特許 6339218 成膜装置へのガス噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6339218

(24)【登録日】2018年5月18日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】成膜装置へのガス噴射装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20180528BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20180528BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   H01L21/31 C

【請求項の数】13

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-556093(P2016-556093)

(86)(22)【出願日】2014年10月29日

(86)【国際出願番号】JP2014078722

(87)【国際公開番号】WO2016067379

(87)【国際公開日】20160506

【審査請求日】2016年10月17日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】田畑 要一郎

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 謙資

(72)【発明者】

【氏名】西村 真一

【審査官】 塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１８３０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１５２３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２９８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−０８９７１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスの供給を行うガス供給部（１０１）と、
前記ガス供給部からのガスが供給されるガス分散供給部（９９）と、
前記ガス分散供給部内において分散されたガスが流入され、当該ガスを整流化し、整流化されたガスを成膜装置内に噴射するガス噴射セル部（２３）とを、備えており、
前記ガス噴射セル部は、
内部にガス通路となる隙間（ｄｏ）が形成された、扇型形状であり、前記隙間の幅は固定され、前記隙間の幅に直交する方向がガス流れ幅となり、前記隙間の幅は前記ガス流れ幅より狭く、
前記扇型形状は、ガスの流れ方向全体においてガスの流れ方向に従って前記ガス流れ幅が連続的に小さくなる形状であり、
前記ガス分散供給部内のガスは、
前記扇型形状の前記ガス流れ幅の広い側から、前記隙間内に流入し、当該扇型形状に起因して、ガスは整流化および加速され、扇型形状の前記ガス流れ幅の狭い側から、前記成膜装置内に出力される、
ことを特徴とする成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項2】

前記ガス噴射セル部は、
サファイアまたは石英で構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項3】

前記隙間の幅は、
３ｍｍ以下であり、
前記ガス噴射装置部内のガス圧力（Ｐ１）は、
１０ｋＰａ以上、５０ｋＰａ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項4】

前記ガス噴射装置は、
ガス流量を調整するバルブ（１０２Ｂ）と前記ガス噴射装置内のガス圧力を一定に制御する圧力制御部（１０３）とが、接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項5】

複数の噴出孔（１０２）を、さらに備えており、
前記ガス噴射セル部から出力されるガスは、
前記複数の噴出孔を介して、前記成膜装置内に出力される、
ことを特徴する請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項6】

前記ガス噴射セル部に配設される加熱部（５１）を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項7】

前記ガス噴射セル部は、
前記隙間を通るガスを、オゾンガス、窒素酸化物ガスもしくは水素化合物ガスとし、前記加熱部による加熱により酸素ラジカル化、窒素ラジカル化もしくは水素ラジカル化し、前記ラジカル化したガスを前記成膜装置へ出力する、
ことを特徴とする請求項６に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項8】

前記ガス噴射セル部は、
誘電体であり、
前記ガス噴射セル部内の前記隙間の間において、交流電圧を印加させることができる交流電源（９）を、さらに備えており、
前記ガス噴射セル部は、
前記交流電源による交流電圧の印加により、前記隙間において発生した誘電体バリア放電によって生成される、ラジカルガスを前記成膜装置へ出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項9】

前記ガス供給部から供給されるガスは、
窒素ガスもしくは窒素酸化物ガスであり、
前記ガス噴射セル部の前記隙間において、前記誘電体バリア放電により生成される前記ラジカルガスは、
窒素ラジカルである、
ことを特徴とする請求項８に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項10】

前記ガス供給部から供給されるガスは、
酸素ガスに、数ｐｐｍ〜数万ｐｐｍである、窒素ガスもしくは窒素酸化物ガスを含んだ混合ガスであり、
前記ガス噴射セル部の前記隙間において、前記誘電体バリア放電により生成される前記ラジカルガスは、
酸素ラジカルである、
ことを特徴とする請求項８に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項11】

前記ガス噴射セル部は、
複数個である、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項12】

前記ガス供給部から供給されたガスは、
プリカーサガスである、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【請求項13】

前記ガス供給部から供給されたガスは、
ラジカルガスの原料となる原料ガスである、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置へのガス噴射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、成膜装置へのガス噴射装置に関するものであり、たとえば、減圧雰囲気中の処理チャンバーに設置した被処理体に対して、処理に有用な、指向性のある各種ガスを高速度噴出することができるガス噴射装置に適用することができる。

【背景技術】

【0002】

半導体製造分野を含む多用途の分野において、多機能で高品質の薄膜（たとえば、高絶縁薄膜、半導体薄膜、高誘電体薄膜、発光薄膜、高磁性体薄膜、超硬薄膜等）が求められている。

【0003】

たとえば、半導体装置の製造の場面においては、半導体チップ内において、回路配線相当になる低インピーダンスの高導電膜、回路の配線コイル機能や磁石機能を有する高磁性膜、回路のコンデンサ機能を有する高誘電体膜、および電気的な漏洩電流の少ない高絶縁機能を有する高絶縁膜などが、設けられている。

【0004】

これらの膜の成膜する従来技術として、たとえば、熱ＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、光ＣＶＤ装置またはプラズマＣＶＤ装置が用いられており、特に、プラズマＣＶＤ装置が多々使用されている。これは、たとえば、熱・光ＣＶＤ装置よりも、プラズマＣＶＤ装置の方が、成膜温度を低く、かつ、成膜速度が大きく短時間での成膜処理が可能なためである。

【0005】

たとえば、窒化膜（ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮなど）や酸化膜（ＳｉＯ₂，ＨｆＯ₂）などのゲート絶縁膜を、半導体基板に成膜する場合には、減圧雰囲気でのプラズマＣＶＤ装置を用いた以下の技術が一般的に採用されている。

【0006】

つまり、ＮＨ_３（アンモニア）やＮ_３、Ｏ_２、Ｏ_３（オゾン）などのガスと、シリコンやハフニウムなどの前駆体ガス（非加熱ガス）とが、ＣＶＤ処理が実施される処理チャンバー装置に直接供給される。処理チャンバー装置内では、前駆体ガスを熱や放電を利用することによって解離させ、金属粒子を生成し、当該金属粒子と、上述したＮＨ_３（アンモニア）などの非加熱ガスまたは熱や放電によって生成したラジカルガスとの化学反応により、被処理体上に、窒化膜または酸化膜などの薄膜が成膜される。

【0007】

一方で、プラズマＣＶＤ装置では、処理チャンバー装置内で、直接的に、高周波プラズマやマイクロ波プラズマが発生させていた。したがって、被処理体は、ラジカルガスや、高エネルギーを有したプラズマイオン（または電子）に晒される。

【0008】

なお、プラズマＣＶＤ装置に関する技術が開示されている先行文献として、たとえば特許文献１が存在する。

【0009】

しかしながら、プラズマＣＶＤ装置内の成膜処理では、上記のように、被処理体がプラズマに直接晒される。したがって、当該被処理体は、プラズマ（イオンや電子）により、半導体機能の性能を低下させる等のダメージを大きく受けていた。

【0010】

他方、熱・光ＣＶＤ装置を用いた成膜処理では、被処理体はプラズマ（イオンや電子）によるダメージを受けず、高品質の、窒化膜や酸化膜等が成膜される。しかしながら、当該成膜処理では、高濃度で、かつ多量のラジカルガス源を得ることが困難であり、結果として、成膜時間が非常に長く要するという問題がある。

【0011】

最近の熱・光ＣＶＤ装置では、原料ガスとして、熱や光の照射によって解離しやすい、高濃度の、ＮＨ_３ガスやＯ_３ガスを用いている。さらに、ＣＶＤチャンバー装置内には、加熱触媒体が設けられている。これにより、当該熱・光ＣＶＤ装置では、触媒作用により、ガスの解離が促進し、窒化膜や酸化膜等を短時間で成膜することも可能となっている。しかしながら、当該時間の短縮化は限定的であり、大幅な成膜時間の改善は困難であった。

【0012】

そこで、プラズマによる被処理体に対するダメージを軽減でき、成膜時間のさらなる短縮化が可能な装置として、リモートプラズマ型成膜処理システムが存在する（たとえば、特許文献２参照）。

【0013】

当該特許文献２に係る技術では、プラズマ生成領域と被処理材処理領域とが、隔壁（プラズマ閉込電極）により分離されている。具体的に、特許文献２に係る技術では、高周波印加電極と被処理体が設置された対向電極との間に、当該プラズマ閉込電極を設けている。これにより、特許文献２に係る技術では、中性活性種だけが、被処理体上に供給される。

【0014】

また、特許文献３に係る技術では、リモートプラズマ源において、原料ガスの一部をプラズマにより活性化させている。ここで、ガスの流路は、当該リモートプラズマ源内において、周回されている。リモートプラズマ源において生成された活性ガスは、放出され、被処理体の存する装置側へと供給される。

【0015】

特許文献３のような薄膜技術においては、窒素、酸素、オゾンまたは水素等の様々な原料ガスが、利用されている。そして、当該原料ガスから、活性化されたラジカルガスが生成され、当該ラジカルガスにより、被処理体上に薄膜が成膜される。

【0016】

ラジカルガスは、非常に反応性が高い。したがって、微量（約１％：10000ppm）以下の濃度のラジカルガスを、被処理体に当てることで、被処理体での金属粒子とラジカルガスとの化学反応が促進させ、窒化薄膜、酸化薄膜または水素結合薄膜などを、短時間で効率的に、作り出すことができる。

【0017】

ラジカルガス生成装置では、放電セルが配設されており、当該放電セルにおいて、大気圧プラズマとなる誘電体バリア放電によって、高電界なプラズマを実現させる。これにより、放電セルのプラズマに晒された原料ガスから、高品質なラジカルガスが生成されＣＶＤ装置内に供給される。

【0018】

また、ＣＶＤ装置内おいて、被処理体（ウェハー基板）に対してガスを利用した処理を施す場合、被処理体が配設されているＣＶＤ装置内を加熱および減圧状態にする。そして、当該ＣＶＤ装置内に、有機金属化合物蒸気ガス（プリカーサガス）を充満させるとともに、金属粒子の酸化・窒化・還元の促進のために、オゾンガス、水蒸気、水素ガス、またはラジカルガス（酸素ラジカルガス、窒素ラジカルガス、水素ラジカルガス等）を供給する。これにより、ＣＶＤ装置内おいて、被処理体面状に堆積した酸化・窒化物質等を熱拡散することで、被処理体面に半導体膜または絶縁膜等の機能膜として結晶成長させた膜（成膜）にすることができる。

【0019】

なお、上記において、ＣＶＤ装置内に、プリカーサガスと共に供給される各種ガス（オゾンガス、水蒸気、水素ガス、またはラジカルガス）を、以後、成膜処理ガスと称することとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0020】

【特許文献1】特開２００７−２６６４８９号公報

【特許文献2】特開２００１−１３５６２８号公報

【特許文献3】特開２００４−１１１７３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

従来、被処理体上に半導体等の機能素子（２Ｄ（dimension）素子）を構成するものであったため、ＣＶＤ処理容器内にプリカーサガスや成膜処理ガスを充満させた、表面成膜が主体であった。

【0022】

たとえば、被処理体が１枚または複数枚配設されている、減圧されたＣＶＤ装置内において、所定の口径で短いガス供給配管から複数のノズル孔を介して、ガスがシャワー状に噴出させていた。所定の口径で短いガス供給配管から供給されたガスは、十分に所定方向性を持ったガスに整流化されず、また十分に供給するガスが加速した高速度化されずに噴出されるため、噴出されたガスは、雰囲気ガス圧力やガス濃度差に依存する拡散速度で四方に拡散される。

【0023】

一方、より高密度な機能素子が求められていることから、機能素子を多層に渡って形成させた三次元の機能素子（３Ｄ（dimension）素子）が要望されている。つまり、高アスペクト比である溝内に、所望の膜を均一に成膜することが要望されている。

【0024】

しかしながら、上記のように、四方に拡散させて噴射させたガス場合には、高アスペクト比である溝内において、ガスが均等に照射されない。これでは、当該溝内において、均一に成膜を行うことができない。

【0025】

したがって、被処理体における、高アスペクト比である溝内に、均等にガスを噴射できる成膜技術が求められている。

【0026】

そこで、本発明は、高アスペクト比である溝を有する被処理体においても、当該溝内に、ＮＨ_３（アンモニア）やＮ_３、Ｏ_２、Ｏ_３（オゾン）などのガスと、シリコンやハフニウムなどの前駆体ガス（非加熱ガス）や加熱や放電によってラジカル化したガスを均等に噴射できる、成膜装置へのガス噴射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】

【0027】

上記の目的を達成するために、本発明に係る成膜装置へのガス噴射装置は、ガスの供給を行うガス供給部と、前記ガス供給部からのガスが供給されるガス分散供給部と、前記ガス分散供給部内において分散されたガスが流入され、当該ガスを整流化し、整流化されたガスを成膜装置内に噴射するガス噴射セル部とを、備えており、前記ガス噴射セル部は、内部にガス通路となる隙間が形成された、扇型形状であり、前記隙間の幅は固定され、前記隙間の幅に直交する方向がガス流れ幅となり、前記隙間の幅は前記ガス流れ幅より狭く、前記扇型形状は、ガスの流れ方向全体においてガスの流れ方向に従って前記ガス流れ幅が連続的に小さくなる形状であり、前記ガス分散供給部内のガスは、前記扇型形状の前記ガス流れ幅の広い側から、前記隙間内に流入し、当該扇型形状に起因して、ガスは整流化および加速され、扇型形状の前記ガス流れ幅の狭い側から、前記成膜装置内に出力される。

【発明の効果】

【0028】

本発明に係る成膜装置へのガス噴射装置は、ガスの供給を行うガス供給部と、前記ガス供給部からのガスが供給されるガス分散供給部と、前記ガス分散供給部内において分散されたガスが流入され、当該ガスを整流化し、整流化されたガスを成膜装置内に噴射するガス噴射セル部とを、備えており、前記ガス噴射セル部は、内部にガス通路となる隙間が形成された、扇型形状であり、前記隙間の幅は固定され、前記隙間の幅に直交する方向がガス流れ幅となり、前記隙間の幅は前記ガス流れ幅より狭く、前記扇型形状は、ガスの流れ方向全体においてガスの流れ方向に従って前記ガス流れ幅が連続的に小さくなる形状であり、前記ガス分散供給部内のガスは、前記扇型形状の前記ガス流れ幅の広い側から、前記隙間内に流入し、当該扇型形状に起因して、ガスは整流化および加速され、扇型形状の前記ガス流れ幅の狭い側から、前記成膜装置内に出力される。

【0029】

したがって、ガス噴射セル部の隙間を通過したガスは、所定向きに整った整流されおよび加速され、指向性を有するビーム状のガスとして、ガス噴射装置から出力・噴射させることができる。よって、本発明に係るガス噴射装置は、高アスペクト比である溝を有する被処理体においても、当該溝内に、均等にガスを噴射でき、結果として、当該溝内に均質な膜を成膜させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】高アスペクト比の溝２０２Ａを有する被処理体２０２の一部の断面構成を示す拡大断面図である。

【図2】実施の形態１に係るガス噴射装置１００と処理チャンバー２００とから構成されるリモートプラズマ型成膜処理システムの構成を、模式的に示した斜視図である。

【図3】供給するガスのガス圧力とガス拡散速度との関係を示す参考図である。

【図4】実施の形態２に係るガス噴射装置１００の構成を、模式的に示した斜視図である。

【図5】実施の形態３に係るガス噴射装置１００の構成を、模式的に示した斜視図である。

【図6】一つの成膜装置に対して、複数のガス噴射セル部２３が配設されている構成を、模式的に示した斜視図である。

【図7】一つの成膜装置に対して、複数のガス噴射セル部２３が配設されている他の構成を、模式的に示した斜視図である。

【図8】一つの成膜装置に対して、複数のガス噴射セル部２３が配設されている他の構成を、模式的に示した斜視図である。

【図9】実施の形態５に係るガス噴射装置１００と処理チャンバー２００とから構成されるリモートプラズマ型成膜処理システムの構成を、模式的に示した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１は、高アスペクト比の溝２０２Ａを有する被処理体２０２の一部の断面構成を示す拡大断面図である。

【0032】

図１において、Ｄｘは、溝２０２Ａの口径であり、Ｄｙは、溝２０２Ａの深さである。たとえば、口径Ｄｘは、約数十μｍ径程度であり、深さＤｙは、口径Ｄｘの数倍〜数十倍程度である。図１に示す高アスペクト比（Ｄｙ／Ｄｘ）である溝２０２Ａに対して、均質な成膜が求められる（換言すれば、ガス噴射により、高アスペクト比の溝２０２Ａの底まで、均等なガスを供給できることが求められる）。

【0033】

従来のような、所定の口径で短いガス供給配管から噴射する方式は、装置内に万遍なくガスを充満させる場合に適している。しかしながら、当該方式のガス噴出では、ガス供給配管において、ガスの流れる向きが整った整流化やガスの加速化が成されず、成膜装置へガスを供給（噴出）するため、噴出ガスの指向性やガス速度が弱いため、高アスペクト比の溝２０２Ａ内部まで、ガスが入り込まず、溝２０２Ａの底面および側面に対して、均質な膜を成膜することは困難である。また、供給したラジカルガスは、ガス寿命が非常に短いため、溝２０２Aの底面に到達する前に死滅することから均質な膜を成膜することは困難になる。

【0034】

したがって、高アスペクト比の溝２０２Ａ内に均質な膜を成膜するためには、噴出ガスに指向性を持たせるように、ガス供給空間を薄い隙間ｄ０に制限して通過する空間距離Ｌｘを十分確保すること、かつガス供給空間をガス通過流れに沿って狭くすることで、整流化したガスを加速化させガスの高速度化を図る必要がある。つまり、噴出ガスのビーム角度αは、溝２０２Ａのアスペクト比が大きくなるほど、小さくする必要がある（つまり、より指向性を有し、ガスの高速度化をすることで、噴出するガスが拡散速度に打ち勝ちガスの広がりを抑制したガス噴射が必要になる）。

【0035】

本発明に係る非加熱、加熱および放電ガスの成膜装置へのガス噴射装置は、高アスペクト比の溝２０２Ａ内に均質な膜を成膜するために、プリカーサガスまたは成膜処理ガスを、ビーム状に噴出することができる構成について説明する。以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

【0036】

＜実施の形態１＞
図２は、本実施の形態に係る非加熱、加熱および放電ガスの成膜装置へのガス噴射装置（以下、単にガス噴射装置と称する）１００と処理チャンバー２００とから構成されるリモートプラズマ型成膜処理システムの構成を、模式的に示した斜視図である。

【0037】

非加熱、ガス噴射装置１００と処理チャンバー２００とは、フランジによって区画されている。つまり、フランジは、ガス噴射装置１００と処理チャンバー２００とを結合させるための部材であり、フランジの一方主面は、ガス噴射装置１００の底面を構成しており、フランジの他方主面は、処理チャンバー２００の上面を構成している。ここで、ガス噴射装置１００内と処理チャンバー２００内とは、噴出孔１０２を介して、接続されている。

【0038】

図２に示すように、ガス噴射装置１００は、密閉された、ガス供給部１０１、ガス分散供給部９９、ガス噴射セル部２３およびガス噴射部５から構成されている。ガス分散供給部９９では、ガス供給部１０１から供給されたガスを均等に分散させる。ガス噴射セル部２３では、ガス分散供給部９９から分散供給されたガスに対して、流れ方向、整流化および加速化を図る。ガス噴射セル部２３において、整流され高速度に加速されたガスは、ガス噴射部５に送られる。ここで、ガス噴射部５には、ガスを成膜装置側へ噴出させる孔１０２が配設されている。

【0039】

ガス噴射装置１００の前段には、供給するガス量を調整するバルブ１０２Ｂおよびガス噴射装置１００内のガス圧力を所定範囲内に監視、制御する圧力制御部１０３が設けられている。ガス供給部１０１で、供給されたガスＧ１は、ガス分散供給部９９で、ガス噴射セル部２３のガス供給断面であるガス隙間ｄ０に均等に供給される。ここで、ガス噴射装置１００内のガス圧力Ｐ１は、１０ｋＰａ〜５０ｋＰａの範囲において、一定に維持されている。また、ガス噴射セル部２３を通過したガスは、ガス噴射セル部５の噴出孔１０２を介して噴出ガスＧ２として噴出される。このガスＧ２は、処理チャンバー２００内に対して噴射される（より具体的には、処理チャンバー２００内の被処理体２０２に対して噴射される）。ここで、噴出孔１０２の開口径は、たとえば１ｍｍ以下である。

【0040】

なお、ガス噴射装置１００内は、圧力Ｐ１に減圧されているが、ガス噴射装置１００外においては、大気圧である。

【0041】

ＣＶＤ装置である処理チャンバー２００内には、テーブルが配設されている。そして、当該テーブル上には、被処理体が載置される。ここで、被処理体は、図１に示すように、高アスペクトである溝２０２Ａを有する。

【0042】

処理チャンバー２００には、排気口を介して、真空ポンプに接続されている。当該真空ポンプにより、処理チャンバー２００内のガス圧力Ｐ０は、３０Ｐａ〜４００Ｐａ程度の真空圧に減圧された圧力に維持されている。

【0043】

図２において、プリカーサガスもしくはラジカルガスとなり得る原料ガスＧ１が、ガス供給部１０１を介して、所定の流量で、ガス噴射セル部２３に供給される。ガス噴射セル部２３で均等に分散された原料ガスＧ１は、ガス噴射セル部２３の隙間ｄ０内に均等に供給される。原料ガスＧ１は、ガス噴射セル部２３を通って、噴出孔１０２から処理チャンバー２００内へ、プリカーサガスＧ２またはラジカルガスＧ２として噴出させる。ガスＧ２は、テーブル上に載置された被処理体に対して、ビーム状に照射され、当該照射された領域において、膜成膜される。

【0044】

以下では、ガス噴射セル部２３は、平板形状で中空になっており、中空のガス流れ部分の断面形状は長方形断面をしており、ガスの流れ方向に従って長方形断面のガス流れ幅が小さくなる扇型形状をしたものになっている。このガス噴射セル部２３内でのガスの流れについて説明する。

【0045】

ここで、ガス噴射セル部２３部分は、たとえば、サファイアまたは石英で構成されている。また、ガスの隙間ｄｏの幅（ガス噴射セル部２３を構成する２枚の扇型形状の平板間の距離）Δｄは、３ｍｍ以下に制限している。また、ガス噴射装置１００内のガス圧力Ｐ１は、１０ｋＰａ以上、５０ｋＰａ以下の範囲で一定に維持されているので、隙間ｄｏにおけるガス圧力も、１０ｋＰａ以上、５０ｋＰａ以下の範囲で一定に維持されている。

【0046】

ガス噴射装置１００を、このように、ガス流れ断面を隙間ｄｏの幅Δｄに制限し、ガス流れ幅Ｗをガスの流れる方向に対して狭くした長方形断面形状（扇型形状）にし、ガス圧力をＰ１に減圧することで、ガス噴射装置１００に供給するガス流量Ｑを供給する。（このガス流量Ｑを、たとえば１Ｌ／ｍｉｎとする。）ガス噴射セル部２３に流れ込むガスは、所定ガス空間Ｌｘを通過することで、次式（１）式のように、整流化かつ、高速化された流速Ｖ_Ｓｏとなり、ガス噴射セル部２３の頂点部で、所定方向のガス流れに整流化される。また、ガス噴射セル部２３内を通過することで、ガスは加速され高速度化され、高速である速度Ｖ_Ｓとして、噴出孔１０２からガスが噴出される。

【0047】

ここで、式（１）は、Ｖ_Ｓｏ＝１００／Ｐ１・[１０００・Ｑ／｛（Ｗ／１０）・（Δｄ／１０）｝] （ｃｍ／ｓ）である。

【0048】

そして、長さＬｘで、かつ狭い隙間ｄｏを通ることにより、四方からガス噴射セル部２３に流れ込んだガスＧ１は、ガス流れ方向に対し、扇型形状のガス空間に起因して、一定方向のガス流れ向き（内向き）に整流化され、加速される。そして、ガスは、ガスＧ２として、ガス噴射セル部２３の頂部側から（つまり、噴出部５の噴出孔１０２を介して）、被処理体に向けて噴射される（換言すれば、ガス圧力Ｐ０で保持されている処理チャンバー２００内に噴射される）。ここで、図４に示すように、ガス噴射セル部１から噴射されるガスＧ２は、ビーム角度αを有するビーム状である。

【0049】

隙間ｄｏにおける、通路距離Ｌｘは、隙間ｄｏの幅Δｄの数十倍以上、たとえば２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度に設定される。ガス噴射セル部２３の隙間ｄｏに流入するガスの流れ方向にばらつきがあっても、ガス噴射セル部２３の頂点側（つまり、噴出部５付近）でのガスの流れ方向は、ガス噴射セル部２３の側面に沿った向きに整い、整流化される。また、ガス噴射セル部２３の形状に起因して、長方形のガス隙間ｄｏの断面積は、噴出部５に近づくに連れて小さくなる。したがって、ガス噴射セル部１内を伝搬するガスは、加速（加速度ａ）され、噴出部５付近では速度Ｖｓとなる。

【0050】

整流・加速され、速度Ｖｓで噴出部５に入力されたガスは、噴出孔１０２で、さらに圧縮され、高速化する。ここで、噴出孔１０２において、圧力差ΔＰ（＝ガス噴射装置１００内のガス圧Ｐ１−処理チャンバー２００内のガス圧Ｐ０）が生じており、当該圧力差ΔＰを利用して、噴出孔１０２から処理チャンバー２００へと、ガスＧ２が噴射される。

【0051】

ガス噴射セル部２３の頂点部から噴出部５へ入力されるガスの速度をＶｓとし、当該速度Ｖｓの軸方向成分をＶｓｙとし、当該速度Ｖｓの径方向成分をＶｓｘとする。また、噴出部５から出力されたガスの速度をＶ０とし、当該速度Ｖ０の軸方向成分をＶｙ０とし、当該速度Ｖ０の径方向成分をＶｘ０とする。

【0052】

すると、処理チャンバー（成膜装置）２００への噴出するガスの速度Ｖ０は、ガス噴射装置１００内のガス圧力Ｐ１と成膜装置２００内のガス圧力Ｐ０との比（＝Ｐ１／Ｐ０）で高速度かされ、速度Ｖ０＝｛（ガス圧Ｐ１）／（ガス圧Ｐ０）｝×速度Ｖｓとなり、速度Ｖｙ０＝｛（ガス圧Ｐ１）／（ガス圧Ｐ０）｝×速度Ｖｓｙ、となり、速度Ｖｘ０＝｛（ガス圧Ｐ１）／（ガス圧Ｐ０）｝×速度Ｖｓｘ、となる。

【0053】

処理チャンバー２００内の圧力は真空圧に近い圧力（ガス圧力Ｐ０＝約３０Ｐａ〜４００Ｐａ）であるため、噴出部５から噴出させるガス拡散速度ＶＤも非常に大きくなる。ちなみに、被処理体へ噴出されるガスの速度Ｖｓは、ガス噴射セル部２３部分で加速され、かつ、ガス噴射装置１００内のガス圧Ｐ１と処理チャンバー２００内のガス圧Ｐ０との圧力差ΔＰによって、整流化かつ加速されたガスは、噴出孔１０２で圧縮されることで、超音速を超える速度となって噴出される。

【0054】

図３は、ガス種として、酸素ガスもしくは窒素ガスとした場合におけるガスを供給するガス圧力Ｐ０に対する拡散速度ＶＤ特性を示した特性図である。この図３からガス噴射セル部２３においては、Ｐ１を３０ｋＰａとすると、ガスの拡散速度ＶＤは、約0.04ｍ/ｓ程度であるが、処理チャンバーのガス圧力雰囲気Ｐ０においては、3ｍ/ｓ〜40ｍ/ｓとなり、非常にガスの拡散速度ＶＤが大きい。処理チャンバー２００での拡散速度ＶＤが大きいため、処理チャンバー２００へ噴出するガスが指向性を持たず、噴出速度が拡散速度に比べ、十分に高くなければ、処理チャンバー２００へ噴出したガスは、すぐに、四方、八方に拡散されることになることになる。

【0055】

それに対し、本願発明の扇型形状にしたガス噴射セル部２３から処理チャンバー２００へ噴出した場合は、噴出ガスＧ２の噴出速度Ｖ０は、超音速を超える速度で指向性のあるビーム状となる。そのため、拡散速度ＶＤに比べ、非常に高いガス流速を有するため、噴出ガスの四方への拡散が抑制され、高速度で、被処理体面にビーム状に噴射ガスを照射できる。

【0056】

噴出部５から噴出させるガスは、拡散速度ＶＤを超える速度でガスＧ２が噴出される。したがって、より大きな速度Ｖｓｙを有するようにガスＧ２を噴出部５から噴射させることにより、ガス噴射セル部２３の頂点部から指向性のあるビーム状のガスＧ２を噴出させることができる。また、速度Ｖｓｘは、ガス噴射セルの形状が扇型形状であるため、内向きのガス速度ベクトルになるため、噴出したガスに対しても、内向きガス速度ベクトルＶｘ０になり、拡散速度ＶＤを抑制する方向になる効果がある。

【0057】

さて、発明者らは、実験・シミュレーションを行った結果、処理チャンバー２００内のガス圧Ｐ０を成膜に適した３０Ｐａ〜４００Ｐａ程度に設定した場合、ガスＧ２の指向性の観点から、噴出部５付近のガスの加速度は、約２００ｍ／ｓ２以上確保できれば好ましいことを見出した。また、さらに良質なビーム形状のガスＧ２を噴出させるためには、ガスＧ２の加速度は、約４００ｍ／ｓ２以上確保することが望ましい。

【0058】

よって、上記ガス噴射セル部２３の弧角を約２０°〜４０°付近に設定されたガス噴射セル部２３においては、上記加速度を確保する観点から、ガス噴射セル部２３内のガス圧Ｐ１は、約８０ｋＰａ以下が好ましく、さらに良質なビーム形状のガスＧ２を噴出させるためには、当該ガス圧Ｐ１は、約５０ｋＰａ以下であることが望ましい、ことを発明者らは見出した。

【0059】

一方、処理チャンバー２００内のガス圧Ｐ０（３０Ｐａ〜４００Ｐａ）に対して、数十倍以上の圧力損失を持たせることが望ましい。そこで、噴出部５において、噴出孔１０２の径を０．０３ｍｍ〜１ｍｍとし、噴出部５の長さＬ１を５ｍｍ以上とした場合には、ガス噴射セル部２３内のガス圧Ｐ１は、約２０ｋＰａ程度であることが望ましい。

【0060】

ガス噴射装置１００は、整流化したガスを高速度のガスとして噴射できる構成であるが、ガス噴射装置１００内のガス圧力を制御する手段は有していない。したがって、ガス噴射装置１００内のガス圧力の変動によって、噴出されるガス量や噴出するガス速度が変動し、成膜装置において成膜される膜の品質に影響を及ぼす。また、成膜装置の処理チャンバー２００内のガス圧Ｐ０が、例えば、圧力が３０Ｐａ〜４００Ｐａの範囲内で変動すれば、この処理チャンバー２００内のガス圧Ｐ０に対応してガス噴射装置１００内のガス圧力の変動することになる。

【0061】

そこで、本発明では、ガス噴射装置１００の圧力変動やガス量をコントロールするために、ガス噴射装置１００のガス供給側に、ガス流量調整手段とガス圧力とを一定制御する手段および所定圧力範囲内であることを監視する手段を持たせている。

【0062】

図２において、ガス噴射装置１００の圧力変動やガス量をコントロールするために、ガス噴射装置１００の前段に、ガス流量を調整するバルブ１０２Ｂが配設されている。また、バルブ１０２Ｂの後段に、オートプレッシャコントローラ（ＡＰＣ）１０３が配設されている。つまり、バルブ１０２ＢおよびＡＰＣ１０３により、ガス噴射装置１００内の圧力が一定値となるようにコントロールされている。

【0063】

ＡＰＣ１０３では、圧力計１０３ｂが常時、ガス噴射装置１００内の圧力を計測している。そして、当該測定値が一定になるように、ＡＰＣ１０３内の自動開閉バルブ１０３ｂが微調整開閉制御されている。これにより、ガス噴射装置１００内のガス流量および圧力が一定に制御されている。

【0064】

このように、ガス噴射装置１００の前段に、バルブ１０２ＢとＡＰＣ１０３とを設けることで、成膜装置内に成膜される膜の品質を高めることができる。

【0065】

なお、ガス噴射装置１００から、良質なビーム状のガスを噴出させるには、ガス噴射セル部２３を大きくすることが望ましい。また、ガス噴射セル部２３で、整流化されたガスを乱さずに噴出させるための噴出部５は、出来る限り小さく設計することが望ましい。

【0066】

上記のように、ガス噴射セル部２３の扇型形状の長さＬｘ、隙間ｄｏの部分において、長さＬｘを十分長くすることで、ガスの流れは一定方向に整流化され、かつ、ガス通過に対応して、整流化したガスが加速される。したがって、ガス噴射セル部２３からは、指向性を有するビーム状のガスＧ２を噴射させることができる。よって、非加熱、加熱および放電ガスの成膜装置へのガス噴射装置１００は、高アスペクト比である溝を有する被処理体においても、当該溝内にガスを到達させ、均等にガスを噴射でき、結果として、当該溝内に均質な膜を成膜させることができる。

【0067】

また、ガス噴射セル部２３の扇型形状の長さＬｘ、隙間ｄｏの部分において、ガスは整流・加速されるので、結果として、ガス噴射セル部２３からは高速のガスＧ２を噴射できる。よって、たとえば、ガスＧ２が、寿命の短いラジカルガスを含むガスである場合には、短時間で、被処理体までガスを到達させることが可能になるため、高濃度のラジカルを維持した状態で、被処理体に対してラジカルガスＧ２を照射することができる。よって、被処理体上に、高品質の膜を成膜することが可能となり、また、成膜温度を下げることもできる。

【0068】

ガス噴射セル部２３を、扇型形状（弧角＜１８０°）で構成し、ガス通路の隙間ｄｏを形成し、当該隙間ｄｏ内にガスを流せば、ガス噴射セル部２３内においてガスは、整流（拡散速度ＶＤを打ち消す方向の速度が生成され）・加速（噴射されるガスＧ２の高速化）される。よって、ガス噴射セル部２３からは、上記指向性のあるガスＧ２が噴射される。

【0069】

一方、ガス噴射セル部２３の弧角が大きすぎると、隙間ｄｏにおけるガス衝突が多く発生し、隙間ｄｏ内でラジカルガスを生成する場合には、ラジカルガスが隙間ｄｏ内で多く消滅する。また、弧角が大きすぎると、ガス噴射セル部２３の占有面積が大きくなる。これらの事項を勘案すると、弧角は、６０°以下にすることが望ましい。

【0070】

また、隙間ｄｏの幅Δｄは、３ｍｍの以下であれば、ガス噴射セル部２３における整流化は十分達成できる。ただし、隙間ｄｏの幅Δｄが小さいほど、整流化をより向上させることができ、ガス噴射セル部２３から噴射されるガスＧ２の高速化も可能となる。

【0071】

また、上記の通り、ガス噴射セル部２３の部材のガスの面する部分は、ラジカルガスの壁との衝突による消滅の少ないサファイアまたは石英で構成され、通路面は凹凸の少ない面にすることが望ましい。

【0072】

これにより、ガスが通過する壁面にガスに起因した腐食物等が生成されることを抑制することができる。よって、ガス噴射セル部２３から、ガスＧ２以外に、不純物が出力されることを防止すべきである。つまり、ガス噴射セル部２３から、常に、高純度のガスＧ２を噴出させることができる。

【0073】

＜実施の形態２＞
本実施の形態では、ガス噴射セル部２３において、ガスＧ１を加熱させることにより、ガスＧ１をラジカルガス化させる。そして、本実施の形態に係るガス噴射セル部２３は、ラジカルガスＧ２を噴射する。図４は、加熱ガスを噴射する、本実施の形態に係るガス噴射装置１００の構成を示す図である。

【0074】

加熱させてラジカルガスＧ２を生成するガス種としては、オゾンガスがある（つまり、図４において、ガス供給部１０１からガス噴射装置１００に供給されるガスＧ１は、オゾンガスである）。

【0075】

一般的に、オゾン発生器では、誘電体バリア放電を利用して、オゾンガスを発生させている。最近においては、窒素ガスを含まず、かつ４００ｇ/ｍ^３程度の高濃度オゾン化ガスをＣＶＤ装置に供給することで、オゾンガスを利用した酸化膜の成膜技術が既に確立されている。

【0076】

このような成膜技術は、例えば、ＣＶＤ装置内を減圧雰囲気かつ加熱雰囲気とする。そして、当該ＣＶＤ装置へ、プリカーサガス（たとえば、ＴＥＯＳ（Tetraetheylorthosilicate）等のシリコン有機化合物）と高濃度オゾンガスとを交互に供給し、ＣＶＤ装置内の被処理体に対して酸化膜が成膜される。

【0077】

ここで、プリカーサガスを供給する工程において、シリコン有機化合物からＳｉ金属を熱解離させ、かつ、オゾンガスを供給する工程において、オゾンガスの一部を熱解離させることによって、酸素原子（酸素ラジカル）を生成させる。当該酸素ラジカルは酸化力が強く、熱解離したＳｉ金属との酸化反応で、被処理体上にＳｉＯ_２膜が成膜される。

【0078】

本実施の形態に係るガス噴射セル部２３は、オゾンガスから酸素ラジカルガスを生成し、当該酸素ラジカルガスを、指向性を有するビーム状のガスＧ２として噴出する。

【0079】

実施の形態１で説明したガス噴射装置１００と本実施の形態に係るガス噴射装置１００とは、下記の部材が追加されている以外は、同じ構成である。

【0080】

図４に示すように、本実施の形態では、扇型形状のガス噴射セル部２３の外側面には、ヒータ（加熱部）５１が環状に配設されている。なお、本実施の形態では、図４に示すように、ガス噴射装置１００は、ヒータ５１を加熱するための電源Ｈ１を有している。

【0081】

ヒータ５１を加熱させることにより、扇型形状のガス噴射セル部２３を数十℃〜１００℃程度まで加熱させ、結果として、ガス噴射セル部２３における隙間ｄｏ内のガス空間を数十℃〜１００℃まで加熱する。当該加熱状態の隙間ｄｏにオゾンガスが通過すると、オゾンガスは熱解離し、酸素ラジカルガスが生成され、酸素ラジカルガスから酸素ガスに戻る寿命までの短時間に被処理体に酸素ラジカルガスを含んだガスＧ２を噴射させる。

【0082】

ガス供給部１０１から供給された高濃度のオゾンガスＧ１は、ガス分散供給部９９内で均等に分散された後、扇型形状のガスの隙間ｄｏ、ガス空間幅Ｗ０の長方形断面のガス空間に入力する。そして、数十℃〜１００℃程度まで加熱している隙間ｄｏのガス空間を、オゾンガスＧ１は伝搬する。隙間ｄｏ内を伝搬中のオゾンガスは、部分的に熱解離する。つまり、加熱されている隙間ｄｏ内において、オゾンガスが熱解離することで、酸素ラジカルガスが多量に生成される。当該酸素ラジカルガスは、噴出部５内に供給される。そして、噴出孔１０２を介して、酸素ラジカルガスＧ２は、被処理体に向けて噴射される。ここで、実施の形態１でも説明したように、噴出孔１０２からは、指向性を有するビーム状の酸素ラジカルガスＧ２が噴出する。

【0083】

なお、上記説明では、噴出孔１０２が一つの構成を例にとって説明したが、複数の噴出孔１０２を有しても良い（実施の形態１も同様）。

【0084】

以上のように、本実施の形態では、ガス噴射セル部２３の外側に、加熱を行うヒータ５１が配設されている。

【0085】

このように、狭い隙間ｄｏのガス空間をヒータ５１で直接加熱できるので、より低温（数十℃〜１００℃程度）で、オゾンガスを効率良く熱解離させることができ、かつ、解離した酸素ラジカルガスをガス噴射セル部２３によって短時間で、噴出させることができる。そして、噴出された酸素ラジカルガスを含んだ噴出ガスＧ２は、指向性を有するビームとして、被処理体に照射させることができる。

【0086】

なお、噴出ガスＧ１として、オゾンガスの代わりに、窒素化合物ガスや水素化合物ガスを採用しても良い。これらの場合には、加熱状態の隙間ｄｏ内において、熱解離により、窒素ラジカルガスや水素ラジカルガスが生成される。ガス噴射セル部２３から被処理体に、窒素ラジカルガスＧ２が照射されると、窒化膜が成膜され、水素ラジカルガスＧ２が照射されると、水素還元膜（水素結合を促進させた金属膜）が成膜される。

【0087】

また、図４に示すガス噴射セル部１の隙間ｄｏ内に、ガスＧ１として、プリカーサガスを入力させても良い。この場合には、加熱したプリカーサガスが、ガス噴射セル部２３からビーム状に噴出させる。

【0088】

なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、ガス噴射装置１００の前段には、バルブ１０２ＢとＡＰＣ１０３が配設されている。

【0089】

＜実施の形態３＞
本実施の形態に係るガス噴射装置１００では、ガス噴射セル部２３のガス隙間ｄｏにおいて、誘電体バリア放電を発生させ、当該誘電体バリア放電を利用して、良質なラジカルガスを生成する。そして、本実施の形態に係るガス噴射セル部２３は、指向性を有するビーム状の高速度のラジカルガスを噴出する。図５は、本実施の形態に係るガス噴射装置１００の構成を示す図である。

【0090】

実施の形態１で説明したガス噴射装置１００と本実施の形態に係るガス噴射装置１００とは、下記の部材が追加されている以外は、同じ構成である。

【0091】

電極面に高電圧の交流電圧を印加し、誘電体バリア放電を発生させ、当該誘電体バリア放電利用して、ガスを解離させ、ラジカルガスを生成することは良く知られている。本実施の形態に係るガス噴射装置１００は、誘電体バリア放電によって生成される、非常に高エネルギーを有した良質なラジカルガスを取り出すことができる、有効な手段として利用できる。

【0092】

図５に示すように、本実施の形態に係るガス噴射セル部２３では、平板状で、かつ扇型形状の二つの平板２，３を有する。そして、平板２には、第一の電極６１が密着するように配設され、平板３には、第二の電極が密着するように配設される（第二の電極は、平板３の後ろに存するので、図５では図示されない）。そして、第一の電極５１には、給電板６１０が配設され、第二の電極には、給電板６２０が配設される。

【0093】

本実施の形態に係るガス噴射セル部２３は、誘電体であり、たとえば、サファイアもしくは石英で一体形成され、ガス噴射セル部２３内は密閉された空間で構成されている。そのため、ガス噴射セル部２３内のガス圧力は低圧力状態であっても、ガス噴射セル部２３外に設けた第一の電極部６１、第二の電極部の設置する場所は大気圧であるため、第一の電極部６１の高電圧印加による絶縁対策は大気圧で設計出来るメリットが生じる。

【0094】

なお、本実施の形態では、図５に示すように、ガス噴射装置１００は、給電板６１０、６２０を介して第一の電極部６１と第二の電極部との間に交流電圧を印加するための、交流電源９を有している。ここで、第一の電極部６１は高電位ＨＶ側であり、第二の電極部は低電位（接地電位）ＬＶ側である。

【0095】

交流電源９により、給電板６１０、６２０を介して第一の電極部６１と第二の電極部との間に、高電圧の交流電圧を印加する。すると、ガス噴射セル部２３内に形成されたガス隙間ｄｏ（放電空間と解することができる）内において、誘電体バリア放電が発生する。当該誘電体バリア放電が発生している隙間ｄｏにガスが通過すると、ガスは電離し、非常に高エネルギーを有した良質なラジカルガスが生成される。ここで、本実施の形態では、隙間ｄｏは高電界であり、低温である。

【0096】

ガス供給部１０１から供給されたガスＧ１（例えば、窒素ガス）は、ガス分散供給部９９内で均等に分散された後、ガス噴射セル部２３の隙間ｄｏに入力する。そして、誘電体バリア放電が発生している隙間ｄｏ内を、窒素ガスＧ１は伝搬する。誘電体バリア放電により、隙間ｄｏ内を伝搬中の窒素ガスから、窒素ラジカルガスが生成される。当該窒素ラジカルガスは、噴出部５内に供給される。そして、噴出孔１０２を介して、窒素ラジカルガスＧ２は、被処理体に向けて噴射される。ここで、実施の形態１でも説明したように、噴出孔１０２からは、指向性を有するビーム状の高速度を有する窒素ラジカルガスＧ２が噴出する。

【0097】

なお、上記説明では、噴出孔１０２が一つの構成を例にとって説明したが、複数の噴出孔１０２を有していても良い。

【0098】

以上のように、本実施の形態では、ガス噴射セル部２３の両主面には、二つの電極部６１が配設されている。

【0099】

したがって、誘電体であるガス噴射セル部２３を介してガス隙間ｄｏ内に交流電圧を印加すると、ガス隙間ｄｏおいて誘電体バリア放電を発生させることができる。よって、当該隙間ｄｏ内にガスＧ１を供給させると、当該隙間ｄｏ内においてラジカルガスＧ２を生成することができる。ガス噴射セル部２３からは、指向性を有するビーム状のラジカルガスＧ２が出力される。ここで、実施の形態１でも説明したように、隙間ｄｏ内を伝搬するガスは、整流・加速される。したがって、ガス噴射セル部２３からは、高速のビーム化されたラジカルガスＧ２が出力される。よって、ラジカルガスＧ２が被処理体に到達するまでの時間は短縮化され、高濃度を維持した状態で、ラジカルガスＧ２は被処理体に照射される。

【0100】

ここで、誘電体バリア放電により発生した放電熱を除去するために、図示を省略しているが、給電板６１０，６２０内に冷媒が循環する流路を設けても良い。当該流路内に水等の冷媒を循環させることにより、冷却された給電板６１０，６２０を介して二つの電極６１、およびガス噴射セル部２３内を冷却することができる。当該冷却されたガス隙間ｄｏの放電空間内では、より良質なラジカルガスが生成される。

【0101】

誘電体バリア放電を利用して良質なラジカルガスを生成するために、ガス隙間ｄｏでのプラズマ状態を高電界にする必要がある。高電界のプラズマ状態を実現するためには、Ｐ・ｄ（ｋＰａ・ｃｍ）積を、所定値以下の条件にすることが要求される。ここで、Ｐは、隙間ｄｏ内のガス圧力（上記のガス圧力Ｐ１と把握できる）であり、またｄは、隙間ｄｏの幅（上記のΔｄと把握できる）である。

【0102】

ラジカルガスの場合において、P・ｄ積が同じ値のとき、大気圧＋短ギャップ長（幅Δｄが小さい）の条件（前者の場合と称する）と、減圧＋長ギャップ長（幅Δｄが大きい）の条件（後者の場合と称する）との場合では、後者の場合の方が下記の点で有益である。つまり、後者の場合の方が、隙間ｄｏ中を流れるガス流速が高められ、かつ、ギャップ長（放電面の壁）が広くなり、ラジカルガスの壁への衝突量による損失を抑制される（つまり、発生したラジカルガス量（ラジカルガス濃度）の分解を抑制できる）。

【0103】

以上のようなことから、誘電体バリア放電を安定的に駆動出来、良好なラジカルガスが得られるという観点から、ガス噴射セル部２３は以下の条件を満たすことが望ましいことを、発明者らは見出した。

【0104】

つまり、ガス噴射装置１００内において、ガス圧力Ｐ１を、約１０ｋＰａ〜３０ｋＰａ程度に設定し、隙間ｄｏ内の幅Δｄを、約０．３〜３ｍｍに設定することにより、Ｐ・ｄ積値を、約０．３〜９（ｋＰａ・ｃｍ）とすることが望ましい。ガス圧力Ｐ１および幅Δｄを前記値の範囲で設定することにより、誘電体バリア放電の電界強度を高めることができ、良質なラジカルガスを生成することができる。

【0105】

なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、ガス噴射装置１００の前段には、バルブ１０２ＢとＡＰＣ１０３が配設されている。本実施の形態では、ガス噴射装置１００のガス圧力が所定範囲外になると、誘電体バリア放電が出来なくなったり、異常放電が発生したりする。したがって、本実施の形態では、当該観点においても、バルブ１０２ＢおよびＡＰＣ１０３を配設し、ガス噴射装置１００内の圧力を一定時維持することは需要である。また、ＡＰＣ１０３において、ガス噴射装置１００内の圧力異常を感知した場合には、ＡＰＣ１０３からの電気信号によって、放電用電源９を即停止させる構成を採用しても良い。

【0106】

なお、上記では、一例として、ガスＧ１として窒素ガスを採用する場合について言及した。しかしながら、窒素ガスの代わりに窒素化合物ガスを採用しても良い。また、ガス噴射セル部２３の隙間ｄｏ内に供給されるガスＧ１として、酸素化合物ガス（酸素ガスやオゾンを含む）や水素化合物ガス（水素ガスを含む）などを採用しても良い。この場合には、隙間ｄｏ内では電離により、酸素化合物ガスから酸素ラジカルガスが生成され、水素化合物ガスから水素ラジカルガスが生成される。

【0107】

特に、ガス噴射装置１００に酸素ガスを供給する場合においては、供給する酸素ガスに、微量の窒素ガスもしくは窒素酸化物ガス（数十ｐｐｍ〜数万ｐｐｍ）を加える。誘電体バリア放電を行うと、生成した窒素酸化物の触媒作用で、酸素ラジカルガスの生成量が飛躍的に多くすることが出来る。結果として、酸化膜の成膜の品質向上や成膜レートを上げることに寄与することが出来る。

【0108】

供給する酸素ガスに微量の窒素ガスもしくは窒素酸化物ガス加えた場合、添加した窒素ガスもしくは窒素酸化物ガスが、放電によって、硝酸ガスも生成される。成膜装置２００内で、生成した硝酸ガスが装置２００内の金属部品と接触すると、金属コンタミが発生する。よって、金属コンタミ発生抑制の観点から、酸素ガスに添加する窒素量は、特に１０００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。

【0109】

ガス噴射セル部２３から被処理体に、酸素ラジカルガスＧ２が照射されると、酸化膜が成膜され、水素ラジカルガスＧ２が照射されると、水素還元膜（水素結合を促進させた金属膜）が成膜される。

【0110】

＜実施の形態４＞
本実施の形態では、実施の形態１で説明したガス噴射セル部２３が、ガス噴射装置１００において複数配設されている。

【0111】

図６は、複数のガス噴射セル部２３を有するガス噴射装置１００と処理チャンバー（成膜装置）２００とから構成された、リモートプラズマ型成膜処理システムの構成を、模式的に示した斜視図である。図６に示すガス噴射装置１００では、各噴出孔１０２を介して、成膜装置２００内にガスＧ２が噴出される。

【0112】

図６に示すように、一つのガス分散供給部９９と一つの成膜装置２００との間に、実施の形態１で説明したガス噴射セル部２３が複数個配設されている。なお、本実施の形態においても、ガス噴射装置１００の外側は大気圧である。また、ガス噴射セル部２３の数以外は、実施の形態１と図６の構成とは同じである。

【0113】

図７は、本実施の形態に係るガス噴射装置１００の他の構成を、模式的に示した斜視図である。図７に示すガス噴射装置１００では、各噴出孔１０２を介して、成膜装置２００内にガスＧ２が噴出される。

【0114】

図７に示すように、一つのガス分散供給部９９と一つの成膜装置２００との間に、実施の形態２で説明したガス噴射セル部２３が複数個配設されている。なお、本実施の形態においても、ガス噴射装置１００の外側は大気圧である。また、ガス噴射セル部２３の数以外は、実施の形態２と図７の構成とは同じである。

【0115】

図８は、本実施の形態に係るガス噴射装置１００の他の構成を、模式的に示した斜視図である。図８に示すガス噴射装置１００では、各噴出孔１０２を介して、成膜装置２００内にガスＧ２が噴出される。

【0116】

図８に示すように、一つのガス分散供給部９９と一つの成膜装置２００との間に、実施の形態３で説明したガス噴射セル部２３が複数個配設されている。なお、本実施の形態においても、ガス噴射装置１００の外側は大気圧である。また、ガス噴射セル部２３の数以外は、実施の形態３と図８の構成とは同じである。

【0117】

通常、成膜装置２００においては、プリカーサを供給する部分と、酸化膜や窒化膜のように求める膜種に対応したガスを供給する部分とを、有している。そこで、一つの成膜装置２００に対して、プリカーサを供給する部分に相当する第一の非加熱のガス噴射装置１００（図６のガス噴射装置１００）と、酸化膜や窒化膜のように求める膜種に対応したガスを供給する部分に相当する第二の加熱ガスもしくは放電ガスのガス噴射装置１００（図７もしくは図８のガス噴射装置１００）とが組み合わせで接続されても良い。ここで、第一の非加熱のガス噴射装置１００内には、プリカーサガスを噴射する、複数のガス噴射セル部２３が配設されている。また、第二の非加熱、加熱および放電ガスのガス噴射装置１００内には、ラジカルガスを噴射する、複数のガス噴射セル部２３が配設されている。

【0118】

リモートプラズマ型成膜処理システムの構成としては、成膜装置２００内に被処理体を１枚設置した枚葉型、被処理体を複数個設置したバッチ型がある。成膜装置２００にプリカーサガスを送り込む際に、図６に示した複数個のガス噴射セル部２３を介して供給し、窒化や酸化材としての活性化ガスの原料ガスを送り込む際に、図７，８に示した複数個のガス噴射セル部２３を介して供給する。これにより、被処理体である機能素子を多層に渡って形成させた、三次元の機能素子（３Ｄ素子）の表面に、窒化や酸化膜を均一に成膜できる。

【0119】

図６，７，８において、複数のガス噴射セル部２３は均等に並べられており、ガス分散供給部９９内において均等に分散されたガスは、各ガス噴射セル部２３に対して、均等に流入する。

【0120】

＜実施の形態５＞
本実施の形態では、図９に示すように、ガス噴射装置１００は、同軸状の錐体形状の二つの部材を、ガスの間隙ｄ０が設けられるように配置した、錐体形状のガス噴射セル部２３を有する。錐体形状のガス噴射セル部２３の頂点部からガスＧ２を噴出するようにすれば、同等のビーム状のガスを噴出することが出来、良質な成膜を実現することができる。

【符号の説明】

【0121】

２３ ガス噴射セル部
５ 噴出部
９ 交流電源
５１ ヒータ
６１ 第一の電極部
６１０ 第一の電極部の給電部
６２０ 第二の電極部の給電部
１００ ガス噴射装置
１０１ ガス供給部
１０２ 噴出孔
２００ 成膜装置（処理チャンバー）
ｄ０ 隙間
Ｇ１ （ガス噴射セル部２３に供給される）ガス
Ｇ２ （ガス噴射セル部２３から出力される）ガス
Ｈ１ ヒータ電源
Ｐ０ （成膜装置２００内の）ガス圧力
Ｐ１ （ガス噴射装置１００内の）ガス圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】