(57)【要約】【課題】金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスにより基板上に金属化合物膜を形成する際に、シャワーヘッドの化合物形成ガス吐出口への反応生成物の付着を抑制することができる成膜装置を提供すること。【解決手段】半導体ウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２内に設けられ、金属を含有する原料ガスおよび酸化ガスを別個独立に吐出するシャワーヘッド４０とを具備し、ウエハＷに金属酸化物であるＰＺＴ膜を形成する成膜装置１において、シャワーヘッド４０は、その底面に、原料ガスを吐出する複数の原料ガス吐出口４４ａと複数の酸化ガス吐出口４４ｂとを有し、その底面は溝４４を有し、原料ガス吐出口４４ａは底面の溝４４以外の部分に設けられ、酸化ガス吐出口４４ｂは溝４４に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、第１のガスと第２のガスとを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、第１のガスと第２のガスとを反応させて前記被処理基板に対してガス処理を行うガス処理装置であって、
前記シャワーヘッドは、その底面に、前記第１のガスを吐出する複数の第１ガス吐出口と、前記第２のガスを吐出する複数の第２ガス吐出口とを有し、前記底面は溝を有し、前記第１ガス吐出口は前記底面の溝以外の部分に設けられ、前記第２ガス吐出口は前記溝に設けられていることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、第１のガスおよび第２のガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、第１のガスと第２のガスとを反応させて前記被処理基板に対してガス処理を行うガス処理装置であって、
前記シャワーヘッドは、その底面に、前記第１のガスを吐出する複数の第１ガス吐出口と、前記第２のガスを吐出する複数の第２ガス吐出口とを有し、前記底面は、前記第１ガス吐出口が形成される第１の面と、前記第２ガス吐出口が形成される第２の面とを有し、前記第１の面と前記第２の面とが段差を有することを特徴とするガス処理装置。
【請求項３】
被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、前記被処理基板に金属化合物膜を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドは、その底面に、前記原料ガスを吐出する複数の原料ガス吐出口と、前記化合物形成ガスを吐出する複数の化合物形成ガス吐出口とを有し、前記底面は溝を有し、前記原料ガス吐出口は前記底面の溝以外の部分に設けられ、前記化合物形成ガスは前記溝に設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
前記溝は複数の前記化合物形成ガス吐出口に亘って連続して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記溝は格子状をなしていることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記化合物形成ガス吐出口は前記格子状溝の格子の交点に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記溝の深さは０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項８】
被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、前記被処理基板に金属化合物膜を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドは、その底面に、前記原料ガスを吐出する複数の原料ガス吐出口と前記化合物形成ガスを吐出する複数の化合物形成ガス吐出口とを有し、前記底面は、前記原料ガス吐出口が形成される第１の面と、前記化合物形成ガスが形成される第２の面とを有し、前記第２の面が前記第１の面の奥側に形成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
前記第１の面と前記第２の面との段差が０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備することを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記化合物形成ガスは、酸化ガスであることを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記酸化ガスは、ＮＯ２ガスであることを特徴とする請求項１１に記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記原料ガスは、有機金属ガスであることを特徴とする請求項３から請求項１２のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記有機金属ガスは、Ｐｂ含有原料としてのＰｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ含有原料としてのＺｒ（ｄｐｍ）４および／またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）２（ｄｐｍ）２、Ｔｉ含有原料としてのＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）２（ｄｐｍ）２を含み、これらを分解させるとともに前記酸化ガスと反応させてＰＺＴ膜を形成することを特徴とする請求項３から請求項１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャワーヘッドから複数のガスを別個独立に吐出してガス処理を行うガス処理装置およびこのようなシャワーヘッドを用いてＣＶＤ法によって被処理基板上に膜を形成する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）上に種々の物質からなる薄膜の形成が行われ、この薄膜に要求される物性の多様化等に呼応して、薄膜形成に使用される物質や組み合わせの多様化、複雑化が進行している。たとえば、近年、プレーナスタック型ＦｅＲＡＭのメモリキャパシタ材として強誘電性を有しペロブスカイト構造の結晶膜であるＰｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３膜（ＰＺＴ膜）が注目されており、高品質なＰＺＴ膜を再現性良く生成する技術の開発が進められている。
【０００３】
化学気相成長法（ＣＶＤ）によってＰＺＴなどの多元系金属酸化物薄膜を成膜する場合、処理容器内に設置した基板を加熱し、そこに原料ガスと酸化ガスを供給する（たとえば特許文献１）。ＰＺＴの成膜温度は通常、５００〜６５０℃であり、酸化剤にはＯ２を用いるが、デバイス構造によっては、許容される成膜温度が５００℃以下である場合があり、そのような低温域で成膜を行う場合には、酸化剤として酸化力のすぐれたＮＯ２（二酸化窒素）を使用する（たとえば特許文献２）。
【０００４】
この場合、基板に対して良質の薄膜を形成すべく、処理容器内にガスを導入するためのシャワーヘッドとして、原料ガスと酸化ガスの供給流路および吐出孔を独立に形成し、反応容器内における基板の直上空間で原料ガスと酸化ガスを混合させることで成膜反応を行わせるポストミックス型のものが多用されている。
【０００５】
しかしながら、異なる種類のガスは特性や反応性が異なり、単に平面的に形成されたシャワーヘッド底面にガス吐出口を設けた場合には、反応性や反応の均一性等が必ずしも適切にならない場合が生じる。
【０００６】
また、酸化剤としてＮＯ２等の強酸化剤を用いて成膜を行う場合、シャワーヘッドの酸化ガス吐出口の周囲に反応生成物が付着し、これが成長して次第に孔が詰まって行き、成膜の均一性と再現性が次第に悪化するという問題がある。また、このような付着物に起因するパーティクルが発生するという問題もある。
【特許文献１】特開２０００−２６０７６６号公報
【特許文献２】特開２０００−５８５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、異なる種類のガスの反応性等を調整することが可能な、成膜装置に代表されるガス処理装置を提供することを目的とする。また、ガスの特性や反応性金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスにより基板上に金属化合物膜を形成する際に、シャワーヘッドの化合物形成ガス吐出口への反応生成物の付着を抑制することができる成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、第１のガスと第２のガスとを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、第１のガスと第２のガスとを反応させて前記被処理基板に対してガス処理を行うガス処理装置であって、前記シャワーヘッドは、その底面に、前記第１のガスを吐出する複数の第１ガス吐出口と、前記第２のガスを吐出する複数の第２ガス吐出口とを有し、前記底面は溝を有し、前記第１ガス吐出口は前記底面の溝以外の部分に設けられ、前記第２ガス吐出口は前記溝に設けられていることを特徴とするガス処理装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、第１のガスおよび第２のガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、第１のガスと第２のガスとを反応させて前記被処理基板に対してガス処理を行うガス処理装置であって、前記シャワーヘッドは、その底面に、前記第１のガスを吐出する複数の第１ガス吐出口と、前記第２のガスを吐出する複数の第２ガス吐出口とを有し、前記底面は、前記第１ガス吐出口が形成される第１の面と、前記第２ガス吐出口が形成される第２の面とを有し、前記第１の面と前記第２の面とが段差を有することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００１０】
本発明の第３の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、前記被処理基板に金属化合物膜を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドは、その底面に、前記原料ガスを吐出する複数の原料ガス吐出口と前記化合物形成ガスを吐出する複数の化合物形成ガス吐出口とを有し、前記底面は溝を有し、前記原料ガス吐出口は前記底面の溝以外の部分に設けられ、前記化合物形成ガスは前記溝に設けられていることを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドとを具備し、前記被処理基板に金属化合物膜を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドは、その底面に、前記原料ガスを吐出する複数の原料ガス吐出口と前記化合物形成ガスを吐出する複数の化合物形成ガス吐出口とを有し、前記底面は、前記原料ガス吐出口が形成される第１の面と、前記化合物形成ガスが形成される第２の面とを有し、前記第２の面が前記第１の面の奥側に形成されていることを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１２】
本発明の第３の観点において、前記溝は複数の前記化合物形成ガス吐出口に亘って連続して形成されていることが好ましい。また、前記溝は格子状をなしていることが好ましい。この場合に、前記化合物形成ガス吐出口は前記格子状溝の格子の交点に形成することができる。さらに、前記溝の深さは０．５〜１０ｍｍであることが好ましい。本発明の第４の観点において、前記第１の面と前記第２の面との段差が０．５〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１３】
上記第３および第４の観点において、前記シャワーヘッドの温度を制御する温度制御機構をさらに具備することができる。また、前記化合物形成ガスとして、酸化ガスが例示される。また、前記酸化ガスは、ＮＯ２ガスが例示される。さらに、前記原料ガスとして、有機金属ガスが例示される。前記有機金属ガスとして、Ｐｂ含有原料としてのＰｂ（ｄｐｍ）２、Ｚｒ含有原料としてのＺｒ（ｄｐｍ）４および／またはＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）２（ｄｐｍ）２、Ｔｉ含有原料としてのＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）２（ｄｐｍ）２を含むものを用いることができ、これらを分解させるとともに前記酸化ガスと反応させてＰＺＴ膜を形成するようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１および第２の観点によれば、シャワーヘッドの底面に、前記第１のガスを吐出する複数の第１ガス吐出口と、前記第２のガスを吐出する複数の第２ガス吐出口とを形成し、第１の観点では、前記底面は溝を有し、前記第１ガス吐出口は前記底面の溝以外の部分に設けられ、前記第２ガス吐出口は前記溝に設けられており、第２の観点では、前記底面は、前記第１ガス吐出口が形成される第１の面と、前記第２ガス吐出口が形成される第２の面とを有し、前記第１の面と前記第２の面とが段差を有するようになっているので、溝の深さないし段差の大きさを調整することにより、第１および第２のガスの被処理基板への到達タイミング等を制御することができ、これらの反応性等を適切に調整することが可能となる。
【００１５】
本発明の第３の観点によれば、金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドを有する成膜装置において、シャワーヘッド底面に形成された溝に化合物形成ガスを設け、前記底面の前記溝以外の部分に原料ガス吐出口を設けているので、化合物形成ガス吐出口と原料ガス吐出口とは高さ方向に離隔しており、かつ原料ガス吐出口から吐出した原料ガスは溝に設けられた化合物形成ガス吐出口からのガス流によって化合物形成ガス吐出口に向かうのが妨げられるため、原料ガスは化合物形成ガス吐出口に到達し難い。したがって化合物形成ガス吐出口周囲で原料ガスと化合物形成ガスとの反応が生じ難く、化合物形成ガス吐出口周囲における反応生成物の付着を抑制することができる。また、溝の深さの分、反応生成物が付着する面積が増加するので、化合物形成ガス吐出口の閉塞までの時間を著しく延長させることができる。
【００１６】
本発明の第４の観点によれば、金属を含有する原料ガスおよび前記金属と化合物を形成する化合物形成ガスを別個独立に吐出するシャワーヘッドを有する成膜装置において、シャワーヘッドの底面は、原料ガス吐出口が形成される第１の面と、化合物形成ガスが形成される第２の面とを有し、前記第２の面が前記第１の面の奥側に形成されているので、化合物形成ガス吐出口と原料ガス吐出口とは高さ方向に離隔しており、かつ原料ガス吐出口から吐出した原料ガスは奥側の第２の面に設けられた化合物形成ガス吐出口からのガス流によって化合物形成ガス吐出口へ向かうのが妨げられるため、原料ガスは化合物形成ガス吐出口に到達し難い。したがって上記第３の観点と同様、化合物形成ガス吐出口周囲で原料ガスと化合物形成ガスとの反応が生じ難く、化合物形成ガス吐出口周囲における反応生成物の付着を抑制することができる。また、第１の面および第２の面の段差の分、反応生成物が付着する面積が増加するので、化合物形成ガス吐出口の閉塞までの時間を著しく延長させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図、図２は図１の成膜装置に用いられるシャワーヘッドを示す底面図、図３は図２のシャワーヘッドの底面の一部を拡大して示す底面図、図４は図１の成膜装置に用いられるシャワーヘッドのシャワープレートの一部を拡大して示す断面図である。なお、図１において、シャワーヘッドの断面は、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、中央部を境に左右が非対称となっている。
【００１８】
この成膜装置は、図１に示すように、例えばアルミニウム等により構成される平断面が略矩形の筐体１を有しており、この筐体１の内部には、有底円筒状に形成された処理容器２が設けられている。処理容器２の底部には開口２ａが設けられ、この開口２ａの外側より、透明石英からなる透過窓２ｄが、Ｏリングからなる封止部材２ｃにより処理容器２が気密を保つことが出来るように設置されている。この透過窓２ｄの下部には、ウエハＷを加熱するためのランプを有するランプユニット１００が接続されている。処理容器２の上部には後述するシャワーヘッド４０を支持するリッド３が開閉可能に設けられている。
【００１９】
処理容器２の内部には円筒状のシールドベース８が処理容器２の底部から立設されている。シールドベース８上部の開口には、環状のベースリング７が配置されており、ベースリング７の内周側には環状のアタッチメント６が支持され、アタッチメント６の内周側の段差部に支持されてウエハＷを載置する載置台５が設けられている。シールドベース８の外側には、後述するバッフルプレート９が設けられている。
【００２０】
バッフルプレート９には、複数の排気口９ａが形成されている。処理容器２の内周底部において、シールドベース８を取り囲む位置には、底部排気流路７１が設けられており、バッフルプレート９の排気口９ａを介して処理容器２の内部が底部排気流路７１に連通することで、処理容器２の排気が均一に行われる構成となっている。底部排気流路７１は、筐体１の底部の対角位置に、処理容器２を挟んで対称に配置された排気合流部（図示せず）に連通し、この排気合流部は、筐体１の角部内に設けられた上昇排気流路（図示せず）、筐体１の上部に設けられた横行排気管（図示せず）を介して、筐体１の角部を貫通して配置された下降排気流路（図示せず）に接続され、筐体１の下方に配置された排気装置１０１に接続されている。
【００２１】
筐体１の側面には、処理空間Ｓに連通するウエハ出入り口１５が設けられ、このウエハ出入り口１５は、ゲートバルブ１６を介して図示しないロードロック室に接続されている。
【００２２】
前述のリッド３は処理容器２上部の開口部分に設けられており、このリッド３の載置台５上に載置されたウエハＷと対向する位置に、後述するシャワーヘッド４０が設けられている。
【００２３】
載置台５、アタッチメント６、ベースリング７およびシールドベース８で囲繞された空間内には、円筒状のリフレクター４が処理容器２の底部から立設されており、このリフレクター４は、ランプユニット１００から放射される熱線を反射して、載置台５の下面に導くことで、載置台５が効率良く加熱されるように作用する。また、加熱源としては上述のランプに限らず、載置台５に抵抗加熱体を埋設して当該載置台５を加熱するようにしてもよい。
【００２４】
このリフレクター４には例えば３箇所にスリット部が設けられ、このスリット部と対応した位置にウエハＷを載置台５から持ち上げるためのリフトピン１２がそれぞれ昇降可能に配置されている。リフトピン１２は、ピン部分と支持部分で一体に構成されリフレクター４の外側に設けられた円環状の保持部材１３に支持されており、図示しないアクチュエータにて保持部材１３を昇降させることで上下動する。このリフトピン１２は、ランプユニット１００から照射される熱線を透過する材料、例えば石英やセラミック（Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＳｉＣ）で構成されている。
【００２５】
リフトピン１２は、ウエハＷを受け渡しする際にはリフトピン１２が載置台５から所定長さ突出するまで上昇され、リフトピン１２上に支持されたウエハＷを載置台５上に載置する際には、リフトピン１２が載置台５に引き込まれる。
【００２６】
上記リフレクター４は、載置台５の真下の処理容器２の底部に開口２ａを取り囲むように設けられており、このリフレクター４の内周には、石英等の熱線透過材料よりなるガスシールド１７がその全周を支持されることによって取り付けられている。ガスシールド１７には、複数の孔１７ａが形成されている。
【００２７】
また、リフレクター４の内周に支持されたガスシールド１７の下側の透過窓２ｄとの間の空間内には、図示しないパージガス供給機構からのパージガス（たとえばＮ２、Ａｒガス等の不活性ガス）が、処理容器２の底部に形成されたパージガス流路１９、および、このパージガス流路１９と連通する、リフレクター４の内側下部の８箇所に等配されたガス噴き出し口１８を介して供給される。
【００２８】
このようにして供給されたパージガスを、ガスシールド１７の複数の孔１７ａを通じて、載置台５の背面側に流入させることにより、後述するシャワーヘッド４０からの処理ガスが載置台５の裏面側の空間に侵入して透過窓２ｄに薄膜の堆積等のダメージを与えることを防止している。
【００２９】
載置台５の上方には載置台５に対向するようにアルミニウム等で構成されたシャワーヘッド４０が設けられている。シャワーヘッド４０は、その外縁がリッド３上部と嵌合するように形成された円板状のシャワーベース４１と、このシャワーベース４１の下面に密着した円板状のガス拡散板４２と、このガス拡散板４２の下面に取り付けられた円板状のシャワープレート４３とを有している。
【００３０】
シャワーベース４１は、リッド３にねじ固定されている。このシャワーベース４１とリッド３の接合部は、Ｏリングにより気密にシールされている。シャワーベース４１とガス拡散板４２の間は、Ｏリングにより気密にシールされており、シャワーベース４１、ガス拡散板４２、シャワープレート４３はねじ止めされている。
【００３１】
シャワーベース４１は、当該シャワーベース４１の中央に設けられ、原料ガス導入配管５１が接続される原料ガス導入路４１ａと、この原料ガス導入路４１ａを挟んで対称な位置に配置され、酸化ガス導入配管５２の酸化ガス分岐配管５２ａおよび酸化ガス分岐配管５２ｂが接続される複数の酸化ガス導入路４１ｂを備えている。
【００３２】
原料ガス導入配管５１および酸化ガス導入配管５２は、ガス供給機構６０に接続されている。ガス供給機構６０は各原料の原料タンクおよび気化器を有しており、各原料タンクから供給された液体原料、たとえば、酢酸ブチル等の溶媒で溶解されたＰｂ（ｔｈｄ）２、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｔｈｄ）３、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｔｈｄ）２が気化器で気化されて原料ガスとなり、これら原料ガスが所定の比率（たとえばＰＺＴを構成するＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉの元素が所定の化学量論比となるような比率）で混合されて原料ガス導入配管５１に供給される。また、ガス供給機構６０は酸化ガス源を有しており、この酸化ガス源から酸化ガスとしてのＮＯ２ガスが酸化ガス導入配管５２へ供給される構成となっている。
【００３３】
ガス拡散板４２の上面側には、原料ガス導入配管５１が接続される原料ガス導入路４１ａに連通する原料ガス拡散空間４２ａが凹状に設けられ、この原料ガス拡散空間４２ａは、ガス拡散板４２を貫通する原料ガス通路４２ｄに連通している。
【００３４】
ガス拡散板４２の下面側には酸化ガス拡散空間４２ｂが凹状に設けられ、この酸化ガス拡散空間４２ｂは、当該ガス拡散板４２を貫通して形成された酸化ガス通路４２ｅを経由してシャワーベース４１の酸化ガス導入路４１ｂに連通している。また、下側の酸化ガス拡散空間４２ｂには、複数の円柱状突起４２ｆが設けられ、その一部は、中心部に原料ガス通路４２ｄが貫通して形成されている。この円柱状突起４２ｆの高さは、酸化ガス拡散空間４２ｂの深さとほぼ等しくなっており、ガス拡散板４２の下側に密着するシャワープレート４３の上面に密着している。なお、円柱状突起４２ｆのうちガス通路４２ｄが形成されたものは、下側に密着するシャワープレート４３の後述の原料ガス吐出孔４３ａの位置に原料ガス通路４２ｄと一致するように配置されている。また、円柱状突起４２ｆはすべてにガス通路４２ｄが形成されていてもよい。
【００３５】
このシャワープレート４３には、複数の原料ガス吐出孔４３ａおよび複数の酸化ガス吐出孔４３ｂが交互に隣り合うように配置形成されている。すなわち、複数の原料ガス吐出孔４３ａの各々は、上側のガス拡散板４２の複数の原料ガス通路４２ｄに連通するように当該原料ガス通路４２ｄに重なり合う位置に配置され、複数の酸化ガス吐出孔４３ｂは、上側のガス拡散板４２の酸化ガス拡散空間４２ｂにおける複数の円柱状突起４２ｆの間隙に開口するように配置されている。
【００３６】
このシャワープレート４３では、原料ガス導入配管５１に接続される複数の原料ガス吐出孔４３ａが最外周に配置され、その内側に、酸化ガス吐出孔４３ｂおよび原料ガス吐出孔４３ａが交互に均等に配列される。
【００３７】
シャワーヘッド４０の底面、すなわちシャワープレート４３の下面には、図２、３に示すように、溝４４が形成されており、この溝４４に酸化ガス吐出孔４３ｂの出口である酸化ガス吐出口４４ｂが開口しており、溝４４以外の部分に原料ガス吐出口４４ａが開口している。溝４４は格子状をなし、酸化ガス吐出口４４ｂは溝４４の格子の交点に設けられている。また、原料ガス吐出口４４ａは、溝４４で仕切られる島４５の中央部に設けられている。すなわち、図４にも拡大して示すように、酸化ガス吐出口４４ｂと原料ガス吐出口４４ａとは、段差を有する異なる面に形成されており、酸化ガス吐出口４４ｂが奥側に形成されている。図４においてａで示されるこの段差、すなわち溝の深さは、０．５〜１０ｍｍが好ましく、例えば２ｍｍが例示される。また、溝４４を規定する島４５は図３および図４に示すようにその角部にＲ加工が施されている。この場合のＲは０．１〜１ｍｍ程度が好ましい。また、原料ガス吐出口４４ａおよび酸化ガス吐出口４４ｂは図示するようにいずれも末広がりに形成することができる。なお、原料ガス吐出孔４３ａの径は、０．５〜３ｍｍが好ましく、酸化ガス吐出孔４３ｂの径も０．５〜３ｍｍが好ましい。また、原料ガス吐出口４４ａの下端の径および酸化ガス吐出口４４ｂの下端の径も０．５〜３ｍｍが好ましい。
【００３８】
そして、このように酸化ガス吐出口４４ｂと原料ガス吐出口４４ａとが別個に開口しているため、原料ガスおよび酸化ガスが別個独立に吐出されてこれらがウエハＷの直上部の空間で混合される。すなわち、シャワーヘッド４０は、いわゆるポストミックス型となっている。
【００３９】
なお、ここでは上側の原料ガス拡散空間４２ａに原料ガスを導入し、下側の酸化ガス拡散空間４２ｂに酸化ガスを導入した例を基に説明しているが、場合によっては上側の原料ガス拡散空間４２ａに酸化ガスを導入し、下側の酸化ガス拡散空間４２ｂに原料ガスを導入してもよい。
【００４０】
また、積層されたシャワーベース４１、ガス拡散板４２、シャワープレート４３には、熱電対１０を装着するための熱電対挿入孔４１ｉ、熱電対挿入孔４２ｇ、熱電対挿入穴４３ｃが厚さ方向に重なり合う位置に設けられ、シャワープレート４３の下面近傍まで熱電対が挿入され、シャワープレート４３の下面の温度を検出して、以下に示すように、シャワーヘッド４０の温度を制御することが可能となっている。
【００４１】
シャワーヘッド４０の上面には、環状の複数のヒーター９１およびこのヒーター９１の間に設けられ、冷却水等の冷媒が流通する冷媒流路９２からなる温度制御機構９０が配置されている。熱電対１０の検出信号はコントローラ８０に入力され、コントローラ８０はこの検出信号に基づいて、ヒーター電源９５および冷媒源９４に制御信号を出力し、温度制御機構９０のヒーター９１への通電または冷媒流路９２に通流する冷媒の温度もしくは流量をフィードバック制御して、シャワーヘッド４０の温度、特にシャワープレート４３の表面温度を制御することが可能になっている。
【００４２】
次に、このように構成された成膜装置の動作について説明する。
まず、処理容器２内は、底部排気流路７１等の排気経路を経由して図示しない真空ポンプによって排気されることにより、たとえば、１００〜５００Ｐａの真空度に排気される。
【００４３】
このとき、図示しないキャリア／パージガス供給源からパージガス流路１９を経由して複数のガス噴き出し口１８からガスシールド１７の背面（下面）側にＡｒ等のパージガスが供給され、このパージガスは、ガスシールド１７の孔１７ａを通過して載置台５の背面側に流入し、シールドベース８の隙間を経由して、底部排気流路７１に流れこみ、ガスシールド１７の下方に位置する透過窓２ｄへの薄膜の堆積等のダメージを防止するための定常的なパージガス流が形成されている。
【００４４】
この状態の処理容器２において、図示しないロボットハンド機構等により、ゲートバルブ１６、ウエハ出入り口１５を経由してウエハＷを搬入し、図示しないアクチュエータにより、保持部材１３に保持されたリフトピン１２をそのピン部分が載置台５上に突出するように上昇させて、ウエハＷをリフトピン１２に載置させた後、図示しないロボットハンド機構等を処理容器２から退避させ、ゲートバルブ１６を閉じる。
【００４５】
次に、リフトピン１２を降下させてウエハＷを載置台５上に載置させるとともに、ランプユニット１００のランプを点灯させて熱線を透過窓２ｄを介して載置台５の下面（背面）側に照射し、載置台５に載置されたウエハＷを、４５０℃〜７００℃の間の温度、例えば、５００℃になるように加熱する。なお、上述のランプユニット１００のランプは、温度安定時間の短縮や、ランプ寿命の延長等を目的として、常時点灯させておいても構わない。
【００４６】
この時、熱電対１０の検出温度に基づいてシャワープレート４３の下面温度を熱電対１０で検出しコントローラ８０により温度制御機構９０を制御して、シャワーヘッド４０の温度制御を行う。
【００４７】
そして、このように加熱されたウエハＷに対して、シャワーヘッド４０の下面のシャワープレート４３の複数の原料ガス吐出口４４ａからは、たとえば、Ｐｂ（ｔｈｄ）２、Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）（ｔｈｄ）３、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ｔｈｄ）２が所定の比率（たとえばＰＺＴを構成するＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉ等の元素が所定の化学量論比となるような比率）で混合された原料ガスが吐出供給され、酸化ガス吐出口４４ｂからは、ＮＯ２等の酸化ガスが、それぞれ吐出供給され、これらの原料ガスや酸化ガスの各々の熱分解反応や相互間の化学反応にて、ウエハＷの表面には、ＰＺＴからなる薄膜が形成される。
【００４８】
すなわち、ガス供給機構６０から到来する気化された原料ガスは、キャリアガスとともに原料ガス配管５１からガス拡散板４２の原料ガス拡散空間４２ａ、原料ガス通路４２ｄ、シャワープレート４３の原料ガス吐出孔４３ａを経由して原料ガス吐出口４４ａからウエハＷの上部空間に吐出供給される。同様に、ガス供給機構６０から供給される酸化ガスは、酸化ガス配管５２、酸化ガス分岐配管５２ａおよび５２ｂ、シャワーベース４１の酸化ガス導入路４１ｂ、ガス拡散板４２の酸化ガス通路４２ｅを経由して酸化ガス拡散空間４２ｂに至り、シャワープレート４３の酸化ガス吐出孔４３ｂを経由して酸化ガス吐出口４４ｂからウエハＷの上部空間に吐出供給される。このようにして、原料ガスと酸化ガスは、それぞれシャワーヘッド４０内で混合しないように処理容器２内に別々に供給される。
【００４９】
この場合に、従来は図５の（ａ）に示すように、ガス吐出領域がほぼ同じであるシャワーヘッド４０′の原料ガス吐出口４４ａ′と酸化ガス吐出口４４ｂ′とが同一平面に設けられていたため、原料ガスが容易に酸化ガス吐出口４４ｂ′に到達して酸化ガス吐出口周囲に反応生成物４６が付着し、酸化ガス吐出口４４ｂ′が閉塞し、成膜した膜の膜厚均一性が悪化したり、パーティクルが発生するといった問題があった。
【００５０】
これに対し、本実施形態では、図５の（ｂ）に示すように、シャワーヘッド４０の底面、すなわちシャワープレート４３の下面に溝４４を設け、その溝に酸化ガス吐出口４４ｂを設け、原料ガス吐出口４４ａは溝４４以外の部分に設けたので、つまり、酸化ガス吐出口４４ｂと原料ガス吐出口４４ａを高さが異なる面に設け、酸化ガス吐出口４４ｂを奥側に設けたので、原料ガス吐出口４４ａと酸化ガス吐出口４４ｂとは高さ方向に離隔しており、かつ原料ガス吐出口４４ａから吐出した原料ガスは、原料ガス吐出口４４ａよりも奥側の面である溝４４に設けられた酸化ガス吐出口４４ｂからのガス流によって酸化ガス吐出口４４ｂへ向かうのが妨げられるため、原料ガスは酸化ガス吐出口４４ｂに到達し難い。したがって、酸化ガス吐出口４４ｂの周囲で原料ガスと化合物形成ガスとの反応が生じ難く、酸化ガス吐出口４４ｂの周囲における反応生成物の付着を抑制することができる。また、溝４４の深さ、すなわち原料ガス吐出口４４ａが開口している面と酸化ガス吐出口４４ｂが開口している面の段差の分、反応生成物が付着する面積が増加するので、化合物形成ガス吐出口の閉塞までの時間を著しく延長させることができる。また、溝を形成するだけでよく、現行のシャワーヘッドの孔の位置を変更する必要はない。
【００５１】
また、溝４４は格子状をなしており、したがって溝全体に亘って連続していることとなるため、酸化ガスの拡散が良好であり、酸化ガスの濃度が不均一になることが防止される。また、酸化ガス吐出口４４ｂは、格子状の溝４４の格子の交点に設けられているため、酸化ガス吐出口４４ｂから吐出されたガスの拡散性を一層良好にすることができる。
【００５２】
また、このように溝４４を形成して２種類のガスの吐出口に段差を設けることにより、これらガスの到達タイミング等を制御することができ、これにより、これらガスの反応性等を適切に調整することも可能である。
【００５３】
図４においてａで示される段差、すなわち溝の深さは、上述したように、０．５〜１０ｍｍが好ましい。これにより、加工コストが過剰になることなく、原料ガスの酸化ガス吐出口４４ｂへの到達を有効に抑制することができる。また、溝４４を規定する島４５はその角部にＲ加工が施されている。これにより反応生成物が付着し難くなる。また、反応生成物をより付着し難くする観点から、Ｒを０．１〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。さらに、原料ガス吐出口４４ａおよび酸化ガス吐出口４４ｂを図示のようにいずれも末広がりに形成することができ、これにより、原料ガスのガス流の酸化ガス吐出口４４ｂへの流れを抑制して、反応生成物を酸化ガス吐出口４４ｂへ付着し難くすることができる。
【００５４】
なお、上述のようにシャワーヘッド４０を温度制御する際に、シャワーヘッド４０の底面の温度は、１６５〜１７０℃程度に制御することが好ましい。この範囲に温度制御することにより、酸化ガス吐出口４４ｂへの反応生成物の付着がより生じ難くなる。
【００５５】
次に、本発明の効果を確認した実験について説明する。
この実験では、底面に段差のない従来のシャワーヘッドと、底面に格子状で深さ２ｍｍの溝を設け、溝の部分にＮＯ２ガス吐出口を形成し、溝以外の部分に原料ガス吐出口を形成した本発明のシャワーヘッドとで、ＮＯ２ガス吐出口への反応生成物の付着状態を目視で確認した。なお、ＮＯ２ガス吐出口の径は、従来シャワーヘッドで０．７ｍｍφ、本発明シャワーヘッドで１．２ｍｍφとした。
【００５６】
成膜条件は、載置台温度：５００℃、圧力：１３３．３Ｐａ、ＮＯ２ガス流量：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、成膜時間：８５０ｓｅｃとした。
【００５７】
以上の条件で、１００枚成膜した後のシャワーヘッド底面の状態を図６に示す。図６の（ａ）に示すように、従来シャワーヘッドでは、ＮＯ２ガス吐出口に反応生成物が激しく付着し、吐出口が殆ど閉塞しているのに対し、図６の（ｂ）に示す本発明のシャワーヘッドでは、ＮＯ２ガス吐出口への反応生成物の付着は殆ど見られなかった。
【００５８】
なお、本発明は上記実施の形態に限らず本発明の思想の範囲内で種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、酸化ガスとしてＮＯ２ガスを用いた場合を例にとって説明したが、Ｏ２ガス、Ｎ２Ｏガス、Ｏ３ガス等他の酸化ガスであってもよい。また、化合物形成ガスとして酸化ガス以外のガスを用いて、窒化物等の他の金属化合物を形成する場合にも適用可能である。さらに、ＰＺＴ薄膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限らず、ＢＳＴ膜（Ｂａ（Ｓｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３のペロブスカイト構造を有する結晶膜）等の他の有機金属原料を用いた成膜や、有機原料以外の金属を含有する原料ガスを用いた成膜であってもよく、２種類以上のガスを用いる場合に広く適用することが可能である。さらにまた、上記実施形態では、熱ＣＶＤによる成膜装置を例にとって説明したが、プラズマを用いた成膜装置であってもよいし、プラズマエッチング装置等、他のガス処理装置であってもよい。プラズマを用いる場合には、そのプラズマ源としては高周波、マイクロ波等種々のものを採用することができ、高周波の場合は容量結合型プラズマでも誘導結合型プラズマ（ＩＰＣ）でも構わない。
【００５９】
また、上記実施形態では、シャワーヘッド底面の溝が全て連続して形成されるように格子状の溝を形成したが、溝の形状は格子状に限らない。また、溝は全てが連続して形成されることによりガス濃度等の均一性が特に良好になるが、必ずしも全てが連続に形成されている必要はなく、複数の化合物形成ガス吐出口が連続して形成された溝が複数形成されていてもよい。この例としては同心円状の溝が挙げられる。もちろん、１個の化合物ガス吐出口毎に溝を設けるようにしてもよい。
【００６０】
さらに、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限らず液晶表示装置用のガラス基板等の他の基板であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、シャワーヘッドの化合物形成ガス吐出口への反応生成物の付着が抑制されるため、その閉塞を有効に防止することが可能となり、これにより、成膜の均一性や再現性を向上させることが可能となるとともに、装置の稼働率の向上やメンテナンスコストの削減を実現することが可能となるから、本発明は、処理容器内において、載置台に載置されて加熱された基板に対向して設けられたシャワーヘッドから処理ガスを供給して所望の成膜処理を行う成膜装置に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図。
【図２】図１の成膜装置に用いられるシャワーヘッドを示す底面図。
【図３】図２のシャワーヘッドの底面の一部を拡大して示す底面図。
【図４】図１の成膜装置に用いられるシャワーヘッドのシャワープレートの一部を拡大して示す断面図。
【図５】従来のシャワーヘッド構造と本発明の一実施形態に係るシャワーヘッドとを比較して説明する図。
【図６】従来のシャワーヘッドおよび本発明のシャワーヘッドのＮＯ２ガス吐出口への反応生成物の付着状態を示す写真。
【符号の説明】
【００６３】
１…筐体
２…処理容器
５…載置台
１０…熱電対（温度検出機構）
４０…シャワーヘッド
４１…シャワーベース
４１ａ…原料ガス導入路
４１ｂ…酸化ガス導入路
４２…ガス拡散板
４２ａ…原料ガス拡散空間
４２ｂ…酸化ガス拡散空間
４２ｄ…原料ガス通路
４２ｅ…酸化ガス通路
４３…シャワープレート
４３ａ…原料ガス吐出孔
４３ｂ…酸化ガス吐出孔
４４…溝
４４ａ…原料ガス吐出口
４４ｂ…酸化ガス吐出口
４５…島
５１…原料ガス導入配管
５２…酸化ガス導入配管
５２ａ…酸化ガス分岐配管
５２ｂ…酸化ガス分岐配管
６０…ガス供給機構
８０…コントローラ
９０…温度制御機構
９１…ヒーター
９２…冷媒流路
Ｗ…ウエハ
【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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