CN107851578A - 反应管、衬底处理装置及半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够吹扫隔热区域，而不对处理区域产生不良影响的技术。在内部具有处理室，所述处理室包括处理衬底的处理区域和位于所述处理区域的下方的位置的隔热区域，具有第一排气部，其将所述处理区域的气氛排气；和第二排气部，其形成于在高度方向上与隔热区域重合的位置、将所述隔热区域的气氛排气。

Description

反应管、衬底处理装置及半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及反应管、衬底处理装置及半导体器件的制造方法。
背景技术
在半导体器件(Device)的制造工序中的衬底的热处理中，例如使用立式衬底处理装置。在立式衬底处理装置中，将规定张数的衬底在垂直方向上排列并保持于衬底保持件，将衬底保持件装入处理室内，在通过设置于处理室外的侧部加热器对衬底加热的状态下向处理室内导入处理气体，从而对衬底进行薄膜形成处理等。
发明内容
发明要解决的课题
在上述那样的立式衬底处理装置中，存在下述情况：吹扫隔热区域的吹扫气体向处理衬底的处理区域流动、处理气体被稀释，对成膜的均匀性产生不良影响。
本发明的目的在于，提供一种能够对隔热区域进行吹扫而不对处理区域产生不良影响的技术。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方式，提供一种技术，所述技术在内部具有处理室，所述处理室包括处理衬底的处理区域和位于所述处理区域的下方的位置的隔热区域，所述技术具有：
第一排气部，其将所述处理区域的气氛排气，和
第二排气部，其形成于在高度方向上与所述隔热区域重合的位置、将所述隔热区域的气氛排气。
发明效果
通过本发明，能够提供一种能够对隔热区域进行吹扫而不对处理区域产生不良影响的技术。
附图说明
图1为本发明的实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是将处理炉部分以纵剖面图示出的图。
图2为用于说明本发明的实施方式中适合使用的衬底处理装置的控制部的构成的框图。
图3为本发明的第二实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是将处理炉部分以纵剖面图示出的图。
图4为本发明的第三实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是将处理炉部分以纵剖面图示出的图。
图5为将本发明的第三实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的隔热部以立体图示出的图。
图6为将本发明的实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的排气部(排气口)以立体图示出的图。
图7为表示本发明的第三实施方式涉及的衬底处理装置的立式处理炉和比较例中的处理炉内的处理气体的摩尔分率的说明图。
图8为将本发明的第四实施方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的隔热部周边以纵剖面图示出的图。
具体实施方式
以下，针对本发明的一个实施方式，使用图1进行说明。
如图1所示，在本实施方式中，衬底处理装置以实施IC的制造方法中的热处理工序的立式热处理装置(批量式立式热处理装置)10的形式构成。
处理炉12具有作为第一加热部件(加热机构)的加热器单元(以下，称为加热器)即加热器14。加热器14为圆筒形，并被作为保持板的加热器底座16支承从而垂直地安装。如后文所述，加热器14作为通过热从而使气体活化(激发)的活化机构(激发部)而发挥功能。
在加热器14的内侧，配设有构成反应容器(处理容器)的反应管18。反应管18由例如石英(SiO2)或碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，并且形成为上端封闭下端开口的圆筒形。反应管18与加热器14呈同心圆状配设。在反应管18的外壁，以相面对的方式具有作为供给缓冲室的气体供给空间24A和作为排气缓冲室的气体排气空间24B，它们以向反应管18的外方突出的方式形成。气体供给空间24A由反应管18的外壁和分隔部18A构成。气体排气空间24B由反应管18的外壁和分隔部18B构成。分隔部18A及分隔部18B作为反应管18的侧壁(内壁)的一部分构成。在分隔部18B的下端，形成有向外周侧突出的凸缘部18C。反应管18的下端由金属制的集流管22支承。
在反应管18的筒中空部，形成有处理室24。处理室24构成为能够通过后文描述的晶舟26将作为衬底的晶片W以水平姿势且在垂直方向上以多层排列的状态收容。处理室24包含后文描述的处理区域A和隔热区域B。
在气体供给空间24A内，设置有喷嘴28。喷嘴28由例如石英或SiC等耐热性材料构成。喷嘴28连接有气体供给管30a。在气体供给管30a，从上游方向起依次设置有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)32a及作为开关阀的阀34a。在比气体供给管30a的阀34a靠下游侧，连接有供给非活性气体的气体供给管30b。在气体供给管30b，从上游方向起依次设置有MFC32b及阀34b。主要由气体供给管30a、MFC32a、阀34a构成作为处理气体供给系统的处理气体供给部。另外，由气体供给管30b、MFC32b、阀34b构成作为非活性气体供给系统的非活性气体供给部。另外，可考虑将气体供给管30b、MFC32b、阀34b包含在处理气体供给部(处理气体供给系统)。
喷嘴28以在气体供给空间24A沿从反应管18的下部至上部而朝向晶片W的排列方向上方竖立起的方式设置。即，在排列晶片W的晶片排列区域的侧方的、水平包围晶片排列区域的区域中，以沿晶片排列区域的方式设置喷嘴28。喷嘴28被构成为L字型的延伸喷嘴，其水平部被设置成贯穿集流管22的侧壁。另外，其垂直部被设置成至少从晶片排列区域的一端侧朝向另一端侧竖立。在喷嘴28的侧面设置有供给气体的气体供给孔28A。气体供给孔28A分别以朝向反应管18的中心的方式开口，能够朝向晶片W供给气体。气体供给孔28A在从反应管18的下部到上部的范围内在处理衬底的区域(晶舟26的晶片W载置区域，以下，记为处理区域A)设置有多个。气体供给孔28A分别具有相同的开口面积，并且以相同的开口间距设置。
在分隔部18A，横长狭缝状的气体供给狭缝36A以与气体供给孔28A对应的方式在从分隔部18A的处理区域A的下部到上部的范围内设置多个。
如图6所示，在分隔部18B，作为第一排气部(第一排气口)的横长狭缝状的气体排气狭缝36B在从分隔部18B的处理区域A的下部到上部的范围内设置多个。气体排气狭缝36B由与气体排气空间24B大致相同宽度的多列开口构成，设置于在高度方向上与处理区域A重合的位置。另外，气体排气狭缝36B设置于与气体供给狭缝36A对应的位置(与处理区域A相对的位置，即面对处理区域A的位置)。气体排气狭缝36B以将处理室24与气体排气空间24B连通的方式形成，并将处理室24内的处理区域A的气氛排气。
在分隔部18B的气体排气狭缝36B的下方，形成有作为第二排气部(第二排气口)的排气口62。排气口62形成于在高度方向上与处理区域A的下方区域(包含隔热部54的区域，以下，记为隔热区域B。)重合的位置。换言之，排气口62形成于与隔热区域B对应的位置、也就是说面对隔热区域B的位置。即，也可以说排气口62形成于与隔热区域B相对的位置。排气口62形成为长方形，其开口面积比气体排气狭缝36B的一个开口面积大、比气体排气狭缝36B的开口总面积小。另外，排气口62的长方形的长边的宽度形成为气体排气空间24B的宽度以下。通过设置为这种构成，特别地，在处理区域A与隔热区域B的边界部分处，能够抑制吹扫气体从气体排气狭缝36B排气，能够抑制由吹扫气体到达成膜区域即处理区域A而引起的成膜均匀性的劣化。排气口62以将处理室24与气体排气空间24B连通的方式形成，将处理室24内的隔热区域B的气氛排气。即，通过在隔热区域B设置排气口62，能够抑制流过隔热部54周围的吹扫气体向处理区域A扩散，能够抑制处理区域A的处理气体被稀释而导致的成膜均匀性的劣化。
在反应管18的下端，设置有与气体排气空间24B连通的排气端口19。在该排气端口19连接将处理室24内的气氛排出的排气管38。另外，在排气管38经由作为检测处理室24内的压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器40及作为压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller)阀42，连接有作为真空排气装置的真空泵44。APC阀42通过在使真空泵44工作的状态下将阀开闭，能够进行处理室24内的真空排气及真空排气停止，此外，APC阀42是构成为如下的阀：通过在使真空泵44工作的状态下，基于由压力传感器40检测到的压力信息而调节阀开度，从而能够调节处理室24内的压力。主要由排气管38、APC阀42、压力传感器40构成排气系统。也可以考虑将真空泵44包含在排气系统中。
对于排气口62的位置而言，优选为形成于在高度方向上与隔热部54重合的位置。另外优选的是，形成在下述位置：在水平方向上，排气口62的开口区域至少与排气端口19(排气管38)的开口区域一部分重合的位置。通过以这种方式构成，更能够有效地将吹扫气体排气。另外，能够在气体排气空间24B内不发生处理气体、吹扫气体的停滞、滞留的情况下，将处理气体及吹扫气体顺畅地排气。
在集流管22的下方，设置有能够将集流管22的下端开口气密地封闭的、作为炉口盖体的密封盖46。密封盖46由例如不锈钢、Ni合金等金属构成，并以圆盘状形成。在密封盖46的上表面，设置有与集流管22的下端抵接的作为密封部件的O型圈48。另外，在密封盖46的上表面之中，在比O型圈48靠内侧的内侧区域设置有保护密封盖46的密封盖板50。密封盖板50例如由石英或SiC等耐热性材料构成，且形成为圆盘状。
密封盖46以从垂直方向下侧抵接于集流管22的下端的方式构成，且构成为通过垂直地设置在反应管18的外部的、作为升降机构的晶舟升降机52而在垂直方向上升降。即，晶舟升降机52构成为通过使密封盖46升降从而能够将晶舟26向处理室24内外搬入及搬出。换言之，晶舟升降机52构成为将晶舟26即晶片W向处理室24内外搬送的搬送装置(搬送机构)。
作为衬底支承件的晶舟26被构成为将多张(例如25～200张)晶片W以水平姿势且彼此中心对齐的状态在垂直方向排列并以多层支承，即使多张晶片W隔开间隔地排列。晶舟26由例如石英、SiC等耐热性材料构成。
在晶舟26的下部设置有隔热部54。隔热部54为例如形成为圆筒形的石英盖。不限于石英盖，也可以是以水平姿势将形成为圆板形状的隔热板以多层支承多张而得到的部件。
沿着反应管18的外壁，设置有作为温度检测器的温度检测部56。构成为基于由温度检测部56检测到的温度信息来调节向加热器14的通电情况，从而处理室24内的温度成为所期望的温度分布。
在隔热部54的下部，固定有使晶舟26旋转的旋转轴60。在旋转轴60的下部、在密封盖46的与处理室24相反一侧，设置有使晶舟26旋转的旋转机构58。
旋转机构58具有上端开口、下端封闭的形成为大致圆筒形的壳体58A。在壳体58A上连接有气体供给管30c。在气体供给管30c，从上游方向起依次设置有MFC32c及阀34c。主要由气体供给管30c、MFC32c、阀34c构成向隔热区域B供给吹扫气体的吹扫气体供给系统即吹扫气体供给部。吹扫气体供给部构成为从隔热区域B的下方位置朝向上方供给吹扫气体。从气体供给管30c经由壳体58A内、旋转轴60的周围而从隔热区域B的下方位置朝向上方供给吹扫气体。
如图2所示，作为控制部(控制手段)的控制器200被构成为具备CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)212、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)214、存储装置216及I/O端口218的计算机。RAM124、存储装置216、I/O端口218被构成为能够经由内部总线220与CPU212进行数据交换。在控制器200连接有例如构成为触摸面板等的输入输出装置222。
存储装置216由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等构成。在存储装置216内，以能够读出的方式存储有控制衬底处理装置的动作的控制程序、记载有后述的衬底处理的步骤、条件等的工艺制程等。工艺制程是以能够使控制器200执行后述的衬底处理工序中的各步骤从而得到规定的结果的方式组合而成的，作为程序而发挥功能。以下，将该工艺制程、控制程序等总称而简称为程序。在本说明书中，在使用程序这一术语的情况下，有时仅单独包含工艺制程，有时仅单独包含控制程序，或有时包含这两者。RAM214被构成为暂时保持由CPU212读出的程序、数据等的存储区域(工作区)。
I/O端口218连接于上述的MFC32a、32b、32c、阀34a、34b、34c、压力传感器40、APC阀42、真空泵44、加热器14、温度检测部56、旋转机构58、晶舟升降机52等。
CPU212被构成为，从存储装置216读出并执行控制程序，并且根据来自输入输出装置222的操作命令的输入等来从存储装置216读出工艺制程。CPU212被构成为，以按照读出的工艺制程的内容的方式，控制MFC32a、32b、32c的各种气体的流量调节动作、阀34a、34b、34c的开闭动作、APC阀42的开闭动作及基于压力传感器40的APC阀42的压力调节动作、真空泵44的启动及停止、基于温度检测部56的加热器14的温度调节动作、基于旋转机构58的晶舟26的旋转及旋转速度调节动作、基于晶舟升降机46的晶舟26的升降动作等。
控制器200能够通过将存储在外部存储装置(例如，磁带、软盘、硬盘等磁盘、CD、DVD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器、存储卡等半导体存储器)224中的上述程序安装在计算机中来构成。存储装置216、外部存储装置224被构成为计算机可读取的记录介质。以下，也将它们总称而简称为记录介质。在本说明书中，在使用记录介质这一术语的情况下，有时单独包含存储装置216，有时单独包含外部存储装置224，或有时包含这两者。需要说明的是，程序向计算机的提供也可以不使用外部存储装置224，而使用互联网、专用线路等通信手段来进行。
接下来，说明使用上述的衬底处理装置10，作为半导体器件(Device)的制造工序的一工序，在衬底上形成膜的处理(以下，也称为成膜处理)的顺序例。这里，通过对作为衬底的晶片W交替供给第一处理气体(原料气体)和第二原料气体(反应气体)，从而在晶片W上形成膜的例子进行说明。
以下，说明作为原料气体使用六氯乙硅烷(Si2Cl6，简称：HCDS)气体，作为反应气体使用氨(NH3)气体，在晶片W上形成硅氮化膜(Si3N4膜，以下，也称为SiN膜)的例子。需要说明的是，在以下的说明中，构成衬底处理装置10的各部的动作由控制器200控制。
在本实施方式中的成膜处理中，将非同时地进行下述工序的循环进行规定次数(1次以上)，从而在晶片W上形成SiN膜：对处理室24内的晶片W供给HCDS气体的工序，从处理室24内除去HCDS气体(残留气体)的工序，对处理室24内的晶片W供给NH3气的工序，和从处理室24内除去NH3气(残留气体)的工序。
本说明书中，方便起见，有时将上述成膜顺序按以下所示的方式表示。需要说明的是，在以下的变形例、其他实施方式的说明中，也使用同样的表述。
在本说明书中，在使用“晶片”这一术语的情况下，有时指“晶片本身”、“晶片和在其表面形成的规定的层、膜等的层叠体(集合体)”，即有时包含在表面形成的规定的层、膜等而称为晶片。此外，在本说明书中，在使用“晶片的表面”这一术语的情况下，有时指“晶片本身的表面(露出面)”，有时指“在晶片上形成的规定的层、膜等的表面、即作为层叠体的晶片的最外表面”。
因此，在本说明书中，在记载为“对晶片供给规定的气体”的情况下，有时指“对晶片本身的表面(露出面)供给规定的气体”，有时指“对在晶片上形成的层、膜等、即对作为层叠体的晶片的最外表面供给规定的气体”。此外，在本说明书中，在记载为“在晶片上形成规定的层(或膜)”的情况下，有时指“在晶片本身的表面(露出面)上形成规定的层(或膜)”，有时指“在形成于晶片上的层、膜等上、即在作为层叠体的晶片的最外表面上形成规定的层(或膜)”。
此外，在本说明书中，在使用“衬底”这一术语的情况下，也与使用“晶片”这一术语的情况是同义。
(晶片填充及晶舟加载)
多张晶片W被装填(晶片填充)于晶舟26后，晶舟26通过晶舟升降机52而被搬入(晶舟加载)到处理室24内。此时，成为密封盖46经由O型圈48将集流管22的下端气密地封闭(密封)的状态。当集流管22的下端气密地封闭时，打开阀34c，开始向隔热区域B供给吹扫气体。从隔热区域B的下方位置朝向上方供给的吹扫气体对包括隔热部54及隔热部54的周围的隔热区域B吹扫，并从排气口62排气。维持吹扫气体从隔热区域B的下方朝向上方的供给、并从设置于与隔热区域B面对的侧方的排气口62排气，由此，能够抑制被供给至隔热区域B的吹扫气体向成膜区域扩散。需要说明的是，也可以从晶片填充前的待机的状态起，打开阀34c、开始对隔热部54供给吹扫气体。这种情况下，能够防止在晶片填充中从外部引入的颗粒附着于控制部54。
(压力调节及温度调节)
以处理室24内成为规定的压力(真空度)的方式，通过真空泵44进行真空排气(减压排气)。此时，处理室24内的压力由压力传感器40测定，基于该测定到的压力信息对APC阀42进行反馈控制。真空泵44在直到对晶片W的处理结束为止的期间始终维持工作的状态。
另外，通过加热器14加热处理室24内，以使得处理室24内的晶片W成为规定的温度。此时，基于温度检测部26检测到的温度信息来反馈控制对加热器14的通电情况，以使得处理室24成为规定的温度分布。利用加热器14进行的处理室24内的加热至少在直至对晶片W的处理结束的期间持续进行。
另外，开始利用旋转机构58进行晶舟26及晶片W的旋转。通过旋转机构58，晶舟26通过旋转轴60而旋转，由此晶片W旋转。利用旋转机构58进行的晶舟26及晶片W的旋转至少在直至对晶片W进行的处理结束的期间持续进行。
(成膜处理)
若处理室24内的温度稳定在预先设定的处理温度，则依序执行如下的2个步骤、即步骤1～2。
[步骤1]
在该步骤中，对处理室24内的晶片W供给HCDS气体。
打开阀34a，向气体供给管30a内流入HCDS气体。HCDS气体经MFC32a进行流量调节，经由喷嘴28的气体供给孔28A、气体供给空间24A、气体供给狭缝36A而向处理室24内的处理区域A供给，经由气体排气狭缝36B、气体排气空间24B而从排气管38排气。此时，将会对晶片W供给HCDS气体。此时，同时打开阀34b，向气体供给管30b内流入N2气体。N2气体经MFC32b进行流量调节，经由喷嘴28的气体供给孔28A、气体供给空间24A、气体供给狭缝36A而与HCDS气体一同供给至处理室24内的处理区域A，经由气体排气狭缝36B、气体排气空间24B从排气管38排气。通过对晶片W供给HCDS气体，在晶片W的最外表面上，形成例如不足1原子层至数原子层的厚度的含硅(Si)层作为第一层。
第一层形成后，关闭阀34a，停止HCDS气体的供给。此时，保持APC阀42打开，利用真空泵44将处理室24内真空排气，将残留在处理室24内的未反应或对第一层的形成做出贡献后的HCDS气体从处理室24内排出。此时，保持阀34b打开，维持N2气体向处理室24内的供给。N2气作为吹扫气体发挥作用，由此，能够提高将残留在处理室24内的气体从处理室24内排出的效果。
此时，也可以不将残留在处理室24内的气体完全排出、也可以不将处理室24内完全吹扫。若残留在处理室24内的气体是微量的话，在之后进行的步骤2中不会产生不良影响。对于向处理室24内供给的N2气的流量也无须设为大流量，例如，通过供给与反应管18(处理室24)的容积同等程度的量的N2气体，能够进行在步骤2中不产生不良影响的程度的吹扫。这样，通过不将处理室24内完全吹扫，能够缩短吹扫时间、提高生产率。也能够将N2气的消耗抑制为所需的最小限度。
[步骤2]
步骤1结束后，对处理室24内的晶片W、即在晶片W上形成的第一层供给NH3气体。NH3气通过热而被活化从而对晶片W进行供给。
在该步骤中，按照与步骤1中的阀34a、34b的开闭控制同样的步骤进行阀34a、34b的开闭控制。NH3气体经MFC32a进行流量调节，经由喷嘴28的气体供给孔28A、气体供给空间24A、气体供给狭缝36A向处理室24内的处理区域A供给，经由气体排气狭缝36B、气体排气空间24B从排气管120排气。此时，将会对晶片W供给NH3气。对晶片W供给的NH3气与在步骤1中在晶片W上形成的第一层即含Si层的至少一部分反应。由此，第一层通过非等离子体而以热的方式被氮化，从而变化为含有Si及N的第二层、即硅氮化层(SiN层)(被改质)。需要说明的是，此时，也可以将经等离子体激发的NH3气对晶片W进行供给、从而将第一层等离子体氮化，由此使第一层变化为第二层(SiN层)。
第二层形成后，关闭阀30a，停止NH3气的供给。此时，保持APC阀42打开，利用真空泵44将处理室24内真空排气，将残留在处理室24内的未反应或对第二层的形成做出贡献后的NH3气从处理室24内排出。此时，保持阀34b打开，维持N2气体向处理室24内的供给。N2气体作为吹扫气体发挥作用，由此，能够提高将残留在处理室24内的气体从处理室24内排出的效果。此时，在可不将残留在处理室24内的气体等完全排出这一方面，与步骤1同样。
(实施规定次数)
通过将非同时、即非同步地进行上述2个步骤的循环进行规定次数(n次)，能够在晶片W上形成规定组成及规定膜厚的SiN膜。需要说明的是，上述的循环优选重复多次。即，优选的是，使进行1次上述的循环时所形成的第二层(SiN层)的厚度小于规定的膜厚，将上述的循环重复多次，直至通过层叠第二层(SiN层)而形成的SiN膜的膜厚达到规定的膜厚。
作为进行成膜处理时的处理条件，例如，可例示：
处理温度(晶片温度)：250～700℃，
处理压力(处理室内压力)：1～4000Pa，
HCDS气体供给流量：100～200sccm，
NH3气体供给流量：1000～20000sccm，
N2气体(吹扫隔热区域B的吹扫气体)供给流量：0～500sccm，
N2气体(吹扫处理区域A的吹扫气体)供给流量：0～1000sccm。
通过将各个处理条件设定在各自的范围内的某一值，能够使成膜处理适当地进行。优选的是，吹扫隔热区域B的吹扫气体的供给流量设定为处理气体的供给流量以下。
(吹扫及大气压恢复)
成膜处理完成后，打开阀34b，从气体供给管30b向处理室24内的处理区域A供给N2气，经由气体排气狭缝36B从排气管38排气，由此，将残留在处理室24内的气体、反应副生成物从处理室24内除去(吹扫)。之后，处理室24内的气氛被置换为非活性气体(非活性气体置换)，处理室24内的压力恢复至常压(大气压恢复)。
(晶舟卸载及晶片取出)
利用晶舟升降机52使密封盖46下降，使集流管22的下端开口。然后，处理过的晶片W在被支承于晶舟26的状态下，从集流管22的下端向反应管18的外部搬出(晶舟卸载)。处理过的晶片W从晶舟26被取出(晶片取出)。
接下来，对第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，在反应管18的下端的凸缘部18C上进一步具有将隔热区域B的气氛排气的第三排气部(第三排气口)，在这一方面与上述实施方式不同。以下，对与通过图1说明过的要素实质相同的要素标注同一标记，并将其说明省略。
如图3所示，在排气口62下方的反应管18的凸缘部18C，形成作为第三排气部(第三排气口)的排气口64。排气口64以处理室24的下方与气体排气空间24B连通的方式形成。从气体供给管30c供给的吹扫气体从排气口62及排气口64排气，从而将隔热区域B的气氛排气。即，能够抑制被供给至隔热部54周围的吹扫气体向成膜区域扩散，能够抑制由成膜区域的处理气体被稀释而导致的成膜均匀性的劣化。另外，由于能够直接地将隔热区域B的、特别是集流管22周边的区域即炉口部周边排气，因此，能够防止在该区域发生吹扫气体的滞留、停滞。
排气口64的开口面积优选形成为小于排气口62的开口面积。另外优选的是，排气口64的横向宽度形成为比排气口62的横向宽度窄。通过以这种方式构成，能够使排气口62的排气量比排气口64的排气量大，能够防止在吹扫气体到达隔热部54及隔热部54的周围之前从排气口64排出大量的吹扫气体，能够对隔热部54进行适当地吹扫。
接下来，对第三实施方式进行说明。在第三实施方式中，与上述第一实施方式相比，隔热部的构成不同，使用上下分割的隔热部66。
如图4及图5所示，隔热部66被分割为圆筒状的上部隔热体66A和圆筒状的下部隔热体66B。在下部隔热体66B的上表面周围，例如4根圆筒状的支承部68等间隔地设置，上部隔热体66A以与下部隔热体66B隔开规定的间隔S的方式被支承于支承部68。
排气口62形成于如下位置：排气口62的高度方向的位置与上部隔热体66A和下部隔热体66B之间的间隔S有一部分重合。由此，被供给至隔热部66的周围的吹扫气体经由上部隔热体66A与下部隔热体66B之间的间隔S而向排气口62排气。即，对于在隔热部66与同排气口62相反一侧的排气管18的内壁之间的狭小间隙流过的吹扫气体而言，由于排气口62不在附近，因此存在难以排气而易于向处理区域A扩散的情况，但通过形成间隔S，将会向间隔S一方流动，因此不会使吹扫气体到达处理区域A，能够更高效地排气。优选的是，在排气口62的开口的至少一部分与间隔S的至少一部分在高度方向上重合的位置处，形成排气口62。通过以这种方式构成，能够将通过间隔S的吹扫气体直线地经排气口62排气，能够形成没有停滞的排气气流。
图7中示出了，第三实施方式涉及的使用了排气口62及具有中间排气的隔热部66(具有间隔S的结构)的反应管18、和比较例涉及的使用了排气口62及没有中间排气的隔热部的反应管18的反应管内的处理区域A及隔热区域B的处理气体的摩尔分率。如图7所示，在比较例中的反应管18内的处理区域A中，对隔热部吹扫后的吹扫气体向处理区域A扩散从而处理气体被稀释。特别地，在隔热区域B之中，在反应管18的炉口部附近处，处理气体的摩尔分率变小。与此相对，对于具有中间排气的隔热部66而言，通过了隔热部66的间隔S的吹扫气体从排气口62排气，因此，抑制了吹扫气体向处理区域A扩散，处理区域A在整个区域中成为大致相同的摩尔分率。即，通过将隔热部66分割并设置间隔S、经由间隔S而将吹扫气体从排气口62排气，由此，能够抑制通过了隔热区域B的吹扫气体向处理区域A扩散，能够抑制由处理区域A的处理气体被稀释而导致的成膜均匀性的劣化。
需要说明的是，在第三实施方式中，对使用圆筒状的上部隔热体66A和圆筒状的下部隔热体66B的构成进行了说明，但不限于此，也可以设置为下述构成：将隔热体设置为多个隔热板层叠而得到的构成，在隔热板的叠层之间具有高度位置与排气口62部分重合的间隔S。另外，不仅是排气口62，也可以应用于进一步设置有在第二实施方式中详述了的第三排气部(第三排气口)即排气口64的构成。
接下来，对第四实施方式进行说明。在第四实施方式中，与上述第二实施方式相比，隔热部和旋转轴的构成不同，在旋转轴72的内部设置有吹扫气体供给部。
如图8所示，隔热部70具有圆盘形状的承接部78、对层叠的隔热体74进行保持的保持部80、和覆盖层叠的隔热体74的圆筒部82。在承接部78的上表面，固定有保持部80和圆筒部82。
承接部78由例如不锈钢等金属形成。在承接部78，在中心形成有贯通孔。另外，在承接部78，以规定的间隔形成有将圆筒部82内排气的排气孔78A。排气孔78A例如沿着承接部78的同心圆上以等间隔形成有多个。
保持部80具有圆筒形、且下端开口的贯通孔。在该保持部80的贯通孔，作为第二加热部件(加热机构)的加热器单元(以下，称为副加热器)即副加热器76垂直地贯穿。副加热器76具备垂直延伸的支柱部76A、和相对于支柱部76A而水平连接的发热部76B。发热部76B设置于支承部76A的上端与圆筒部82的内壁之间的区域。由此，能够抑制副加热器76的辐射热向处理区域A外逃逸，能够缩短升温时间。另外，发热部76B形成为直径比晶片W的外径小的大致环状，并且以与晶片W平行的方式由支柱部76A连接支承。在发热部76B的内部，封入有作为线圈状的发热体的电阻发热线即加热器裸线。副加热器76被配置在晶舟26与隔热体74之间并从下方加热晶片W(处理区域A)。
在保持部80设置有反射板74A和隔热板74B作为隔热体74。反射板74A通过例如焊接而固定地保持于保持部80的上部。隔热板74B通过例如焊接而固定地保持于保持部80的中间部。
反射板74A形成为直径小于晶片W的直径的圆板形状、并且例如由不透明石英形成。隔热板74B形成为外径比晶片W的外径小的圆板形状，并且由热容量小的材料形成，例如由石英、硅(Si)、SiC等形成。
在旋转轴72中形成贯通孔，副加热器76的支承部76A贯穿该贯通孔内。另外，在旋转轴72的上端部，固定有承接部78。
即，在旋转轴72、承接部78、保持部80的贯通孔内贯穿有副加热器76的支承部76A。
旋转轴72、承接部78、保持部80的贯通孔的内径构成为大于副加热器76的支承部76A的外径，在旋转轴72、承接部78、保持部80的内壁与支承部76A的外壁之间形成有圆环状的空间。在上述旋转轴72、承接部78、保持部80的内壁与支承部76A的外壁之间的圆环状的空间(支承部76A的周围)，形成有作为供给吹扫气体的吹扫气体供给路径的第一流路。
在该圆环状的空间连接有气体供给管30c。在气体供给管30c，从上游方向起依次设置有MFC32c及阀34c。保持部80的上端以供给口80A的形式构成。供给口80A为圆环状的开口，吹扫气体从供给口80A朝向圆筒部82的内侧上方供给。通过将供给口80A设置成圆环状的开口，能够在圆筒部82的上端及圆环状的平面径向的整个外周方向的范围内均匀地供给吹扫气体。
圆筒部82形成为上端封闭的圆筒形以将副加热器76收纳在内部。
圆筒部82内的上端形成为凸状。通过设置成这种构成，能够使圆筒部82的顶板部的厚度变薄，能够提高基于副加热器76的处理区域A下方的加热效率。另外，能够使圆筒部82内的气体的流动变好，能够防止气体在凸状的部分处滞留。此外，当从供给口80A供给的吹扫气体与圆筒部82上表面的内壁碰撞并向圆周方向流动之后，会沿着圆筒部82内的侧壁从上方向下方流动，因此，能够使得易于在圆筒部82内形成吹扫气体向下的流动(downflow)。即，能够在第二流路中形成向下的流动。
像这样，通过用吹扫气体积极地吹扫气体圆筒部82内的、特别是设置有副加热器76的发热部76B的上端部(顶板部)附近，由此，能够防止处理气体与发热部76B接触。从供给口80A供给的吹扫气体经由作为保持部80与圆筒部82的内壁之间的空间即第二流路、并经由排气孔78A、排气口64排气，从而将隔热部70内的气氛排气。由此，能够抑制通过隔热部70内的吹扫气体向处理区域A扩散，能够抑制由处理区域A的处理气体被稀释而导致的成膜均匀性的劣化。
在上述中，方便起见，在隔热部70中包含了圆筒部82，但主要进行隔热的是副加热器76以下的区域、即隔热体74的区域，因此，也可以将隔热体74的区域称为隔热部。这种情况下，也可以考虑将副加热器76设置在晶舟26与隔热部之间。
以上，具体地说明了本发明的实施方式。然而，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对作为原料气体使用HCDS气体的例子进行了说明。然而，本发明不限于上述方式。例如，作为原料气体，除HCDS气体以外，还能够使用一氯硅烷(SiH3Cl，简称：MCS)气体、二氯硅烷(SiH2Cl2，简称：DCS)气体、三氯硅烷(SiHCl3，简称：TCS)气体、四氯硅烷即四氯化硅(SiCl4，简称：STC)气体，八氯三硅烷(Si3Cl8，简称：OCTS)气体等无机系卤代硅烷原料气体，或三(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]3H，简称：3DMAS)气体、四(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]4，简称：4DMAS)气体、双(二乙基氨基)硅烷(Si[N(C2H5)2]2H2，简称：BDEAS)气体，二叔丁基氨基硅烷(SiH2[NH(C4H9)]2，简称：BTBAS)气体等不含卤基的氨基系(胺系)硅烷原料气体。另外，作为原料气体，能够使用甲硅烷(SiH4，简称：MS)气体、乙硅烷(Si2H6，简称：DS)气体、丙硅烷(Si3H8，简称：TS)气体等不含卤基的无机系硅烷原料气体。
另外，例如，在上述实施方式中，对作为反应气体使用NH3气的例子进行了说明。然而，本发明不限于上述方式。例如，作为反应气体，除NH3气以外，还能够使用二氮烯(N2H2)气体、肼(N2H4)气体、N3H8气体等氮化氢系气体、包含上述化合物的气体等。另外，作为反应气体，能够使用三乙胺((C2H5)3N，简称：TEA)气体、二乙胺((C2H5)2NH，简称：DEA)气体、单乙胺(C2H5NH2，简称：MEA)气体等乙胺系气体、三甲胺((CH3)3N，简称：TMA)气体、二甲胺((CH3)2NH，简称：DMA)气体、单甲胺(CH3NH2，简称：MMA)气体等甲胺系气体等。另外，作为反应气体，能够使用三甲基肼((CH3)2N2(CH3)H，简称：TMH)气体等有机肼系气体等。
另外，例如，在上述实施方式中，对作为原料气体使用HCDS气体、作为反应气体使用NH3气这样的含氮(N)气体(氮化气体)，来形成SiN膜的例子进行了说明。然而，本发明不限于上述方式。例如，使用除此以外的、或者除了他们以外还使用氧(O2)气等含氧(O)气体(氧化气体)、丙烯(C3H6)气体等含碳(C)气体、三氯化硼(BCl3)气体等含硼(B)气体等，例如，利用以下所示的成膜顺序，来形成SiO膜、SiON膜、SiOCN膜、SiOC膜、SiCN膜、SiBN膜、SiBCN膜等。需要说明的是，能够适当改变各气体流过的顺序。在进行上述成膜的情况下，能够通过与上述实施方式同样的处理条件进行成膜，能够获得与上述实施方式同样的效果。
另外，例如，在上述实施方式中，对形成SiN膜等硅系绝缘膜的例子进行了说明。然而，本发明不限于上述方式。例如，本发明在晶片W上形成包含钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)等金属元素的氧化膜、即金属系膜的情况下，也能够合适地使用。
例如，本发明在晶片W上形成TiN膜、TiO膜、TiON膜、TiOCN膜、TiOC膜、TiCN膜、TiBN膜、TiBCN膜、ZrN膜、ZrO膜、ZrON膜、ZrOCN膜、ZrOC膜、ZrCN膜、ZrBN膜、ZrBCN膜、HfN膜、HfO膜、HfON膜、HfOCN膜、HfOC膜、HfCN膜、HfBN膜、HfBCN膜、TaN膜、TaO膜、TaON膜、TaOCN膜、TaOC膜、TaCN膜、TaBN膜、TaBCN膜、NbN膜、NbO膜、NbON膜、NbOCN膜、NbOC膜、NbCN膜、NbBN膜、NbBCN膜、AlN膜、AlO膜、AlON膜、AlOCN膜、AlOC膜、AlCN膜、AlBN膜、AlBCN膜、MoN膜、MoO膜、MoON膜、MoOCN膜、MoOC膜、MoCN膜、MoBN膜、MoBCN膜、WN膜、WO膜、WON膜、WOCN膜、WOC膜、WCN膜、WBN膜、WBCN膜等的情况下，也能够合适地使用。另外，除此以外，在形成向它们中的任一者中掺杂(添加)其他元素而得到的膜例如TiAlN膜、TaAlN膜、TiAlC膜、TaAlC膜、TiSiN、TiSiC膜等的情况下也能够合适地使用。
在形成金属系膜的情况下，作为原料气体，例如可使用四氯化钛(TiCl4)气体、四氟化钛(TiF4)气体、四氯化锆(ZrCl4)气体、四氟化锆(ZrF4)气体、四氯化铪(HfCl4)气体、四氟化铪(HfF4)气体、五氯化钽(TaCl5)气体、五氟化钽(TaF5)气体、五氯化铌(NbCl5)气体、五氟化铌(NbF5)气体、三氯化铝(AlCl3)气体、三氟化铝(AlF3)气体、五氯化钼(MoCl5)气体、五氟化钼(MoF5)气体、六氯化钨(WCl6)气体、六氟化钨(WF6)气体等包含金属元素及卤元素的无机金属原料气体。此外，作为原料气体，也可使用例如三甲基铝(Al(CH3)3，简称：TMA)气体等包含金属元素及碳的有机金属原料气体。作为反应气体，可使用与上述实施方式同样的气体。
例如，能够利用以下所示的成膜顺序，在晶片W上形成TiN膜、TiO膜、TiON膜、TiCN膜、TiAlC膜、TiAlN、TiSiN膜等。
需要说明的是，能够适当改变各气体流过的顺序。在进行上述成膜的情况下，也能通过与上述实施方式相同的处理条件进行成膜，并获得与上述实施方式同样的效果。
即，本发明能够适用于形成包含半导体元素、金属元素等规定元素的膜的情况。
另外，在上述实施方式中，对在晶片W上堆积膜的例子进行了说明。但是，本发明不限于上述方式。例如，在对晶片W、在晶片W上形成的膜等进行氧化处理、扩散处理、退火处理、蚀刻处理等处理的情况下，也能合适的适用。
以上，具体说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
＜本发明的优选方式＞
以下，以附记的形式记载本发明的方式。
(附记1)
根据本发明的一个方式，提供一种衬底处理装置，其具备：
反应管，其在内部具有处理衬底的处理区域、和位于所述处理区域的下方的隔热区域，
处理气体供给部，其对所述处理区域的所述衬底供给处理气体，
第一排气部，其形成于所述反应管、将所述处理区域的气氛排气，
吹扫气体供给部，其向所述隔热区域供给吹扫气体，和
第二排气部，其形成于所述反应管、将所述隔热区域的气氛排气，
其中，所述第二排气部形成于比所述第一排气部靠下方。
(附记2)
附记1中记载的装置，优选的是，
进一步具有与所述第一排气部及所述第二排气部连通的排气缓冲室。
(附记3)
附记1或2中记载的装置，优选的是，
具有将所述反应管内划分为多个空间的第一分隔部，
所述第一排气部由多个横长的狭缝状的开口构成。
(附记4)
附记3中记载的装置，优选的是，
所述第一排气部的开口总面积大于所述第二排气部的开口面积。
(附记5)
附记1至4中任一项中记载的装置，优选的是，
在形成于所述反应管的下端的凸缘部，进一步具有将所述隔热区域的气氛排气的第三排气部。
(附记6)
附记5中记载的装置，优选的是，
所述第二排气部的横向宽度大于所述第三排气部的横向宽度。
(附记7)
附记5或6中记载的装置，优选的是，
具有与所述排气缓冲室连通、形成于所述凸缘部上的排气端口，
所述第三排气部与所述排气端口连通。
(附记8)
附记7中记载的装置，优选的是，
所述第二排气部至少在所述第二排气部的开口的一部分与所述排气端口的开口区域重合的高度位置形成。
(附记9)
附记2至8中任一项中记载的装置，优选的是，
进一步具有收容所述吹扫气体供给部的供给缓冲室。
(附记10)
根据本发明的其他方式，提供一种反应管，
所述反应管在内部具有处理室，所述处理室包括处理衬底的处理区域和位于所述处理区域的下方的隔热区域，
所述反应管具有：
第一排气部，所述第一排气部将所述处理区域的气氛排气，和
第二排气部，所述第二排气部形成于在高度方向上与所述隔热区域重合的位置、将所述隔热区域的气氛排气。
(附记11)
根据本发明的又一方式，提供一种半导体器件的制造方法、或衬底处理方法，所述方法具有：
将所述衬底搬入反应管内的处理衬底的处理区域的工序，
对所述处理区域的所述衬底供给处理气体，从形成于反应管的第一排气部将所述处理区域的气氛排气，并对所述衬底进行处理的工序，和
向位于所述反应管内的所述处理区域的下方的隔热区域供给吹扫气体，从形成于比所述第一排气部靠下方的第二排气部将所述隔热区域的气氛排气，对所述隔热区域吹扫的工序。
(附记12)
根据本发明的又一方式，提供一种使计算机执行下述步骤的程序、或记录有该程序的计算机可读取的记录介质，所述步骤为：
将所述衬底搬入反应管内的处理衬底的处理区域的步骤，
对所述处理区域的所述衬底供给处理气体，从形成于反应管的第一排气部将所述处理区域的气氛排气，并对所述衬底进行处理的步骤，和
向位于所述反应管内的所述处理区域的下方的隔热区域供给吹扫气体，从形成于比所述第一排气部靠下方的第二排气部将所述隔热区域的气氛排气，对所述隔热区域吹扫的步骤。
(附记13)
根据本发明的又一方式，提供一种使计算机执行下述步骤的程序、或记录有该程序的计算机可读取的记录介质，所述步骤为：
将所述衬底搬入反应管内的处理衬底的处理区域的步骤，
对所述处理区域的所述衬底供给处理气体，从形成于反应管的侧壁的第一排气部将所述处理区域的气氛排气，并对所述衬底进行处理的步骤，和
向位于所述反应管内的所述处理区域的下方的隔热区域供给吹扫气体，从在所述反应管的侧壁且为在高度方向上与所述隔热区域重合的位置形成的第二排气部将所述隔热区域的气氛排气，对所述隔热区域吹扫的步骤。
附图标记说明
10 衬底处理装置
12 处理炉
14 加热器
18 反应管
18A、18B 分隔部
19 排气端口
24 处理室
24A 气体供给空间(供给缓冲室)
24B 气体供给空间(排气缓冲室)
38 排气管
54、66、70 隔热部
200 控制器

Claims (18)

1.反应管，
所述反应管在内部具有处理室，所述处理室包括处理衬底的处理区域和位于所述处理区域的下方的隔热区域，
所述反应管具有：
第一排气部，所述第一排气部将所述处理区域的气氛排气，和
第二排气部，所述第二排气部形成于在高度方向上与所述隔热区域重合的位置、将所述隔热区域的气氛排气。
2.根据权利要求1所述的反应管，其中，所述第一排气部由狭缝状的多个开口构成。
3.根据权利要求2所述的反应管，其中，所述第二排气部的开口面积大于所述第一排气部的多个开口之中的一个开口的开口面积。
4.根据权利要求2所述的反应管，其中，所述第一排气部的开口总面积大于所述第二排气部的开口面积。
5.根据权利要求1所述的反应管，进一步具有与所述第一排气部及所述第二排气部连通的排气缓冲室。
6.根据权利要求5所述的反应管，其中，所述第二排气部的横向宽度为所述排气缓冲室的横向宽度以下。
7.根据权利要求5所述的反应管，进一步具有：
形成于所述反应管的下端的凸缘部，
形成于所述凸缘部、将所述隔热区域的气氛排气的第三排气部。
8.根据权利要求7所述的反应管，其中，所述第二排气部的开口面积大于所述第三排气部的开口面积。
9.根据权利要求7所述的反应管，具有：
形成于所述凸缘部上、与所述排气缓冲室连通的排气端口，
所述第三排气部以与所述排气端口连通的方式构成。
10.根据权利要求9所述的反应管，其中，所述第二排气部至少在所述第二排气部的开口区域的一部分在高度方向上与所述排气端口的开口区域重合的位置形成。
11.衬底处理装置，其具备：
反应管，其在内部具有处理室，所述处理室包括处理衬底的处理区域、和位于所述处理区域的下方的隔热区域，
处理气体供给部，其对所述处理区域的所述衬底供给处理气体，
第一排气部，其形成于所述反应管的侧壁、将所述处理区域的气氛排气，
吹扫气体供给部，其向所述隔热区域供给吹扫气体，和
第二排气部，所述第二排气部形成于所述反应管的侧壁且形成于在高度方向上与所述隔热区域重合的位置，所述第二排气部将所述隔热区域的气氛排气。
12.根据权利要求11所述的衬底处理装置，其中，所述吹扫气体供给部构成为从所述隔热区域的下方位置朝向上方供给所述吹扫气体。
13.根据权利要求12所述的衬底处理装置，其中，在形成于所述反应管的下端的凸缘部，进一步具有将所述隔热区域的气氛排气的第三排气部。
14.根据权利要求13所述的衬底处理装置，其中，所述第二排气部的开口面积大于所述第三排气部的开口面积。
15.根据权利要求11所述的衬底处理装置，进一步具有配置于所述隔热区域的隔热体，
所述隔热体为上下以空出规定间隔而被分割的构成，所述第二排气部至少在所述第二排气部的开口的一部分在高度方向上与所述规定间隔的一部分重合的位置形成。
16.根据权利要求11所述的衬底处理装置，进一步具有：
配置于所述隔热区域的隔热体，和
包围所述隔热体的圆筒部，
其中，所述吹扫气体供给部向所述圆筒部内供给所述吹扫气体。
17.根据权利要求16所述的衬底处理装置，其中，
在所述衬底与所述隔热体之间，具有加热所述处理区域的加热器。
18.半导体器件的制造方法，所述方法具有：
将所述衬底搬入反应管内的处理衬底的处理区域的工序，
对所述处理区域的所述衬底供给处理气体，从形成于反应管的侧壁的第一排气部将所述处理区域的气氛排气，并对所述衬底进行处理的工序，和
向位于所述反应管内的所述处理区域的下方的隔热区域供给吹扫气体，从第二排气部将所述隔热区域的气氛排气，所述第二排气部形成于所述反应管的侧壁且为在高度方向上与所述隔热区域重合的位置，对所述隔热区域吹扫的工序。
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