成膜裝置和氣體排出部件的製作方法

2023-07-09 05:41:36 2

專利名稱：成膜裝置和氣體排出部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過氣體排出部件排出處理氣體，通過其反應在被處理基板上形成高介電常數膜等的膜的成膜裝置和該裝置所使用的氣體排出部件。
背景技術：
最近，由於LSI的高集成化、高速化的要求，構成LSI的半導體元件的設計規則越來越微細化，不僅如此，在CMOS裝置中，柵極絕緣膜使用SiO2電容換算膜厚的 EOT (Equivalent Oxide Thickness)被要求為1.5nm左右以下的值。作為不增加柵極漏電流實現這種薄的絕緣膜的材料，高介電常數材料，也稱作High-K材料得到關注。在柵極絕緣膜使用高介電常數材料的情況下，不存在與矽基板的相互擴散、熱力學的穩定是必要的，從該觀點出發，鉿、鋯或稀土類元素的氧化物和其矽酸鹽等被寄予期另一方面，不僅限於形成這種高介電常數材料的場合，作為成膜裝置，在處理容器內設置載置作為晶片的半導體晶片的載置臺，作為氣體排出部件，使用與載置臺對向的設置具有多數氣體排出孔的噴淋板。然後，形成膜的時候，隨著加熱載置臺上的半導體晶片， 從噴淋板的氣體排出孔排出成膜用的處理氣體，在被處理基板上使處理氣體的反應發生， 在被處理基板表面形成規定的膜。在這種成膜裝置中，作為噴淋板，一般使用鋁或鋁合金制的材料，以輻射率調整及耐腐蝕性的提高為目的，在與被處理基板相對的面形成薄的陽極氧化被膜(氧化鋁膜)(日本特開2000-303180號公報)。但是，在使用上述成膜裝置形成由氧化鉿等的高介電常數材料構成的膜(高介電常數膜)的情況下，成膜時在噴淋板的表面也形成膜，重複進行對應晶片的成膜的過程中， 在噴淋板裡形成的膜中有時產生裂縫，有時產生剝落或脫落，並且，晶片上的膜的膜厚再現性、面內膜厚分布的穩定性、晶片上的微粒數有惡化的傾向。

發明內容
本發明的目的是提供在成膜處理時，使氣體排出部件的表面形成的膜的裂縫、剝落、脫落不容易產生的成膜裝置及使用該裝置的氣體排出部件。本發明的發明者們不斷進行上述課題的探討後，發現在使用由現有技術中的鋁或鋁合金構成的氣體排出部件的情況下，在由氧化鉿代表的高介電常數膜中，處理溫度下的熱膨脹率與氣體排出部件的主體的熱膨脹率有很大的不同，成膜時附著在氣體排出部件上的高介電常數膜，在成膜處理中由於與主體的熱膨脹差而變得容易剝落，並且這種剝落，不僅限於高介電常數膜，在成膜溫度下，氣體排出部件與要形成的膜的熱膨脹差在 5X10_6/°C以上時也變得容易產生。因此，使氣體排出部件，與要形成的膜的熱膨脹率之差小於5X10_6/°C是有效的，除此之外，還發現即使氣體排出部件主體與膜的熱膨脹率之差在5X10_6/°C以上，在氣體排出部件的表面中，如果形成厚度在IOym以上的，與要形成的膜的熱膨脹率之差比 5X10_6/°C小的氧化膜，則也能夠緩和氣體排出部件與氣體排出部件中形成的膜的熱膨脹差。例如，在使用由現有技術中的鋁或鋁合金構成的氣體排出部件的情況下，通過在表面中形成厚度在IOym以上的陽極氧化被膜，能夠緩和氣體排出部件與氣體排出部件中形成的膜的熱膨脹差。另外，還發現在氣體排出部件的放射率比膜的放射率小的情況下，隨著在氣體排出部件的形成膜的進行，氣體排出部件的放射率慢慢地變化，由於其放射率的變化引起的放射輸入熱量的上升，氣體排出部件的溫度上升，但是，其溫度上升大的話，由於伴隨於此的氣體排出部件與在那裡形成的膜之間的熱膨脹差，在膜中很可能發生應力而產生裂縫。本發明是基於這些觀點完成的。即，按照本發明的第一觀點，提供一種成膜裝置，其使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜，該成膜裝置的特徵在於，包括收容被處理基板的處理容器；在所述處理容器內載置被處理基板的載置臺；對所述載置臺上的被處理基板進行加熱的加熱機構；和氣體排出部件，其在所述處理容器內與所述載置臺對向設置，向被處理基板排出所述處理氣體，其中所述氣體排出部件具有在成膜溫度下熱膨脹率比所述膜高5X10_7°C以上的主體，和在所述主體的與所述載置臺相對的面氧化處理主體而形成的厚度在10 μ m以上的氧化被膜。按照本發明的第二觀點所提供的成膜裝置，其是使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜的成膜裝置，其特徵在於，具備收容被處理基板的處理容器；在所述處理容器內載置被處理基板的載置臺；加熱所述載置臺上的被處理基板的加熱機構；和在所述處理容器內被設置與所述載置臺相對的，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，所述氣體排出部件，由在成膜溫度下的與所述膜的熱膨脹率之差比5X10_6/°C小的材料構成。按照本發明的第三觀點所提供的成膜裝置，其使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜，該成膜裝置的特徵在於，包括收容被處理基板的處理容器；在所述處理容器內載置被處理基板的載置臺；對所述載置臺上的被處理基板進行加熱的加熱機構；和氣體排出部件，其在所述處理容器內與所述載置臺對向設置，向被處理基板排出所述處理氣體，其中所述氣體排出部件具有主體，和在所述主體的與所述載置臺相對的面上形成的被膜，所述被膜與所述膜的放射率之差在0. 09以下。按照本發明的第四觀點所提供的氣體排出部件，其是在使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜的成膜裝置中，以與所述載置被處理體的載置臺相對的方式被設置在所述處理容器內，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，該氣體排出部件的特徵在於，包括在成膜溫度下熱膨脹率比所述膜高5X 10_6/°C以上的主體，和通過在所述主體的與所述載置臺相對的面上將主體氧化處理後而形成的厚度為 10 μ m以上的氧化被膜。按照本發明的第五觀點所提供的氣體排出部件，是在使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面成膜膜的成膜裝置中，在所述處理容器內被設置與所述載置臺相對的，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，由在成膜溫度下的與所述膜的熱膨脹率之差比5X 10_6/°C小的材料構成。
按照本發明的第六觀點所提供的氣體排出部件，是在使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜的成膜裝置中，以與所述載置被處理體的載置臺相對的方式被設置在所述處理容器內，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，該氣體排出部件的特徵在於，包括主體，和在所述主體的與所述載置臺相對的面形成的、與所述膜的放射率之差在0. 09以下的被膜。


圖1是涉及本發明的第一實施方式的成膜裝置的截面圖。圖2是圖1的成膜裝置的噴淋板的截面圖。圖3是使用裝著具有厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片連續地形成肚5丨0!￡膜時的晶片上的肚5丨0!￡膜的膜厚變化及膜厚的偏差的變化的附圖。圖4是使用裝著具有厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片連續地形成HfSiOx膜時的每20片採樣的晶片中的大小超過0. 12 μ m的微粒的個數的附圖。圖5是使用裝著具有厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片連續地形成HfSiOx膜時的噴淋頭及噴淋板的溫度變化的附圖。圖6A是使用裝著具有厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片進行HfSiOx膜的連續成膜後的噴淋板表面的剝離試驗的進行結果的照片。圖6B是使用裝著具有現有技術中的厚0. 7 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片進行HfO2膜的連續成膜後的噴淋板表面的剝離試驗的進行結果的照片。圖6C是使用裝著具有現有技術中的厚0. 7 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片進行HfSiOx膜的連續成膜後的噴淋板表面的剝離試驗的進行結果的照片。圖7是使用裝著具有厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片連續地形成HfSiOx膜後的噴淋板的截面的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。圖8是使用裝著具有厚0. 7 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，對10000片晶片連續地形成HfSiOx膜後的噴淋板的截面的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。圖9是使用現有技術中的鋁製的噴淋板，對5000片晶片連續形成HfO2膜時的噴淋板的溫度變化的附圖。圖10是比較使用現有技術中的鋁製的噴淋板的情況下，與使用在表面形成陽極氧化被膜的噴淋板的情況下，對10000片晶片連續形成HfSiOx膜後的噴淋板的溫度變化的附圖。圖11是使用在表面形成陽極氧化被膜的噴淋板，連續形成HfSiOx膜後的噴淋板的溫度變化的附圖。圖12是圖13的A、B、C所示的狀況中的噴淋板的狀態的附圖。圖13是調查在對5000片晶片連續成膜HfSiOx(Si 30% )後的膜厚變得比規格小的「膜厚降低」產生的狀況的結果的附圖。圖14是涉及本發明的第二實施方式的成膜裝置的噴淋板的截面圖。
圖15是涉及本發明的第三實施方式的成膜裝置的噴淋板的截面圖。圖16是使用裝著在Ti板中形成TW2膜的噴淋板的成膜裝置，對5000片以上的晶片連續地形成HfSiOx膜後的晶片上的HfSiOx膜的膜厚變化及膜厚的偏差的變化的附圖。
具體實施例方式以下，參照圖示，說明本發明的實施方式。首先，說明本發明的第一實施方式。圖1是涉及本發明的第一實施方式的成膜裝置的截面圖。該成膜裝置100，具有密閉構成的近圓筒狀的腔室1，其中，為了水平支持作為晶片的半導體晶片(以下只記作晶片)w的載置臺2，以被設置在其中央下部的圓筒狀支持構件3支持的狀態，被配置著。這個載置臺2由AlN等的陶瓷構成。另外，載置臺2中嵌入有加熱器如、513。加熱器fe被設置在載置臺的中心，加熱器恥以環狀被設置在加熱器fe的外側。這些加熱器fe、5b中連接有加熱器電源6a、6b。然後，基於載置臺2中設置的熱電偶(未圖示，熱電對)的檢出信號，通過加熱器控制器7獨立控制加熱器電源6a和6b，進行晶片W的溫度控制。腔室1的上壁Ia中，形成有圓形的孔lb，以從那裡向腔室內突出的方式，噴淋頭 10被嵌入。噴淋頭10由鋁或鋁合金構成。噴淋頭10的上表面設有氣體導入口 11，噴淋頭 10的下部形成有圓板狀的凹部。噴淋頭10的下表面，以覆蓋凹部的方式安裝作為氣體排出部件的噴淋板12，由凹部與噴淋板12形成的空間作為氣體擴散空間15起作用。並且，通過2種或在這之上的處理氣體的反應，成膜的時候，可以使用後混合方式(post mix type), 即，經由在噴淋頭10中不同的路線從噴淋板12排出這些氣體，排出後混合這些氣體。
噴淋頭10的氣體導入口 11中，接續有從處理氣體供給機構20延長來的氣體供給配管21。處理氣體供給機構20，是用於向腔室1中供給在載置臺2上的晶片W上用於形成規定膜的處理氣體。本實施方式中，形成具有比構成噴淋板12主體13的材料的成膜處理溫度下的熱膨脹率低5X10_6/°C以上的熱膨脹率的膜，典型的是高介電常數膜(High-k 膜)。在形成這些High-k膜之中的例如氧化鉿(HfO2)膜或矽酸鉿(HfSiOx (χ為1 2))膜的情況下是適合的。其它，能夠例舉的還有氧化鋯( )膜、矽酸鋯(&SiOx)膜、氧化鑭 (LaOx)膜、矽酸鑭(LaSiOx)膜、氧化鉭(TaOx)膜、鈦酸鍶(SrTiOx)膜和氧化釔(YOx)膜、氧化鈦(TiOx)膜。形成這些膜是通過從處理氣體供給機構20經過氣體供給配管21和氣體擴散空間15從噴淋板12向晶片W供給作為處理氣體的，例如，有機金屬化合物和按照需要用於形成氧化劑和矽酸鹽等的矽化合物。例如，在形成HfO2膜的情況下，作為有機金屬化合物能夠使用四叔丁醇鉿(HTB)等的金屬醇或四二甲基氨基鉿(TDMAH)的氨基系的有機金屬化合物。另外，作為氧化劑能夠例舉的有O3氣體、H2O氣體和O2氣體等。而且，作為矽的化合物，能夠例舉的有四乙氧基矽烷(TE0S)、二矽烷(Si2H6)等的矽烷系化合物。在腔室1的底壁lc，設有向下方突出的排氣室30。排氣室30的側面接續有排氣管31，這個排氣管31接續有排氣機構32。然後，通過開動這個排氣機構32，能夠使腔室1 內減壓到規定的真空度。在腔室1的側壁設有，在與晶片傳送室(未圖示)之間用於進行晶片W的傳送出
8入的傳送出入口 33和開關這個傳送出入口 33的閥門34。上述噴淋板12，如圖2所示，具有由在成膜溫度下熱膨脹率比上述膜高 5 X 10-6/oC以上的材料的鋁或鋁合金構成的主體13，和在主體13下表面形成的陽極氧化被膜(Al2O3) 14 ；形成有多數的氣體排出孔12a。陽極氧化被膜14，具有緩和由熱膨脹率大的鋁或鋁合金構成的主體13和在成膜時附著在噴淋板12表面的膜之間的熱膨脹率之差的機能。即，在噴淋板12表面，由於附著與在晶片W中形成的膜相同的膜，所以附著的膜與主體 13之間存在大的膨脹率差。因此，向主體13直接附著這樣的膜後，由成膜處理時的加熱引起的熱膨脹差，該膜可能剝落。但是，由於在主體13的下表面形成陽極氧化被膜14，能夠緩和它們之間的熱膨脹差，抑制附著的膜的剝落。為了發揮緩和這種熱膨脹率之差的作用，陽極氧化被膜14的厚度必須在10 μ m以上。陽極氧化被膜14的厚度不足10 μ m的話，陽極氧化被膜14的熱膨脹受到主體13的熱膨脹的影響變大，充分發揮緩和熱膨脹率之差的作用是困難的。最好是在15μπι以上。從發揮緩和熱膨脹率之差的作用的觀點上看，雖然不存在陽極氧化被膜14的膜厚的上限，但是由於超過100 μ m後效果飽和，只是徒增費用，所以100 μ m成為事實上的上限。在這種被構成的成膜裝置中，首先，在腔室1內排氣使其為規定的減壓狀態，例如 400Pa,通過加熱器如、恥加熱晶片W到規定的溫度。對於加熱溫度，不論形成的膜是HfO2, 還是HfSiOx，都為200 600°C的程度。該狀態下從處理氣體供給機構20，使成膜用的處理氣體，經過氣體供給配管21和氣體擴散空間15從噴淋板12的氣體排出孔12a，向晶片W進行處理氣體的排出。於是，在預先被加熱的晶片W上處理氣體產生反應，晶片W表面形成例如HfO2膜或HfSiOx膜的High-k 膜。然後，對多個的晶片W連續進行這種成膜。在該成膜時，由於成膜反應在噴淋板12的表面也產生，所以噴淋板12的表面也附著應形成的膜。對多個的晶片W連續進行這種成膜後，附著在噴淋板12表面的膜的附著量繼續增加。在現有技術中，由於噴淋板12的表面的陽極氧化被膜為0.7μπι左右，較薄，所以導致陽極氧化被膜產生與由鋁或鋁合金構成的主體幾乎相同的熱膨脹。例如，在噴淋板的主體由鋁構成，成膜用的膜是HfO2膜和HfSiOx膜的情況下，由於鋁的熱膨脹率是 23X10_7°C，HfO2和HfSiOx的熱膨脹率是5 8X 10_6/°C，所以熱膨脹率之差是15 18X 10_6/°C，附著在噴淋板12的膜成為容易剝落的狀態。而且，發生這樣的膜剝落後，由於隨著晶片W上的微粒增加，噴淋頭12的表面的表面積也增加，成膜用的處理氣體在噴淋板 12處被更多地消費，供給晶片W的處理氣體的量減少，導致晶片上的膜的膜厚再現性和面內膜厚分布的穩定性惡化。對此，本實施方式中，由於在噴淋板12的主體13的表面形成厚度在IOym以上的陽極氧化被膜，所以通過緩和該熱膨脹差的作用能夠抑制附著在噴淋板12的膜的剝落。 即，由於陽極氧化被膜14是Al2O3,該熱膨脹率是6 8X10_6/°C，該厚度是IOym以上，所以陽極氧化被膜14的連接附著膜的部分的熱膨脹率是近似於6 8X 10_6/°C的值，陽極氧化被膜14與附著的膜之間幾乎沒有熱膨脹差，能夠充分抑制附著的膜的剝落。因此，能夠維持為較少的晶片微粒數，能夠改良晶片上的膜的膜厚再現性和面內膜厚分布的穩定性。由於這種膜剝落，在與噴淋板12的主體13的熱膨脹率之差在5X10_7°C以上的情況下有容易產生的傾向，所以使成膜對象膜是具有比構成主體13的材料的成膜處理溫度下的熱膨脹率低5X10_6/°C以上的低熱膨脹率的膜。被認為具有同樣傾向的還有上述矽酸鉿(HfSiOx)、氧化鑭(LaOx)、氧化鈦(TiOx)、氧化鉭(TaOx)等。另外，作為具有該範圍的熱膨脹率的材料，如上所述，還有氧化鋯(ZrOx)膜、矽酸鋯(&SiOx)膜、矽酸鑭(LaSiOx) 膜、鈦酸鍶(SrTiOx)膜和氧化釔(YOx)膜等。並且，雖然在主體13和陽極氧化被膜14之間有大的熱膨脹率之差，但是由於它們之間整合性良好，所以它們之間剝落等情況不會發生。像這樣，按照本實施方式，由於在由鋁或鋁合金構成的主體的表面形成厚度在 IOym以上的陽極氧化被膜，構成作為氣體排出部件的噴淋板，所以在形成與處理溫度下的氣體排出部件的主體的熱膨脹率之差是5X 10_6/°C以上的熱膨脹率低的膜時，能夠緩和氣體排出部件的主體與附著氣體排出部件的表面的膜的熱膨脹率之差，能夠使附著氣體排出部件的膜的裂縫、剝落、脫落難以發生。因此，能夠減輕氣體排出部件表面中形成的膜的剝落和脫落等，能夠改善基板上的膜的膜厚再現性、面內膜厚分布的穩定性、基板上的微粒數。並且，雖然作為現有技術上的氣體排出部件的噴淋板也在表面形成有陽極氧化被膜，但如上所述其目的是為了輻射率調整和耐蝕性提高，通常，膜厚為0. 7 μ m左右較薄，幾乎不能得到熱膨脹的緩和作用。在本實施方式中，陽極氧化被膜14的放射率(輻射率)最好在0. 6以上。在這種陽極氧化被膜14的放射率(輻射率)高的情況下，從載置臺2的熱吸收變得良好，陽極氧化被膜14的溫度變高，附著陽極氧化被膜14的膜變得更緻密，更難以剝落。陽極氧化被膜 14的放射率，能夠通過使被膜表面的粗糙度變粗，而增大。通過使陽極氧化被膜14的表面粗糙度Ra(IS04287-1997)在3. 2以上，能夠使放射率在0. 8以上。其次，對掌握本實施方式效果的實驗的實驗結果進行說明。使用向鋁製的主體裝設具有厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板的成膜裝置，作為成膜用的處理氣體使用四叔丁醇鉿(HTB)，對10000片的晶片連續進行向晶片上的HfO2膜的成膜處理。首先，掌握該10000片的連續成膜時的晶片上的HfSiOx膜的膜厚變換及膜厚的偏差變化。在圖3中顯示其結果。圖3是顯示對10000片晶片連續地形成HfSiOx膜時的晶片上的HfSiOx膜的膜厚變化及膜厚的偏差的變化的附圖。如該圖所示，膜厚是穩定的，至 7000片為止的晶片間的膜厚偏差是在Io的0. 94%，至10000片為止的晶片間的膜厚偏差是在1σ的1.60%，的容許範圍內。其次，掌握關於上述10000片連續成膜時的向晶片附著的微粒。在圖4中顯示其結果。圖4是顯示每20片採樣的晶片中的大小超過0.12μπι的微粒的個數的附圖。如該圖所示，確認大小超過0. 12 μ m的微粒極其少。其次，掌握關於上述10000片連續成膜時的噴淋頭及噴淋板的溫度變化的穩定性。在圖5中顯示其結果。圖5是，顯示對10000片的連續成膜時的噴淋頭及噴淋板的溫度變化的附圖。如該圖所示，雖然看不出噴淋頭的溫度變化，但是噴淋板的溫度慢慢地上升。 這是由噴淋板的陽極氧化被膜的(放射率)輻射率在0.6以上較高所引起的。其次，對使用形成有上述厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板進行對上述10000片晶片的HfSiOx膜的連續成膜後的噴淋板，進行剝離試驗。為了比較，對使用形成有現有技術中的厚0. 7 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板對上述10000片晶片進行HfO2膜及HfSiOx膜的連續成膜後的噴淋板，也進行剝離試驗。剝離試驗通過在10000片成膜後的噴淋板的表面貼膠布，並將其撕開後，用目視進行確認附著在膠布上的附著物進行。在圖6A 圖6C中顯示其結果。圖6A 圖6C是顯示剝離試驗後的膠布中附著物的附著狀態的照片，圖6A顯示使用形成本實施方式的厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板，進行HfSiOx膜的連續成膜後的結果，圖6B、圖6C顯示使用現有技術中的噴淋板，分別進行HfO2膜及HfSiOx膜的連續成膜後的結果。從這些照片可以確認通過使用形成有按照本發明的厚度的陽極氧化被膜的噴淋板，附著在其表面的膜變得很難剝落。其次，掌握使用形成有上述厚20 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板，進行對上述10000 片晶片的HfSiOx膜的連續成膜後的在噴淋板表面的HfSiOx膜的附著狀態。在圖7中顯示其結果。圖7是顯示10000片連續成膜後的噴淋板的截面的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。如該圖所示，確認在噴淋板中形成的HfSiOx膜上沒有產生剝落。並且，雖然有產生裂縫，但是這是由於移開噴淋板時的突然的溫度變化引起的。為了比較，在圖8中顯示有，對使用形成有現有技術中的厚0. 7 μ m的陽極氧化被膜的噴淋板，同樣地進行對10000片晶片的HfSiOx膜的連續成膜後的噴淋板的截面的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片。如該圖所示， 確認在現有技術中的噴淋板中產生有HfSiOx膜的剝落。另外，由於現有技術中的噴淋板只由極薄的陽極氧化被膜形成，所以噴淋板的放射率，幾乎是鋁的放射率0. 05左右。相對於此，要形成的膜是!1 )2或!^510!￡的情況下，放射率是0. 9左右較高，對多數的晶片進行連續的成膜的話，噴淋板表面的放射率慢慢地上升， 隨著向噴淋板的HfO2或HfSiOx的附著進行，放射輸入熱量變大，噴淋板的溫度上升。圖9 顯示有形成HfO2膜的情況下的現有技術中的噴淋板的溫度上升，如該圖所示，在對5000片的薄板的連續成膜下噴淋板的溫度上升70°C以上。即，能夠考慮為由上述熱膨脹率之差引起的附著在噴淋板的HfSiOx膜和HfO2膜等的裂縫和剝落等，由於噴淋板的放射率變化引起的溫度變化而被助長。對此，按照本實施方式，通過在主體13的表面形成陽極氧化被膜14來構成噴淋板 12，能夠使噴淋板12的表面的放射率比現有技術中的高。在陽極氧化被膜14的放射率是 0. 8的情況下，如圖10所示，與只使用現有技術中的薄的陽極氧化被膜的情況相比較，能夠提高初期溫度，縮小噴淋板的溫度變化。從這種特點上看，附著的膜的放射率是0. 9的情況下，陽極氧化被膜14的放射率最好在0. 8以上。一般化後，陽極氧化被膜14和附著的膜的放射率之差最好在0. 1以下。 但是，如圖10所示，雖然放射率0. 9的HfSiOx膜附著在放射率0. 8的陽極氧化被膜的情況下，放射率的差是0. 1，但是連續地成膜多數的晶片時，放射輸入熱量增加，相應地噴淋板 12的溫度慢慢地上升，2000片左右的連續成膜下變得比初期溫度高15°C左右，5000片左右的連續成膜下變得比初期溫度高30°C左右。因此，由其溫度差引起的熱膨脹差有時候變得不能忽視，在這種情況下，附著的HfSiOx膜中產生應力。S卩，由這時的放射率之差引起的溫度變化在圖11中顯示後，在初期階段A下，如圖12的A所示，附著在噴淋板的HfSiOx膜中幾乎沒有產生應力，但是，晶片的片數增加到達B後，如圖12的B所示在HfSiOx膜中產生拉伸應力，晶片的片數變為1000 2000片左右的C後，如圖12的C所示，HfSiOx膜變得不能承受拉伸應力，產生在HfSiOx膜中生成裂縫的情況。附著在噴淋板的HfSiOx膜中產生裂縫後，成膜時的成膜原料在裂縫處被消費，有膜厚變動、面內分布增大的傾向。這種膜厚變動產生時的狀態在圖13中顯示。圖13，是調查在對5000片晶片連續成膜HfSiOx(Si 30%)後的膜厚變得比規格小的「膜厚降低」產生的狀況的結果的附圖，顯示關於使用形成陽極氧化被膜(厚20 μ m)的噴淋板的狀況(1st和2nd的2種類)。為了比較，顯示使用現有技術中的鋁製的噴淋板對1000片晶片連續成膜HfSiOx(Si30% )後的狀況。如圖13所示，在形成陽極氧化被膜的情況下也確認出溫度差在13°C以上時發生「膜厚降低」。並且，現有技術中的鋁製的噴淋板中，在連續成膜1000片的情況下發生「膜厚降低」。由這种放射率之差引起的缺點，如果陽極氧化被膜14的放射率和附著的膜，即要形成的膜的放射率的差在0.09以下的話，大致能夠消除。附著的膜的放射率是0.9的 HfSiOx或HfO2的情況下，能夠使陽極氧化被膜14的放射率在0. 81 0. 99範圍內，為此， 使陽極氧化被膜的表面粗糙度Ra比3. 2更大是有效的。更加優先的放射率的差是0. 05以下(即，在HfSiOx和HfO2等的情況下，陽極氧化被膜14的放射率是0. 85 0. 95)。並且，本實施方式中，顯示關於由鋁或鋁合金構成的主體中形成陽極氧化被膜 (Al2O3)的狀況，不僅限於此，主體與要形成的膜的熱膨脹率之差是5 X 10-6/oC以上的材料， 在其表面形成主體材料的氧化物，其氧化膜和要形成的膜的熱膨脹差在5 X 10_6/°C以下的話是使用可能的。例如，在形成HfSiOx膜或HfO2膜的情況下，作為主體材料能夠例舉Ti、 Mo、Ta和W等的高熔點的金屬。另外，雖然在上本實施方式中，以代表有HfSiOx膜或HfO2 膜的High-k膜的成膜為例進行說明，但是如果是在成膜溫度下熱膨脹率比上述氣體排出部件的主體膨脹率，低5 X 10-6/oC以上的膜的成膜的話，不僅限於High-k。而且，關於裝置構成上述的實施方式是示例，可以是各種各樣的形態。其次，說明本發明的第二實施方式。圖14是涉及本發明的第二實施方式的成膜裝置的噴淋板的截面圖。本實施方式中，由於噴淋板以外的結構與第一實施方式相同，省略說明。本實施方式的成膜裝置，是形成像HfO2膜和HfSiOx膜等的High_k膜的裝置。噴淋板42，由與要形成的High-k膜的成膜溫度下的熱膨脹差比5X 10_6/°C小的材料構成，具有多個的氣體排出孔42。像HfO2膜和HfSiOx膜的High_k膜，由於其熱膨脹率是5 8X 10_7°C左右，作為噴淋板42的材料，熱膨脹率是8. 9X 10_6/°C的與High-k膜的熱膨脹係數相近的Ti為優選。作為在形成High-k膜時的噴淋板42的材料，Ti以外，還能夠例舉Mo (熱膨脹率 4· 9X 10_6,C )、Ta (熱膨脹率 6. 3X 10_6,C )、W(熱膨脹率 4. 3X 10_6,C )和 Ni 基合金的 HASTELL0Y (註冊商標，哈斯特洛伊耐蝕耐熱鎳基合金)(熱膨脹率12. 4X 10_6/°C )。像這樣，通過設置由具有與要形成的膜的熱膨脹率相近的熱膨脹率的材料構成的噴淋板42，就算由於成膜處理時的加熱造成噴淋板42的溫度上升，也能夠使噴淋板42和附著在噴淋板42的膜的熱膨脹差減小，能夠使在附著於噴淋板42的膜中產生的應力減低。因此，附著於噴淋板42的膜的裂縫、剝落、脫落難以產生，能夠提高晶片的膜的膜厚再現性、 面內膜厚分布的穩定性，並且能夠減少晶片上的微粒的數量。
另外，本實施方式中，在形成High-k膜的成膜裝置中，作為構成噴淋板42的，與要形成的膜的熱膨脹差比5X10_6/°C小的材料，雖然舉例顯示有Ti、Mo、Ta、W和鎳基合金的哈斯特洛伊耐蝕耐熱鎳基合金(註冊商標，Hastelloy)，但是不僅限於此，任何膜的成膜都可以，只要噴淋板42的材料，與要形成的膜的熱膨脹率之差比5X10_6/°C小就可以。其次，說明關於本發明的第三實施方式。圖15是涉及本發明的第三實施方式的成膜裝置的噴淋板的截面圖。在本實施方式中，由於噴淋板以外的構成與第一實施方式相同，省略說明。本實施方式的成膜裝置，是形成像HfSiOx膜和HfO2膜等的High-k膜的裝置。噴淋板52，具有主體53、和形成在主體53的表面的高放射率膜M，形成有多個的氣體排出孔 52 ο主體53的材料沒有被特別地限定。例如，可以是現有技術中使用的鋁或鋁合金， 也能夠使用上述的Ti、Mo、Ta、W和Ni基合金。在這些之中，Ti、Mo、Ta、W和Ni基合金是優選。高放射率膜M，具有與要形成的膜的放射率接近的放射率，由兩者的差在0. 09以下的材料構成。例如要形成的膜是HfSiOx膜和HfO2膜等的話，放射率接近0. 9，作為高放射率膜討，選擇放射率是0. 81 0. 99的材料。放射率的差的更好的範圍是0. 05，這時，要形成的膜是HfSiOx膜和HfO2膜等時作為高放射率膜M選擇0. 85 0. 95的材料。作為放射率在這樣的範圍的材料，能夠例舉Ti02。TW2的放射率是0. 87 0. 94，在0. 81 0. 99 的範圍內。作為構成高放射率膜M的其它的材料，能夠例舉 系氧化物(放射率0.9)、 鉻系氧化物(放射率0. 9)、碳(放射率0. 9)和HfO2 (放射率0. 9)。形成手法沒有特別地被限定，例如，能夠由蒸鍍、陽極氧化形成。另外，高放射率膜M是構成主體53的材料的氧化物時，通過向主體53實施氧化處理能夠形成高放射率膜 M。例如，主體53是鋁的情況下，作為高放射率膜M能夠使用使表面粗糙度變粗的陽極氧化被膜(Al2O3)，主體53是Ti的情況下，對其實施氧化處理能夠形成由TW2構成的高放射率膜討。高放射率膜M的厚度，是能夠發揮該材料本來的放射率的厚度即可，是1 50 μ m 的程度就足夠。像這樣，作為噴淋板52，通過在主體53的表面形成與像HfSiOx膜和HfO2膜等的 High-k膜的放射率的差在0. 09以下的高放射率膜M，對多個的晶片連續地進行成膜，就算進行對噴淋板52的表面的High-k膜的附著，放射率也幾乎不會變化，能夠減小噴淋板52 的溫度上升，能夠極大地降低由主體53與附著在噴淋板52的High-k膜的熱膨脹差引起的向High-k膜的應力。為此，能夠有效地抑制向附著在噴淋板52的表面的High-k膜的裂縫發生。為此，能夠提高晶片上的膜的膜厚再現性、面內膜厚分布的穩定性，並且能夠減少晶片上微粒的數量。為了更加有效果地抑制在這種High-k膜中的裂縫產生，使主體53的材料與第二實施方式的噴淋板42的材料相同，最好使用與要形成的High-k膜的在成膜溫度下的熱膨脹差比5X 10_6/°C小的材料、例如，Ti、Mo、Ta、W和HASTELL0Y(註冊商標，斯特洛伊耐蝕耐熱鎳基合金，^ ^r a 4 ) 由此，能夠極其有效地抑制噴淋板52的初期及成膜進行時的雙方的溫度變動，能夠進一步減小附著在噴淋板52的High-k膜中的應力。具體來說，在形成HfSiOx膜和HfO2膜等時，作為主體53的材料使用Ti，作為高放射率膜使用TW2膜是優選。這種組合的話，不僅能夠極其減小上記熱膨脹率之差及放射率，而且，能夠通過主體53 的氧化更容易地形成高放射率膜M的同時，由於這些的整合性高密合性好，高放射率膜M 的剝落也不產生。其次，對關於掌握本實施方式效果的實施結果進行說明。使用裝設在鈦制的主體中形成TiO2膜的噴淋板的成膜裝置，作為成膜用的處理氣體使用四叔丁醇鉿(HTB)，對5000片以上晶片連續地進行向晶片上的HfSiOx膜的成膜處理，掌握晶片上的HfSiOx膜的膜厚變化及膜厚的偏差的變化。在圖16中顯示其結果。圖 16是顯示使用裝著在Ti板中形成TW2膜的噴淋板的成膜裝置，對5000片以上的晶片連續地形成HfSiOx膜後的晶片上的HfSiOx膜的膜厚變化及膜厚的偏差的變化的附圖。如這個附圖所示，薄厚穩定，就算超過5000片，晶片間的膜厚偏差也只是Io的1. 2%左右。並且，本實施方式中，在形成High-k膜的成膜裝置中，設置噴淋板52由主體53 和高放射率膜M構成，構成高放射率膜M的，作為與要形成的High-k膜的放射率之差在 0. 09以下的材料，雖然舉例顯示有Ti02、！^氧化物、鉻系氧化物、碳和HfO2,但是不僅限於此，高放射率膜M的材料，只要是與所要形成的膜的放射率之差在0. 09以下的材料即可， 任何材料都可以。
權利要求
1.一種成膜裝置，其使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜，該成膜裝置的特徵在於，包括收容被處理基板的處理容器；在所述處理容器內載置被處理基板的載置臺；對所述載置臺上的被處理基板進行加熱的加熱機構；和氣體排出部件，其在所述處理容器內與所述載置臺對向設置，向被處理基板排出所述處理氣體，其中所述氣體排出部件具有在成膜溫度下熱膨脹率比所述膜高5X10_6/°C以上的主體，和在所述主體的與所述載置臺相對的面氧化處理主體而形成的厚度在10 μ m以上的氧化被膜。
2.如權利要求1所述的成膜裝置，其特徵在於所述主體由鋁或鋁合金構成，所述氧化被膜是陽極氧化被膜。
3.如權利要求1所述的成膜裝置，其特徵在於 所述膜是高介電常數膜。
4.如權利要求3所述的成膜裝置，其特徵在於所述膜選自氧化鉿膜、矽酸鉿膜、氧化鋯膜、矽酸鋯膜、氧化鑭膜、矽酸鑭膜、氧化鉭膜、 鈦酸鍶膜和氧化釔膜。
5.如權利要求1所述的成膜裝置，其特徵在於 所述陽極氧化被膜的厚度在15 μ m以上。
6.如權利要求1所述的成膜裝置，其特徵在於 所述氧化被膜的放射率在0. 6以上。
7.如權利要求1所述的成膜裝置，其特徵在於所述氧化被膜的放射率與所述膜的放射率之差在0.1以下。
8.如權利要求7所述的成膜裝置，其特徵在於所述氧化被膜的放射率與所述膜的放射率之差在0. 09以下。
9.一種成膜裝置，其是使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜的成膜裝置，其特徵在於，具備收容被處理基板的處理容器； 在所述處理容器內載置被處理基板的載置臺； 加熱所述載置臺上的被處理基板的加熱機構；和在所述處理容器內被設置與所述載置臺相對的，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，所述氣體排出部件，由在成膜溫度下的與所述膜的熱膨脹率之差比5X10_6/°C小的材料構成。
10.如權利要求9所述的成膜裝置，其特徵在於 所述膜是高介電常數膜。
11.如權利要求10所述的成膜裝置，其特徵在於所述膜，是從由氧化鉿膜、矽酸鉿膜、氧化鋯膜、矽酸鋯膜、氧化鑭膜、矽酸鑭膜、氧化鉭膜、鈦酸鍶膜和氧化釔膜形成的組中選擇的膜。
12.如權利要求10所述的成膜裝置，其特徵在於所述氣體排出部件，從由Ti、Mo、Ta、W、HASTELLOY(註冊商標)形成的組中選擇的材料構成。
13.一種成膜裝置，其使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜，該成膜裝置的特徵在於，包括收容被處理基板的處理容器；在所述處理容器內載置被處理基板的載置臺；對所述載置臺上的被處理基板進行加熱的加熱機構；和氣體排出部件，其在所述處理容器內與所述載置臺對向設置，向被處理基板排出所述處理氣體，其中所述氣體排出部件具有主體，和在所述主體的與所述載置臺相對的面上形成的被膜， 所述被膜與所述膜的放射率之差在0. 09以下。
14.如權利要求13所述的成膜裝置，其特徵在於所述膜是高介電常數膜。
15.如權利要求14所述的成膜裝置，其特徵在於所述膜選自氧化鉿膜、矽酸鉿膜、氧化鋯膜、矽酸鋯膜、氧化鑭膜、矽酸鑭膜、氧化鉭膜、 鈦酸鍶膜和氧化釔膜。
16.如權利要求15所述的成膜裝置，其特徵在於所述膜是氧化鉿膜或矽酸鉿膜。
17.如權利要求16所述的成膜裝置，其特徵在於所述被膜的放射率是0. 081 0. 099。
18.如權利要求17所述的成膜裝置，其特徵在於所述被膜由選自TiO2、！^e氧化物、鉻系氧化物、碳、氧化鉿形成的組中選擇的材料構成。
19.如權利要求13所述的成膜裝置，其特徵在於所述主體由在成膜溫度下與所述膜的熱膨脹率之差小於5X 10_6/°C的材料構成。
20.如權利要求19所述的成膜裝置，其特徵在於所述氣體排出部件由選自Ti、Mo、Ta、W、哈斯特洛伊耐蝕耐熱鎳基合金(註冊商標， HastelIoy，/、7歹口 4 )的材料構成。
21.如權利要求13所述的成膜裝置，其特徵在於所述主體由Ti構成，所述被膜由TiO2構成。
22.—種氣體排出部件，其是在使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜的成膜裝置中，以與所述載置被處理體的載置臺相對的方式被設置在所述處理容器內，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，該氣體排出部件的特徵在於，包括在成膜溫度下熱膨脹率比所述膜高5X 10_6/°C以上的主體，和通過在所述主體的與所述載置臺相對的面上將主體氧化處理後而形成的厚度為IOym以上的氧化被膜。
23.一種氣體排出部件，其是在使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面成膜膜的成膜裝置中，在所述處理容器內被設置與所述載置臺相對的，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，由在成膜溫度下的與所述膜的熱膨脹率之差比5X 10_6/°C小的材料構成。
24. 一種氣體排出部件，其是在使處理氣體在被加熱的被處理基板上反應，在被處理基板的表面形成膜的成膜裝置中，以與所述載置被處理體的載置臺相對的方式被設置在所述處理容器內，向被處理基板排出所述處理氣體的氣體排出部件，該氣體排出部件的特徵在於，包括主體，和在所述主體的與所述載置臺相對的面形成的、與所述膜的放射率之差在0. 09 以下的被膜。
全文摘要
成膜裝置(100)具備收容晶片(W)的腔室(1)；在腔室(1)內載置晶片(W)的載置臺(2)；在載置臺(2)上加熱晶片(W)的加熱器(5a、5b)和；設置為與載置臺(2)對向，向晶片(W)排出成膜用的處理氣體的主體由鋁或鋁合金構成的噴淋板(12)，其是在晶片(W)的表面，形成在成膜溫度下熱膨脹率比噴淋板(12)的主體(13)的熱膨脹率低5×10-6/℃以上的膜的裝置，噴淋板(12)在與主體(13)的載置臺(2)相對的表面形成有厚度為10μm以上的陽極氧化被膜(14)。
文檔編號H01L21/31GK102301460SQ20108000608
公開日2011年12月28日 申請日期2010年1月28日 優先權日2009年1月29日
發明者內田博章, 巖田輝夫, 桑嶋亮, 橋本毅, 網倉學 申請人:東京毅力科創株式會社