半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置
【課題】複数枚の基板に不純物が均一にドーピングされた炭化珪素膜を成膜することができる半導体製造装置及び基板の製造方法及び基板処理装置を提供する
【解決手段】反応室内に延在されて設けられる第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０と、第１のガス供給ノズルの基板の主面と平行であって、第２のガス供給ノズルの方向に１以上分岐され1以上の第１のガス供給口６８を有する第１の分岐ノズルと、第２のガス供給ノズルの基板の主面と平行であって、第１のガス供給ノズルの方向に１以上分岐され、1以上の第２のガス供給口７２を有する第２の分岐ノズルとを備え、第１のガス供給口と第２のガス供給口とが基板の積層方向に隣接するように設けられた基板処理装置によって課題を解決する。
【解決手段】反応室内に延在されて設けられる第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０と、第１のガス供給ノズルの基板の主面と平行であって、第２のガス供給ノズルの方向に１以上分岐され1以上の第１のガス供給口６８を有する第１の分岐ノズルと、第２のガス供給ノズルの基板の主面と平行であって、第１のガス供給ノズルの方向に１以上分岐され、1以上の第２のガス供給口７２を有する第２の分岐ノズルとを備え、第１のガス供給口と第２のガス供給口とが基板の積層方向に隣接するように設けられた基板処理装置によって課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置に関して、特に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を基板上に成膜する工程を有する、半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置に関する。
【０００２】
炭化珪素は特に、パワーデバイス用素子材料として注目されている。一方で、炭化珪素はシリコン（Ｓｉ）に比べて結晶基板やデバイスの作製が難しいことが知られている。
【０００３】
従来の炭化珪素膜を成膜する半導体製造装置は、複数枚の基板を板状サセプタに平面的に配置して、１５００℃〜１８００℃に加熱し、成膜に用いる原料ガスを一箇所から反応室内に供給して、基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた。
【０００４】
特許文献１では、サセプタに対向する面への原料ガスに起因する堆積物の付着及び、原料ガス対流が発生することによる炭化珪素膜成長の不安定化、これらの課題を解決するためにサセプタの基板を保持する面を下方に向くように配置した真空成膜装置及び薄膜形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９６８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術においては、いくつかの問題点がある。まず、多数枚の基板を処理する場合や、図１１に示すように基板の径が大きくする場合にサセプタを大きくする必要があり、反応室の床面積が増大すること、また原料ガスは一箇所から供給される構成となっているため、反応室中のガス濃度分布が均一でなく、ウエハに成膜される膜の厚さが不均一になること、更にＳｉＣエピタキシャル膜を成長する際に１５００℃〜１８００℃と高温で行われるため、ウエハ面内の温度制御が困難であること、炭化珪素膜中に不純物を均一にドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）することが困難であること等が挙げられる。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決し、複数枚の基板に不純物が均一にドーピングされた炭化珪素膜を成膜することができる半導体製造装置及び基板の製造方法及び基板処理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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置であり、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、前記第１のガス供給系は、前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガスと前記塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系は、前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記基板に炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられている基板処理装置を提供する。
【００１０】
更に本発明の他の態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する基板製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板に均一に炭化珪素膜を成膜することができる半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の斜視図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の側面断面図を示す。
【図３】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の上面断面図を示す。
【図４】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。
【図５】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の処理炉４０及びその周辺構造の略図を示す。
【図６】本発明の第１実施形態が適用される反応室構成におけるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図７】本発明の第２実施形態が適用される反応室構成におけるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図８】本発明の第２実施形態が適用される反応室構成における反応室上面図を示す。
【図９】本発明の第２実施形態が適用される反応室構成において成膜した際の、モニタライン上におけるＣ／Ｓｉ値の分布を示す。
【図１０】ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるＣ/Ｓｉ値とドナー原子濃度との関係を示す。
【図１１】パンケーキ型サセプタ構造と基板の位置関係を模式的に示す。
【図１２】本発明の第３実施形態が適用されるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図１３】本発明の第４実施形態が適用されるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図１４】本発明の第３実施形態が適用されるガス供給ノズル構造におけるガス消費を考慮した熱流体解析結果を示す図である。
【図１５】本発明の比較例である（ａ）で示すガス供給ノズル構造におけるガス消費を考慮した熱流体解析結果を示す図である。
【図１６】参考例のガス供給条件における各温度での平衡状態を示す。
【図１７】本発明の各実施形態のガス供給条件における各温度での平衡状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[第１実施形態]
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の一例であり、斜視図にて示す。この基板処理装置としての半導体製造装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。半導体製造装置１０には、例えば、シリコン又は炭化珪素等で構成された基板としてのウエハ１４を収納する基板収納器としてフープ（以下、ポッドという）１６が、ウエハキャリアとして使用される。この筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、このポッドステージ１８にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウエハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８に載置される。
【００１４】
筐体１２内の正面側であって、ポッドステージ１８に対向する位置にはポッド搬送装置２０が配置されている。また、このポッド搬送装置２０の近傍にはポッド搬送装置２２、ポッドオープナ２４及び基板枚数検知器２６が配置されている。ポッド搬送装置２２はポッドオープナ２４の上方に配置されポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。基板枚数検知器２６はポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０はポッドステージ１８とポッド搬送装置２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４はポッド１６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知する。
【００１５】
筐体１２内には基板移載機２８、基板支持具としてのボート３０が配置されている。基板移載機２８は、アーム（ツィーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により、上下回転動作が可能な構造になっている。アーム３２は例えば５枚のウエハを取り出すことができ、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート３０間にてウエハ１４を搬送する。
【００１６】
ボート３０は例えばカーボングラファイトや炭化珪素等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるように構成されている（図２参照）。
【００１７】
筐体１２内の背面側上部には処理炉４０が配置されている。この処理炉４０内に複数枚のウエハ１４を装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。
【００１８】
図２及び図３は炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の処理炉４０の側面断面図及び上面断面図を示す。なお、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給する第１のガス供給口６８を有するガス供給ノズル６０、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとして例えば水素ガスと例えばｎ型不純物を含有するドーピングガスとを供給する第２のガス供給口７２を有するガス供給ノズル７０、及び排気口９０を代表例としてそれぞれが１つずつ図示されている。また反応室を形成する反応管４２と断熱材５４との間に不活性ガスを供給する第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が図示されている。
【００１９】
処理炉４０は、例えば円筒形状の反応室４４を形成する反応管４２を備える。反応管４２は、石英または炭化珪素等の耐熱材料で構成されており、上端が閉塞し下端が開口した例えば円筒形状に形成されている。反応管４２の内側の筒中空部には、反応室４４が形成されており、シリコン又は炭化珪素等で構成された基板としてウエハ１４をボート３０によって水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持した状態で収納可能に構成されている。
【００２０】
反応管４２の下方には、この反応管４２と同心円状にマニホールドが配設されている。マニホールドはたとえばステンレス等で構成されており、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールドは反応管４２を支持するように設けられている。なお、このマニホールドと反応管４２との間にはシール部材としてＯリングが設けられている。このマニホールドが図示しない保持体に支持されることにより、反応管４２は垂直に据えつけられた状態になっている。この反応管４２とマニホールドにより反応容器が形成されている。
【００２１】
処理炉４０は加熱される被加熱体４８を備える。被加熱体４８は反応室４４内に配設されており、この被加熱体４８は反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される磁場によって加熱される構成となっている。被加熱体４８が発熱することにより、被加熱体４８の内側が加熱される。
【００２２】
被加熱体４８の近傍には、反応室４４内の温度を検出する温度検出体として図示しない温度センサが設けられている。誘導コイル５０及び温度センサには、電気的に温度制御部５２が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合を調節することにより被加熱体４８の内側の温度が所定の温度分布となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
【００２３】
なお、好ましくは、反応室４４内において第１及び第２のガス供給ノズル６０、７０と第１のガス排気口９０との間であって、被加熱体４８とウエハ１４との間には構造物４００を設けることが良い。例えば、図３に示すように、対向する位置にそれぞれ構造物４００を設ける。構造物４００としては、好ましくは、断熱材、一例としてカーボンフェルト等で構成すると、処理炉の耐熱性を向上したり、例えば構造物４００が劣化することによるパーティクルが発生したりすることを抑制することができる。
【００２４】
被加熱体４８と反応管４２の間には、例えば誘導加熱されにくいカーボンフェルト等で構成された断熱材５４が設けられ、この断熱材５４を設けることにより、被加熱体４８の熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。
【００２５】
また、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制するための、例えば水冷構造である外側断熱壁が反応室４４を囲むように設けられている。更に、外側断熱壁の外側には、誘導コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シールドが設けられている。
【００２６】
図２に示すように、加熱体４８とウエハ１４との間に設置され、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給しガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８及び第１のガス供給ノズルとは異なる箇所であり、反応室内に設けられた第２のガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられ、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとして例えば、水素ガスと、不純物ガスとして、例えば、ｎ型不純物ガスとを供給する第２のガス供給口７２、第１のガス排気口９０、また反応管４２と断熱材５４との間に、第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が配置されている。それぞれについて詳細に説明をする。
【００２７】
少なくともシリコン含有ガスとして例えばシラン（ＳｉＨ４）ガス、塩素含有ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、を第１のガス供給ノズル６０を流通して供給する第１のガス供給口６８は、例えばカーボングラファイトで構成され、被加熱体４８の内側に設けられており、第１のガス供給ノズル６０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第１のガス供給ノズル６０は複数本設けても良い。
【００２８】
ガス供給ノズル６０は、第１のガスライン２２２に接続されている。この第１のガスライン２２２は、例えば、シランガスと塩化水素ガスとをそれぞれに対し流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下、ＭＦＣとする。）２１１ａ、２１１ｂ及びバルブ２１２ａ、２１２ｂを介して例えばシランガス源２１０ａ、塩化水素ガス源２１０ｂに接続されている。
【００２９】
この構成により、例えばシランガス、塩化水素ガス、それぞれの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂは、ガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えばシランガス、塩化水素ガス、それぞれのガス源２１０ａ、２１０ｂ、バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、ガスライン２２２、ガス供給ノズル６０、ガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられるガス供給口６８によりガス供給系として、第１のガス供給系を構成される。
【００３０】
なお、上述の実施形態では、塩素含有ガスとしてＨＣｌガスを例示したが塩素（Ｃｌ２）ガスを用いても良い。また、上述で説明された成膜寄与ガスに対し、キャリアガスとして希ガス又は水素含有ガス等を供給しても良い。希ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等が挙げられ、また、水素含有ガスとして、水素ガスが例示される。
好ましくはキャリアガスとして希ガスを供給すると良い。これは水素含有ガスとして、例えば、水素ガスをキャリアガスとして供給した場合、水素ガスの還元効果により、シリコン含有ガスはガス供給ノズル内にて分解してしまい、ガス供給ノズル内にシリコン膜が堆積し、ガス供給ノズル内またはガス供給口の閉塞やパーティクル発生の要因となるためである。
更に好ましくは、キャリアガスとしてアルゴンガスを供給することが良い。アルゴンガスは、ヘリウムガス等の他の希ガスよりも安価であるため、炭化珪素エピタキシャル膜を形成する基板処理装置を運用する際のランニングコストを低減することが出来る。
【００３１】
なお、本実施形態では、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給したが、好ましくは、シリコンと塩素とを含むガス、例えば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給しても良く、更に好ましくは、テトラクロロシランガスを供給することが良く、ガス供給ノズル内に膜が形成されることを抑制でき、ガスの消費を抑制して反応室内へ供給することができる。
【００３２】
少なくとも炭素含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと還元ガスとして水素含有ガス、例えば水素（Ｈ２）ガスとを第２のガス供給ノズル７０を流通して供給する第２のガス供給口７２は、例えばカーボングラファイトで構成され、被加熱体４８の内側に設けられており、第２のガス供給ノズル７０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第２のガス供給ノズル７０は複数本設けても良い。
【００３３】
第２のガス供給ノズル７０は、第２のガスライン２６０に接続されている。この第２のガスライン２６０は、炭素含有ガスとして例えばプロパンガス対しＭＦＣ２１１ｃ及びバルブ２１２ｃを介してプロパンガス源２１０ｄに接続され、還元ガスとして例えば水素ガスに対しＭＦＣ２１１ｄ及びバルブ２１２ｄを介して水素ガス源２１０ｄに接続されている。
【００３４】
この構成により、例えばプロパンガス、水素ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄはガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、供給するガスの流量が所定の流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えばプロパンガス、水素ガスのガス源２１０ｃ、２１０ｄ、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、ガスライン２６０、第２のガス供給ノズル７０、第２のガス供給口７２によりガス供給系として、第２のガス供給系を構成される。
【００３５】
なお、本実施形態では、炭素含有ガスとしてプロパンガスを例示したが、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等を用いても良い。
【００３６】
また、本実施形態では、還元ガスとしてＨ２ガスを例示したが、これに限らず、水素を含有するガスを供給しても良い。
【００３７】
ここで、本実施形態では、シリコン含有ガスを第１のガス供給ノズル６０を介して供給し、還元ガスである水素ガスを第２のガス供給ノズル７０から供給している。本実施形態のように、ウエハ１４間の均一性を向上させる為に反応室４４内にガス供給ノズルを配設した場合、シリコン含有ガスと共に還元ガスを供給すると、シリコン含有ガスの分解が促進してしまい、ガス供給ノズル内でシリコン膜の堆積が発生する可能性がある。この場合、上流側でシリコン含有ガスの消費が発生してしまうが、シリコン含有ガスと還元ガスを分離して供給することにより、ガス供給ノズル内の堆積、及び、シリコン含有ガスの消費を抑制できる。
【００３８】
また、本実施形態では、更に炭素含有ガスを第２のガス供給ノズル７０を介して供給し、シリコン含有ガスと分離して供給している。これにより、ガス供給ノズル内でのＳｉＣ膜の堆積を抑制することができ、ガス供給口が閉塞されること、及び、形成された膜が剥れることによるパーティクルや汚染物の発生も抑制することができる。
なお、シリコン含有ガスと還元ガスを分離して供給することで充分にガス供給内の堆積を防止できる場合は、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを同じガス供給ノズルを介して供給しても良い。これにより、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを予め混合しておくことができるためウエハ１４に均一な膜を形成できる。
【００３９】
ここで、上述の第１のガス供給系及び第２のガス供給系を構成する理由について詳細に述べる。従来の炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置では、複数枚のウエハ１４をサセプタ上に重ならないよう並べ、シリコン含有ガスと炭素含有ガスと還元ガス等で構成される原料ガスを、反応室４４の１箇所より供給し、炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜している。
本発明では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から構成される複数枚のウエハ１４を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持し、原料ガスは、縦方向に延在されるガス供給ノズルから供給している。このとき、ガス供給ノズル内で原料ガスが消費されるため、ガス供給ノズルの下流側で原料ガス不足が生じ、また、ガス供給ノズル内で反応し堆積した炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜等の堆積物が、ガス供給ノズルを閉塞し、あるいは、原料ガス供給が不安定になることやパーティクル発生させること等の問題が生じ易くなる。
【００４０】
本発明の発明者は、これらの点を解決する為、図１６及び図１７に示すような計算を行った。図１６は、本発明と対比するための参考例であり、シリコンと塩素とを含有するガスとしてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、炭素含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、キャリアガスの働きをする希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを、テトラクロロシランガス:プロパンガス：アルゴンガス＝８：４：５７１の比率で供給した場合の各温度における化学平衡状態を示している。このときの各ガス種の流量はテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスが８．０ｓｃｃｍ、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスが４．０ｓｃｃｍ、アルゴン（Ａｒ）ガスが５７１ｓｃｃｍであり、このときの圧力は１００Ｔｏｒｒとしている。これは、１本のガス供給ノズルを用いて、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスを供給した場合のガス供給ノズル内の状態を模擬している。なお、化学平衡状態とは、上記ガスのモル分率を初期条件として与え、無限時間その温度に保った場合に到達する各ガスの状態である。横軸は平衡状態における温度、縦軸は、供給された各原料ガス及び供給された各原料ガスが分解又は結合して生成されるモル分率を示している。また、アルゴン（Ａｒ）ガスに関しては、図１６から除外している。
【００４１】
図１６において、少なくとも、１０００℃以上１６００℃以下の温度範囲において、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、水素（Ｈ２）ガスが多く存在している。つまり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）エピタキシャル成長が行われる上述の温度範囲において、反応室４４内に１本のガス供給ノズルを設置し、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスを供給した際に、上述の塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、水素（Ｈ２）ガスがガス供給ノズル内で発生することになる。例えば平衡状態の温度が１４００℃の場合においては、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、水素（Ｈ２）ガスの順で多くガスが発生され、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガスとアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスが反応することよって、ガス供給ノズル内で炭化ケイ素（ＳｉＣ）の多結晶（ＳｉＣ−Ｐｏｌｙ）膜が成膜されることが予想される。
【００４２】
このときエッチング作用を有する塩化水素（ＨＣｌ）ガスも存在するが、塩化水素（ＨＣｌ）ガスは１５００℃以下において炭化ケイ素（ＳｉＣ）に対するエッチング効果が小さいため、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の多結晶膜は成長し、ガス供給ノズルは閉塞したり、付着した炭化ケイ素（ＳｉＣ）の多結晶膜が剥がれ落ちる事によりパーティクルが発生したりする。
【００４３】
この解決策として、本発明の発明者は、図１７に示す計算を行った。図１７は、本発明の実施形態のガス供給条件における各温度での平衡状態を示すものであり、図１６の条件から、炭素含有ガスを除いた場合の計算結果である。シリコンと塩素とを含有するガスとしてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、キャリアガスとして希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを、テトラクロロシランガス：アルゴンガス＝８：５７１の比率で供給した場合の各温度における平衡状態を示している。このときの各ガス種の流量はテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスが８．０ｓｃｃｍ、アルゴン（Ａｒ）ガスが５７０ｓｃｃｍで供給し、このときの圧力は１００Ｔｏｒｒとしている。これは本発明において第１のガス供給ノズルを用いてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスを供給した場合のガス供給ノズル内の状態を模擬している。また、アルゴン（Ａｒ）ガスに関しては、図１７から除外している。
【００４４】
図１７に示すように、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスは、１２００℃付近まで殆ど分解しない。これは、図１６の場合ではプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスに含まれる水素によるテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスの還元反応が起こっているためと考えられるのに対し、図１７においては、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスが存在しない為、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスは１２００℃付近まで殆ど分解しないと考えられる。また、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス単体では炭化ケイ素膜を成膜する際に寄与しないガスであることは既知であり、少なくとも１２００℃付近まではガス供給ノズル内に炭化ケイ素の多結晶膜等の堆積物が生成されにくいと考えられる。
【００４５】
一方、１２００℃以上になると、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスが分解し、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガスと塩素（Ｃｌ）ガスが発生する。ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガスによって例えば炭化ケイ素の多結晶膜が形成されると予想されるが、この場合は、同時にエッチング効果の塩素（Ｃｌ）ガスが発生するので、ガス供給ノズル内での膜の堆積は起きないと考えられる。また、ノズル内には水素が存在しないため、ＳｉＣｌ２＋Ｈ２→Ｓｉ（Ｓｏｌｉｄ）＋２ＨＣｌ等の成膜反応が起こらないため、ノズル内部には膜が付着されにくいと考えられる。
【００４６】
つまり、第１のガス供給ノズル６０より、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給することで、ガス供給ノズル内での供給ガスの消費を抑制し、ガス供給ノズル内の閉塞を抑制し、それに伴うパーティクル発生を防ぐことができる。
【００４７】
好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとキャリアガスとして希ガスの例えばアルゴン（Ａｒ）ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
【００４８】
さらに好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコンと塩素とを含有するガスとして例えばテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスと、キャリアガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと、還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
【００４９】
また、不純物を添加する場合は、次の通り、ガス供給系を構成すると良い。少なくともｎ型不純物をドーピングするガスとしてｎ型不純物ガス、例えば窒素（Ｎ２）ガスを第２のガス供給ノズル７０を流通して供給する第２のガス供給口６８は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室４４内被加熱体４８の内側に設けられており、第２のガス供給ノズル７０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第２のガス供給ノズル７０は複数本設けても良い。
【００５０】
ガス供給ノズル７０は、第２のガスライン２６０に接続されている。この第２のガスライン２６０は、例えば窒素ガスに対して流量制御器（流量制御手段）としてのＭＦＣ２１１ｆ及びバルブ２１２ｆを介して例えば窒素ガス源２１０ｆに接続されている。
【００５１】
この構成により、ｎ型不純物ガスとして、例えば窒素ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｆは、ガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えば窒素ガス源２１０ｆ、バルブ２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｆ、ガスライン２６０、ガス供給ノズル７０、ガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられるガス供給口７２によりガス供給系として、第３のガス供給系を構成される。
【００５２】
また、上述の実施形態では、ｎ型不純物ガスとして、窒素（Ｎ２）ガスを例示したが、これに限らず、アンモニア（ＮＨ３）ガス等の窒素含有ガスを用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。窒素ガスは、水素雰囲気中では不活性なガスであり、例えば、１０１５ｃｍ-３から１０１８ｃｍ-３程度のドーピング量のｎ型ドーピング炭化珪素膜を形成する場合に用いやすい。
一方、アンモニアガスは気相中で分解されやすい窒素含有ガスの一例であり、このようなガス、若しくはアンモニアガスを含む混合ガス、例えば、アンモニアガスと窒素ガスの混合ガスを用いることで炭化珪素膜中への不純物のドーピング量を制御することができる。
【００５３】
尚、本実施形態では、ｎ型不純物ガスを用いて、基板であるウエハ１４にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成する方法について説明されているが、ｐ型の不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する場合は、第１のガス供給ノズルよりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとｐ型不純物を含有するガスであるｐ型不純物ガスとを供給することが好ましい。これにより後述の詳細説明に示すように、ｐ型不純物が均一にドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００５４】
なお、ボート３０に水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持された基板として複数枚のウエハ１４毎にガスを供給するために第１のガス供給ノズル６０及び第２の供給ノズル７０において基板の配列領域にウエハ１４毎に第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２が設けられても良い。これにより、ウエハ１４それぞれに形成される膜の膜厚の面内均一性および不純物濃度の面内均一性を制御しやすくできる。
【００５５】
しかし、これに限らず、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０それぞれにおいて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２が少なくとも１つ設けられても良い。また、第１のガス供給ノズル、第２のガス供給ノズルそれぞれにおいて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２がウエハ数枚ごとに設けても良い。
【００５６】
また、本実施形態では、第１のガス供給ノズル６０よりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを、第２のガス供給ノズル７０より炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物ガスとを供給したが、これに限らず、ガス種ごとにガス供給ノズルを設けて供給してもよい。
【００５７】
また、ガス供給源２１０ｅより不活性ガスとして希ガスのアルゴン（Ａｒ）ガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、ガス供給管２４０を流通して、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
【００５８】
また、本実施形態では、不活性ガスとして、アルゴンガスを例示したが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスより少なくとも１つのガス、又はこれらの希ガス群より選択された２以上のガスを供給しても良い。
【００５９】
また、本実施形態では、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、還元ガス、ｎ型不純物ガスとをそれぞれ、第１のガス供給口又は第２のガス供給口から被加熱体４８の内側に供給しているが、例えば、キャリアガスとして希ガス、例えばアルゴンガスとともに供給しても良い。これにより、原料ガスを反応室内に均一に供給することができる。
【００６０】
また、図３に示すように第１のガス排気口９０が、第１のガス供給口６８に接続されたガス供給ノズル６０及び第２のガス供給口７２に接続されたガス供給ノズル７０の位置に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。ガス排気管２３０の下流側には図示しない圧力検出器として圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下、ＡＰＣとする）バルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、この圧力制御部は圧力センサにより検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより処理炉４０内の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
【００６１】
また、図３に示すように第３のガス供給口３６０は反応管４２と断熱材５４との間に配置されており、マニホールドを貫通するように取り付けられている。更にガス排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間に配置され、第３のガス供給口３６０に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには第２のガス排気口３９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。この第３のガス供給口３６０は不活性ガスとして、例えば、希ガスであるアルゴンガスが供給され、炭化珪素エピタキシャル膜成長に寄与するガスとして、例えばシリコン含有ガス又は炭素含有ガス又は塩素含有ガス又はそれらの混合ガスが反応管４２と断熱材５４との間に侵入するのを防ぎ、反応管４２の内壁又は断熱材５４の外壁が劣化したり、副生成物が付着したりすることを抑制することができる。
【００６２】
反応管４２と断熱材５４との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３９０よりガス排気管２３０の下流側には図示しない圧力検出器として圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２１４を介して真空等の真空排気装置２２０から排気される。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部が電気的に接続されており、この圧力制御部は圧力センサにより検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより反応室４４内の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
【００６３】
次に処理炉４０周辺の構成について説明する。
図５は処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。処理炉４０の下方には、この処理炉４０の下端開口を機密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は例えばステンレス等の金属で構成されており、円盤状に形成されている。シールキャップ１０２の上面には処理炉４０の下端と当接するシール材としてのＯリングが設けられている。シールキャップ１０２には回転機２１８が設けられている。回転機構１０４の回転軸１０６はシールキャップ１０２を貫通してボート３０に接続されており、このボート３０を回転させることで、ウエハ１４を回転させるように構成されている。シールキャップ１０２は処理炉４０の外側に向けられた昇降機構として後述する昇降モータ１２２によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート３０を処理炉４０に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構１０４及び昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するよう構成されている（図４参照）。
【００６４】
予備室としてロードロック室１１０の外面に下基板１１２が設けられている。下基板１１２には昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６及びこの昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。下基板１１２に立設したガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端に上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転される。ボール螺子１１８が回転することにより昇降台１１４が昇降するように構成されている。
【００６５】
昇降台１１４には中空の昇降シャフト１２４が垂設され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４の連結部は気密となっている。昇降シャフト１２４は昇降台１１４と共に昇降するようになっている。昇降シャフト１２４はロードロック室１１０の天板１２６を遊貫する。昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通穴はこの昇降シャフト１２４に対して接触することがないよう十分な余裕がある。ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には昇降シャフト１２４の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ１２８がロードロック室１１０を気密に保つために設けられている。ベローズ１２８は昇降台１１４の昇降量に対応できる十分な伸縮量を有し、このベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外形に比べ十分に大きく、ベローズ１２８の伸縮により接触することがないように構成されている。
【００６６】
昇降シャフト１２４の下端には昇降基板１３０が水平に固着されている。昇降基板１３０の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取り付けられる。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とで駆動部収納ケース１３４が構成されている。
この構成により駆動部収納ケース１３４内部はロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。
【００６７】
また、駆動部収納ケース１３４の内部にはボート３０の回転機構１０４が設けられ、この回転機構１０４の周辺は冷却機構１３５により冷却される。
【００６８】
電力ケーブル１３８は昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り回転機構１０４に導かれて接続されている。また、冷却機構１３６及びシールキャップ１０２には冷却水流路１４０が形成されている。冷却水配管１４２は昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り冷却流路１４０に導かれて接続されている。
【００６９】
昇降モータ１２２が駆動されボール螺子１１８が回転することで、昇降台１１４及び昇降シャフト１２４を介して駆動部収納ケース１３４を昇降させる。
【００７０】
駆動部収納ケース１３４が上昇することにより、昇降基板１３０に気密に設けられているシールキャップ１０２が処理炉４０の開口部である炉口１４４を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース１３４が下降することにより、シールキャップ１０２と共にボート３０が降下され、ウエハ１４を外部に搬出できる状態となる。
【００７１】
図４は炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。これら、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。
【００７２】
このように、第１のガス供給口６８から少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給口７２から少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物含有ガスとを供給し、供給されたガスはシリコン又は炭化珪素等で構成されたウエハ１４に対し平行に流れ、第１の排気口９０に向かって流れるため、ウエハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。
【００７３】
次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、炭化珪素等で構成されるウエハ１４などの基板に、例えばｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。
【００７４】
まず、ポッドステージ１８に複数枚のウエハ１４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド搬送装置２０へ搬送し、このポッド搬送装置２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド搬送装置２２にストックされたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送してセットし、このポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２６によりポッド１６に収容されているウエハ１４の枚数を検知する。
【００７５】
次に、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウエハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。
【００７６】
複数枚のウエハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウエハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４及び昇降シャフト１２４の昇降動作により反応室４４内に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ１０２はＯリングを介してマニホールドの下端をシールした状態となる。
【００７７】
反応室４４内が所定の圧力（真空度）となるように真空排気装置２２０によって真空排気される。この際、反応室４４内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。
また、ウエハ１４及び被加熱体４８の内側が所定の温度となるように磁場発生部としての誘導コイル５０によって誘導加熱された被加熱体４８により加熱される。この際、被加熱体４８の内側が所定の温度分布となるように温度センサが検出した温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構１０４により、ボート３０が回転されることでウエハ１４が周方向に回転される。
【００７８】
続いて、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長反応に寄与するシリコン含有ガス及び塩素含有ガスはそれぞれ、ガス源２１０ａ、２１０ｂからガス供給口６８より供給され、また炭素含有ガス及び還元ガスであるＨ２ガス及びｎ型不純物ガスは、ガス源２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｆからガス供給口７２より供給されて、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜をエピタキシャル成長により形成する。
【００７９】
このとき、シリコン含有ガス及び塩素含有ガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂの開度が調整された後、バルブ２１２ａ、２１２ｂが開かれ、それぞれのガスがガス供給管２２２、第１のガス供給ノズル６０と流通して、第１のガス供給口６８から供給される。
また、炭素含有ガス及び還元ガス及びｎ型不純物ガスとは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｆの開度が調整された後、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｆが開かれ、それぞれのガスがガス供給管２６０流通して、第２のガス供給ノズル７０と流通して第２のガス供給口７２より供給される。
【００８０】
第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被加熱体４８の内側を通り、ガス排気口９０からガス排気管２３０を通り排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、被加熱体４８の内側を通過する際に炭化珪素等で構成されるウエハ１４と接触しウエハ１４の表面にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長がなされる。
【００８１】
またガス供給源２１０ｅより不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、２４０ガス供給管２４０を流通して、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
【００８２】
図６に、本実施形態で適用されるガス供給ノズルの一例を示す。基板であるウエハ１４の配列された領域に延在されている第１のガス供給ノズル６０に、ウエハ１４の表面と平行方向であり、第２のガス供給口７０の方向へ延在されて分岐される第１の分岐ノズルに1以上設けられた第１のガス供給口６８よりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられており、ウエハ１４の配列された領域に延在されている第２のガス供給ノズル７０に、ウエハ１４の表面と平行方向であり、第１のガス供給口６０の方向へ延在されて分岐される第２の分岐ノズルに１以上設けられた第２のガス供給口７２より炭素含有ガスとｎ型不純物ガスとして例えば、窒素ガスと還元ガスとして例えば、水素ガスとを供給され、ウエハ１４に、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成している。
【００８３】
図６（ａ）に示すようにウエハ１４に対し、平行方向にガスを供給することができるため、ウエハ１４に形成される炭化珪素膜の膜厚は均一に形成され、また、不純物である窒素を均一にドーピングすることができる。
特に、図６（ｂ）に示すような第１の分岐管、第２の分岐管を介して供給することで、ウエハ１４を支えるボート柱３０ａの影響も軽減できる。具体的に説明すると次の通りである。ウエハ１４は、複数のボート柱３０ａで支持され、面内膜厚の均一化のため回転している。そうすると、ボート柱３０ａがガス供給口の前を通過することになる。この場合、ボート柱３０ａによりガス供給が阻害されるが、図６のようにウエハ１４に対し並行方向に複数のガス供給口を設けることで、広い範囲での、又は、密にガス供給を実現でき、結果としてボート柱の影響を小さくすることができる。
【００８４】
また、更に、ボート柱３０ａの影響を少なくするために図６（ｃ）に示すようにウエハホルダ３００を用いてボート柱３０ａからウエハ１４を離すようにしてもよい。ウエハホルダ３００は、円環状の第１ウエハホルダ３００ａを有しており、ウエハ１４は、第１ウエハホルダ３００ａに保持される。これにより、ウエハ１４とボート柱３０ａとの距離をウエハホルダ３００ａの分、離すことができ、ボート柱３０ａの影響を小さくできる。また、本形態では成膜をする面を下向きにする所謂フェースダウン方式を採用し、ウエハ１４の上面側を第１ウエハホルダ３００ａで覆う構成としている。このようにウエハ１４の上面を覆うことにより、上部から落下してくるパーティクルの影響を抑制できると共に、第１ウエハホルダ３００ａをウエハ１４の上面側と接触させることにより成膜面と反対側の裏面側への成膜を抑制できる。
【００８５】
また、好ましくは、第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルとを交互に配置できるように設けられることが良い。これにより、第１のガス供給から供給されるシリコン含有ガス及び塩素含有ガスと、第２のガス供給ノズルより炭素含有ガスと、ｎ型の不純物原子として窒素ガスと、還元ガスである水素ガスと、の濃度分布をモニタライン上（ガスの流れに垂直な方向）において均一化することができる。
【００８６】
また、一対の第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルが、高さ方向に並んだウエハ１４の夫々の間に配置されることが望ましい。これにより、各ウエハ１４に対する条件を同一することができ、ウエハ間の均一性が向上させることができる。更に、この場合、ウエハ１４の成膜面は、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７０のうち、シリコン含有ガスを供給する第１のガス供給口６８に近いほうが望ましい。炭化珪素膜の形成においては、炭素とシリコンの比（Ｃ／Ｓｉ）が重要となり、特に炭素の濃度が高い場合は、膜質を劣化させる。従って、シリコンリッチとなりやすい環境とするためシリコン含有ガスを供給する第１のガス供給口６８を炭素原子含有ガスを供給する第２のガス供給口７２よりウエハ１４の成膜面に近くするほうが望ましい。そのため、本実施形態では、ウエハ１４間の空間に上から第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルの順で並んでいる。
【００８７】
また、図６に示すように、ウエハに対し、平行方向に延びた第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルからガスを供給する構成を採用した場合、第１の分岐ノズルから供給されるガスと第２の分岐ノズルから供給されるガスの混合箇所を制御することにより、図６（ａ）で示すモニタラインに垂直な方向（ガスの流れ方向）のウエハ１４の成膜面におけるＣ／Ｓｉ比を均一化することができる。以下、図６（ａ）で示すモニタラインに垂直な方向の成膜面の上のラインを第２モニタラインとして、具体的に説明する。まず、仮にシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスの比率（Ｃ／Ｓｉ）を０．５として供給を開始したとする。シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達する前に完全に混合した場合、ガス消費を考えなければ第２モニタライン上のＣ／Ｓｉは０．５で一定である。しかしながら、ガス消費を考慮に入れるとシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスは、同じように消費されるため、ガス供給ノズルに近い側と遠い側で混合比率が変わってしまう。例えば、シリコン原子含有ガスを１００、炭素原子含有ガスを５０で供給したとすると、ガス供給口から遠くなるにつれて、シリコン原子と炭素原子含有ガスは同じように消費され、減少する。ここで、極端な例ではあるが、シリコン原子含有ガスが６０まで消費されたとすると、炭素原子含有ガスは、１０まで消費されることになる。この時のＣ／Ｓｉは、１０／６０＝０．１７となり、ガス供給ノズルに近い側と遠い側とでＣ／Ｓｉ比が変わってしまう。
【００８８】
一方、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達する前に完全に混合せず、第２モニタライン上で徐々に混合されるように制御すると、ガス供給ノズルに近い側と遠い側とのＳｉ／Ｃが均一にできるようになる。このことについて、以下、説明する。
【００８９】
まず、本形態のように２つのガスを平行に供給した場合、夫々のガスの拡散により２つのガスの混合が生じる。従って、第２モニタラインに近い第１の分岐ノズルから供給されたガス流に徐々に第２の分岐ノズルから供給されたガスの拡散が生じる。そのため、途中でのガス消費を考えなければ、第２モニタライン上の第２の分岐ノズルから供給されたガスの濃度は、分岐ノズルから遠くなるほど高くなる。一方、ガス消費を考慮した場合、Ｃ／Ｓｉの値を均一化するためには、第２モニタライン上のシリコン原子含有ガスの減少に対し、炭素原子含有ガスの減少を小さくすればよい。従って、拡散により徐々に第２の分岐ノズルから供給された炭素原子含有ガスが第１の分岐ノズルから供給されたシリコン原子含有ガスのガス流に拡散するようにすれば、第２モニタライン上では、徐々に炭素原子含有ガスが拡散により補充されることになり、シリコン原子含有ガスの減少に対し、炭素原子含有ガスの減少を小さくすることができる。
【００９０】
このように第２の分岐ノズルから供給されたガスを徐々に第１の分岐ノズルから供給されたガス流に拡散させるためには、第１のガス供給口６８から供給されるガス流の流速を第２のガス供給口７２から供給されたガスがウエハ１４の成膜面を通過する間に徐々に拡散していくような速さとすればよい。なお、一般的にガス流の流速を速くすると他のガスの拡散はしにくい状態となるため、第１のガス供給口から供給されるガスの流速を制御すればよい。第１のガス供給口６８から供給されるガス流の流速を制御する方法としては、例えば、シリコン元素含有ガスのキャリアガスの流量を大きくする、又は、第１のガス供給口６８の大きさを小さくすることが挙げられる。
【００９１】
また、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達するまでに混合させない点については、図６（ｃ）に示されるようなウエハホルダ３００を用いる際に、更なる効果を発揮する。即ち、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスがウエハ１４に到達する前に混合されるとウエハホルダ３００上にＳｉＣ膜が形成されることになる。ＳｉＣ膜が形成されるということは、原料ガスが消費されることになり、原料ガスの効率が悪くなる。一方、ウエハ１４上で混合が始まる場合は、ウエハホルダ３００では成膜されないため、原料ガスの消費が生じない。従って、原料ガスの使用効率が向上する、即ち、成膜レートが向上し、生産性を向上させることができる。
【００９２】
なお、図６に示すように、ガス供給口は複数の孔状のガス供給口を設けているが、これに限らず、スリット形状であっても良い。
【００９３】
従来では、形成される炭化珪素膜において、シリコン濃度が高い部分（シリコンリッチ部分）及び炭素濃度が高い部分（炭素リッチ部分）を生じてしまい、形成される炭化珪素膜のシリコンと炭素との濃度比Ｃ／Ｓｉの値に偏差を生じていた。炭化珪素膜の膜質は、濃度比Ｃ／Ｓｉの値に大きく依存する。従って、偏差が生じるとウエハ１４の面内の膜質の維持が困難である。しかしながら、本実施形態のように分岐管によりウエハ１４に対して平行方向に複数のガス供給口を設けることで、面内のＣ／Ｓｉの値を均一化できる。また、濃度比Ｃ／Ｓｉの値に偏差があると不純物ドーピングにも影響が出る。従って、本実施形態は、不純物ドーピングをする場合も好適である。
【００９４】
次に、不純物のドーピングを更に均一化する方法を説明する。例えばｎ型不純物として窒素をドーピングするために、反応室４４内に窒素ガスを供給するが、炭化珪素膜表面において、窒素は炭素の吸着すべきシリコンサイトに取り込まれやすく、炭素リッチ部分では、より多くの炭素がシリコンサイトに吸着、もしくは占有する為、窒素の取り込みが阻害され、ドーピング濃度が低くなる、それにより、不純物のドーピング量で形成される膜の特性、例えば電気抵抗率値を制御することが困難な一因となることが考えられる。
そこで、後述するサイトコンペティションの原理を用い、不純物ガスとして窒素ガスは、炭素含有ガスともに第２のガス供給口から供給し、ウエハ１４に形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜、例えば窒素ドーピングされた炭化珪素膜の不純物濃度の面内分布を均一にすることを行った。
【００９５】
ここで、サイトコンペティションの原理について説明する。
不純物が炭化珪素膜中に取り込まれるとき、不純物は、炭化珪素膜に於ける炭素サイトか、シリコンサイトのどちらかに取り込まれることが知られており、ｎ型不純物として、例えば、窒素がドーピングされる場合は、炭化珪素膜のシリコンサイトに吸着し炭化珪素膜に取り込まれようとする炭素と置き換わることで、窒素が炭化珪素膜中に取り込まれ、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成される。
また、ｐ型不純物として、例えば、アルミニウムがドーピングされる場合は、炭化珪素膜
の炭素サイトに吸着し炭化珪素膜に取り込まれようとするシリコンと置き換わることで、アルミニウムが膜中に取り込まれ、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成される。
これらはサイトコンペティションの原理と云われている。
【００９６】
本実施形態では、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際、炭化珪素膜の原料であるシリコン含有ガスと炭素含有ガスと塩素含有ガスとともにｎ型不純物ガスとして窒素ガスとを供給している。
上述のように炭化珪素膜におけるシリコンと炭素の比Ｃ／Ｓｉ値の面内分布には偏差が生じており、炭素とシリコンサイトを競合する窒素は、シリコンリッチの部分のほうが炭素リッチの部分より多く膜中に取り込まれ、不純物濃度も面内分布に偏差を生じてしまう。
ここで、不純物ガスと同一の吸着座を競合するガスを含む混合ガスを供給する、つまり、窒素ガスを炭素含有ガスとともに供給し、炭素リッチの部分に多くｎ型不純物ガスを供給することで、シリコンリッチの部分にドーピングされるｎ型不純物量と炭素リッチの部分にドーピングされるｎ型不純物量とを相対的に均一する。
また、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際は、ｐ型不純物として、例えばアルミニウムを含むガスは、シリコン含有ガスとともに供給することで、ｐ型不純物の面内分布を均一する。
これは、ｐ型不純物は膜中に取り込まれる時にカーボンサイトに吸着し、同じくカーボンサイトに吸着しようとするシリコンと競合するためであり、シリコンリッチの部分に多くｐ型不純物ガスを供給することで、シリコンリッチの部分にドーピングされるｐ型不純物量と炭素リッチの部分にドーピングされるｐ型不純物量とを相対的に均一する。
【００９７】
このように、形成される炭化珪素膜の不純物濃度の面内分布を均一にすることにより、不純物濃度により制御される電気抵抗率値を制御することが容易になる
【００９８】
図１０に、成膜寄与ガスの主成分である炭素含有ガスの濃度分布とシリコン含有ガスの濃度分布の比であるＣ/Ｓｉの値と炭化珪素膜中にドーピングされたｎ型ドーピング原子との関係を示す（ＳｉＣ半導体の基礎と応用、著者 奥村元、児島一聡、福田憲司、 発行所 ＥＤリサーチ社、27ページ、図4.5より出展）。これより、原料ガス中のＣ／Ｓｉの値が大きくなる場合、炭化珪素膜ではｎ型不純物のドーピングが阻害されることが分かる。以上のことから、ウエハ１４の面内分布においてｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜中の窒素濃度を均一にするためには、ウエハ１４に形成されている炭化珪素膜の各部分におけるＣ／Ｓｉの値の偏差が小さいことが好ましい。
又は、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成するために、ｎ型不純物ガスとして例えば、窒素（Ｎ２）ガスを供給する際に、または、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成するために、ｐ型不純物ガスとして例えば、トリメチルアルミニウムガスを供給する際に、これらの不純物ガスを供給する方法に関し、工夫が必要となることが分かる。
【００９９】
発明者は上述のことを考慮し、本発明は、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、ｎ型不純物ガスまたはｐ型不純物ガスの供給方法に関して発明したものであり、例えば、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜の場合、炭素含有ガスが供給される第２のガス供給ノズルより炭素含有ガスと共にｎ型不純物ガス、例えば窒素ガスを供給することで、ウエハ１４において、Ｃ／Ｓｉの値が大きい部分、つまり、相対的に炭素濃度の大きい部分に積極的に窒素ガスを供給して窒素濃度が高い状態とすることで炭素サイトへの窒素の置き換わりを促進することで、ウエハ１４においてＣ／Ｓｉの値が小さい部分との相対的な窒素濃度分布を均一にすることが出来る。
これにより、ウエハ１４に形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｎ型不純物の濃度分布の面内均一性を向上することを図る。
【０１００】
一方、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素の場合においては、シリコン含有ガスが供給される第１のガス供給ノズルよりシリコン含有ガスと共にｐ型不純物ガス、例えばトリメチルアルミニウムガスを供給することで、ウエハ１４において、Ｃ／Ｓｉの値が小さい部分、つまり、相対的にシリコン濃度の大きい部分に積極的にトリメチルアルミニウムガスを供給してアルミニウム濃度が高い状態とすることでシリコンサイトへのアルミニウムの置き換わりを促進することで、ウエハ１４においてＣ／Ｓｉの値が大きい部分との相対的なアルミニウム濃度分布を均一にすることができる。
これにより、ウエハ１４に形成されるｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｐ型不純物の濃度分布の面内均一性を向上することを図る。
【０１０１】
炭化珪素エピタキシャル膜の成長は、予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給を停止し、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、反応室４４内が不活性ガスで置換されると共に、被加熱体４８の内側の圧力が常圧に復帰される。
【０１０２】
その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降されて、マニホールドの下端が開口されると共に、処理済ウエハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールドの下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）し、ボート３０に支持された全てのウエハ１４が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート３０のウエハ１４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウエハ１４を取り出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。その後、ポッド搬送装置２０により、ウエハ１４が収容されたポッド１６をポッド搬送装置２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして半導体製造装置１０の一連の作用が完了する。
【０１０３】
これにより、ガス供給ノズル内での堆積膜の成長を抑制し、被加熱体４８の内側ではガス供給ノズルより供給されるシリコン含有ガス及び炭素含有ガス及び塩素含有ガス及び還元ガスである水素ガス及び不純物ガスが反応することで、炭化珪素等から構成される複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持される場合において、不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長を行うことができる。
【０１０４】
また、好ましくは、第１ガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルは、第１及び第２のガス供給口６８、７２それぞれをウエハ１４中心に向けてガスを噴出可能なように配置し、第１のガス供給ノズルと第２のガス供給ノズルを交互に設けることが良い。これにより、供給ガスの偏りを抑制し、より一層、膜厚面内均一性が向上する。
【０１０５】
また、本実施形態では、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルは、円筒形状であったが、これに限らず、角筒形状、多角形の形状であっても良く、好ましくは、ガス供給ノズルの形状は、その一部が被加熱体の内周面に沿うような形状であることが良く、これにより、ガス供給ノズルと被加熱体との間の隙間に膜を形成することを抑制することができ、この形成された膜が起因となるパーティクルが発生する虞を低減することができる。
【０１０６】
また、本実施形態では、第１のガス供給口６８および第２のガス供給口７２は孔形状のガス供給口を１以上設けたが、これに限らず、例えば、ウエハ１４表面と平行な方向にスリット状のガス供給口を設けても良い。これにより、ウエハ１４に対し、平行な方向にガスを供給することができ、ウエハ１４に形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜において、膜厚の面内分布や不純物濃度の面内分布を均一にすることができる。
また、ガス供給口がスリット状の形状であることにより、供給されるガスのガス流速を小さくすることができるため、供給される原料ガスを十分に反応させることができる。
【０１０７】
なお、本実施形態では、不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスを用いることが好ましいが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガスを用いても良い。
【０１０８】
[第２実施形態]
次に第２実施形態について説明する。
第１実施形態では、第１のガス供給ノズル６０にウエハ表面に平行であり、第２のガス供給ノズル７０の方向に延在した少なくとも１箇所分岐する第１の分岐ノズルと、第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられ第２のガス供給ノズル７０にウエハ１４表面に平行であり、第１のガス供給ノズル６０の方向に延在した少なくとも１箇所分岐する第２の分岐ノズルとを設け、第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルそれぞれに１以上設けられる第１のガス供給口６８および第２のガス供給口より原料ガスを供給することで、膜厚および不純物濃度の均一性を向上させたが、第２実施形態では、第１及び第２のガス供給ノズルを一体物にした形態を用いることで、メンテナンス性を向上、組立て誤差をなくすことができる。
【０１０９】
図７に本発明の第２実施形態に適用される、ガス供給ノズルの形態を示す。
図７(ａ)及び（ｂ）に示されるノズル形状が本実施形態の一体構造の一例であり、図７に記載のAは、図７（ａ）と図７（ｂ）における同じ位置であることを示している。図７に示すように、図６に示した構造と比較して構造がシンプルとなっており、図６の構造と比較し、例えばノズルを製作する際にコストを低減できる。または、例えば、定期メンテナンス作業等における組立てのし易さの点で有利である。
また、ノズルの形状は反応室４４構成の形状に合わせて変形しても良く、例えば、図８に示すように被加熱体４８の内壁に沿うようにノズルを湾曲させても良く、これにより、被加熱体４８との隙間を小さくできることができるので、ガスが侵入することを抑制し、該隙間での膜の形成を抑制することができる。
また、これに限らず、多角形の形状であっても良い。
【０１１０】
よって、本実施形態では、ウエハ１４表面に平行に原料ガスを供給することができるので、ウエハ１４に形成される炭化珪素膜の膜質の均一になり、また、不純物濃度が均一になる。
【０１１１】
また、本実施形態では、ガス供給ノズルは一体物であるため、メンテナンス作業として、例えばガス供給ノズルの交換作業のときの取り外しまたは取り付ける作業が容易になり、また、ガス供給ノズルが一体ものになることで、ガス供給ノズルの交換作業の前後において、第１のガス供給口６８および第２のガス供給口７２の位置に差異を生じることを抑制することができるので、メンテナンス作業前後の成膜結果に差異が生じることを低減することができる。
【０１１２】
[第３実施形態]
次に第３実施形態について図１２を用いて説明する。
図６に示されるガス供給ノズルは、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を夫々１本ずつ設け、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０との間の空間に、第１のガス供給ノズル６０から分岐した第１の分岐管と第２のガス供給ノズル７０から分岐した第２の分岐管を交互に配置するようにしている。それに対し、本実施形態では、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を夫々複数本設け、その間の空間に夫々の分岐管を設けるようにしている。図６に示されるように第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を夫々１本のみ設けた場合、夫々のガス供給ノズルに多量のガスを供給する必要がある。そうすると、ガスの加熱が不十分となり、ウエハ１４の積層方向やウエハ内の温度均一性を乱す恐れがある。一方、本実施形態では、複数本のガス供給ノズルを設けているため夫々に流すガス流量を分散させることができ、ガス加熱に対し有利となる。
【０１１３】
また図６に示されるガス供給ノズルの形態では、分岐管内の圧力損失により、分岐管の根元に配置されたガス供給口と分岐管の先端に配置されたガス供給口からでるガスの質量流量に差が生じる可能性がある。これを防ぐためには、ある程度分岐管を太くする必要がある。その一方、本実施例では、分岐管の部分に設けられるガス供給口の数を少なくしているため、分岐管の流路を細くすることができ、縦方向に密にガス供給口を設けることができる。
【０１１４】
また、第１の実施形態でも同様に、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２は、ウエハ間の空間の夫々に設けられるほうが望ましい。ウエハ１４間の夫々に設けられることで、ウエハ毎の成膜条件を等しくすることができ、ウエハ１４間の均一性が向上する。特に、本実施形態では、上述の通り、ガス供給口を密に配置することができるため、ウエハ１４間の夫々に第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２を配置したとしてもウエハ１４間を小さくすることができ、結果として、一度に処理できるウエハ１４の枚数を多くすることができる。
【０１１５】
なお、図１２において、分岐管は、角柱となっているが、円柱であっても良いことは言うまでもない。また、分岐管に設けられるガス供給口が１つとなっているが、複数であってもよい。
更には、本実施形態では、第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２が直線上に配置される。シリコン元素含有ガスと炭素元素含有ガスの混合を考えれば、直線上に配置することが望ましいが、許容できる範囲内で位置がずれても良い。
【０１１６】
［第４実施形態］
次に図１３を用いて、第４実施形態を説明する。図１３（ａ）は、第４実施形態のガス供給ノズルの側面図を示しており、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す夫々の箇所の矢視図を示している。この第４実施形態のガス供給ノズルは、シリコン元素含有ガスを供給する第１のガス供給口６８と炭素元素含有ガスを供給する第２のガス供給口７２の間に、第４のガス供給口８５が設けられており、第４のガス供給口からは、不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ））が供給される。
【０１１７】
前述した通り、バッチ式縦型熱処理装置では、反応炉内にガス供給ノズルを設ける必要があるため、予め成膜に必要なガスを混合して一つのガス供給ノズルに供給するとガス供給ノズル内でＳｉＣ膜が堆積してしまい、ウエハ間の均一条件での成膜が難しい。そこで、本発明では、ガス供給ノズルを２系統、設けることにより、成膜条件とは異なるガス混合比率で反応炉内に供給し、ガス供給ノズル内の堆積によるガス消費を抑制している。しかしながら、ガス供給ノズル内は、反応炉とは隔離されているため２系統設けることで解決できるが、ガス供給口は、反応炉内に曝されており、２つのガス供給ノズルから供給されたガスが混合されることで、成膜条件とほぼ等しい条件となってしまう。従って、ガス供給口が堆積によって閉塞してしまうことも考えられる。そこで、本実施形態では、第４のガス供給口８５を第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２との間に設け、不活性ガス(例えば、Ａｒ）を供給している。これにより、ガス供給口６８、７２付近では、不活性ガスの流れにより、第１のガス供給口６８から供給されるガスと第２のガス供給口から供給されるガスとが分離され、ガス供給口への堆積を抑制することができる。
【０１１８】
図１３におけるガス供給ノズルは、第１のガス供給ノズル６８、第２のガス供給ノズル７２、及び、第４のガス供給ノズル８０が図７に示されるガス供給ノズルのように一体的に形成されている。また、ガス供給口が設けられる反対側の面は、円弧状となっており、反応室４４の形状に合わせるようにしている。第４のガス供給ノズル８０は、図面の左右方向では、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０との間に位置し、第１の分岐管及び第２の分岐管が形成される部分を避けるように円弧状となっている部分に設けられている。即ち、ガス供給口が設けられるガス供給面の反対側に設けられている。この部分に設けられることにより、図７に示されるガス供給ノズルに対し、大きくすることなく実現することが可能となる。
【０１１９】
第４のガス供給口８５は、第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２との間に夫々設けられている。これにより、第１のガス供給口６８から供給されるガスと第２のガス供給口から供給されるガスとを分離することができ、互いのガス供給口の膜の堆積による閉塞を抑制することができる。
【０１２０】
なお、図１３では、複数のガス供給口を設けるようにしたが、図７のようにスリット方としても良い。また、図１３では、一体型のガス供給ノズルにて説明したが、図６や図１２に示されるような分離型のガス供給ノズルとした場合であっても、同様に第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２との間に第３のガス供給口８５を設けることで同様の効果を得ることが可能である。
【０１２１】
なお、本発明は炭化珪素エピタキシャル膜成長に関して説明したが、その他のエピタキシャル膜及びＣＶＤ膜等に関しても適用することができる。
【０１２２】
（本発明の実施形態の効果の説明）
図９に第２実施形態の反応室構成にて成膜した不純物がドーピングされた炭化珪素膜の図８に示すモニタライン上におけるＣ／Ｓｉ値の分布を示す。
図９は、横軸は図７にて点線で示したモニタラインの位置であり、縦軸にモニタライン上の各位置におけるシリコンと炭素との比Ｃ／Ｓｉの分布を示し、Ｃ／Ｓｉ値の分布は均一であり、形成される炭化珪素膜のＣ／Ｓｉ値の分布が均一であることが分かる。
また、Ｃ／Ｓｉ値が均一な炭化珪素膜が形成されるので、ｎ型不純物またｐ型不純物は均一にドーピングされ、均一に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成することができる。
【０１２３】
更に、図１４、図１５を用いて本発明の効果を説明する。図１４は、図１２のガス供給ノズルを用いた際の、ウエハ面内のシリコン、炭素、及び、Ｃ／Ｓｉの分布の計算結果を示している。図１５は、その比較例として、図１５（ｃ）に示されるように、横方向にシリコン含有ガスを供給するガス供給ノズル６５と炭素含有ガスを供給するガス供給ノズル７５を並べた場合のウエハ面内のシリコン、炭素、及び、Ｃ／Ｓｉの分布の計算結果を示している。なお、図１４（ａ）及び図１５（ａ）の夫々は、左側がウエハとウエハの間におけるＳｉソースの濃度分布、右側がその時の膜厚分布を示している。また、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）の夫々は、図１４（ａ）及び図１５（ａ）のそれぞれに示すモニタライン上のＳｉソースの濃度分布、Ｃソースの濃度分布、及び、Ｃ／Ｓｉ値をプロットしたものである。なお、モニタラインは、ウエハ表面と同じ高さである。
【０１２４】
ここで、図１５に示すガス供給ノズル構造では、夫々のガス供給口から供給されたガスは、ウエハの中央部に向かって流れ込む。その結果、モニタライン上のＳｉソース及びＣソース濃度分布並びにＣ／Ｓｉ分布に大きなばらつきがあることが判る。原料供給ノズルから噴出されたＳｉソース及びＣソースガスは、互いに混合しながらウエハ領域へ流れ込むが、この混合が不十分であるが故に、モニタライン上のばらつきが生じると考えられる。上述のようにＣ／Ｓｉ分布にばらつきがあると、ウエハ面内の膜厚のバラツキが生じる。また、上述のサイトコンペティション原理により、ウエハ面内のドナー濃度分布に偏りが生じる懸念がある。
【０１２５】
また、エピタキシャル膜の成長速度を向上させる為に原料濃度を高くすることが考えられる。原料濃度を上げていくと、ウエハ表面に接する気相中のＳｉソース濃度が高くなる為、ウエハ表面に於いてＳｉが凝集し、Ｓｉ液滴としてＳｉＣ表面に残り、良質な膜を得られない可能性がある。従って、Ｓｉ液滴がウエハ表面に残った時点で、それ以上原料濃度を上げられない事になるため、成長速度を上げられない。
【０１２６】
一方、本発明のように分岐管を用いてウエハに対し平行方向に複数のガス供給口を設けることで、Ｓｉソースガス及びＣソースガスはノズルから噴出された後、高いに混合しながらウエハ間へ流れる。その結果、図１４を見ると明らかなように、モニタライン上のＳｉソース・Ｃソースの濃度分布が平坦であり、必然的にＣ／Ｓｉも平坦化しているのがわかる。この時モニタライン上のＳｉソース濃度に注目すると、局所的に高濃度の場所が見当たらない。これは即ち、同一原料濃度に対し、ウエハ表面に於いてＳｉ液滴が発生するまでの余裕が生じた事になり、図１５の条件と比較し約２倍の成長速度を見込めることになる。また、サイトコンペティション原理によるドナー濃度偏差に対しても、本発明ではＣ／Ｓｉが面内で平坦となることから有利となる。
【０１２７】
本実施形態によれば、以下に示す、主な効果のうち少なくとも１つ以上の効果を奏する。
（１）ウエハ１４と平行方向に延びる第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルからシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガスを供給することにより、形成される炭化珪素膜を構成するシリコンと炭素との比の炭化珪素膜の面内分布の偏差を小さくすることができるため、炭化珪素膜の膜質の面内均一性を向上できる。また、原料ガスの濃度を高くすることができるため、成長速度が向上する。
（２）形成される炭化珪素膜を構成するシリコンと炭素との比が、炭化珪素膜の面内分布の偏差を小さくし、不純物と置き換わる元素が含有される反応ガスとともに不純物ガスを供給することで、ウエハに形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜の膜厚及び不純物濃度の均一性を向上することが出来る。
（３）ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、第１のガス供給ノズルから少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとｐ型不純物ガスとを反応室４４内へ供給し、第２のガス供給ノズルから少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを反応室４４内へ供給して、ウエハに形成されるｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｐ型不純物の濃度の面内均一性を向上することが出来る。
（４）ｎ型不純物原子がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、第１のガス供給ノズルから少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを反応室４４内へ供給し、第２のガス供給ノズルから少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物ガスとを反応室４４内へ供給して、ウエハに形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｎ型不純物の濃度の面内均一性を向上することが出来る。
（５）（１）〜（４）により、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスとを異なるガス供給ノズルによりそれぞれ反応室４４内へ供給することができるので、ガス供給ノズル内での炭化珪素膜の形成を抑制することができる。
（６）（５）により、堆積する炭化珪素膜によるノズル内の閉塞を抑制することができる。
（７）（５）により、堆積する炭化珪素膜に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。
（８）（１）〜（４）により、シリコン含有ガスと還元ガスとを異なるガス供給ノズルによりそれぞれ反応室４４内供給することができるので、ガス供給ノズル内でのシリコン含有ガスの分解を抑制することができる。
（９）（８）により、ガス供給ノズル内でのシリコン含有ガスの消費を抑制することができる。
（１０）（８）により、シリコン含有ガスのガス供給ノズル内でのシリコン膜の堆積を抑制することができる。
（１１）（８）により、堆積するシリコン膜に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。
（１２）上記の効果により、一度の処理にての基板に対して不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長を行うことができる。
（１３）第２の実施形態において説明したように、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルと、を一体物の形態にすることにより、第１のガス供給口及び第２のガス供給口の位置きめを容易にすることができる。
（１４）（１３）により、メンテナンス作業の前後による成膜結果に差異を生じることを低減することができる。
（１５）（１３）により、取り付け作業が容易になり、メンテナンス作業時間を短縮することができる。
（１６）また、第３の実施形態のように少なくとも第１のガス供給ノズル６０又は第２のガス供給ノズル７０を複数本設け、その間に分岐ノズルを設けることにより、一つの分岐ノズルから供給されるガス流量を少なくすることができるため、分岐ノズルを細くすることが可能となる。これにより、分岐ノズルを密に配置することが可能となる。
（１７）また、第４の実施形態のように第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルの間に不活性ガスを供給することにより、第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２のＳｉＣ膜の堆積による閉塞を抑制できる。
【０１２８】
［付記］
以下に、本実施形態に係る好ましい態様を付記する。
【０１２９】
[付記１]
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置であり、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、前記第１のガス供給系が前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガスと前記塩素含有ガスの混合ガス、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系が前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記基板に炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられている基板処理装置。
[付記２]
前記第１の分岐ノズルと前記第２の分岐ノズルとが交互に配置するように設けられる付記１に記載の基板処理装置。
【０１３０】
［付記３］
前記複数の基板の間の領域には、前記第１の分岐ノズルと前記第２の分岐ノズルが対となって配置される付記２に記載の基板処理装置。
【０１３１】
［付記４］
前記第１の分岐ノズルは、前記基板の成膜面に対し、前記第２の分岐ノズルより近く配置される付記３の基板処理装置。
【０１３２】
［付記５］
前記第２の分岐ノズルから供給される前記炭素含有ガスは、前記基板の成膜面上において、前記第１の分岐ノズルから供給される前記シリコン含有ガスと塩素含有ガスの混合ガス、もしくは、前記シリコン及び塩素含有ガスのガス流に拡散する付記４の基板処理装置。
【０１３３】
［付記６］
前記複数の基板を保持するボートを更に具備し、
前記複数の基板の夫々は、ウエハホルダに保持された状態で前記ボートに保持される付記５の基板処理装置。
【０１３４】
[付記７]
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とは、形状が基板表面と平行になるようなスリット形状である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３５】
[付記８]
前記第１のガス供給ノズルと前記第２のガス供給ノズルとが一体物である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３６】
[付記９]
前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルとは、多角形の形状である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３７】
[付記１０]
前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルとは、一部が円弧の形状である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３８】
［付記１１］
前記反応室内に少なくとも不純物ガスを供給する第３のガス供給系を更に有し、前記第３ガス供給系は、前記第１のガス供給口又は第２のガス供給口のいずれか一方から前記不純物ガスを供給する付記１に記載の基板処理装置。
【０１３９】
［付記１２］
前記第１ガス供給ノズルを複数本設けると共に前記第２ガス供給ノズルを複数本設け、前記複数の第１ガス供給ノズルと前記複数の第２ガス供給ノズルを互いに交互に配置する付記１の基板処理装置。
【０１４０】
［付記１３］
前記第１の分岐ノズルと前記第２の分岐ノズルの間に不活性ガスを供給する第３のガス供給ノズルを更に具備する基板処理装置。
【０１４１】
［付記１４］
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【０１４２】
[付記１５]
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する基板製造方法。
【符号の説明】
【０１４３】
１０ 半導体製造装置
１２ 筐体
１４ ウエハ
１６ ポッド
３０ ボート
４０ 処理炉
４２ アウターチューブ
４４ 反応室
４８ サセプタ
５０ 磁気コイル
６０ シリコン原子含有ガス供給ノズル
６８ 供給孔
７０ 第２のガス供給口
９０ 第１のガス排気口
１５０ 主制御部
１５２ コントローラ
３００ ウエハホルダ
３６０ 第３のガス供給口
３９０ 第２のガス排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置に関して、特に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を基板上に成膜する工程を有する、半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置に関する。
【０００２】
炭化珪素は特に、パワーデバイス用素子材料として注目されている。一方で、炭化珪素はシリコン（Ｓｉ）に比べて結晶基板やデバイスの作製が難しいことが知られている。
【０００３】
従来の炭化珪素膜を成膜する半導体製造装置は、複数枚の基板を板状サセプタに平面的に配置して、１５００℃〜１８００℃に加熱し、成膜に用いる原料ガスを一箇所から反応室内に供給して、基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた。
【０００４】
特許文献１では、サセプタに対向する面への原料ガスに起因する堆積物の付着及び、原料ガス対流が発生することによる炭化珪素膜成長の不安定化、これらの課題を解決するためにサセプタの基板を保持する面を下方に向くように配置した真空成膜装置及び薄膜形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９６８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術においては、いくつかの問題点がある。まず、多数枚の基板を処理する場合や、図１１に示すように基板の径が大きくする場合にサセプタを大きくする必要があり、反応室の床面積が増大すること、また原料ガスは一箇所から供給される構成となっているため、反応室中のガス濃度分布が均一でなく、ウエハに成膜される膜の厚さが不均一になること、更にＳｉＣエピタキシャル膜を成長する際に１５００℃〜１８００℃と高温で行われるため、ウエハ面内の温度制御が困難であること、炭化珪素膜中に不純物を均一にドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）することが困難であること等が挙げられる。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決し、複数枚の基板に不純物が均一にドーピングされた炭化珪素膜を成膜することができる半導体製造装置及び基板の製造方法及び基板処理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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置であり、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、前記第１のガス供給系は、前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガスと前記塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系は、前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記基板に炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられている基板処理装置を提供する。
【００１０】
更に本発明の他の態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する基板製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板に均一に炭化珪素膜を成膜することができる半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の斜視図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の側面断面図を示す。
【図３】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の上面断面図を示す。
【図４】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。
【図５】本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の処理炉４０及びその周辺構造の略図を示す。
【図６】本発明の第１実施形態が適用される反応室構成におけるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図７】本発明の第２実施形態が適用される反応室構成におけるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図８】本発明の第２実施形態が適用される反応室構成における反応室上面図を示す。
【図９】本発明の第２実施形態が適用される反応室構成において成膜した際の、モニタライン上におけるＣ／Ｓｉ値の分布を示す。
【図１０】ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるＣ/Ｓｉ値とドナー原子濃度との関係を示す。
【図１１】パンケーキ型サセプタ構造と基板の位置関係を模式的に示す。
【図１２】本発明の第３実施形態が適用されるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図１３】本発明の第４実施形態が適用されるガス供給ノズルの形態の一例を示す。
【図１４】本発明の第３実施形態が適用されるガス供給ノズル構造におけるガス消費を考慮した熱流体解析結果を示す図である。
【図１５】本発明の比較例である（ａ）で示すガス供給ノズル構造におけるガス消費を考慮した熱流体解析結果を示す図である。
【図１６】参考例のガス供給条件における各温度での平衡状態を示す。
【図１７】本発明の各実施形態のガス供給条件における各温度での平衡状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[第１実施形態]
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の一例であり、斜視図にて示す。この基板処理装置としての半導体製造装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。半導体製造装置１０には、例えば、シリコン又は炭化珪素等で構成された基板としてのウエハ１４を収納する基板収納器としてフープ（以下、ポッドという）１６が、ウエハキャリアとして使用される。この筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、このポッドステージ１８にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウエハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８に載置される。
【００１４】
筐体１２内の正面側であって、ポッドステージ１８に対向する位置にはポッド搬送装置２０が配置されている。また、このポッド搬送装置２０の近傍にはポッド搬送装置２２、ポッドオープナ２４及び基板枚数検知器２６が配置されている。ポッド搬送装置２２はポッドオープナ２４の上方に配置されポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。基板枚数検知器２６はポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０はポッドステージ１８とポッド搬送装置２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４はポッド１６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知する。
【００１５】
筐体１２内には基板移載機２８、基板支持具としてのボート３０が配置されている。基板移載機２８は、アーム（ツィーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により、上下回転動作が可能な構造になっている。アーム３２は例えば５枚のウエハを取り出すことができ、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート３０間にてウエハ１４を搬送する。
【００１６】
ボート３０は例えばカーボングラファイトや炭化珪素等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるように構成されている（図２参照）。
【００１７】
筐体１２内の背面側上部には処理炉４０が配置されている。この処理炉４０内に複数枚のウエハ１４を装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。
【００１８】
図２及び図３は炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の処理炉４０の側面断面図及び上面断面図を示す。なお、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給する第１のガス供給口６８を有するガス供給ノズル６０、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとして例えば水素ガスと例えばｎ型不純物を含有するドーピングガスとを供給する第２のガス供給口７２を有するガス供給ノズル７０、及び排気口９０を代表例としてそれぞれが１つずつ図示されている。また反応室を形成する反応管４２と断熱材５４との間に不活性ガスを供給する第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が図示されている。
【００１９】
処理炉４０は、例えば円筒形状の反応室４４を形成する反応管４２を備える。反応管４２は、石英または炭化珪素等の耐熱材料で構成されており、上端が閉塞し下端が開口した例えば円筒形状に形成されている。反応管４２の内側の筒中空部には、反応室４４が形成されており、シリコン又は炭化珪素等で構成された基板としてウエハ１４をボート３０によって水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持した状態で収納可能に構成されている。
【００２０】
反応管４２の下方には、この反応管４２と同心円状にマニホールドが配設されている。マニホールドはたとえばステンレス等で構成されており、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールドは反応管４２を支持するように設けられている。なお、このマニホールドと反応管４２との間にはシール部材としてＯリングが設けられている。このマニホールドが図示しない保持体に支持されることにより、反応管４２は垂直に据えつけられた状態になっている。この反応管４２とマニホールドにより反応容器が形成されている。
【００２１】
処理炉４０は加熱される被加熱体４８を備える。被加熱体４８は反応室４４内に配設されており、この被加熱体４８は反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される磁場によって加熱される構成となっている。被加熱体４８が発熱することにより、被加熱体４８の内側が加熱される。
【００２２】
被加熱体４８の近傍には、反応室４４内の温度を検出する温度検出体として図示しない温度センサが設けられている。誘導コイル５０及び温度センサには、電気的に温度制御部５２が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合を調節することにより被加熱体４８の内側の温度が所定の温度分布となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
【００２３】
なお、好ましくは、反応室４４内において第１及び第２のガス供給ノズル６０、７０と第１のガス排気口９０との間であって、被加熱体４８とウエハ１４との間には構造物４００を設けることが良い。例えば、図３に示すように、対向する位置にそれぞれ構造物４００を設ける。構造物４００としては、好ましくは、断熱材、一例としてカーボンフェルト等で構成すると、処理炉の耐熱性を向上したり、例えば構造物４００が劣化することによるパーティクルが発生したりすることを抑制することができる。
【００２４】
被加熱体４８と反応管４２の間には、例えば誘導加熱されにくいカーボンフェルト等で構成された断熱材５４が設けられ、この断熱材５４を設けることにより、被加熱体４８の熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。
【００２５】
また、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制するための、例えば水冷構造である外側断熱壁が反応室４４を囲むように設けられている。更に、外側断熱壁の外側には、誘導コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シールドが設けられている。
【００２６】
図２に示すように、加熱体４８とウエハ１４との間に設置され、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給しガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８及び第１のガス供給ノズルとは異なる箇所であり、反応室内に設けられた第２のガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられ、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとして例えば、水素ガスと、不純物ガスとして、例えば、ｎ型不純物ガスとを供給する第２のガス供給口７２、第１のガス排気口９０、また反応管４２と断熱材５４との間に、第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が配置されている。それぞれについて詳細に説明をする。
【００２７】
少なくともシリコン含有ガスとして例えばシラン（ＳｉＨ４）ガス、塩素含有ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、を第１のガス供給ノズル６０を流通して供給する第１のガス供給口６８は、例えばカーボングラファイトで構成され、被加熱体４８の内側に設けられており、第１のガス供給ノズル６０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第１のガス供給ノズル６０は複数本設けても良い。
【００２８】
ガス供給ノズル６０は、第１のガスライン２２２に接続されている。この第１のガスライン２２２は、例えば、シランガスと塩化水素ガスとをそれぞれに対し流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下、ＭＦＣとする。）２１１ａ、２１１ｂ及びバルブ２１２ａ、２１２ｂを介して例えばシランガス源２１０ａ、塩化水素ガス源２１０ｂに接続されている。
【００２９】
この構成により、例えばシランガス、塩化水素ガス、それぞれの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂは、ガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えばシランガス、塩化水素ガス、それぞれのガス源２１０ａ、２１０ｂ、バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、ガスライン２２２、ガス供給ノズル６０、ガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられるガス供給口６８によりガス供給系として、第１のガス供給系を構成される。
【００３０】
なお、上述の実施形態では、塩素含有ガスとしてＨＣｌガスを例示したが塩素（Ｃｌ２）ガスを用いても良い。また、上述で説明された成膜寄与ガスに対し、キャリアガスとして希ガス又は水素含有ガス等を供給しても良い。希ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等が挙げられ、また、水素含有ガスとして、水素ガスが例示される。
好ましくはキャリアガスとして希ガスを供給すると良い。これは水素含有ガスとして、例えば、水素ガスをキャリアガスとして供給した場合、水素ガスの還元効果により、シリコン含有ガスはガス供給ノズル内にて分解してしまい、ガス供給ノズル内にシリコン膜が堆積し、ガス供給ノズル内またはガス供給口の閉塞やパーティクル発生の要因となるためである。
更に好ましくは、キャリアガスとしてアルゴンガスを供給することが良い。アルゴンガスは、ヘリウムガス等の他の希ガスよりも安価であるため、炭化珪素エピタキシャル膜を形成する基板処理装置を運用する際のランニングコストを低減することが出来る。
【００３１】
なお、本実施形態では、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給したが、好ましくは、シリコンと塩素とを含むガス、例えば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給しても良く、更に好ましくは、テトラクロロシランガスを供給することが良く、ガス供給ノズル内に膜が形成されることを抑制でき、ガスの消費を抑制して反応室内へ供給することができる。
【００３２】
少なくとも炭素含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと還元ガスとして水素含有ガス、例えば水素（Ｈ２）ガスとを第２のガス供給ノズル７０を流通して供給する第２のガス供給口７２は、例えばカーボングラファイトで構成され、被加熱体４８の内側に設けられており、第２のガス供給ノズル７０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第２のガス供給ノズル７０は複数本設けても良い。
【００３３】
第２のガス供給ノズル７０は、第２のガスライン２６０に接続されている。この第２のガスライン２６０は、炭素含有ガスとして例えばプロパンガス対しＭＦＣ２１１ｃ及びバルブ２１２ｃを介してプロパンガス源２１０ｄに接続され、還元ガスとして例えば水素ガスに対しＭＦＣ２１１ｄ及びバルブ２１２ｄを介して水素ガス源２１０ｄに接続されている。
【００３４】
この構成により、例えばプロパンガス、水素ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄはガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、供給するガスの流量が所定の流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えばプロパンガス、水素ガスのガス源２１０ｃ、２１０ｄ、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、ガスライン２６０、第２のガス供給ノズル７０、第２のガス供給口７２によりガス供給系として、第２のガス供給系を構成される。
【００３５】
なお、本実施形態では、炭素含有ガスとしてプロパンガスを例示したが、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等を用いても良い。
【００３６】
また、本実施形態では、還元ガスとしてＨ２ガスを例示したが、これに限らず、水素を含有するガスを供給しても良い。
【００３７】
ここで、本実施形態では、シリコン含有ガスを第１のガス供給ノズル６０を介して供給し、還元ガスである水素ガスを第２のガス供給ノズル７０から供給している。本実施形態のように、ウエハ１４間の均一性を向上させる為に反応室４４内にガス供給ノズルを配設した場合、シリコン含有ガスと共に還元ガスを供給すると、シリコン含有ガスの分解が促進してしまい、ガス供給ノズル内でシリコン膜の堆積が発生する可能性がある。この場合、上流側でシリコン含有ガスの消費が発生してしまうが、シリコン含有ガスと還元ガスを分離して供給することにより、ガス供給ノズル内の堆積、及び、シリコン含有ガスの消費を抑制できる。
【００３８】
また、本実施形態では、更に炭素含有ガスを第２のガス供給ノズル７０を介して供給し、シリコン含有ガスと分離して供給している。これにより、ガス供給ノズル内でのＳｉＣ膜の堆積を抑制することができ、ガス供給口が閉塞されること、及び、形成された膜が剥れることによるパーティクルや汚染物の発生も抑制することができる。
なお、シリコン含有ガスと還元ガスを分離して供給することで充分にガス供給内の堆積を防止できる場合は、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを同じガス供給ノズルを介して供給しても良い。これにより、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを予め混合しておくことができるためウエハ１４に均一な膜を形成できる。
【００３９】
ここで、上述の第１のガス供給系及び第２のガス供給系を構成する理由について詳細に述べる。従来の炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置では、複数枚のウエハ１４をサセプタ上に重ならないよう並べ、シリコン含有ガスと炭素含有ガスと還元ガス等で構成される原料ガスを、反応室４４の１箇所より供給し、炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜している。
本発明では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から構成される複数枚のウエハ１４を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持し、原料ガスは、縦方向に延在されるガス供給ノズルから供給している。このとき、ガス供給ノズル内で原料ガスが消費されるため、ガス供給ノズルの下流側で原料ガス不足が生じ、また、ガス供給ノズル内で反応し堆積した炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜等の堆積物が、ガス供給ノズルを閉塞し、あるいは、原料ガス供給が不安定になることやパーティクル発生させること等の問題が生じ易くなる。
【００４０】
本発明の発明者は、これらの点を解決する為、図１６及び図１７に示すような計算を行った。図１６は、本発明と対比するための参考例であり、シリコンと塩素とを含有するガスとしてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、炭素含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、キャリアガスの働きをする希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを、テトラクロロシランガス:プロパンガス：アルゴンガス＝８：４：５７１の比率で供給した場合の各温度における化学平衡状態を示している。このときの各ガス種の流量はテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスが８．０ｓｃｃｍ、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスが４．０ｓｃｃｍ、アルゴン（Ａｒ）ガスが５７１ｓｃｃｍであり、このときの圧力は１００Ｔｏｒｒとしている。これは、１本のガス供給ノズルを用いて、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスを供給した場合のガス供給ノズル内の状態を模擬している。なお、化学平衡状態とは、上記ガスのモル分率を初期条件として与え、無限時間その温度に保った場合に到達する各ガスの状態である。横軸は平衡状態における温度、縦軸は、供給された各原料ガス及び供給された各原料ガスが分解又は結合して生成されるモル分率を示している。また、アルゴン（Ａｒ）ガスに関しては、図１６から除外している。
【００４１】
図１６において、少なくとも、１０００℃以上１６００℃以下の温度範囲において、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、水素（Ｈ２）ガスが多く存在している。つまり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）エピタキシャル成長が行われる上述の温度範囲において、反応室４４内に１本のガス供給ノズルを設置し、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスを供給した際に、上述の塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、水素（Ｈ２）ガスがガス供給ノズル内で発生することになる。例えば平衡状態の温度が１４００℃の場合においては、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、水素（Ｈ２）ガスの順で多くガスが発生され、ジクロロクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガスとアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスが反応することよって、ガス供給ノズル内で炭化ケイ素（ＳｉＣ）の多結晶（ＳｉＣ−Ｐｏｌｙ）膜が成膜されることが予想される。
【００４２】
このときエッチング作用を有する塩化水素（ＨＣｌ）ガスも存在するが、塩化水素（ＨＣｌ）ガスは１５００℃以下において炭化ケイ素（ＳｉＣ）に対するエッチング効果が小さいため、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の多結晶膜は成長し、ガス供給ノズルは閉塞したり、付着した炭化ケイ素（ＳｉＣ）の多結晶膜が剥がれ落ちる事によりパーティクルが発生したりする。
【００４３】
この解決策として、本発明の発明者は、図１７に示す計算を行った。図１７は、本発明の実施形態のガス供給条件における各温度での平衡状態を示すものであり、図１６の条件から、炭素含有ガスを除いた場合の計算結果である。シリコンと塩素とを含有するガスとしてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、キャリアガスとして希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを、テトラクロロシランガス：アルゴンガス＝８：５７１の比率で供給した場合の各温度における平衡状態を示している。このときの各ガス種の流量はテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスが８．０ｓｃｃｍ、アルゴン（Ａｒ）ガスが５７０ｓｃｃｍで供給し、このときの圧力は１００Ｔｏｒｒとしている。これは本発明において第１のガス供給ノズルを用いてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスを供給した場合のガス供給ノズル内の状態を模擬している。また、アルゴン（Ａｒ）ガスに関しては、図１７から除外している。
【００４４】
図１７に示すように、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスは、１２００℃付近まで殆ど分解しない。これは、図１６の場合ではプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスに含まれる水素によるテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスの還元反応が起こっているためと考えられるのに対し、図１７においては、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスが存在しない為、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスは１２００℃付近まで殆ど分解しないと考えられる。また、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス単体では炭化ケイ素膜を成膜する際に寄与しないガスであることは既知であり、少なくとも１２００℃付近まではガス供給ノズル内に炭化ケイ素の多結晶膜等の堆積物が生成されにくいと考えられる。
【００４５】
一方、１２００℃以上になると、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスが分解し、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガスと塩素（Ｃｌ）ガスが発生する。ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２）ガスによって例えば炭化ケイ素の多結晶膜が形成されると予想されるが、この場合は、同時にエッチング効果の塩素（Ｃｌ）ガスが発生するので、ガス供給ノズル内での膜の堆積は起きないと考えられる。また、ノズル内には水素が存在しないため、ＳｉＣｌ２＋Ｈ２→Ｓｉ（Ｓｏｌｉｄ）＋２ＨＣｌ等の成膜反応が起こらないため、ノズル内部には膜が付着されにくいと考えられる。
【００４６】
つまり、第１のガス供給ノズル６０より、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給することで、ガス供給ノズル内での供給ガスの消費を抑制し、ガス供給ノズル内の閉塞を抑制し、それに伴うパーティクル発生を防ぐことができる。
【００４７】
好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとキャリアガスとして希ガスの例えばアルゴン（Ａｒ）ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
【００４８】
さらに好ましくは、第１のガス供給ノズル６０より、シリコンと塩素とを含有するガスとして例えばテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスと、キャリアガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスとを供給し、第２のガス供給ノズル７０より、炭素含有ガスと、還元ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスとを供給すると良い。
【００４９】
また、不純物を添加する場合は、次の通り、ガス供給系を構成すると良い。少なくともｎ型不純物をドーピングするガスとしてｎ型不純物ガス、例えば窒素（Ｎ２）ガスを第２のガス供給ノズル７０を流通して供給する第２のガス供給口６８は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室４４内被加熱体４８の内側に設けられており、第２のガス供給ノズル７０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第２のガス供給ノズル７０は複数本設けても良い。
【００５０】
ガス供給ノズル７０は、第２のガスライン２６０に接続されている。この第２のガスライン２６０は、例えば窒素ガスに対して流量制御器（流量制御手段）としてのＭＦＣ２１１ｆ及びバルブ２１２ｆを介して例えば窒素ガス源２１０ｆに接続されている。
【００５１】
この構成により、ｎ型不純物ガスとして、例えば窒素ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｆは、ガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えば窒素ガス源２１０ｆ、バルブ２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｆ、ガスライン２６０、ガス供給ノズル７０、ガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられるガス供給口７２によりガス供給系として、第３のガス供給系を構成される。
【００５２】
また、上述の実施形態では、ｎ型不純物ガスとして、窒素（Ｎ２）ガスを例示したが、これに限らず、アンモニア（ＮＨ３）ガス等の窒素含有ガスを用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。窒素ガスは、水素雰囲気中では不活性なガスであり、例えば、１０１５ｃｍ-３から１０１８ｃｍ-３程度のドーピング量のｎ型ドーピング炭化珪素膜を形成する場合に用いやすい。
一方、アンモニアガスは気相中で分解されやすい窒素含有ガスの一例であり、このようなガス、若しくはアンモニアガスを含む混合ガス、例えば、アンモニアガスと窒素ガスの混合ガスを用いることで炭化珪素膜中への不純物のドーピング量を制御することができる。
【００５３】
尚、本実施形態では、ｎ型不純物ガスを用いて、基板であるウエハ１４にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成する方法について説明されているが、ｐ型の不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する場合は、第１のガス供給ノズルよりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとｐ型不純物を含有するガスであるｐ型不純物ガスとを供給することが好ましい。これにより後述の詳細説明に示すように、ｐ型不純物が均一にドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００５４】
なお、ボート３０に水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持された基板として複数枚のウエハ１４毎にガスを供給するために第１のガス供給ノズル６０及び第２の供給ノズル７０において基板の配列領域にウエハ１４毎に第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２が設けられても良い。これにより、ウエハ１４それぞれに形成される膜の膜厚の面内均一性および不純物濃度の面内均一性を制御しやすくできる。
【００５５】
しかし、これに限らず、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０それぞれにおいて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２が少なくとも１つ設けられても良い。また、第１のガス供給ノズル、第２のガス供給ノズルそれぞれにおいて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２がウエハ数枚ごとに設けても良い。
【００５６】
また、本実施形態では、第１のガス供給ノズル６０よりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを、第２のガス供給ノズル７０より炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物ガスとを供給したが、これに限らず、ガス種ごとにガス供給ノズルを設けて供給してもよい。
【００５７】
また、ガス供給源２１０ｅより不活性ガスとして希ガスのアルゴン（Ａｒ）ガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、ガス供給管２４０を流通して、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
【００５８】
また、本実施形態では、不活性ガスとして、アルゴンガスを例示したが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスより少なくとも１つのガス、又はこれらの希ガス群より選択された２以上のガスを供給しても良い。
【００５９】
また、本実施形態では、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、還元ガス、ｎ型不純物ガスとをそれぞれ、第１のガス供給口又は第２のガス供給口から被加熱体４８の内側に供給しているが、例えば、キャリアガスとして希ガス、例えばアルゴンガスとともに供給しても良い。これにより、原料ガスを反応室内に均一に供給することができる。
【００６０】
また、図３に示すように第１のガス排気口９０が、第１のガス供給口６８に接続されたガス供給ノズル６０及び第２のガス供給口７２に接続されたガス供給ノズル７０の位置に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。ガス排気管２３０の下流側には図示しない圧力検出器として圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下、ＡＰＣとする）バルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、この圧力制御部は圧力センサにより検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより処理炉４０内の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
【００６１】
また、図３に示すように第３のガス供給口３６０は反応管４２と断熱材５４との間に配置されており、マニホールドを貫通するように取り付けられている。更にガス排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間に配置され、第３のガス供給口３６０に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには第２のガス排気口３９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。この第３のガス供給口３６０は不活性ガスとして、例えば、希ガスであるアルゴンガスが供給され、炭化珪素エピタキシャル膜成長に寄与するガスとして、例えばシリコン含有ガス又は炭素含有ガス又は塩素含有ガス又はそれらの混合ガスが反応管４２と断熱材５４との間に侵入するのを防ぎ、反応管４２の内壁又は断熱材５４の外壁が劣化したり、副生成物が付着したりすることを抑制することができる。
【００６２】
反応管４２と断熱材５４との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３９０よりガス排気管２３０の下流側には図示しない圧力検出器として圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２１４を介して真空等の真空排気装置２２０から排気される。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部が電気的に接続されており、この圧力制御部は圧力センサにより検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより反応室４４内の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
【００６３】
次に処理炉４０周辺の構成について説明する。
図５は処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。処理炉４０の下方には、この処理炉４０の下端開口を機密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は例えばステンレス等の金属で構成されており、円盤状に形成されている。シールキャップ１０２の上面には処理炉４０の下端と当接するシール材としてのＯリングが設けられている。シールキャップ１０２には回転機２１８が設けられている。回転機構１０４の回転軸１０６はシールキャップ１０２を貫通してボート３０に接続されており、このボート３０を回転させることで、ウエハ１４を回転させるように構成されている。シールキャップ１０２は処理炉４０の外側に向けられた昇降機構として後述する昇降モータ１２２によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより、ボート３０を処理炉４０に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構１０４及び昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するよう構成されている（図４参照）。
【００６４】
予備室としてロードロック室１１０の外面に下基板１１２が設けられている。下基板１１２には昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６及びこの昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。下基板１１２に立設したガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端に上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転される。ボール螺子１１８が回転することにより昇降台１１４が昇降するように構成されている。
【００６５】
昇降台１１４には中空の昇降シャフト１２４が垂設され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４の連結部は気密となっている。昇降シャフト１２４は昇降台１１４と共に昇降するようになっている。昇降シャフト１２４はロードロック室１１０の天板１２６を遊貫する。昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通穴はこの昇降シャフト１２４に対して接触することがないよう十分な余裕がある。ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には昇降シャフト１２４の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ１２８がロードロック室１１０を気密に保つために設けられている。ベローズ１２８は昇降台１１４の昇降量に対応できる十分な伸縮量を有し、このベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外形に比べ十分に大きく、ベローズ１２８の伸縮により接触することがないように構成されている。
【００６６】
昇降シャフト１２４の下端には昇降基板１３０が水平に固着されている。昇降基板１３０の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取り付けられる。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とで駆動部収納ケース１３４が構成されている。
この構成により駆動部収納ケース１３４内部はロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。
【００６７】
また、駆動部収納ケース１３４の内部にはボート３０の回転機構１０４が設けられ、この回転機構１０４の周辺は冷却機構１３５により冷却される。
【００６８】
電力ケーブル１３８は昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り回転機構１０４に導かれて接続されている。また、冷却機構１３６及びシールキャップ１０２には冷却水流路１４０が形成されている。冷却水配管１４２は昇降シャフト１２４の上端からこの昇降シャフト１２４の中空部を通り冷却流路１４０に導かれて接続されている。
【００６９】
昇降モータ１２２が駆動されボール螺子１１８が回転することで、昇降台１１４及び昇降シャフト１２４を介して駆動部収納ケース１３４を昇降させる。
【００７０】
駆動部収納ケース１３４が上昇することにより、昇降基板１３０に気密に設けられているシールキャップ１０２が処理炉４０の開口部である炉口１４４を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース１３４が下降することにより、シールキャップ１０２と共にボート３０が降下され、ウエハ１４を外部に搬出できる状態となる。
【００７１】
図４は炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。これら、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。
【００７２】
このように、第１のガス供給口６８から少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給口７２から少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物含有ガスとを供給し、供給されたガスはシリコン又は炭化珪素等で構成されたウエハ１４に対し平行に流れ、第１の排気口９０に向かって流れるため、ウエハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。
【００７３】
次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、炭化珪素等で構成されるウエハ１４などの基板に、例えばｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。
【００７４】
まず、ポッドステージ１８に複数枚のウエハ１４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド搬送装置２０へ搬送し、このポッド搬送装置２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド搬送装置２２にストックされたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送してセットし、このポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２６によりポッド１６に収容されているウエハ１４の枚数を検知する。
【００７５】
次に、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウエハ１４を取り出し、ボート３０に移載する。
【００７６】
複数枚のウエハ１４がボート３０に装填されると、複数枚のウエハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４及び昇降シャフト１２４の昇降動作により反応室４４内に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ１０２はＯリングを介してマニホールドの下端をシールした状態となる。
【００７７】
反応室４４内が所定の圧力（真空度）となるように真空排気装置２２０によって真空排気される。この際、反応室４４内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。
また、ウエハ１４及び被加熱体４８の内側が所定の温度となるように磁場発生部としての誘導コイル５０によって誘導加熱された被加熱体４８により加熱される。この際、被加熱体４８の内側が所定の温度分布となるように温度センサが検出した温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構１０４により、ボート３０が回転されることでウエハ１４が周方向に回転される。
【００７８】
続いて、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長反応に寄与するシリコン含有ガス及び塩素含有ガスはそれぞれ、ガス源２１０ａ、２１０ｂからガス供給口６８より供給され、また炭素含有ガス及び還元ガスであるＨ２ガス及びｎ型不純物ガスは、ガス源２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｆからガス供給口７２より供給されて、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜をエピタキシャル成長により形成する。
【００７９】
このとき、シリコン含有ガス及び塩素含有ガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂの開度が調整された後、バルブ２１２ａ、２１２ｂが開かれ、それぞれのガスがガス供給管２２２、第１のガス供給ノズル６０と流通して、第１のガス供給口６８から供給される。
また、炭素含有ガス及び還元ガス及びｎ型不純物ガスとは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｆの開度が調整された後、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｆが開かれ、それぞれのガスがガス供給管２６０流通して、第２のガス供給ノズル７０と流通して第２のガス供給口７２より供給される。
【００８０】
第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被加熱体４８の内側を通り、ガス排気口９０からガス排気管２３０を通り排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、被加熱体４８の内側を通過する際に炭化珪素等で構成されるウエハ１４と接触しウエハ１４の表面にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長がなされる。
【００８１】
またガス供給源２１０ｅより不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、２４０ガス供給管２４０を流通して、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
【００８２】
図６に、本実施形態で適用されるガス供給ノズルの一例を示す。基板であるウエハ１４の配列された領域に延在されている第１のガス供給ノズル６０に、ウエハ１４の表面と平行方向であり、第２のガス供給口７０の方向へ延在されて分岐される第１の分岐ノズルに1以上設けられた第１のガス供給口６８よりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられており、ウエハ１４の配列された領域に延在されている第２のガス供給ノズル７０に、ウエハ１４の表面と平行方向であり、第１のガス供給口６０の方向へ延在されて分岐される第２の分岐ノズルに１以上設けられた第２のガス供給口７２より炭素含有ガスとｎ型不純物ガスとして例えば、窒素ガスと還元ガスとして例えば、水素ガスとを供給され、ウエハ１４に、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成している。
【００８３】
図６（ａ）に示すようにウエハ１４に対し、平行方向にガスを供給することができるため、ウエハ１４に形成される炭化珪素膜の膜厚は均一に形成され、また、不純物である窒素を均一にドーピングすることができる。
特に、図６（ｂ）に示すような第１の分岐管、第２の分岐管を介して供給することで、ウエハ１４を支えるボート柱３０ａの影響も軽減できる。具体的に説明すると次の通りである。ウエハ１４は、複数のボート柱３０ａで支持され、面内膜厚の均一化のため回転している。そうすると、ボート柱３０ａがガス供給口の前を通過することになる。この場合、ボート柱３０ａによりガス供給が阻害されるが、図６のようにウエハ１４に対し並行方向に複数のガス供給口を設けることで、広い範囲での、又は、密にガス供給を実現でき、結果としてボート柱の影響を小さくすることができる。
【００８４】
また、更に、ボート柱３０ａの影響を少なくするために図６（ｃ）に示すようにウエハホルダ３００を用いてボート柱３０ａからウエハ１４を離すようにしてもよい。ウエハホルダ３００は、円環状の第１ウエハホルダ３００ａを有しており、ウエハ１４は、第１ウエハホルダ３００ａに保持される。これにより、ウエハ１４とボート柱３０ａとの距離をウエハホルダ３００ａの分、離すことができ、ボート柱３０ａの影響を小さくできる。また、本形態では成膜をする面を下向きにする所謂フェースダウン方式を採用し、ウエハ１４の上面側を第１ウエハホルダ３００ａで覆う構成としている。このようにウエハ１４の上面を覆うことにより、上部から落下してくるパーティクルの影響を抑制できると共に、第１ウエハホルダ３００ａをウエハ１４の上面側と接触させることにより成膜面と反対側の裏面側への成膜を抑制できる。
【００８５】
また、好ましくは、第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルとを交互に配置できるように設けられることが良い。これにより、第１のガス供給から供給されるシリコン含有ガス及び塩素含有ガスと、第２のガス供給ノズルより炭素含有ガスと、ｎ型の不純物原子として窒素ガスと、還元ガスである水素ガスと、の濃度分布をモニタライン上（ガスの流れに垂直な方向）において均一化することができる。
【００８６】
また、一対の第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルが、高さ方向に並んだウエハ１４の夫々の間に配置されることが望ましい。これにより、各ウエハ１４に対する条件を同一することができ、ウエハ間の均一性が向上させることができる。更に、この場合、ウエハ１４の成膜面は、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７０のうち、シリコン含有ガスを供給する第１のガス供給口６８に近いほうが望ましい。炭化珪素膜の形成においては、炭素とシリコンの比（Ｃ／Ｓｉ）が重要となり、特に炭素の濃度が高い場合は、膜質を劣化させる。従って、シリコンリッチとなりやすい環境とするためシリコン含有ガスを供給する第１のガス供給口６８を炭素原子含有ガスを供給する第２のガス供給口７２よりウエハ１４の成膜面に近くするほうが望ましい。そのため、本実施形態では、ウエハ１４間の空間に上から第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルの順で並んでいる。
【００８７】
また、図６に示すように、ウエハに対し、平行方向に延びた第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルからガスを供給する構成を採用した場合、第１の分岐ノズルから供給されるガスと第２の分岐ノズルから供給されるガスの混合箇所を制御することにより、図６（ａ）で示すモニタラインに垂直な方向（ガスの流れ方向）のウエハ１４の成膜面におけるＣ／Ｓｉ比を均一化することができる。以下、図６（ａ）で示すモニタラインに垂直な方向の成膜面の上のラインを第２モニタラインとして、具体的に説明する。まず、仮にシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスの比率（Ｃ／Ｓｉ）を０．５として供給を開始したとする。シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達する前に完全に混合した場合、ガス消費を考えなければ第２モニタライン上のＣ／Ｓｉは０．５で一定である。しかしながら、ガス消費を考慮に入れるとシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスは、同じように消費されるため、ガス供給ノズルに近い側と遠い側で混合比率が変わってしまう。例えば、シリコン原子含有ガスを１００、炭素原子含有ガスを５０で供給したとすると、ガス供給口から遠くなるにつれて、シリコン原子と炭素原子含有ガスは同じように消費され、減少する。ここで、極端な例ではあるが、シリコン原子含有ガスが６０まで消費されたとすると、炭素原子含有ガスは、１０まで消費されることになる。この時のＣ／Ｓｉは、１０／６０＝０．１７となり、ガス供給ノズルに近い側と遠い側とでＣ／Ｓｉ比が変わってしまう。
【００８８】
一方、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達する前に完全に混合せず、第２モニタライン上で徐々に混合されるように制御すると、ガス供給ノズルに近い側と遠い側とのＳｉ／Ｃが均一にできるようになる。このことについて、以下、説明する。
【００８９】
まず、本形態のように２つのガスを平行に供給した場合、夫々のガスの拡散により２つのガスの混合が生じる。従って、第２モニタラインに近い第１の分岐ノズルから供給されたガス流に徐々に第２の分岐ノズルから供給されたガスの拡散が生じる。そのため、途中でのガス消費を考えなければ、第２モニタライン上の第２の分岐ノズルから供給されたガスの濃度は、分岐ノズルから遠くなるほど高くなる。一方、ガス消費を考慮した場合、Ｃ／Ｓｉの値を均一化するためには、第２モニタライン上のシリコン原子含有ガスの減少に対し、炭素原子含有ガスの減少を小さくすればよい。従って、拡散により徐々に第２の分岐ノズルから供給された炭素原子含有ガスが第１の分岐ノズルから供給されたシリコン原子含有ガスのガス流に拡散するようにすれば、第２モニタライン上では、徐々に炭素原子含有ガスが拡散により補充されることになり、シリコン原子含有ガスの減少に対し、炭素原子含有ガスの減少を小さくすることができる。
【００９０】
このように第２の分岐ノズルから供給されたガスを徐々に第１の分岐ノズルから供給されたガス流に拡散させるためには、第１のガス供給口６８から供給されるガス流の流速を第２のガス供給口７２から供給されたガスがウエハ１４の成膜面を通過する間に徐々に拡散していくような速さとすればよい。なお、一般的にガス流の流速を速くすると他のガスの拡散はしにくい状態となるため、第１のガス供給口から供給されるガスの流速を制御すればよい。第１のガス供給口６８から供給されるガス流の流速を制御する方法としては、例えば、シリコン元素含有ガスのキャリアガスの流量を大きくする、又は、第１のガス供給口６８の大きさを小さくすることが挙げられる。
【００９１】
また、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達するまでに混合させない点については、図６（ｃ）に示されるようなウエハホルダ３００を用いる際に、更なる効果を発揮する。即ち、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスがウエハ１４に到達する前に混合されるとウエハホルダ３００上にＳｉＣ膜が形成されることになる。ＳｉＣ膜が形成されるということは、原料ガスが消費されることになり、原料ガスの効率が悪くなる。一方、ウエハ１４上で混合が始まる場合は、ウエハホルダ３００では成膜されないため、原料ガスの消費が生じない。従って、原料ガスの使用効率が向上する、即ち、成膜レートが向上し、生産性を向上させることができる。
【００９２】
なお、図６に示すように、ガス供給口は複数の孔状のガス供給口を設けているが、これに限らず、スリット形状であっても良い。
【００９３】
従来では、形成される炭化珪素膜において、シリコン濃度が高い部分（シリコンリッチ部分）及び炭素濃度が高い部分（炭素リッチ部分）を生じてしまい、形成される炭化珪素膜のシリコンと炭素との濃度比Ｃ／Ｓｉの値に偏差を生じていた。炭化珪素膜の膜質は、濃度比Ｃ／Ｓｉの値に大きく依存する。従って、偏差が生じるとウエハ１４の面内の膜質の維持が困難である。しかしながら、本実施形態のように分岐管によりウエハ１４に対して平行方向に複数のガス供給口を設けることで、面内のＣ／Ｓｉの値を均一化できる。また、濃度比Ｃ／Ｓｉの値に偏差があると不純物ドーピングにも影響が出る。従って、本実施形態は、不純物ドーピングをする場合も好適である。
【００９４】
次に、不純物のドーピングを更に均一化する方法を説明する。例えばｎ型不純物として窒素をドーピングするために、反応室４４内に窒素ガスを供給するが、炭化珪素膜表面において、窒素は炭素の吸着すべきシリコンサイトに取り込まれやすく、炭素リッチ部分では、より多くの炭素がシリコンサイトに吸着、もしくは占有する為、窒素の取り込みが阻害され、ドーピング濃度が低くなる、それにより、不純物のドーピング量で形成される膜の特性、例えば電気抵抗率値を制御することが困難な一因となることが考えられる。
そこで、後述するサイトコンペティションの原理を用い、不純物ガスとして窒素ガスは、炭素含有ガスともに第２のガス供給口から供給し、ウエハ１４に形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜、例えば窒素ドーピングされた炭化珪素膜の不純物濃度の面内分布を均一にすることを行った。
【００９５】
ここで、サイトコンペティションの原理について説明する。
不純物が炭化珪素膜中に取り込まれるとき、不純物は、炭化珪素膜に於ける炭素サイトか、シリコンサイトのどちらかに取り込まれることが知られており、ｎ型不純物として、例えば、窒素がドーピングされる場合は、炭化珪素膜のシリコンサイトに吸着し炭化珪素膜に取り込まれようとする炭素と置き換わることで、窒素が炭化珪素膜中に取り込まれ、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成される。
また、ｐ型不純物として、例えば、アルミニウムがドーピングされる場合は、炭化珪素膜
の炭素サイトに吸着し炭化珪素膜に取り込まれようとするシリコンと置き換わることで、アルミニウムが膜中に取り込まれ、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成される。
これらはサイトコンペティションの原理と云われている。
【００９６】
本実施形態では、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際、炭化珪素膜の原料であるシリコン含有ガスと炭素含有ガスと塩素含有ガスとともにｎ型不純物ガスとして窒素ガスとを供給している。
上述のように炭化珪素膜におけるシリコンと炭素の比Ｃ／Ｓｉ値の面内分布には偏差が生じており、炭素とシリコンサイトを競合する窒素は、シリコンリッチの部分のほうが炭素リッチの部分より多く膜中に取り込まれ、不純物濃度も面内分布に偏差を生じてしまう。
ここで、不純物ガスと同一の吸着座を競合するガスを含む混合ガスを供給する、つまり、窒素ガスを炭素含有ガスとともに供給し、炭素リッチの部分に多くｎ型不純物ガスを供給することで、シリコンリッチの部分にドーピングされるｎ型不純物量と炭素リッチの部分にドーピングされるｎ型不純物量とを相対的に均一する。
また、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際は、ｐ型不純物として、例えばアルミニウムを含むガスは、シリコン含有ガスとともに供給することで、ｐ型不純物の面内分布を均一する。
これは、ｐ型不純物は膜中に取り込まれる時にカーボンサイトに吸着し、同じくカーボンサイトに吸着しようとするシリコンと競合するためであり、シリコンリッチの部分に多くｐ型不純物ガスを供給することで、シリコンリッチの部分にドーピングされるｐ型不純物量と炭素リッチの部分にドーピングされるｐ型不純物量とを相対的に均一する。
【００９７】
このように、形成される炭化珪素膜の不純物濃度の面内分布を均一にすることにより、不純物濃度により制御される電気抵抗率値を制御することが容易になる
【００９８】
図１０に、成膜寄与ガスの主成分である炭素含有ガスの濃度分布とシリコン含有ガスの濃度分布の比であるＣ/Ｓｉの値と炭化珪素膜中にドーピングされたｎ型ドーピング原子との関係を示す（ＳｉＣ半導体の基礎と応用、著者 奥村元、児島一聡、福田憲司、 発行所 ＥＤリサーチ社、27ページ、図4.5より出展）。これより、原料ガス中のＣ／Ｓｉの値が大きくなる場合、炭化珪素膜ではｎ型不純物のドーピングが阻害されることが分かる。以上のことから、ウエハ１４の面内分布においてｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜中の窒素濃度を均一にするためには、ウエハ１４に形成されている炭化珪素膜の各部分におけるＣ／Ｓｉの値の偏差が小さいことが好ましい。
又は、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成するために、ｎ型不純物ガスとして例えば、窒素（Ｎ２）ガスを供給する際に、または、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成するために、ｐ型不純物ガスとして例えば、トリメチルアルミニウムガスを供給する際に、これらの不純物ガスを供給する方法に関し、工夫が必要となることが分かる。
【００９９】
発明者は上述のことを考慮し、本発明は、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、ｎ型不純物ガスまたはｐ型不純物ガスの供給方法に関して発明したものであり、例えば、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜の場合、炭素含有ガスが供給される第２のガス供給ノズルより炭素含有ガスと共にｎ型不純物ガス、例えば窒素ガスを供給することで、ウエハ１４において、Ｃ／Ｓｉの値が大きい部分、つまり、相対的に炭素濃度の大きい部分に積極的に窒素ガスを供給して窒素濃度が高い状態とすることで炭素サイトへの窒素の置き換わりを促進することで、ウエハ１４においてＣ／Ｓｉの値が小さい部分との相対的な窒素濃度分布を均一にすることが出来る。
これにより、ウエハ１４に形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｎ型不純物の濃度分布の面内均一性を向上することを図る。
【０１００】
一方、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素の場合においては、シリコン含有ガスが供給される第１のガス供給ノズルよりシリコン含有ガスと共にｐ型不純物ガス、例えばトリメチルアルミニウムガスを供給することで、ウエハ１４において、Ｃ／Ｓｉの値が小さい部分、つまり、相対的にシリコン濃度の大きい部分に積極的にトリメチルアルミニウムガスを供給してアルミニウム濃度が高い状態とすることでシリコンサイトへのアルミニウムの置き換わりを促進することで、ウエハ１４においてＣ／Ｓｉの値が大きい部分との相対的なアルミニウム濃度分布を均一にすることができる。
これにより、ウエハ１４に形成されるｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｐ型不純物の濃度分布の面内均一性を向上することを図る。
【０１０１】
炭化珪素エピタキシャル膜の成長は、予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給を停止し、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、反応室４４内が不活性ガスで置換されると共に、被加熱体４８の内側の圧力が常圧に復帰される。
【０１０２】
その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降されて、マニホールドの下端が開口されると共に、処理済ウエハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールドの下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）し、ボート３０に支持された全てのウエハ１４が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート３０のウエハ１４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウエハ１４を取り出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。その後、ポッド搬送装置２０により、ウエハ１４が収容されたポッド１６をポッド搬送装置２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして半導体製造装置１０の一連の作用が完了する。
【０１０３】
これにより、ガス供給ノズル内での堆積膜の成長を抑制し、被加熱体４８の内側ではガス供給ノズルより供給されるシリコン含有ガス及び炭素含有ガス及び塩素含有ガス及び還元ガスである水素ガス及び不純物ガスが反応することで、炭化珪素等から構成される複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持される場合において、不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長を行うことができる。
【０１０４】
また、好ましくは、第１ガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルは、第１及び第２のガス供給口６８、７２それぞれをウエハ１４中心に向けてガスを噴出可能なように配置し、第１のガス供給ノズルと第２のガス供給ノズルを交互に設けることが良い。これにより、供給ガスの偏りを抑制し、より一層、膜厚面内均一性が向上する。
【０１０５】
また、本実施形態では、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルは、円筒形状であったが、これに限らず、角筒形状、多角形の形状であっても良く、好ましくは、ガス供給ノズルの形状は、その一部が被加熱体の内周面に沿うような形状であることが良く、これにより、ガス供給ノズルと被加熱体との間の隙間に膜を形成することを抑制することができ、この形成された膜が起因となるパーティクルが発生する虞を低減することができる。
【０１０６】
また、本実施形態では、第１のガス供給口６８および第２のガス供給口７２は孔形状のガス供給口を１以上設けたが、これに限らず、例えば、ウエハ１４表面と平行な方向にスリット状のガス供給口を設けても良い。これにより、ウエハ１４に対し、平行な方向にガスを供給することができ、ウエハ１４に形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜において、膜厚の面内分布や不純物濃度の面内分布を均一にすることができる。
また、ガス供給口がスリット状の形状であることにより、供給されるガスのガス流速を小さくすることができるため、供給される原料ガスを十分に反応させることができる。
【０１０７】
なお、本実施形態では、不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスを用いることが好ましいが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガスを用いても良い。
【０１０８】
[第２実施形態]
次に第２実施形態について説明する。
第１実施形態では、第１のガス供給ノズル６０にウエハ表面に平行であり、第２のガス供給ノズル７０の方向に延在した少なくとも１箇所分岐する第１の分岐ノズルと、第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられ第２のガス供給ノズル７０にウエハ１４表面に平行であり、第１のガス供給ノズル６０の方向に延在した少なくとも１箇所分岐する第２の分岐ノズルとを設け、第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルそれぞれに１以上設けられる第１のガス供給口６８および第２のガス供給口より原料ガスを供給することで、膜厚および不純物濃度の均一性を向上させたが、第２実施形態では、第１及び第２のガス供給ノズルを一体物にした形態を用いることで、メンテナンス性を向上、組立て誤差をなくすことができる。
【０１０９】
図７に本発明の第２実施形態に適用される、ガス供給ノズルの形態を示す。
図７(ａ)及び（ｂ）に示されるノズル形状が本実施形態の一体構造の一例であり、図７に記載のAは、図７（ａ）と図７（ｂ）における同じ位置であることを示している。図７に示すように、図６に示した構造と比較して構造がシンプルとなっており、図６の構造と比較し、例えばノズルを製作する際にコストを低減できる。または、例えば、定期メンテナンス作業等における組立てのし易さの点で有利である。
また、ノズルの形状は反応室４４構成の形状に合わせて変形しても良く、例えば、図８に示すように被加熱体４８の内壁に沿うようにノズルを湾曲させても良く、これにより、被加熱体４８との隙間を小さくできることができるので、ガスが侵入することを抑制し、該隙間での膜の形成を抑制することができる。
また、これに限らず、多角形の形状であっても良い。
【０１１０】
よって、本実施形態では、ウエハ１４表面に平行に原料ガスを供給することができるので、ウエハ１４に形成される炭化珪素膜の膜質の均一になり、また、不純物濃度が均一になる。
【０１１１】
また、本実施形態では、ガス供給ノズルは一体物であるため、メンテナンス作業として、例えばガス供給ノズルの交換作業のときの取り外しまたは取り付ける作業が容易になり、また、ガス供給ノズルが一体ものになることで、ガス供給ノズルの交換作業の前後において、第１のガス供給口６８および第２のガス供給口７２の位置に差異を生じることを抑制することができるので、メンテナンス作業前後の成膜結果に差異が生じることを低減することができる。
【０１１２】
[第３実施形態]
次に第３実施形態について図１２を用いて説明する。
図６に示されるガス供給ノズルは、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を夫々１本ずつ設け、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０との間の空間に、第１のガス供給ノズル６０から分岐した第１の分岐管と第２のガス供給ノズル７０から分岐した第２の分岐管を交互に配置するようにしている。それに対し、本実施形態では、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を夫々複数本設け、その間の空間に夫々の分岐管を設けるようにしている。図６に示されるように第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０を夫々１本のみ設けた場合、夫々のガス供給ノズルに多量のガスを供給する必要がある。そうすると、ガスの加熱が不十分となり、ウエハ１４の積層方向やウエハ内の温度均一性を乱す恐れがある。一方、本実施形態では、複数本のガス供給ノズルを設けているため夫々に流すガス流量を分散させることができ、ガス加熱に対し有利となる。
【０１１３】
また図６に示されるガス供給ノズルの形態では、分岐管内の圧力損失により、分岐管の根元に配置されたガス供給口と分岐管の先端に配置されたガス供給口からでるガスの質量流量に差が生じる可能性がある。これを防ぐためには、ある程度分岐管を太くする必要がある。その一方、本実施例では、分岐管の部分に設けられるガス供給口の数を少なくしているため、分岐管の流路を細くすることができ、縦方向に密にガス供給口を設けることができる。
【０１１４】
また、第１の実施形態でも同様に、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２は、ウエハ間の空間の夫々に設けられるほうが望ましい。ウエハ１４間の夫々に設けられることで、ウエハ毎の成膜条件を等しくすることができ、ウエハ１４間の均一性が向上する。特に、本実施形態では、上述の通り、ガス供給口を密に配置することができるため、ウエハ１４間の夫々に第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２を配置したとしてもウエハ１４間を小さくすることができ、結果として、一度に処理できるウエハ１４の枚数を多くすることができる。
【０１１５】
なお、図１２において、分岐管は、角柱となっているが、円柱であっても良いことは言うまでもない。また、分岐管に設けられるガス供給口が１つとなっているが、複数であってもよい。
更には、本実施形態では、第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２が直線上に配置される。シリコン元素含有ガスと炭素元素含有ガスの混合を考えれば、直線上に配置することが望ましいが、許容できる範囲内で位置がずれても良い。
【０１１６】
［第４実施形態］
次に図１３を用いて、第４実施形態を説明する。図１３（ａ）は、第４実施形態のガス供給ノズルの側面図を示しており、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す夫々の箇所の矢視図を示している。この第４実施形態のガス供給ノズルは、シリコン元素含有ガスを供給する第１のガス供給口６８と炭素元素含有ガスを供給する第２のガス供給口７２の間に、第４のガス供給口８５が設けられており、第４のガス供給口からは、不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ））が供給される。
【０１１７】
前述した通り、バッチ式縦型熱処理装置では、反応炉内にガス供給ノズルを設ける必要があるため、予め成膜に必要なガスを混合して一つのガス供給ノズルに供給するとガス供給ノズル内でＳｉＣ膜が堆積してしまい、ウエハ間の均一条件での成膜が難しい。そこで、本発明では、ガス供給ノズルを２系統、設けることにより、成膜条件とは異なるガス混合比率で反応炉内に供給し、ガス供給ノズル内の堆積によるガス消費を抑制している。しかしながら、ガス供給ノズル内は、反応炉とは隔離されているため２系統設けることで解決できるが、ガス供給口は、反応炉内に曝されており、２つのガス供給ノズルから供給されたガスが混合されることで、成膜条件とほぼ等しい条件となってしまう。従って、ガス供給口が堆積によって閉塞してしまうことも考えられる。そこで、本実施形態では、第４のガス供給口８５を第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２との間に設け、不活性ガス(例えば、Ａｒ）を供給している。これにより、ガス供給口６８、７２付近では、不活性ガスの流れにより、第１のガス供給口６８から供給されるガスと第２のガス供給口から供給されるガスとが分離され、ガス供給口への堆積を抑制することができる。
【０１１８】
図１３におけるガス供給ノズルは、第１のガス供給ノズル６８、第２のガス供給ノズル７２、及び、第４のガス供給ノズル８０が図７に示されるガス供給ノズルのように一体的に形成されている。また、ガス供給口が設けられる反対側の面は、円弧状となっており、反応室４４の形状に合わせるようにしている。第４のガス供給ノズル８０は、図面の左右方向では、第１のガス供給ノズル６０と第２のガス供給ノズル７０との間に位置し、第１の分岐管及び第２の分岐管が形成される部分を避けるように円弧状となっている部分に設けられている。即ち、ガス供給口が設けられるガス供給面の反対側に設けられている。この部分に設けられることにより、図７に示されるガス供給ノズルに対し、大きくすることなく実現することが可能となる。
【０１１９】
第４のガス供給口８５は、第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２との間に夫々設けられている。これにより、第１のガス供給口６８から供給されるガスと第２のガス供給口から供給されるガスとを分離することができ、互いのガス供給口の膜の堆積による閉塞を抑制することができる。
【０１２０】
なお、図１３では、複数のガス供給口を設けるようにしたが、図７のようにスリット方としても良い。また、図１３では、一体型のガス供給ノズルにて説明したが、図６や図１２に示されるような分離型のガス供給ノズルとした場合であっても、同様に第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２との間に第３のガス供給口８５を設けることで同様の効果を得ることが可能である。
【０１２１】
なお、本発明は炭化珪素エピタキシャル膜成長に関して説明したが、その他のエピタキシャル膜及びＣＶＤ膜等に関しても適用することができる。
【０１２２】
（本発明の実施形態の効果の説明）
図９に第２実施形態の反応室構成にて成膜した不純物がドーピングされた炭化珪素膜の図８に示すモニタライン上におけるＣ／Ｓｉ値の分布を示す。
図９は、横軸は図７にて点線で示したモニタラインの位置であり、縦軸にモニタライン上の各位置におけるシリコンと炭素との比Ｃ／Ｓｉの分布を示し、Ｃ／Ｓｉ値の分布は均一であり、形成される炭化珪素膜のＣ／Ｓｉ値の分布が均一であることが分かる。
また、Ｃ／Ｓｉ値が均一な炭化珪素膜が形成されるので、ｎ型不純物またｐ型不純物は均一にドーピングされ、均一に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成することができる。
【０１２３】
更に、図１４、図１５を用いて本発明の効果を説明する。図１４は、図１２のガス供給ノズルを用いた際の、ウエハ面内のシリコン、炭素、及び、Ｃ／Ｓｉの分布の計算結果を示している。図１５は、その比較例として、図１５（ｃ）に示されるように、横方向にシリコン含有ガスを供給するガス供給ノズル６５と炭素含有ガスを供給するガス供給ノズル７５を並べた場合のウエハ面内のシリコン、炭素、及び、Ｃ／Ｓｉの分布の計算結果を示している。なお、図１４（ａ）及び図１５（ａ）の夫々は、左側がウエハとウエハの間におけるＳｉソースの濃度分布、右側がその時の膜厚分布を示している。また、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）の夫々は、図１４（ａ）及び図１５（ａ）のそれぞれに示すモニタライン上のＳｉソースの濃度分布、Ｃソースの濃度分布、及び、Ｃ／Ｓｉ値をプロットしたものである。なお、モニタラインは、ウエハ表面と同じ高さである。
【０１２４】
ここで、図１５に示すガス供給ノズル構造では、夫々のガス供給口から供給されたガスは、ウエハの中央部に向かって流れ込む。その結果、モニタライン上のＳｉソース及びＣソース濃度分布並びにＣ／Ｓｉ分布に大きなばらつきがあることが判る。原料供給ノズルから噴出されたＳｉソース及びＣソースガスは、互いに混合しながらウエハ領域へ流れ込むが、この混合が不十分であるが故に、モニタライン上のばらつきが生じると考えられる。上述のようにＣ／Ｓｉ分布にばらつきがあると、ウエハ面内の膜厚のバラツキが生じる。また、上述のサイトコンペティション原理により、ウエハ面内のドナー濃度分布に偏りが生じる懸念がある。
【０１２５】
また、エピタキシャル膜の成長速度を向上させる為に原料濃度を高くすることが考えられる。原料濃度を上げていくと、ウエハ表面に接する気相中のＳｉソース濃度が高くなる為、ウエハ表面に於いてＳｉが凝集し、Ｓｉ液滴としてＳｉＣ表面に残り、良質な膜を得られない可能性がある。従って、Ｓｉ液滴がウエハ表面に残った時点で、それ以上原料濃度を上げられない事になるため、成長速度を上げられない。
【０１２６】
一方、本発明のように分岐管を用いてウエハに対し平行方向に複数のガス供給口を設けることで、Ｓｉソースガス及びＣソースガスはノズルから噴出された後、高いに混合しながらウエハ間へ流れる。その結果、図１４を見ると明らかなように、モニタライン上のＳｉソース・Ｃソースの濃度分布が平坦であり、必然的にＣ／Ｓｉも平坦化しているのがわかる。この時モニタライン上のＳｉソース濃度に注目すると、局所的に高濃度の場所が見当たらない。これは即ち、同一原料濃度に対し、ウエハ表面に於いてＳｉ液滴が発生するまでの余裕が生じた事になり、図１５の条件と比較し約２倍の成長速度を見込めることになる。また、サイトコンペティション原理によるドナー濃度偏差に対しても、本発明ではＣ／Ｓｉが面内で平坦となることから有利となる。
【０１２７】
本実施形態によれば、以下に示す、主な効果のうち少なくとも１つ以上の効果を奏する。
（１）ウエハ１４と平行方向に延びる第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルからシリコン原子含有ガス、炭素原子含有ガスを供給することにより、形成される炭化珪素膜を構成するシリコンと炭素との比の炭化珪素膜の面内分布の偏差を小さくすることができるため、炭化珪素膜の膜質の面内均一性を向上できる。また、原料ガスの濃度を高くすることができるため、成長速度が向上する。
（２）形成される炭化珪素膜を構成するシリコンと炭素との比が、炭化珪素膜の面内分布の偏差を小さくし、不純物と置き換わる元素が含有される反応ガスとともに不純物ガスを供給することで、ウエハに形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜の膜厚及び不純物濃度の均一性を向上することが出来る。
（３）ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、第１のガス供給ノズルから少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとｐ型不純物ガスとを反応室４４内へ供給し、第２のガス供給ノズルから少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを反応室４４内へ供給して、ウエハに形成されるｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｐ型不純物の濃度の面内均一性を向上することが出来る。
（４）ｎ型不純物原子がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、第１のガス供給ノズルから少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを反応室４４内へ供給し、第２のガス供給ノズルから少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物ガスとを反応室４４内へ供給して、ウエハに形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｎ型不純物の濃度の面内均一性を向上することが出来る。
（５）（１）〜（４）により、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスとを異なるガス供給ノズルによりそれぞれ反応室４４内へ供給することができるので、ガス供給ノズル内での炭化珪素膜の形成を抑制することができる。
（６）（５）により、堆積する炭化珪素膜によるノズル内の閉塞を抑制することができる。
（７）（５）により、堆積する炭化珪素膜に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。
（８）（１）〜（４）により、シリコン含有ガスと還元ガスとを異なるガス供給ノズルによりそれぞれ反応室４４内供給することができるので、ガス供給ノズル内でのシリコン含有ガスの分解を抑制することができる。
（９）（８）により、ガス供給ノズル内でのシリコン含有ガスの消費を抑制することができる。
（１０）（８）により、シリコン含有ガスのガス供給ノズル内でのシリコン膜の堆積を抑制することができる。
（１１）（８）により、堆積するシリコン膜に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。
（１２）上記の効果により、一度の処理にての基板に対して不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長を行うことができる。
（１３）第２の実施形態において説明したように、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルと、を一体物の形態にすることにより、第１のガス供給口及び第２のガス供給口の位置きめを容易にすることができる。
（１４）（１３）により、メンテナンス作業の前後による成膜結果に差異を生じることを低減することができる。
（１５）（１３）により、取り付け作業が容易になり、メンテナンス作業時間を短縮することができる。
（１６）また、第３の実施形態のように少なくとも第１のガス供給ノズル６０又は第２のガス供給ノズル７０を複数本設け、その間に分岐ノズルを設けることにより、一つの分岐ノズルから供給されるガス流量を少なくすることができるため、分岐ノズルを細くすることが可能となる。これにより、分岐ノズルを密に配置することが可能となる。
（１７）また、第４の実施形態のように第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルの間に不活性ガスを供給することにより、第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２のＳｉＣ膜の堆積による閉塞を抑制できる。
【０１２８】
［付記］
以下に、本実施形態に係る好ましい態様を付記する。
【０１２９】
[付記１]
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置であり、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、前記第１のガス供給系が前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガスと前記塩素含有ガスの混合ガス、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系が前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記基板に炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられている基板処理装置。
[付記２]
前記第１の分岐ノズルと前記第２の分岐ノズルとが交互に配置するように設けられる付記１に記載の基板処理装置。
【０１３０】
［付記３］
前記複数の基板の間の領域には、前記第１の分岐ノズルと前記第２の分岐ノズルが対となって配置される付記２に記載の基板処理装置。
【０１３１】
［付記４］
前記第１の分岐ノズルは、前記基板の成膜面に対し、前記第２の分岐ノズルより近く配置される付記３の基板処理装置。
【０１３２】
［付記５］
前記第２の分岐ノズルから供給される前記炭素含有ガスは、前記基板の成膜面上において、前記第１の分岐ノズルから供給される前記シリコン含有ガスと塩素含有ガスの混合ガス、もしくは、前記シリコン及び塩素含有ガスのガス流に拡散する付記４の基板処理装置。
【０１３３】
［付記６］
前記複数の基板を保持するボートを更に具備し、
前記複数の基板の夫々は、ウエハホルダに保持された状態で前記ボートに保持される付記５の基板処理装置。
【０１３４】
[付記７]
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とは、形状が基板表面と平行になるようなスリット形状である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３５】
[付記８]
前記第１のガス供給ノズルと前記第２のガス供給ノズルとが一体物である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３６】
[付記９]
前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルとは、多角形の形状である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３７】
[付記１０]
前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルとは、一部が円弧の形状である付記１に記載の基板処理装置。
【０１３８】
［付記１１］
前記反応室内に少なくとも不純物ガスを供給する第３のガス供給系を更に有し、前記第３ガス供給系は、前記第１のガス供給口又は第２のガス供給口のいずれか一方から前記不純物ガスを供給する付記１に記載の基板処理装置。
【０１３９】
［付記１２］
前記第１ガス供給ノズルを複数本設けると共に前記第２ガス供給ノズルを複数本設け、前記複数の第１ガス供給ノズルと前記複数の第２ガス供給ノズルを互いに交互に配置する付記１の基板処理装置。
【０１４０】
［付記１３］
前記第１の分岐ノズルと前記第２の分岐ノズルの間に不活性ガスを供給する第３のガス供給ノズルを更に具備する基板処理装置。
【０１４１】
［付記１４］
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【０１４２】
[付記１５]
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、を有する基板製造方法。
【符号の説明】
【０１４３】
１０ 半導体製造装置
１２ 筐体
１４ ウエハ
１６ ポッド
３０ ボート
４０ 処理炉
４２ アウターチューブ
４４ 反応室
４８ サセプタ
５０ 磁気コイル
６０ シリコン原子含有ガス供給ノズル
６８ 供給孔
７０ 第２のガス供給口
９０ 第１のガス排気口
１５０ 主制御部
１５２ コントローラ
３００ ウエハホルダ
３６０ 第３のガス供給口
３９０ 第２のガス排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、
前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、
を備え、
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、
前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、
前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルと異なる位置であり、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、
前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、
前記第１のガス供給系は、前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガス
と前記塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系は、前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記基板に炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、
を備え、
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられている基板処理装置。
【請求項３】
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、
前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、
前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、
を備え、
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、
前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、
を有する基板製造方法。
【請求項１】
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、
前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、
を備え、
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、
前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、
前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルと異なる位置であり、前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、
前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、
前記第１のガス供給系は、前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガス
と前記塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系は、前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記基板に炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、
を備え、
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられている基板処理装置。
【請求項３】
複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
前記複数の基板が積層される領域に延在されて設けられる第１のガス供給ノズルと、
前記複数の基板が積層される領域に延在され、前記第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられる第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第２のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第１のガス供給口を有する第１の分岐ノズルと、
前記第２のガス供給ノズルの前記基板の主面と平行であって、前記第１のガス供給ノズルの方向に１箇所以上分岐され、1以上の第２のガス供給口を有する第２の分岐ノズルと、
を備え、
前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口とが、前記複数の基板が積層される方向に隣接するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、
前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンと塩素含有ガスを供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給し、前記基板に炭化珪素膜を成膜する工程と、
を有する基板製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２０５０５９（Ｐ２０１１−２０５０５９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５７７３（Ｐ２０１０−２８５７７３）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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