(57)【要約】【課題】液体原料を気化させる噴射ノズル部の先端のキャリアガス出口の閉塞を抑制することが可能な気化装置を提供する。【解決手段】液体原料６０をキャリアガスにより気化させて原料ガスを形成する気化装置１２において、気化室９４が形成された気化容器９６と、中央に液体原料を噴射する液体原料用ノズル１２２を有し、液体原料用ノズルの外周に同心状にキャリアガスを噴射するキャリアガス用ノズル１２４を有して原料ガスを形成する噴射ノズル部６４と、噴射ノズル部より液体原料の噴射方向に沿ってその開き角度が鋭角で広がって行き気化室に向けて開放されたガス拡散抑制領域１３０を形成するガス拡散抑制ブロック１００と、原料ガス出口８４とを備える。これにより液体原料を気化させる噴射ノズル部の先端のキャリアガス出口の閉塞を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原料をキャリアガスにより気化させて原料ガスを形成する気化装置において、
内部に気化室が形成された気化容器と、
前記気化容器に設けられて、中央に前記液体原料を噴射する液体原料用ノズルを有し、該液体原料用ノズルの外周に同心状に配置されて前記キャリアガスを噴射するキャリアガス用ノズルを有して前記原料ガスを形成する噴射ノズル部と、
前記噴射ノズル部の先端部より前記液体原料の噴射方向に沿ってその開き角度が鋭角で広がって行き前記気化室に向けて開放されたガス拡散抑制領域を形成するガス拡散抑制ブロックと、
前記原料ガスを前記処理容器の外側へ流出させる原料ガス出口と、
を備えたことを特徴とする気化装置。
【請求項２】
前記鋭角は、５〜６０度の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の気化装置。
【請求項３】
前記ガス拡散抑制領域の長さは、２〜１５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の気化装置。
【請求項４】
前記液体原料用ノズルの先端は、前記キャリアガス用ノズルの先端よりも０〜５ｍｍの範囲内で突出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気化装置。
【請求項５】
前記噴射ノズル部と前記ガス拡散抑制ブロックとは一体化されたノズルユニットとして形成され、前記ノズルユニットは前記気化容器に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気化装置。
【請求項６】
前記ガス拡散抑制ブロックと前記気化容器とは一体化されており、前記噴射ノズル部は、前記ガス拡散抑制ブロックに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気化装置。
【請求項７】
前記噴射ノズル部の先端部の表面と前記ガス拡散抑制ブロックの表面の内の少なくともいずれか一方の表面には撥水性コーティング膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気化装置。
【請求項８】
前記液体原料は、有機金属材料を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の気化装置。
【請求項９】
前記液体原料は、前記有機金属材料を有機溶剤で溶解させることにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の気化装置。
【請求項１０】
前記有機金属材料に含まれる金属は、Ｌａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔよりなる群から選択される１以上の金属を含むことを特徴とする請求項８又は９記載の気化装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の気化装置と、
前記気化装置の噴射ノズル部に接続されて途中に液体用流量制御器が介設された液体原料通路と、
前記噴射ノズル部に接続されて途中に気体用流量制御器が介設されたキャリアガス通路と、
前記気化装置の気化容器に接続されて原料ガスを流し出す原料ガス通路と、
を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項１２】
被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置において、
排気が可能になされた処理容器と、
前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する被処理体加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段に接続された請求項１１記載のガス供給装置と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して薄膜を形成する際に用いる液体原料の気化装置、ガス供給装置及びこれを用いた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を形成するには、半導体ウエハ等の被処理体に対して、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理等の各種の処理が繰り返し行われる。この場合、成膜処理を例にとれば半導体集積回路に用いる絶縁膜やバリヤ膜や配線膜等の薄膜の膜質特性に関しては、半導体集積回路の高集積化、高微細化及び動作速度の高速化の要請により、更なる向上が求められており、このような要請に応えるために、薄膜の材料としてはハフニウム（Ｈｆ）やジルコニウム（Ｚｒ）等の希少な金属を用いる場合がある。
【０００３】
このような金属を含む原料は、一般的に例えば室温で固体であったり、或いは液体であったりしているので、成膜時には、上記固体のものは有機溶剤に溶解させて液体原料とし、また室温で液体のものには濃度調整等のために有機溶剤を混合させたりして液体原料とし、この液体原料を気化装置にてキャリアガスで気化して原料ガスを形成し、これを成膜装置へ供給するようになっている。
【０００４】
上述のようにキャリアガスを用いる理由は、上述したような液体原料は、一般的に蒸気圧が低いことから、上記キャリアガスで液体原料の気化を促進させることを目的とすると共に、ガス中の原料分圧を下げるためである。
【０００５】
上記気化装置の種類としては、気化室内で液体原料とキャリアガスとを噴霧して混合させるポストミックスタイプのものと、気化させる前に液体原料とキャリアガスとを混合させてこの混合液を気化室内で噴霧するプレミックスタイプのものが主に知られている。そして、前述した液体原料は一般的にキャリアガス中の水分と反応して加水分解し易く、且つ酸化もし易いことから、噴射ノズルの閉塞を避けるためにポストミックスタイプの気化装置が主に用いられている。このポストミックスタイプの気化装置としては、例えば特許文献１、２及び３等に開示されており、噴射ノズル部から液体原料とキャリアガスとを減圧状態になされている気化室に向けて同時に噴射し、これにより液体原料を気化させて原料ガスを形成するようになっている。
【０００６】
この点を具体的に説明する。図７は従来の気化装置の噴射ノズル部を示す概略図である。この図７に示すように、気化室２の一端に二重管構造の噴射ノズル部４を設け、この噴射ノズル部４より液体原料と例えばＡｒ等よりなるキャリアガスとを別々に気化室２内へ噴射させて液体原料を気化させることにより原料ガスを形成している。この場合、この気化室２内は成膜装置内と同様に減圧雰囲気になされ、また必要に応じて加熱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０５６４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２８８８９号公報
【特許文献３】特開２０１０−０２８０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した噴射ノズル部４の出口側６は、気化室２内に向けて大きく鈍角状に開いた状態になっており、噴射ノズル部４より噴射された液体原料やキャリアガスが直ちに外側へ拡散できるようになっている。
【０００９】
しかしながら、実際の気化装置では、噴射されたキャリアガス流の外周部分での巻き込みが生じて噴射ノズル部４の出口側の側部の部分に矢印で示すような原料ガスの滞留８が生じてしまい、この滞留する原料ガスが気化室の区画壁に当たってここに堆積物が付着してしまい、この結果、噴射ノズル部４の先端のキャリアガスの出口を閉塞して気化性能を劣化させる、という問題があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、液体原料を気化させる噴射ノズル部の先端のキャリアガス出口の閉塞を抑制することが可能な気化装置、原料ガス供給装置及びこれを用いた成膜装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、液体原料をキャリアガスにより気化させて原料ガスを形成する気化装置において、内部に気化室が形成された気化容器と、前記気化容器に設けられて、中央に前記液体原料を噴射する液体原料用ノズルを有し、該液体原料用ノズルの外周に同心状に配置されて前記キャリアガスを噴射するキャリアガス用ノズルを有して前記原料ガスを形成する噴射ノズル部と、前記噴射ノズル部の先端部より前記液体原料の噴射方向に沿ってその開き角度が鋭角で広がって行き前記気化室に向けて開放されたガス拡散抑制領域を形成するガス拡散抑制ブロックと、前記原料ガスを前記処理容器の外側へ流出させる原料ガス出口と、を備えたことを特徴とする気化装置である。
【００１２】
このような構成により、噴射ノズル部より噴射されたキャリアガスは、開き角度が鋭角に広がったガス拡散抑制領域を通過するので、キャリアガスの流速が低下することなく流速が高く維持されてキャリアガスの滞留が生ずることが抑制され、この結果、キャリアガスの出口が堆積物により閉塞されることを防止することが可能となる。
【００１３】
請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の気化装置と、前記気化装置の噴射ノズル部に接続されて途中に液体用流量制御器が介設された液体原料通路と、前記噴射ノズル部に接続されて途中に気体用流量制御器が介設されたキャリアガス通路と、前記気化装置の気化容器に接続されて原料ガスを流し出す原料ガス通路と、を備えたことを特徴とするガス供給装置である。
【００１４】
請求項１２に係る発明は、被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置において、排気が可能になされた処理容器と、前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する被処理体加熱手段と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段に接続された請求項１１記載のガス供給装置と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る気化装置、ガス供給装置及びこれを用いた成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
気化装置の噴射ノズル部より噴射されたキャリアガスは、開き角度が鋭角に広がったガス拡散抑制領域を通過するので、キャリアガスの流速が低下することなく流速が高く維持されてキャリアガスの滞留が生ずることが抑制され、この結果、キャリアガスの出口が堆積物により閉塞されることを防止することができる。従って、液体原料の気化性能の劣化を防止して、これを高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る気化装置を有する成膜装置全体を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る気化装置の噴射ノズル部を有するノズルユニットの近傍を示す拡大断面図である。
【図３】噴射ノズル部の先端部の状態を示す図である。
【図４】比較実験における液体原料の流量の積算量（グラム）とキャリアガスの供給圧力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の気化装置の変形実施例１の噴射ノズル部の先端部の近傍を示す拡大部分断面図である。
【図６】本発明の気化装置の変形実施例２の噴射ノズル部の近傍を示す拡大断面図である。
【図７】従来の気化装置の噴射ノズル部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る気化装置、ガス供給装置及びこれを用いた成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る気化装置を有する成膜装置全体を示す概略構成図、図２は本発明に係る気化装置の噴射ノズル部を有するノズルユニットの近傍を示す拡大断面図、図３は噴射ノズル部の先端部の状態を示す図であり、図３（Ａ）は拡大断面図、図３（Ｂ）は平面図である。
【００１８】
まず、図１を参照して、成膜装置の全体から説明する。図１に示すように、この成膜装置１０は、本発明に係る気化装置１２により形成された原料ガス等を供給するガス供給装置１４と、上記原料ガスにより実際に薄膜を形成する成膜装置本体１６とを主に有している。そして、上記成膜装置本体１６は、例えばアルミニウム合金等により形成された処理容器１８を有している。この処理容器１８内には、被処理体である例えば半導体ウエハＷを保持する保持手段２０が設けられている。
【００１９】
ここではこの保持手段２０は、例えばセラミック材やアルミニウム合金等よりなる載置台２２より形成されている。そして、この載置台２２には、上記ウエハＷを加熱するための被処理体加熱手段２４が設けられている。ここではこの被処理体加熱手段２４として、例えばカーボンワイヤ等よりなる抵抗加熱ヒータにより形成されている。尚、この加熱手段２４として、他の手段、例えば加熱ランプ等を用いてもよい。
【００２０】
この処理容器１８の側壁には、ウエハＷを搬出入する際に気密に開閉されるゲートバルブ２６が設けられる。また、この処理容器１８の底部には、排気口２８が設けられる。そして、この排気口２８には、排気通路２９の途中に圧力調整弁３０や真空ポンプ３２等を介設してなる真空排気系３４が接続されており、上記処理容器１８内の雰囲気を圧力調整しつつ真空引きできるようになっている。
【００２１】
また、この処理容器１８には、この中にガスを導入するガス導入手段３６が設けられる。ここでは上記ガス導入手段３６は、処理容器１８の天井部に設けたシャワーヘッド部３８よりなり、この下面に設けた多数のガス噴射孔４０よりガスを処理容器１８内へ噴射するようになっている。また、このシャワーヘッド部３８の上部には使用するガスを導入するガス導入口４２が設けられる。このシャワーヘッド部３８内は、成膜に用いるガス種やガス種の混合形態に応じて１つ或いは複数の拡散室に区画分離されており、いわゆるガスをプリミックス或いはポストミックスするようになっている。
【００２２】
この場合、上記ガス導入口４２は、上記拡散室の数に応じた数だけ設けられる。図示例では、便宜上、１つの拡散室のみ記載している。尚、上記ガス導入手段３６としては、上記シャワーヘッド部３８を用いたが、これに限定されず、例えば単なるノズル状のものを用いるようにしてもよい。また高周波電力やマイクロ波電力等を用いたプラズマ発生機構を処理容器１８に設けて、プラズマを用いて成膜処理するようにしてもよい。
【００２３】
上記シャワーヘッド部３８にガスを供給する上記ガス供給装置１４は、ここでは原料ガス供給系４４と他の必要なガスを供給する必要ガス供給系４６とを有している。この必要ガス供給系４６は、開閉弁４８と気体用流量制御器５０とが介設された必要ガス通路５２とを有し、この必要ガス通路５２を上記ガス導入口４２に接続して必要ガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。
【００２４】
上記必要ガスとしては、処理容器１８内の雰囲気を排出するパージガスや原料ガスと反応する反応ガス、例えば酸化ガスや還元ガス等が含まれる。また、図１では一系統の必要ガス供給系４６しか示していないが、供給時に混合できない複数のガス種を必要ガスとして用いる場合には、その数に応じた複数の必要ガス供給系４６が設けられることになる。また上記パージガスとしては一般的にはＮ２ ガスが用いられるが、その他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスも用いることができる。
【００２５】
一方、上記原料ガス供給系４４は、先の気化装置１２と、この気化装置１２に液体原料を供給する液体原料通路５４と、気化装置１２へキャリアガスを供給するキャリアガス通路５６と、気化装置１２で発生した原料ガスを上記処理容器１８へ向けて流す原料ガス通路５８とを有している。
【００２６】
具体的には、上記液体原料通路５４の上流側は、内部に液体原料６０を貯留する原料貯留槽６２内の液体原料６０中に浸漬されており、下流側は上記気化装置１２の後述する噴射ノズル部６４に接続されている。この液体原料通路５４の途中には、液体用のマスフローコントローラのような液体用流量制御器６６と、その両側に位置された２つの開閉弁６８とがそれぞれ介設されており、圧送される液体原料６０を流量制御しつつ流すようになっている。
【００２７】
また、この液体用流量制御器６６及び開閉弁６８を含む液体原料通路５４の全体には、流れる液体原料６０が固化することを防止するための加熱ヒータ７０が必要に応じて設けられており、流れる液体原料を加熱するようになっている。
【００２８】
また上記原料貯留槽６２には、必要に応じて原料加熱ヒータ７２が設けられており、原料貯留槽６２内の液体原料６０を加熱して液体状態を維持するようになっている。また、この原料貯留槽６２内の上部空間部７４には、途中に開閉弁７８が介設されて加圧気体を流す加圧気体通路７６のガス出口７６Ａが位置されており、この加圧気体の圧力により上記原料貯留槽６２内の液体原料６０を液体原料通路５４内へ圧送するようになっている。この加圧気体としては、例えばＡｒやＨｅ等の希ガスガスの外に不活性なＮ２ ガスを用いることができる。
【００２９】
上記液体原料６０は、金属を含む固体又は液体の原料を有機溶剤に溶解させることにより形成されている。この場合、室温程度の温度で液体の原料は、その濃度調整や粘度調整のために有機溶剤を添加してもよいし、或いは添加しなくてもよい。また上記原料としては、Ｌａ（ランタン）等の金属を含む有機金属錯体が用いられる。
【００３０】
また、上記キャリアガス通路５６は、上記噴射ノズル部６４に接続されている。このキャリアガス通路５６の途中には、気体用のマスフローコントローラのような気体用流量制御器８０と、その両側に位置された２つの開閉弁８２とがそれぞれ介設されており、加圧されたキャリアガスを流量制御しつつ流すようになっている。このキャリアガスの圧力は例えば１００〜４００ｋＰａ程度に設定されている。また、このキャリアガスとしては、例えばＡｒガスが用いられるが、これに限定されず、Ｈｅ等の他の希ガスやＮ２ ガスも用いることができる。
【００３１】
また、上記原料ガス通路５８は、途中に開閉弁８６が介設され、その上流側は、上記気化装置１２の原料ガス出口８４に接続され、下流側は上記シャワーヘッド部３８のガス導入口４２に接続されて、原料ガスを流すようになっている。また上記開閉弁８６を含む原料ガス通路５８の全体には、流れる原料ガスが再液化することを防止するための加熱ヒータ８８が必要に応じて設けられており、流れる原料ガスを熱分解解温度以下の温度で加熱するようになっている。
【００３２】
また、上記原料ガス通路５８の開閉弁８６の上流側と上記真空排気系３４の圧力調整弁３０と真空ポンプ３２との間の排気通路２９とを接続してバイパス通路９０が設けられている。そして、このバイパス通路９０には、開閉弁９２が介設されており、原料ガスの流量を安定化させたり、不要な原料ガスを廃棄する時に上記処理容器１８へ原料ガスを供給することになく、このバイパス通路９０内へ流すことにより原料ガスを排出できるようになっている。
【００３３】
そして上記気化装置１２は、図２及び図３にも示すように、内部に気化室９４が形成された気化容器９６と、この気化室９４内へ液体原料６０とキャリアガスとを噴射して原料ガスを形成する上記噴射ノズル部６４と、本発明の特徴とするガス拡散抑制ブロック１００とを主に有している。図２（Ａ）は噴射ノズル部を装着した状態を示し、図２（Ｂ）は噴射ノズル部の装着途中の状態を示している。具体的には、上記気化容器９６は、その両端が閉じられてほぼ円筒体状に成形されており、その内部に密閉状態の上記気化室９４が形成されている。
【００３４】
この気化容器９６は、図示例では上下方向へ起立させて設けられており、その上流側、すなわち上端部である天井部にはノズル取付孔１０２が形成されている（図２（Ｂ）参照）。そして、ここでは上記噴射ノズル部６４とガス拡散制御ブロック１００とは一体化されており、ノズルユニット１０４を形成している。そして、このノズルユニット１０４を上記ノズル取付孔１０２内に挿通させている。このノズルユニット１０４の上端部にはフランジ部１０６が形成されており、このフランジ部１０６を上記気化容器９６の天井部の上面に固定ネジ１０８で締め付け固定することにより、上記ノズルユニット１０４は着脱可能に固定されている。
【００３５】
この場合、上記フランジ部１０６を上記気化容器９６の上面との間には、例えばＯリング等よりなるシール部材１１０が介設されており、この部分の気密性を保持している。また、上記噴射ノズル部６４は、その中央に上記液体原料を噴射する液体原料用ノズル１２２を有し、この外周側に同心状に配置してキャリアガス用ノズル１２４が設けられており、このキャリアガス用ノズル１２４から上記キャリアガスを噴射するようになっている。上記両ノズル１２２、１２４は共に細い管状に成形されており、二重管構造になされている。この結果、キャリアガス用ノズル１２４におけるキャリアガスの流路はリング状になされている。
【００３６】
そして、上記液体原料用ノズル１２２の上端部には、上記液体原料通路５４が接続されて液体原料６０を供給するようになっており、その下端の原料吐出口１２６より液体原料を吐出するようになっている。また上記キャリアガス用ノズル１２４の上端部には、上記キャリアガス通路５６が接続されてキャリアガスを供給するようになっており、その下端のキャリアガス吐出口１２８よりキャリアガスを吐出するようになっている。図示例では、上記液体原料用ノズル１２２の先端は、上記キャリアガス用ノズルの先端よりも僅かな長さＬ１（図３（Ａ）参照）の範囲内で下方へ突出されている。この長さＬ１は、０〜５ｍｍの範囲内であり、”Ｌ１＝０”のように両ノズルの先端位置が同一の場合も含まれる。
【００３７】
そして、本発明の特徴とする上記ガス拡散抑制ブロック１００は、上記噴射ノズル部６４の先端部より上記液体原料の噴射方向に沿ってその開き角度θ（図３（Ａ）参照）が鋭角で広がって行き、上記気化室９４に向けて開放されたガス拡散抑制領域１３０を形成している。具体的には、上記ガス拡散抑制領域１３０を区画するガス拡散抑制ブロック１００の内周面１３２は、上記キャリアガス用ノズル１２４の下端の外周よりガス噴射方向（下方向）に向けて次第に広がるように、例えば末広がり状に成形されている。すなわち、ここでは上記内周面１３２は円錐の側面と同様な形状に成形されており、その内側に上記ガス拡散抑制領域１３０を形成するようになっている。
【００３８】
そして、このガス拡散抑制領域１３０の広がり角度θは、上述のように９０度よりも小さい鋭角になされており、上記噴射ノズル部６４より噴射された液体原料やキャリアガスが一定の距離だけは直ちに拡散しないようにし、その間は高い噴射速度を維持して液体原料の気化を促進させるようになっている。上記内周面１３２の先端側（下端側）は、所定の曲率で次第に外側に広がるように曲面形状に成形された曲面１３２Ａとなっており、そのまま気化容器９６の内周面へと連続するようになっている。この気化容器９６の上部の内周面は、下方向へ向かうように曲面状に成形された曲面９６Ａとなっている。
【００３９】
この場合、上記開き角度θは、５〜６０度の範囲内に設定するのが好ましい。この開き角度θが鋭角よりも大きくなると、ガス拡散抑制領域１３０内におけるキャリアガスの流速が急激に低下するので、液体原料の気化性能を十分に向上させることが困難であり、気化性能を大幅に向上させるためには、好ましくは上述のように開き角度θを６０度以下に設定する。また、開き角度θが５度よりも小さくなると、今度はキャリアガスの噴射抵抗が大きくなり過ぎてしまって、逆に液体原料の気化が抑制されてしまうので、上述のように開き角度θは５度以上に設定するのが好ましい。ここでは上記開き角度θは例えば４０度に設定されている。
【００４０】
また、上記ガス拡散抑制領域１３０の長さＬ２（図２（Ａ）参照）、すなわちガス噴射方向への長さは、２〜１５ｍｍの範囲内に設定する。この長さＬ２が２ｍｍよりも短いと、上記ガス拡散抑制領域１３０の作用がなくなって気化性能の向上を図ることができない。また、長さＬ２が１５ｍｍよりも長いと、この場合にはキャリアガスの拡散を長く抑制し過ぎる結果、液体原料の気化が抑制されて内周面１３２に液体原料の液滴等が付着する原因となってしまうので好ましくない。
【００４１】
また、上記キャリアガス用ノズル１２４の先端部の内周と上記液体原料用ノズル１２２の外周との間には、図３（Ｂ）に示すように均等に分散させて複数、例えば３つのスペーサ突起１３４が設けられており、上記キャリアガス用ノズル１２４のリング状の流路断面積が、その周方向に沿って偏りがなく均一になるように設定している。
【００４２】
ここで上記液体原料ノズル１２２の内径Ｄ１（図３（Ａ）参照）は、例えば１００〜１０００μｍ程度の範囲内であり、ここでは例えば２５０μｍに設定されている。またキャリアガス用ノズル１２４のリング状の流路の幅Ｗ１（図３（Ａ）参照）は、例えば２０〜２００μｍの範囲内であり、ここでは例えば６０μｍに設定されている。また上記気化室９４の直径は、例えば２０〜８０ｍｍの範囲内に設定されており、その容量は例えば３００〜１０００ｃｃ程度の範囲内に設定されている。また上記気化容器９６、ガス拡散抑制ブロック１００及び噴射ノズル部６４の各構成材料は、アルミニウム合金やステンレススチール等の金属や耐熱樹脂を用いることができる。
【００４３】
また、上記気化容器９６内の気化室９４の底部よりも少し上方の側壁には、気化室９４内で形成した原料ガスを下流側へ排出する前記原料ガス出口８４が設けられており、この原料ガス出口８４には、上記原料ガス供給系４４の原料ガス通路５８が接続されている。また、この気化容器９６の外周側には、加熱手段１３６（図１参照）が設けられており、この気化容器９６を加熱して液体原料の気化を促進させるようになっている。この気化容器９６の加熱温度は、使用する液体原料の種類にもよるが、例えば１５０〜３００℃程度の範囲内である。
【００４４】
以上のように構成された成膜装置１０の全体の動作制御は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部１４０により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体１４２に記憶されている。この記憶媒体１４２は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。具体的には、この装置制御部１４０からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００４５】
次に、以上のように形成された成膜装置１０の動作について説明する。まず、原料やキャリアガス等の一般的な流れについて説明する。ガス供給装置１４の原料ガス供給系４４においては、原料貯留槽６２内に貯留した液体原料６０は、加圧気体により液体原料通路５４に向けて圧送されて、液体用流量制御器６６により流量制御されつつ気化装置１２の噴射ノズル部６４へ供給される。他方、加圧されたキャリアガスが気体用流量制御器８０により流量制御されつつ上記噴射ノズル部６４へ供給される。
【００４６】
そして、噴射ノズル部６４へ供給された、液体原料は液体原料用ノズル１２２の先端の原料吐出口１２６より噴射されて、ガス拡散抑制ブロック１００の中央に形成された上記ガス拡散抑制領域１３０を介して気化室９４内へ導入される。これと同時に、噴射ノズル部６４へ供給されたキャリアガスはキャリアガス用ノズル１２４の先端のキャリアガス吐出口１２８より噴射されて、ガス拡散抑制ブロック１００の中央に形成された上記ガス拡散抑制領域１３０を介して気化室９４内へ導入される。
【００４７】
この結果、上記噴射された液体原料はキャリアガスにより気化室９４内で気化されて原料ガスが形成される。この原料ガスは、例えば流量が安定するまでは、原料ガス通路５８の途中から分岐させて設けたバイパス通路９０を介して真空排気系３４へ廃棄されているが、流量が安定した後は、開閉弁８６、９２の開閉状態を切り替えて原料ガス通路５８内へ流し、成膜装置本体１６に設けたシャワーヘッド部３８へ供給する。このシャワーヘッド部３８には、他の酸化ガスや還元ガスが必要な場合には他の必要ガス供給系４６からも必要ガスが供給されている。
【００４８】
そして、シャワーヘッド部３８内からは、予め減圧雰囲気になされた処理容器１８内へ上記原料ガスや必要ガスが導入され、ここで原料ガスが必要ガスと反応したり熱分解して載置台２２上に保持されている半導体ウエハＷの表面に薄膜が堆積されることになる。この場合、ウエハＷは被処理体加熱手段２４により所定のプロセス温度に維持されている。そして、この処理容器１８内の雰囲気は、真空排気系３４に真空引きされて所定のプロセス圧力に維持される。このようにして、上記成膜処理が連続的に行われることになる。上記液体原料の流量は、例えば０．０５〜１ｓｃｃｍ程度の範囲内、上記キャリアガスの流量は、例えば５０〜１０００ｓｃｃｍ程度の範囲内である。
【００４９】
ここで、図７に示すような従来の気化装置にあっては、噴射ノズル部４から噴射されたキャリアガスや液体原料は、その断面積が大きな鈍角の角度で拡径された出口側で直ちに拡散されるので、キャリアガスの流速が直ちに低下して液体原料に対する気化性能が劣化したり、或いはキャリアガスの滞留が生じてキャリアガスの出口側に堆積物が付着してキャリアガスの流出面積が狭くなったりして、この出口側を閉塞する等の問題があった。
【００５０】
これに対して、本発明では、前述したように噴射ノズル部６４にガス拡散抑制ブロック１００を設けて、噴射ノズル部６４の先端部前方に、噴射方向に沿ってその開き角度θが鋭角で広がって行くガス拡散抑制領域１３０を形成するようにしたので、噴射されたキャリアガスの流速が直ちに低下することなく速い流速が維持されて液体原料を効果的に気化させて、この気化性能を向上させることができる。すなわち、キャリアガス用ノズル１２４のキャリアガス吐出口１２８から噴射されたキャリアガスは、その開き角度θが鋭角、具体的には５〜６０度の狭い範囲に絞るように設定されたガス拡散抑制領域１３０に噴射されるので、このキャリアガスの拡散は抑制されてその噴射速度は速い状態で維持され、この時に噴射された液体原料の気化を促進させることができる。
【００５１】
また、上述のように、上記開き角度θが狭く設定されているので、図７に示す従来の気化装置で発生したようなキャリアガスの滞留の発生を抑制することができ、このため、ガス拡散抑制ブロック１００の内周面１３２に不要な薄膜などの堆積物が発生することを防止でき、またキャリアガス用ノズル１２４の先端のキャリアガス吐出口１２８に不要な薄膜が付着して流路面積を狭くしたり、或いはこれを閉塞したりすることを防止することができる。
【００５２】
また、上述のようにキャリアガスの流速は速い状態に維持されているので、万が一、上記内周面１３２等に不要な膜が付着物として堆積しても、この付着物を吹き飛ばして除去することができる。また前述したように、この開き角度θは、上述したような作用効果を効率的に発生させるためには、好ましくは５〜６０度の範囲内に設定するのがよい。更に、このガス拡散抑制領域１３０の長さも前述したように、上記作用効果を効率的に発生させるために２〜１５ｍｍの範囲内に設定するのがよい。
【００５３】
また、原料吐出口１２６からは、液体原料用ノズル１２２の表面を伝わって液体原料がキャリアガス吐出口１２８側へにじみ出るように流出して、堆積物となってキャリアガス吐出口１２８を塞ぐ傾向となるが、上記原料吐出口１２６をキャリアガス吐出口１２８よりも長さＬ１だけ突き出して設けるようにしているので、原料吐出口１２６と同一水平レベルにおけるキャリアガス流路の断面積は、実質的に広くなり、その分、このキャリアガスの出口が閉塞されることを防止することができる。
【００５４】
例えば図３（Ａ）に示すように、開き角度θを４０度とし、キャリアガス吐出口１２８の幅Ｗ１を６０μｍとし、そして、原料吐出口１２６の突き出し長さＬ１を１ｍｍとすると、この原料吐出口１２６と同一水平レベルにおけるキャリアガス流路の断面方向の幅Ｗ２は６４０μｍに広くなり、この広くなった分だけこの部分が閉塞することを防止することができる。また、この突き出し長さＬ１は０〜５ｍｍの範囲内に設定するのが好ましい。この突き出し長さＬ１が５ｍｍよりも大きくなると、原料吐出口１２６が位置する領域のキャリアガスの流速が低下しているので、その分、気化性能が低下して好ましくない。
【００５５】
このように、本発明においては、気化装置の噴射ノズル部６４より噴射されたキャリアガスは、開き角度θが鋭角に広がったガス拡散抑制領域１３０を通過するので、キャリアガスの流速が低下することなく流速が高く維持されてキャリアガスの滞留が生ずることが抑制され、この結果、キャリアガスの出口が堆積物により閉塞されることを防止することができる。従って、液体原料６０の気化性能の劣化を防止して、これを高く維持することができる。
【００５６】
＜本発明の比較実験＞
次に、本発明の気化装置について比較実験を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは特性の比較のために２つの比較例も併せて実験している。図４は上記比較実験における液体原料の流量の積算量（グラム）とキャリアガスの供給圧力との関係を示すグラフである。図４中には比較例１、２の噴射ノズル部の模式図を併記してある。
【００５７】
比較例１は、図７に示す噴射ノズル部４と同様な形状になれされて、噴射ノズル部４の出口側６は鈍角に広がっており、且つ噴射ノズル部４の先端側は気化室２内に突出させて設けている。比較例２は、図７に示す噴射ノズル部４と同様な形状になれされて、噴射ノズル部４の出口側６は鈍角に広がっており、且つ噴射ノズル部４の先端側は気化室２内の天井部に設けた凹部７内に収容させて設けている。本発明の場合には、開き角度θは４０度、原料吐出口の突き出し長さＬ１は１ｍｍ、ガス拡散抑制領域１３０の長さＬ２は、８ｍｍに設定している。
【００５８】
この比較実験では、キャリアガスを常に１０００ｓｃｃｍだけ流すように設定して、その時のキャリアガスの必要最低供給圧力と流れた液体原料の重さ（流量）の積算量をプロットしている。実際の実験では、原料節約のために液体原料の積算量が２５０ｇになるまで行って、その後は、得られた特性が直線的に変化するものと見做して全体の特性を得ている。特性Ａは比較例１を示し、特性Ｂは比較例２を示し、特性Ｃは本発明の気化装置を示す。
【００５９】
特性Ａ、Ｂは、液体原料の積算量が増加するに従って上向き傾斜してキャリアガス供給圧力が徐々に増加している。この理由は、動作時間が長くなるに従ってキャリアガス吐出口に堆積物が付着して次第に吐出口を塞いでくるため、キャリアガスの供給圧力の増加を余儀なくされるからである。特に、比較例１の特性Ａの場合は比較例２の特性Ｂよりも傾きが大きく、より堆積物が多く付着していることが判る。
【００６０】
キャリアガスの供給圧力の許容最大値を０．３０ＭＰａとすると、比較例１の場合は液体原料の積算量が６６０ｇになった時にメンテナンスを行わなければならないことが判る。また比較例２の場合には液体原料の積算量が２２９８ｇになった時にメンテナンスを行わなければならないことが判る。
【００６１】
これに対して、本発明の気化装置の特性Ｃの場合には、直線の傾きはほぼゼロであり、キャリアガス吐出口が堆積物によりほとんど塞がれることがなくてメンテナンスを行う必要がなく、良好な特性を示していることが判る。
【００６２】
＜変形実施例１＞
次に、本発明の気化装置の変形実施例１について説明する。先の実施例の場合には、液体原料用ノズル１２２の先端部の表面、キャリアガス用ノズル１２４の先端部の表面及びガス拡散抑制ブロック１００の内周面には何ら処理を施さなかったことから、長期間の使用によりこれらの表面部分に液体原料がにじみ出て熱分解することにより堆積物が付着し、キャリアガス吐出口１２８を閉塞する原因となるが、これを防止するために上記表面部分に撥水性コーティング膜を形成するようにしてもよい。
【００６３】
図５は上記したような本発明の気化装置の変形実施例１の噴射ノズル部の先端部の近傍を示す拡大部分断面図である。尚、図２及び図３に示す構成部分と同一の構成部分については同一参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
この変形実施例１では、噴射ノズル部６４の先端部の表面とガス拡散抑制ブロック１００の表面の内の少なくともいずれか一方の表面に撥水性コーティング膜を形成している。具体的には、図示するように、ここでは液体原料用ノズル１２２の先端部の表面とキャリアガス用ノズル１２４の先端部の表面とガス拡散抑制ブロック１００の表面に、それぞれ撥水性コーティング膜１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃが形成されている。
【００６５】
すなわち、液体原料用ノズル１２２に関しては、このノズルの外周面と原料吐出口１２６の端面とに形成されている。また、キャリアガス用ノズル１２４に関しては、このノズルの内周面とキャリアガス吐出口１２６の端面とに形成されている。またガス拡散抑制ブロック１００に関しては、この内周面１３２の全面に亘って形成されている。この場合、上記噴射ノズル部６４の先端部の少なくとも１０ｍｍ以上の長さの部分を撥水性コーティング膜１４４Ａ、１４４Ｂで被覆するのが好ましい。この撥水性コーティング膜１４４Ａ〜１４４Ｃとしては、例えばテフロン膜（登録商標）やＳｉＯ２ 膜等を用いることができ、その厚さは例えば０．１〜３μｍ程度の厚さでよい。
【００６６】
このように、上記撥水性コーティング膜１４４Ａ〜１４４Ｃを形成することにより、液体原料が噴射ノズル部６４の先端部の表面を伝わってにじみ出て行くことはなく、また、ガス拡散抑制ブロック１００の内周面１３２に沿ってにじんで行くこともない。この結果、キャリアガス用ノズル１２４の先端のキャリアガス吐出口１２８の部分に堆積物が付着することを防止して、このキャリアガス吐出口１２８が閉塞されることを一層抑制することができる。
【００６７】
＜変形実施例２＞
次に、本発明の気化装置の変形実施例２について説明する。先に説明した各実施例においては、噴射ノズル部６４とガス拡散抑制ブロック１００とを一体化してノズルユニット１０４とし、このノズルユニット１０４を気化容器９６側へ着脱可能となるように構成したが、これに限定されず、ガス拡散抑制ブロック１００を気化容器９６と一体化するように形成し、上記噴射ノズル部６４が上記ガス拡散抑制ブロック１００に対して着脱可能となるように取り付けるようにしてもよい。図６は上記したような本発明の気化装置の変形実施例２の噴射ノズル部の近傍を示す拡大断面図である。尚、図２に示す構成部分と同一の構成部分については同一参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
上述したように、この変形実施例２では、上記ガス拡散抑制ブロック１００と上記気化容器９６とは一体化されている。具体的には、上記ガス拡散抑制ブロック１００と上記気化容器９６とは一体成形されている。そして、噴射ノズル部６４のみが上記ガス拡散抑制ブロック１００に形成したノズル取付孔１５０に対して挿脱可能になされ、上記噴射ノズル部６４に設けたフランジ部１０６を固定ネジ１０８で上記ガス拡散抑制ブロック１００の上面、すなわち気化容器９６の上面に着脱可能に締め付け固定するようになっている。
【００６９】
尚、上記ガス拡散抑制領域１３０の開き角度θは、４０度に設定され、その断面は直線状に広がるような形状を例にとって説明したが、これに限定されず、ガス拡散抑制領域１３０の開き角度θが５〜６０度の範囲内でガス噴射方向に行くに従って開き角度θが次第に拡大して内周面がラッパ状に徐々に外側に向けて曲面的に広がるように形成してもよい。
【００７０】
また、上記各実施例では、成膜に用いる液体原料は、有機金属材料を、例えば有機溶剤に溶解することにより形成されているが、この有機溶剤としては、トルエン、オクタン、デカン、ドデカン等を用いることができる。また、上記実施例では上記有機金属材料に含まれる金属としては、Ｌａの場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記有機金属材料に含まれる金属は、Ｌａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔよりなる群から選択される１以上の金属を含むことができる。また、この種の金属に限定されず、他の金属を含む原料を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【００７１】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０  成膜装置
１２  気化装置
１４  ガス供給装置
１６  成膜装置本体
１８  処理容器
２０  保持手段
２４  加熱手段
３４  真空排気系
３６  ガス導入手段
４４  原料ガス供給系
５４  液体原料通知
５６  キャリアガス通路
５８  原料ガス通路
６０  液体原料
６２  原料貯留槽
６４  噴射ノズル部
６６  液体用流量制御器
８０  気体用流量制御器
８４  原料ガス出口
９４  気化室
９６  気化容器
１００  ガス拡散抑制ブロック
１０４  ノズルユニット
１２２  液体原料用ノズル
１２４  キャリアガス用ノズル
１２６  原料吐出口
１２８  キャリアガス吐出口
１３０  ガス拡散抑制領域
θ      開き角度
Ｗ      半導体ウエハ（被処理体）
【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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