CN112740374A - 基板处理装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板处理装置，其具备：基板保持件，其将多个基板以预定的间隔排列并保持；反应管，其具备将上端封闭的顶棚和在下方能够使上述基板保持件出入的开口，且容纳上述基板保持件；加热机构，其设于上述反应管的周围，且对内部进行加热；气体供给机构，其对在上述反应管内保持于上述基板保持件的上述多个基板供给处理气体；气体排出机构，其与上述反应管内连通，且对上述反应管内的气氛进行排气；以及中断过滤器，其位于在上述反应管内从上述气体供给机构向上述气体排出机构的气体的流动的中途，且设于比上述基板靠下游的位置，从废气接受热，并且将供给来的惰性气体供给至上述反应管内。

Description

基板处理装置及半导体装置的制造方法
技术领域
本公开涉及基板处理装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
在半导体装置(器件)的制造工序中，使用基板处理装置在预定的温度及气氛下处理基板，进行薄膜的形成或改性等。在例如立式基板处理装置中，将预定个数的基板在垂直方向上排列并保持于基板保持件，将基板保持件装入处理室内，并在利用设置于处理室的周围的加热炉对基板进行了加热的状态下向处理室内导入处理气体，对基板进行成膜处理等。
在作为代表性的成膜方法之一的LP-CVD中，处理室通过真空泵进行减压，且当成膜结束时，导入N2气体等，恢复大气压(将此称为通风)。在通风中，为了防止颗粒的卷起，经常使用设置于处理室内的中断过滤器(也称为扩散器)。中断过滤器从导入的气体除去颗粒，并且从比气体供给管的截面大的表面稳定地放出气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2006/049055号
专利文献2：日本特开2002-373890号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在立式基板处理装置的处理室设置有上述的中断过滤器的情况下，有时根据设置的场所使温度较低，因此副生成物附着于中断过滤器。为了在通风时不会卷起附着的颗粒，从中断过滤器供给的N2气体的流量被限制，大气恢复耗费时间。
此外，为了防止副生成物的附着，也考虑始终从中断过滤器进行净化的方法，但在成膜中N2气体向反应室内扩散，在晶圆之间，膜厚等产生偏差。
本公开提供一种技术，缩短使用了中断过滤器的通风的时间。
用于解决课题的方案
根据本公开的一方案，提供如下技术，基板处理装置具备：基板保持件，其将多个基板以预定的间隔排列并保持；反应管，其具备将上端封闭的顶棚和在下方能够使上述基板保持件出入的开口，且容纳上述基板保持件；加热机构，其设于上述反应管的周围，并对内部进行加热；气体供给机构，其对在上述反应管内保持于上述基板保持件的上述多个基板供给处理气体；气体排出机构，其与上述反应管内连通，且对上述反应管内的气氛进行排气；以及中断过滤器，其位于在上述反应管内从上述气体供给机构向上述气体排出机构的气体的流动的中途，且设于比上述基板靠下游的位置，从废气接受热，并且将供给来的惰性气体供给至上述反应管内。
发明效果
根据本公开，能够缩短使用了中断过滤器的通风的时间。
附图说明
图1是基板处理装置的概念图。
图2是实施方式的基板处理装置的纵剖视图。
图3是实施方式的基板处理装置的控制器29的块图。
图4是实施方式的基板处理装置的反应管4的横剖视图。
图5是实施方式的基板处理装置的凸缘部4C的立体图。
图6是实施方式的变形例的基板处理装置的纵剖视图。
图7是实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。
具体实施方式
图1表示本公开的一方面的基板处理装置的概念。中断过滤器配置于反应室(处理室)的排气侧。此处由于从在反应管内被加热的高温的废气受热，因此为高温状态，可以抑制副生成物向中断过滤器的附着。而且，该部位在处理气体的流动中相当于比基板靠下方且靠下游，因此，即使从该中断过滤器流动少量的净化气体，也几乎不会向基板扩散。因此，能够始终对中断过滤器进行N2净化，进一步抑制副生成物的附着。另外，设置有中断过滤器的周围为高温，因此副生成物的附着较少，即使以大流量进行通风，也可以抑制颗粒的卷起。进一步地，为了使穿过反应室与APC阀之间的空间的气体不会向反应室逆流，如果APC阀维持轻微的开度，或者在反应室与APC阀之间设置基于分流配管而得到的分流流路且维持微小流量流动，则更有效。
以下，参照表示一些示例性的实施方式的附图，对各种示例性的实施方式更详细地进行说明。但是，本公开的概念也可以以大量不同的方式来体现，不应被解释为限定于本说明书中记载的示例性的实施方式。相反，为了使本领域技术人员能够实施该发明，这些示例性的实施方式作为全面且完整的描述而提供。
[基板处理装置的结构]
如图2所示，在本实施方式中，基板处理装置1构成为实施集成电路的制造方法中的热处理工序的立式热处理装置(分批式立式炉装置)。
处理炉2具有作为第一加热单元(加热机构)的炉体(以下，称为加热器)、即加热器3。加热器3为圆筒形状，且垂直安装。加热器3对其内侧进行加热，并且如后述地还作为利用热使气体活性化(激励)的活性化机构(激励部)发挥功能。
在加热器3的内侧配设有构成真空容器(处理容器)的反应管4。反应管4例如由石英(SiO2)等耐热性材料构成，形成为上端封闭且下端开口的圆筒形状。在下端的开口形成有向外周侧突出的凸缘(唇)部4C，经由O形环19A与歧管(入口)5连接。歧管5形成为在两端具有凸缘的较的筒状，与反应管4同轴配置，且能够支撑反应管4。
反应管4的筒中空部形成处理室6。处理室6构成为能够将作为基板的晶圆7在利用后述的晶舟21以水平姿势沿垂直方向排列多层的状态下容纳。将容纳由晶舟21保持的晶圆7的空间称为处理区域，将其下方的空间称为隔热区域。构成为热壁型的反应管4的处理区域内为均匀的温度。
在反应管4的外壁上，在彼此面对面的位置形成有在内部分别具有空间的供给缓冲器6A和排气缓冲器6B。供给缓冲器6A和排气缓冲器6B还形成为，以至少面向全部处理区域的方式在高度方向上延伸。供给缓冲器6A和排气缓冲器6B的突出的部分构成反应管4的外壁，由供给缓冲器6A及排气缓冲器6B覆盖的反应管4的圆筒的一部分分别构成分隔部4A及分隔部4B。供给缓冲器6A的内部的气体供给空间由反应管4的外壁和分隔部4A划分出，在下端与处理室6连通。另一方面，排气缓冲器6B的下端被凸缘部4C封闭，通过设置于下端附近的排气端口4D与外部连通。因此，排气缓冲器6B的内部的气体排出空间由反应管4的外壁、分隔部4B以及凸缘部4C划分出。
在分隔部4A，以与晶圆7的间隔相同的间隔，与处理区域的晶圆7的表面对应地设有多个横长狭缝状的气体供给口4F，该气体供给口4F使处理室6和气体供给空间流体连通。
在分隔部4B，以与晶圆7的间隔相同的间隔，与处理区域的晶圆7对应地设有多个横长狭缝状的气体排出口4E(第一排气口)，该气体排出口4E使处理室6和气体排出空间流体连通。气体排出口4E由与排气缓冲器6B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重合的位置。另外，气体排出口4E设置于与气体供给口4F对应的位置(与处理区域对置的位置、即，面对处理区域的位置)。
在分隔部4B的气体排出口4E的下方形成有作为第二排气部(第二排气口)的副排气口4G。副排气口4G形成于隔热区域内的位置、或者与隔热部面对面的位置。副排气口4G形成为横长的长方形状，其开口面积比气体排出口4E的一个狭缝的开口面积大，且比气体排出口4E的开口总面积小。气体排出口4E及副排气口4G形成为使处理室6和排气缓冲器连通，分别对处理室6内的处理区域及隔热区域的气氛进行排气。通过在隔热区域设置副排气口4G，可抑制在隔热部22的周围流动的轴净化气体(后述)向处理区域扩散。关于本例的反应管4，除了排气端口4D、凸缘部4C的一部分，整体可以由透明石英构成。在此，透明石英是指未实施喷砂或微裂纹、气泡等使光散射的加工的石英。
在气体供给空间内设有由石英等耐热性材料形成的喷嘴8a、8b、8c。在喷嘴8a的下端连接有气体供给管9a。在气体供给管9a，从上游方向起依次设有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)10a及作为开闭阀的阀11a。在气体供给管9a的比阀11a靠下游侧连接有供给惰性气体的气体供给管12a。在气体供给管12a，从上游方向起依次设置有MFC13a及阀14a。对于喷嘴8b、8c，也设有同样的处理气体供给系统、惰性气体供给系统。以下，将喷嘴8a、8b、8c总称地称为喷嘴8。
主要由气体供给管9a、MFC10a、阀11a构成处理气体供给系统，由气体供给管12a、MFC13a、阀14a构成惰性气体供给系统。此外，也可以考虑将惰性气体供给系统包含于处理气体供给系统。另外，由喷嘴8a、8b、气体供给口4F、供给缓冲器6A构成气体供给机构。此外，也可以考虑将处理气体供给系统及惰性气体供给系统包含于气体供给机构。
喷嘴8在气体供给空间从反应管4的下部朝向上方沿着晶圆7的排列设置。这时，喷嘴8在晶圆7的侧方与晶圆7的排列方向平行。本例的喷嘴8以遍及处理区域的全域供给气体的方式在侧面形成有多个气体吐出孔8H。气体吐出孔8H能够以与晶圆7的配置间隔相同的间隔且以朝向反应管4的中心的方式分别开口。由此，能够以从气体吐出孔8H穿过气体供给口4F的直线路径朝向各个晶圆7供给气体。
排气端口4D是使反应管4的内外连通的开口，连接有对处理室6内的气氛进行排气的排气管15。另外，在排气管15经由作为对处理室6内的压力进行检测的压力检测器(压力检测部)的真空计16及作为开闭阀的APC(Auto Pressure Controller)阀17连接有作为真空排气装置的真空泵18，将它们总称地称为排气系统。排气管15可以为了防止废气的成分的固化而通过未图示的加热器对周围进行加热。
APC阀17由控制器29控制开度，且构成为，通过在使真空泵18工作的状态下对阀进行开闭，能够进行处理室6内的真空排气及真空排气停止，而且，通过在使真空泵18工作的状态下基于由真空计16检测出的压力信息连续调整阀开度，能够将处理室6内的压力保持在目标值(恒压控制)。由气体排出口4E、副排气口4G、排气缓冲器6B、排气端口4D、排气系统以及后述的副排气阀37构成气体排出机构。
在歧管5的下方设有能够气密地封闭歧管5的下端开口的作为炉口盖体的盖19。盖19由金属形成为圆盘状。在盖19的上表面设有与歧管5的下端抵接的作为密封部件的O形环19B。另外，在盖19的上表面中的比O形环19B靠内侧区域设置有覆盖并保护盖19的密封盖板20。
盖19构成为从垂直方向下侧抵接于歧管5的下端，且通过垂直地装设于反应管4的外部的作为升降机构的晶舟升降机27在垂直方向上升降。晶舟升降机27作为将晶圆7连同晶舟21一起从处理室6内搬出、或者搬入处理室6内的搬送装置(搬送机构)发挥功能。
作为基板保持件的晶舟21构成为，将例如5～200个晶圆7以水平姿势且以相互对齐中心的状态在垂直方向上排列并支撑多层，即，隔开间隔排列。晶舟21由例如石英、SiC等耐热性材料构成。
在晶舟21与盖19之间设有隔热部22。隔热部22形成为例如圆筒形状，或者通过上下排列多个圆板状的隔热板而构成。关于本例的隔热部22，比凸缘部4C靠上的部分的几乎全部可以由透明石英或者相对于远红外线透明的半导体晶圆等构成。
旋转机构23气密地设于盖19的外侧，通过贯通盖19的旋转轴23A可旋转地支撑隔热部22。旋转轴23A由磁性流体密封。在旋转机构23连接有气体供给管24，该气体供给管24主要供给用于保护密封的轴净化气体。在气体供给管24，从上游方向起依次设置有MFC25及阀26。主要由气体供给管24、MFC25、阀26构成作为净化气体供给系统的净化气体供给部。净化气体供给部构成为从隔热区域的下方位置朝向上方供给轴净化气体。例如，轴净化气体穿过盖19后在隔热部22与密封盖板20之间、歧管5的内周、隔热部22的外周流动，并从副排气口4G排出。
在处理室6设置有温度检测部28。温度检测部28可以由上下并排排列的多个热电偶构成。通过基于由温度检测部28检测出的温度信息调整对加热器3的通电状况，处理室6内的温度成期望的温度分布。
控制器29是控制基板处理装置1整体的计算机，与MFC10a～10c、13a～13c、25、33、阀11a～11c、14a～14c、26、34、真空计16、APC阀17、副排气阀37、真空泵18、加热器3、温度检测部28、旋转机构23、晶舟升降机27等电连接，从它们接收信号、对它们进行控制。
如图3所示，控制器29构成为具备CPU(Central Processing Unit)212、RAM(Random Access Memory)214、存储装置216、I/O端口218的计算机。RAM214、存储装置216、I/O端口218构成为能够经由内部总线220与CPU212进行数据交换。在控制器29可以连接有构成为例如触控面板等的输入输出装置222、拇指存储器等外部存储装置224。
存储装置216由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive)等构成。在存储装置216内可读取地存储有对基板处理装置的动作进行控制的控制程序、记载有后述的基板处理的步骤、条件等的工艺配方等。工艺配方是将后述的基板处理工序的各步骤以能够使控制器29执行并得到预定的结果的方式组合而成，作为程序发挥功能。以下，也将该工艺配方、控制程序等总称地简称为程序。在本说明书中使用程序这一术语的情况下，存在仅包括工艺配方单体的情况、仅包括控制程序单体的情况、或者包括它们双方的情况。RAM214构成为暂时保持由CPU212读取出的程序、数据等的存储器区域(工作区)。
I/O端口218与上述的MFC10a、13a、25、阀11a、14a、26、真空计16、真空泵18、加热器3、温度检测部28、旋转机构23、晶舟升降机27等连接。
CPU212构成为，从存储装置216读取控制程序并执行，并且根据来自输入输出装置222的操作指令的输入等从存储装置216读取工艺配方。CPU212构成为以按照读取出的工艺配方的内容的方式控制由MFC10a、13a、25进行的各种气体的流量调整动作、阀11a、14a、26的开闭动作、由阀控制器进行的APC阀17的开闭及压力调整动作、真空泵18的启动及停止、基于温度检测部28的加热器3的温度调整动作、由旋转机构23进行的晶舟21的旋转及转速调节动作、由晶舟升降机27进行的晶舟21的升降动作等。
图4表示反应管4的剖视图。反应管4的供给缓冲器6A被分隔板41分割成三个喷嘴室，喷嘴8a～8c分别设置于各喷嘴室。喷嘴室的周向的宽度可以设计成使喷嘴室的容积为安全设置几种喷嘴所需的最小限的容积。分隔板41的下端延伸至比处理区域靠下方的凸缘部4C附近，但未到达凸缘部4C的下端(参照图1)。排气缓冲器6B可以被分隔板42同样地分割成三个空间。分隔板42的下端延伸到比处理区域靠下方，但未到达副排气口4G的上端。
排气缓冲器6B的周向的宽度能够适当扩大，以得到必要的排气速度。例如，能够将反应管4的外周中的除了供给缓冲器6A所占的部分以外全部设为排气缓冲器6B，在该情况下，可以不需要分隔板42，反应管4为完全的双重管构造。中断过滤器31位于排气缓冲器6B的正下方。另外，中断过滤器31设置于距中心轴(旋转轴23A的延长线)比晶圆7的半径远的位置。
在喷嘴8a～8c的侧面分别设有朝向反应管4的中心方向开口的气体吐出孔8H。另外，在晶舟21的三根柱位于反应管4的内周面与晶圆7的间隙。期望反应管4的内径具有能够安全地旋转或搬入搬出晶舟21的最小限的内径。此时，从喷嘴8吐出的气体的大半以从各晶圆7的端至端横切的方式在各晶圆7的间隙与晶圆7的表面平行地流动。这样的反应管4被称为横流管。
再返回图2，中断过滤器31埋设于孔44，该孔44设于将排气缓冲器6B的下端封闭的凸缘部4C。该部位位于比反应管4的外壁及歧管5的内周面靠炉心，且由于来自加热器3的辐射热、来自废气的传热而为高温。中断过滤器31配置于使在排气缓冲器6B内朝向排气端口4D向下方流动的废气向水平方向偏转的部位，从而压力局部增高，来自废气的传热増长。此外，歧管5的上端面的温度为了保护O形环19A而限制在300℃以下，但允许中断过滤器31比歧管5更高温。中断过滤器31由对氧化铝、二氧化硅、碳化硅等微粒子进行烧结成形而得到的多孔质的原料构成，在其上表面与下表面之间能够流通气体。中断过滤器31因其构造而比块体更容易吸收辐射热，隔热性(蓄热性)高。此外，在与凸缘部4C之间存在热膨胀率的差异的情况下，中断过滤器31可以间隙配合于凸缘部4C的孔44。
通风管32将用于恢复大气的N2气体(通风气体)导入反应管4内，并供给至中断过滤器31的下表面。通风管32的上端的开口可以形成为恰好覆盖中断过滤器31的下表面的形状。在由镍合金制的管构成通风管32的情况下，通风管32的上端也可以与中断过滤器31的下表面外周钎焊接合，或者也可以与固定的中断过滤器31的下表面隔开稍微的间隙面对面地配置。通风管32的反应管4内的部分也能够由与中断过滤器31相同或同类的材料与中断过滤器31构成为一体。
在通风管32，在处理室6外从上游方向起依次设有MFC33及阀34。主要由通风管32、MFC33、阀34构成向中断过滤器31供给N2气体的通风气体供给部。供给的N2气体是氧、水蒸气的浓度十分低的气体，期望例如氧浓度为10ppm以下。
副排气阀37与APC阀17并列设置，构成绕过APC阀17的细的可开闭的排气路径。该排气路径的传导性设计成，在成膜处理中APC阀全闭时，流动与通风气体(及轴净化气体)的流量大致相同或其以上的流量。这样，能够抑制这些气体流入处理区域。此外，在成膜处理中能够适当设定APC阀的开度的下限的情况下，不需要副排气阀37。
图5表示反应管4的凸缘部4C的立体图。凸缘部4C形成为比反应管4的圆筒部分壁厚。排气端口4D形成为在反应管4的半径方向上贯通凸缘部4C的孔。中断过滤器31装填于从排气端口4D的中途向下方贯通的孔44。换言之，中断过滤器31面向排气端口4D的流路配置。孔44的上侧在作为曲面的孔的内表面开口，但平板状的中断过滤器31的上表面不从孔44突出。由于包围中断过滤器31的凸缘部4C与暴露于废气的排气缓冲器6B的底、排气端口4D一体化，因此中断过滤器31与它们热结合。凸缘部4C也可以由不透明的石英构成。就来自废气的传热而言，在排气流量大时显著，另外，即使流速为0，若压力高，则也会越大。
[变形例]
图6表示变形例的基板处理装置101。此外，在变形例的说明中没有特别提及的结构与基板处理装置1相同，标注相同的符号省略说明。在变形例中，反应管104是钟罩形状的单管，是从与盖19抵接的壁厚的唇(凸缘)部104C导入处理气体等的唇入口型。也就是说，在唇部104C以放射状设置有多个贯通孔，且插入有喷嘴8a等的基部(下端的水平部分)。喷嘴8a与唇部104C、以及喷嘴8a与12a的连接经由密封接头105进行。
中断过滤器131形成为筒状，以其下端比排气端口4D的空腔的下端高且其上端比处理区域的下端低的方式安装于通风管132的前端。中断过滤器131位于从喷嘴8a向排气端口4D流动的处理气体的流路上，且设于比晶圆7靠下方且下游的位置，优选地，设于排气端口4D的处理室6侧的开口的延长线上或开口的附近。通风管132与中断过滤器131一体形成，为了容易吸收辐射热，内周侧可以被不透明化。在变形例的结构中，中断过滤器131不直接从高温的排气端口4D接受热，取而代之地，配置于温度更高的接近处理区域(加热器3)的位置，使通风气体主要在水平方向上扩散。此外，设置于比反应管104的外壁靠近炉心这一点与之前的实施方式相同。
通过这样的结构，中断过滤器131能够不对成膜产生严重的影响地使通风气体始终流出，另外，能够接受辐射热、传热而保持在为了抑制副生成物的附着而所需的高的温度，能够防止从容易成为低温的炉口部(唇部104C的内周、密封盖板20)卷起颗粒。此外，在图6中，排气端口4D设于比唇部104C靠上，但也可以设于配置于唇部104C之下的排气专用的歧管。另外，也可以将该变形例的一部分结构应用于图2的基板处理装置1，例如也可以将中断过滤器131设置成从基板处理装置1的孔44贯通至上方的排气缓冲器6B内。
[使用了基板处理装置的基板处理方法]
接着，使用上述的基板处理装置1或101，对作为半导体装置(器件)的制造工序的一工序的在基板上形成膜的处理(以下也称为成膜处理)的顺序例进行说明。在此，对如下例子进行说明，即，通过对作为基板的晶圆7交替地供给第一处理气体(原料气体)和第二处理气体(反应气体)，在晶圆7上形成膜。
以下，参照图7，对如下例子进行说明，即，使用六氯乙硅烷(Si2Cl6、简称：HCDS)气作为原料气体，使用氨(NH3)气作为反应气体，在晶圆7上形成富硅的氮化硅膜(以下也称为SiN膜)。此外，在以下的说明中，构成基板处理装置1的各部分的动作由控制器29控制。
在本实施方式的成膜处理中，通过进行预定次数(一次以上)的如下循环，在晶圆7上形成SiN膜，上述循环为不同时地进行：对处理室6内的晶圆7供给HCDS气体的工序(S941)；从处理室6内除去HCDS气体(残留气体)的工序(S942)；对处理室6内的晶圆7供给NH3气体的工序(S943)；以及从处理室6内除去NH3气体(残留气体)的工序(S944)。
在本说明书中，关于“晶圆”这一术语，除了“晶圆本身(裸晶圆)”，也指“晶圆与形成于其表面的预定的层、膜等的层叠体(复合体)”。同样地，关于“晶圆的表面”这一术语，存在指“晶圆本身的表面”的情况、指“形成于晶圆上的预定的层、膜等的表面、即，作为层叠体的晶圆的最表面”的情况。“基板”这一术语的解释也与“晶圆”相同。
(S901：晶圆装料及晶舟装载)
首先，解除装置的待命的状态，将多个晶圆7装填于晶舟21(晶圆装料)，该晶舟21通过晶舟升降机27搬入处理室6内(晶舟装载)。此时，控制器29进行控制，以对MFC25设定预定的小流量(例如50sccm以下)，并打开阀26。从旋转机构23流出少量的N2气体(轴净化气体)。当搬入结束时，盖19成为经由O形环19B气密地封闭(密封)歧管5的下端的状态。此外，也可以从晶圆装料前的待命的状态起(也就是说始终)，打开阀26、阀14，开始净化气体的供给。来自阀26的轴净化气体能够抑制在晶圆装料过程中从外部卷入的颗粒附着于隔热部22，来自阀14的净化气体能够抑制空气等气体向喷嘴内逆流。
(S902：压力调整)
通过真空泵18进行真空排气(减压排气)，以使处理室6内、即存在晶圆7的空间成为预定的压力(真空度)。此时，处理室6内的压力由真空计16测定，并基于该测定出的压力信息反馈控制APC阀17。真空泵18至少在直至对晶圆7的处理结束的期间始终维持工作的状态。另外，控制器29进行控制，以对MFC33设定预定的小流量(例如50sccm以下)，并打开阀34和副排气阀37。由此，从中断过滤器31放出少量的N2气体(通风气体)。通风气体、轴净化气体从副排气阀37、APC阀17排出。此外，期望通风气体至少在使固形副生成物产生的处理气体在处理室6内流动的期间持续放出，也可以始终放出。
(S903：温度调整)
另外，通过加热器3对处理室6内进行加热，以使处理室6内的晶圆7成为预定的温度。此时，基于温度检测部28检测出的温度信息反馈控制对加热器3的通电状况，以使处理室6内成为预定的温度分布。加热器3对处理室6内的加热至少在直至对晶圆7的处理结束的期间持续进行。
(S904：成膜处理)
当处理室6内的温度稳定在预先设定的处理温度时，依次执行以下的四个副步骤，即，步骤S941、S942、S943及S944。此外，在此期间，通过旋转机构23经由旋转轴60使晶舟21旋转，从而使晶圆7旋转。
(S941：原料气体供给)
在该步骤中，对处理室6内的晶圆7供给HCDS气体，并在晶圆7的最表面上形成含硅(Si)层作为第一层。具体而言，打开阀11a，向气体供给管9a内流动HCDS气体。HCDS气体由MFC10a进行流量调整，并经由喷嘴8a的气体吐出孔8H、气体供给空间24A、气体供给口4F向处理室6内的处理区域供给，并经由气体排出口4E、排气缓冲器6B、排气端口4D从排气管15排出。另外，同时打开阀14a，向气体供给管12a内流动N2气体。N2气体由MFC13a进行流量调整，并经由喷嘴8a的气体吐出孔8H、气体供给空间24A、气体供给口4F与HCDS气体一同向处理室6内的处理区域供给，并经由气体排出口4E、排气缓冲器从排气管15排出。
此时，控制器29进行将第一压力作为目标压力的恒压控制。但是，在步骤S941的初期，处理室压力远低于目标压力，因此，有时APC阀17全闭。然而，恒压控制外的副排气阀37保持打开，通风气体、轴净化气体的几乎全量在此穿过而排出至真空泵18。或者，也可以以APC阀17不全闭而进行微小流量流动的方式运用。
(S942：原料气体排出)
形成第一层后进行如下控制：关闭阀11a，停止供给HCDS气体，并且使APC阀17全开。由此，对处理室6内进行真空排气，将残留于处理室6内的未反应或者参与第一层的形成后的HCDS气体从处理室6内排出。此时，温度接近处理室6的温度的废气穿过排气端口4D，向排气端口4D及附近传递热。其结果，在成膜处理的期间，中断过滤器31保持为充分高温。此外，也可以在打开阀14a的状态下，使供给至处理室6内的N2气体净化残留气体。来自喷嘴8a的净化气体的流量设定为在排气路径中使低蒸气压气体的分压比饱和蒸气压低，或者使反应管4内的流速为大于扩散速度的速度，通常，与少量的通风气体、轴净化气体相比，显著大。
(S943：反应气体供给)
步骤S942结束后，对处理室6内的晶圆7、即形成于晶圆7上的第一层供给NH3气体。通过热被活性化的NH3气体与在步骤S941形成于晶圆7上的第一层(含Si层)的至少一部分反应，变化(改性)成含有Si及N的第二层(氮化硅层)。以与步骤S941中的阀11a、14a的开闭控制同样的步骤进行阀11b、14b的开闭控制。NH3气体由MFC10b进行流量调整，并经由喷嘴8的气体吐出孔8H、气体供给空间24A、气体供给口4F向处理室6内的处理区域供给，且经由气体排出口4E、排气缓冲器从排气管15排出。此时，控制器29进行将第二压力作为目标压力的恒压控制。作为一例，第一压力、第二压力为100～5000Pa，优选为100～500Pa。
(S944：反应气体排出)
形成第二层后，关闭阀11b，停止供给NH3气体，并且进行将目标压力设为0的恒压控制(也就是说全开控制)。由此，对处理室6内进行真空排气，将残留于处理室6内的未反应或者参与第二层的形成后的NH3气体从处理室6内排出。此时，与步骤S942同样地，能够将预定量的N2气体作为净化气体向处理室6内供给。原料气体排出或反应气体排出的到达压力为100Pa以下，优选为10～50Pa。处理室6内的压力在供给时和排气时可以相差10倍以上。
(S945：实施预定次数)
通过进行预定次数(n次)的循环，能够在晶圆7上形成预定组成及预定膜厚的SiN膜，上述循环在时间上不重叠地依次进行上述的S941至S944的步骤。在S941、S943形成的第一及第二层的厚度不必自我限定，在该情况下，为了得到稳定的膜质量，需要以较高的再现性精密地控制暴露于气体的期间的气体浓度、时间。此外，在反复进行的循环内，也可以对S941和S942、或者S943和S944进一步多次反复实施。
(S905：降温)
在该步骤中，根据需要，在成膜处理的期间持续进行的步骤S903的温度调整停止或者重新设定为较低的温度，使处理室6内的温度逐渐降低。
(S906：通风)
直至处理室6内成为大气压，从中断过滤器导入惰性气体。控制器29进行控制，以对MFC33设定预定的大流量(例如2slm以上)，并打开阀34。当达到大气压时，进行控制，以对MFC33设定预定的小流量(例如50sccm以下)，或者关闭阀34。此外，步骤S905和S906也可以同时进行，或者交换开始顺序。
(S907：晶舟卸载及晶圆卸料)
利用晶舟升降机27使盖19慢慢下降，歧管5的下端开口。然后，处理完毕的晶圆7以支撑于晶舟21的状态从歧管5的下端搬出至反应管4的外部(晶舟卸载)。通过未图示的移载机从晶舟21取出处理完毕的晶圆7(晶圆卸料)。
本公开不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。本领域技术人员能够将上述实施方式广泛应用于减压下的基板的热处理。例如本公开不限于热壁反应管，也能够应用于基于灯加热、感应加热的冷壁管，能够应用于包括图1那样的双重管、图2那样的带缓冲器(导管)的管、图5那样的单重管的各种形状的反应管。
符号说明
1、101—基板处理装置，2—处理炉，3—加热器(加热机构)，4—反应管，4D—排气端口，17—APC阀，18—真空泵，21—晶舟(基板保持件)，29—控制器，31、131—中断过滤器，32、132—通风管，33—MFC，37—副排气阀。

Claims (12)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具备：
基板保持件，其将多个基板以预定的间隔排列并保持；
反应管，其具备将上端封闭的顶棚和能够使上述基板保持件在下方出入的开口，且容纳上述基板保持件；
加热机构，其设于上述反应管的周围，且对上述反应管的内部进行加热；
气体供给机构，其对在上述反应管内保持于上述基板保持件的上述多个基板供给处理气体；
气体排出机构，其与上述反应管内连通，且对上述反应管内的气氛进行排气；以及
中断过滤器，其位于在上述反应管内从上述气体供给机构向上述气体排出机构的气体的流动的中途，且设于比上述基板靠下游的位置，从废气接受热，并且将供给来的惰性气体供给至上述反应管内。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述反应管在上述开口的周围具有比上述反应管的外壁向内侧延伸的凸缘部，
上述气体排出机构具有上述凸缘部上与上述凸缘部连续地形成的排气端口，
上述中断过滤器面向上述排气端口的流路设于上述凸缘部。
3.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，
还具备歧管，上述歧管形成为与上述反应管同一轴的筒状，且连接于上述反应管的上述开口，
上述中断过滤器设于比上述歧管的内周面靠内侧。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，还具备：
盖，其直接或间接保持上述基板保持件，并且堵塞上述歧管的下端开口；以及
旋转机构，其通过贯通上述盖的旋转轴使上述基板保持件转动，
上述中断过滤器设于距上述旋转轴的延长线比上述基板的半径远的位置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述中断过滤器至少在上述气体供给机构供给使副生成物产生的处理气体的期间持续放出预定量的惰性气体，
上述气体排出机构构成为，在上述中断过滤器放出预定量的惰性气体的期间，维持预定量以上的排气流量。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述气体供给机构在向上述反应管内供给处理气体的期间，向上述中断过滤器持续供给预定量的惰性气体，
上述气体排出机构构成为，在上述中断过滤器放出预定量的惰性气体期间，维持预定量以上的排气流量。
7.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述中断过滤器设于比上述基板靠下方的位置。
8.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述中断过滤器配置于在上述气体排出机构内使上述废气的流动偏转的部位。
9.根据权利要求2或8所述的基板处理装置，其特征在于，
上述气体排出机构具备排气缓冲器，上述排气缓冲器以面向上述反应管内的整个处理区域的方式在高度方向上延伸，
上述中断过滤器配置于上述排气缓冲器的正下方。
10.根据权利要求2或8所述的基板处理装置，其特征在于，
上述气体排出机构具备在比上述反应管的处理区域靠下方使上述反应管的内外连通的排气端口，
上述中断过滤器设于上述排气端口的上述反应管的内侧的开口的延长线上。
11.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，
上述中断过滤器是通过将多孔质的氧化铝、二氧化硅、或碳化硅成形而形成的。
12.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：
将由基板保持件以预定的间隔排列并保持的多个基板容纳于反应管，该反应管上端由顶棚封闭，且具有能够使上述基板保持件在下方出入的开口；
通过设于上述反应管的周围的加热机构，对上述反应管的内部进行加热；
气体供给机构对在上述反应管内保持于上述基板保持件的上述多个基板供给处理气体；
与上述反应管内流体连通的气体排出机构对上述反应管内的气氛进行排气；以及
从中断过滤器向上述反应管内供给惰性气体，使上述反应管内恢复到大气压，上述中断过滤器位于在上述反应管内从上述气体供给机构向上述气体排出机构的气体的流动的中途，且设于比上述基板靠下游的位置，且从废气接受热。
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