基板处理装置、半导体装置的制造方法及程序与流程

1.本发明涉及基板处理装置、半导体装置的制造方法及程序。


背景技术：

2.在专利文献1中记载了一种基板处理装置，其在处理炉内将基板多层地保持于基板保持件的状态下，在基板的表面形成膜。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2019-165210号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.为了将基板保持件安全地搬入搬出上述那样的处理炉内并使其旋转，则需要在基板保持件的顶板与构成收纳基板保持件的处理炉的反应管的内表面之间形成间隙。另外，作为产品使用的产品基板，相较于未作为产品使用的监控基板或虚拟(dummy)基板，其表面积较大，因而进行基板处理时的处理气体的消耗量较多。
8.因此，由于在基板保持件的顶板与反应管的内表面之间的间隙所产生的剩余气体，存在所形成的膜的均匀性恶化的情形。这样的均匀性的恶化被称为负载效应。
9.本发明的目的在于提高在基板上所形成的膜的面间面内均匀性。
10.用于解决课题的方案
11.根据本发明的第一方案，提供以下技术，具备：
12.基板保持件，其排列并保持基板；以及
13.反应管，其在内部收纳上述基板保持件，
14.上述基板保持件具有：
15.多个柱，其在所排列的上述基板的周围在与上述基板大致垂直的方向上分别延伸；
16.顶板，其将上述多个柱的各自的一端相互固定，且在中心具有开口；以及
17.底板，其将上述多个柱的各自的另一端相互固定，
18.上述反应管具有以与上述开口的形状对应的形状朝内侧突出的前端平坦的突出部，
19.上述突出部设置为在将上述基板保持件收纳于上述反应管的状态下插入于上述开口，且比上述顶板更接近于配置在上述基板保持件的最靠近顶板处的基板。
20.发明效果
21.根据本发明，可提高在基板上所形成的膜的面间面内均匀性。
附图说明
22.图1是本发明的一实施方式的基板处理装置101的概略结构图。
23.图2是本发明的一实施方式的处理炉202的侧面剖视图。
24.图3是表示本发明的一实施方式的控制流程的图。
25.图4是本发明的一实施方式的基板保持件的立体图。
26.图5是表示本发明的一实施方式的基板保持件与内管的关系的立体图。
27.图6的(a)是用于说明本发明的一实施方式的基板保持件与内管的关系的侧面剖视图。图6的(b)是用于说明图6的(a)的凹部204c周边的放大图。
28.图7是表示本发明的一实施方式的内管的变形例的侧面剖视图。
29.图8是表示本发明的一实施方式的反应管的变形例的侧面剖视图。
30.图9的(a)是表示使用比较例的处理炉向晶圆上供应了si2cl6气体时的处理炉内的sicl2分压的分布的图；图9的(b)是表示使用本实施例的处理炉202向晶圆上供应了si2cl6气体时的处理炉202内的sicl2分压的分布的图。
31.图10的(a)是表示对使用比较例的处理炉与本实施例的处理炉202向晶圆上供应了si2cl6气体时的各槽编号中的晶圆上的sicl2分压的平均值进行了评价的晶圆面间均匀性的图。图10的(b)是表示对使用比较例的处理炉与本实施例的处理炉202向晶圆上供应了si2cl6气体时的各槽编号中的晶圆中心与晶圆端部的差除以平均值而得到的数值进行比较的晶圆面内均匀性的图。
具体实施方式
32.＜本发明的一实施方式＞
33.以下，对本发明的一实施方式进行说明。
34.(1)基板处理装置的结构
35.首先，参照图1、图2对本实施方式的基板处理装置101的结构进行说明。图1是本发明的一实施方式的基板处理装置101的概略结构图。图2是本发明的一实施方式的处理炉202的侧面剖视图。另外，本实施方式的基板处理装置101构成为对例如晶圆等基板进行氧化、扩散处理、薄膜形成处理等的立式装置。
36.(整体结构)
37.如图1所示，基板处理装置101构成为批次式立式热处理装置。基板处理装置101具备在内部设置有处理炉202等主要部分的框体111。作为向框体111内的基板搬送容器(晶圆载具)，使用晶圆盒(亦称foup(晶圆传送盒))110。在晶圆盒110内构成为收纳例如25片作为由硅(si)或碳化硅(sic)等构成的基板的晶圆200。在框体111的正面侧配置有晶圆盒载台114。晶圆盒110构成为在关闭盖的状态下被载置在晶圆盒载台114上。
38.在框体111内的正面侧(图1中的右侧)且与晶圆盒载台114对置的位置设有晶圆盒搬送装置118。在晶圆盒搬送装置118的附近设有晶圆盒载置架105以及未图示的晶圆盒开盒器和晶圆片数检测器。晶圆盒载置架105配置于晶圆盒开盒器的上方，且构成为在载置多个晶圆盒110的状态下进行保持。晶圆片数检测器与晶圆盒开盒器相邻地设置。晶圆盒搬送装置118由可在保持晶圆盒的状态下升降的晶圆盒升降机118a和作为搬送机构的晶圆盒搬送机构118b构成。晶圆盒搬送装置118构成为通过晶圆盒升降机118a与晶圆盒搬送机构
118b的连续动作，在晶圆盒载台118、晶圆盒载置架105及晶圆盒开盒器之间搬送晶圆盒110。晶圆盒开盒器构成为可打开晶圆盒110的盖。晶圆片数检测器构成为检测在已打开盖的晶圆盒110内的晶圆200的片数。
39.在框体111内设有晶圆移载机125及作为基板保持件的晶舟217。晶圆移载机125具有臂(镊子)125c，成为利用未图示的驱动单元能够进行向上下方向的升降和向水平方向的旋转动作的构造。臂125c构成为可同时取出例如5片晶圆。构成为通过移动臂125c，在置于晶圆盒开盒器的位置的晶圆盒110与晶舟217之间搬送晶圆200。
40.接下来，对本实施方式的基板处理装置101的动作进行说明。
41.首先，利用未图示的工序内搬送装置，以晶圆200呈垂直姿势且晶圆盒110的晶圆进出口朝上方的方式，将晶圆盒110载置于晶圆盒载台114上。之后，通过晶圆盒载台114使晶圆盒110朝框体111的后方在纵向上旋转90
°
。其结果，晶圆盒110内的晶圆200成为水平姿势，晶圆盒110的晶圆进出口朝向框体111内的后方。
42.接下来，通过晶圆盒搬送装置118将晶圆盒110自动地搬送且交接至晶圆盒载置架105的指定的架位置并暂时保管之后，再将其从晶圆盒载置架105移载至晶圆盒开盒器，或直接将其搬送至晶圆盒开盒器。
43.若晶圆盒110被移载至晶圆盒开盒器，则晶圆盒110通过晶圆盒开盒器打开盖。然后，打开盖的晶圆盒110通过晶圆片数检测器检测晶圆盒110内的晶圆片数。晶圆200通过晶圆移载机125的臂125c，通过晶圆进出口从晶圆盒110内被拾取，通过晶圆移载机125的搬送动作被装填(装载)至晶舟217。将晶圆200交接至晶舟217的晶圆移载机125返回至晶圆盒110，将下一个晶圆200装填至晶舟217。
44.若预先指定的片数的晶圆200被装填至晶舟217，则被炉口闸门147关闭的处理炉202的下端部通过炉口闸门147而被开放。接着，密封盖219通过晶舟升降机115(参照图2)上升，由此保持有晶圆200组的晶舟217被搬入(晶舟导入)至处理炉202内。在导入后，利用处理炉202对晶圆200实施任意的处理。关于该处理在后面进行说明。处理后，将晶圆200及晶圆盒110从处理炉202搬出(晶舟导出)，以与上述步骤相反的步骤，将晶圆200从晶舟217移除(卸载)，并导出至框体111的外部。
45.(处理炉的结构)
46.接着，使用图2对本实施方式的处理炉202的结构进行说明。
47.(处理室)
48.如图2所示，处理炉202具备构成处理容器的反应管203。反应管203具备作为内管的内部管204及设置于其外侧的作为外管的外部管205。内部管204例如由石英(sio2)或碳化硅(sic)等耐热性材料构成。详情后述，内部管204形成为上端封闭且下端开口的圆筒形状。内部管204在其内部形成有进行在晶圆200上形成薄膜的处理的处理室201。处理室201构成为能够在通过晶舟217以水平姿势在垂直方向上多层地排列保持的状态下收纳晶圆200。内部管204具有一个以上从外周面朝外部管205侧延伸且侧面朝外侧隆起所形成的隆起部207。在隆起部207内形成在上下方向上延伸的喷嘴室201a，其构成为在喷嘴室201a内收纳后述的喷嘴230b和喷嘴230c。另外，内部管204在与喷嘴室201a相反的一侧的外周面具有在面向排列的晶圆的位置开口并使环境气体流出至与外部管205之间的筒状空间250的排出口215。
49.外部管205具有耐压构造，气密地收纳内部管204。另外，外部管205能够与内部管204设置成同心圆状。外部管205的内径大于内部管204的外径，形成为上端封闭且下端开口的圆筒形状。外部管205由例如石英或碳化硅等耐热性材料构成。在这样的反应管的结构中，相对于多个晶圆200的各自的表面平行地形成的气体的流动(对流)支配性地承担向表面附近的物质移动。此时，反应管203被称为横流反应管。
50.(喷嘴)
51.喷嘴230b及喷嘴230c与晶圆200的排列轴(排列方向)平行地延伸，配置在隆起部207内。喷嘴230b及喷嘴230c也可以设置在内部管204的内壁与晶圆200之间的圆弧状空间中。喷嘴230b及喷嘴230c可分别由前端封闭的u字形状及直线状的石英管所构成。在喷嘴230b及喷嘴230c的侧面设有作为向排列的晶圆200的每一个供应气体的气体供应口的气体供应孔234b和气体供应孔234c。气体供应孔234b、234c具有从下部到上部分别相同，或者在大小上附加有倾斜的开口面积，并且以相同的间距设置有多个。喷嘴230b及喷嘴230c的上游端分别与气体供应管232b及气体供应管232c的下游端连接。另外，喷嘴230b、230c构成为在与被后述的罩400包围的多个排列位置对应的位置不具有气体供应孔234b、234c。另外，喷嘴230b、230c构成为与在后述的罩400与顶板211之间的多个排列位置所保持的产品基板或监控基板等多个晶圆200对应的位置，具有气体供应孔234b、234c。在这样的处理室和喷嘴的结构中，相对于多个晶圆200的各自的表面平行地形成的气体流动(对流)支配性地承担向表面附近的物质移动。此时，反应管203被称为横流反应管。
52.(加热器)
53.在反应管203的外侧，以包围反应管203的侧壁面及顶面的同心圆状设置有作为炉体的加热器206。加热器206形成为圆筒形状。加热器206通过被作为未图示的保持板的加热器基座支撑而垂直地安装。在反应管203内(例如：内部管204与外部管205之间、内部管204的内侧等)设置有作为温度检测器的温度传感器263。加热器206及温度传感器263与后述的温度控制部238电连接。温度控制部238构成为基于由温度传感器263检测出的温度信息，以预定的定时控制向加热器206的通电情况，以使处理室201内的温度成为预定的温度分布。
54.(歧管)
55.在外部管205的下方配设有与外部管205呈同心圆状的歧管(进气适配器)209。歧管209例如由不锈钢等构成。歧管209形成为上端及下端开口的圆筒形状。歧管209设置为分别与内部管204的下端部和外部管205的下端部卡合，或者设置为分别支撑内部管204的下端部和外部管205的下端部。另外，在歧管209与外部管205之间设有作为密封构件的o形环220a。歧管209被未图示的加热器基座所支撑，由此，反应管203成为垂直安装的状态。处理容器主要由反应管203和歧管209形成。
56.(晶舟)
57.在反应管203的内部且在处理室201内，构成为从歧管209的下端开口的下方侧搬入并收纳作为基板保持件的晶舟217。晶舟217例如由石英、碳化硅等耐热性材料构成。详情后述，晶舟217具备：多根柱，例如三根柱212；在相互固定三根柱212的上端的中心具有开口的环状的顶板211；以及将三根柱212的下端相互固定的圆板形状的底板210。晶舟217构成为，在水平姿势且使中心相互对齐的状态下，以预定的间隔排列保持多片晶圆200。另外，晶舟217构成为，在晶舟217的下部且比排列有晶圆200的晶圆处理区域靠下方，在水平姿势且
使中心相互对齐的状态下，以预定的间隔排列保持作为呈圆板形状的多片隔热构件的隔热板216。隔热板216由例如石英、碳化硅等耐热性材料所构成。隔热板216构成为难以将来自加热器206的热量传导至歧管209侧。
58.另外，在晶舟217的下方且积载有比晶圆处理区域更靠下方的隔热板216的隔热区域的上方，设有覆盖晶舟217的周围的罩400。罩400从上表面和侧面包围在晶舟217中的晶圆200的配置位置(亦称积载位置)内包含最靠近底板210的排列位置的多个排列位置。在由罩400所包围的多个排列位置晶舟217不保持产品基板、监控基板等晶圆200。这些配置位置可对应于以往由于无法获得充分的均匀性而配置有虚拟基板的位置。另外，晶舟217构成为在罩400与顶板211之间的多个排列位置保持产品基板、监控基板等多片晶圆200。
59.(载气供应系统)
60.在歧管209的侧壁，以与处理室201内连通的方式设置有将例如氮气(n2)作为载气向处理室201内供应的喷嘴230b及喷嘴230c。在气体供应管232a中从上游侧起依次设置有载气源300a、作为流量控制器(流量控制单元)的质量流量控制器241a、及阀310a。通过上述结构，能够控制经由气体供应管232a向处理室201内供应的载气的供应流量、处理室201内的载气的浓度、分压。
61.后述的气体流量控制部235与阀310a、质量流量控制器241a电连接。气体流量控制部235构成为以预定的定时控制向处理室201内的载气供应的开始、停止、供应流量等。
62.本实施方式的载气供应系统主要由阀310a、质量流量控制器241a、气体供应管232a、气体供应管232b、喷嘴230b、气体供应管232c、喷嘴230c构成。另外，也可以考虑载气供应系统包含载气源300a。
63.(si原料气体供应系统)
64.将例如六氯二硅烷(si2cl6、简称为hcds)气体作为原料气体(含si气体)的一例向处理室201内供应的喷嘴230b以与处理室201内连通的方式设置于歧管209的侧壁。喷嘴230b的上游端与气体供应管232b的下游端连接。在气体供应管232b中从上游起侧依次设置有si原料气体源300b、质量流量控制器241b及阀310b。通过上述结构，能够控制向处理室201内供应的si原料气体的供应流量、处理室201内的si原料气体的浓度、分压。
65.后述的气体流量控制部235与阀310b、质量流量控制器241b电连接。气体流量控制部235构成为以预定的定时控制向处理室201内的si原料气体供应的开始、停止、供应流量等。
66.本实施方式的si原料气体供应系统主要由阀310b、质量流量控制器241b、气体供应管232b、喷嘴230b构成。另外，也可以考虑si原料气体供应系统包含si原料气体源300b。
67.(氮化原料气体供应系统)
68.将例如作为氮化原料气体的氨(nh3)、氮(n2)、氧化亚氮(n2o)、单甲基联氨(ch6n2)等气体作为改性原料(反应气体或反应物)的一例向处理室201内供应的喷嘴230c以与处理室201内连通的方式设置于歧管209的侧壁。喷嘴230c的上游端与气体供应管232c的下游端连接。在气体供应管232c中从上游侧起依次设置有氮化原料气体源300c、质量流量控制器241c及阀310c。通过上述结构，能够控制向处理室201内供应的氮化原料气体的供应流量、处理室201内的氮化原料气体的浓度、分压。
69.后述的气体流量控制部235与阀310c、质量流量控制器241c电连接。气体流量控制
部235构成为以预定的定时控制向处理室201内的氮化原料气体供给的开始、停止、供应流量等。
70.本实施方式的氮化原料气体供应系统主要由阀310c、质量流量控制器241c、气体供应管232c、喷嘴230c构成。另外，也可以考虑氮化原料气体供应系统包含氮化原料气体源300c。
71.而且，本实施方式的气体供应系统主要由si原料气体供应系统、氮化原料气体供应系统及载气供应系统构成。
72.(排气系统)
73.在歧管209的侧壁设有对处理室201内进行排气的排气管231。排气管231贯通歧管209的侧面部，与由内部管204与外部管205的间隙形成的作为排气空间的筒状空间250的下端部连通。在排气管231的下游侧(与歧管209的连接侧相反的一侧)，从上游侧起依次设有作为压力检测器的压力传感器245、作为压力调整装置的apc(auto pressure controller，自动压力控制器)阀242、真空泵246。
74.后述的压力控制部236与压力传感器245及apc阀242电连接。压力控制部236构成为根据由压力传感器245检测出的压力信息，以处理室201内的压力在预定的定时成为预定的压力(真空度)的方式控制apc阀242的开度。另外，apc阀242为可对阀进行开闭而进行处理室201内的真空排气和停止真空排气，进而调节阀开度而能够进行压力调整的开闭阀。
75.本实施方式的排气系统主要由排气管231、压力传感器245、apc阀242构成。另外，也可以考虑在排气系统中包含真空泵246，进而，也可以考虑在排气系统中包含捕集装置、除害装置。
76.(密封盖)
77.在歧管209的下端开口设有作为盖的密封盖219，该盖能够气密地封闭使晶舟217进出处理容器的开口。密封盖219例如由不锈钢等金属构成，形成为圆盘状。在密封盖219的上表面设有与歧管209的下端接合的作为密封构件的o形环220b。密封盖219构成为夹着o形环220b从反应容器的垂直方向下侧与歧管209的下端抵接。o形环220b不使反应管203与密封盖219直接接触，而将反应管203与密封盖219之间予以密封。o形环220b在被按压而成为优选的压溃量时能够进行充分的密封。另外，虽然优选的压溃量可根据o形环220b的劣化而变动，但此量远小于晶圆200的排列间隔。若歧管209与密封盖219直接接触，则产生微粒，因此不优选。因此，可在o形环220b的外周设置不具有密封性的缓冲构件。
78.(旋转机构)
79.在密封盖219的下方(即，与处理室201侧相反的一侧)设有使晶舟217旋转的旋转机构254。旋转机构254保持晶舟217。旋转机构254所具备的旋转轴255以贯通密封盖219的方式设置。旋转轴255的上端部从下方可旋转地支撑晶舟217。构成为通过使旋转机构254工作，能够使晶舟217和晶圆200在处理室201内旋转。另外，为了使旋转轴255不易受处理气体的影响，利用未图示的惰性气体供应系统使惰性气体流向旋转轴255的附近，以保护其免受处理气体的影响。
80.(晶舟升降机)
81.密封盖219构成为通过作为在反应管203的外部垂直地设置的升降机构的晶舟升降机115在垂直方向上升降。构成为通过使晶舟升降机115工作，能够将晶舟217搬入搬出
(晶舟导入或晶舟导出)至处理室201内外。
82.驱动控制部237与旋转机构254及晶舟升降机115电连接。驱动控制部237构成为，以预定的定时进行控制以使旋转机构254及晶舟升降机115进行预定的动作。
83.(控制器)
84.上述气体流量控制部235、压力控制部236、驱动控制部237及温度控制部238与对基板处理装置101整体进行控制的主控制部239电连接。作为本实施方式的控制部的控制器240主要由气体流量控制部235、压力控制部236、驱动控制部237、温度控制部238及主控制部239构成。
85.控制器240是对基板处理装置101整体的动作进行控制的控制部(控制单元)的一例，且分别控制质量流量控制器241a、241b、241c的流量调整、阀310a、310b、310c的开闭动作、apc阀242的开闭及基于压力传感器245的压力调整动作、基于温度传感器263的加热器206的温度调整动作、真空泵246的启动/停止、旋转机构254的旋转速度调节、晶舟升降机115的升降动作等。
86.(2)半导体装置的制造方法
87.接着，使用上述基板处理装置101的处理炉202，作为半导体装置(器件)的制造工序的一个工序，对在制造大规模集成电路(large scale integration，lsi)时等在晶圆200上形成绝縁膜的方法的例子进行说明。另外，在以下的说明中，构成基板处理装置101的各部分的动作由控制器240控制。
88.在本实施方式中，对在晶圆200上形成作为氮化硅膜的sin膜的方法进行说明。
89.首先，交替供应si原料气体和反应气体(氮化原料气体)，在晶圆200上形成sin膜。
90.在本实施方式中，对使用si2cl6气体作为si原料气体、使用nh3气体作为反应气体的氮化原料气体的例子进行说明。
91.图3表示本实施方式的控制流程的一例。首先，若将多片晶圆200装填于晶舟217(晶圆装载)，则积载了多片晶圆200的晶舟217被晶舟升降机115抬起而被搬入(晶舟导入)处理室201内，积载了多片晶圆200的晶舟217被收纳在反应管203的内部。在该状态下，密封盖219成为经由o形环220b而将反应管203的下端密封的状态。进而，在成膜工艺中，控制器240如下述那样对基板处理装置101进行控制。即，控制加热器206，将处理室201内保持在例如300℃～600℃的范围的温度，例如600℃。然后，利用旋转机构254使晶舟217旋转，使晶圆200旋转。然后，进行如下工序：使真空泵246工作且打开apc阀242对处理室201内进行抽真空，在晶圆200的温度达到600℃且温度等稳定之后，在将处理室201内的温度保持为600℃的状态下，依次执行后述的步骤，对晶圆200进行处理。
92.(步骤11)
93.在步骤11中，使si2cl6气体流动。si2cl6在常温下呈液态，在供应至处理室201时，虽存在有加热使其气化后进行供应的方法，以及使用未图示的气化器，使被称为载气的he(氦)、ne(氖)、ar(氩)、n2(氮)等惰性气体通过装有si2cl6气体的容器中，将气化的部分与该载气一起供应至处理室201的方法等，在此以后者作为例子进行说明。
94.使si2cl6气体流向气体供应管232b，使载气(n2气体)流向与气体供应管232b连接的载气供应管232a。一起打开气体供应管232b的阀310b、与喷嘴230b连接的载气供应管232a的阀310a、以及排气管231的apc阀242的每一个。载气从载气供应管232a流出，并利用
质量流量控制器241a进行流量调整。si2cl6气体从气体供应管232b流出，并利用质量流量控制器241b进行流量调整，通过未图示的气化器气化，再与进行了流量调整的载气混合，从喷嘴230b的气体供应孔234b供应至处理室201内，并从排气管231排出。此时，适当地调整apc阀242，使处理室201内的压力维持在20～60pa的范围内，例如53pa。由质量流量控制器241b控制的si2cl6气体的供应量为0.3slm。另外，同时从与气体供应管232b连接的载气供应管232a供应作为载气的n2气体。利用与气体供应管232b连接的载气供应管232a的质量流量控制器241a控制的n2气体的供应流量例如为1slm。将晶圆200暴露于si2cl6气体中的时间为3～10秒。此时，加热器206的温度设定为晶圆的温度在300℃～600℃的范围内，例如600℃。
95.此时，流入处理室201内的气体仅有si2cl6气体和n2气体、ar气体等惰性气体，不存在nh3气体。因此，si2cl6气体不会引起气相反应，与晶圆200的表面、基底膜发生表面反应(化学吸附)，而形成原料(si2cl6)的吸附层或si层(以下称含si层)。si2cl6的吸附层除了原料分子的连续的吸附层之外，还包括不连续的吸附层。si层除了由si构成的连续的层之外，还包括它们重叠而成的si薄膜。另外，有时也将由si构成的连续的层称为si薄膜。
96.同时，若打开阀310a而使惰性气体从与气体供应管232c连接的载气供应管232a流出，则可防止si2cl6气体绕到后述的nh3气体供应侧。利用与气体供应管232c连接的载气供应管232a的质量流量控制器241a控制的n2气体的供应流量例如为0.1slm。
97.(步骤12)
98.关闭气体供应管232b的阀310b，停止向处理室201供应si2cl6气体。此时，使排气管231的apc阀242处于打开状态，通过真空泵246将处理室201内排气至20pa以下，并将残留si2cl6从处理室201内排除。此时，若将n2等惰性气体供应至处理室201内，则排除残留si2cl6的效果得以进一步提高。
99.(步骤13)
100.在步骤13中，使nh3气体流动。使nh3气体流向气体供应管232c，并使载气(n2气体)流向与气体供应管232c连接的载气供应管232a。一起打开气体供应管232c的阀310c、载气供应管232a的阀310a、以及排气管231的apc阀242的每一个。载气从载气供应管232a流出，并利用质量流量控制器241a进行流量调整。nh3气体从气体供应管232c流出，并利用质量流量控制器241c进行流量调整，再与进行了流量调整的载气混合，从喷嘴230c的气体供应孔234c供应至处理室201内，并从排气管231排出。在使nh3气体流动时，适当地调节apc阀242，使处理室201内的压力维持在50～1000pa的范围内，例如60pa。利用质量流量控制器241c控制的nh3气体的供应流量为1～10slm。将晶圆200暴露于nh3气体中的时间为10～30秒。此时的加热器206的温度设定为300℃～600℃的范围的预定的温度，例如600℃。
101.同时，若打开开闭阀310a而使惰性气体从与气体供应管232b连接的载气供应管232a流出，则可防止nh3气体绕到si2cl6气体供应侧。
102.通过nh3气体的供应，化学吸附在晶圆200上的含si层与nh3发生表面反应(化学吸附)，而在晶圆200上形成sin膜。
103.(步骤14)
104.在步骤14中，关闭气体供应管232c的阀310c，停止nh3气体的供应。另外，使排气管231的apc阀242保持打开的状态，通过真空泵246将处理室201排气至20pa以下，并将残留nh3气体从处理室201排除。另外，此时，若将n2气体等惰性气体分别从作为nh3气体供应侧的
气体供应管232c及作为si2cl6气体供应侧的气体供应管232b供应至处理室201而进行吹扫，则排除残留nh3气体的效果得以进一步提高。
105.将上述步骤11～14设为1个循环，通过至少实施1次以上，在晶圆200上形成预定膜厚的sin膜。此时，如上所述，在各循环中，须注意以处理室201内不混合由步骤11中的si原料气体构成的环境气体和步骤13中的由氮化原料气体构成的环境气体的各自的环境气体的方式进行处理。
106.另外，sin膜的膜厚可以控制循环数，以调整成1～5nm左右。此时形成的sin膜成为表面平滑(顺畅)且致密的连续膜。
107.(3)接着，使用图4、图5、图6的(a)及图6的(b)进一步详述晶舟217和收纳晶舟217的内部管204。
108.如上所述，如图4所示，晶舟217具有：多个柱212，其在所排列的晶圆200的周围，在与晶圆200大致垂直的方向上分别延伸且具有大致相同的长度；环状的顶板211，其在相互固定多个柱212的各自的上端附近的中心具有开口；以及圆板形状的底板210，其相互固定多个柱212的各自的下端附近。即，在晶舟217的底板210与顶板211之间以大致90度的间隔架设有三根柱212。晶舟217被设计为，当抓住所决定的部位，使横卧的晶舟217立起时所施加的应力、将立起的晶舟217抬起并运送时所施加的应力时具有充分的强度。另外，如图5所示(在图4中并未图示)，在各个柱212上设置有多个用于大致水平地保持晶圆200的作为支撑构件的支撑销221。各支撑销221以从三根柱212分别朝内周大致水平地延伸的方式设置。另外，支撑销221在三根柱212的每一个上以预定的间隔(间距)设置有多个。
109.罩400具有上面板401和筒状的侧面板402，在其内部，作为虚拟基板的替代配置有圆盘状的石英板403。上面板401气密地焊接于贯通了孔的柱212，进而可与侧面板402在整周上无缝地焊接。石英板403可在设置罩400之前被焊接至柱212。罩400也可以具有底面，但在该情况下，在底面设置排气孔而使内部不被密闭。为避免与柱212的干扰，侧面板402也可分割成三个。
110.内部管204具有上端封闭，在积载并排列晶圆200的方向的一端将内部管204的上部终止的顶部204a。顶部204a的外表面侧(上表面侧)为平坦形状，在顶部204a的内表面侧设有朝内侧呈圆筒形状突出的作为突出部的凸部204b。凸部204b的前端呈平坦的圆筒形状，也可以说是前端部为沿晶圆200的排列轴被挤出的形状。在凸部204b的周围且在内部管204的外周面与凸部204b之间形成有环状的凹部(槽)204c。如图6的(a)所示，凸部204b比晶舟217的顶板211的开口小，换言之，凸部204b的外径小于顶板211的内径。另外，凹部204c的内径小于顶板211的内径。另外，凹部204c的外径构成为大于顶板211的外径。换言之，内部管204的顶部204a的内表面整体沿着晶舟217的上端(顶板211)的形状，伴随着预定的余量(间隙)而形成。
111.即，内部管204的顶部204a的内表面为与顶板211的开口的形状对应的形状，构成为在内部管204收纳了晶舟217的状态下，在内部管204的凹部204c内嵌入晶舟217的顶板211，而顶板211配置在凹部204c内。即，在内部管204收纳了晶舟217的状态下，构成为内部管204的凸部204b插入并嵌入至晶舟217的顶板211的开口。由于顶板211是具有长方形剖面的环(利用晶圆排列轴使长方形旋转的旋转体)，因而具有方形剖面，则凹部204c的角也成为方形的角。在几乎不要求机械强度的内部管204中，无需为了避免应力集中而大幅使角圆
滑。因此，凹部204c可忠实地模仿顶板211的形状。另外，在柱212从顶板211的上表面突出的情况下，可将其视为顶板211的一部分。同样地，在柱212从顶板210的下表面突出的情况下，可将该部分视为底板210的一部分。如图2、图6所示，在内部管204收纳了晶舟217的状态下，凸部204b设于可插入顶板211的开口那样的位置，即可嵌入顶板211的开口的位置。此时，顶板211的开口与内部管204的凸部204b形成为与旋转轴255同心的圆形。
112.另外，如图6的(a)所示，凸部204b的高度h被设定为，在将积载有晶圆200的晶舟217气密地收纳在内部管204内的状态下，即在内部管204内处理晶圆200时，凸部204b的前端与最靠近顶板211地配置且与凸部204b相对的晶圆200之间的间隔p1与在晶舟217内彼此相邻的晶圆200间的间隔p2，即晶圆200间的间距大致相等。即，凸部204b的高度h被设定为，当o形环220b成为可密封的预定的压溃量时，凸部204b与最靠近顶板211地配置的晶圆200之间的间隔p1与在晶舟217内彼此相邻的晶圆200间的间隔p2大致相等。另外，凸部204b的高度h被设定为，在o形环220b成为可密封的预定的压溃量时，凸部204b与最靠近顶板211地配置的虚拟基板之间的间隔比在晶舟217内彼此相邻的晶圆200间的间隔p2充分小，且比预定的压溃量的变动大。另外，凸部204b以在将晶舟217收纳在反应管203内的状态下插入顶板211的开口的方式设置，构成为与顶板211相比更接近配置于晶舟217的最靠近顶板211处的晶圆200。
113.通过上述那样的结构，晶舟217的顶板211在内部管204的凸部204b的周围，且在凹部204c内形成有可使晶舟217上升、旋转程度的狭小间隙，可缩小晶舟217的上部的剩余气体空间。
114.这样，通过减小晶舟217的上部的剩余气体空间，可抑制向沿上下方向排列在晶舟217上的晶圆200供应的处理气体的供应量的偏差，可使向在晶舟217的上下方向上排列的晶圆200供应的处理气体的分压相等。即，能够提高大表面积的产品基板等的晶圆的面间均匀性。
115.另外，通过在晶舟217的下方且积载有隔热板216的隔热区域的上方设置罩400，可减小在晶舟217的下部的剩余气体空间，可提高晶圆的面间均匀性，且不需要侧虚拟基板。
116.另外，在将晶舟217收纳于内部管204内的状态下，如图6的(b)所示，高度h构成为大于从内部管204的顶部204a的凹部204c的底面起至晶舟217的顶板211的上表面之间的间隔a1与顶板211的高度方向的厚度a2的合计。另外，从内部管204的凸部204b的侧面起至顶板211的内周面的长度b1构成为与从顶板211的外周面起至内部管204的内周面的长度b2大致相等。另外，从内部管204的顶部204a的凹部204c的底面起至晶舟217的顶板211的上表面之间的间隔a1构成为小于b1及b2的任一个。即，间隔a1是相对于晶舟217的尺寸精度、o形环220a的压溃量变动的余量，因而可将其设为较小。另外，上述间隔p1根据o形环220a的压溃量而变化，但是通常该变动很小，可以忽略。若最靠近顶板地配置的基板处的膜质不稳定，则将该基板设为虚拟基板。当使用表面积小于产品基板的晶圆作为虚拟基板的情况下，若将间隔p1设为小于间隔p2，例如设为与间隔a1相同程度，则可减小在该虚拟基板的上方产生的剩余气体空间。
117.(4)变形例
118.接着，使用图7、图8对本实施方式的处理炉202的变形例进行说明。
119.图7的变形例与上述本实施方式中的内部管204的顶部204a的形状不同。在本变形
例中，仅对与上述内部管204不同的结构进行说明。
120.变形例的内部管304具有上端封闭，且在积载并排列晶圆200的方向的一端将内部管304终止的顶部304a。
121.顶部304a具有上表面呈圆筒形状向内侧凹陷，顶部304a的内表面侧朝内侧呈圆筒形状突出的作为突出部的凸部304b。凸部304b的前端为平坦的圆筒形状。在凸部304b的周围且在内部管304的外周面与凸部304b之间形成有凹部304c。凸部304b的外径小于晶舟217的顶板211的开口，换言之，小于顶板211的内径。另外，凹部304c的内径小于顶板211的内径。另外，凹部304c的外径构成为大于顶板211的外径。即，内部管304的顶部304a的内表面是与顶板211的形状对应的形状，构成为在将晶舟217收纳在内部管304内时，顶板211插入凹部304c内，并配置在凹部304c内。即，相对于上述内部管204的上表面为平坦状的顶部204a，变形例的内部管304的顶部304a的上表面的中央凹陷并朝内侧呈平坦状地突出。
122.如图7所示，在将晶舟217收纳在反应管203内的状态下，凸部304b设于插入顶板211的开口的位置。也就是说，凸部304b以在将晶舟217收纳在反应管203内的状态下插入顶板211的开口的方式设置，构成为比顶板211更接近配置于晶舟217的最靠近顶板211处的晶圆200。关于凸部304b、凹部304c的角，根据与上述的本实施方式相同的理由，可无须刻意地进行倒角而可形成为带角状态。另外，关于顶部304a的壁厚，若不考虑制作的难度、成本，则可减薄至与内部管304的其他部分大致相同的厚度。
123.如本变形例的顶部304a那样，将顶部304a的上表面设为凹陷状并形成朝内侧突出的凸部304b，通过使顶部304a的厚度变薄，与上述本实施方式的顶部204a相比，其可减少热容量，可容易地将来自加热器206的热传导至处理室201内。
124.另外，通过如上述本实施方式的顶部204a那样构成，与变形例的顶部304a相比，可增加热容量而获得温度缓冲效果。
125.另外，通过使构成上述本实施方式的顶部204a、变形例的顶部304a的石英不透明化等，可使穿透率、热导率不同，使来自加热器206的热难以传导至处理室201内，或者也能够减小热容量。
126.图8的变形例具备单层管构造的反应管503来取代上述本实施方式中的由内部管204和外部管205构成的双层管构造的反应管203。在反应管503的顶部503a，以与顶部204a同样的凸形状形成作为突出部的凸部503b，其嵌合于晶舟217的顶板211的开口。也就是说，凸部503b以在将晶舟217收纳在反应管503内的状态下插入顶板211的开口的方式设置，构成为与顶板211相比更接近配置于晶舟217的最靠近顶板211处的晶圆200。
127.(5)模拟
128.以下，通过与比较例的对比来说明本实施方式。
129.对以下情形进行比较：使用如图2所示的本实施方式的处理炉202，利用上述半导体装置的制造方法，对作为裸晶圆的200倍的大面积的产品基板的晶圆200进行了基板处理的情形(以下称为本实施例)；以及使用仅在不具备凸部204b、顶板211的开口这一点上不同的比较例的处理炉，利用上述半导体装置的制造方法，对作为产品基板的晶圆200进行了基板处理的情形。
130.在比较例的处理炉中，内部管的顶部的内面侧为平坦形状，未设有突出部204b。另外，晶舟的顶板为圆板形状，未形成有开口。另外，在晶舟中，在作为产品基板的晶圆200的
排列方向的上下端积载有多张虚拟基板。即，在晶舟的下部并未设有罩400。
131.图9的(a)是表示比较例的处理炉内的sicl2气体供应时的作为sicl2气体的分解生成物的sicl2的分压分布的图，图9的(b)是表示本实施例的处理炉202内的sicl2气体供应时的作为sicl2气体的分解生成物的sicl2的分压分布的图。
132.在图9的(a)及图9的(b)中，分别示出了从左边供应sicl2气体的情形。如图9的(a)所示，在比较例的处理炉内，在处理炉的上方(顶部附近)将sicl2气体维持高浓度的状态供应至晶圆上。另一方面，如图9的(b)所示，在本实施例的处理炉202内，与使用比较例的处理炉的情况相比，确认了处理炉202的上方(顶部附近)的sicl2气体的浓度被缓和，且晶圆间的sicl2气体的浓度差被缓和，在晶圆的排列方向上sicl2的分压分布变得相同。
133.图10的(a)是表示评价各槽编号中的晶圆上的sicl2分压的平均值的晶圆面间均匀性的图。图10的(b)是表示对各槽编号中的晶圆中心与晶圆外周的差除以平均值而得到的数值进行比较的晶圆面内均匀性的图。槽编号是指数值越大则为配置在晶舟217的越上方的晶圆。
134.如图10的(a)所示，在使用比较例的处理炉在晶圆上形成sin膜时，在晶舟的上层和下层中，与中层的晶圆相比，其sicl2分压变高。即，确认了在上层、下层的晶圆上所形成的sin膜的膜厚，比在中层的晶圆上形成的sin膜的膜厚形成得厚。另外，sicl2分压得最大值与最小值的差为0.242。
135.与此相对，在使用本实施例的处理炉202在晶圆上形成sin膜的情况下，与使用了上述比较例的处理炉的情况相比，确认了晶舟217的上层的sicl2分压变低，偏差得到改善。即，确认了在上层的晶圆上所形成的sin膜的膜厚与在中层的晶圆上所形成的sin膜的膜厚相等。另外，sicl2分压的最大值与最小值的差为0.131，为比较例的sicl2分压的最大值与最小值的差即0.242的一半。即，确认了与使用比较例的处理炉的情况相比，改善了面间均匀性。
136.另外，如图10的(b)所示，在使用比较例的处理炉在晶圆上形成sin膜的情况下，确认了在晶舟的上层和下层中，与中层相比其面内均匀性较差，在晶舟的高度方向上存在偏差。
137.与此相对，在使用本实施例的处理炉202在晶圆上形成sin膜的情况下，与使用了上述比较例的处理炉的情况相比，确认了晶舟217的上层的面内均匀性得到改善，在晶舟217的高度方向上改善了偏差。
138.在此，在比较例的处理炉的情况下，在内部管的顶部的内表面与晶舟的顶板之间、在晶舟的顶板与虚拟基板之间、在虚拟基板间，剩余气体未被消耗而积存。并且，未被消耗而积存的气体侵入至载置有产品基板的区域。因此，在接近晶舟的顶板、虚拟基板的配置位置的产品基板与远离晶舟的顶板、虚拟基板的配置位置的产品基板中，因处理气体的供应量不同，因此所形成的膜的膜厚也不同。即，面间面内均匀性变差。
139.相对于此，在本实施方式的处理炉202中，确认了通过缩小晶舟217的上方的剩余气体空间，能够将剩余气体空间中的气体的容量相较于比较例的处理炉降低68％左右。由此，确认了可在晶圆的积载方向上将sicl2分压设为相同，相较于比较例的处理炉，改善了面间均匀性和面内均匀性。
140.上述实施方式可实现下述效果。即，削减在处理气体的消耗量较少的监控基板、虚
拟基板上、在晶舟217的顶板211与反应管203的内表面之间的间隙所产生的剩余气体，减少剩余气体侵入至载置有产品基板的区域的量。因此，在与载置有监控基板、虚拟基板的区域、基板保持件的顶板接近的区域所载置的产品基板，相较于在与载置有监控基板、虚拟基板的区域、晶舟217的顶板211远离的区域所载置的产品基板，处理气体的供应量变多，能够防止所形成的膜的膜厚变厚。即，可改善面间均匀性。剩余气体从晶圆200的周围(端部侧)供应，因而，能够防止在晶圆200的端部形成的膜相对变厚，而导致面内均匀性恶化。
141.另外，虽已对本发明的特定的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于该实施方式，在本发明的范围内实施其他各种实施方式，对本领域技术人员来说是显而易见的。
142.符号说明
143.101—基板处理装置；203、503—反应管；204、304—内部管；204a、304a、503a—顶部；204b、304b、503b—凸部(突出部的一例)；204c、304c、503c—凹部；205—外部管；200—晶圆(基板的一例)；201—处理室；210—底板；211—顶板；217—晶舟(基板保持件的一例)；400—罩。