本發(fā)明涉及針對成膜裝置的氣體噴射裝置，例如能夠應用于對設置于減壓氣氛中的處理腔室的被處理體高速地噴出在處理中有用的、具有指向性的各種氣體的氣體噴射裝置。

背景技術：

在包含半導體制造領域的多用途領域中，謀求多功能且高品質(zhì)的薄膜(例如高絕緣薄膜、半導體薄膜、高電介質(zhì)薄膜、發(fā)光薄膜、高磁性體薄膜、超硬薄膜等)。

例如在制造半導體裝置的場合下，在半導體芯片內(nèi)，設置有相當于電路布線的低阻抗的高導電膜、具有電路的布線線圈功能、磁鐵功能的高磁性膜、具有電路的電容器功能的高電介質(zhì)膜、以及具有電氣方面的泄漏電流少的高絕緣功能的高絕緣膜等。

作為使這些膜成膜的現(xiàn)有技術，例如使用熱cvd(化學氣相成長：chemicalvapordeposition)裝置、光cvd裝置或者等離子體cvd裝置，尤其是大多使用等離子體cvd裝置。這是因為，與例如熱/光cvd裝置相比，等離子體cvd裝置的成膜溫度低且成膜速度快，能夠實現(xiàn)短時間內(nèi)的成膜處理。

例如在將氮化膜(sion、hfsion等)、氧化膜(sio2、hfo2)等柵極絕緣膜成膜于半導體基板的情況下，通常采用使用減壓氣氛下的等離子體cvd裝置的下述技術。

換句話說，nh3(氨)或n3、o2、o3(臭氧)等氣體以及硅或鉿等前驅體氣體(非加熱氣體)被直接供給至實施cvd處理的處理腔室裝置。在處理腔室裝置內(nèi)，利用熱量或放電而使前驅體氣體解離，生成金屬粒子，并通過該金屬粒子與上述的nh3(氨)等非加熱氣體或利用熱量、放電而生成的原子團氣體之間的化學反應，使氮化膜或氧化膜等薄膜在被處理體上成膜。

另一方面，在等離子體cvd裝置中，在處理腔室裝置內(nèi)直接地產(chǎn)生了高頻等離子體、微波等離子體。因此，被處理體暴露在原子團氣體、具有高能量的等離子體離子(或者電子)中。

需要說明的是，作為公開了關于等離子體cvd裝置的技術的在先文獻，例如存在專利文獻1。

然而，在等離子體cvd裝置內(nèi)的成膜處理中，如上所述，被處理體直接暴露于等離子體。因此，該被處理體通過等離子體(離子、電子)而受到降低半導體功能的性能等的較大損害。

另一方面，在使用了熱/光cvd裝置的成膜處理中，被處理體不受到由等離子體(離子、電子)造成的損害，能夠使高品質(zhì)的氮化膜、氧化膜等成膜。然而，在該成膜處理中，難以得到高濃度且大量的原子團氣體源，結果是，存在所需的成膜時間非常長這樣的問題。

在近來的熱/光cvd裝置中，作為原料氣體，使用容易在熱或光的照射下解離且高濃度的nh3氣體、o3氣體。此外，在cvd腔室裝置內(nèi)設置有加熱催化劑體。由此，在該熱/光cvd裝置中，通過催化劑作用來促進氣體的解離，從而還能夠在短時間內(nèi)使氮化膜、氧化膜等成膜。然而，在該時間的縮短方面具有限制，難以大幅度改善成膜時間。

對此，作為能夠減少等離子體對被處理體造成的損害且能夠進一步縮短成膜時間的裝置，存在遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)(例如參照專利文獻2)。

在該專利文獻2的技術中，等離子體生成區(qū)域與被處理體處理區(qū)域通過隔壁(等離子體約束電極)而分離。具體地說，在專利文獻2的技術中，在高頻施加電極與設置被處理體的對置電極之間設置有該等離子體約束電極。由此，在專利文獻2的技術中，僅將中性活性種向被處理體上供給。

另外，在專利文獻3的技術中，在遠程等離子體源中利用等離子體使原料氣體的一部分活性化。在此，氣體的流路在該遠程等離子體源內(nèi)環(huán)繞。在遠程等離子體源中生成的活性氣體被釋放出而向存在被處理體的裝置側供給。

在專利文獻3那樣的薄膜技術中，利用了氮、氧、臭氧或氫等各種原料氣體。而且，從該原料氣體生成活性化了的原子團氣體，利用該原子團氣體使薄膜在被處理體上成膜。

原子團氣體的反應性非常高。因此，通過使微量(約1％：10000ppm)以下的濃度的原子團氣體觸碰到被處理體，能夠促進被處理體上的金屬粒子與原子團氣體的化學反應，從而能夠在短時間內(nèi)有效地制作氮化薄膜、氧化薄膜或氫結合薄膜等。

在原子團氣體生成裝置中配設有放電單元，在該放電單元中，通過形成大氣壓等離子體的電介質(zhì)阻擋放電而實現(xiàn)高電場的等離子體。由此，從放電單元的暴露于等離子體的原料氣體生成高品質(zhì)的原子團氣體并向cvd裝置內(nèi)供給。

另外，在cvd裝置內(nèi)對被處理體(晶圓基板)實施利用了氣體的處理的情況下，將配設有被處理體的cvd裝置內(nèi)設為加熱以及減壓狀態(tài)。然后，使有機金屬化合物蒸汽氣體(前驅氣體)充滿該cvd裝置內(nèi)，并且，為了促進金屬粒子的氧化、氮化、還原而供給臭氧氣體、水蒸氣、氫氣或者原子團氣體(氧原子團氣體、氮原子團氣體、氫原子團氣體等)。由此，在cvd裝置內(nèi)，通過使堆積在被處理體面上的氧化/氮化物質(zhì)等進行熱擴散，能夠在被處理體面上形成結晶生長后的膜(成膜)來作為半導體膜或者絕緣膜等功能膜。

需要說明的是，之后，將在上述的cvd裝置內(nèi)與前驅氣體一同供給的各種氣體(臭氧氣體、水蒸氣、氫氣或者原子團氣體)稱為成膜處理氣體。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-266489號公報

專利文獻2：日本特開2001-135628號公報

專利文獻3：日本特開2004-111739號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

以往，由于采用在被處理體上構成半導體等功能元件(2d(dimension)元件)的結構，因此，使前驅氣體、成膜處理氣體充滿cvd處理容器內(nèi)的表面成膜為主體。

例如，在配設有1張或多張被處理體的減壓后的cvd裝置內(nèi)，氣體從規(guī)定口徑且較短的氣體供給配管經(jīng)由多個噴嘴孔而呈淋浴狀地噴出。從規(guī)定口徑且較短的氣體供給配管供給的氣體在沒有充分被整流為具有規(guī)定方向性的氣體、且供給的氣體沒有實現(xiàn)加速后的高速度化的狀態(tài)下被噴出，因此，噴出后的氣體以取決于氣氛氣體壓力、氣體濃度差的擴散速度向四周擴散。

另一方面，由于謀求更高密度的功能元件，因此，期望實現(xiàn)層疊多層功能元件而形成的三維功能元件(3d(dimension)元件)。換句話說，期望在高縱橫比的槽內(nèi)使所希望的膜均勻地成膜。

然而，如上所述，在為向四周擴散而噴射出的氣體的情況下，氣體未均勻地照射到高縱橫比的槽內(nèi)。這樣，在該槽內(nèi)無法均勻地進行成膜。

因此，謀求能夠在被處理體上的高縱橫比的槽內(nèi)均勻地噴射氣體的成膜技術。

對此，本發(fā)明的目的在于，提供一種針對成膜裝置的氣體噴射裝置，即便在具有高縱橫比的槽的被處理體上，也能夠向該槽內(nèi)均勻地噴射nh3(氨)或n3、o2、o3(臭氧)等氣體、以及硅或鉿等前驅體氣體(非加熱氣體)或通過加熱、放電而原子團化的氣體。

解決方案

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的針對成膜裝置的氣體噴射裝置具備：進行氣體的供給的氣體供給部；被供給來自所述氣體供給部的氣體的氣體分散供給部；以及供在所述氣體分散供給部內(nèi)分散后的氣體流入，使該氣體整流化，并將整流化后的氣體向成膜裝置內(nèi)噴射的氣體噴射單元部，所述氣體噴射單元部為在內(nèi)部形成有成為氣體通路的間隙的扇形形狀，所述氣體分散供給部內(nèi)的氣體從所述扇形形狀的寬度較寬的一側向所述間隙內(nèi)流入，由于該扇形形狀，氣體被整流化以及被加速，并從扇形形狀的寬度較窄的一側向所述成膜裝置內(nèi)輸出。

發(fā)明效果

本發(fā)明的針對成膜裝置的氣體噴射裝置具備：進行氣體的供給的氣體供給部；被供給來自所述氣體供給部的氣體的氣體分散供給部；以及供在所述氣體分散供給部內(nèi)分散后的氣體流入，使該氣體整流化，并將整流化后的氣體向成膜裝置內(nèi)噴射的氣體噴射單元部，所述氣體噴射單元部為在內(nèi)部形成有成為氣體通路的間隙的扇形形狀，所述氣體分散供給部內(nèi)的氣體從所述扇形形狀的寬度較寬的一側向所述間隙內(nèi)流入，由于該扇形形狀，氣體被整流化以及被加速，并從扇形形狀的寬度較窄的一側向所述成膜裝置內(nèi)輸出。

因此，通過了氣體噴射單元部的間隙的氣體被進行了調(diào)整為規(guī)定方向的整流以及加速，能夠作為具有指向性的波束狀的氣體從氣體噴射裝置輸出、噴射。因此，本發(fā)明的氣體噴射裝置即便在具有高縱橫比的槽的被處理體上，也能夠向該槽內(nèi)均勻地噴射氣體，其結果是，能夠使均質(zhì)的膜在該槽內(nèi)成膜。

附圖說明

圖1是示出具有高縱橫比的槽202a的被處理體202的一部分的剖面結構的放大剖視圖。

圖2是示意性地示出由實施方式1的氣體噴射裝置100和處理腔室200構成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結構的立體圖。

圖3是示出所供給的氣體的氣體壓力與氣體擴散速度之間的關系的參考圖。

圖4是示意性地示出實施方式2的氣體噴射裝置100的結構的立體圖。

圖5是示意性地示出實施方式3的氣體噴射裝置100的結構的立體圖。

圖6是示意性地示出針對一個成膜裝置而配設有多個氣體噴射單元部23的結構的立體圖。

圖7是示意性地示出針對一個成膜裝置而配設有多個氣體噴射單元部23的另一結構的立體圖。

圖8是示意性地示出針對一個成膜裝置而配設有多個氣體噴射單元部23的另一結構的立體圖。

圖9是示意性地示出由實施方式5的氣體噴射裝置100和處理腔室200構成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結構的立體圖。

具體實施方式

圖1是示出具有高縱橫比的槽202a的被處理體202的一部分的剖面結構的放大剖視圖。

在圖1中，dx為槽202a的口徑，dy為槽202a的深度。例如，口徑dx為約數(shù)十μm徑左右，深度dy為口徑dx的數(shù)倍～數(shù)十倍左右。要求針對圖1所示的高縱橫比(dy/dx)的槽202a實現(xiàn)均質(zhì)的成膜(換言之，要求通過氣體噴射，直至高縱橫比的槽202a的底部都能夠供給均勻的氣體)。

以往那樣的從規(guī)定口徑且較短的氣體供給配管噴射的方式適用于使裝置內(nèi)無遺漏地充滿氣體的情況。然而，在該方式的氣體噴出中，在氣體供給配管中未實現(xiàn)調(diào)整氣體的流動方向的整流化和氣體的加速化，由于向成膜裝置供給(噴出)氣體，且噴出氣體的指向性和氣體速度弱，因此，氣體未進入到高縱橫比的槽202a內(nèi)部，難以使均質(zhì)的膜在槽202a的底面以及側面上成膜。另外，所供給的原子團氣體的氣體壽命非常短，因此，在到達槽202a的底面之前消失，因此難以形成均質(zhì)的膜。

因此，為了使均質(zhì)的膜在高縱橫比的槽202a內(nèi)成膜，需要將氣體供給空間限制為薄間隙d0并充分確保氣體通過的空間距離lx，并且使氣體供給空間沿著氣體通過的流動而變窄，從而使整流化后的氣體加速化而實現(xiàn)氣體的高速度化，以使得噴出氣體具有指向性。換句話說，槽202a的縱橫比越大，則噴出氣體的波束角度α需要越小(換句話說，需要采用通過更加具有指向性且實現(xiàn)氣體的高速度化而使噴出的氣體克服擴散速度從而抑制氣體的擴散的氣體噴射)。

本發(fā)明的將非加熱、加熱以及放電氣體向成膜裝置噴射的氣體噴射裝置能夠使前驅氣體或者成膜處理氣體呈波束狀噴出，以使均質(zhì)的膜在高縱橫比的槽202a內(nèi)成膜，針對這一結構進行說明。以下，基于表示本發(fā)明的實施方式的附圖來具體說明本發(fā)明。

<實施方式1>

圖2是示意性地示出由本實施方式的將非加熱、加熱以及放電氣體向成膜裝置噴射的氣體噴射裝置(以下僅稱為氣體噴射裝置)100和處理腔室200構成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結構的立體圖。

非加熱的氣體噴射裝置100與處理腔室200由凸緣進行劃分。換句話說，凸緣是用于使氣體噴射裝置100與處理腔室200結合的構件，凸緣的一方主面構成氣體噴射裝置100的底面，凸緣的另一方主面構成處理腔室200的上表面。在此，氣體噴射裝置100內(nèi)與處理腔室200內(nèi)經(jīng)由噴出孔102而連接。

如圖2所示，氣體噴射裝置100由密閉的氣體供給部101、氣體分散供給部99、氣體噴射單元部23以及氣體噴射部5構成。氣體分散供給部99使從氣體供給部101供給的氣體均勻地分散。氣體噴射單元部23針對從氣體分散供給部99分散供給的氣體在流動方向上實現(xiàn)整流化以及加速化。在氣體噴射單元部23中將整流且加速為高速度后的氣體送至氣體噴射部5。在此，在氣體噴射部5配設有使氣體向成膜裝置側噴出的孔102。

在氣體噴射裝置100的前級，設置有對供給的氣體量進行調(diào)整的閥102b以及對氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力進行監(jiān)視并控制在規(guī)定范圍內(nèi)的壓力控制部103。通過氣體供給部101，將供給來的氣體g1均勻地供給至氣體分散供給部99中作為氣體噴射單元部23的氣體供給剖面的氣體間隙d0。在此，氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力p1恒定地維持在10kpa～50kpa的范圍內(nèi)。另外，通過了氣體噴射單元部23的氣體經(jīng)由氣體噴射單元部5的噴出孔102作為噴出氣體g2而噴出。該氣體g2向處理腔室200內(nèi)噴射(更具體地說，向處理腔室200內(nèi)的被處理體202噴射)。在此，噴出孔102的開口徑為例如1mm以下。

需要說明的是，氣體噴射裝置100內(nèi)被減壓為壓力p1，而在氣體噴射裝置100的外部為大氣壓。

在作為cvd裝置的處理腔室200內(nèi)配設有工作臺。而且，在該工作臺上載置被處理體。在此，如圖1所示，被處理體具有高縱橫的槽202a。

處理腔室200經(jīng)由排氣口而與真空泵連接。通過該真空泵，將處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0維持為減壓至30pa～400pa左右的真空壓的壓力。

在圖2中，可成為前驅氣體或原子團氣體的原料氣體g1經(jīng)由氣體供給部101以規(guī)定的流量向氣體噴射單元部23供給。在氣體噴射單元部23均勻地分散后的原料氣體g1被均勻地供給至氣體噴射單元部23的間隙d0內(nèi)。原料氣體g1通過氣體噴射單元部23從噴出孔102向處理腔室200內(nèi)作為前驅氣體g2或者原子團氣體g2而噴出。氣體g2呈波束狀地向載置于工作臺上的被處理體照射，在該照射的區(qū)域中形成膜。

以下，氣體噴射單元部23呈平板形狀且為中空，中空的氣體流動部分的剖面形狀呈長方形剖面，氣體噴射單元部23形成長方形剖面的氣體流動寬度相對于氣體的流動方向而變小的扇形形狀。針對該氣體噴射單元部23內(nèi)的氣體的流動進行說明。

在此，氣體噴射單元部23部分例如由藍寶石或石英構成。另外，氣體的間隙do的寬度(構成氣體噴射單元部23的2張扇形形狀的平板間的距離)δd限制為3mm以下。另外，氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力p1恒定地維持在10kpa以上且50kpa以下的范圍內(nèi)，因此，間隙do中的氣體壓力也恒定地維持在10kpa以上且50kpa以下的范圍內(nèi)。

這樣，將氣體噴射裝置100形成為，使氣體流動剖面成為限制為間隙do的寬度δd且使氣體流動寬度w相對于氣體的流動方向變窄的長方形剖面形狀(扇形形狀)，并且將氣體壓力減壓至p1，由此供給向氣體噴射裝置100供給的氣體流量q(將該氣體流量q設為例如1l/min。)。向氣體噴射單元部23流入的氣體通過規(guī)定氣體空間lx，由此如下式(1)那樣成為整流化且高速化了的流速vso，在氣體噴射單元部23的頂點部，被整流為規(guī)定方向的氣體流動。另外，氣體通過氣體噴射單元部23內(nèi)而被加速并高速度化，從而以高速的速度vs從噴出孔102噴出氣體。

在此，式(1)為，vso＝100/p1·[1000·q/{(w/10)·(δd/10))](cm/s)。

然后，通過長度lx且較窄的間隙do而從四周流入到氣體噴射單元部23的氣體g1在扇形形狀的氣體空間的作用下，相對于氣體流動方向而被整流化為恒定方向的氣體流向(向內(nèi))并被加速。然后，氣體作為氣體g2從氣體噴射單元部23的頂部側(換句話說經(jīng)由噴出部5的噴出孔102)朝向被處理體噴射(換言之，向保持為氣體壓力p0的處理腔室200內(nèi)噴射)。在此，如圖4所示，從氣體噴射單元部1噴射的氣體g2為具有波束角度α的波束狀。

間隙do中的通路距離lx被設定為間隙do的寬度δd的數(shù)十倍以上，例如20mm～100mm左右。即便向氣體噴射單元部23的間隙do流入的氣體的流動方向存在偏差，氣體噴射單元部23的頂點側(換句話說，噴出部5附近)的氣體的流動方向也調(diào)整為沿著氣體噴射單元部23的側面的方向而實現(xiàn)整流化。另外，由于氣體噴射單元部23的形狀，使長方形的氣體間隙do的剖面面積隨著接近噴出部5而變小。因此，在氣體噴射單元部1內(nèi)傳送的氣體被加速(加速度a)，在噴出部5附近達到速度vs。

被整流、加速后以速度vs輸入到噴出部5的氣體在噴出孔102處進一步被壓縮而實現(xiàn)高速化。在此，在噴出孔102中產(chǎn)生壓力差δp(＝氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力p1-處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0)，利用該壓力差δp，從噴出孔102向處理腔室200噴射氣體g2。

將從氣體噴射單元部23的頂點部向噴出部5輸入的氣體的速度設為vs，將該速度vs的軸向成分設為vsy，將該速度vs的徑向成分設為vsx。另外，將從噴出部5輸出的氣體的速度設為v0，將該速度v0的軸向成分設為vy0，將該速度v0的徑向成分設為vx0。

這樣，向處理腔室(成膜裝置)200噴出的氣體的速度v0是否為高速度而在于氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力p1與成膜裝置200內(nèi)的氣體壓力p0之比(＝p1/p0)，成為：速度v0＝{(氣體壓力p1)/(氣體壓力p0)}×速度vs，速度vy0＝{(氣體壓力p1)/(氣體壓力p0)}×速度vsy，速度vx0＝{(氣體壓力p1)/(氣體壓力p0)}×速度vsx。

由于處理腔室200內(nèi)的壓力為接近真空壓的壓力(氣體壓力p0＝約30pa～400pa)，因此，從噴出部5噴出的氣體擴散速度vd也變得非常大。另外，向被處理體噴出的氣體的速度vs在氣體噴射單元部23部分被加速，且利用氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力p1與處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0的壓力差δp，被整流化且加速后的氣體由噴出孔102進行壓縮而成為超過超音速的速度后噴出。

圖3是示出作為氣體種類而采用氧氣或氮氣的情況下的相對于供給氣體的氣體壓力p0的擴散速度vd特性的特性圖。從該圖3可知，在氣體噴射單元部23中，在將p1設為30kpa時，氣體的擴散速度vd為約0.04m/s左右，但在處理腔室的氣體壓力氣氛p0中成為3m/s～40m/s，氣體的擴散速度vd非常大。由于處理腔室200中的擴散速度vd大，因此，向處理腔室200噴出的氣體不具有指向性，若噴出速度與擴散速度相比不夠大，則噴出到處理腔室200的氣體馬上向四面八方擴散。

與此相對，在從本申請發(fā)明的扇形形狀的氣體噴射單元部23噴出到處理腔室200的情況下，噴出氣體g2的噴出速度v0為超過超音速的速度且成為具有指向性的波束狀。因此，與擴散速度vd相比具有非常高的氣體流速，因此，能夠抑制噴出氣體向四周的擴散，能夠以高速度向被處理體面呈波束狀地照射噴射氣體。

以從噴出部5噴出的氣體超過擴散速度vd的速度而噴出氣體g2。因此，使氣體g2以具有更大的速度vsy的方式從噴出部5噴射，由此，能夠使具有指向性的波束狀的氣體g2從氣體噴射單元部23的頂點部噴出。另外，由于氣體噴射單元的形狀為扇形形狀，因此，速度vsx成為朝內(nèi)的氣體速度向量，因此，噴出的氣體也成為朝內(nèi)的氣體速度向量vx0，具有成為抑制擴散速度vd的方向的效果。

對此，發(fā)明人進行了實驗、模擬，其結果是，發(fā)現(xiàn)在將處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0設定為適合成膜的30pa～400pa左右的情況下，從氣體g2的指向性的觀點出發(fā)，若能夠將噴出部5附近的氣體的加速度確保為約200m/s2以上，則是優(yōu)選的。另外，為了噴出品質(zhì)更好的波束形狀的氣體g2，期望將氣體g2的加速度確保為約400m/s2以上。

因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：在將上述氣體噴射單元部23的弧角設定為約20°～40°附近的氣體噴射單元部23中，從確保上述加速度的觀點出發(fā)，氣體噴射單元部23內(nèi)的氣體壓力p1優(yōu)選為約80kpa以下，為了噴出品質(zhì)更好的波束形狀的氣體g2，期望該氣體壓力p1為約50kpa以下。

另一方面，期望相對于處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0(30pa～400pa)具有數(shù)十倍以上的壓力損失。對此，在噴出部5中，在將噴出孔102的孔徑設為0.03mm～1mm且將噴出部5的長度l1設為5mm以上的情況下，期望氣體噴射單元部23內(nèi)的氣體壓力p1為約20kpa左右。

氣體噴射裝置100采用能夠將整流化后的氣體作為高速度的氣體來噴射的結構，但不具有控制氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力的機構。因此，通過氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力的變動，噴出的氣體量和噴出的氣體速度發(fā)生變動，對在成膜裝置中成膜的膜的品質(zhì)造成影響。另外，若成膜裝置的處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0例如在壓力為30pa～400pa的范圍內(nèi)變動，則與該處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0對應地，氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體壓力發(fā)生變動。

對此，在本發(fā)明中，為了控制氣體噴射裝置100的壓力變動和氣體量，在氣體噴射裝置100的氣體供給側具有對氣體流量調(diào)整機構和氣體壓力進行恒定控制的機構以及對處于規(guī)定壓力范圍內(nèi)的情況進行監(jiān)視的機構。

在圖2中，為了控制氣體噴射裝置100的壓力變動和氣體量，在氣體噴射裝置100的前級配設有調(diào)整氣體流量的閥102b。另外，在閥102b的后級配設有自動壓力控制裝置(apc)103。換句話說，利用閥102b以及apc103，將氣體噴射裝置100內(nèi)的壓力控制為恒定值。

在apc103中，壓力計103b始終計測氣體噴射裝置100內(nèi)的壓力。而且，對apc103內(nèi)的自動開閉閥103b進行微調(diào)整開閉控制，以使得該測定值成為恒定。由此，將氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體流量以及壓力控制為恒定。

這樣，通過在氣體噴射裝置100的前級設置閥102b和apc103，能夠提高在成膜裝置內(nèi)成膜的膜的品質(zhì)。

需要說明的是，在從氣體噴射裝置100噴出品質(zhì)良好的波束狀的氣體時，期望增大氣體噴射單元部23。另外，期望氣體噴射單元部23中的用于使整流化后的氣體在不發(fā)生亂流的狀態(tài)下噴出的噴出部5設計得盡可能小。

如上所述，在氣體噴射單元部23的扇形形狀的長度lx、間隙do的部分，通過充分增加長度lx，將氣體的流動在恒定方向上整流化，且與氣體通過對應地使整流化后的氣體加速。因此，能夠從氣體噴射單元部23噴射具有指向性的波束狀的氣體g2。因此，將非加熱、加熱以及放電氣體向成膜裝置噴射的氣體噴射裝置100即便在具有高縱橫比的槽的被處理體上也能夠使氣體到達該槽內(nèi)，從而能夠均勻地噴射氣體，其結果是，能夠使均質(zhì)的膜在該槽內(nèi)成膜。

另外，在氣體噴射單元部23的扇形形狀的長度lx、間隙do的部分，由于氣體被整流且被加速，因此結果是，能夠從氣體噴射單元部23噴射高速的氣體g2。因此，例如，在氣體g2為包含壽命短的原子團氣體的氣體的情況下，能夠在短時間內(nèi)使氣體到達被處理體，因此，能夠在維持了高濃度的原子團的狀態(tài)下向被處理體照射原子團氣體g2。因此，能夠使高品質(zhì)的膜在被處理體上成膜，并且還能夠降低成膜溫度。

由扇形形狀(弧角＜180°)構成氣體噴射單元部23，并形成氣體通路的間隙do，若使氣體向該間隙do內(nèi)流動，則氣體在氣體噴射單元部23內(nèi)被整流(生成消除擴散速度vd的方向的速度)、加速(實現(xiàn)所噴射的氣體g2的高速化)。因此，從氣體噴射單元部23噴射上述的具有指向性的氣體g2。

另一方面，當氣體噴射單元部23的弧角過大時，間隙do內(nèi)的氣體碰撞發(fā)生較多，在間隙do內(nèi)生成原子團氣體的情況下，原子團氣體在間隙do內(nèi)大多消失。另外，當弧角過大時，氣體噴射單元部23的占有面積變大。鑒于這些事項，期望弧角為60°以下。

另外，若間隙do的寬度δd為3mm以下，則能夠充分地實現(xiàn)氣體噴射單元部23內(nèi)的整流化。其中，間隙do的寬度δd越小，則越能夠進一步提高整流化，也越能夠實現(xiàn)從氣體噴射單元部23噴射的氣體g2的高速化。

另外，如上所述，期望氣體噴射單元部23的構件的氣體所面向的部分由原子團氣體在與壁的碰撞下消失較少的藍寶石或石英構成，且通路面成為凹凸少的面。

由此，能夠抑制在氣體通過的壁面上生成因氣體引起的腐蝕物等。因此，應防止從氣體噴射單元部23除了輸出氣體g2以外還輸出雜質(zhì)。換句話說，能夠從氣體噴射單元部23始終噴出高純度的氣體g2。

<實施方式2>

在本實施方式中，通過使氣體g1在氣體噴射單元部23內(nèi)加熱而使氣體g1原子團氣體化。而且，本實施方式的氣體噴射單元部23噴射原子團氣體g2。圖4是示出噴射加熱氣體的本實施方式的氣體噴射裝置100的結構的圖。

作為通過加熱而生成原子團氣體g2的氣體種類，存在臭氧氣體(換句話說，在圖4中，從氣體供給部101向氣體噴射裝置100供給的氣體g1為臭氧氣體)。

通常，在臭氧發(fā)生器中利用電介質(zhì)阻擋放電而產(chǎn)生臭氧氣體。近來，已經(jīng)通過將不包含氮氣且400g/m³左右的高濃度臭氧化氣體向cvd裝置供給而確立了利用臭氧氣體的氧化膜的成膜技術。

這樣的成膜技術例如將cvd裝置內(nèi)設為減壓氣氛且加熱氣氛。然后，向該cvd裝置交替地供給前驅氣體(例如teos(tetraetheylorthosilicate)等硅有機化合物)和高濃度臭氧氣體，使氧化膜在cvd裝置內(nèi)的被處理體上成膜。

在此，在供給前驅氣體的工序中，使si金屬從硅有機化合物熱解離，并且在供給臭氧氣體的工序中，通過使臭氧氣體的一部分熱解離而生成氧原子(氧原子團)。該氧原子團的氧化力強，通過與熱解離后的si金屬進行氧化反應而使sio2膜在被處理體上成膜。

本實施方式的氣體噴射單元部23從臭氧氣體生成氧原子團氣體，并將該氧原子團氣體作為具有指向性的波束狀的氣體g2而噴出。

實施方式1中說明的氣體噴射裝置100與本實施方式的氣體噴射裝置100除了追加了下述構件以外，為相同的結構。

如圖4所示，在本實施方式中，在扇形形狀的氣體噴射單元部23的外側面呈環(huán)狀地配設有加熱器(加熱部)51。需要說明的是，在本實施方式中，如圖4所示，氣體噴射裝置100具有用于對加熱器51進行加熱的電源h1。

通過對加熱器51進行加熱，將扇形形狀的氣體噴射單元部23加熱至數(shù)十℃～100℃左右，其結果是，將氣體噴射單元部23內(nèi)的間隙do內(nèi)的氣體空間加熱至數(shù)十℃～100℃。當臭氧氣體通過該加熱狀態(tài)的間隙do時，臭氧氣體發(fā)生熱解離，生成氧原子團氣體，在壽命為從氧原子團氣體返回到氧氣為止的短時間內(nèi)向被處理體噴射包含氧原子團氣體的氣體g2。

從氣體供給部101供給的高濃度的臭氧氣體g1在氣體分散供給部99內(nèi)被均勻地分散之后，輸入至扇形形狀的氣體的間隙do、氣體空間寬度w0的長方形剖面的氣體空間。然后，臭氧氣體g1在加熱至數(shù)十℃～100℃左右的間隙do的氣體空間內(nèi)傳送。在間隙do內(nèi)傳送中的臭氧氣體部分地發(fā)生熱解離。換句話說，通過臭氧氣體在加熱了的間隙do內(nèi)發(fā)生熱解離，從而生成大量的氧原子團氣體。該氧原子團氣體被向噴出部5內(nèi)供給。然后，經(jīng)由噴出孔102朝向被處理體噴射氧原子團氣體g2。在此，如也在實施方式1中說明的那樣，從噴出孔102噴出具有指向性的波束狀的氧原子團氣體g2。

需要說明的是，在上述說明中，以具有一個噴出孔102的結構為例進行了說明，但也可以具有多個噴出孔102(實施方式1也同樣)。

如以上那樣，在本實施方式中，在氣體噴射單元部23的外側配設有進行加熱的加熱器51。

這樣，能夠利用加熱器51對狹窄間隙do的氣體空間進行直接加熱，因此，能夠以更低的溫度(數(shù)十℃～100℃左右)使臭氧氣體高效地熱解離，并且，能夠通過氣體噴射單元部23在短時間內(nèi)使解離后的氧原子團氣體噴出。而且，噴出后的包含氧原子團氣體的噴出氣體g2能夠作為具有指向性的波束向被處理體照射。

需要說明的是，作為噴出氣體g1，也可以代替臭氧氣體而采用氮化合物氣體、氫化合物氣體。在這些情況下，在加熱狀態(tài)的間隙do內(nèi)，通過熱解離而生成氮原子團氣體、氫原子團氣體。當從氣體噴射單元部23向被處理體照射氮原子團氣體g2時，形成氮化膜，當照射氫原子團氣體g2時，形成氫還原膜(促進了氫結合的金屬膜)。

另外，也可以向圖4所示的氣體噴射單元部1的間隙do內(nèi)輸入作為氣體g1的前驅氣體。在該情況下，使加熱后的前驅氣體從氣體噴射單元部23呈波束狀地噴出。

需要說明的是，本實施方式也與實施方式1同樣地，在氣體噴射裝置100的前級配設有閥102b和apc103。

<實施方式3>

在本實施方式的氣體噴射裝置100中，在氣體噴射單元部23的氣體間隙do內(nèi)產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電，利用該電介質(zhì)阻擋放電生成品質(zhì)良好的原子團氣體。而且，本實施方式的氣體噴射單元部23噴出具有指向性的波束狀的高速度的原子團氣體。圖5是示出本實施方式的氣體噴射裝置100的結構的圖。

實施方式1所說明的氣體噴射裝置100和本實施方式的氣體噴射裝置100除了追加了下述構件以外，為相同的結構。

已知向電極面施加高電壓的交流電壓而產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電，利用該電介質(zhì)阻擋放電使氣體解離，從而生成原子團氣體。本實施方式的氣體噴射裝置100能夠用作可獲取通過電介質(zhì)阻擋放電而生成的、具有非常高的能量且品質(zhì)良好的原子團氣體的有效機構。

如圖5所示，本實施方式的氣體噴射單元部23具有平板狀且扇形形狀的兩個平板2、3。而且，第一電極61緊貼地配設于平板2，第二電極緊貼地配設于平板3(第二電極存在于平板3的后方，因此在圖5中未圖示)。而且，在第一電極51配設有供電板610，在第二電極配設有供電板620。

本實施方式的氣體噴射單元部23為電介質(zhì)，例如由藍寶石或石英一體地形成，氣體噴射單元部23內(nèi)由密閉的空間構成。因此，即便氣體噴射單元部23內(nèi)的氣體壓力為低壓狀態(tài)，由于設置于氣體噴射單元部23外的第一電極部61、第二電極部所設置的場所為大氣壓，因此，第一電極部61的基于高電壓施加的絕緣對策具有能夠在大氣壓下設計的優(yōu)點。

需要說明的是，在本實施方式中，如圖5所示，氣體噴射裝置100具有經(jīng)由供電板610、620而用于向第一電極部61與第二電極部之間施加交流電壓的交流電源9。在此，第一電極部61位于高電位hv側，第二電極部位于低電位(接地電位)lv側。

通過交流電源9，經(jīng)由供電板610、620向第一電極部61與第二電極部之間施加高電壓的交流電壓。這樣，在形成于氣體噴射單元部23內(nèi)的氣體間隙do(能夠理解為放電空間)內(nèi)，產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電。當氣體通過產(chǎn)生該電介質(zhì)阻擋放電的間隙do時，氣體發(fā)生電離，生成具有非常高的能量的品質(zhì)良好的原子團氣體。在此，在本實施方式中，間隙do為高電場且低溫。

從氣體供給部101供給的氣體g1(例如氮氣)在氣體分散供給部99內(nèi)被均勻地分散之后輸入至氣體噴射單元部23的間隙do。然后，氮氣g1在產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電的間隙do內(nèi)傳送。通過電介質(zhì)阻擋放電，從在間隙do內(nèi)傳送中的氮氣生成氮原子團氣體。該氮原子團氣體向噴出部5內(nèi)供給。然后，經(jīng)由噴出孔102朝向被處理體噴射氮原子團氣體g2。在此，也如在實施方式1中說明的那樣，從噴出孔102噴出具有指向性且具有波束狀的高速度的氮原子團氣體g2。

需要說明的是，在上述說明中，以具有一個噴出孔102的結構為例進行了說明，但也可以具有多個噴出孔102。

如以上那樣，在本實施方式中，在氣體噴射單元部23的兩個主面上配設有兩個電極部61。

因此，當經(jīng)由作為電介質(zhì)的氣體噴射單元部23向氣體間隙do內(nèi)施加交流電壓時，能夠在氣體間隙do內(nèi)產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電。因此，當向該間隙do內(nèi)供給氣體g1時，能夠在該間隙do內(nèi)生成原子團氣體g2。從氣體噴射單元部23輸出具有指向性的波束狀的原子團氣體g2。在此，也如實施方式1中說明的那樣，在間隙do內(nèi)傳送的氣體被整流、加速。因此，從氣體噴射單元部23輸出高速的波束化了的原子團氣體g2。因此，原子團氣體g2到達被處理體的時間被短縮，在維持了高濃度的狀態(tài)下將原子團氣體g2照射于被處理體。

在此，為了去除由電介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的放電熱量，也可以在供電板610、620內(nèi)設置供冷媒循環(huán)的流路，對此省略圖示。通過使水等冷媒在該流路內(nèi)循環(huán)，能夠經(jīng)由冷卻后的供電板610、620而將兩個電極61以及氣體噴射單元部23內(nèi)冷卻。在該冷卻后的氣體間隙do的放電空間內(nèi)生成品質(zhì)更好的原子團氣體。

為了利用電介質(zhì)阻擋放電而生成品質(zhì)良好的原子團氣體，需要將氣體間隙do內(nèi)的等離子體狀態(tài)設為高電場。為了實現(xiàn)高電場的等離子體狀態(tài)，要求將p·d(kpa·cm)積設為規(guī)定值以下的條件。在此，p為間隙do內(nèi)的氣體壓力(能夠把握為上述的氣體壓力p1)，并且d為間隙do的寬度(能夠把握為上述的δd)。

在原子團氣體的情況下p·d積為相同的值時，在為大氣壓+短間隙長度(寬度δd小)的條件(稱為前者的情況)和為減壓+長間隙長度(寬度δd大)的條件(稱為后者的情況)的情況下，后者的情況在下述方面是有益的。換句話說，在后者的情況下，在間隙do中流動的氣體流速高，且間隙長度(放電面的壁)寬，能夠抑制原子團氣體向壁碰撞的碰撞量所造成的損失(換句話說能夠抑制產(chǎn)生的原子團氣體量(原子團氣體濃度)的分解)。

根據(jù)以上情況，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，從能夠穩(wěn)定地驅動電介質(zhì)阻擋放電而得到良好的原子團氣體這樣的觀點出發(fā)，期望氣體噴射單元部23滿足以下的條件。

換句話說，在氣體噴射裝置100內(nèi)，期望將氣體壓力p1設定為約10kpa～30kpa左右，將間隙do內(nèi)的寬度δd設定為約0.3～3mm，從而使p·d積值成為約0.3～9(kpa·cm)。通過將氣體壓力p1以及寬度δd設定在所述值的范圍內(nèi)，能夠提高電介質(zhì)阻擋放電的電場強度，能夠生成品質(zhì)良好的原子團氣體。

需要說明的是，在本實施方式中，也與實施方式1同樣地在氣體噴射裝置100的前級配設有閥102b和apc103。在本實施方式中，當氣體噴射裝置100的氣體壓力成為規(guī)定范圍外時，無法進行電介質(zhì)阻擋放電，或者產(chǎn)生異常放電。因此，在本實施方式中，從該觀點出發(fā)，需要配設閥102b以及apc103，并且將氣體噴射裝置100內(nèi)的壓力維持為恒定。另外，也可以采用如下結構：在apc103中感知到氣體噴射裝置100內(nèi)的壓力異常的情況下，利用來自apc103的電信號使放電用電源9立即停止。

需要說明的是，作為一例，上述中對采用氮氣作為氣體g1的情況進行了說明。然而，代替氮氣也可以采用氮化合物氣體。另外，作為向氣體噴射單元部23的間隙do內(nèi)供給的氣體g1，也可以采用氧化合物氣體(包括氧氣、臭氧)、氫化合物氣體(包括氫氣)等。在該情況下，在間隙do內(nèi)通過電離而從氧化合物氣體生成氧原子團氣體，從氫化合物氣體生成氫原子團氣體。

尤其是在向氣體噴射裝置100供給氧氣的情況下，向供給的氧氣中添加微量的氮氣或氮氧化物氣體(數(shù)十ppm～數(shù)萬ppm)。當進行電介質(zhì)阻擋放電時，在生成的氮氧化物的催化劑的作用下，氧原子團氣體的生成量能夠大量增加。其結果是，能夠有助于提高氧化膜的成膜品質(zhì)和提高成膜率。

在向供給的氧氣中添加了微量的氮氣或氮氧化物氣體的情況下，所添加的氮氣或氮氧化物氣體通過放電還生成硝酸氣體。在成膜裝置200內(nèi)生成的硝酸氣體與裝置200內(nèi)的金屬部件接觸時，發(fā)生金屬污染。因此，從抑制金屬污染發(fā)生的觀點出發(fā)，尤其期望向氧氣添加的氮量為1000ppm以下。

當從氣體噴射單元部23向被處理體照射氧原子團氣體g2時，形成氧化膜，當照射氫原子團氣體g2時，形成氫還原膜(促進了氫結合的金屬膜)。

<實施方式4>

在本實施方式中，實施方式1所說明的氣體噴射單元部23在氣體噴射裝置100中配設有多個。

圖6是示意性地示出由具有多個氣體噴射單元部23的氣體噴射裝置100和處理腔室(成膜裝置)200構成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結構的立體圖。在圖6所示的氣體噴射裝置100中，經(jīng)由各噴出孔102向成膜裝置200內(nèi)噴出氣體g2。

如圖6所示，在一個氣體分散供給部99與一個成膜裝置200之間，配置有多個實施方式1中說明的氣體噴射單元部23。需要說明的是，在本實施方式中，氣體噴射裝置100的外側也為大氣壓。另外，除了氣體噴射單元部23的數(shù)量以外，實施方式1與圖6的結構相同。

圖7是示意性地示出本實施方式的氣體噴射裝置100的另一結構的立體圖。在圖7所示的氣體噴射裝置100中，經(jīng)由各噴出孔102向成膜裝置200內(nèi)噴出氣體g2。

如圖7所示，在一個氣體分散供給部99與一個成膜裝置200之間，配設有多個實施方式2中說明的氣體噴射單元部23。需要說明的是，在本實施方式中，氣體噴射裝置100的外側也為大氣壓。另外，除了氣體噴射單元部23的數(shù)量以外，實施方式2與圖7的結構相同。

圖8是示意性地示出本實施方式的氣體噴射裝置100的另一結構的立體圖。在圖8所示的氣體噴射裝置100中，經(jīng)由各噴出孔102向成膜裝置200內(nèi)噴出氣體g2。

如圖8所示，在一個氣體分散供給部99與一個成膜裝置200之間，配設有多個實施方式3中說明的氣體噴射單元部23。需要說明的是，在本實施方式中，氣體噴射裝置100的外側也為大氣壓。另外，除了氣體噴射單元部23的數(shù)量以外，實施方式3與圖8的結構相同。

通常，在成膜裝置200中具有供給前驅體的部分、以及供給與如氧化膜或氮化膜那樣求出的膜種對應的氣體的部分。對此，相對于一個成膜裝置200，也可以組合地連接與供給前驅體的部分相當?shù)牡谝环羌訜岬臍怏w噴射裝置100(圖6的氣體噴射裝置100)、以及與供給和如氧化膜或氮化膜那樣求出的膜種對應的氣體的部分相當?shù)牡诙訜釟怏w或放電氣體的氣體噴射裝置100(圖7或圖8的氣體噴射裝置100)。在此，在第一非加熱的氣體噴射裝置100內(nèi)配設有噴射前驅氣體的多個氣體噴射單元部23。另外，在第二非加熱、加熱以及放電氣體的氣體噴射裝置100內(nèi)配設有噴射原子團氣體的多個氣體噴射單元部23。

作為遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結構，具有在成膜裝置200內(nèi)設置一張被處理體的單張?zhí)幚硇汀⒁约霸诔赡ぱb置200內(nèi)設置多張被處理體的批量型。在向成膜裝置200送入前驅氣體時，經(jīng)由圖6所示的多個氣體噴射單元部23進行供給，在送入作為氮化材料或氧化材料的活性化氣體的原料氣體時，經(jīng)由圖7、8所示的多個氣體噴射單元部23進行供給。由此，能夠在層疊多層作為被處理體的功能元件而形成的三維功能元件(3d元件)的表面上使氮化膜或氧化膜均勻地成膜。

在圖6、7、8中，均勻地排列有多個氣體噴射單元部23，在氣體分散供給部99內(nèi)均勻地分散后的氣體向各氣體噴射單元部23均勻地流入。

<實施方式5>

在本實施方式中，如圖9所示，氣體噴射裝置100具有錐體形狀的氣體噴射單元部23，該錐體形狀的氣體噴射單元部23以設置氣體的間隙d0的方式配置了同軸狀的錐體形狀的兩個構件。若從錐體形狀的氣體噴射單元部23的頂點部噴出氣體g2，則能夠噴出同等的波束狀的氣體，能夠實現(xiàn)品質(zhì)良好的成膜。

附圖標記說明：

23氣體噴射單元部；

5噴出部；

9交流電源；

51加熱器；

61第一電極部；

610第一電極部的供電部；

620第二電極部的供電部；

100氣體噴射裝置；

101氣體供給部；

102噴出孔；

200成膜裝置(處理腔室)；

d0間隙；

g1(向氣體噴射單元部23供給的)氣體；

g2(從氣體噴射單元部23輸出的)氣體；

h1加熱器電源；

p0(成膜裝置200內(nèi)的)氣體壓力；

p1(氣體噴射裝置100內(nèi)的)氣體壓力。