CN1701417A - 基板处理装置和用于制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

化学汽相淀积装置具有用于处理晶片(1)的反应炉(39)；用于气密地密封反应炉的密封罩(20)；密封罩(20)对面的隔离凸缘(42)；由密封罩(20)、隔离凸缘(42)和反应炉(39)壁表面形成的小室(43)；用于给小室(43)供给第一气体的供给管(19b)；小室(43)提供的流出通道(42a)，用于使第一气体流入反应炉(39)；和从流出通道(42a)下游向反应炉(39)供给第二气体的供给管(19a)。阻止诸如NH4Cl的副产品附着于诸如炉口的低温部分，并因此提高了半导体器件制造的合格率。

Description

基板处理装置和用于制造半导体器件的方法
技术领域
本发明涉及用于诸如在包括半导体基板和玻璃基板的基板上形成薄膜的工艺的基板处理装置，和包括诸如在基板上形成薄膜的工艺的半导体器件的制造方法。
背景技术
在直立型热化学汽相淀积(CVD)装置中，实现诸如利用二氯甲硅烷(SiH2Cl2)和氨(NH3)在多重基板上形成Si3N4薄膜，不同于形成包括目标薄膜在内的四氮化三硅(Si3N4)薄膜，在反应炉的下部产生比如氯化铵(NH4Cl)那样的副产品，并附着于诸如壁炉口内壁面的低温部分。这个胶着的副产品是微粒的来源并产生许多问题。解决这种问题的方法是加热诸如在反应炉的下部上的炉口的低温部分到所述副产品不胶着的温度程度(参见未审查的日本专利No.2002-184769)。
由于在加热反应炉和用于密封反应炉的炉口密封盖之间用于密封的O形环和炉口附近的反应炉内部用于旋转舟的旋转机构方面存在温度限定。因此，需要防止诸如NH4Cl的副产品粘着到诸如炉口的低温部分的技术，而不需要加热。
为了解决现有技术带来的上述问题，本发明具有不需要加热就能够防止诸如NH4Cl的副产品粘着到诸如炉口的低温部分的目的。
发明描述
本发明中，给由盖覆盖密封罩的上表面形成的小室(空间)供给第一气体，第一气体从小室流入反应炉清洁该小室，并使得第二气体供应到第一气体流的下游。以这种方法阻止第二气体流入小室，以致于能够阻止低温下第一气体和第二气体在反应炉的炉口附近混合来生成副产品的产生。这种方式能够阻止副产品粘着到反应炉的炉口附近。
如下是说明书公开的本发明的特定特征：
1、一种基板处理装置，包括：用于处理基板的反应炉；用于气密地密封反应炉密封罩；盖，其与密封罩分开安装，以便至少覆盖密封罩的面对反应炉内侧的表面的部分，至少由密封罩和盖形成的小室；用于向小室供给第一气体的进料口；设在小室上的用于使第一气体流入反应炉的流出口；和比流出口更靠近下游的进料口，用于将第二气体供到反应炉内。
2、按照权利要求1的基板处理装置，其中小室由密封罩、盖和反应炉的内壁表面形成；流出口由盖和反应炉的内壁表面之间的间隙形成。
3、按照权利要求2的基板处理装置，其中反应炉包括处理管和用于支撑处理管的炉口凸缘；小室由密封罩、盖和炉口凸缘的内壁表面形成；流出口由炉口凸缘的内壁表面和盖之间的间隙形成。
4、按照权利要求3的基板处理装置，其中炉口凸缘包括用于支撑处理管的进口凸缘和用于支撑进口凸缘的基座凸缘；小室由基座凸缘的内壁表面、盖和密封罩形成；流出口由基座凸缘的内壁表面和盖之间的间隙形成。
5、按照权利要求4的基板处理装置，其中用于供给第一气体的进料口设在基座凸缘上；用于供给第二气体的进料口设在进口凸缘上。
6、按照权利要求1的基板处理装置，其中盖由板状的部件形成。
7、按照权利要求1的基板处理装置，包括用于在多层中以近似水平地间隔保持多个基板的舟，和利用穿过密封罩的旋转轴支撑舟并使舟旋转的旋转装置；其中盖安装在旋转轴上。
8、按照权利要求1的基板处理装置，其中第一气体是氨，第二气体是二氯甲硅烷，处理中通过热化学汽相淀积方法在基板上形成四氮化三硅薄膜。
9、一种基板处理装置，包括：用于处理基板的反应炉；用于气密地密封反应炉的密封罩；第一盖，其与密封罩分开安装，使得其至少覆盖面向反应炉内侧的密封罩的表面的部分；由密封罩和第一盖形成的第一小室，将第一气体供给到第一小室的第一进料口；设在第一小室上的用于使第一气体流入反应炉内的第一流出口；第二盖，其与反应炉的下部的内壁表面分开安装，使得至少覆盖反应炉的下部的内壁表面的部分；由第二盖和反应炉的下部的内壁表面形成的第二小室；用于给第二小室供给第二气体的第二进料口；和用于允许第二气体流入反应室内的设在第二小室上的第二流出口。
10、按照权利要求9的基板处理装置，其中在密封罩上安装环状部件，第一小室由密封罩、第一盖和环状部件形成；第二小室由反应炉的下部的内壁表面、第二盖和环状部件形成。
11、按照权利要求10的基板处理装置，其中第一个流出口由第一盖和环状部件之间的间隙形成；第二流出口由第二盖和环状部件之间的间隙形成。
12、按照权利要求11的基板处理装置，包括在多层中以近似水平地间隔开地保持多个基板的舟，其中反应炉包括由内管和外管组成的处理管，用于支撑处理管的炉口凸缘；第一盖由舟的下侧的端板组成，第二盖由从用于将内管安装到炉口凸缘上的突起向下延伸的内管延长部分构成。
13、按照权利要求9的基板处理装置，其中在用于混合从第一流出口流出的第一气体和从第二流出口流出的第二气体的反应炉内部设有金属部件。
14、按照权利要求9的基板处理装置，其中用于供给第一气体的第一进料口由密封罩和旋转轴之间的间隙形成。
15、按照权利要求9的基板处理装置，其中第一气体氨，和第二气体是二氯甲硅烷，处理中通过热化学汽相淀积方法在基板上形成四氮化三硅薄膜。
16、一种基板处理装置，包括：用于处理基板的反应炉；用于气密地密封反应炉的密封罩；第一盖，其与密封罩分开安装，以便至少覆盖面向反应炉内侧的密封罩的表面的部分；由密封罩和第一盖形成的第一小室，将第一气体供给到第一小室的第一进料口；设在第一小室上的第一流出口，用于允许第一气体流入反应炉内；第二盖，其与反应炉的下部的内壁表面分开安装，使得至少覆盖反应炉的下部的内壁表面的部分；由第二盖和反应炉的下部的内壁表面形成的第二小室；用于向第二小室供给第二气体的第二进料口；设在第二小室上的第二流出口，用于允许第二气体流入反应炉内；和比第一流出口和第二流出口更靠下游的用于将第三气体供给到反应炉内的第三进料口。
17、按照权利要求16的基板处理装置，其中第一气体和第二气体是氨，第三气体是二氯甲硅烷，处理中通过热化学汽相淀积方法在基板上形成四氮化三硅薄膜。
18、一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：将基板装入反应炉中；用密封罩气密地密封反应炉；通过下面方式处理基板，将第一气体供给到第一小室内，该小室由密封罩和与密封罩分开安装以致至少覆盖面对反应炉内侧的密封罩的表面的部分的第一盖形成，随着使第一气体从设在小室上的流出口流入反应炉内，从比流出口更靠下游的第二进料口将第二气体供给到反应炉内；从反应炉取出基板。
19、一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：将基板装入反应炉中；用密封罩气密地密封反应炉；通过下面的方式处理基板，将第一气体供给到小室内，该小室由密封罩和与密封罩分开安装，以致至少覆盖面对反应炉的内侧的密封罩的表面的部分的第一盖形成，随着使第一气体从设在小室上的流出口流入反应炉内，将第二气体供给到第二小室内，该第二小室由反应炉的下部的内表面和与反应炉的下部的内表面分开安装以便至少覆盖反应炉的下部的内表面的部分的第二盖形成，并允许第二气体从设在第二小室上的第二流出口流入反应炉内；从反应炉卸载基板。
20、一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：将基板装入反应炉中；用密封罩气密地密封反应炉；通过如下方式处理基板，将第一气体供给到小室内，该小室由密封罩和与密封罩分开安装以便至少覆盖密封罩的面对反应炉内侧的表面的一部分的第一盖形成，接着允许第一气体从设在小室上的流出口流入反应炉内，将第二气体供给第二小室内，该第二小室由反应炉的下部的内表面和与反应炉的下部的内表面分开安装地以致至少覆盖反应炉的下部的内表面的一部分的第二盖形成，并允许第二气体从设在第二小室上的第二流出口流入反应炉内，将第三气体从比第一流出口和第二流出口更靠下游处供入到反应炉中；从反应炉卸载基板。
附图的简要说明
图1是本发明第一实施例的基板(substrate)处理装置的反应炉的正向横截面图。
图2是详细描述炉口的正向横断面图；
图3A是详细描述地流出口部分的放大的横断面图；
图3B是流出口部分气流的放大的横断面图；
图4是详细地描述本发明第二实施例中基板处理装置的反应炉炉口的正向横断面图；
图5A是详细地描述迷宫式密封部分的放大的横断面图；
图5B是描述气体流入部分的放大的横断面视图；
图6是详细地描述本发明第三实施例中基板处理装置的反应炉炉口的正向横断面图；
图7是描述气体流入分配器环形部分的放大的横断面图；
图8是详细地描述本发明第四实施例中基板处理装置的反应炉炉口的正向横断面图；
图9是详细地描述本发明第五实施例中基板处理装置的反应炉炉口的正向横断面图；
实现本发明的最佳方式
下面参照附图来描述本发明的实施例。
图1和图2描述的化学汽相淀积装置具有与垂直中心线垂直固定安装地竖直的处理管11。这个处理管11包括内管12和外管13。内管12是利用石英玻璃或碳化硅(SiC)形成的完整的圆管形。外管13是利用石英玻璃或碳化硅(SiC)形成的完整的圆管形。内管12为圆管状，其顶端和底部是开口的。在内管12的空管内部形成反应炉39的处理室14，其中装有通过舟(boat)21(后面描述)垂直排列支撑的多个晶片1。内管12下端开口形成用于加载与卸载用作处理基板的晶片的炉口15。因此内管12的内直径设置成比晶片1的最大外径大的直径。外管13的内径比内管的外径大，并形成顶端密封和底端开口的圆管形。外管13同心地包裹内管12，该外管包围内管12的外侧。
用圆环形金属(例如不锈钢)炉口凸缘16气密地密封内管12的底端和外管13的底端之间的间隔。为了竖直放置处理管11，用化学汽相淀积装置的外壳31支撑炉口凸缘16。由支撑处理管11的进口凸缘(集合管)16a和支撑进口凸缘16a的基座凸缘16b组成炉口凸缘16。进口凸缘16a和基座凸缘16b都由金属(例如不锈钢)制成。外壳31支撑图1中炉口凸缘16的进口凸缘16a，外壳31同样支撑基座凸缘16b(为了简明，图1中将其省略了)。
排气管17连接到诸如真空泵一样的排气装置(图中未示出)，排气管17连接炉口16侧壁的上面部分。排气管17连接由内管12和外管13之间间隙形成的排气通道18。内管12和外管13之间间隙形成的排气通道18的横断面为固定宽度的圆环。本排气管17连接炉开口凸缘16并因此安排在排气的最低的边缘通道18。
供气管19a位于炉口凸缘16的进口凸缘16a侧壁底端，并连接炉口内管12。作为第二气体的SiH2Cl2气体或惰性气体的供应源(后面描述)(附图中未示出)连接到供气管19a。因此，供气管19a的端口(排气口)形成用于向反应炉供应第二气体(下面描述)的进料口。供气管19b位于炉口16基座凸缘16b侧壁的底端，并连内管12的接炉口15。供气管19b连接到诸如作为第一气体(以后描述)的氨气或惰性气体(附图总未示出)的供应源(附图中未示出)。因此供气管19b的端口(排气口)形成用于向小室供应第一气体的进料口。由供气管19a、19b提供给炉口15的气体，经排气通道18从排气管排出后流入内管12的处理室14。
用于密封处理室14的金属(例如不锈钢)密封罩20，从下侧经O形环20a直接接触炉口凸缘16的基座凸缘16b的下端。密封罩20是外径与炉口凸缘16大小相等的圆盘形。密封罩20可以用舟升降机(附图中未描述)上下地移动。用于旋转舟21的转动机构(旋转轴马达)40安装在密封罩20上，使得旋转轴(R轴)41穿过密封罩20。隔离凸缘42用做覆盖密封罩20的在处理室14那侧的整个表面的盖，该隔离凸缘安装在旋转轴41上并与其作为一个整体旋转。旋转轴41和隔离凸缘42都由金属制成(例如具有50％或以上的镍、15-30％铬和15-30％或以上的钼的合金这样的高耐腐蚀性的高镍合金)。
在舟21装入反应炉39处理室14的情况(舟负载)下，如图2所示，小室43由隔离凸缘的底面、密封罩20的顶面和基座凸缘16b的内圆周表面形成。安装在基座凸缘16b上的气体流入管19b连接小室43。在基座凸缘16b的内圆周表面上形成突出于内侧的环形突起16c。在间隙某些位置上，隔离凸缘42安装在这个突起16c的下面。隔离凸缘42的直径小于基座凸缘16b的内直径，并大于基座凸缘16b突出的内径。如图3A所示，在隔离凸缘42和基座凸缘16b之间形成大约0.5-1.5毫米的细长间隙C1。在小室43中，这个间隙C1形成第一气体流入反应炉的流出口。在隔离凸缘42和突起16c之间形成大约1-3毫米的细长间隙C2。这些间隙C1和C2形成流出通道42a，用于允许供应到小室43的气体流入反应炉39的处理室14。
旋转轴41支持用于保持作为处理基板的晶片的舟21，该舟沿密封罩20的中心线纵向垂直。舟21全部由石英或碳化硅制成。舟21由一对上下端板22、23和多个垂直安装在该对端板22、23之间的支撑构件24组成。在每个支撑构件24中形成彼此等距离间隔地纵向互相面对的多条支撑凹槽25。由每个支撑凹槽25向上面对的表面组成的支撑表面外部环形边缘是径向倒角。径向倒角的曲率半径设置为一毫米或一毫米以上。在支承表面的中心部分形成半球形突起。晶片1外部的环形部分插入多个支撑构件24之间支撑凹槽25的相同层。支承表面上的突起在多个点(附图中三个位置)接收和支撑下面的环形表面。每个支撑凹槽25分别支撑的多个晶片在舟21内中心互相对齐地水平地排列。如图2所示，舟21的下部上，比朝向加热单元30部分低的侧面上，在规定区域内中心互相对齐地水平地排列并支撑多个挡热板26。穿过密封罩20安装的旋转轴41支撑舟21。用转动机构40旋转舟21。
在外管13的外面的部分上，用于加热处理管11内部的加热单元30同心地安装并包围外管13的外围。构成加热单元30整体加热整个处理管11或以预定温度分布加热。加热单元30垂直地安装并受化学汽相淀积装置的外壳31支撑。反应炉39主要由加热单元30、包括以前提到的内管12和外管13的处理管11、包括进口凸缘16a和基座凸缘16b的炉口凸缘16组成。
如图1所示，外壳31具有加热单元设置室32和备用室33，该备用室在向处理室14中装载/卸载舟21的期间作为备用。备用室33为负载锁定型(为了阻止空气流入处理室并且通过减少诸如温度和压力的外界干扰来稳定处理，使用诸如闸阀的隔离阀用于隔离处理室和装载/卸载室的方法)并能够产生真空。在外壳31的备用室33的侧壁上，连接用于排出备用室33气体的排气管34和用于作为净化气体向备用室33供给氮气的氮气供给管35。在备用室33的另一个侧壁中形成由闸阀开启和关闭的晶片装载/卸载口(附图中未描述)。用于举起和降下密封罩20的舟升降机(附图中未描述)安装在备用室33的内部。
作为半导体器件制造方法中的一种工艺，接下来描述使用直立型热化学汽相淀积装置在晶片上形成薄膜的工艺的薄膜形成方法。
如图1所示，在舟里装载多个晶片的晶片装料步骤中，在备用室33中舟21处于备用位置。通过转移装置将多个晶片装填到舟21里。同时通过来自氮气供给管35的氮气净化备用室33。
在用于将装载有规定数量的晶片的舟装载到处理室14的舟装载步骤中，用舟升降装置提高舟21，从内管12的炉口15向反应炉39的处理室14中装载舟21，如图2所示，在旋转轴41通过具有气密地密封炉口15的密封罩20的支撑状态下，将该舟放在处理室14中。
舟21处于反应炉39的处理室14中状下，密封罩20经过O形环20a直接接触基座凸缘16b，使得由隔离凸缘42、密封罩20的顶面和基座凸缘16b的内圆周表面形成小室43。在隔离凸缘42外圆周表面和基座凸缘16b内圆周表面之间形成间隙C1。在基座凸缘16b的内圆周表面的上缘突起16c和隔离凸缘42顶面之间形成间隙C2。间隙C1和C2形成流出通道42a，用于使小室43内部供给的气体流入处理室14。安装在基座凸缘16b处的气体供给管19b连接小室43。
在处理由舟21保持的晶片1的步骤中，排气泵连接排气管17用于将处理室14的内部抽到规定真空强度(13.3-133Pa)。加热单元30热处理室来将晶片温度提高到规定温度(700-800℃，例如750℃)。在此，支撑晶片1的舟21通过转动机构40由旋转轴41转动。当处理室14的内部稳定到规定真空强度和晶片温度稳定到规定温度时，接着通过供气管19a、19b向处理室14提供处理气体。
更具体地说，如图3B所示，从安装在基座凸缘16b侧壁下部上的供气管19b的进料口，向小室43供给作为第一气体的氨气(NH3)G1，该小室由基座凸缘16b的内圆周表面、密封罩20的顶面和隔离凸缘42的底面形成。提供给小室43的氨气G1，从隔离凸缘42的外圆周和基座凸缘16b的内圆周之间间隙C1的流入口，流到在隔离凸缘42和基座凸缘16b和突起16c之间形成的间隙C1、C2的流出通道42a，并从流出通道42a向处理室14侧面提供氨气G1。另一方面，从安装在进口凸缘16a侧壁下部的供气管19a，向处理室14供应作为第二气体的SiH2Cl2气体G2。优选在SiH2Cl2气体G2之前向反应炉供应氨气G1。换句话说，相对地惰性气体氨气G1最好净化炉口凸缘16、炉口15以及反应炉39的内部，然后再向反应炉39供应相对活跃的SiH2Cl2气体G2。
由SiH2Cl2气体G2和NH3气体G1组成的处理气体在内管12的处理室14内部上升。处理气体从内管12的上缘口向下游流动，流过内管12和外管13之间间隙形成的排气通道，再从排气管17排空。由SiH2Cl2气体G2和NH3气体G1组成的处理气体流到已加热到薄膜形成温度的晶片1上，通过热化学汽相淀积(CVD)方法形成四氮化三硅薄膜(Si3N4)。
当预置的处理时间用完后(四氮化三硅薄膜已经达到规定的薄膜厚度)，停止供应由SiH2Cl2气体G2和NH3气体G1组成的处理气体，并通过诸如氮气(N2)的惰性气体净化处理室14。此时从供气管19a和/或供气管19b供应氮气。通过氮气净化排除处理室14中的残留气体。当舟21停止旋转时，密封罩20下降，处理室14的炉口15打开，将保持在舟21中的该组晶片1从炉口15卸到处理管11(卸载舟)外面。
现有技术的薄膜形成的工艺中，用于供应SiH2Cl2气体和氨气的供气管19a、19b的进料口都设在进口凸缘16a的侧壁上，使得在反应炉39的下部中炉口15附近产生诸如NH4Cl(氯化铵)的副产品。副产品附着于炉口15附近壁表面上的低温部分上，尤其粘着于密封罩20上表面并且附着于密封罩20和旋转轴41之间的间隙。当这些副产品形成颗粒并且附着于晶片1的上表面时，使用该半导体器件制造方法时，该副产品使生产率下降。
然而，本实施例防止了副产品粘着于在反应炉39下部上的炉口15附近。换句话说，如图3B所示，随着将氨气G1注入由密封罩20上表面、基座凸缘16b的内圆周表面和隔离凸缘42的底面形成的小室，注入小室43的氨气G1也从隔离凸缘42、基座凸缘16b和突起16c之间细长间隙形成的流出通道42a流出流向处理室14侧，使得氨气G净化了小室43。并且，向隔离凸缘42的上侧提供SiH2Cl2气体G2，或者换句话说，向氨气G1流的下游供给SiH2Cl2气体G2。这样阻止SiH2Cl2气体G2流入小室43，诸如NH4Cl的副产品不会附着于诸如密封罩20、密封罩20和旋转轴之间的间隙和基座凸缘16b的内侧壁的低温部分(低于150℃的部分)。此外，在炉口15的上面部分上发生SiH2Cl2和氨气的反应，进口凸缘16a的温度处于NH4Cl不粘着的水平(200℃以上)，同样副产品将不附着于凸缘16a。能够防止放出颗粒的源的形成，并且还可以防止在半导体制造中由于微粒散发产生的生产率意外下降。
顺便说一下，上述薄膜形成步骤中隔离凸缘42的较高温度是NH4Cl不附着于壁表面的200℃或以上的温度，可是隔离凸缘42较低温度是NH4Cl附着于壁表面的150℃或以下的较低温度。
不锈钢是受SiH2Cl2化学影响的，以致于SiH2Cl2气体G2接触不锈钢密封罩20期间，担心由于密封罩20上化学效应使得金属(诸如铁或铬)物质的散发污染晶片。
本实施例中，因为SiH2Cl2气体G2不进入小室43，所以已描述的SiH2Cl2气体G2不接触密封罩。因此，即使密封罩20由不锈钢组成，SiH2Cl2气体G2也不化学地影响密封罩20。换句话说，即使密封罩20由不锈钢组成，可能带来的晶片污染的金属也不从密封罩20散发。
在目前实施例中，覆盖密封罩20的隔离凸缘42如以前描述的由强抗腐蚀的高镍合金制成，因此即使SiH2Cl2气体G2与隔离凸缘42接触，也不放出可能带来晶片污染的金属。
接下来描述图4和图5所示的本发明第二实施例。
与上述实施例相同的本实施例的构成部分使用相同的附图标记，并且省略了相关描述。
上间隔环形部分61在炉口凸缘16的内管支架16d之下沿整个的圆周连续地设置。另一侧面的舟下面凸缘62与舟支架49同心地安装在旋转轴41的顶部边缘上水平地支撑的舟支架49的底面上。利用强耐腐蚀性的高镍合金(例如50％或以上镍、15-30％铬和15-30％钼)形成环形的舟下凸缘62。在舟下面凸缘62的下端上，形成面对上间隔环形部分61的下间隔环形部分63。上间隔环形部分61和下间隔环形部分63重叠并保持规定宽度的必要间隙。上间隔环形部分61和下间隔环形部分63构成用于覆盖整个密封罩20的盖64。在低于炉口凸缘16的部分上形成与处理室14分开的小室43A。
如图5所示，上间隔环形部分61和下间隔环形部分63重叠部分中形成与径向卷间隙一样的曲径式(迷宫式)密封部分65。换句话说，在下间隔环形部分63上同心地形成环状的突出块63a、63b。在上间隔环形部分61的底面上同心地形成具有环状的突出块63a、63b的环形槽61a、61b。环状的突出块63a、63b经过径向间隙C1和轴向间隙C2配合到环形槽61a、61b。径向卷绕的曲径式密封部分65由环状的突出块63a、63b和环形槽61a、61b之间的间隙C1、C2构成的缝隙组成。曲径式密封部分65的间隙C1、C2的大小被上间隔环形部分61和下间隔环形部分63设置在允许相互转动的范围内，并且设置成防止气体从小室43A和处理室14之间流通的最小尺寸并允许以后描述的氨气流出。换句话说，曲径式密封部分65形成具有流出通道出口的流出通道，用于允许由小室43A提供的第一气体流入反应炉。比如，曲径式密封部分65的间隙C1、C2设置成0.5-3毫米。
下面描述该功能。晶片处理与上述实施例一样，因此省略了描述。
在装载有晶片的舟装载到室14时，密封罩20靠近气密地密封炉凸缘口16的下端口。在这种情况下，上间隔环形部分61和下间隔环形部分63与曲径式密封部分65重叠，舟支架49、上间隔环形部分61、下间隔环形部分63和密封罩20之间形成小室43A。
如图5B所示的形成薄膜的步骤中，从供气管19b向小室43A供给作为第一气体的氨气G1，从供气管19a向室14供给作为第二气体的SiH2Cl2气体G2。曲径式密封部分65连接小室43A与处理室14并且形成用于氨气G1流入室14的通路。氨气G1沿着曲径式密封部分(流出通路)65流动，并从上间隔环形部分61的整个圆周流到室14。
排气管17抽空室14使得室14形成向上的气流。曲径式密封部分65径向地卷绕，该通路的阻力限制SiH2Cl2气体G2流入小室43A内。
设置间隙C1和C2的尺寸、曲径式密封部分65的径向长度和卷绕数目来实现SiH2Cl2气体G2不流入小室43A。如果C1和C2的间隙制成充足地小，那么可以除去下间隔环形部分63的环状的突出块63a、63b以及上间隔环形部分63的环形槽61a、61b或者曲径式密封部分65。
顺便说一下，分隔密封罩20与加热装置30分开使得释放NH4Cl的地方实现低温(低于150℃)。因此，当氨气G1和SiH2Cl2气体G2在密封罩20附近混合时，NH4Cl附着并堆积在密封罩20等表面上。通过给与处理室14分离的小室43A供给氨气、给处理室14侧供给SiH2Cl2气体G2，本实施例抑制了在小室43A组成的低温部分内氨气G1和SiH2Cl2气体G2之间的反应。这样在低温部分阻止了NH4Cl产生。此外，阻止反应产生的诸如NH4Cl的副产品附着并沉淀在密封罩20和炉口凸缘16上。
本实施例防止副产品附着于炉口凸缘16的低温部分，因此能够彻底地减少诸如炉口凸缘16的清洁的炉口维修和能够更长时间间隔实行日常养护。例如，在这个实施例中每隔大约一个月执行服务任务，能够延长至每三个月一次或一年一次。
能在低温部分分离氨气和SiH2Cl2气体，因此上间隔环形部分61和下间隔环形部分63的安装位置和形状不必限于在本实施例的那些描述。例如，下间隔环形部分63可以安置在旋转轴41上，并且可以安置在密封罩20上。
接下来用图6和图7描述本发明的第三实施例。
与上述实施例相同的本实施例的结构部分使用相同的附图标记，并且省略了相关描述。
在内管12下端外圆周表面上具有沿整个圆周连接的突起12a。炉口凸缘16的内圆周上沿整个圆周连接的内管支架16d上安装突起12a，使内管12支撑在炉口凸缘16上。延长部分12b向内管12的突起12a下面延长。在密封罩20上将由石英玻璃或碳化硅(SiC)制造的间隔环27设置为低于部分12b的环状镀层部件。通过夹紧环28将间隔环27固定到密封罩20。在间隔环27和延长部分12b之间的和在间隔环27和舟21的端板23之间的大约0.1-3毫米的间隙29a、29b形成密封装置(曲径式密封)。间隙29a、29b的大小优选为2毫米或以下。
在舟21装入反应炉39的处理室14的情况下，密封罩20、炉口凸缘16、内管12的延长部分和间隔环27形成小室(以下称为第二小室)47。用于供给第二气体的供气管(以下称作第二供气管)的一端连接第二小室47。第二供气管19a的另一端连接用于诸如SiH2Cl2气体或惰性气体的第二气体的供给源(附图未示出)。因此处于第二供气管19a端(排气口)的口形成用于给反应炉供给第二气体的进料口。
并且在舟装入反应炉39的处理室14的情况下，由密封罩20、舟21低端上的端板23和舟支架49形成小室(以下第一个小室)45。用于供给第一气体的供气管(以下称作第一供气管)19b经空间59和间隙50连接第一个小室45。舟21下端上的端板23和间隔环27之间形成间隙29b。间隙29b形成流出口46b，用于允许第一个小室45提供的气体流入反应炉39的室14。内管12的延长部分12b和间隔环27之间形成间隙29a。间隙29a形成流出口46a，用于允许第二小室47提供的气体流入反应炉39的处理室14。
旋转装置40的外壳53经过基座凸缘51紧固到密封罩20上。齿轮箱52紧固在外壳53的底端。下部旋转轴55经过轴承54安装在外壳53上用于自由旋转。下部旋转轴55的底端暴露在齿轮箱52的内部。蜗轮56安装在下部旋转轴的底端。在齿轮箱52上将蜗杆57安装在蜗轮56上用于自由旋转。蜗杆57的旋转轴58连接附图中未示出的舟转动马达。
穿过密封罩20的旋转轴41与下部旋转轴55以空间59同心地固定。舟支架49安装在旋转轴41的上端。在舟支架49上安装并夹紧舟21。在密封罩20、基座凸缘51和旋转轴41之间形成期望的间隙50。在基座凸缘51的端面形成穿过空间59的供气通道44。第一个供气管19b连接供气通道44，因此供气通道44连接诸如惰性气体或第一个气体的氨气的供给源(附图中未示出)。在密封罩20的下面形成连接旋转轴41的空间59，并连接供气通路44和间隔50。因此，间隙50的下游侧上的开口形成用于给第一个小室45供给第一个气体的进料口。
下面描述该功能。晶片处理与上述实施例一样，因此省略了描述。
当装有晶片的舟装载到处理室14时，密封罩20靠近以气密地密封炉凸缘口16的下端口。在这种情况下，安装在基座凸缘51侧壁上的第一供气管19b经过空间59和间隙50连接到第一小室45，由密封罩20、间隔环27、舟21下面的端板23和舟支架49围绕该小室。
在处理处理室14内舟21内支撑的晶片1的步骤中，通过旋转装置40的旋转轴41转动保持晶片1的舟21。当处理室14的内部稳定在规定的真空强度时，和当晶片温度稳定在规定温度时，从供气管19a、19b向处理室14供给处理气体。
更具体地说，从连接到基座凸缘51的侧壁的第一供气管19b经过气体供应通路44向空间59供给图7中所示的作为第一气体的氨气G1，并且该气体从空间59经过间隙50由间隙50的进料口流到第一小室45。舟21的下面上的端板23和间隔环27之间形成的间隙29b组成流出口46b，从该流出口46b给处理室14供应提供到第一个小室45的氨气G1。第二供气管19a连接到炉口凸缘16的侧壁上的下部，从该第二供气管19a给第二小室47供给作为第二气体的SiH2Cl2气体G2，第二小室由密封罩20、炉口凸缘16、内管12的延长部分12b和间隔环27包围。提供给第二小室47 SiH2Cl2气体G2，从流出口46a向处理室14提供该气体，该流出口由间隔环27和内管12的延长部分之间形成的间隙29a组成。在这种情况下，优先于SiH2Cl2气体G2向反应炉供给氨气Gl换句话说，在供给SiH2Cl2气体G2以前最好用氨气G1净化反应炉39的炉口部分和内部。
在形成薄膜的步骤中，本实施例能够阻止诸如NH4Cl的副产品附着于反应炉39的炉口凸缘15附近的部分。换句话说，如图7所示，经过在旋转轴41和密封罩20之间的细长间隙50给第一小室45提供氨气G1，该小室由密封罩20、间隔环27、舟21的下面的端板23和舟支架49包围，供给的氨气G1从间隙29b组成的流出口46b扩散到处理室14。换句话说，氨气G1净化第一小室45。此外，给第二小室47供给SiH2Cl2气体G2，该小室由密封罩20、炉口凸缘16、内管12的延长部分12b和间隔环27包围，从细长的间隙29a组成的流出口46a给处理室14供给的SiH2Cl2气体G2。换句话说，SiH2Cl2气体G2净化第二小室47。用这种方法限制了进入第一小室45的SiH2Cl2气体G2的流入量，用这种方法限制了进入第二小室47的氨气G1流入量，因此阻止诸如NH4Cl的副产品附着于密封罩20的上表面、密封罩20和旋转轴41之间的间隙50和炉口凸缘16的内圆周表面。
在处理室14由间隔环27、内管12、外管13和舟21下面的端板23组成，在该处理室中从第一流出口46b流出的作为第一气体的氨气G1与从第二流出口46a流出的作为第二气体的SiH2Cl2气体G2混合并反应。组成处理室的这些元件全部由诸如石英的非金属材料制成。没有金属部件用于处理室14使得没有金属杂质产生。
此外，在炉口凸缘16中提供从突起12a向下延长的延长部分12b以安装内管12，仅仅产生间隔环27和内管12的延长部分12b之间的细长的间隙29a。这个细长的间隙29a阻止氨气G1流入第二小室47，并且使副产品附着于炉口凸缘16的内圆周表面很困难。
下面参照附图8来描述本发明的第四实施例。
本实施例不同于第三实施例的方面是给处理室14供应第三气体G3的供气管19c(以下称作第三供气管.)插入炉口凸缘16中。第三供气管19c的开口端(排气口)供气口安装在流出46a、46b的下游(向上)。在流出46a、46b的下游由第三供气管19c的供气口提供的气体与从流出口46a、46b流出的气体混合。
第三实施例包括辅助的第三供气管19c，因此能够处理三种或三种以上的气体。
当使用两种气体时，优选由第一供气管19b和第二供气管19a提供相同气体，同时由第三供气管19c供给另一种气体。
例如，当使用与第三实施例相同的氨气和SiH2Cl2气体时，在金属部件上具有相对小的化学效应的氨气，从第一供气管19b和从第二供气管19a提供氨气，易于在金属部分产生化学效应的SiH2Cl2气体(腐蚀性气体)，从第三供气管19c提供SiH2Cl2气体。作为腐蚀性气体的SiH2Cl2气体，仅仅接触诸如石英的非金属的部件而从不接触金属部件。因此能够有效地阻止由于腐蚀性气体接触金属部件产生的金属杂质。第四实施例强调了防止金属污染，第四实施例在这个方面比其它实施例更先进，其它实施例主要集中在防止NH4Cl附着于诸如旋转轴和密封罩的顶面低温部分。
下面参照附图9来描述本发明的第五实施例。
本实施例中与以前实施例相同的结构部分使用了相同的附图标记，并且省略了说明。
炉口凸缘16的内管支架16d下面的供气管19a的一端连接第一小室45A，该小室被密封罩20、炉口凸缘16和舟支架49包围。用于诸如惰性气体或SiH2Cl2气体的第二气体的供应源(附图中未描述)连接这个供气管19a。因此供气管19a的端口(排气口)形成进料口，用于给第一小室45供应第二气体。
旋转装置40的外壳53通过基座凸缘51紧固到密封罩20。齿轮箱52紧固在外壳53的底端。经过轴承54在外壳53上安装旋转轴下部55用于自由旋转。旋转轴下部55的底端暴露在齿轮箱52的内部。蜗轮安装在旋转轴下部55的底端。在齿轮箱52中蜗杆57安装在蜗轮56上用于自由旋转。蜗杆57的旋转轴58连接附图中未示出的舟转动马达。
穿过密封罩20的旋转轴41在空间59中与下部旋转轴55同心地固定。舟支架49安装在旋转轴41的上端。舟21设置并夹紧在舟支架49上。在密封罩20、基座凸缘51和旋转轴41之间形成了期望的间隙50。在基座凸缘51的侧表面形成穿过空间59的气体供应通道44。第一供气管19b连接气体供应通道44，因此气体供应通道44连接诸如惰性气体或作为第一气体的氨气的供给源。在密封罩20下面形成邻接旋转轴41的空间59，并且该间隔连接供应通道44和间隙50。间隙50的出口侧上的开口由此形成进料口，用于向第一小室45供应第一气体。
下面描述该功能。晶片处理与上述实施例一样，因此省略了描述。
在保持有晶片的舟装载到处理室14时，密封罩20靠近以气密地密封炉凸缘16的下端口。在这种情况下，连接到基座凸缘51侧壁上的第一供气管19b经空间59和间隙50连接到第一小室45A，该小室由炉口凸缘16、密封罩20和舟支架49包围着。
在处理室14中处理支撑在舟21内的晶片1的步骤中，通过旋转装置40的旋转轴41转动固持晶片1的舟21。处理室14的内部稳定在规定的真空强度时和晶片温度稳定在规定温度时，从供气管19a、19b向处理室14供给处理气体。
更具体地说，如图9中所示，从连接到基座凸缘51侧壁的第一供气管19b经过气体供应通路44向空间59供给作为第一气体的氨气G1，并且氨气G1从空间59经过间隙50流到第一小室45A。向处理室14供给提供给第一小室45A的氨气G1。此外，从第二供气管19a向第一小室45A供给作为第二气体的SiH2Cl2气体G2，该供气管连接到炉口凸缘16侧壁的下部。在这中情况下，优先于SiH2Cl2气体G2给反应炉39供给氨气G1。换句话说，在供给SiH2Cl2气体G2以前，最好是用氨气G1净化反应炉39的内部和炉口部分。
在形成薄膜的步骤中，本实施例能够阻止NH4Cl的副产品附着于靠近反应炉39的炉口15的部分。换句话说，经过旋转轴41和密封罩20之间到细长间隙50向第一小室45A供给氨气G1，该小室由密封罩20、炉口凸缘16和舟支架49包围，供给的氨气G1扩散(供给)到处理室14。由于旋转轴41的细长间隙50流出氨气G1，因此SiH2Cl2气体G2不能顺利地流入旋转装置40和其它地方，以致能够阻止诸如NH4Cl的副产品附着于旋转轴41的间隙50上。
上述实施例不限制本发明，无需说，在不脱离本发明精神和范围内可做出不同类型的变化。
例如，本发明不被限制在用于形成Si3N4的薄膜并可以用于其他薄膜的形成薄膜的工艺。
在使用硅烷(SiH4)和氧(O2)形成SiO2薄膜(LTO(低温氧化物)薄膜)时，氧可以用作第一气体，SiH4可以用作第二气体。
此外，使用诸如ClF3、NF3、F2这样的气体本发明能够用于自动清洗(除去在反应炉和反应炉内部部件上沉积副产品和薄膜的任务)。
惰性气体氮(N2)或氩(Ar)可以用作第一气体，诸如ClF3、NF3、F2这样的清洗气体可以用作第二气体。在这种情况下，能够阻止炉口上金属部分的腐蚀。
此外，本发明不限于包含由内管和外管组成的处理管的垂直型热化学汽相淀积装置，并且本发明可以用在包括只包含外管的处理管的其他的化学汽相淀积装置，或用到扩散装置或氧化装置。
用于扩散杂质的扩散装置可以使用冲淡的氮气(N2)作为第一气体、PH3或B2H6和AsH3的杂质气体作为第二气体。
氧化装置可以使用氧(O2)作为第一气体，氢(H2)作为第二气体。

Claims (20)

1、一种基板处理装置，包括：用于处理基板的反应炉；用于气密地密封反应炉密封罩；盖，其与密封罩分开安装，以便至少覆盖密封罩的面对反应炉内侧的表面的部分，至少由密封罩和盖形成的小室；用于向小室供给第一气体的进料口；设在小室上的用于使第一气体流入反应炉的流出口；和比流出口更靠近下游的进料口，用于将第二气体供到反应炉内。
2、按照权利要求1的基板处理装置，其中小室由密封罩、盖和反应炉的内壁表面形成；流出口由盖和反应炉的内壁表面之间的间隙形成。
3、按照权利要求2的基板处理装置，其中反应炉包括处理管和用于支撑处理管的炉口凸缘；小室由密封罩、盖和炉口凸缘的内壁表面形成；流出口由炉口凸缘的内壁表面和盖之间的间隙形成。
4、按照权利要求3的基板处理装置，其中炉口凸缘包括用于支撑处理管的进口凸缘和用于支撑进口凸缘的基座凸缘；小室由基座凸缘的内壁表面、盖和密封罩形成；流出口由基座凸缘的内壁表面和盖之间的间隙形成。
5、按照权利要求4的基板处理装置，其中用于供给第一气体的进料口设在基座凸缘上；用于供给第二气体的进料口设在进口凸缘上。
6、按照权利要求1的基板处理装置，其中盖由板状的部件形成。
7、按照权利要求1的基板处理装置，包括用于在多层中以近似水平地间隔保持多个基板的舟，和利用穿过密封罩的旋转轴支撑舟并使舟旋转的旋转装置；其中盖安装在旋转轴上。
8、按照权利要求1的基板处理装置，其中第一气体是氨，第二气体是二氯甲硅烷，处理中通过热化学汽相淀积方法在基板上形成四氮化三硅薄膜。
9、一种基板处理装置，包括：用于处理基板的反应炉；用于气密地密封反应炉的密封罩；第一盖，其与密封罩分开安装，使得其至少覆盖面向反应炉内侧的密封罩的表面的部分；由密封罩和第一盖形成的第一小室，将第一气体供给到第一小室的第一进料口；设在第一小室上的用于使第一气体流入反应炉内的第一流出口；第二盖，其与反应炉的下部的内壁表面分开安装，使得至少覆盖反应炉的下部的内壁表面的部分；由第二盖和反应炉的下部的内壁表面形成的第二小室；用于给第二小室供给第二气体的第二进料口；和用于允许第二气体流入反应室内的设在第二小室上的第二流出口。
10、按照权利要求9的基板处理装置，其中在密封罩上安装环状部件，第一小室由密封罩、第一盖和环状部件形成；第二小室由反应炉的下部的内壁表面、第二盖和环状部件形成。
11、按照权利要求10的基板处理装置，其中第一个流出口由第一盖和环状部件之间的间隙形成；第二流出口由第二盖和环状部件之间的间隙形成。
12、按照权利要求11的基板处理装置，包括在多层中以近似水平地间隔开地保持多个基板的舟，其中反应炉包括由内管和外管组成的处理管，用于支撑处理管的炉口凸缘；第一盖由舟的下侧的端板组成，第二盖由从用于将内管安装到炉口凸缘上的突起向下延伸的内管延长部分构成。
13、按照权利要求9的基板处理装置，其中在用于混合从第一流出口流出的第一气体和从第二流出口流出的第二气体的反应炉内部设有金属部件。
14、按照权利要求9的基板处理装置，其中用于供给第一气体的第一进料口由密封罩和旋转轴之间的间隙形成。
15、按照权利要求9的基板处理装置，其中第一气体氨，和第二气体是二氯甲硅烷，处理中通过热化学汽相淀积方法在基板上形成四氮化三硅薄膜。
16、一种基板处理装置，包括：用于处理基板的反应炉；用于气密地密封反应炉的密封罩；第一盖，其与密封罩分开安装，以便至少覆盖面向反应炉内侧的密封罩的表面的部分；由密封罩和第一盖形成的第一小室，将第一气体供给到第一小室的第一进料口；设在第一小室上的第一流出口，用于允许第一气体流入反应炉内；第二盖，其与反应炉的下部的内壁表面分开安装，使得至少覆盖反应炉的下部的内壁表面的部分；由第二盖和反应炉的下部的内壁表面形成的第二小室；用于向第二小室供给第二气体的第二进料口；设在第二小室上的第二流出口，用于允许第二气体流入反应炉内；和比第一流出口和第二流出口更靠下游的用于将第三气体供给到反应炉内的第三进料口。
17、按照权利要求16的基板处理装置，其中第一气体和第二气体是氨，第三气体是二氯甲硅烷，处理中通过热化学汽相淀积方法在基板上形成四氮化三硅薄膜。
18、一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：将基板装入反应炉中；用密封罩气密地密封反应炉；通过下面方式处理基板，将第一气体供给到第一小室内，该小室由密封罩和与密封罩分开安装以致至少覆盖面对反应炉内侧的密封罩的表面的部分的第一盖形成，随着使第一气体从设在小室上的流出口流入反应炉内，从比流出口更靠下游的第二进料口将第二气体供给到反应炉内；从反应炉取出基板。
19、一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：将基板装入反应炉中；用密封罩气密地密封反应炉；通过下面的方式处理基板，将第一气体供给到小室内，该小室由密封罩和与密封罩分开安装，以致至少覆盖面对反应炉的内侧的密封罩的表面的部分的第一盖形成，随着使第一气体从设在小室上的流出口流入反应炉内，将第二气体供给到第二小室内，该第二小室由反应炉的下部的内表面和与反应炉的下部的内表面分开安装以便至少覆盖反应炉的下部的内表面的部分的第二盖形成，并允许第二气体从设在第二小室上的第二流出口流入反应炉内；从反应炉卸载基板。
20、一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：将基板装入反应炉中；用密封罩气密地密封反应炉；通过如下方式处理基板，将第一气体供给到小室内，该小室由密封罩和与密封罩分开安装以便至少覆盖密封罩的面对反应炉内侧的表面的一部分的第一盖形成，接着允许第一气体从设在小室上的流出口流入反应炉内，将第二气体供给第二小室内，该第二小室由反应炉的下部的内表面和与反应炉的下部的内表面分开安装地以致至少覆盖反应炉的下部的内表面的一部分的第二盖形成并允许第二气体从设在第二小室上的第二流出口流入反应炉内，将第三气体从比第一流出口和第二流出口更靠下游处供入到反应炉中；从反应炉卸载基板。
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