基板処理装置
【課題】高温条件下で行なわれるＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理において、複数枚の基板上にわたって均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】本実施の形態では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。
【解決手段】本実施の形態では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置に関し、特に、炭化珪素（以下、ＳｉＣともいう）エピタキシャル膜を基板上に成膜する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−１９６８０７号公報（特許文献１）には、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、および、原料ガスに対流が発生することによるＳｉＣのエピタキシャル成長の不安定化という課題を解決するために、サセプタの基板を保持する面が下方を向くように配置した真空成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
炭化珪素（ＳｉＣ）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（ＳｉＣ）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。例えば、従来の炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を製造する半導体製造装置では、反応室中のガス濃度分布が均一でなく、基板に成膜される膜の厚さが不均一になる問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、高温条件下で行なわれるＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理において、複数枚の基板上にわたって均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる基板処理装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
本発明における基板処理装置は、所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する反応室と、該反応室内に設けられた被加熱体と、前記反応室内に少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子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原子含有ガスを供給する第２のガス供給系とを備える。そして、前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルとを備える。さらに、前記第１のガス供給系が前記反応室内に前記第１のガス供給口より少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子含有ガスを供給し、前記第２のガス供給系が前記反応室内に前記第２のガス供給口から少なくとも炭素原子含有ガスを供給して基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するように制御するコントローラとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１０】
高温条件下で行なわれるＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理において、複数枚の基板上にわたって均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】炭化珪素エピタキシャル膜を成膜処理する本発明者が検討した成膜装置の要部構成の一例を示す模式図である。
【図２】炭化珪素エピタキシャル膜を成膜処理する本発明者が検討した成膜装置の要部構成の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態における基板処理装置の外観構成を示す斜視図である。
【図４】実施の形態における基板処理装置の処理炉の構成を示す模式図である。
【図５】半導体基板をウェハホルダで保持する様子を示す断面図である。
【図６】処理室を上部から見た断面模式図である。
【図７】実施の形態における基板処理装置の処理炉周辺の構成を示す図である。
【図８】実施の形態における基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１３】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１４】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１５】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１６】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００１７】
＜パワーＭＩＳＦＥＴに炭化珪素エピタキシャル膜を使用する利点＞
数ワット以上の電力を扱える大電力用途のトランジスタをパワーＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）といい、種々の構造のものが検討されている。パワーＭＩＳＦＥＴにおいて、オン抵抗の低減と耐圧の向上とは基板材料のバンドギャップで規定されるトレードオフの関係にある。このとき、絶縁破壊電圧強度は基板材料のバンドギャップの大きさに依存するため、基板材料としてバンドギャップの大きな材料を使用することにより耐圧の確保が容易となる。したがって、パワーＭＩＳＦＥＴとして広く用いられているシリコン素子の性能を超えるためには、シリコンよりもバンドギャップが大きな基板材料を用いることが有効である。特に、炭化珪素(炭化シリコン、ＳｉＣ)は、シリコンに比べバンドギャップが約３倍と十分に大きいこと、ｐ型およびｎ型の導電型を容易に形成できること、熱酸化により酸化膜を形成できることなどの特徴を有することから、高性能のパワーＭＩＳＦＥＴを実現できる可能性があり大きな注目を集めている。
【００１８】
＜炭化珪素エピタキシャル膜の製造上の問題点＞
しかし、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて融点が高いこと、常圧下での液相を持たないこと、不純物拡散係数が小さいことなどから、シリコン（Ｓｉ）に比べて、基板上へのエピタキシャル膜の作製が難しいことが知られている。例えば、シリコン（Ｓｉ）からなるエピタキシャル膜の成膜温度が９００℃〜１２００℃であるのに対し、炭化珪素（ＳｉＣ）からなるエピタキシャル膜の成膜温度が１５００℃〜１７００℃程度と高くなることから、炭化珪素エピタキシャル膜を形成する成膜装置では、成膜装置の耐熱構造や原料ガスの分解抑制に技術的な工夫が必要である。また、シリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）の２元素で炭化珪素（ＳｉＣ）の成膜反応が進むため、炭化珪素エピタキシャル膜の膜厚や組成均一性の確保やドーピングレベルの制御技術にも、シリコンからなるエピタキシャル膜を形成する成膜装置にはない工夫が必要となる。
【００１９】
図１は、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を半導体基板上に成膜する本発明者が検討した第１成膜装置の主要構成を示す模式図である。図１において、本発明者が検討した第１成膜装置は、処理炉２０を有し、この処理炉２０は、円筒形の処理室１００を形成する反応管１０１を備えている。反応管１０１は、例えば、石英や炭化珪素などの耐熱性材料から構成されており、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状をしている。このように形成されている反応管１０１の内部に処理室１００が存在し、この処理室１００の内部にボート１８が搬入されている。ボート１８は、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成された複数の半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦを水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて収納するように構成されている。つまり、処理室１００の内部には、ボート１８に収納された複数枚の半導体基板ＷＦが配置されることになる。
【００２０】
そして、ボート１８に収納された複数の半導体基板ＷＦと相対する位置にガス供給ノズル１０８が配置されており、このガス供給ノズル１０８に複数のガス供給口１０８ａが形成されている。これらのガス供給口１０８ａは、複数の半導体基板ＷＦと相対する位置に設けられている。このように構成されたガス供給ノズル１０８は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１０と接続されており、このガス供給ライン１１０には、複数の配管１１１ａ〜１１１ｅと接続されている。さらに、配管１１１ａ〜１１１ｅのそれぞれには、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｅ）が設けられているとともに、配管１１１ａ〜１１１ｅ内を流れるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｅ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１１ａ〜１１１ｅは、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｅ）とマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｅ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００２１】
具体的に、配管１１１ａは、バルブ１１２ａおよびマスフローコントローラ１１３ａを介して、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源と接続されており、配管１１１ｂは、バルブ１１２ｂおよびマスフローコントローラ１１３ｂを介して、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源と接続されている。同様に、配管１１１ｃは、バルブ１１２ｃおよびマスフローコントローラ１１３ｃを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続され、配管１１１ｄは、バルブ１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ｄを介して、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｅは、バルブ１１２ｅおよびマスフローコントローラ１１３ｅを介して、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００２２】
このように構成されている本発明者が検討した第１成膜装置では、まず、配管１１１ａ〜１１１ｅのそれぞれから流れてくるアルゴンガス、四塩化珪素ガス、プロパンガス、塩化水素ガス、および、水素ガスをガス供給ライン１１０で混合する。そして、ガス供給ライン１１０を流れる混合ガスを処理室１００内のガス供給ノズル１０８に導き、ガス供給ノズル１０８に設けられているガス供給口１０８ａから混合ガスを噴射する。これにより、ガス供給口１０８ａから噴射された混合ガスが、半導体基板ＷＦ上で化学反応を起こし、この結果、半導体基板ＷＦ上に炭化珪素エピタキシャル膜が形成される。
【００２３】
しかし、本発明者が検討した第１成膜装置では、シリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）の分解温度が問題となる。つまり、本発明者が検討した第１成膜装置の処理室構造の特徴の１つとして、ボート１８に収納されたすべての半導体基板ＷＦに均一に原料ガス（混合ガス）を供給するため、半導体基板ＷＦにガスを誘導するガス供給ノズル１０８を使用している点が挙げられる。シリコン含有原料ガスは、その組成にもよるが、一般的に用いられるモノシラン（ＳｉＨ４）ガスでは８００℃以上、塩素を含む四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスでも１２００℃程度で熱分解するとされている。
【００２４】
ここで、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜は、処理室１００内の温度０を１５００℃〜１７００℃程度にして行なわれることが一般的である。したがって、処理室１００内に設けられているガス供給ノズル１０８の温度は、処理室１００の温度と同等の温度となっている。このことから、シリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）と炭素含有原料ガス（例えば、プロパンガス）がガス供給ノズル１０８内を通過する間にシリコン含有原料ガスおよび炭素含有原料ガスは分解してしまうことになる。この結果、ガス供給ノズル１０８内でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスが分解すると、ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成される。ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成されると、生成された炭化珪素（ＳｉＣ）がガス供給ノズル１０８の内壁に堆積し、ガス供給ノズル１０８に設けられているガス供給口１０８ａを閉塞させることになる。このようにして、ガス供給口１０８ａが閉塞すると、半導体基板ＷＦ上へ届く原料ガスの濃度の低下や変動を引き起こし、複数の半導体基板ＷＦ上に均一な炭化珪素エピタキシャル膜を形成することが困難になる問題点が生じる。
【００２５】
このような炭化珪素（ＳｉＣ）によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するため、第１成膜装置では、シリコン含有原料ガスおよび炭素含有原料ガスなどの原料ガスと同時に、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを原料ガスと同時に流すことが行なわれている。すなわち、原料ガスと同時に塩化水素（ＨＣｌ）ガスのようなエッチングガスを導入することにより、ガス供給ノズル１０８の内壁に炭化珪素が堆積しにくくなり、炭化珪素の堆積によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制することができる。ところが、気相中で炭化珪素を生成させないようにするためには、多量の塩化水素（ＨＣｌ）ガスを原料ガスに添加する必要がある。この結果、例えば、ガス供給口１０８ａの閉塞を抑制できる程度の塩化水素（ＨＣｌ）ガスをガス供給ノズル１０８に供給した場合、ガス供給口１０８ａから処理室１００内へ射出された多量の塩化水素（ＨＣｌ）ガスによって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまう問題点が発生する。
【００２６】
このような本発明者が検討した第１成膜装置の問題点は、シリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）と炭素含有原料ガス（例えば、プロパンガス）を混合して、１つのガス供給ノズル１０８から半導体基板ＷＦへ供給している点にあると考えられる。すなわち、１つのガス供給ノズル１０８からシリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）と炭素含有原料ガス（例えば、プロパンガス）を混合して供給していることから、処理室１００と同じ温度になるガス供給ノズル１０８内でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスがそれぞれ分解し、ガス供給ノズル１０８内で炭化珪素が生成されてしまうと考えられる。この結果、ガス供給ノズル１０８に設けられたガス供給口１０８ａが生成された炭化珪素によって閉塞すると考えられる。
【００２７】
そこで、本発明者が検討した第２成膜装置の構成として、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを別々のガス供給ノズルで供給し、半導体基板の近傍でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させる構成が考えられる。この場合、ガス供給ノズル内ではシリコン含有原料ガスが分解してシリコン（Ｓｉ）の生成は生じるが、炭素含有原料ガスがないために、シリコン含有原料ガスを供給するガス供給ノズル内での炭化珪素の生成は起こらない。したがって、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスのように塩素（Ｃｌ）を含むシリコン含有原料ガスや、シリコン原料と、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを少量同時に流すことにより、生成されるシリコン（Ｓｉ）を容易に二塩化珪素（ＳｉＣｌ２）としてエッチングすることができ、この結果、ガス供給口の閉塞や処理室内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下を抑制できると考えられる。
【００２８】
具体的に、第２成膜装置の構成について、第１成膜装置の構成と異なる点について説明する。図２は、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を半導体基板上に成膜する本発明者が検討した第２成膜装置の主要構成を示す模式図である。図２において、ボート１８に収納された複数の半導体基板ＷＦと相対する位置にガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９が配置されており、このガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９のそれぞれには、複数のガス供給口１０８ａや複数のガス供給口１０９ａが形成されている。これらのガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａは、複数の半導体基板ＷＦと相対する位置に設けられている。
【００２９】
このように構成されたガス供給ノズル１０８は、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、および、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源と接続されている。一方、ガス供給ノズル１０９は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１４と接続されており、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、および、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００３０】
このように図２に示す第２成膜装置では、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを別々のガス供給ノズル１０８、１０９で供給し、半導体基板の近傍でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させている。この場合、ガス供給ノズル１０８内ではシリコン含有原料ガスが分解してシリコン（Ｓｉ）の生成は生じるが、炭素含有原料ガスがないために、シリコン含有原料ガスを供給するガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成は起こらない。したがって、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスのように塩素（Ｃｌ）を含むシリコン含有原料ガスや、シリコン原料と、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを少量同時に流すことにより、生成されるシリコン（Ｓｉ）を容易に二塩化珪素（ＳｉＣｌ２）としてエッチングすることができ、この結果、ガス供給口１０８ａの閉塞や処理室１００内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下を抑制できる。
【００３１】
ところが、一般的に、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜工程では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が膜質に大きな影響を及ぼすことが知られている。したがって、上述した第２成膜装置のように、別々のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスを半導体基板上で均一に混合させるためには、それぞれのガス供給口から半導体基板までの間にシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させるための混合距離が必要となる。しかし、上述した第２成膜装置のような構成では、それぞれのガス供給ノズルと、半導体基板との間の距離が比較的近いため、半導体基板のサイズによっては、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスの混合距離を充分に取れない場合や、原料ガスが均一に混合しないまま炭化珪素エピタキシャル膜の成膜が行なわれてしまう場合が生じる。このような場合では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が均一にならない結果、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性が劣化してしまう問題点が発生する。
【００３２】
以上のことから、本発明者が検討した第１成膜装置では、主に、ガス供給口の閉塞や処理室内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下が問題点として顕在化する一方、本発明者が検討した第２成膜装置では、主に、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性が劣化してしまう問題点が顕在化する。つまり、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を半導体基板上に成膜する本発明者が検討した成膜装置（第１成膜装置や第２成膜装置）では、成膜速度の低下を抑制しつつガス供給口の閉塞を防止することと、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性を向上させることを同時に実現できていない状態にある。
【００３３】
そこで、本実施の形態における基板処理装置では、例えば、ガス供給ノズルの温度が原料ガスの分解温度を超えるような装置構成で炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する際、成膜速度の低下を抑制しつつ、ガス供給口の閉塞を抑制できるとともに、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性を向上させることができる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態における基板処理装置について説明する。
【００３４】
＜本実施の形態における基板処理装置の外観構成＞
まず、本実施の形態における基板処理装置の外観構成について図面を参照しながら説明する。本実施の形態における基板処理装置は、例えば、半導体基板（半導体ウェハ）上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置である。
【００３５】
図３は、本実施の形態における基板処理装置１の外観構成を示す斜視図である。図３において、本実施の形態における基板処理装置１は、バッチ式縦型成膜装置であり、主要部が配置される筐体１０を有している。基板処理装置１では、例えば、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから形成される半導体基板（半導体ウェハ）を収納するポッド（フープ）１１がウェハキャリアとして使用される。筐体１０の正面側には、ポッドステージ１２が配置されており、このポッドステージ１２によってポッド１１が搬送される。ポッド１１には、例えば、２５枚の半導体基板が収納されており、ポッド１１は、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１２にセットされる。
【００３６】
筐体１０内の正面であって、ポッドステージ１２に対向する位置には、ポッド搬送装置１３が配置されている。そして、このポッド搬送装置１３の近傍には、ポッド収納棚１４、ポッドオープナ１５、および、基板枚数検知器１６が配置されている。ポッド収納棚１４は、ポッドオープナ１５の上方に配置され、ポッド１１を複数個載置した状態で保持することができるように構成されている。基板枚数検知器１６は、ポッドオープナ１５に隣接して配置され、ポッド搬送装置１３は、ポッドステージ１２とポッド収納棚１４とポッドオープナ１５の間でポッド１１を搬送するように構成されている。ポッドオープナ１５は、ポッド１１の蓋を開ける機能を有しており、基板枚数検知器１６は、蓋を開けられたポッド１１内に収納されている半導体基板の枚数を検知できるようになっている。
【００３７】
筐体１０内には、さらに、基板移載器１７と、基板保持具としてのボート１８が配置されている。基板移載器１７は、アーム（ツイーザ）１９を有し、図示しない駆動手段により、昇降可能、かつ、回転可能なように構成されている。そして、アーム１９は、例えば、５枚の半導体基板を取り出すことができるように構成されており、このアーム１９を動かすことにより、基板移載器１７は、ポッドオープナ１５の位置に置かれたポッド１１とボート１８の間で半導体基板を搬送することができるようになっている。
【００３８】
ボート１８は、例えば、カーボングラファイトや炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性材料から構成されており、複数枚の半導体基板を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて保持するように構成されている。このボート１８の下部には、例えば、石英や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成された円盤状の断熱部材としてボート断熱部（図示せず）が配置されており、このボート断熱部は、ボート１８に加わっている熱がボート１８の下側にまで伝わりにくくするために設けられている。
【００３９】
そして、筐体１０の背面側上部には、処理炉２０が配置されている。この処理炉２０は、内部に複数の半導体基板を収納したボート１８を搬入できるように構成されており、処理炉２０内において、ボート１８に搭載されている半導体基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するようになっている。
【００４０】
＜本実施の形態における処理炉の構成＞
続いて、本実施の形態における処理炉の構成について図面を参照しながら説明する。図４は本実施の形態における処理炉２０の構成を示す模式図である。
【００４１】
処理炉２０は、円筒形の処理室１００を形成する反応管１０１を備えている。この反応管１０１は、石英、または、ＳｉＣなどの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状をしている。このように形成されている反応管１０１の内部に処理室１００が存在し、この処理室１００の内部にボート１８が搬入されている。ボート１８は、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成された複数の半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦを水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて収納するように構成されている。つまり、処理室１００の内部には、ボート１８に収納された複数枚の半導体基板ＷＦが配置されることになる。
【００４２】
次に、反応管１０１の下方には、同心円状のマニホールド１０２が配設されている。このマニホールド１０２は、例えば、ステンレスなどからなり、上端および下端が開口した円筒形状をしている。マニホールド１０２は、反応管１０１を支持するために設けられているものである。なお、マニホールド１０２と反応管１０１との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。マニホールド１０２が図示しない保持体に支持されることにより、反応管１０１は垂直に据え付けられた状態となっている。反応管１０１とマニホールド１０２により、反応容器が形成されることになる。
【００４３】
処理炉２０の下方には、処理炉２０の下端開口部を気密封止するための炉口蓋体としてシールキャップ１１８が設けられている。このシールキャップ１１８は、例えば、ステンレスなどの金属から構成されており、円盤状の形状をしている。シールキャップ１１８の上面には、処理炉２０の下端と当接するシール材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シールキャップ１１８には、回転機構１１９が設けられており、この回転機構１１９の回転軸はシールキャップ１１８を貫通してボート１８に接続されている。これにより、回転機構１１９は、回転軸を介してボート１８を回転させることで、ボート１８に搭載されている半導体基板ＷＦを回転するようになっている。
【００４４】
さらに、処理炉２０は、加熱される被加熱体（被誘導体）１０３および電磁場発生部としての誘導コイル１０４を備えている。被加熱体１０３は、処理室１００内に配設され、反応管１０１の外側に設けられた誘導コイル１０４により発生する電磁場で誘導加熱されるようになっており、この被加熱体１０３が発熱することにより、処理室１００の内部が加熱されるように構成されている。
【００４５】
被加熱体１０３の近傍には、処理室１００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。上述した誘導コイル１０４と温度センサは、後述する温度制御部と電気的に接続されている。この温度制御部は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、誘導コイル１０４への通電具合を調節することで、処理室１００内の温度が所望の温度分布となるように制御するようになっている。
【００４６】
そして、反応管１０１と被加熱体１０３の間には、例えば、誘導加熱されにくいカーボンフェルトなどで構成された断熱材１０５が設けられている。この断熱材１０５を設けることにより、被加熱体１０３で発生した熱が反応管１０１あるいは反応管１０１の外側へ伝達することを抑制できる。
【００４７】
また、誘導コイル１０４の外側には、処理室１００内の熱が外部に伝達することを抑制するために、例えば、水冷構造から構成される断熱壁１０６が反応管１０１を囲むように設けられている。そして、断熱壁１０６の外側には、誘導コイル１０４により発生した電磁場が外部に漏れ出ることを防止する電磁気シールド材１０７が設けられている。
【００４８】
続いて、ボート１８に収納された複数の半導体基板ＷＦと相対する位置にガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９が配置されており、このガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９のそれぞれには、複数のガス供給口１０８ａや複数のガス供給口１０９ａが形成されている。これらのガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａは、複数の半導体基板ＷＦと相対する位置に設けられている。
【００４９】
このように構成されたガス供給ノズル１０８は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１０と接続されており、このガス供給ライン１１０には、複数の配管１１１ａ〜１１１ｄが接続されている。さらに、配管１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれには、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）が設けられているとともに、配管１１１ａ〜１１１ｄ内を流れるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１１ａ〜１１１ｄは、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）とマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００５０】
具体的に、配管１１１ａは、バルブ１１２ａおよびマスフローコントローラ１１３ａを介して、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源と接続されており、配管１１１ｂは、バルブ１１２ｂおよびマスフローコントローラ１１３ｂを介して、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源と接続されている。同様に、配管１１１ｃは、バルブ１１２ｃおよびマスフローコントローラ１１３ｃを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続されており、配管１１１ｄは、バルブ１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ｄを介して、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源と接続されている。
【００５１】
上述した構成により、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄは、後述するガス流量制御部と電気的に接続されており、このガス流量制御部は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄを制御するようになっている。このようにして、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源、バルブ１１２ａ〜１１２ｄ、マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ、配管１１１ａ〜１１１ｄ、ガス供給ライン１１０、ガス供給口１０８ａを備えるガス供給ノズル１０８によって、第１のガス供給系が構成されることになる。
【００５２】
なお、第１のガス供給系では、塩素原子含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、塩素（Ｃｌ２）ガスを使用してもよい。また、第１のガス供給系では、シリコン原子含有ガスとして、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを使用してもよい。さらに、第１のガス供給系では、炭素原子含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスやアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを使用してもよい。また、第１のガス供給系では、キャリアガスとして、希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、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）ガスなどの不活性ガスを使用してもよい。
【００５３】
一方、ガス供給ノズル１０９は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１４と接続されており、このガス供給ライン１１４には、複数の配管１１５ａ〜１１５ｂと接続されている。さらに、配管１１５ａ〜１１５ｂのそれぞれには、バルブ（バルブ１１６ａ〜１１６ｂ）が設けられているとともに、配管１１５ａ〜１１５ｂ内を流れるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１５ａ〜１１５ｂは、バルブ（バルブ１１６ａ〜１１６ｂ）とマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００５４】
具体的に、配管１１５ａは、バルブ１１６ａおよびマスフローコントローラ１１７ａを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続されており、配管１１５ｂは、バルブ１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ｂを介して、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００５５】
上述した構成により、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、水素（Ｈ２）ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂは、後述するガス流量制御部と電気的に接続されており、このガス流量制御部は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂを制御するようになっている。このようにして、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、水素（Ｈ２）ガス供給源、バルブ１１６ａ〜１１６ｂ、マスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂ、配管１１５ａ〜１１５ｂ、ガス供給ライン１１４、ガス供給口１０９ａを備えるガス供給ノズル１０９によって、第２のガス供給系が構成されることになる。
【００５６】
なお、第２のガス供給系では、炭素原子含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスやアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを使用してもよい。
【００５７】
次に、マニホールド１０２には、ガス排気管１２０が設けられている。このガス排気管１２０の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサおよび圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１２１を介して、真空ポンプなどから構成される真空排気装置１２２が接続されている。この圧力センサおよびＡＰＣバルブ１２１には、後述する圧力制御部が電気的に接続されている。圧力制御部は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ１２１の開閉度を調節し、処理室１００内の圧力が所定圧力となるように制御するようになっている。
【００５８】
続いて、ボート１８に搭載する半導体基板ＷＦの保持形態について説明する。図５は、半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦをウェハホルダＷＨ１とウェハホルダＷＨ２で保持している状態を示す断面図である。図５に示すように、本実施の形態では、円盤状の半導体基板ＷＦの両端をリング状のウェハホルダＷＨ１で保持している。そして、半導体基板ＷＦの上面側を覆うように、半導体基板ＷＦ上にウェハホルダＷＨ２が配置されている。つまり、本実施の形態では、半導体基板ＷＦをウェハホルダＷＨ１とウェハホルダＷＨ２によって保持するように構成している。具体的には、リング状のウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦの両端を保持しながら、半導体基板ＷＦの下面を露出させるようにしている。一方、半導体基板ＷＦの上面はウェハホルダＷＨ２により覆われるようになっている。
【００５９】
すなわち、リング状のウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦの両端を保持することにより、半導体基板ＷＦの下面を露出しながら、半導体基板ＷＦを保持することができる。本実施の形態では、露出させている半導体基板ＷＦの下面を原料ガスにさらすことにより、半導体基板ＷＦの下面に炭化珪素エピタキシャル膜を成長させるようになっているのである。このように本実施の形態では、半導体基板ＷＦの下面が成膜面になるようにウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦを保持している。これは、半導体基板ＷＦの上面を成膜面とすると、原料ガスが反応して生成された反応生成物が、半導体基板ＷＦの上面上に降り積もって異物として半導体基板ＷＦに付着するからである。つまり、半導体基板ＷＦの上面を露出するように半導体基板ＷＦを保持すると、半導体基板ＷＦの上面上に炭化珪素エピタキシャル膜は成膜されるとともに、半導体基板ＷＦの上方で生成された反応生成物が半導体基板ＷＦの上面上に降り積もるため、膜質の良好な炭化珪素エピタキシャル膜が形成されにくくなるからである。したがって、本実施の形態では、半導体基板ＷＦの下面が成膜面になるようにウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦを保持するとともに、半導体基板ＷＦの上面をウェハホルダＷＨ２で覆うように構成することにより、半導体基板ＷＦに反応生成物からなる異物が付着しないようにしているのである。以上のように、複数の半導体基板ＷＦのそれぞれは、図５に示すように、ウェハホルダＷＨ１とウェハホルダＷＨ２で下面が露出するように保持された状態で、ボート１８に搭載される。
【００６０】
＜本実施の形態の特徴＞
本実施の形態における処理炉２０は上記のように構成されており、以下に、その特徴的構成について図４を参照しながら説明する。本実施の形態の特徴は、原料ガスを供給する供給ラインに工夫を設けている点にある。具体的に、本実施の形態では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している点にある。これにより、本実施の形態における基板処理装置では、例えば、ガス供給ノズルの温度が原料ガスの分解温度を超えるような装置構成で炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する際、成膜速度の低下を抑制しつつ、ガス供給口の閉塞を抑制できるとともに、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性を向上させることができる顕著な効果を得ることができるのである。以下に、この理由について、本実施の形態における基板処理装置と、本発明者が検討した第１成膜装置や第２成膜装置と比較しながら説明する。
【００６１】
まず、本実施の形態における基板処理装置の構成と、本発明者が検討した第１成膜装置の構成を比較しながら、本実施の形態における基板処理装置の利点について説明する。
【００６２】
例えば、図１に示す本発明者が検討した第１成膜装置では、１つのガス供給系だけが存在し、この１つのガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスおよび水素（Ｈ２）ガスのすべてのガスが混合ガスとして供給されている。このとき、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスは、炭化珪素エピタキシャル膜を構成するシリコン（Ｓｉ）を供給するためのシリコン含有原料ガスであり、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスは、炭化珪素エピタキシャル膜を構成する炭素（Ｃ）を供給するための炭素含有原料ガスである。また、塩化水素（ＨＣｌ）ガスは、ガス供給ノズル１０８に炭化珪素が堆積することを抑制するためのエッチングガスである。さらに、水素（Ｈ２）ガスは、水素還元によってシリコン含有原料ガスの分解を促進する還元ガスであり、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なガスである。また、アルゴン（Ａｒ）ガスは、キャリアガスとして機能する。
【００６３】
このように構成されている本発明者が検討した第１成膜装置では、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスとを混合してガス供給ノズル１０８から処理室１００内へ供給しているので、ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成される。ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成されると、生成された炭化珪素（ＳｉＣ）がガス供給ノズル１０８の内壁に堆積し、ガス供給ノズル１０８に設けられているガス供給口１０８ａを閉塞させることになる。そこで、炭化珪素（ＳｉＣ）によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するため、第１成膜装置では、シリコン原料および炭素原料などの原料ガスと同時に、塩化水素（ＨＣｌ）のような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを原料ガスと同時に流している。すなわち、原料ガスと同時に塩化水素（ＨＣｌ）のようなエッチングガスを導入することにより、ガス供給ノズル１０８の内壁に炭化珪素が堆積しにくくなり、炭化珪素の堆積によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制することができる。ところが、気相中で炭化珪素を生成させないようにするためには、多量の塩化水素（ＨＣｌ）を原料ガスに添加する必要がある。この結果、例えば、ガス供給口１０８ａの閉塞を抑制できる程度の塩化水素（ＨＣｌ）をガス供給ノズル１０８に供給した場合、ガス供給口１０８ａから処理室１００内へ射出された多量の塩化水素（ＨＣｌ）によって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまう問題点が発生する。
【００６４】
これに対し、本実施の形態における基板処理装置では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。このように本実施の形態でも、第１のガス供給系から四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスとを混合して供給しているため、ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成されると考えられる。
【００６５】
しかし、本実施の形態における基板処理装置では、第１のガス供給系から供給するプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量は、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な供給量のすべてではなく、その一部だけを供給している点がポイントである。
【００６６】
本発明者が検討した第１成膜装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なすべてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとともに同じガス供給ノズル１０８から供給する構成をしている。このため、ガス供給ノズル１０８内でも多量の炭化珪素が堆積しやすく、ガス供給ノズル１０８内で生成される炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するためには、多量の塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給する必要がある。
【００６７】
一方、本実施の形態における基板処理装置では、第１のガス供給系から供給するプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量は、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な供給量のすべてではなく、その一部だけを供給し、第２のガス供給系から炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを供給するようにしている。すなわち、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとともに同じガス供給ノズル１０８から供給されるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量は、本発明者が検討した第１成膜装置と比べて大幅に削減される。したがって、本実施の形態によれば、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスと一緒に供給されるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量が削減されるので、ガス供給ノズル１０８内に生成される炭化珪素の絶対量を抑制できる。このことは、生成された炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できることを意味する。この結果、本実施の形態によれば塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できるので、塩化水素（ＨＣｌ）ガスによって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまうことを抑制できるのである。
【００６８】
さらに、本実施の形態では、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを供給する第１のガス供給系と、水素（Ｈ２）ガスを供給する第２のガス供給系とを分けている点にも特徴がある。水素（Ｈ２）ガスは、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）を水素還元して分解させる機能を有するガスである。この水素（Ｈ２）ガスは、処理室１００内に導入されたシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）を分解して、炭化珪素エピタキシャル膜を成膜させるために必要なガスである。すなわち、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）は、処理室１００内で一部は熱分解するが、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜を促進させるために、さらに、水素（Ｈ２）ガスによる水素還元作用によって、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解を促進させることが必要である。したがって、水素（Ｈ２）ガスは、炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するために必要なガスであるといえる。
【００６９】
しかし、本発明者が検討した第１成膜装置のように、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と水素（Ｈ２）ガスとを同じガス供給ノズル１０８で供給する場合、ガス供給ノズル１０８内で、水素還元によるシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解が生じ、ガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成を助長させることになる。この結果、本発明者が検討した第１成膜装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なすべてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを供給する点と、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と水素（Ｈ２）ガスとを同じガス供給ノズル１０８で供給する点との相乗効果によって、ガス供給ノズル１０８内に生成される炭化珪素の絶対量が増大し、それに伴って、生成された炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量も必然的に多くなる。これによって、本発明者が検討した第１成膜装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまう。
【００７０】
これに対し、本実施の形態では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）を供給する第１のガス供給系と、水素（Ｈ２）ガスを供給する第２のガス供給系とを分けている。これにより、ガス供給ノズル１０８内で、水素還元によるシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解を防止することができ、ガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成を抑制することができる。この結果、本実施の形態における基板処理装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なすべてではなく、その一部だけのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスをシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）とともに供給する点と、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と水素（Ｈ２）ガスとを別々のガス供給ノズル（ガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９）で供給する点との相乗効果によって、ガス供給ノズル１０８内に生成される炭化珪素の絶対量を大幅に削減することができる。これにより、生成された炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量も大幅に減少する。この結果、本実施の形態における基板処理装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまうことを抑制できる。
【００７１】
次に、本実施の形態における基板処理装置の構成と、本発明者が検討した第２成膜装置の構成を比較しながら、本実施の形態における基板処理装置の利点について説明する。
【００７２】
例えば、図２に示す本発明者が検討した第２成膜装置では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを別々のガス供給ノズル１０８、１０９で供給し、半導体基板の近傍でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させている。この場合、ガス供給ノズル１０８内ではシリコン含有原料ガスが分解してシリコン（Ｓｉ）の生成は生じるが、炭素含有原料ガスがないために、シリコン含有原料ガスを供給するガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成は起こらない。したがって、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）のように塩素（Ｃｌ）を含むシリコン含有原料ガスや、シリコン含有原料ガスと、塩化水素（ＨＣｌ）のような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを少量同時に流すことにより、生成されるシリコン（Ｓｉ）を容易に二塩化珪素（ＳｉＣｌ２）としてエッチングすることができ、この結果、ガス供給口１０８ａの閉塞や処理室１００内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下を抑制できる。
【００７３】
ところが、一般的に、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜工程では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が膜質に大きな影響を及ぼすことが知られている。したがって、上述した第２成膜装置のように、別々のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスを半導体基板上で均一に混合させるためには、それぞれのガス供給口から半導体基板までの間にシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させるための混合距離が必要となる。しかし、上述した第２成膜装置のような構成では、それぞれのガス供給ノズルと、半導体基板との間の距離が比較的近いため、半導体基板のサイズによっては、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスの混合距離を充分に取れない場合や、原料ガスが均一に混合しないまま炭化珪素エピタキシャル膜の成膜が行なわれてしまう場合が生じる。このような場合では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が均一にならない結果、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性が劣化してしまう。
【００７４】
これに対し、本実施の形態における基板処理装置では、図４に示すように、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。このように本実施の形態における基板処理装置では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを完全に分離して供給するものではなく、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）のうち、一部の炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）を、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）とともに第１のガス供給系から供給している。これにより、本実施の形態における基板処理装置では、第１のガス供給系からシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、一部の炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを混合して半導体基板上に供給することができるため、完全にシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを分離して供給する本発明者が検討した第２成膜装置に比べて、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比の均一性を改善することができる。この結果、本実施の形態における基板処理装置によれば、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の劣化を抑制することができる。
【００７５】
以上のように本実施の形態における基板処理装置の特徴は、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜を行なう際、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な炭素含有原料ガスを、（１）シリコン含有原料ガスと混合して供給する第１ノズルと、（２）この第１ノズルとは異なる別の第２ノズルとに分けて供給する点にある。これにより、第１ノズル内で生成される炭化珪素によるガス供給口の閉塞を成膜速度の低下を抑制しながら防止でき、かつ、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の確保を両立できる顕著な効果を得ることができる。
【００７６】
特に、第１ノズル内で生成される炭化珪素によるガス供給口の閉塞を成膜速度の低下を抑制しながら防止することを優先させる観点からは、第１ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量を、第２ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量よりも少なくすることが望ましい。一方、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の確保を優先させる観点からは、第１ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量を、第２ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量よりも多くすることが望ましい。ただし、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の確保を優先させる観点でも、第２ノズルの本数を増加させたり、第２ノズルに設けられているガス供給口の数や形状を変更することにより、第１ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量と第２ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量にかかわらず、目的を達成することもできると考えられる。
【００７７】
例えば、図６は、第１ノズルと第２ノズルの配置例を示す模式図である。図６は、処理室１００を上部から見た断面図であり、理解を容易とするために、必要な部材のみを記載している。図６に示すように、シリコン含有原料ガスと成膜に必要な炭素含有原料ガスの一部を混合して供給する第１ノズルＦＮと、残りの炭素含有原料ガスを供給する第２ノズルＳＮとが交互に配置される。このように、第１ノズルＦＮと第２ノズルＳＮとを交互に配置することにより、第１ノズルＦＮから供給されるシリコン含有原料ガスと、第２ノズルＳＮから供給される炭素含有原料ガスの残りとの混合を促進させることができる。特に、第１ノズルＦＮと第２ノズルＳＮとを合わせた本数は、例えば、３本、５本、７本などのように奇数本とすることが望ましい。第１ノズルＦＮと第２ノズルＳＮとを合わせた本数を奇数本とすることにより、中心の第２ノズルＳＮを中心に成膜ガスの供給を左右対称とすることができ、この結果、半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦに成膜される炭化珪素エピタキシャル膜の均一性を向上させることができるからである。
【００７８】
なお、図６では、残りの炭素含有原料ガスを供給する第２ノズルＳＮを中央および両端に配置し、シリコン含有原料ガスと成膜に必要な炭素含有原料ガスの一部を混合して供給する第１ノズルＦＮを第２ノズルＳＮの間に配置しているが、第１ノズルＦＮを中央および両端に配置し、第２ノズルＳＮを第１ノズルＦＮの間に配置するように構成してもよい。
【００７９】
ここで、第２ノズルＳＮを中央および両端に配置し、第１ノズルＦＮを第２ノズルＳＮの間に配置することが望ましい。このように第１ノズルＦＮおよび第２ノズルＳＮを配置することにより、第２ノズルＳＮから炭素含有原料ガスの残りとともに大量に供給される水素ガスの流量比（中央／両端）を調整することにより、半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦ上のガスの流れをコントロールすることができ、面内膜厚の制御が容易となるからである。
【００８０】
＜本実施の形態における処理炉周辺の構成＞
続いて、本実施の形態における処理炉周辺の構成について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施の形態における処理炉周辺の構成を示す図である。図７において、処理炉２０の下方には、処理炉２０の下端開口部を気密封止するための炉口蓋体としてシールキャップ１１８が設けられている。このシールキャップ１１８は、例えば、ステンレスなどの金属から構成されており、円盤状の形状をしている。シールキャップ１１８の上面には、処理炉２０の下端と当接するシール材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シールキャップ１１８には、回転機構１１９が設けられており、この回転機構１１９の回転軸１３０はシールキャップ１１８を貫通してボート１８に接続されている。これにより、回転機構１１９は、回転軸１３０を介してボート１８を回転させることで、ボート１８に搭載されている半導体基板ＷＦを回転するようになっている。
【００８１】
また、シールキャップ１１８は、処理炉２０の外側に設けられた昇降機構によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによって、シールキャップ１１８上に搭載されたボート１８を処理炉２０に対して搬入あるいは搬出することができるようになっている。上述した回転機構１１９および昇降機構を動作させる昇降モータ１３１は、後述する駆動制御部と電気的に接続されており、駆動制御部は、回転機構１１９や昇降モータ１３１が所定動作をするように制御する。
【００８２】
次に、予備室としてのロードロック室１３２の外面に下基板１３３が設けられている。この下基板１３３には、昇降台１３４とスライド自在になっているガイドシャフト１３５および昇降台１３４と螺合するボール螺子１３６が設けられている。そして、下基板１３３に立設したガイドシャフト１３５およびボール螺子１３６の上端には、上基板１３７が設けられている。ボール螺子１３６は、上基板１３７に設けられた昇降モータ１３１によって回転され、ボール螺子１３６が回転することにより、昇降台１３４が昇降するようになっている。
【００８３】
昇降台１３４には中空の昇降シャフト１３８が垂設され、昇降台１３４と昇降シャフト１３８の連結部は気密となっており、この昇降シャフト１３８は昇降台１３４とともに昇降するように構成されている。昇降シャフト１３８は、ロードロック室１３２の天板１３９を遊貫し、昇降シャフト１３８が貫通する天板１３９の貫通孔は、昇降シャフト１３８が天板１３９と接触することがないように充分な隙間が形成されている。
【００８４】
ロードロック室１３２と昇降台１３４との間には、昇降シャフト１３８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１４０が設けられており、このベローズ１４０によりロードロック室１３２が気密に保たれるようになっている。このとき、ベローズ１４０は、昇降台１３４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ１４０の内径は、昇降シャフト１３８の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際にベローズ１４０と昇降シャフト１３８が接触することがないように構成されている。
【００８５】
昇降シャフト１３８の下端には、昇降基板１４１が水平に固着され、この昇降基板１４１の下面にはＯリングなどのシール部材を介して駆動部カバー１４２が気密に取り付けられている。昇降基板１４１と駆動部カバー１４２により駆動部収納ケース１４３が構成され、この構成により、駆動部収納ケース１４３の内部は、ロードロック室１３２内の雰囲気と隔離される。
【００８６】
駆動部収納ケース１４３の内部には、ボート１８の回転機構１１９が設けられており、この回転機構１１９の周辺は、冷却機構１４４によって冷却されるようになっている。
【００８７】
続いて、電力ケーブル１４５は、昇降シャフト１３８の上端から中空部を通り、回転機構１１９に導かれて接続されている。また、冷却機構１４４およびシールキャップ１１８には、冷却水流路１４６が形成されている。さらに、冷却水配管１４７が昇降シャフト１３８の上端から中空部を通り、冷却水流路１４６に導かれて接続されている。
【００８８】
このように構成されている処理炉周辺構造において、昇降モータ１３１が駆動されて、ボール螺子１３６が回転することにより、昇降台１３４および昇降シャフト１３８を介して駆動部収納ケース１４３を昇降させる。そして、例えば、駆動部収納ケース１４３が上昇することにより、昇降基板１４１に気密に設けられているシールキャップ１１８が処理炉２０の開口部である炉口１４８を閉塞し、ボート１８に搭載された半導体基板ＷＦの成膜処理が可能な状態となる。一方、例えば、駆動部収納ケース１４３が下降することにより、シールキャップ１１８とともにボート１８が下降し、ボート１８に搭載されている半導体基板ＷＦを外部に搬出できる状態となる。
【００８９】
＜本実施の形態における基板処理装置の制御部の構成＞
次に、本実施の形態における基板処理装置の制御部の構成について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施の形態における基板処理装置を制御するコントローラ２００の構成を示すブロック図である。図８において、本実施の形態におけるコントローラ２００は、主制御部２０１、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を有している。そして、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５と電気的に接続されており、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を制御するように構成されている。
【００９０】
温度制御部２０２は、例えば、図４に示す誘導コイル１０４や図示しない温度センサと電気的に接続されている。そして、温度制御部２０２は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、誘導コイル１０４への通電具合を調節することで、処理室１００内の温度が所望の温度分布となるように制御するように構成されている。
【００９１】
ガス流量制御部２０３は、例えば、図４に示すバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄと電気的に接続されており、ガス流量制御部２０３は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄを制御するように構成されている。同様に、ガス流量制御部２０３は、バルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂと電気的に接続されており、このガス流量制御部２０３は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂも制御するように構成されている。
【００９２】
圧力制御部２０４は、例えば、図示しない圧力センサおよび図４に示すＡＰＣバルブ１２１と電気的に接続されている。そして、この圧力制御部２０４は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ１２１の開閉度を調節し、処理室１００内の圧力が所定圧力となるように制御するように構成されている。
【００９３】
駆動制御部２０５は、例えば、図７に示す回転機構１１９および昇降機構を動作させる昇降モータ１３１と電気的に接続されており、この駆動制御部２０５は、回転機構１１９や昇降モータ１３１が所定動作をするように制御している。
【００９４】
以上のようにして、本実施の形態における基板処理装置がコントローラ２００によって制御される。以下では、このコントローラ２００による制御のもと、本実施の形態における基板処理装置によって、半導体基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する方法について説明する。
【００９５】
＜本実施の形態における基板処理装置を使用した半導体装置の製造方法＞
本実施の形態における基板処理装置を使用して、例えば、シリコン（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板上に、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、以下の説明におおいて、本実施の形態における基板処理装置を構成する各部の動作は、図８に示すコントローラ２００によって制御される。
【００９６】
まず、図３に示すように、ポッドステージ１２に複数枚の半導体基板（半導体ウェハ）を収納したポッド１１がセットされると、ポッド搬送装置１３によって、ポッド１１をポッドステージ１２からポッド収納棚１４へ搬送して、ポッド１１をポッド収納棚１４にストックする。次に、ポッド搬送装置１３により、ポッド収納棚１４にストックされたポッド１１をポッドオープナ１５に搬送してセットする。そして、ポッドオープナ１５により、ポッド１１の蓋を開き、基板枚数検知器１６により、ポッド１１に収納されている半導体基板の枚数を検知する。その後、基板移載器１７により、ポッドオープナ１５の位置にあるポッド１１から半導体基板を取り出し、取り出した半導体基板をボート１８に搭載する。
【００９７】
複数枚の半導体基板がボート１８に装填されると、図７に示すように、半導体基板を保持したボート１８は、昇降モータ１３１による昇降台１３４および昇降シャフト１３８の昇降動作により、処理炉２０内に搬入（ボートローディング）される。この状態において、シールキャップ１１８は、Ｏリング（図示せず）を介してマニホールド１０２（図４参照）の下端をシールした状態となる。
【００９８】
ボート１８を処理炉２０内に搬入した後、図４に示すように、処理室１００内が所定圧力（真空度）となるように、処理室１００内の雰囲気が真空排気装置１２２によって排気される。このとき、処理室１００内の圧力は、圧力センサ（図示せず）によって測定され、測定された圧力に基づいて、ガス排気管１２０に連通するＡＰＣバルブ１２１がフィードバック制御される。また、誘導コイル１０４に電流を流すことにより、被加熱体（被誘導体）１０３を誘導加熱して、半導体基板および処理室１００内の温度が所定温度となるように誘導コイル１０４に流す電流を制御する。このとき、処理室１００内が所定の温度分布となるように、温度センサ（図示せず）が検出した温度情報に基づいて、誘導コイル１０４へ流す電流の電流量を調整する（フィードバック制御）。続いて、回転機構１１９によってボート１８を回転することで、半導体基板が回転軸を中心として回転する。
【００９９】
次に、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源のそれぞれから、アルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部、および、塩化水素（ＨＣｌ）ガスが供給される。それぞれのガス供給源から供給されたガスは、所定の流量となるように対応するマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄの開閉度が調整された後、バルブ１１２ａ〜１１２ｄが開かれ、それぞれのガスは、それぞれ、配管１１１ａ〜１１１ｄを介してガス供給ライン１１０に流通し、さらに、ガス供給ノズル１０８を通って、ガス供給口１０８ａから処理室１００内へ導入される。
【０１００】
また、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、水素（Ｈ２）ガス供給源のそれぞれから、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの残り、および、水素（Ｈ２）ガスが供給される。それぞれのガス供給源から供給されたガスは、所定の流量となるように対応するマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂの開閉度が調整された後、バルブ１１６ａ〜１１６ｂが開かれ、それぞれのガスは、それぞれ、配管１１５ａ〜１１５ｂを介してガス供給ライン１１４に流通し、さらに、ガス供給ノズル１０９を通って、ガス供給口１０９ａから処理室１００内へ導入される。
【０１０１】
ガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａから供給されたガスは、処理室１００の被加熱体１０３の内側を通り、ガス排気管１２０を通って外部へ排気される。ガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａから供給されたガスは、処理室１００内で分解して化学反応が生じるとともに、処理室１００内を通過する際、ボート１８に搭載された半導体基板の成膜面と接触し、半導体基板の成膜面に炭化珪素エピタキシャル膜が成膜される。
【０１０２】
その後、予め設定された時間が経過すると、上述したガスの供給が停止され、半導体基板上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜処理が終了する。そして、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、処理室１００内の被加熱体１０３の内側の空間が不活性ガスで置換されるとともに、処理室１００内の圧力が常圧（大気圧）に復帰される。
【０１０３】
その後、図７に示すように、昇降モータ１３１によりシールキャップ１１８が下降され、マニホールド１０２（図４参照）の下端が開口される。そして、成膜処理済みの半導体基板がボート１８に保持された状態で、マニホールド１０２（図４参照）の下端から処理炉２０の外部へ搬出（ボートアンローディング）される。次に、ボート１８に保持されている半導体基板が冷えるまで、ボート１８を所定位置で待機させる。待機されているボート１８に保持されている半導体基板が所定温度まで冷却されると、図３に示すように、基板移載器１７によって、ボート１８から半導体基板が取り出される。ボート１８から取り出された半導体基板は、ポッドオープナ１５にセットされている空のポッド１１に搬送されて収納される。その後、半導体基板が収納されたポッド１１は、ポッド搬送装置１３によって、ポッド収納棚１４あるいはポッドステージ１２に搬送される。このようにして、本実施の形態における基板処理装置を使用した成膜処理動作が完了する。
【０１０４】
＜本実施の形態における効果＞
以上のようにして、本実施の形態における技術的思想によれば、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、１つ以上の効果を奏する。
【０１０５】
（１）本実施の形態では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。これにより、本実施の形態における基板処理装置では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と一緒に混合して供給される炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）の供給量を少なくすることができるので、第１のガス供給系内に生成される炭化珪素の絶対量を抑制できる。このことは、生成された炭化珪素によるガス供給口の閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できることを意味する。この結果、本実施の形態によれば塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できるので、塩化水素（ＨＣｌ）ガスによって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまうことを抑制できる。つまり、本実施の形態によれば、例えば、ガス供給ノズルの温度が原料ガスの分解温度を超えるような装置構成で炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する際、成膜速度の低下を抑制しつつ、ガス供給口の閉塞を抑制できる効果を得ることができる。
【０１０６】
（２）さらに、本実施の形態によれば、第１のガス供給系からシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、一部の炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを混合して半導体基板上に供給することができるため、完全にシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを分離して供給する場合に比べて、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比の均一性を改善することができる。この結果、本実施の形態における基板処理装置によれば、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の劣化を抑制することができる。
【０１０７】
（３）また、本実施の形態によれば、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを供給する第１のガス供給系と、還元ガスである水素（Ｈ２）ガスを供給する第２のガス供給系とを分けているので、第１のガス供給系内で、水素還元によるシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解を防止することができ、第１のガス供給系内での炭化珪素の生成を抑制することができる。
【０１０８】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１０９】
本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。
【０１１０】
〔付記１〕
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する反応室と、
該反応室内に設けられた被加熱体と、
前記反応室内に少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子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原子含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給系が前記反応室内に前記第１のガス供給口より少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子含有ガスを供給し、前記第２のガス供給系が前記反応室内に前記第２のガス供給口から少なくとも炭素原子含有ガスを供給して基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するように制御するコントローラと、を備えることを特徴とする基板処理装置。
【０１１１】
〔付記２〕
付記１において、前記第２のガス供給系は、シリコン原子含有ガスを還元する還元ガスをさらに供給し、前記第２のガス供給ノズルは、少なくとも炭素原子含有ガス、及び、前記還元ガスを前記反応室内に供給し、前記第１のガス供給系から前記第１のガス供給ノズルに供給されるガスの中には、前記還元ガスが含まれないことを特徴とする基板処理装置。
【０１１２】
〔付記３〕
付記１又は付記２において、前記第１のガス供給系は、不活性ガスをキャリアガスとして用いることを特徴とする基板処理装置。
【０１１３】
〔付記４〕
付記３において、前記不活性ガスは、アルゴンガスであることを特徴とする基板処理装置。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 基板処理装置
１Ｓ 半導体基板
１０ 筐体
１１ ポッド
１２ ポッドステージ
１３ ポッド搬送装置
１４ ポッド収納棚
１５ ポッドオープナ
１６ 基板枚数検知器
１７ 基板移載器
１８ ボート
１９ アーム
２０ 処理炉
１００ 処理室
１０１ 反応管
１０２ マニホールド
１０３ 被加熱体
１０４ 誘導コイル
１０５ 断熱材
１０６ 断熱壁
１０７ 電磁気シールド材
１０８ ガス供給ノズル
１０８ａ ガス供給口
１０９ ガス供給ノズル
１０９ａ ガス供給口
１１０ ガス供給ライン
１１１ａ 配管
１１１ｂ 配管
１１１ｃ 配管
１１１ｄ 配管
１１１ｅ 配管
１１２ａ バルブ
１１２ｂ バルブ
１１２ｃ バルブ
１１２ｄ バルブ
１１２ｅ バルブ
１１３ａ マスフローコントローラ
１１３ｂ マスフローコントローラ
１１３ｃ マスフローコントローラ
１１３ｄ マスフローコントローラ
１１３ｅ マスフローコントローラ
１１４ ガス供給ライン
１１５ａ 配管
１１５ｂ 配管
１１６ａ バルブ
１１６ｂ バルブ
１１７ａ マスフローコントローラ
１１７ｂ マスフローコントローラ
１１８ シールキャップ
１１９ 回転機構
１２０ ガス排気管
１２１ ＡＰＣバルブ
１２２ 真空排気装置
１３０ 回転軸
１３１ 昇降モータ
１３２ ロードロック室
１３３ 下基板
１３４ 昇降台
１３５ ガイドシャフト
１３６ ボール螺子
１３７ 上基板
１３８ 昇降シャフト
１３９ 天板
１４０ ベローズ
１４１ 昇降基板
１４２ 駆動部カバー
１４３ 駆動部収納ケース
１４４ 冷却機構
１４５ 電力ケーブル
１４６ 冷却水流路
１４７ 冷却水配管
１４８ 炉口
２００ コントローラ
２０１ 主制御部
２０２ 温度制御部
２０３ ガス流量制御部
２０４ 圧力制御部
２０５ 駆動制御部
ＦＮ 第１ノズル
ＳＮ 第２ノズル
ＷＦ 半導体基板
ＷＨ１ ウェハホルダ
ＷＨ２ ウェハホルダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置に関し、特に、炭化珪素（以下、ＳｉＣともいう）エピタキシャル膜を基板上に成膜する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−１９６８０７号公報（特許文献１）には、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、および、原料ガスに対流が発生することによるＳｉＣのエピタキシャル成長の不安定化という課題を解決するために、サセプタの基板を保持する面が下方を向くように配置した真空成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
炭化珪素（ＳｉＣ）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（ＳｉＣ）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。例えば、従来の炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を製造する半導体製造装置では、反応室中のガス濃度分布が均一でなく、基板に成膜される膜の厚さが不均一になる問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、高温条件下で行なわれるＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理において、複数枚の基板上にわたって均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる基板処理装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
本発明における基板処理装置は、所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する反応室と、該反応室内に設けられた被加熱体と、前記反応室内に少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子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原子含有ガスを供給する第２のガス供給系とを備える。そして、前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルとを備える。さらに、前記第１のガス供給系が前記反応室内に前記第１のガス供給口より少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子含有ガスを供給し、前記第２のガス供給系が前記反応室内に前記第２のガス供給口から少なくとも炭素原子含有ガスを供給して基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するように制御するコントローラとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１０】
高温条件下で行なわれるＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理において、複数枚の基板上にわたって均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】炭化珪素エピタキシャル膜を成膜処理する本発明者が検討した成膜装置の要部構成の一例を示す模式図である。
【図２】炭化珪素エピタキシャル膜を成膜処理する本発明者が検討した成膜装置の要部構成の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態における基板処理装置の外観構成を示す斜視図である。
【図４】実施の形態における基板処理装置の処理炉の構成を示す模式図である。
【図５】半導体基板をウェハホルダで保持する様子を示す断面図である。
【図６】処理室を上部から見た断面模式図である。
【図７】実施の形態における基板処理装置の処理炉周辺の構成を示す図である。
【図８】実施の形態における基板処理装置を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１３】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１４】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１５】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１６】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００１７】
＜パワーＭＩＳＦＥＴに炭化珪素エピタキシャル膜を使用する利点＞
数ワット以上の電力を扱える大電力用途のトランジスタをパワーＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）といい、種々の構造のものが検討されている。パワーＭＩＳＦＥＴにおいて、オン抵抗の低減と耐圧の向上とは基板材料のバンドギャップで規定されるトレードオフの関係にある。このとき、絶縁破壊電圧強度は基板材料のバンドギャップの大きさに依存するため、基板材料としてバンドギャップの大きな材料を使用することにより耐圧の確保が容易となる。したがって、パワーＭＩＳＦＥＴとして広く用いられているシリコン素子の性能を超えるためには、シリコンよりもバンドギャップが大きな基板材料を用いることが有効である。特に、炭化珪素(炭化シリコン、ＳｉＣ)は、シリコンに比べバンドギャップが約３倍と十分に大きいこと、ｐ型およびｎ型の導電型を容易に形成できること、熱酸化により酸化膜を形成できることなどの特徴を有することから、高性能のパワーＭＩＳＦＥＴを実現できる可能性があり大きな注目を集めている。
【００１８】
＜炭化珪素エピタキシャル膜の製造上の問題点＞
しかし、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて融点が高いこと、常圧下での液相を持たないこと、不純物拡散係数が小さいことなどから、シリコン（Ｓｉ）に比べて、基板上へのエピタキシャル膜の作製が難しいことが知られている。例えば、シリコン（Ｓｉ）からなるエピタキシャル膜の成膜温度が９００℃〜１２００℃であるのに対し、炭化珪素（ＳｉＣ）からなるエピタキシャル膜の成膜温度が１５００℃〜１７００℃程度と高くなることから、炭化珪素エピタキシャル膜を形成する成膜装置では、成膜装置の耐熱構造や原料ガスの分解抑制に技術的な工夫が必要である。また、シリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）の２元素で炭化珪素（ＳｉＣ）の成膜反応が進むため、炭化珪素エピタキシャル膜の膜厚や組成均一性の確保やドーピングレベルの制御技術にも、シリコンからなるエピタキシャル膜を形成する成膜装置にはない工夫が必要となる。
【００１９】
図１は、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を半導体基板上に成膜する本発明者が検討した第１成膜装置の主要構成を示す模式図である。図１において、本発明者が検討した第１成膜装置は、処理炉２０を有し、この処理炉２０は、円筒形の処理室１００を形成する反応管１０１を備えている。反応管１０１は、例えば、石英や炭化珪素などの耐熱性材料から構成されており、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状をしている。このように形成されている反応管１０１の内部に処理室１００が存在し、この処理室１００の内部にボート１８が搬入されている。ボート１８は、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成された複数の半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦを水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて収納するように構成されている。つまり、処理室１００の内部には、ボート１８に収納された複数枚の半導体基板ＷＦが配置されることになる。
【００２０】
そして、ボート１８に収納された複数の半導体基板ＷＦと相対する位置にガス供給ノズル１０８が配置されており、このガス供給ノズル１０８に複数のガス供給口１０８ａが形成されている。これらのガス供給口１０８ａは、複数の半導体基板ＷＦと相対する位置に設けられている。このように構成されたガス供給ノズル１０８は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１０と接続されており、このガス供給ライン１１０には、複数の配管１１１ａ〜１１１ｅと接続されている。さらに、配管１１１ａ〜１１１ｅのそれぞれには、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｅ）が設けられているとともに、配管１１１ａ〜１１１ｅ内を流れるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｅ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１１ａ〜１１１ｅは、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｅ）とマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｅ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００２１】
具体的に、配管１１１ａは、バルブ１１２ａおよびマスフローコントローラ１１３ａを介して、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源と接続されており、配管１１１ｂは、バルブ１１２ｂおよびマスフローコントローラ１１３ｂを介して、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源と接続されている。同様に、配管１１１ｃは、バルブ１１２ｃおよびマスフローコントローラ１１３ｃを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続され、配管１１１ｄは、バルブ１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ｄを介して、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源と接続されている。また、配管１１１ｅは、バルブ１１２ｅおよびマスフローコントローラ１１３ｅを介して、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００２２】
このように構成されている本発明者が検討した第１成膜装置では、まず、配管１１１ａ〜１１１ｅのそれぞれから流れてくるアルゴンガス、四塩化珪素ガス、プロパンガス、塩化水素ガス、および、水素ガスをガス供給ライン１１０で混合する。そして、ガス供給ライン１１０を流れる混合ガスを処理室１００内のガス供給ノズル１０８に導き、ガス供給ノズル１０８に設けられているガス供給口１０８ａから混合ガスを噴射する。これにより、ガス供給口１０８ａから噴射された混合ガスが、半導体基板ＷＦ上で化学反応を起こし、この結果、半導体基板ＷＦ上に炭化珪素エピタキシャル膜が形成される。
【００２３】
しかし、本発明者が検討した第１成膜装置では、シリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）の分解温度が問題となる。つまり、本発明者が検討した第１成膜装置の処理室構造の特徴の１つとして、ボート１８に収納されたすべての半導体基板ＷＦに均一に原料ガス（混合ガス）を供給するため、半導体基板ＷＦにガスを誘導するガス供給ノズル１０８を使用している点が挙げられる。シリコン含有原料ガスは、その組成にもよるが、一般的に用いられるモノシラン（ＳｉＨ４）ガスでは８００℃以上、塩素を含む四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスでも１２００℃程度で熱分解するとされている。
【００２４】
ここで、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜は、処理室１００内の温度０を１５００℃〜１７００℃程度にして行なわれることが一般的である。したがって、処理室１００内に設けられているガス供給ノズル１０８の温度は、処理室１００の温度と同等の温度となっている。このことから、シリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）と炭素含有原料ガス（例えば、プロパンガス）がガス供給ノズル１０８内を通過する間にシリコン含有原料ガスおよび炭素含有原料ガスは分解してしまうことになる。この結果、ガス供給ノズル１０８内でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスが分解すると、ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成される。ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成されると、生成された炭化珪素（ＳｉＣ）がガス供給ノズル１０８の内壁に堆積し、ガス供給ノズル１０８に設けられているガス供給口１０８ａを閉塞させることになる。このようにして、ガス供給口１０８ａが閉塞すると、半導体基板ＷＦ上へ届く原料ガスの濃度の低下や変動を引き起こし、複数の半導体基板ＷＦ上に均一な炭化珪素エピタキシャル膜を形成することが困難になる問題点が生じる。
【００２５】
このような炭化珪素（ＳｉＣ）によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するため、第１成膜装置では、シリコン含有原料ガスおよび炭素含有原料ガスなどの原料ガスと同時に、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを原料ガスと同時に流すことが行なわれている。すなわち、原料ガスと同時に塩化水素（ＨＣｌ）ガスのようなエッチングガスを導入することにより、ガス供給ノズル１０８の内壁に炭化珪素が堆積しにくくなり、炭化珪素の堆積によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制することができる。ところが、気相中で炭化珪素を生成させないようにするためには、多量の塩化水素（ＨＣｌ）ガスを原料ガスに添加する必要がある。この結果、例えば、ガス供給口１０８ａの閉塞を抑制できる程度の塩化水素（ＨＣｌ）ガスをガス供給ノズル１０８に供給した場合、ガス供給口１０８ａから処理室１００内へ射出された多量の塩化水素（ＨＣｌ）ガスによって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまう問題点が発生する。
【００２６】
このような本発明者が検討した第１成膜装置の問題点は、シリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）と炭素含有原料ガス（例えば、プロパンガス）を混合して、１つのガス供給ノズル１０８から半導体基板ＷＦへ供給している点にあると考えられる。すなわち、１つのガス供給ノズル１０８からシリコン含有原料ガス（例えば、四塩化珪素ガス）と炭素含有原料ガス（例えば、プロパンガス）を混合して供給していることから、処理室１００と同じ温度になるガス供給ノズル１０８内でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスがそれぞれ分解し、ガス供給ノズル１０８内で炭化珪素が生成されてしまうと考えられる。この結果、ガス供給ノズル１０８に設けられたガス供給口１０８ａが生成された炭化珪素によって閉塞すると考えられる。
【００２７】
そこで、本発明者が検討した第２成膜装置の構成として、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを別々のガス供給ノズルで供給し、半導体基板の近傍でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させる構成が考えられる。この場合、ガス供給ノズル内ではシリコン含有原料ガスが分解してシリコン（Ｓｉ）の生成は生じるが、炭素含有原料ガスがないために、シリコン含有原料ガスを供給するガス供給ノズル内での炭化珪素の生成は起こらない。したがって、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスのように塩素（Ｃｌ）を含むシリコン含有原料ガスや、シリコン原料と、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを少量同時に流すことにより、生成されるシリコン（Ｓｉ）を容易に二塩化珪素（ＳｉＣｌ２）としてエッチングすることができ、この結果、ガス供給口の閉塞や処理室内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下を抑制できると考えられる。
【００２８】
具体的に、第２成膜装置の構成について、第１成膜装置の構成と異なる点について説明する。図２は、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を半導体基板上に成膜する本発明者が検討した第２成膜装置の主要構成を示す模式図である。図２において、ボート１８に収納された複数の半導体基板ＷＦと相対する位置にガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９が配置されており、このガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９のそれぞれには、複数のガス供給口１０８ａや複数のガス供給口１０９ａが形成されている。これらのガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａは、複数の半導体基板ＷＦと相対する位置に設けられている。
【００２９】
このように構成されたガス供給ノズル１０８は、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、および、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源と接続されている。一方、ガス供給ノズル１０９は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１４と接続されており、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、および、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００３０】
このように図２に示す第２成膜装置では、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを別々のガス供給ノズル１０８、１０９で供給し、半導体基板の近傍でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させている。この場合、ガス供給ノズル１０８内ではシリコン含有原料ガスが分解してシリコン（Ｓｉ）の生成は生じるが、炭素含有原料ガスがないために、シリコン含有原料ガスを供給するガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成は起こらない。したがって、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスのように塩素（Ｃｌ）を含むシリコン含有原料ガスや、シリコン原料と、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを少量同時に流すことにより、生成されるシリコン（Ｓｉ）を容易に二塩化珪素（ＳｉＣｌ２）としてエッチングすることができ、この結果、ガス供給口１０８ａの閉塞や処理室１００内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下を抑制できる。
【００３１】
ところが、一般的に、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜工程では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が膜質に大きな影響を及ぼすことが知られている。したがって、上述した第２成膜装置のように、別々のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスを半導体基板上で均一に混合させるためには、それぞれのガス供給口から半導体基板までの間にシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させるための混合距離が必要となる。しかし、上述した第２成膜装置のような構成では、それぞれのガス供給ノズルと、半導体基板との間の距離が比較的近いため、半導体基板のサイズによっては、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスの混合距離を充分に取れない場合や、原料ガスが均一に混合しないまま炭化珪素エピタキシャル膜の成膜が行なわれてしまう場合が生じる。このような場合では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が均一にならない結果、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性が劣化してしまう問題点が発生する。
【００３２】
以上のことから、本発明者が検討した第１成膜装置では、主に、ガス供給口の閉塞や処理室内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下が問題点として顕在化する一方、本発明者が検討した第２成膜装置では、主に、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性が劣化してしまう問題点が顕在化する。つまり、炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜を半導体基板上に成膜する本発明者が検討した成膜装置（第１成膜装置や第２成膜装置）では、成膜速度の低下を抑制しつつガス供給口の閉塞を防止することと、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性を向上させることを同時に実現できていない状態にある。
【００３３】
そこで、本実施の形態における基板処理装置では、例えば、ガス供給ノズルの温度が原料ガスの分解温度を超えるような装置構成で炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する際、成膜速度の低下を抑制しつつ、ガス供給口の閉塞を抑制できるとともに、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性を向上させることができる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態における基板処理装置について説明する。
【００３４】
＜本実施の形態における基板処理装置の外観構成＞
まず、本実施の形態における基板処理装置の外観構成について図面を参照しながら説明する。本実施の形態における基板処理装置は、例えば、半導体基板（半導体ウェハ）上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置である。
【００３５】
図３は、本実施の形態における基板処理装置１の外観構成を示す斜視図である。図３において、本実施の形態における基板処理装置１は、バッチ式縦型成膜装置であり、主要部が配置される筐体１０を有している。基板処理装置１では、例えば、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから形成される半導体基板（半導体ウェハ）を収納するポッド（フープ）１１がウェハキャリアとして使用される。筐体１０の正面側には、ポッドステージ１２が配置されており、このポッドステージ１２によってポッド１１が搬送される。ポッド１１には、例えば、２５枚の半導体基板が収納されており、ポッド１１は、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１２にセットされる。
【００３６】
筐体１０内の正面であって、ポッドステージ１２に対向する位置には、ポッド搬送装置１３が配置されている。そして、このポッド搬送装置１３の近傍には、ポッド収納棚１４、ポッドオープナ１５、および、基板枚数検知器１６が配置されている。ポッド収納棚１４は、ポッドオープナ１５の上方に配置され、ポッド１１を複数個載置した状態で保持することができるように構成されている。基板枚数検知器１６は、ポッドオープナ１５に隣接して配置され、ポッド搬送装置１３は、ポッドステージ１２とポッド収納棚１４とポッドオープナ１５の間でポッド１１を搬送するように構成されている。ポッドオープナ１５は、ポッド１１の蓋を開ける機能を有しており、基板枚数検知器１６は、蓋を開けられたポッド１１内に収納されている半導体基板の枚数を検知できるようになっている。
【００３７】
筐体１０内には、さらに、基板移載器１７と、基板保持具としてのボート１８が配置されている。基板移載器１７は、アーム（ツイーザ）１９を有し、図示しない駆動手段により、昇降可能、かつ、回転可能なように構成されている。そして、アーム１９は、例えば、５枚の半導体基板を取り出すことができるように構成されており、このアーム１９を動かすことにより、基板移載器１７は、ポッドオープナ１５の位置に置かれたポッド１１とボート１８の間で半導体基板を搬送することができるようになっている。
【００３８】
ボート１８は、例えば、カーボングラファイトや炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性材料から構成されており、複数枚の半導体基板を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて保持するように構成されている。このボート１８の下部には、例えば、石英や炭化珪素（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成された円盤状の断熱部材としてボート断熱部（図示せず）が配置されており、このボート断熱部は、ボート１８に加わっている熱がボート１８の下側にまで伝わりにくくするために設けられている。
【００３９】
そして、筐体１０の背面側上部には、処理炉２０が配置されている。この処理炉２０は、内部に複数の半導体基板を収納したボート１８を搬入できるように構成されており、処理炉２０内において、ボート１８に搭載されている半導体基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するようになっている。
【００４０】
＜本実施の形態における処理炉の構成＞
続いて、本実施の形態における処理炉の構成について図面を参照しながら説明する。図４は本実施の形態における処理炉２０の構成を示す模式図である。
【００４１】
処理炉２０は、円筒形の処理室１００を形成する反応管１０１を備えている。この反応管１０１は、石英、または、ＳｉＣなどの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状をしている。このように形成されている反応管１０１の内部に処理室１００が存在し、この処理室１００の内部にボート１８が搬入されている。ボート１８は、シリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などから構成された複数の半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦを水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で縦方向に積み上げて収納するように構成されている。つまり、処理室１００の内部には、ボート１８に収納された複数枚の半導体基板ＷＦが配置されることになる。
【００４２】
次に、反応管１０１の下方には、同心円状のマニホールド１０２が配設されている。このマニホールド１０２は、例えば、ステンレスなどからなり、上端および下端が開口した円筒形状をしている。マニホールド１０２は、反応管１０１を支持するために設けられているものである。なお、マニホールド１０２と反応管１０１との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。マニホールド１０２が図示しない保持体に支持されることにより、反応管１０１は垂直に据え付けられた状態となっている。反応管１０１とマニホールド１０２により、反応容器が形成されることになる。
【００４３】
処理炉２０の下方には、処理炉２０の下端開口部を気密封止するための炉口蓋体としてシールキャップ１１８が設けられている。このシールキャップ１１８は、例えば、ステンレスなどの金属から構成されており、円盤状の形状をしている。シールキャップ１１８の上面には、処理炉２０の下端と当接するシール材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シールキャップ１１８には、回転機構１１９が設けられており、この回転機構１１９の回転軸はシールキャップ１１８を貫通してボート１８に接続されている。これにより、回転機構１１９は、回転軸を介してボート１８を回転させることで、ボート１８に搭載されている半導体基板ＷＦを回転するようになっている。
【００４４】
さらに、処理炉２０は、加熱される被加熱体（被誘導体）１０３および電磁場発生部としての誘導コイル１０４を備えている。被加熱体１０３は、処理室１００内に配設され、反応管１０１の外側に設けられた誘導コイル１０４により発生する電磁場で誘導加熱されるようになっており、この被加熱体１０３が発熱することにより、処理室１００の内部が加熱されるように構成されている。
【００４５】
被加熱体１０３の近傍には、処理室１００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。上述した誘導コイル１０４と温度センサは、後述する温度制御部と電気的に接続されている。この温度制御部は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、誘導コイル１０４への通電具合を調節することで、処理室１００内の温度が所望の温度分布となるように制御するようになっている。
【００４６】
そして、反応管１０１と被加熱体１０３の間には、例えば、誘導加熱されにくいカーボンフェルトなどで構成された断熱材１０５が設けられている。この断熱材１０５を設けることにより、被加熱体１０３で発生した熱が反応管１０１あるいは反応管１０１の外側へ伝達することを抑制できる。
【００４７】
また、誘導コイル１０４の外側には、処理室１００内の熱が外部に伝達することを抑制するために、例えば、水冷構造から構成される断熱壁１０６が反応管１０１を囲むように設けられている。そして、断熱壁１０６の外側には、誘導コイル１０４により発生した電磁場が外部に漏れ出ることを防止する電磁気シールド材１０７が設けられている。
【００４８】
続いて、ボート１８に収納された複数の半導体基板ＷＦと相対する位置にガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９が配置されており、このガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９のそれぞれには、複数のガス供給口１０８ａや複数のガス供給口１０９ａが形成されている。これらのガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａは、複数の半導体基板ＷＦと相対する位置に設けられている。
【００４９】
このように構成されたガス供給ノズル１０８は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１０と接続されており、このガス供給ライン１１０には、複数の配管１１１ａ〜１１１ｄが接続されている。さらに、配管１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれには、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）が設けられているとともに、配管１１１ａ〜１１１ｄ内を流れるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１１ａ〜１１１ｄは、バルブ（バルブ１１２ａ〜１１２ｄ）とマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００５０】
具体的に、配管１１１ａは、バルブ１１２ａおよびマスフローコントローラ１１３ａを介して、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源と接続されており、配管１１１ｂは、バルブ１１２ｂおよびマスフローコントローラ１１３ｂを介して、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源と接続されている。同様に、配管１１１ｃは、バルブ１１２ｃおよびマスフローコントローラ１１３ｃを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続されており、配管１１１ｄは、バルブ１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ｄを介して、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源と接続されている。
【００５１】
上述した構成により、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄは、後述するガス流量制御部と電気的に接続されており、このガス流量制御部は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄを制御するようになっている。このようにして、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源、バルブ１１２ａ〜１１２ｄ、マスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄ、配管１１１ａ〜１１１ｄ、ガス供給ライン１１０、ガス供給口１０８ａを備えるガス供給ノズル１０８によって、第１のガス供給系が構成されることになる。
【００５２】
なお、第１のガス供給系では、塩素原子含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、塩素（Ｃｌ２）ガスを使用してもよい。また、第１のガス供給系では、シリコン原子含有ガスとして、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを使用してもよい。さらに、第１のガス供給系では、炭素原子含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスやアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを使用してもよい。また、第１のガス供給系では、キャリアガスとして、希ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、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）ガスなどの不活性ガスを使用してもよい。
【００５３】
一方、ガス供給ノズル１０９は、処理室１００の外部に延在するガス供給ライン１１４と接続されており、このガス供給ライン１１４には、複数の配管１１５ａ〜１１５ｂと接続されている。さらに、配管１１５ａ〜１１５ｂのそれぞれには、バルブ（バルブ１１６ａ〜１１６ｂ）が設けられているとともに、配管１１５ａ〜１１５ｂ内を流れるガスの流量を制御するマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂ）が接続されている。すなわち、これらの配管１１５ａ〜１１５ｂは、バルブ（バルブ１１６ａ〜１１６ｂ）とマスフローコントローラ（マスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂ）を介して、ガス供給源と接続されている。
【００５４】
具体的に、配管１１５ａは、バルブ１１６ａおよびマスフローコントローラ１１７ａを介して、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源と接続されており、配管１１５ｂは、バルブ１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ｂを介して、水素（Ｈ２）ガス供給源と接続されている。
【００５５】
上述した構成により、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、水素（Ｈ２）ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。バルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂは、後述するガス流量制御部と電気的に接続されており、このガス流量制御部は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂを制御するようになっている。このようにして、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、水素（Ｈ２）ガス供給源、バルブ１１６ａ〜１１６ｂ、マスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂ、配管１１５ａ〜１１５ｂ、ガス供給ライン１１４、ガス供給口１０９ａを備えるガス供給ノズル１０９によって、第２のガス供給系が構成されることになる。
【００５６】
なお、第２のガス供給系では、炭素原子含有ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを使用しているが、これに限らず、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスやアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを使用してもよい。
【００５７】
次に、マニホールド１０２には、ガス排気管１２０が設けられている。このガス排気管１２０の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサおよび圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１２１を介して、真空ポンプなどから構成される真空排気装置１２２が接続されている。この圧力センサおよびＡＰＣバルブ１２１には、後述する圧力制御部が電気的に接続されている。圧力制御部は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ１２１の開閉度を調節し、処理室１００内の圧力が所定圧力となるように制御するようになっている。
【００５８】
続いて、ボート１８に搭載する半導体基板ＷＦの保持形態について説明する。図５は、半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦをウェハホルダＷＨ１とウェハホルダＷＨ２で保持している状態を示す断面図である。図５に示すように、本実施の形態では、円盤状の半導体基板ＷＦの両端をリング状のウェハホルダＷＨ１で保持している。そして、半導体基板ＷＦの上面側を覆うように、半導体基板ＷＦ上にウェハホルダＷＨ２が配置されている。つまり、本実施の形態では、半導体基板ＷＦをウェハホルダＷＨ１とウェハホルダＷＨ２によって保持するように構成している。具体的には、リング状のウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦの両端を保持しながら、半導体基板ＷＦの下面を露出させるようにしている。一方、半導体基板ＷＦの上面はウェハホルダＷＨ２により覆われるようになっている。
【００５９】
すなわち、リング状のウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦの両端を保持することにより、半導体基板ＷＦの下面を露出しながら、半導体基板ＷＦを保持することができる。本実施の形態では、露出させている半導体基板ＷＦの下面を原料ガスにさらすことにより、半導体基板ＷＦの下面に炭化珪素エピタキシャル膜を成長させるようになっているのである。このように本実施の形態では、半導体基板ＷＦの下面が成膜面になるようにウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦを保持している。これは、半導体基板ＷＦの上面を成膜面とすると、原料ガスが反応して生成された反応生成物が、半導体基板ＷＦの上面上に降り積もって異物として半導体基板ＷＦに付着するからである。つまり、半導体基板ＷＦの上面を露出するように半導体基板ＷＦを保持すると、半導体基板ＷＦの上面上に炭化珪素エピタキシャル膜は成膜されるとともに、半導体基板ＷＦの上方で生成された反応生成物が半導体基板ＷＦの上面上に降り積もるため、膜質の良好な炭化珪素エピタキシャル膜が形成されにくくなるからである。したがって、本実施の形態では、半導体基板ＷＦの下面が成膜面になるようにウェハホルダＷＨ１で半導体基板ＷＦを保持するとともに、半導体基板ＷＦの上面をウェハホルダＷＨ２で覆うように構成することにより、半導体基板ＷＦに反応生成物からなる異物が付着しないようにしているのである。以上のように、複数の半導体基板ＷＦのそれぞれは、図５に示すように、ウェハホルダＷＨ１とウェハホルダＷＨ２で下面が露出するように保持された状態で、ボート１８に搭載される。
【００６０】
＜本実施の形態の特徴＞
本実施の形態における処理炉２０は上記のように構成されており、以下に、その特徴的構成について図４を参照しながら説明する。本実施の形態の特徴は、原料ガスを供給する供給ラインに工夫を設けている点にある。具体的に、本実施の形態では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している点にある。これにより、本実施の形態における基板処理装置では、例えば、ガス供給ノズルの温度が原料ガスの分解温度を超えるような装置構成で炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する際、成膜速度の低下を抑制しつつ、ガス供給口の閉塞を抑制できるとともに、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性を向上させることができる顕著な効果を得ることができるのである。以下に、この理由について、本実施の形態における基板処理装置と、本発明者が検討した第１成膜装置や第２成膜装置と比較しながら説明する。
【００６１】
まず、本実施の形態における基板処理装置の構成と、本発明者が検討した第１成膜装置の構成を比較しながら、本実施の形態における基板処理装置の利点について説明する。
【００６２】
例えば、図１に示す本発明者が検討した第１成膜装置では、１つのガス供給系だけが存在し、この１つのガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスおよび水素（Ｈ２）ガスのすべてのガスが混合ガスとして供給されている。このとき、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスは、炭化珪素エピタキシャル膜を構成するシリコン（Ｓｉ）を供給するためのシリコン含有原料ガスであり、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスは、炭化珪素エピタキシャル膜を構成する炭素（Ｃ）を供給するための炭素含有原料ガスである。また、塩化水素（ＨＣｌ）ガスは、ガス供給ノズル１０８に炭化珪素が堆積することを抑制するためのエッチングガスである。さらに、水素（Ｈ２）ガスは、水素還元によってシリコン含有原料ガスの分解を促進する還元ガスであり、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なガスである。また、アルゴン（Ａｒ）ガスは、キャリアガスとして機能する。
【００６３】
このように構成されている本発明者が検討した第１成膜装置では、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスとを混合してガス供給ノズル１０８から処理室１００内へ供給しているので、ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成される。ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成されると、生成された炭化珪素（ＳｉＣ）がガス供給ノズル１０８の内壁に堆積し、ガス供給ノズル１０８に設けられているガス供給口１０８ａを閉塞させることになる。そこで、炭化珪素（ＳｉＣ）によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するため、第１成膜装置では、シリコン原料および炭素原料などの原料ガスと同時に、塩化水素（ＨＣｌ）のような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを原料ガスと同時に流している。すなわち、原料ガスと同時に塩化水素（ＨＣｌ）のようなエッチングガスを導入することにより、ガス供給ノズル１０８の内壁に炭化珪素が堆積しにくくなり、炭化珪素の堆積によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制することができる。ところが、気相中で炭化珪素を生成させないようにするためには、多量の塩化水素（ＨＣｌ）を原料ガスに添加する必要がある。この結果、例えば、ガス供給口１０８ａの閉塞を抑制できる程度の塩化水素（ＨＣｌ）をガス供給ノズル１０８に供給した場合、ガス供給口１０８ａから処理室１００内へ射出された多量の塩化水素（ＨＣｌ）によって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまう問題点が発生する。
【００６４】
これに対し、本実施の形態における基板処理装置では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。このように本実施の形態でも、第１のガス供給系から四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスとを混合して供給しているため、ガス供給ノズル１０８内で固体の炭化珪素（ＳｉＣ）が生成されると考えられる。
【００６５】
しかし、本実施の形態における基板処理装置では、第１のガス供給系から供給するプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量は、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な供給量のすべてではなく、その一部だけを供給している点がポイントである。
【００６６】
本発明者が検討した第１成膜装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なすべてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとともに同じガス供給ノズル１０８から供給する構成をしている。このため、ガス供給ノズル１０８内でも多量の炭化珪素が堆積しやすく、ガス供給ノズル１０８内で生成される炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するためには、多量の塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給する必要がある。
【００６７】
一方、本実施の形態における基板処理装置では、第１のガス供給系から供給するプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量は、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な供給量のすべてではなく、その一部だけを供給し、第２のガス供給系から炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを供給するようにしている。すなわち、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスとともに同じガス供給ノズル１０８から供給されるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量は、本発明者が検討した第１成膜装置と比べて大幅に削減される。したがって、本実施の形態によれば、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスと一緒に供給されるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの供給量が削減されるので、ガス供給ノズル１０８内に生成される炭化珪素の絶対量を抑制できる。このことは、生成された炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できることを意味する。この結果、本実施の形態によれば塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できるので、塩化水素（ＨＣｌ）ガスによって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまうことを抑制できるのである。
【００６８】
さらに、本実施の形態では、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを供給する第１のガス供給系と、水素（Ｈ２）ガスを供給する第２のガス供給系とを分けている点にも特徴がある。水素（Ｈ２）ガスは、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）を水素還元して分解させる機能を有するガスである。この水素（Ｈ２）ガスは、処理室１００内に導入されたシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）を分解して、炭化珪素エピタキシャル膜を成膜させるために必要なガスである。すなわち、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）は、処理室１００内で一部は熱分解するが、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜を促進させるために、さらに、水素（Ｈ２）ガスによる水素還元作用によって、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解を促進させることが必要である。したがって、水素（Ｈ２）ガスは、炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するために必要なガスであるといえる。
【００６９】
しかし、本発明者が検討した第１成膜装置のように、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と水素（Ｈ２）ガスとを同じガス供給ノズル１０８で供給する場合、ガス供給ノズル１０８内で、水素還元によるシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解が生じ、ガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成を助長させることになる。この結果、本発明者が検討した第１成膜装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なすべてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを供給する点と、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と水素（Ｈ２）ガスとを同じガス供給ノズル１０８で供給する点との相乗効果によって、ガス供給ノズル１０８内に生成される炭化珪素の絶対量が増大し、それに伴って、生成された炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量も必然的に多くなる。これによって、本発明者が検討した第１成膜装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまう。
【００７０】
これに対し、本実施の形態では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）を供給する第１のガス供給系と、水素（Ｈ２）ガスを供給する第２のガス供給系とを分けている。これにより、ガス供給ノズル１０８内で、水素還元によるシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解を防止することができ、ガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成を抑制することができる。この結果、本実施の形態における基板処理装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要なすべてではなく、その一部だけのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスをシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）とともに供給する点と、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と水素（Ｈ２）ガスとを別々のガス供給ノズル（ガス供給ノズル１０８とガス供給ノズル１０９）で供給する点との相乗効果によって、ガス供給ノズル１０８内に生成される炭化珪素の絶対量を大幅に削減することができる。これにより、生成された炭化珪素によるガス供給口１０８ａの閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量も大幅に減少する。この結果、本実施の形態における基板処理装置では、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板ＷＦ上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまうことを抑制できる。
【００７１】
次に、本実施の形態における基板処理装置の構成と、本発明者が検討した第２成膜装置の構成を比較しながら、本実施の形態における基板処理装置の利点について説明する。
【００７２】
例えば、図２に示す本発明者が検討した第２成膜装置では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを別々のガス供給ノズル１０８、１０９で供給し、半導体基板の近傍でシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させている。この場合、ガス供給ノズル１０８内ではシリコン含有原料ガスが分解してシリコン（Ｓｉ）の生成は生じるが、炭素含有原料ガスがないために、シリコン含有原料ガスを供給するガス供給ノズル１０８内での炭化珪素の生成は起こらない。したがって、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）のように塩素（Ｃｌ）を含むシリコン含有原料ガスや、シリコン含有原料ガスと、塩化水素（ＨＣｌ）のような塩素（Ｃｌ）を含むエッチングガスを少量同時に流すことにより、生成されるシリコン（Ｓｉ）を容易に二塩化珪素（ＳｉＣｌ２）としてエッチングすることができ、この結果、ガス供給口１０８ａの閉塞や処理室１００内での炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度の低下を抑制できる。
【００７３】
ところが、一般的に、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜工程では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が膜質に大きな影響を及ぼすことが知られている。したがって、上述した第２成膜装置のように、別々のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスを半導体基板上で均一に混合させるためには、それぞれのガス供給口から半導体基板までの間にシリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスとを混合させるための混合距離が必要となる。しかし、上述した第２成膜装置のような構成では、それぞれのガス供給ノズルと、半導体基板との間の距離が比較的近いため、半導体基板のサイズによっては、シリコン含有原料ガスと炭素含有原料ガスの混合距離を充分に取れない場合や、原料ガスが均一に混合しないまま炭化珪素エピタキシャル膜の成膜が行なわれてしまう場合が生じる。このような場合では、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比が均一にならない結果、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性が劣化してしまう。
【００７４】
これに対し、本実施の形態における基板処理装置では、図４に示すように、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。このように本実施の形態における基板処理装置では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを完全に分離して供給するものではなく、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）のうち、一部の炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）を、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）とともに第１のガス供給系から供給している。これにより、本実施の形態における基板処理装置では、第１のガス供給系からシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、一部の炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを混合して半導体基板上に供給することができるため、完全にシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを分離して供給する本発明者が検討した第２成膜装置に比べて、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比の均一性を改善することができる。この結果、本実施の形態における基板処理装置によれば、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の劣化を抑制することができる。
【００７５】
以上のように本実施の形態における基板処理装置の特徴は、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜を行なう際、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に必要な炭素含有原料ガスを、（１）シリコン含有原料ガスと混合して供給する第１ノズルと、（２）この第１ノズルとは異なる別の第２ノズルとに分けて供給する点にある。これにより、第１ノズル内で生成される炭化珪素によるガス供給口の閉塞を成膜速度の低下を抑制しながら防止でき、かつ、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の確保を両立できる顕著な効果を得ることができる。
【００７６】
特に、第１ノズル内で生成される炭化珪素によるガス供給口の閉塞を成膜速度の低下を抑制しながら防止することを優先させる観点からは、第１ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量を、第２ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量よりも少なくすることが望ましい。一方、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の確保を優先させる観点からは、第１ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量を、第２ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量よりも多くすることが望ましい。ただし、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の確保を優先させる観点でも、第２ノズルの本数を増加させたり、第２ノズルに設けられているガス供給口の数や形状を変更することにより、第１ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量と第２ノズルから供給する炭素含有原料ガスの供給量にかかわらず、目的を達成することもできると考えられる。
【００７７】
例えば、図６は、第１ノズルと第２ノズルの配置例を示す模式図である。図６は、処理室１００を上部から見た断面図であり、理解を容易とするために、必要な部材のみを記載している。図６に示すように、シリコン含有原料ガスと成膜に必要な炭素含有原料ガスの一部を混合して供給する第１ノズルＦＮと、残りの炭素含有原料ガスを供給する第２ノズルＳＮとが交互に配置される。このように、第１ノズルＦＮと第２ノズルＳＮとを交互に配置することにより、第１ノズルＦＮから供給されるシリコン含有原料ガスと、第２ノズルＳＮから供給される炭素含有原料ガスの残りとの混合を促進させることができる。特に、第１ノズルＦＮと第２ノズルＳＮとを合わせた本数は、例えば、３本、５本、７本などのように奇数本とすることが望ましい。第１ノズルＦＮと第２ノズルＳＮとを合わせた本数を奇数本とすることにより、中心の第２ノズルＳＮを中心に成膜ガスの供給を左右対称とすることができ、この結果、半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦに成膜される炭化珪素エピタキシャル膜の均一性を向上させることができるからである。
【００７８】
なお、図６では、残りの炭素含有原料ガスを供給する第２ノズルＳＮを中央および両端に配置し、シリコン含有原料ガスと成膜に必要な炭素含有原料ガスの一部を混合して供給する第１ノズルＦＮを第２ノズルＳＮの間に配置しているが、第１ノズルＦＮを中央および両端に配置し、第２ノズルＳＮを第１ノズルＦＮの間に配置するように構成してもよい。
【００７９】
ここで、第２ノズルＳＮを中央および両端に配置し、第１ノズルＦＮを第２ノズルＳＮの間に配置することが望ましい。このように第１ノズルＦＮおよび第２ノズルＳＮを配置することにより、第２ノズルＳＮから炭素含有原料ガスの残りとともに大量に供給される水素ガスの流量比（中央／両端）を調整することにより、半導体基板（半導体ウェハ）ＷＦ上のガスの流れをコントロールすることができ、面内膜厚の制御が容易となるからである。
【００８０】
＜本実施の形態における処理炉周辺の構成＞
続いて、本実施の形態における処理炉周辺の構成について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施の形態における処理炉周辺の構成を示す図である。図７において、処理炉２０の下方には、処理炉２０の下端開口部を気密封止するための炉口蓋体としてシールキャップ１１８が設けられている。このシールキャップ１１８は、例えば、ステンレスなどの金属から構成されており、円盤状の形状をしている。シールキャップ１１８の上面には、処理炉２０の下端と当接するシール材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シールキャップ１１８には、回転機構１１９が設けられており、この回転機構１１９の回転軸１３０はシールキャップ１１８を貫通してボート１８に接続されている。これにより、回転機構１１９は、回転軸１３０を介してボート１８を回転させることで、ボート１８に搭載されている半導体基板ＷＦを回転するようになっている。
【００８１】
また、シールキャップ１１８は、処理炉２０の外側に設けられた昇降機構によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによって、シールキャップ１１８上に搭載されたボート１８を処理炉２０に対して搬入あるいは搬出することができるようになっている。上述した回転機構１１９および昇降機構を動作させる昇降モータ１３１は、後述する駆動制御部と電気的に接続されており、駆動制御部は、回転機構１１９や昇降モータ１３１が所定動作をするように制御する。
【００８２】
次に、予備室としてのロードロック室１３２の外面に下基板１３３が設けられている。この下基板１３３には、昇降台１３４とスライド自在になっているガイドシャフト１３５および昇降台１３４と螺合するボール螺子１３６が設けられている。そして、下基板１３３に立設したガイドシャフト１３５およびボール螺子１３６の上端には、上基板１３７が設けられている。ボール螺子１３６は、上基板１３７に設けられた昇降モータ１３１によって回転され、ボール螺子１３６が回転することにより、昇降台１３４が昇降するようになっている。
【００８３】
昇降台１３４には中空の昇降シャフト１３８が垂設され、昇降台１３４と昇降シャフト１３８の連結部は気密となっており、この昇降シャフト１３８は昇降台１３４とともに昇降するように構成されている。昇降シャフト１３８は、ロードロック室１３２の天板１３９を遊貫し、昇降シャフト１３８が貫通する天板１３９の貫通孔は、昇降シャフト１３８が天板１３９と接触することがないように充分な隙間が形成されている。
【００８４】
ロードロック室１３２と昇降台１３４との間には、昇降シャフト１３８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１４０が設けられており、このベローズ１４０によりロードロック室１３２が気密に保たれるようになっている。このとき、ベローズ１４０は、昇降台１３４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ１４０の内径は、昇降シャフト１３８の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際にベローズ１４０と昇降シャフト１３８が接触することがないように構成されている。
【００８５】
昇降シャフト１３８の下端には、昇降基板１４１が水平に固着され、この昇降基板１４１の下面にはＯリングなどのシール部材を介して駆動部カバー１４２が気密に取り付けられている。昇降基板１４１と駆動部カバー１４２により駆動部収納ケース１４３が構成され、この構成により、駆動部収納ケース１４３の内部は、ロードロック室１３２内の雰囲気と隔離される。
【００８６】
駆動部収納ケース１４３の内部には、ボート１８の回転機構１１９が設けられており、この回転機構１１９の周辺は、冷却機構１４４によって冷却されるようになっている。
【００８７】
続いて、電力ケーブル１４５は、昇降シャフト１３８の上端から中空部を通り、回転機構１１９に導かれて接続されている。また、冷却機構１４４およびシールキャップ１１８には、冷却水流路１４６が形成されている。さらに、冷却水配管１４７が昇降シャフト１３８の上端から中空部を通り、冷却水流路１４６に導かれて接続されている。
【００８８】
このように構成されている処理炉周辺構造において、昇降モータ１３１が駆動されて、ボール螺子１３６が回転することにより、昇降台１３４および昇降シャフト１３８を介して駆動部収納ケース１４３を昇降させる。そして、例えば、駆動部収納ケース１４３が上昇することにより、昇降基板１４１に気密に設けられているシールキャップ１１８が処理炉２０の開口部である炉口１４８を閉塞し、ボート１８に搭載された半導体基板ＷＦの成膜処理が可能な状態となる。一方、例えば、駆動部収納ケース１４３が下降することにより、シールキャップ１１８とともにボート１８が下降し、ボート１８に搭載されている半導体基板ＷＦを外部に搬出できる状態となる。
【００８９】
＜本実施の形態における基板処理装置の制御部の構成＞
次に、本実施の形態における基板処理装置の制御部の構成について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施の形態における基板処理装置を制御するコントローラ２００の構成を示すブロック図である。図８において、本実施の形態におけるコントローラ２００は、主制御部２０１、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を有している。そして、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５と電気的に接続されており、主制御部２０１は、温度制御部２０２、ガス流量制御部２０３、圧力制御部２０４、および、駆動制御部２０５を制御するように構成されている。
【００９０】
温度制御部２０２は、例えば、図４に示す誘導コイル１０４や図示しない温度センサと電気的に接続されている。そして、温度制御部２０２は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、誘導コイル１０４への通電具合を調節することで、処理室１００内の温度が所望の温度分布となるように制御するように構成されている。
【００９１】
ガス流量制御部２０３は、例えば、図４に示すバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄと電気的に接続されており、ガス流量制御部２０３は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１２ａ〜１１２ｄおよびマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄを制御するように構成されている。同様に、ガス流量制御部２０３は、バルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂと電気的に接続されており、このガス流量制御部２０３は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるようにバルブ１１６ａ〜１１６ｂおよびマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂも制御するように構成されている。
【００９２】
圧力制御部２０４は、例えば、図示しない圧力センサおよび図４に示すＡＰＣバルブ１２１と電気的に接続されている。そして、この圧力制御部２０４は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ１２１の開閉度を調節し、処理室１００内の圧力が所定圧力となるように制御するように構成されている。
【００９３】
駆動制御部２０５は、例えば、図７に示す回転機構１１９および昇降機構を動作させる昇降モータ１３１と電気的に接続されており、この駆動制御部２０５は、回転機構１１９や昇降モータ１３１が所定動作をするように制御している。
【００９４】
以上のようにして、本実施の形態における基板処理装置がコントローラ２００によって制御される。以下では、このコントローラ２００による制御のもと、本実施の形態における基板処理装置によって、半導体基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する方法について説明する。
【００９５】
＜本実施の形態における基板処理装置を使用した半導体装置の製造方法＞
本実施の形態における基板処理装置を使用して、例えば、シリコン（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板上に、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、以下の説明におおいて、本実施の形態における基板処理装置を構成する各部の動作は、図８に示すコントローラ２００によって制御される。
【００９６】
まず、図３に示すように、ポッドステージ１２に複数枚の半導体基板（半導体ウェハ）を収納したポッド１１がセットされると、ポッド搬送装置１３によって、ポッド１１をポッドステージ１２からポッド収納棚１４へ搬送して、ポッド１１をポッド収納棚１４にストックする。次に、ポッド搬送装置１３により、ポッド収納棚１４にストックされたポッド１１をポッドオープナ１５に搬送してセットする。そして、ポッドオープナ１５により、ポッド１１の蓋を開き、基板枚数検知器１６により、ポッド１１に収納されている半導体基板の枚数を検知する。その後、基板移載器１７により、ポッドオープナ１５の位置にあるポッド１１から半導体基板を取り出し、取り出した半導体基板をボート１８に搭載する。
【００９７】
複数枚の半導体基板がボート１８に装填されると、図７に示すように、半導体基板を保持したボート１８は、昇降モータ１３１による昇降台１３４および昇降シャフト１３８の昇降動作により、処理炉２０内に搬入（ボートローディング）される。この状態において、シールキャップ１１８は、Ｏリング（図示せず）を介してマニホールド１０２（図４参照）の下端をシールした状態となる。
【００９８】
ボート１８を処理炉２０内に搬入した後、図４に示すように、処理室１００内が所定圧力（真空度）となるように、処理室１００内の雰囲気が真空排気装置１２２によって排気される。このとき、処理室１００内の圧力は、圧力センサ（図示せず）によって測定され、測定された圧力に基づいて、ガス排気管１２０に連通するＡＰＣバルブ１２１がフィードバック制御される。また、誘導コイル１０４に電流を流すことにより、被加熱体（被誘導体）１０３を誘導加熱して、半導体基板および処理室１００内の温度が所定温度となるように誘導コイル１０４に流す電流を制御する。このとき、処理室１００内が所定の温度分布となるように、温度センサ（図示せず）が検出した温度情報に基づいて、誘導コイル１０４へ流す電流の電流量を調整する（フィードバック制御）。続いて、回転機構１１９によってボート１８を回転することで、半導体基板が回転軸を中心として回転する。
【００９９】
次に、アルゴン（Ａｒ）ガス供給源、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス供給源、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、塩化水素（ＨＣｌ）ガス供給源のそれぞれから、アルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部、および、塩化水素（ＨＣｌ）ガスが供給される。それぞれのガス供給源から供給されたガスは、所定の流量となるように対応するマスフローコントローラ１１３ａ〜１１３ｄの開閉度が調整された後、バルブ１１２ａ〜１１２ｄが開かれ、それぞれのガスは、それぞれ、配管１１１ａ〜１１１ｄを介してガス供給ライン１１０に流通し、さらに、ガス供給ノズル１０８を通って、ガス供給口１０８ａから処理室１００内へ導入される。
【０１００】
また、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス供給源、水素（Ｈ２）ガス供給源のそれぞれから、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの残り、および、水素（Ｈ２）ガスが供給される。それぞれのガス供給源から供給されたガスは、所定の流量となるように対応するマスフローコントローラ１１７ａ〜１１７ｂの開閉度が調整された後、バルブ１１６ａ〜１１６ｂが開かれ、それぞれのガスは、それぞれ、配管１１５ａ〜１１５ｂを介してガス供給ライン１１４に流通し、さらに、ガス供給ノズル１０９を通って、ガス供給口１０９ａから処理室１００内へ導入される。
【０１０１】
ガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａから供給されたガスは、処理室１００の被加熱体１０３の内側を通り、ガス排気管１２０を通って外部へ排気される。ガス供給口１０８ａおよびガス供給口１０９ａから供給されたガスは、処理室１００内で分解して化学反応が生じるとともに、処理室１００内を通過する際、ボート１８に搭載された半導体基板の成膜面と接触し、半導体基板の成膜面に炭化珪素エピタキシャル膜が成膜される。
【０１０２】
その後、予め設定された時間が経過すると、上述したガスの供給が停止され、半導体基板上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜処理が終了する。そして、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、処理室１００内の被加熱体１０３の内側の空間が不活性ガスで置換されるとともに、処理室１００内の圧力が常圧（大気圧）に復帰される。
【０１０３】
その後、図７に示すように、昇降モータ１３１によりシールキャップ１１８が下降され、マニホールド１０２（図４参照）の下端が開口される。そして、成膜処理済みの半導体基板がボート１８に保持された状態で、マニホールド１０２（図４参照）の下端から処理炉２０の外部へ搬出（ボートアンローディング）される。次に、ボート１８に保持されている半導体基板が冷えるまで、ボート１８を所定位置で待機させる。待機されているボート１８に保持されている半導体基板が所定温度まで冷却されると、図３に示すように、基板移載器１７によって、ボート１８から半導体基板が取り出される。ボート１８から取り出された半導体基板は、ポッドオープナ１５にセットされている空のポッド１１に搬送されて収納される。その後、半導体基板が収納されたポッド１１は、ポッド搬送装置１３によって、ポッド収納棚１４あるいはポッドステージ１２に搬送される。このようにして、本実施の形態における基板処理装置を使用した成膜処理動作が完了する。
【０１０４】
＜本実施の形態における効果＞
以上のようにして、本実施の形態における技術的思想によれば、少なくとも、以下に記載する複数の効果のうち、１つ以上の効果を奏する。
【０１０５】
（１）本実施の形態では、異なる第１のガス供給系と第２のガス供給系を設け、第１のガス供給系からアルゴン（Ａｒ）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスの一部および塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給し、第２のガス供給系から残りのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと水素（Ｈ２）ガスを供給している。これにより、本実施の形態における基板処理装置では、シリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と一緒に混合して供給される炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）の供給量を少なくすることができるので、第１のガス供給系内に生成される炭化珪素の絶対量を抑制できる。このことは、生成された炭化珪素によるガス供給口の閉塞を抑制するために供給される塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できることを意味する。この結果、本実施の形態によれば塩化水素（ＨＣｌ）ガスの供給量を低減できるので、塩化水素（ＨＣｌ）ガスによって、炭化珪素エピタキシャル膜の成膜に寄与するシリコン（Ｓｉ）が減少し、半導体基板上への炭化珪素エピタキシャル膜の成膜速度が低下してしまうことを抑制できる。つまり、本実施の形態によれば、例えば、ガス供給ノズルの温度が原料ガスの分解温度を超えるような装置構成で炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する際、成膜速度の低下を抑制しつつ、ガス供給口の閉塞を抑制できる効果を得ることができる。
【０１０６】
（２）さらに、本実施の形態によれば、第１のガス供給系からシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、一部の炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを混合して半導体基板上に供給することができるため、完全にシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）と、炭素含有原料ガス（プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）とを分離して供給する場合に比べて、半導体基板上での炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の比の均一性を改善することができる。この結果、本実施の形態における基板処理装置によれば、半導体基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜の膜質や均一性の劣化を抑制することができる。
【０１０７】
（３）また、本実施の形態によれば、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガスを供給する第１のガス供給系と、還元ガスである水素（Ｈ２）ガスを供給する第２のガス供給系とを分けているので、第１のガス供給系内で、水素還元によるシリコン含有原料ガス（四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）ガス）の分解を防止することができ、第１のガス供給系内での炭化珪素の生成を抑制することができる。
【０１０８】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１０９】
本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。
【０１１０】
〔付記１〕
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する反応室と、
該反応室内に設けられた被加熱体と、
前記反応室内に少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子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原子含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給系が前記反応室内に前記第１のガス供給口より少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子含有ガスを供給し、前記第２のガス供給系が前記反応室内に前記第２のガス供給口から少なくとも炭素原子含有ガスを供給して基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するように制御するコントローラと、を備えることを特徴とする基板処理装置。
【０１１１】
〔付記２〕
付記１において、前記第２のガス供給系は、シリコン原子含有ガスを還元する還元ガスをさらに供給し、前記第２のガス供給ノズルは、少なくとも炭素原子含有ガス、及び、前記還元ガスを前記反応室内に供給し、前記第１のガス供給系から前記第１のガス供給ノズルに供給されるガスの中には、前記還元ガスが含まれないことを特徴とする基板処理装置。
【０１１２】
〔付記３〕
付記１又は付記２において、前記第１のガス供給系は、不活性ガスをキャリアガスとして用いることを特徴とする基板処理装置。
【０１１３】
〔付記４〕
付記３において、前記不活性ガスは、アルゴンガスであることを特徴とする基板処理装置。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 基板処理装置
１Ｓ 半導体基板
１０ 筐体
１１ ポッド
１２ ポッドステージ
１３ ポッド搬送装置
１４ ポッド収納棚
１５ ポッドオープナ
１６ 基板枚数検知器
１７ 基板移載器
１８ ボート
１９ アーム
２０ 処理炉
１００ 処理室
１０１ 反応管
１０２ マニホールド
１０３ 被加熱体
１０４ 誘導コイル
１０５ 断熱材
１０６ 断熱壁
１０７ 電磁気シールド材
１０８ ガス供給ノズル
１０８ａ ガス供給口
１０９ ガス供給ノズル
１０９ａ ガス供給口
１１０ ガス供給ライン
１１１ａ 配管
１１１ｂ 配管
１１１ｃ 配管
１１１ｄ 配管
１１１ｅ 配管
１１２ａ バルブ
１１２ｂ バルブ
１１２ｃ バルブ
１１２ｄ バルブ
１１２ｅ バルブ
１１３ａ マスフローコントローラ
１１３ｂ マスフローコントローラ
１１３ｃ マスフローコントローラ
１１３ｄ マスフローコントローラ
１１３ｅ マスフローコントローラ
１１４ ガス供給ライン
１１５ａ 配管
１１５ｂ 配管
１１６ａ バルブ
１１６ｂ バルブ
１１７ａ マスフローコントローラ
１１７ｂ マスフローコントローラ
１１８ シールキャップ
１１９ 回転機構
１２０ ガス排気管
１２１ ＡＰＣバルブ
１２２ 真空排気装置
１３０ 回転軸
１３１ 昇降モータ
１３２ ロードロック室
１３３ 下基板
１３４ 昇降台
１３５ ガイドシャフト
１３６ ボール螺子
１３７ 上基板
１３８ 昇降シャフト
１３９ 天板
１４０ ベローズ
１４１ 昇降基板
１４２ 駆動部カバー
１４３ 駆動部収納ケース
１４４ 冷却機構
１４５ 電力ケーブル
１４６ 冷却水流路
１４７ 冷却水配管
１４８ 炉口
２００ コントローラ
２０１ 主制御部
２０２ 温度制御部
２０３ ガス流量制御部
２０４ 圧力制御部
２０５ 駆動制御部
ＦＮ 第１ノズル
ＳＮ 第２ノズル
ＷＦ 半導体基板
ＷＨ１ ウェハホルダ
ＷＨ２ ウェハホルダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する反応室と、
該反応室内に設けられた被加熱体と、
前記反応室内に少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子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原子含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給系が前記反応室内に前記第１のガス供給口より少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子含有ガスを供給し、前記第２のガス供給系が前記反応室内に前記第２のガス供給口から少なくとも炭素原子含有ガスを供給して基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するように制御するコントローラと、を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
所定の間隔で配列された複数枚の基板を処理する反応室と、
該反応室内に設けられた被加熱体と、
前記反応室内に少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子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原子含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、
前記被加熱体と基板との間の基板の配列領域にその一部が設けられ、基板の配列領域に１以上設けられる第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給系が前記反応室内に前記第１のガス供給口より少なくともシリコン原子含有ガス、塩素原子含有ガス、及び、炭素原子含有ガスを供給し、前記第２のガス供給系が前記反応室内に前記第２のガス供給口から少なくとも炭素原子含有ガスを供給して基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成膜するように制御するコントローラと、を備えることを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７８４４３（Ｐ２０１２−１７８４４３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０３８５（Ｐ２０１１−４０３８５）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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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