专利名称：成膜装置和气体排出部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过气体排出部件排出处理气体，通过其反应在被处理基板上形成高介电常数膜等的膜的成膜装置和该装置所使用的气体排出部件。
背景技术：
最近，由于LSI的高集成化、高速化的要求，构成LSI的半导体元件的设计规则越来越微细化，不仅如此，在CMOS装置中，栅极绝缘膜使用SiO2电容换算膜厚的 EOT (Equivalent Oxide Thickness)被要求为1.5nm左右以下的值。作为不增加栅极漏电流实现这种薄的绝缘膜的材料，高介电常数材料，也称作High-K材料得到关注。在栅极绝缘膜使用高介电常数材料的情况下，不存在与硅基板的相互扩散、热力学的稳定是必要的，从该观点出发，铪、锆或稀土类元素的氧化物和其硅酸盐等被寄予期另一方面，不仅限于形成这种高介电常数材料的场合，作为成膜装置，在处理容器内设置载置作为晶片的半导体晶片的载置台，作为气体排出部件，使用与载置台对向的设置具有多数气体排出孔的喷淋板。然后，形成膜的时候，随着加热载置台上的半导体晶片， 从喷淋板的气体排出孔排出成膜用的处理气体，在被处理基板上使处理气体的反应发生， 在被处理基板表面形成规定的膜。在这种成膜装置中，作为喷淋板，一般使用铝或铝合金制的材料，以辐射率调整及耐腐蚀性的提高为目的，在与被处理基板相对的面形成薄的阳极氧化被膜(氧化铝膜)(日本特开2000-303180号公报)。但是，在使用上述成膜装置形成由氧化铪等的高介电常数材料构成的膜(高介电常数膜)的情况下，成膜时在喷淋板的表面也形成膜，重复进行对应晶片的成膜的过程中， 在喷淋板里形成的膜中有时产生裂缝，有时产生剥落或脱落，并且，晶片上的膜的膜厚再现性、面内膜厚分布的稳定性、晶片上的微粒数有恶化的倾向。
发明内容
本发明的目的是提供在成膜处理时，使气体排出部件的表面形成的膜的裂缝、剥落、脱落不容易产生的成膜装置及使用该装置的气体排出部件。本发明的发明者们不断进行上述课题的探讨后，发现在使用由现有技术中的铝或铝合金构成的气体排出部件的情况下，在由氧化铪代表的高介电常数膜中，处理温度下的热膨胀率与气体排出部件的主体的热膨胀率有很大的不同，成膜时附着在气体排出部件上的高介电常数膜，在成膜处理中由于与主体的热膨胀差而变得容易剥落，并且这种剥落，不仅限于高介电常数膜，在成膜温度下，气体排出部件与要形成的膜的热膨胀差在 5X10_6/°C以上时也变得容易产生。因此，使气体排出部件，与要形成的膜的热膨胀率之差小于5X10_6/°C是有效的，除此之外，还发现即使气体排出部件主体与膜的热膨胀率之差在5X10_6/°C以上，在气体排出部件的表面中，如果形成厚度在IOym以上的，与要形成的膜的热膨胀率之差比 5X10_6/°C小的氧化膜，则也能够缓和气体排出部件与气体排出部件中形成的膜的热膨胀差。例如，在使用由现有技术中的铝或铝合金构成的气体排出部件的情况下，通过在表面中形成厚度在IOym以上的阳极氧化被膜，能够缓和气体排出部件与气体排出部件中形成的膜的热膨胀差。另外，还发现在气体排出部件的放射率比膜的放射率小的情况下，随着在气体排出部件的形成膜的进行，气体排出部件的放射率慢慢地变化，由于其放射率的变化引起的放射输入热量的上升，气体排出部件的温度上升，但是，其温度上升大的话，由于伴随于此的气体排出部件与在那里形成的膜之间的热膨胀差，在膜中很可能发生应力而产生裂缝。本发明是基于这些观点完成的。即，按照本发明的第一观点，提供一种成膜装置，其使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜，该成膜装置的特征在于，包括收容被处理基板的处理容器；在所述处理容器内载置被处理基板的载置台；对所述载置台上的被处理基板进行加热的加热机构；和气体排出部件，其在所述处理容器内与所述载置台对向设置，向被处理基板排出所述处理气体，其中所述气体排出部件具有在成膜温度下热膨胀率比所述膜高5X10_7°C以上的主体，和在所述主体的与所述载置台相对的面氧化处理主体而形成的厚度在10 μ m以上的氧化被膜。按照本发明的第二观点所提供的成膜装置，其是使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜的成膜装置，其特征在于，具备收容被处理基板的处理容器；在所述处理容器内载置被处理基板的载置台；加热所述载置台上的被处理基板的加热机构；和在所述处理容器内被设置与所述载置台相对的，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，所述气体排出部件，由在成膜温度下的与所述膜的热膨胀率之差比5X10_6/°C小的材料构成。按照本发明的第三观点所提供的成膜装置，其使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜，该成膜装置的特征在于，包括收容被处理基板的处理容器；在所述处理容器内载置被处理基板的载置台；对所述载置台上的被处理基板进行加热的加热机构；和气体排出部件，其在所述处理容器内与所述载置台对向设置，向被处理基板排出所述处理气体，其中所述气体排出部件具有主体，和在所述主体的与所述载置台相对的面上形成的被膜，所述被膜与所述膜的放射率之差在0. 09以下。按照本发明的第四观点所提供的气体排出部件，其是在使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜的成膜装置中，以与所述载置被处理体的载置台相对的方式被设置在所述处理容器内，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，该气体排出部件的特征在于，包括在成膜温度下热膨胀率比所述膜高5X 10_6/°C以上的主体，和通过在所述主体的与所述载置台相对的面上将主体氧化处理后而形成的厚度为 10 μ m以上的氧化被膜。按照本发明的第五观点所提供的气体排出部件，是在使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面成膜膜的成膜装置中，在所述处理容器内被设置与所述载置台相对的，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，由在成膜温度下的与所述膜的热膨胀率之差比5X 10_6/°C小的材料构成。
按照本发明的第六观点所提供的气体排出部件，是在使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜的成膜装置中，以与所述载置被处理体的载置台相对的方式被设置在所述处理容器内，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，该气体排出部件的特征在于，包括主体，和在所述主体的与所述载置台相对的面形成的、与所述膜的放射率之差在0. 09以下的被膜。
图1是涉及本发明的第一实施方式的成膜装置的截面图。图2是图1的成膜装置的喷淋板的截面图。图3是使用装着具有厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片连续地形成肚5丨0!￡膜时的晶片上的肚5丨0!￡膜的膜厚变化及膜厚的偏差的变化的附图。图4是使用装着具有厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片连续地形成HfSiOx膜时的每20片采样的晶片中的大小超过0. 12 μ m的微粒的个数的附图。图5是使用装着具有厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片连续地形成HfSiOx膜时的喷淋头及喷淋板的温度变化的附图。图6A是使用装着具有厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片进行HfSiOx膜的连续成膜后的喷淋板表面的剥离试验的进行结果的照片。图6B是使用装着具有现有技术中的厚0. 7 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片进行HfO2膜的连续成膜后的喷淋板表面的剥离试验的进行结果的照片。图6C是使用装着具有现有技术中的厚0. 7 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片进行HfSiOx膜的连续成膜后的喷淋板表面的剥离试验的进行结果的照片。图7是使用装着具有厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片连续地形成HfSiOx膜后的喷淋板的截面的扫描式电子显微镜(SEM)照片。图8是使用装着具有厚0. 7 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，对10000片晶片连续地形成HfSiOx膜后的喷淋板的截面的扫描式电子显微镜(SEM)照片。图9是使用现有技术中的铝制的喷淋板，对5000片晶片连续形成HfO2膜时的喷淋板的温度变化的附图。图10是比较使用现有技术中的铝制的喷淋板的情况下，与使用在表面形成阳极氧化被膜的喷淋板的情况下，对10000片晶片连续形成HfSiOx膜后的喷淋板的温度变化的附图。图11是使用在表面形成阳极氧化被膜的喷淋板，连续形成HfSiOx膜后的喷淋板的温度变化的附图。图12是图13的A、B、C所示的状况中的喷淋板的状态的附图。图13是调查在对5000片晶片连续成膜HfSiOx(Si 30% )后的膜厚变得比规格小的“膜厚降低”产生的状况的结果的附图。图14是涉及本发明的第二实施方式的成膜装置的喷淋板的截面图。
图15是涉及本发明的第三实施方式的成膜装置的喷淋板的截面图。图16是使用装着在Ti板中形成TW2膜的喷淋板的成膜装置，对5000片以上的晶片连续地形成HfSiOx膜后的晶片上的HfSiOx膜的膜厚变化及膜厚的偏差的变化的附图。
具体实施例方式以下，参照图示，说明本发明的实施方式。<第一实施方式>首先，说明本发明的第一实施方式。图1是涉及本发明的第一实施方式的成膜装置的截面图。该成膜装置100，具有密闭构成的近圆筒状的腔室1，其中，为了水平支持作为晶片的半导体晶片(以下只记作晶片)w的载置台2，以被设置在其中央下部的圆筒状支持构件3支持的状态，被配置着。这个载置台2由AlN等的陶瓷构成。另外，载置台2中嵌入有加热器如、513。加热器fe被设置在载置台的中心，加热器恥以环状被设置在加热器fe的外侧。这些加热器fe、5b中连接有加热器电源6a、6b。然后，基于载置台2中设置的热电偶(未图示，热电对)的检出信号，通过加热器控制器7独立控制加热器电源6a和6b，进行晶片W的温度控制。腔室1的上壁Ia中，形成有圆形的孔lb，以从那里向腔室内突出的方式，喷淋头 10被嵌入。喷淋头10由铝或铝合金构成。喷淋头10的上表面设有气体导入口 11，喷淋头 10的下部形成有圆板状的凹部。喷淋头10的下表面，以覆盖凹部的方式安装作为气体排出部件的喷淋板12，由凹部与喷淋板12形成的空间作为气体扩散空间15起作用。并且，通过2种或在这之上的处理气体的反应，成膜的时候，可以使用后混合方式(post mix type), 即，经由在喷淋头10中不同的路线从喷淋板12排出这些气体，排出后混合这些气体。
喷淋头10的气体导入口 11中，接续有从处理气体供给机构20延长来的气体供给配管21。处理气体供给机构20，是用于向腔室1中供给在载置台2上的晶片W上用于形成规定膜的处理气体。本实施方式中，形成具有比构成喷淋板12主体13的材料的成膜处理温度下的热膨胀率低5X10_6/°C以上的热膨胀率的膜，典型的是高介电常数膜(High-k 膜)。在形成这些High-k膜之中的例如氧化铪(HfO2)膜或硅酸铪(HfSiOx (χ为1 2))膜的情况下是适合的。其它，能够例举的还有氧化锆( )膜、硅酸锆(&SiOx)膜、氧化镧 (LaOx)膜、硅酸镧(LaSiOx)膜、氧化钽(TaOx)膜、钛酸锶(SrTiOx)膜和氧化钇(YOx)膜、氧化钛(TiOx)膜。形成这些膜是通过从处理气体供给机构20经过气体供给配管21和气体扩散空间15从喷淋板12向晶片W供给作为处理气体的，例如，有机金属化合物和按照需要用于形成氧化剂和硅酸盐等的硅化合物。例如，在形成HfO2膜的情况下，作为有机金属化合物能够使用四叔丁醇铪(HTB)等的金属醇或四二甲基氨基铪(TDMAH)的氨基系的有机金属化合物。另外，作为氧化剂能够例举的有O3气体、H2O气体和O2气体等。而且，作为硅的化合物，能够例举的有四乙氧基硅烷(TE0S)、二硅烷(Si2H6)等的硅烷系化合物。在腔室1的底壁lc，设有向下方突出的排气室30。排气室30的侧面接续有排气管31，这个排气管31接续有排气机构32。然后，通过开动这个排气机构32，能够使腔室1 内减压到规定的真空度。在腔室1的侧壁设有，在与晶片传送室(未图示)之间用于进行晶片W的传送出
8入的传送出入口 33和开关这个传送出入口 33的阀门34。上述喷淋板12，如图2所示，具有由在成膜温度下热膨胀率比上述膜高 5 X 10-6/oC以上的材料的铝或铝合金构成的主体13，和在主体13下表面形成的阳极氧化被膜(Al2O3) 14 ；形成有多数的气体排出孔12a。阳极氧化被膜14，具有缓和由热膨胀率大的铝或铝合金构成的主体13和在成膜时附着在喷淋板12表面的膜之间的热膨胀率之差的机能。即，在喷淋板12表面，由于附着与在晶片W中形成的膜相同的膜，所以附着的膜与主体 13之间存在大的膨胀率差。因此，向主体13直接附着这样的膜后，由成膜处理时的加热引起的热膨胀差，该膜可能剥落。但是，由于在主体13的下表面形成阳极氧化被膜14，能够缓和它们之间的热膨胀差，抑制附着的膜的剥落。为了发挥缓和这种热膨胀率之差的作用，阳极氧化被膜14的厚度必须在10 μ m以上。阳极氧化被膜14的厚度不足10 μ m的话，阳极氧化被膜14的热膨胀受到主体13的热膨胀的影响变大，充分发挥缓和热膨胀率之差的作用是困难的。最好是在15μπι以上。从发挥缓和热膨胀率之差的作用的观点上看，虽然不存在阳极氧化被膜14的膜厚的上限，但是由于超过100 μ m后效果饱和，只是徒增费用，所以100 μ m成为事实上的上限。在这种被构成的成膜装置中，首先，在腔室1内排气使其为规定的减压状态，例如 400Pa,通过加热器如、恥加热晶片W到规定的温度。对于加热温度，不论形成的膜是HfO2, 还是HfSiOx，都为200 600°C的程度。该状态下从处理气体供给机构20，使成膜用的处理气体，经过气体供给配管21和气体扩散空间15从喷淋板12的气体排出孔12a，向晶片W进行处理气体的排出。于是，在预先被加热的晶片W上处理气体产生反应，晶片W表面形成例如HfO2膜或HfSiOx膜的High-k 膜。然后，对多个的晶片W连续进行这种成膜。在该成膜时，由于成膜反应在喷淋板12的表面也产生，所以喷淋板12的表面也附着应形成的膜。对多个的晶片W连续进行这种成膜后，附着在喷淋板12表面的膜的附着量继续增加。在现有技术中，由于喷淋板12的表面的阳极氧化被膜为0.7μπι左右，较薄，所以导致阳极氧化被膜产生与由铝或铝合金构成的主体几乎相同的热膨胀。例如，在喷淋板的主体由铝构成，成膜用的膜是HfO2膜和HfSiOx膜的情况下，由于铝的热膨胀率是 23X10_7°C，HfO2和HfSiOx的热膨胀率是5 8X 10_6/°C，所以热膨胀率之差是15 18X 10_6/°C，附着在喷淋板12的膜成为容易剥落的状态。而且，发生这样的膜剥落后，由于随着晶片W上的微粒增加，喷淋头12的表面的表面积也增加，成膜用的处理气体在喷淋板 12处被更多地消费，供给晶片W的处理气体的量减少，导致晶片上的膜的膜厚再现性和面内膜厚分布的稳定性恶化。对此，本实施方式中，由于在喷淋板12的主体13的表面形成厚度在IOym以上的阳极氧化被膜，所以通过缓和该热膨胀差的作用能够抑制附着在喷淋板12的膜的剥落。 即，由于阳极氧化被膜14是Al2O3,该热膨胀率是6 8X10_6/°C，该厚度是IOym以上，所以阳极氧化被膜14的连接附着膜的部分的热膨胀率是近似于6 8X 10_6/°C的值，阳极氧化被膜14与附着的膜之间几乎没有热膨胀差，能够充分抑制附着的膜的剥落。因此，能够维持为较少的晶片微粒数，能够改良晶片上的膜的膜厚再现性和面内膜厚分布的稳定性。由于这种膜剥落，在与喷淋板12的主体13的热膨胀率之差在5X10_7°C以上的情况下有容易产生的倾向，所以使成膜对象膜是具有比构成主体13的材料的成膜处理温度下的热膨胀率低5X10_6/°C以上的低热膨胀率的膜。被认为具有同样倾向的还有上述硅酸铪(HfSiOx)、氧化镧(LaOx)、氧化钛(TiOx)、氧化钽(TaOx)等。另外，作为具有该范围的热膨胀率的材料，如上所述，还有氧化锆(ZrOx)膜、硅酸锆(&SiOx)膜、硅酸镧(LaSiOx) 膜、钛酸锶(SrTiOx)膜和氧化钇(YOx)膜等。并且，虽然在主体13和阳极氧化被膜14之间有大的热膨胀率之差，但是由于它们之间整合性良好，所以它们之间剥落等情况不会发生。像这样，按照本实施方式，由于在由铝或铝合金构成的主体的表面形成厚度在 IOym以上的阳极氧化被膜，构成作为气体排出部件的喷淋板，所以在形成与处理温度下的气体排出部件的主体的热膨胀率之差是5X 10_6/°C以上的热膨胀率低的膜时，能够缓和气体排出部件的主体与附着气体排出部件的表面的膜的热膨胀率之差，能够使附着气体排出部件的膜的裂缝、剥落、脱落难以发生。因此，能够减轻气体排出部件表面中形成的膜的剥落和脱落等，能够改善基板上的膜的膜厚再现性、面内膜厚分布的稳定性、基板上的微粒数。并且，虽然作为现有技术上的气体排出部件的喷淋板也在表面形成有阳极氧化被膜，但如上所述其目的是为了辐射率调整和耐蚀性提高，通常，膜厚为0. 7 μ m左右较薄，几乎不能得到热膨胀的缓和作用。在本实施方式中，阳极氧化被膜14的放射率(辐射率)最好在0. 6以上。在这种阳极氧化被膜14的放射率(辐射率)高的情况下，从载置台2的热吸收变得良好，阳极氧化被膜14的温度变高，附着阳极氧化被膜14的膜变得更致密，更难以剥落。阳极氧化被膜 14的放射率，能够通过使被膜表面的粗糙度变粗，而增大。通过使阳极氧化被膜14的表面粗糙度Ra(IS04287-1997)在3. 2以上，能够使放射率在0. 8以上。其次，对掌握本实施方式效果的实验的实验结果进行说明。使用向铝制的主体装设具有厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板的成膜装置，作为成膜用的处理气体使用四叔丁醇铪(HTB)，对10000片的晶片连续进行向晶片上的HfO2膜的成膜处理。首先，掌握该10000片的连续成膜时的晶片上的HfSiOx膜的膜厚变换及膜厚的偏差变化。在图3中显示其结果。图3是显示对10000片晶片连续地形成HfSiOx膜时的晶片上的HfSiOx膜的膜厚变化及膜厚的偏差的变化的附图。如该图所示，膜厚是稳定的，至 7000片为止的晶片间的膜厚偏差是在Io的0. 94%，至10000片为止的晶片间的膜厚偏差是在1σ的1.60%，的容许范围内。其次，掌握关于上述10000片连续成膜时的向晶片附着的微粒。在图4中显示其结果。图4是显示每20片采样的晶片中的大小超过0.12μπι的微粒的个数的附图。如该图所示，确认大小超过0. 12 μ m的微粒极其少。其次，掌握关于上述10000片连续成膜时的喷淋头及喷淋板的温度变化的稳定性。在图5中显示其结果。图5是，显示对10000片的连续成膜时的喷淋头及喷淋板的温度变化的附图。如该图所示，虽然看不出喷淋头的温度变化，但是喷淋板的温度慢慢地上升。 这是由喷淋板的阳极氧化被膜的(放射率)辐射率在0.6以上较高所引起的。其次，对使用形成有上述厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板进行对上述10000片晶片的HfSiOx膜的连续成膜后的喷淋板，进行剥离试验。为了比较，对使用形成有现有技术中的厚0. 7 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板对上述10000片晶片进行HfO2膜及HfSiOx膜的连续成膜后的喷淋板，也进行剥离试验。剥离试验通过在10000片成膜后的喷淋板的表面贴胶布，并将其撕开后，用目视进行确认附着在胶布上的附着物进行。在图6A 图6C中显示其结果。图6A 图6C是显示剥离试验后的胶布中附着物的附着状态的照片，图6A显示使用形成本实施方式的厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板，进行HfSiOx膜的连续成膜后的结果，图6B、图6C显示使用现有技术中的喷淋板，分别进行HfO2膜及HfSiOx膜的连续成膜后的结果。从这些照片可以确认通过使用形成有按照本发明的厚度的阳极氧化被膜的喷淋板，附着在其表面的膜变得很难剥落。其次，掌握使用形成有上述厚20 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板，进行对上述10000 片晶片的HfSiOx膜的连续成膜后的在喷淋板表面的HfSiOx膜的附着状态。在图7中显示其结果。图7是显示10000片连续成膜后的喷淋板的截面的扫描式电子显微镜(SEM)照片。如该图所示，确认在喷淋板中形成的HfSiOx膜上没有产生剥落。并且，虽然有产生裂缝，但是这是由于移开喷淋板时的突然的温度变化引起的。为了比较，在图8中显示有，对使用形成有现有技术中的厚0. 7 μ m的阳极氧化被膜的喷淋板，同样地进行对10000片晶片的HfSiOx膜的连续成膜后的喷淋板的截面的扫描式电子显微镜(SEM)照片。如该图所示， 确认在现有技术中的喷淋板中产生有HfSiOx膜的剥落。另外，由于现有技术中的喷淋板只由极薄的阳极氧化被膜形成，所以喷淋板的放射率，几乎是铝的放射率0. 05左右。相对于此，要形成的膜是!1 )2或!^510!￡的情况下，放射率是0. 9左右较高，对多数的晶片进行连续的成膜的话，喷淋板表面的放射率慢慢地上升， 随着向喷淋板的HfO2或HfSiOx的附着进行，放射输入热量变大，喷淋板的温度上升。图9 显示有形成HfO2膜的情况下的现有技术中的喷淋板的温度上升，如该图所示，在对5000片的薄板的连续成膜下喷淋板的温度上升70°C以上。即，能够考虑为由上述热膨胀率之差引起的附着在喷淋板的HfSiOx膜和HfO2膜等的裂缝和剥落等，由于喷淋板的放射率变化引起的温度变化而被助长。对此，按照本实施方式，通过在主体13的表面形成阳极氧化被膜14来构成喷淋板 12，能够使喷淋板12的表面的放射率比现有技术中的高。在阳极氧化被膜14的放射率是 0. 8的情况下，如图10所示，与只使用现有技术中的薄的阳极氧化被膜的情况相比较，能够提高初期温度，缩小喷淋板的温度变化。从这种特点上看，附着的膜的放射率是0. 9的情况下，阳极氧化被膜14的放射率最好在0. 8以上。一般化后，阳极氧化被膜14和附着的膜的放射率之差最好在0. 1以下。 但是，如图10所示，虽然放射率0. 9的HfSiOx膜附着在放射率0. 8的阳极氧化被膜的情况下，放射率的差是0. 1，但是连续地成膜多数的晶片时，放射输入热量增加，相应地喷淋板 12的温度慢慢地上升，2000片左右的连续成膜下变得比初期温度高15°C左右，5000片左右的连续成膜下变得比初期温度高30°C左右。因此，由其温度差引起的热膨胀差有时候变得不能忽视，在这种情况下，附着的HfSiOx膜中产生应力。S卩，由这时的放射率之差引起的温度变化在图11中显示后，在初期阶段A下，如图12的A所示，附着在喷淋板的HfSiOx膜中几乎没有产生应力，但是，晶片的片数增加到达B后，如图12的B所示在HfSiOx膜中产生拉伸应力，晶片的片数变为1000 2000片左右的C后，如图12的C所示，HfSiOx膜变得不能承受拉伸应力，产生在HfSiOx膜中生成裂缝的情况。附着在喷淋板的HfSiOx膜中产生裂缝后，成膜时的成膜原料在裂缝处被消费，有膜厚变动、面内分布增大的倾向。这种膜厚变动产生时的状态在图13中显示。图13，是调查在对5000片晶片连续成膜HfSiOx(Si 30%)后的膜厚变得比规格小的“膜厚降低”产生的状况的结果的附图，显示关于使用形成阳极氧化被膜(厚20 μ m)的喷淋板的状况(1st和2nd的2种类)。为了比较，显示使用现有技术中的铝制的喷淋板对1000片晶片连续成膜HfSiOx(Si30% )后的状况。如图13所示，在形成阳极氧化被膜的情况下也确认出温度差在13°C以上时发生“膜厚降低”。并且，现有技术中的铝制的喷淋板中，在连续成膜1000片的情况下发生“膜厚降低”。由这种放射率之差引起的缺点，如果阳极氧化被膜14的放射率和附着的膜，即要形成的膜的放射率的差在0.09以下的话，大致能够消除。附着的膜的放射率是0.9的 HfSiOx或HfO2的情况下，能够使阳极氧化被膜14的放射率在0. 81 0. 99范围内，为此， 使阳极氧化被膜的表面粗糙度Ra比3. 2更大是有效的。更加优先的放射率的差是0. 05以下(即，在HfSiOx和HfO2等的情况下，阳极氧化被膜14的放射率是0. 85 0. 95)。并且，本实施方式中，显示关于由铝或铝合金构成的主体中形成阳极氧化被膜 (Al2O3)的状况，不仅限于此，主体与要形成的膜的热膨胀率之差是5 X 10-6/oC以上的材料， 在其表面形成主体材料的氧化物，其氧化膜和要形成的膜的热膨胀差在5 X 10_6/°C以下的话是使用可能的。例如，在形成HfSiOx膜或HfO2膜的情况下，作为主体材料能够例举Ti、 Mo、Ta和W等的高熔点的金属。另外，虽然在上本实施方式中，以代表有HfSiOx膜或HfO2 膜的High-k膜的成膜为例进行说明，但是如果是在成膜温度下热膨胀率比上述气体排出部件的主体膨胀率，低5 X 10-6/oC以上的膜的成膜的话，不仅限于High-k。而且，关于装置构成上述的实施方式是示例，可以是各种各样的形态。<第二实施方式>其次，说明本发明的第二实施方式。图14是涉及本发明的第二实施方式的成膜装置的喷淋板的截面图。本实施方式中，由于喷淋板以外的结构与第一实施方式相同，省略说明。本实施方式的成膜装置，是形成像HfO2膜和HfSiOx膜等的High_k膜的装置。喷淋板42，由与要形成的High-k膜的成膜温度下的热膨胀差比5X 10_6/°C小的材料构成，具有多个的气体排出孔42。像HfO2膜和HfSiOx膜的High_k膜，由于其热膨胀率是5 8X 10_7°C左右，作为喷淋板42的材料，热膨胀率是8. 9X 10_6/°C的与High-k膜的热膨胀系数相近的Ti为优选。作为在形成High-k膜时的喷淋板42的材料，Ti以外，还能够例举Mo (热膨胀率 4· 9X 10_6,C )、Ta (热膨胀率 6. 3X 10_6,C )、W(热膨胀率 4. 3X 10_6,C )和 Ni 基合金的 HASTELL0Y (注册商标，哈斯特洛伊耐蚀耐热镍基合金)(热膨胀率12. 4X 10_6/°C )。像这样，通过设置由具有与要形成的膜的热膨胀率相近的热膨胀率的材料构成的喷淋板42，就算由于成膜处理时的加热造成喷淋板42的温度上升，也能够使喷淋板42和附着在喷淋板42的膜的热膨胀差减小，能够使在附着于喷淋板42的膜中产生的应力减低。因此，附着于喷淋板42的膜的裂缝、剥落、脱落难以产生，能够提高晶片的膜的膜厚再现性、 面内膜厚分布的稳定性，并且能够减少晶片上的微粒的数量。
另外，本实施方式中，在形成High-k膜的成膜装置中，作为构成喷淋板42的，与要形成的膜的热膨胀差比5X10_6/°C小的材料，虽然举例显示有Ti、Mo、Ta、W和镍基合金的哈斯特洛伊耐蚀耐热镍基合金(注册商标，Hastelloy)，但是不仅限于此，任何膜的成膜都可以，只要喷淋板42的材料，与要形成的膜的热膨胀率之差比5X10_6/°C小就可以。<第三实施方式>其次，说明关于本发明的第三实施方式。图15是涉及本发明的第三实施方式的成膜装置的喷淋板的截面图。在本实施方式中，由于喷淋板以外的构成与第一实施方式相同，省略说明。本实施方式的成膜装置，是形成像HfSiOx膜和HfO2膜等的High-k膜的装置。喷淋板52，具有主体53、和形成在主体53的表面的高放射率膜M，形成有多个的气体排出孔 52 ο主体53的材料没有被特别地限定。例如，可以是现有技术中使用的铝或铝合金， 也能够使用上述的Ti、Mo、Ta、W和Ni基合金。在这些之中，Ti、Mo、Ta、W和Ni基合金是优选。高放射率膜M，具有与要形成的膜的放射率接近的放射率，由两者的差在0. 09以下的材料构成。例如要形成的膜是HfSiOx膜和HfO2膜等的话，放射率接近0. 9，作为高放射率膜讨，选择放射率是0. 81 0. 99的材料。放射率的差的更好的范围是0. 05，这时，要形成的膜是HfSiOx膜和HfO2膜等时作为高放射率膜M选择0. 85 0. 95的材料。作为放射率在这样的范围的材料，能够例举Ti02。TW2的放射率是0. 87 0. 94，在0. 81 0. 99 的范围内。作为构成高放射率膜M的其它的材料，能够例举 系氧化物(放射率0.9)、 铬系氧化物(放射率0. 9)、碳(放射率0. 9)和HfO2 (放射率0. 9)。形成手法没有特别地被限定，例如，能够由蒸镀、阳极氧化形成。另外，高放射率膜M是构成主体53的材料的氧化物时，通过向主体53实施氧化处理能够形成高放射率膜 M。例如，主体53是铝的情况下，作为高放射率膜M能够使用使表面粗糙度变粗的阳极氧化被膜(Al2O3)，主体53是Ti的情况下，对其实施氧化处理能够形成由TW2构成的高放射率膜讨。高放射率膜M的厚度，是能够发挥该材料本来的放射率的厚度即可，是1 50 μ m 的程度就足够。像这样，作为喷淋板52，通过在主体53的表面形成与像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，对多个的晶片连续地进行成膜，就算进行对喷淋板52的表面的High-k膜的附着，放射率也几乎不会变化，能够减小喷淋板52 的温度上升，能够极大地降低由主体53与附着在喷淋板52的High-k膜的热膨胀差引起的向High-k膜的应力。为此，能够有效地抑制向附着在喷淋板52的表面的High-k膜的裂缝发生。为此，能够提高晶片上的膜的膜厚再现性、面内膜厚分布的稳定性，并且能够减少晶片上微粒的数量。为了更加有效果地抑制在这种High-k膜中的裂缝产生，使主体53的材料与第二实施方式的喷淋板42的材料相同，最好使用与要形成的High-k膜的在成膜温度下的热膨胀差比5X 10_6/°C小的材料、例如，Ti、Mo、Ta、W和HASTELL0Y(注册商标，斯特洛伊耐蚀耐热镍基合金，^ ^r a 4 ) 由此，能够极其有效地抑制喷淋板52的初期及成膜进行时的双方的温度变动，能够进一步减小附着在喷淋板52的High-k膜中的应力。具体来说，在形成HfSiOx膜和HfO2膜等时，作为主体53的材料使用Ti，作为高放射率膜使用TW2膜是优选。这种组合的话，不仅能够极其减小上记热膨胀率之差及放射率，而且，能够通过主体53 的氧化更容易地形成高放射率膜M的同时，由于这些的整合性高密合性好，高放射率膜M 的剥落也不产生。其次，对关于掌握本实施方式效果的实施结果进行说明。使用装设在钛制的主体中形成TiO2膜的喷淋板的成膜装置，作为成膜用的处理气体使用四叔丁醇铪(HTB)，对5000片以上晶片连续地进行向晶片上的HfSiOx膜的成膜处理，掌握晶片上的HfSiOx膜的膜厚变化及膜厚的偏差的变化。在图16中显示其结果。图 16是显示使用装着在Ti板中形成TW2膜的喷淋板的成膜装置，对5000片以上的晶片连续地形成HfSiOx膜后的晶片上的HfSiOx膜的膜厚变化及膜厚的偏差的变化的附图。如这个附图所示，薄厚稳定，就算超过5000片，晶片间的膜厚偏差也只是Io的1. 2%左右。并且，本实施方式中，在形成High-k膜的成膜装置中，设置喷淋板52由主体53 和高放射率膜M构成，构成高放射率膜M的，作为与要形成的High-k膜的放射率之差在 0. 09以下的材料，虽然举例显示有Ti02、！^氧化物、铬系氧化物、碳和HfO2,但是不仅限于此，高放射率膜M的材料，只要是与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。
权利要求
1.一种成膜装置，其使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜，该成膜装置的特征在于，包括收容被处理基板的处理容器；在所述处理容器内载置被处理基板的载置台；对所述载置台上的被处理基板进行加热的加热机构；和气体排出部件，其在所述处理容器内与所述载置台对向设置，向被处理基板排出所述处理气体，其中所述气体排出部件具有在成膜温度下热膨胀率比所述膜高5X10_6/°C以上的主体，和在所述主体的与所述载置台相对的面氧化处理主体而形成的厚度在10 μ m以上的氧化被膜。
2.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于所述主体由铝或铝合金构成，所述氧化被膜是阳极氧化被膜。
3.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于 所述膜是高介电常数膜。
4.如权利要求3所述的成膜装置，其特征在于所述膜选自氧化铪膜、硅酸铪膜、氧化锆膜、硅酸锆膜、氧化镧膜、硅酸镧膜、氧化钽膜、 钛酸锶膜和氧化钇膜。
5.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于 所述阳极氧化被膜的厚度在15 μ m以上。
6.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于 所述氧化被膜的放射率在0. 6以上。
7.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于所述氧化被膜的放射率与所述膜的放射率之差在0.1以下。
8.如权利要求7所述的成膜装置，其特征在于所述氧化被膜的放射率与所述膜的放射率之差在0. 09以下。
9.一种成膜装置，其是使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜的成膜装置，其特征在于，具备收容被处理基板的处理容器； 在所述处理容器内载置被处理基板的载置台； 加热所述载置台上的被处理基板的加热机构；和在所述处理容器内被设置与所述载置台相对的，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，所述气体排出部件，由在成膜温度下的与所述膜的热膨胀率之差比5X10_6/°C小的材料构成。
10.如权利要求9所述的成膜装置，其特征在于 所述膜是高介电常数膜。
11.如权利要求10所述的成膜装置，其特征在于所述膜，是从由氧化铪膜、硅酸铪膜、氧化锆膜、硅酸锆膜、氧化镧膜、硅酸镧膜、氧化钽膜、钛酸锶膜和氧化钇膜形成的组中选择的膜。
12.如权利要求10所述的成膜装置，其特征在于所述气体排出部件，从由Ti、Mo、Ta、W、HASTELLOY(注册商标)形成的组中选择的材料构成。
13.一种成膜装置，其使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜，该成膜装置的特征在于，包括收容被处理基板的处理容器；在所述处理容器内载置被处理基板的载置台；对所述载置台上的被处理基板进行加热的加热机构；和气体排出部件，其在所述处理容器内与所述载置台对向设置，向被处理基板排出所述处理气体，其中所述气体排出部件具有主体，和在所述主体的与所述载置台相对的面上形成的被膜， 所述被膜与所述膜的放射率之差在0. 09以下。
14.如权利要求13所述的成膜装置，其特征在于所述膜是高介电常数膜。
15.如权利要求14所述的成膜装置，其特征在于所述膜选自氧化铪膜、硅酸铪膜、氧化锆膜、硅酸锆膜、氧化镧膜、硅酸镧膜、氧化钽膜、 钛酸锶膜和氧化钇膜。
16.如权利要求15所述的成膜装置，其特征在于所述膜是氧化铪膜或硅酸铪膜。
17.如权利要求16所述的成膜装置，其特征在于所述被膜的放射率是0. 081 0. 099。
18.如权利要求17所述的成膜装置，其特征在于所述被膜由选自TiO2、！^e氧化物、铬系氧化物、碳、氧化铪形成的组中选择的材料构成。
19.如权利要求13所述的成膜装置，其特征在于所述主体由在成膜温度下与所述膜的热膨胀率之差小于5X 10_6/°C的材料构成。
20.如权利要求19所述的成膜装置，其特征在于所述气体排出部件由选自Ti、Mo、Ta、W、哈斯特洛伊耐蚀耐热镍基合金(注册商标， HastelIoy，/、7歹口 4 )的材料构成。
21.如权利要求13所述的成膜装置，其特征在于所述主体由Ti构成，所述被膜由TiO2构成。
22.—种气体排出部件，其是在使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜的成膜装置中，以与所述载置被处理体的载置台相对的方式被设置在所述处理容器内，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，该气体排出部件的特征在于，包括在成膜温度下热膨胀率比所述膜高5X 10_6/°C以上的主体，和通过在所述主体的与所述载置台相对的面上将主体氧化处理后而形成的厚度为IOym以上的氧化被膜。
23.一种气体排出部件，其是在使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面成膜膜的成膜装置中，在所述处理容器内被设置与所述载置台相对的，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，由在成膜温度下的与所述膜的热膨胀率之差比5X 10_6/°C小的材料构成。
24. 一种气体排出部件，其是在使处理气体在被加热的被处理基板上反应，在被处理基板的表面形成膜的成膜装置中，以与所述载置被处理体的载置台相对的方式被设置在所述处理容器内，向被处理基板排出所述处理气体的气体排出部件，该气体排出部件的特征在于，包括主体，和在所述主体的与所述载置台相对的面形成的、与所述膜的放射率之差在0. 09 以下的被膜。
全文摘要
成膜装置(100)具备收容晶片(W)的腔室(1)；在腔室(1)内载置晶片(W)的载置台(2)；在载置台(2)上加热晶片(W)的加热器(5a、5b)和；设置为与载置台(2)对向，向晶片(W)排出成膜用的处理气体的主体由铝或铝合金构成的喷淋板(12)，其是在晶片(W)的表面，形成在成膜温度下热膨胀率比喷淋板(12)的主体(13)的热膨胀率低5×10-6/℃以上的膜的装置，喷淋板(12)在与主体(13)的载置台(2)相对的表面形成有厚度为10μm以上的阳极氧化被膜(14)。
文档编号H01L21/31GK102301460SQ20108000608
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月28日 优先权日2009年1月29日
发明者内田博章, 岩田辉夫, 桑嶋亮, 桥本毅, 网仓学 申请人:东京毅力科创株式会社