺｒＢＮ膜を形成できる。  【００５１】
また、シャワーヘッド構造３を備えた成膜装置において、例えば、基板Ｓを基板載置台に載置し、基板温度が４００℃となるように加熱し、また、ワイヤー３３を１５００〜２０００℃に加熱した後、反応ガスとしてＮ２ガスを１０〜５０００ｓｃｃｍ導入するとともに、原料タンク内のＺｒ（ＢＨ４）４に対してバブリングガスとしてのＡｒガスを１０００ｓｃｃｍ導入し、このバブリングして得たＺｒ（ＢＨ４）４からなる原料ガスを、原料ガス導入管１３３から導入して、ワイヤー３３によって反応ガスを励起しながら５〜１８０秒間成膜を行うと、所望のＺｒＢＮ膜を形成できる。  【００５２】
ＡＬＤ法を実施する場合には、例えば、シャワーヘッド構造１又は２を備えた成膜装置において、基板Ｓを基板載置台に載置し、基板温度が１５０℃となるように加熱した後、反応ガスとしてＨ２ガスを１〜１００ｓｃｃｍ導入するとともに、原料タンク内のＺｒ（ＢＨ４）４に対して、バブリングガスとしてのＡｒガスを１０００ｓｃｃｍ導入し、このバブリングして得たＺｒ（ＢＨ４）４からなる原料ガスを、原料ガス導入管１３３から導入する（吸着工程）。所定時間後、原料ガスを止め、反応ガスの流量を１０〜５００ｓｃｃｍにあげると共に、投入パワーを０．１〜５ｋＷとしてマイクロ波を発振し反応ガスを励起して導入し（改質工程）、これらの工程を数回〜数百回繰り返して行って、所望の厚さのＺｒＢ２膜を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法を実施した場合に、均一な膜厚の膜を形成できる。したがって、本発明は、半導体技術において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施に用いられる成膜装置のシャワーヘッド構造１を説明するための断面模式図である。
【図２】（ａ）リング状部材１３ｂ、（ｂ）第１のシャワー板１３ｃ及び（ｃ）第２のシャワー板１３ｄの横断面図である。
【図３】原料ガス導入管１３３、ガス通路１３４及び原料ガス拡散室１３５の配置関係を説明するための説明図である。
【図４】第２のシャワーヘッド構造２を説明するための断面模式図である。
【図５】非金属パイプ内面がエッチングされた状態を示すＳＥＭ写真である。
【図６】２重パイプ２２について説明する断面模式図であり、（ａ）は、２重パイプ２２の縦断面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）中の線Ａ−Ａ’からみた断面図であり、（ｃ）は図６（ｂ）中の線Ｂ−Ｂ’からみた断面図である。
【図７】第３のシャワーヘッド構造３を説明するための断面模式図である。
【図８】本発明における原料ガスの生成に関し、(ａ)はその一例を説明するための模式的構成図であり、(ｂ)は別の例を説明するための模式的構成図である。
【図９】本発明における原料ガスの生成を説明するためのさらに別の例を示す模式的構成図である。
【図１０】本発明の成膜装置を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 第１のシャワーヘッド構造  ２ 第２のシャワーヘッド構造  ３ 第３のシャワーヘッド構造 １１ 同軸型共振キャビティ １２ ガス導入室 １３ シャワーヘッド部 １３ａ 円盤状部材 １３ｂ リング状部材 １３ｃ シャワー板 １３ｄ シャワー板 １４ マイクロ波供給手段 １５ 原料ガス導入装置 ３１ 触媒室 ３２ 反応ガス導入管 ３３ ワイヤー ４１ タンク ４２ 網 ４２ａ，４２ｂ 網 ４３ 原料 ４４ マスフローコントローラー１１１ 非金属パイプ１１１ａ 露出部１１２ 上部導体１１３ 下部導体１２２ セラミックフランジ１２３，１２４ 固定具１３１ 反応ガス拡散室１３２ 反応ガス噴出孔１３３ 原料ガス導入管１３４ ガス通路１３４ａ ガス通路１３４ｂ ガス通路１３４ｃ 接続孔１３４ｄ 接続孔１３５ 原料ガス拡散室１３６ 原料ガス噴出孔１３７ ガス導入口１４１ マグネトロン１４２ マイクロ波電源１４３ アンテナ１４４ 同軸ケーブル２１１ ガス源２１２ ガス管２１３ バルブ２２１ 側壁２２２ 冷却用流体通路２２２ａ 上流部２２２ｂ 下流部２２３ 流入口２２４ 流出口２２５ 板２２６ 開口部２２７ ガス通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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