JP2011216848A - Method of manufacturing semiconductor device, and manufacturing method and processing apparatus for substrate - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device, and manufacturing method and processing apparatus for substrate Download PDF

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幸永 栗林
Takashi Sasaki
隆史 佐々木
Yoshinori Imai
義則 今井
Sadao Nakajima
定夫 中嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a semiconductor and a processing apparatus for a substrate that uniformly film a plurality of substrates in silicon carbide epitaxial film growth carried out under a high-temperature condition.SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor device in a semiconductor manufacturing apparatus includes a first gas supply nozzle and a second gas supply nozzle provided to be extended in a longitudinal direction, wherein the first gas supply nozzle is provided with a first gas supply port and the second gas supply nozzle is provided with a second gas supply port, and the second gas supply nozzle is installed between the substrate and first gas supply nozzle. The method of manufacturing the semiconductor device includes the processes of: installing the plurality of substrates, stacked and arrayed in a longitudinal direction, into a reaction chamber; supplying a silicon-atom-containing gas and a chlorine-atom-containing gas through the first gas supply port and supplying a carbon-atom-containing gas and a reduction gas through the second gas supply port to form silicon carbide films on substrate surfaces; and taking out the plurality of substrates from the reaction chamber.

Description

本発明は、ウエハ等の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処理装置に関して、特に、炭化ケイ素(SiC)エピタキシャル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の製造方法及び基板処理装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus including a step of processing a substrate such as a wafer, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a silicon carbide (SiC) epitaxial film on a substrate. And a substrate manufacturing method and a substrate processing apparatus.

炭化ケイ素は、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、炭化ケイ素はシリコン(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。
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、基板上に炭化ケイ素エピタキシャル膜を成長させた。
Silicon carbide is attracting attention as an element material for power devices. On the other hand, it is known that silicon carbide is more difficult to produce a crystal substrate and a device than silicon (Si).
In a conventional semiconductor manufacturing apparatus for forming a silicon carbide epitaxial film, a plurality of substrates are arranged in a plane on a plate-shaped susceptor, heated to 1500 ° C. to 1800 ° C., and a source gas used for film formation from one place. A silicon carbide epitaxial film was grown on the substrate by supplying the reaction chamber.

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ケイ素エピタキシャル成長の不安定化を抑制するために、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。   In Patent Document 1, the substrate of the susceptor is held in order to suppress the deposition of deposits caused by the source gas on the surface facing the susceptor and the destabilization of silicon carbide epitaxial growth due to the generation of source gas convection. A vacuum film forming apparatus and a thin film forming method which are arranged so that the surface faces downward are disclosed.

特開2006−196807号公報JP 2006-196807 A

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、大きな径の基板を使用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等が挙げられる。
本発明は上述の問題点を解決し、高温条件下で行われる炭化ケイ素エピタキシャル膜成長において複数枚の基板を均一に成膜することができる半導体装置の製造方法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。
However, there are some problems in the prior art. First, when processing a large number of substrates, or when using a large-diameter substrate, it is necessary to increase the susceptor, which increases the floor area of the reaction chamber, and the source gas is supplied from a single location. Therefore, the gas concentration distribution in the reaction chamber is not uniform, the thickness of the film formed on the wafer is non-uniform, and when the SiC epitaxial film is grown, the temperature is 1500 ° C. to 1800 ° C. Since the process is performed at a high temperature, it is difficult to control the temperature in the wafer surface.
The present invention solves the above-described problems, and a semiconductor device manufacturing method, a substrate manufacturing method, and a substrate processing apparatus capable of uniformly forming a plurality of substrates in silicon carbide epitaxial film growth performed under high temperature conditions The purpose is to provide.

前記課題を解決するための本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、1以上設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、前記第1のガス供給ノズルと異なる位置に、1以上設けられる第2のガス供給ノズルと、
前記第1のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
を備え、
前記第2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、
所定の間隔で縦方向に積層して配列された前記基板を前記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を供給するとともに、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ケイ素膜を形成する工程と、
前記基板を前記反応室内から搬出する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
A typical configuration of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention for solving the above-described problems is as follows.
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and is provided with one or more;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrate in the reaction chamber and is provided at one or more positions different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
With
A method of manufacturing a semiconductor device in a substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle,
Carrying the substrates arranged in a vertical direction at predetermined intervals into the reaction chamber;
At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port, and at least a carbon-containing gas and a reducing gas are supplied from the second gas supply port to form a silicon carbide film on the substrate. Forming, and
Unloading the substrate from the reaction chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:

また、本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
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を供給する第1のガス供給系と、
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、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在されて設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、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のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
前記第1のガス供給系が、前記第1のガス供給口から前記反応室内へ、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、前記第2のガス供給系が、前記第2のガス供給口から前記反応室内へ、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給して前記基板に炭化ケイ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2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置。
A typical configuration of the substrate processing apparatus according to the present invention is as follows.
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply system for supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the reaction chamber;
A second gas supply system for supplying at least a carbon-containing gas and a reducing gas into the reaction chamber;
A first gas supply nozzle provided to extend to the array region of the substrate in the reaction chamber;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrate in the reaction chamber and is provided at a position different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
The first gas supply system supplies at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas from the first gas supply port into the reaction chamber, and the second gas supply system supplies the second gas supply. A controller for controlling at least a carbon-containing gas and a reducing gas to be formed from the mouth into the reaction chamber so that a silicon carbide film is formed on the substrate;
With
The substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle.

また、本発明に係る基板の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、1以上設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、前記第1のガス供給ノズルと異なる位置に、1以上設けられる第2のガス供給ノズルと、
前記第1のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
を備え、
前記第2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置における基板の製造方法であって、
所定の間隔で縦方向に積層して配列された前記基板を前記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を供給するとともに、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ケイ素膜を形成する工程と、
前記基板を前記反応室内から搬出する工程と、
を備えた基板の製造方法。
Moreover, the typical structure of the manufacturing method of the board | substrate which concerns on this invention is as follows.
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and is provided with one or more;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrate in the reaction chamber and is provided at one or more positions different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
With
A method of manufacturing a substrate in a substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle,
Carrying the substrates arranged in a vertical direction at predetermined intervals into the reaction chamber;
At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port, and at least a carbon-containing gas and a reducing gas are supplied from the second gas supply port to form a silicon carbide film on the substrate. Forming, and
Unloading the substrate from the reaction chamber;
A method for manufacturing a substrate comprising:

以上の半導体装置の製造方法や基板の製造方法や基板処理装置によれば、従来法に比べ、反応室内において、第1のガス供給口から供給されるシリコン含有ガスと第2のガス供給口から供給される炭素含有ガスとを、基板に達する前により混合することができるので、形成される炭化ケイ素膜のウエハ面内におけるSi/Cの分布がより良好(Si/Cの偏在が小さい)な半導体装置や基板を製造することができる。   According to the semiconductor device manufacturing method, the substrate manufacturing method, and the substrate processing apparatus, the silicon-containing gas supplied from the first gas supply port and the second gas supply port in the reaction chamber as compared with the conventional method. Since the supplied carbon-containing gas can be mixed before reaching the substrate, the Si / C distribution in the wafer surface of the silicon carbide film to be formed is better (the Si / C is less unevenly distributed). Semiconductor devices and substrates can be manufactured.

本発明の各実施形態における半導体製造装置10の斜視図を示す。The perspective view of the semiconductor manufacturing apparatus 10 in each embodiment of this invention is shown. 本発明の各実施形態における半導体製造装置10を側面からみた垂直断面図を示す。The vertical sectional view which looked at the semiconductor manufacturing apparatus 10 in each embodiment of this invention from the side is shown. 本発明の第1実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図を示す。1 is a horizontal sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention as viewed from above. 本発明の各実施形態における半導体製造装置10の制御部の構成を示す。The structure of the control part of the semiconductor manufacturing apparatus 10 in each embodiment of this invention is shown. 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。The equilibrium state in each temperature in the gas supply conditions of a reference example is shown. 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。The equilibrium state in each temperature in the gas supply conditions of each embodiment of this invention is shown. 本発明の各実施形態における半導体製造装置10の処理炉40及びその周辺構造の略図を示す。1 schematically illustrates a processing furnace 40 and its peripheral structure of a semiconductor manufacturing apparatus 10 according to each embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図(a)、供給ノズルの形状(b)、(b)におけるAA‘断面図(c)を示す。The horizontal cross section (a) which looked at the semiconductor manufacturing apparatus 10 in 1st Embodiment of this invention from the upper surface, AA 'cross section (c) in the shape (b) and (b) of a supply nozzle are shown. 本発明の第1実施形態の2重対向ノズルを用いた場合の、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとの混合度を計算した結果を示す。The result of having calculated the mixing degree of silicon containing gas and carbon containing gas at the time of using the double opposing nozzle of 1st Embodiment of this invention is shown. 本発明の第1実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図を示す。The horizontal sectional view which looked at the semiconductor manufacturing apparatus 10 in 1st Embodiment of this invention from the upper surface is shown. 図10(a)のモニタライン上におけるC/Si比と成膜レートの例を示す。An example of the C / Si ratio and film formation rate on the monitor line in FIG. 図10(a)のモニタライン上における第1実施形態と変形例AのC/Si比の例を示す。The example of C / Si ratio of 1st Embodiment and the modification A on the monitor line of Fig.10 (a) is shown. 本発明の第2実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図を示す。The horizontal sectional view which looked at the semiconductor manufacturing apparatus 10 in 2nd Embodiment of this invention from the upper surface is shown. 本発明の第3実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図を示す。The horizontal sectional view which looked at the semiconductor manufacturing apparatus 10 in 3rd Embodiment of this invention from the upper surface is shown.

[第1実施形態]
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1〜第3の各実施形態における炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する基板処理装置としての半導体製造装置10の一例であり、斜視図にて示す。この半導体製造装置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では、例えば、シリコン(Si)又は炭化ケイ素(SiC)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、装置10の外部から搬送される。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にセットされる。
[First embodiment]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a semiconductor manufacturing apparatus 10 as a substrate processing apparatus for forming a silicon carbide epitaxial film in each of the first to third embodiments of the present invention. This semiconductor manufacturing apparatus 10 is a batch type vertical heat treatment apparatus, and has a casing 12 in which a main part is arranged. In the semiconductor manufacturing apparatus 10, for example, a hoop (hereinafter referred to as a pod) 16 is used as a wafer carrier as a substrate container for storing a wafer 14 as a substrate made of silicon (Si) or silicon carbide (SiC). The A pod stage 18 is disposed on the front side of the housing 12, and the pod 16 is transported to the pod stage 18 from the outside of the apparatus 10. For example, 25 wafers 14 are stored in the pod 16 and set on the pod stage 18 with the lid closed.

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、ポッド収容棚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。ポッド収容棚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とポッド収容棚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。   A pod transfer device 20 is arranged on the front side in the housing 12 and at a position facing the pod stage 18. A pod storage shelf 22, a pod opener 24, and a substrate number detector 26 are disposed in the vicinity of the pod transfer device 20. The pod storage shelf 22 is arranged above the pod opener 24 and is configured to hold a plurality of pods 16 mounted thereon. The substrate number detector 26 is disposed adjacent to the pod opener 24. The pod transfer device 20 transfers the pod 16 among the pod stage 18, the pod storage shelf 22, and the pod opener 24. The pod opener 24 opens the lid of the pod 16, and the substrate number detector 26 detects the number of wafers 14 in the pod 16 with the lid opened.

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。   A substrate transfer device 28 and a boat 30 as a substrate support are disposed in the housing 12. The substrate transfer machine 28 has an arm (tweezer) 32 and has a structure that can be rotated up and down by a driving means (not shown). For example, the arm 32 can take out five wafers, and by moving the arm 32, the wafer 14 is transferred between the pod 16 and the boat 30 placed at the position of the pod opener 24.

ボート30は、例えばカーボングラファイトや炭化ケイ素(SiC)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、例えば石英や炭化ケイ素(SiC)等の耐熱性材料で構成された円筒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)。
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。
The boat 30 is made of a heat-resistant material such as carbon graphite or silicon carbide (SiC), for example, and a plurality of wafers 14 are aligned in a horizontal posture and aligned with each other, and stacked and held in the vertical direction. Is configured to do. A boat heat insulating portion 34 as a cylindrical heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide (SiC) is disposed at the lower portion of the boat 30. The heat is not easily transmitted to the lower side of the processing furnace 40 (see FIG. 2).
A processing furnace 40 is disposed in the upper part on the back side in the housing 12. The boat 30 loaded with a plurality of wafers 14 is loaded into the processing furnace 40 and subjected to heat treatment.

図2は、第1〜第3の各実施形態における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10の処理炉40の側面断面図を示す。図3は、本発明の第1実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図を示す。図2及び図3において、第1のガス供給口68を有する第1のガス供給ノズル60、第2のガス供給口72を有する第2のガス供給ノズル70、及び第1のガス排気口90が図示されている。第1のガス供給口68は、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ものである。第2のガス供給口72は、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給するものである。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。   FIG. 2 shows a side cross-sectional view of the processing furnace 40 of the semiconductor manufacturing apparatus 10 for forming a silicon carbide epitaxial film in each of the first to third embodiments. FIG. 3 is a horizontal sectional view of the semiconductor manufacturing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention as viewed from above. 2 and 3, a first gas supply nozzle 60 having a first gas supply port 68, a second gas supply nozzle 70 having a second gas supply port 72, and a first gas exhaust port 90 are provided. It is shown in the figure. The first gas supply port 68 supplies at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas. The second gas supply port 72 supplies at least a carbon-containing gas and a reducing gas. Further, a third gas supply port 360 and a second gas exhaust port 390 for supplying an inert gas are illustrated between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 forming the reaction chamber.

処理炉40は、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、石英または炭化ケイ素(SiC)等の耐熱材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した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が形成されている。反応室44は、シリコン(Si)又は炭化ケイ素(SiC)等で構成されたウエハ14を、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した状態で収納可能に構成されている。   The processing furnace 40 includes a reaction tube 42 that forms a cylindrical reaction chamber 44. The reaction tube 42 is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A reaction chamber 44 is formed in a hollow cylindrical portion inside the reaction tube 42. The reaction chamber 44 is a state in which the wafers 14 made of silicon (Si), silicon carbide (SiC), or the like are aligned on the boat 30 in a horizontal posture and aligned with each other, and stacked and held in the vertical direction. It is configured so that it can be stored.

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91が配設されている。マニホールド91は、たとえばステンレス等で構成され、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91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91と反応管42との間にはシール部材としてOリング(不図示)が設けられている。このマニホールド91が保持体(不図示)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91により反応容器が形成されている。   Below the reaction tube 42, a manifold 91 is disposed concentrically with the reaction tube 42. The manifold 91 is made of, for example, stainless steel and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 91 is provided so as to support the reaction tube 42. An O-ring (not shown) is provided between the manifold 91 and the reaction tube 42 as a seal member. The manifold 91 is supported by a holding body (not shown), so that the reaction tube 42 is installed vertically. A reaction vessel is formed by the reaction tube 42 and the manifold 91.

処理炉40は、加熱される被加熱体48、及び磁場発生部としての誘導コイル50を備える。被加熱体48は、反応室44内に配設されている。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。誘導コイル50は、反応管42の周囲を巻き回すように設けられる。被加熱体48が発熱することにより、反応室44内が加熱される。被加熱体48は、誘導コイル50により発生する誘導電流により誘導加熱されやすく、且つ、耐熱性に優れた材料、例えば、カーボングラファイト等の材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
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、温度制御部52が電気的に接続されており、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への通電量を調節することにより、反応室44内の温度が所定のタイミングにて所定の温度分布となるよう制御するように構成されている(図4参照)。
被加熱体48の内部は、第1のガス供給ノズル60及び第2のガス供給ノズル70や第1のガス排気口90が設けられ、反応ガスが供給される反応空間を形成する。
The processing furnace 40 includes a heated body 48 to be heated and an induction coil 50 as a magnetic field generation unit. The heated body 48 is disposed in the reaction chamber 44. The heated body 48 is heated by a magnetic field generated by an induction coil 50 provided outside the reaction tube 42. The induction coil 50 is provided so as to wind around the reaction tube 42. As the heated body 48 generates heat, the reaction chamber 44 is heated. The heated object 48 is easily cylindrically heated by an induction current generated by the induction coil 50 and is made of a material having excellent heat resistance, such as carbon graphite, with a closed upper end and an open lower end. Is formed.
In the vicinity of the object to be heated 48, a temperature sensor (not shown) is provided as a temperature detector for detecting the temperature in the reaction chamber 44. A temperature control unit 52 is electrically connected to the induction coil 50 and the temperature sensor, and the amount of current supplied to the induction coil 50 is adjusted based on the temperature information detected by the temperature sensor. The temperature is controlled to have a predetermined temperature distribution at a predetermined timing (see FIG. 4).
Inside the heated body 48, a first gas supply nozzle 60, a second gas supply nozzle 70, and a first gas exhaust port 90 are provided to form a reaction space to which a reaction gas is supplied.

なお、好ましくは、反応室44内において第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。構造物400を設けることにより、基板であるウエハ14が縦方向に積載された領域(基板の配列領域)に流れる反応ガスの流速や流量が均一化される。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は、図3に示すように、その水平断面が弓形形状、つまり内周と外周が円弧を描くような形状をした柱であり、少なくとも、縦方向に積載されるウエハ14の存在する領域(基板の配列領域)に対応するように設けられる。構造物400は、好ましくは、断熱材若しくはカーボンフェルト等で構成すると、耐熱性をもち、パーティクルが発生することを抑制することができる。   Preferably, in the reaction chamber 44, between the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70 and the first gas exhaust port 90, and between the heated object 48 and the wafer 14. The structure 400 is preferably provided. By providing the structure 400, the flow velocity and flow rate of the reaction gas flowing in the region (substrate array region) in which the wafers 14 serving as substrates are stacked in the vertical direction are made uniform. For example, as shown in FIG. 3, the structures 400 are provided at the opposing positions. As shown in FIG. 3, the structure 400 is a pillar having a horizontal cross section that has an arcuate shape, that is, a shape in which an inner periphery and an outer periphery draw an arc, and at least the wafer 14 loaded in the vertical direction exists. It is provided so as to correspond to the region (substrate array region). The structure 400 is preferably made of a heat insulating material, carbon felt, or the like, has heat resistance and can suppress generation of particles.

被加熱体48と反応管42の間には、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。断熱材54は、例えば誘導されにくいカーボンフェルト等で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。
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92が、反応室44を囲むように設けられている。外側断熱壁92は、誘導コイル50から発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅(Cu)等の材料から構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。更に、外側断熱壁92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58が設けられている。好ましくは、磁気シールド58は、誘導コイルから発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅(Cu)もしくはアルミニウム(Al)等の材料から構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
A heat insulating material 54 is provided between the heated object 48 and the reaction tube 42, and by providing this heat insulating material 54, the heat of the heated object 48 is transmitted to the reaction tube 42 or the outside of the reaction tube 42. Can be suppressed. The heat insulating material 54 is made of, for example, a carbon felt that is not easily induced, and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened.
In addition, an outer heat insulating wall 92 having, for example, a water cooling structure is provided outside the induction coil 50 so as to prevent the heat in the reaction chamber 44 from being transmitted to the outside so as to surround the reaction chamber 44. . The outer heat insulating wall 92 is made of a material that is difficult to be induction-heated by the induction current generated from the induction coil 50, for example, a material such as copper (Cu), and is formed in a cylindrical shape having an open upper end and a lower end. Further, a magnetic shield 58 for preventing the magnetic field generated by the induction coil 50 from leaking outside is provided outside the outer heat insulating wall 92. Preferably, the magnetic shield 58 is made of a material that is difficult to be induction-heated by an induction current generated from the induction coil, for example, a material such as copper (Cu) or aluminum (Al), and has a closed upper end and an open lower end. It is formed into a shape.

図2に示すように、加熱体48とウエハ14との間に、第1のガス供給ノズル60に少なくとも1つ設けられた第1のガス供給口68と、第2のガス供給ノズル70に少なくとも1つ設けられた第2のガス供給口72と、第1のガス排気口90が配置されている。第1のガス供給口68は、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2のガス供給口72は、少なくとも、炭素含有ガスと還元ガスとを供給する。また、反応管42と断熱材54の間に、第3のガス供給口360と、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。   As shown in FIG. 2, at least one first gas supply port 68 provided in the first gas supply nozzle 60 and at least one second gas supply nozzle 70 are provided between the heating body 48 and the wafer 14. One second gas supply port 72 and a first gas exhaust port 90 are provided. The first gas supply port 68 supplies at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas. The second gas supply port 72 supplies at least a carbon-containing gas and a reducing gas. Further, a third gas supply port 360 and a second gas exhaust port 390 are arranged between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54. Each will be described in detail.

第1のガス供給ノズル60は、反応室44内に設けられている。第1のガス供給ノズル60は、例えばカーボングラファイトで構成され、マニホールド91を貫通するようにマニホールド91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。第1のガス供給ノズル60に少なくとも1つ設けられる第1のガス供給口68は、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)ガスを、反応室44内に供給する。 The first gas supply nozzle 60 is provided in the reaction chamber 44. The first gas supply nozzle 60 is made of, for example, carbon graphite, and is attached to the manifold 91 so as to penetrate the manifold 91. A plurality of first gas supply nozzles 60 may be provided. At least one first gas supply port 68 provided in the first gas supply nozzle 60 has, for example, silane (SiH 4 ) gas as a silicon-containing gas, and hydrogen chloride (HCl) gas as a chlorine-containing gas, and the reaction chamber 44. Supply in.

第1のガス供給ノズル60は、第1のガスライン(ガス供給管)222に接続されている。この第1のガスライン222は、本例では、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(以下、MFCとする。)211a及びバルブ212aを介して、シラン(SiH)ガス源210aに接続されている。また、この第1のガスライン222は、MFC211b及びバルブ212bを介して、塩化水素(HCl)ガス源210bに接続されている。
この構成により、反応室44内に供給されるシラン(SiH)ガス、塩化水素(HCl)ガス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212a、212b、MFC211a、211bは、ガス流量制御部78に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、所定のタイミングにて所定流量となるよう制御される(図4参照)。本例では、シラン(SiH)ガス源210a、塩化水素(HCl)ガス源210b、バルブ212a、212b、MFC211a、211b、第1のガスライン222、第1のガス供給ノズル60、第1のガス供給口68により、第1のガス供給系が構成される。
The first gas supply nozzle 60 is connected to a first gas line (gas supply pipe) 222. In this example, the first gas line 222 is connected to a silane (SiH 4 ) gas source 210a via a mass flow controller (hereinafter referred to as MFC) 211a as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 212a. It is connected. The first gas line 222 is connected to a hydrogen chloride (HCl) gas source 210b via an MFC 211b and a valve 212b.
With this configuration, the supply flow rate, concentration, and partial pressure of the silane (SiH 4 ) gas and hydrogen chloride (HCl) gas supplied into the reaction chamber 44 can be controlled. The valves 212a and 212b and the MFCs 211a and 211b are electrically connected to the gas flow rate control unit 78, and are controlled so that the flow rate of the supplied gas becomes a predetermined flow rate at a predetermined timing (see FIG. 4). . In this example, a silane (SiH 4 ) gas source 210a, a hydrogen chloride (HCl) gas source 210b, valves 212a and 212b, MFCs 211a and 211b, a first gas line 222, a first gas supply nozzle 60, and a first gas. The supply port 68 constitutes a first gas supply system.

なお、上述の例では、シリコン含有ガスとしてシラン(SiH)ガスを例示したが、これに限らず、ジシラン(Si)ガス、トリシラン(Si)ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
また、上述の例では、塩素含有ガスとして塩化水素(HCl)ガスを例示したが、これに限らず、塩素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。い。
なお、上述の例では、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給したが、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(SiCl)ガス、トリクロロシラン(SiHCl)ガス、ジクロロシラン(SiHCl)ガスを供給しても良い。
In the above example, silane (SiH 4 ) gas is exemplified as the silicon-containing gas. However, the present invention is not limited to this, and disilane (Si 2 H 6 ) gas, trisilane (Si 3 H 8 ) gas, or the like may be used. These gases may be used in combination.
In the above example, hydrogen chloride (HCl) gas is exemplified as the chlorine-containing gas. However, the present invention is not limited to this, and chlorine gas may be used, or these gases may be used in combination. Yes.
In the above-described example, the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas are supplied. However, a gas containing silicon and chlorine, for example, tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 ) gas, dichlorosilane (SiH) 2 Cl 2 ) gas may be supplied.

少なくとも炭素含有ガスと還元ガスを供給する第2のガス供給ノズル70は、反応室44内に設けられている。第2のガス供給ノズル70は、例えばカーボングラファイトで構成され、マニホールド91を貫通するようにマニホールド91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。第2のガス供給ノズル70に設けられる第2のガス供給口72は、炭素含有ガスとして例えばプロパン(C)ガス、還元ガスとして例えば水素(H)ガスを、反応室44内に供給する。 A second gas supply nozzle 70 that supplies at least a carbon-containing gas and a reducing gas is provided in the reaction chamber 44. The second gas supply nozzle 70 is made of carbon graphite, for example, and is attached to the manifold 91 so as to penetrate the manifold 91. A plurality of second gas supply nozzles 70 may be provided. The second gas supply port 72 provided in the second gas supply nozzle 70 has, for example, propane (C 3 H 8 ) gas as the carbon-containing gas and hydrogen (H 2 ) gas as the reducing gas in the reaction chamber 44. Supply.

第2のガス供給ノズル70は、第2のガスライン(ガス供給管)260に接続されている。この第2のガスライン260は、本例では、MFC211c及びバルブ212cを介してプロパン(C)ガス源210cに接続され、また、MFC211d及びバルブ212dを介して水素(H)ガス源210dに接続されている。
この構成により、反応室44内に供給されるプロパン(C)ガス、水素(H)ガスの供給流量、濃度、分圧を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に電気的に接続されており、供給するガスの流量が、所定のタイミングにて所定の流量となるよう制御される(図4参照)。本例では、プロパン(C)ガス源210c、水素(H)ガス源210d、バルブ212c、212d、MFC211c、211d、第2のガスライン260、第2のガス供給ノズル70、第2のガス供給口72により、第2のガス供給系が構成される。
The second gas supply nozzle 70 is connected to a second gas line (gas supply pipe) 260. In this example, the second gas line 260 is connected to the propane (C 3 H 8 ) gas source 210c via the MFC 211c and the valve 212c, and is also connected to the hydrogen (H 2 ) gas source via the MFC 211d and the valve 212d. 210d.
With this configuration, the supply flow rate, concentration, and partial pressure of propane (C 3 H 8 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas supplied into the reaction chamber 44 can be controlled. The valves 212c and 212d and the MFCs 211c and 211d are electrically connected to the gas flow rate control unit 78, and are controlled so that the flow rate of the supplied gas becomes a predetermined flow rate at a predetermined timing (see FIG. 4). In this example, a propane (C 3 H 8 ) gas source 210c, a hydrogen (H 2 ) gas source 210d, valves 212c and 212d, MFCs 211c and 211d, a second gas line 260, a second gas supply nozzle 70, a second The gas supply port 72 constitutes a second gas supply system.

なお、炭素含有ガスとしてプロパン(C)ガスを例示したが、これに限らず、エチレン(C)ガス、アセチレン(C)ガス等を用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
なお、第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72は、それぞれ、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複数枚のウエハ14に対し、ウエハ14の1枚毎にガスを供給するように設けることが好ましい。これにより、ウエハ14それぞれの膜厚面内均一性を制御しやすくなる。
しかし、これに限らず、第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72は、それぞれ、縦方向に積層されたウエハ14の配列領域(基板の配列領域)に少なくとも1つ設けるようにしてもよい。
なお、上述の実施例では、第1のガス供給ノズル60よりシリコン含有ガス、塩素含有ガス、及び第2のガス供給ノズル70より炭素含有ガス、還元ガスを供給したが、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。
Although exemplified propane (C 3 H 8) gas as a carbon-containing gas is not limited thereto, ethylene (C 2 H 4) gas, acetylene (C 2 H 2) may be used gas or the like, and, These gases may be used in combination.
The first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 are each a plurality of wafers that are stacked and held in the vertical direction while being aligned with the boat 30 in a horizontal posture and aligned with each other. 14 is preferably provided so as to supply gas for each wafer 14. This makes it easy to control the in-plane uniformity of the film thickness of each wafer 14.
However, the present invention is not limited to this, and at least one of the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 is provided in the array region of the wafers 14 stacked in the vertical direction (substrate array region). May be.
In the above-described embodiment, the silicon-containing gas, the chlorine-containing gas, and the carbon-containing gas and the reducing gas are supplied from the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70. However, the present invention is not limited to this. A gas supply nozzle may be provided for each species.

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た。
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。
Here, the reason why the first gas supply system and the second gas supply system are configured will be described in detail. In a conventional semiconductor manufacturing apparatus for forming a silicon carbide epitaxial film, a plurality of wafers 14 are arranged so as not to overlap each other on a susceptor, and a source gas composed of a silicon-containing gas, a carbon-containing gas, a reducing gas, etc. The silicon carbide epitaxial film was formed from one location of 44.
In the present invention, a plurality of wafers 14 made of silicon carbide (SiC) or the like are aligned and held in a horizontal posture with their centers aligned, and are stacked and held in the vertical direction. The gas is supplied from an extended gas supply nozzle. At this time, since the source gas is consumed in the gas supply nozzle, a source gas shortage occurs on the downstream side of the gas supply nozzle, and deposits such as a silicon carbide (SiC) film deposited by reaction in the gas supply nozzle However, problems such as blocking the gas supply nozzle, or unstable supply of raw material gas and generation of particles are likely to occur.

本発明の発明者は、これらの点を解決する為、図5及び図6に示すような計算を行った。図5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(SiCl)ガス、炭素含有ガスとしてプロパン(C)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(SiCl)ガスが8.0sccm、プロパン(C)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(SiCl)ガス、プロパン(C)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5から除外している。 The inventor of the present invention performed calculations as shown in FIGS. 5 and 6 in order to solve these points. FIG. 5 is a reference example for comparison with the present invention. Tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas as a gas containing silicon and chlorine, propane (C 3 H 8 ) gas as a carbon-containing gas, and the function of a carrier gas 2 shows the chemical equilibrium state at each temperature when argon (Ar) gas is supplied as a rare gas in a ratio of tetrachlorosilane gas: propane gas: argon gas = 8: 4: 571. At this time, the flow rate of each gas type is 8.0 sccm for tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas, 4.0 sccm for propane (C 3 H 8 ) gas, and 571 sccm for argon (Ar) gas, and the pressure at this time is 100 Torr. It is said. This is to simulate the state in the gas supply nozzle when tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas, propane (C 3 H 8 ) gas, and argon (Ar) gas are supplied using one gas supply nozzle. Yes. The chemical equilibrium state refers to the state of each gas that reaches when the molar fraction of the gas is given as an initial condition and maintained at that temperature for an infinite time. The horizontal axis indicates the temperature in the equilibrium state, and the vertical axis indicates the supplied raw material gas and the mole fraction generated by the decomposition or combination of the supplied raw material gases. Further, argon (Ar) gas is excluded from FIG.

図5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(SiCl)ガス、アセチレン(C)ガス、水素(H)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(SiCl)ガス、プロパン(C)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(SiCl)、アセチレン(C)ガス、水素(H)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(SiCl)ガス、アセチレン(C)ガス、水素(H)ガスの順で多くガスが発生され、ジクロロクロロシラン(SiCl)ガスとアセチレン(C)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。 In FIG. 5, a large amount of hydrogen chloride (HCl) gas, dichlorochlorosilane (SiCl 2 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas, and hydrogen (H 2 ) gas exists at least in the temperature range of 1000 ° C. to 1600 ° C. is doing. That is, in the above-described temperature range where silicon carbide (SiC) epitaxial growth is performed, one gas supply nozzle is installed in the reaction chamber 44, and tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas, propane (C 3 H 8 ) gas, argon When the (Ar) gas is supplied, the hydrogen chloride (HCl) gas, dichlorochlorosilane (SiCl 2 ), acetylene (C 2 H 2 ) gas, and hydrogen (H 2 ) gas are generated in the gas supply nozzle. become. For example, when the equilibrium temperature is 1400 ° C., many gases are generated in the order of hydrogen chloride (HCl) gas, dichlorochlorosilane (SiCl 2 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas, and hydrogen (H 2 ) gas. Then, a dichlorochlorosilane (SiCl 2 ) gas and an acetylene (C 2 H 2 ) gas react to form a silicon carbide (SiC) polycrystalline (SiC-Poly) film in the gas supply nozzle. is expected.

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。   At this time, hydrogen chloride (HCl) gas having an etching action also exists, but since the hydrogen chloride (HCl) gas has a small etching effect on silicon carbide (SiC) at 1500 ° C. or less, the polycrystalline film of silicon carbide (SiC) is The gas supply nozzle is clogged, and particles are generated when the deposited polycrystalline film of silicon carbide (SiC) is peeled off.

この解決策として、本発明の発明者は、図6に示す計算を行った。図6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5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(SiCl)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(SiCl)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(SiCl)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6から除外している。 As a solution to this problem, the inventors of the present invention performed the calculation shown in FIG. FIG. 6 shows an equilibrium state at each temperature under the gas supply conditions of the embodiment of the present invention, and is a calculation result when the carbon-containing gas is removed from the conditions of FIG. At each temperature when tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas as a gas containing silicon and chlorine, argon (Ar) gas as a rare gas as a carrier gas, and tetrachlorosilane gas: argon gas = 8: 571 are supplied. The equilibrium state is shown. At this time, the flow rate of each gas type is 8.0 sccm for tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas and 570 sccm for argon (Ar) gas, and the pressure at this time is 100 Torr. This simulates the state in the gas supply nozzle when tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas and argon (Ar) gas are supplied using the first gas supply nozzle in the present invention. Further, argon (Ar) gas is excluded from FIG.

図6に示すように、テトラクロロシラン(SiCl)ガスは、1200℃付近まで殆ど分解しない。これは、図5の場合ではプロパン(C)ガスに含まれる水素によるテトラクロロシラン(SiCl)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6においては、プロパン(C)ガスが存在しない為、テトラクロロシラン(SiCl)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(SiCl)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。 As shown in FIG. 6, the tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas hardly decomposes to around 1200 ° C. This is probably because the reduction reaction of tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas by hydrogen contained in the propane (C 3 H 8 ) gas occurs in the case of FIG. 5, whereas in FIG. Since there is no C 3 H 8 ) gas, it is considered that the tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas hardly decomposes to around 1200 ° C. Further, it is known that tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas alone does not contribute to the formation of a silicon carbide film, and at least up to about 1200 ° C., a silicon carbide polycrystalline film or the like is placed in the gas supply nozzle. It is considered that deposits are not easily generated.

一方、1200℃以上になると、テトラクロロシラン(SiCl)ガスが分解し、ジクロロシラン(SiCl)ガスと塩素(Cl)ガスが発生する。ジクロロシラン(SiCl)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、SiCl+H→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。 On the other hand, when the temperature is 1200 ° C. or higher, tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas is decomposed to generate dichlorosilane (SiCl 2 ) gas and chlorine (Cl) gas. A polycrystalline film of, for example, silicon carbide is expected to be formed by dichlorosilane (SiCl 2 ) gas. In this case, since chlorine (Cl) gas having an etching effect is generated at the same time, the film in the gas supply nozzle is generated. It is believed that no deposition occurs. Further, since there is no hydrogen in the nozzle, a film formation reaction such as SiCl 2 + H 2 → Si (Solid) + 2HCl does not occur, so it is considered that the film is difficult to adhere inside the nozzle.

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。   That is, at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply nozzle 60, and at least a carbon-containing gas and a reducing gas are supplied from the second gas supply nozzle 70. It is possible to suppress the consumption of the supply gas in the interior, suppress the blockage in the gas supply nozzle, and prevent the generation of particles.

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(H)ガスとを供給すると良い。 Preferably, silicon-containing gas, chlorine-containing gas, and rare gas such as argon (Ar) gas is supplied as carrier gas from the first gas supply nozzle 60, and carbon-containing gas is supplied from the second gas supply nozzle 70. For example, hydrogen (H 2 ) gas as a reducing gas may be supplied.

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(SiCl)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(H)ガスとを供給すると良い。
なお、第1の供給口68又は第2のガス供給口72より、反応室44内へ、更に不純物を含有するドーパントガスも供給しても良い。しかし、これに限らず、ドーパントガスを供給するために更にガス供給ノズルを設けて、ドーパントガスを反応室44内供給しても良い。
More preferably, for example, tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas as a gas containing silicon and chlorine and a rare gas such as argon (Ar) gas as a carrier gas are supplied from the first gas supply nozzle 60. A carbon-containing gas and, for example, hydrogen (H 2 ) gas as a reducing gas may be supplied from the second gas supply nozzle 70.
Note that a dopant gas further containing impurities may be supplied into the reaction chamber 44 from the first supply port 68 or the second gas supply port 72. However, the present invention is not limited thereto, and a gas supply nozzle may be further provided to supply the dopant gas, and the dopant gas may be supplied into the reaction chamber 44.

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91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の下流側には圧力検出器として圧力センサ93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93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98は圧力センサ93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、所定のタイミングにて所定の圧力になるよう制御するように構成されている(図4参照)。   In addition, as shown in FIG. 3, the first gas exhaust port 90 has a gas supply nozzle 60 connected to the first gas supply port 68 and a gas supply nozzle 70 connected to the second gas supply port 72. A gas exhaust pipe 230 connected to the first gas exhaust port 90 is provided in the manifold 91 so as to pass through the manifold 91. A vacuum exhaust device 220 such as a vacuum pump is connected to the downstream side of the gas exhaust pipe 230 via a pressure sensor 93 as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller, hereinafter referred to as APC) valve 214 as a pressure regulator. Yes. A pressure control unit 98 is electrically connected to the pressure sensor 93 and the APC valve 214, and the pressure control unit 98 adjusts the opening degree of the APC valve 214 based on the pressure detected by the pressure sensor 93. Thus, the pressure in the processing furnace 40 is controlled to be a predetermined pressure at a predetermined timing (see FIG. 4).

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を供給し、供給されたガスはシリコン又は炭化ケイ素で構成されたウエハ14の表面に対し平行に流れ、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。   As described above, at least the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port 68, and at least the carbon-containing gas and the reducing gas are supplied from the second gas supply port 72. Since it flows parallel to the surface of the wafer 14 made of silicon or silicon carbide and flows toward the first exhaust port 90, the entire wafer 14 is efficiently and uniformly exposed to the gas.

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91を貫通するように取り付けられている。更に、第2のガス排気口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91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には、不活性ガスとして例えば希ガスのアルゴン(以下、Arとする)ガスが供給される。これにより、炭化ケイ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の外壁が劣化してしまうことや不要な生成物が付着するのを防止することができる。   As shown in FIG. 3, the third gas supply port 360 is disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 and is attached so as to penetrate the manifold 91. Further, the second gas exhaust port 390 is disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 and is disposed so as to be opposed to the third gas supply port 360. A gas exhaust pipe 230 connected to the second gas exhaust port 390 is provided so as to penetrate therethrough. For example, a rare gas argon (hereinafter referred to as Ar) gas is supplied to the third gas supply port 360 as an inert gas. This prevents, for example, a silicon-containing gas, a carbon-containing gas, a chlorine-containing gas, or a mixed gas thereof from entering the gap between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 as a gas that contributes to the growth of the silicon carbide epitaxial film. It is possible to prevent the inner wall of the pipe 42 or the outer wall of the heat insulating material 54 from deteriorating and unnecessary products from adhering.

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の下流側には圧力検出器として圧力センサ93及び圧力調整器としてのAPCバルブ214を介して真空ポンプ等の真空排気装置220から排気される。圧力センサ93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93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)。   The inert gas supplied between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 is connected to the downstream side of the gas exhaust pipe 230 from the second gas exhaust port 390 as a pressure sensor 93 and an APC as a pressure regulator. The air is exhausted from a vacuum exhaust device 220 such as a vacuum pump through a valve 214. A pressure control unit is electrically connected to the pressure sensor 93 and the APC valve 214, and the pressure control unit adjusts the opening degree of the APC valve 214 based on the pressure detected by the pressure sensor 93. Control is performed at a predetermined timing so that the pressure in the reaction chamber 44 becomes a predetermined pressure (see FIG. 4).

なお、還元ガスとして水素(H)ガスを例示したが、これに限らず、水素を含有するガスと、次に示す希ガスのうち少なくとも1つの希ガスと組み合わせされたガスを供給しても良い。ここで、希ガスとしては、アルゴン(Ar)ガス、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)ガス等の希ガスを用いることができる。 Although exemplified hydrogen (H 2) gas as a reducing gas is not limited thereto, a gas containing hydrogen, then one of the rare gas exhibiting be supplied to at least one of a rare gas and combined gas good. Here, as the rare gas, a rare gas such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, krypton (Kr) gas, or xenon (Xe) gas can be used.

次に、処理炉40周辺の構成について説明する。
図7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、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には回転機構218が設けられている。回転機構218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218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、所定のタイミングにて所定の動作をするよう制御するよう構成されている(図4参照)。
Next, the configuration around the processing furnace 40 will be described.
FIG. 7 shows a schematic diagram of the processing furnace 40 and its peripheral structure. Below the processing furnace 40, a seal cap 102 is provided as a furnace port lid for secretly closing the lower end opening of the processing furnace 40. The seal cap 102 is made of, for example, a metal such as stainless steel and has a disk shape. On the upper surface of the seal cap 102, an O-ring is provided as a seal material that comes into contact with the lower end of the processing furnace 40. A rotation mechanism 218 is provided on the seal cap 102. The rotation shaft 106 of the rotation mechanism 218 is connected to the boat 30 through the seal cap 102, and is configured to rotate the wafer 14 by rotating the boat 30. The seal cap 102 is configured to be moved up and down in the vertical direction by an elevating motor 122, which will be described later, as an elevating mechanism directed to the outside of the processing furnace 40, whereby the boat 30 is carried into and out of the processing furnace 40. It is possible to do. A drive control unit 108 is electrically connected to the rotation mechanism 218 and the lifting motor 122, and is configured to control to perform a predetermined operation at a predetermined timing (see FIG. 4).

予備室としてのロードロック室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。   A lower substrate 112 is provided on the outer surface of the load lock chamber 110 as a spare chamber. The lower substrate 112 is provided with a guide shaft 116 that is fitted to the lifting platform 114 and a ball screw 118 that is screwed to the lifting platform 114. The upper substrate 120 is provided on the upper ends of the guide shaft 116 and the ball screw 118 erected on the lower substrate 112. The ball screw 118 is rotated by an elevating motor 122 provided on the upper substrate 120. When the ball screw 118 rotates, the lifting platform 114 is configured to move up and down.

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。   A hollow elevating shaft 124 is suspended from the elevating table 114, and the connection between the elevating table 114 and the elevating shaft 124 is airtight. The elevating shaft 124 moves up and down together with the elevating table 114. The lifting shaft 124 passes through the top plate 126 of the load lock chamber 110. The through hole of the top plate 126 through which the elevating shaft 124 passes has a sufficient margin so as not to contact the elevating shaft 124. Between the load lock chamber 110 and the lifting platform 114, a bellows 128 is provided as a hollow elastic body having elasticity so as to cover the periphery of the lifting shaft 124 in order to keep the load lock chamber 110 airtight. The bellows 128 has a sufficient expansion / contraction amount that can correspond to the amount of elevation of the lifting platform 114, and the inner diameter of the bellows 128 is sufficiently larger than the outer shape of the lifting shaft 124 so that it does not come into contact with the expansion / contraction of the bellows 128. It is configured.

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。   An elevating board 130 is fixed horizontally to the lower end of the elevating shaft 124. A drive unit cover 132 is airtightly attached to the lower surface of the elevating substrate 130 via a seal member such as an O-ring. The elevating board 130 and the drive unit cover 132 constitute a drive unit storage case 134. With this configuration, the inside of the drive unit storage case 134 is isolated from the atmosphere in the load lock chamber 110.

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218が設けられ、この回転機構218の周辺は、冷却機構136により冷却される。   Further, a rotation mechanism 218 of the boat 30 is provided inside the drive unit storage case 134, and the periphery of the rotation mechanism 218 is cooled by the cooling mechanism 136.

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218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。   The power cable 138 passes from the upper end of the elevating shaft 124 through the hollow portion of the elevating shaft 124 and is guided and connected to the rotating mechanism 218. A cooling water flow path 140 is formed in the cooling mechanism 136 and the seal cap 102. The cooling water pipe 142 passes from the upper end of the elevating shaft 124 through the hollow portion of the elevating shaft 124 and is guided and connected to the cooling flow path 140.

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。
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。
When the elevating motor 122 is driven and the ball screw 118 rotates, the drive unit storage case 134 is raised and lowered via the elevating table 114 and the elevating shaft 124.
As the drive unit storage case 134 is raised, the seal cap 102 provided in an airtight manner on the elevating substrate 130 closes the furnace port 144 that is an opening of the processing furnace 40, so that wafer processing is possible. When the drive unit storage case 134 is lowered, the boat 30 is lowered together with the seal cap 102, and the wafer 14 can be carried out to the outside.

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、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。主制御部150は、図示しない操作部及び入出力部を備える。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。   FIG. 4 shows a control configuration of each part constituting semiconductor manufacturing apparatus 10 for forming a silicon carbide epitaxial film. The temperature control unit 52, the gas flow rate control unit 78, the pressure control unit 98, and the drive control unit 108 are electrically connected to a main control unit 150 that controls the entire semiconductor manufacturing apparatus 10. The main control unit 150 includes an operation unit and an input / output unit (not shown). These temperature control unit 52, gas flow rate control unit 78, pressure control unit 98, and drive control unit 108 are configured as a controller 152.

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、炭化ケイ素(SiC)等で構成されるウエハ14などの基板に、例えば炭化ケイ素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。   Next, using the heat treatment apparatus 10 configured as described above, for example, a silicon carbide film is formed on a substrate such as a wafer 14 made of silicon carbide (SiC) or the like as one step of a semiconductor device manufacturing process. How to do will be described. In the following description, the operation of each part constituting the heat treatment apparatus 10 is controlled by the controller 152.

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からポッド収容棚22へ搬送し、このポッド収容棚22にストックする。次に、ポッド搬送装置20により、ポッド収容棚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。   First, when the pod 16 containing a plurality of wafers 14 is set on the pod stage 18, the pod 16 is transferred from the pod stage 18 to the pod storage shelf 22 by the pod transfer device 20, and the pod 16 is stored in the pod storage shelf 22. To do. Next, the pod 16 stocked on the pod storage shelf 22 is transported and set to the pod opener 24 by the pod transport device 20, the lid of the pod 16 is opened by the pod opener 24, and the pod 16 is detected by the substrate number detector 26. The number of wafers 14 accommodated in is detected.

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。
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91の下端をシールした状態となる。
Next, the wafer 14 is taken out from the pod 16 at the position of the pod opener 24 by the substrate transfer device 28 and transferred to the boat 30.
When a plurality of wafers 14 are loaded on the boat 30, the boat 30 holding the plurality of wafers 14 is loaded into the reaction chamber 44 by the lifting / lowering operation of the lifting / lowering table 114 and the lifting / lowering shaft 124 by the lifting / lowering motor 122 (boat loading). ) In this state, the seal cap 102 seals the lower end of the manifold 91 via the O-ring.

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93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及び反応室44内が所定の温度となるように、被加熱体48により加熱される。このとき、反応室44内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への通電量がフィードバック制御される。続いて、回転機構218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。   The reaction chamber 44 is evacuated by the evacuation device 220 so that the pressure in the reaction chamber 44 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the reaction chamber 44 is measured by the pressure sensor 93, and the APC valve 214 communicating with the first gas exhaust port 90 and the second gas exhaust port 390 is feedback-controlled based on the measured pressure. The Further, the object to be heated 48 is heated so that the inside of the wafer 14 and the reaction chamber 44 has a predetermined temperature. At this time, the energization amount to the induction coil 50 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the reaction chamber 44 has a predetermined temperature distribution. Subsequently, the wafer 30 is rotated in the circumferential direction by rotating the boat 30 by the rotation mechanism 218.

続いて、炭化ケイ素エピタキシャル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から供給され、ガス供給口68より反応室44内に噴出され、また炭素含有ガス及び還元ガスである水素(H)ガスは、ガス源210c、210dから供給され、ガス供給口72より反応室44内に噴出されて、炭化ケイ素エピタキシャル成長反応をする。 Subsequently, the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas contributing to the silicon carbide epitaxial growth reaction are respectively supplied from the gas sources 210a and 210b, and are ejected from the gas supply port 68 into the reaction chamber 44, and the carbon-containing gas and the reducing gas are also supplied. The hydrogen (H 2 ) gas is supplied from the gas sources 210c and 210d, and is ejected into the reaction chamber 44 from the gas supply port 72 to undergo a silicon carbide epitaxial growth reaction.

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、それぞれのガスが第1のガス供給管222を流通した後、第1のガス供給ノズル60内を流通して、第1のガス供給口68から反応室44内に供給される。また、炭素含有ガス及び還元ガスである水素(H)ガスは、所定の流量となるように、対応するMFC211c、211dの開度が調整された後、バルブ212c、212dが開かれ、それぞれのガスが第2のガス供給管260内を流通した後、第2のガス供給ノズル70内を流通して、第2のガス供給口72より反応室44内に導入される。 At this time, the openings of the corresponding MFCs 211a and 211b are adjusted so that the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas have predetermined flow rates, and then the valves 212a and 212b are opened, and the respective gases are the first gas. After flowing through the supply pipe 222, it flows through the first gas supply nozzle 60 and is supplied from the first gas supply port 68 into the reaction chamber 44. In addition, the opening of the corresponding MFCs 211c and 211d is adjusted so that the carbon-containing gas and the hydrogen (H 2 ) gas as the reducing gas have predetermined flow rates, and then the valves 212c and 212d are opened. After the gas flows through the second gas supply pipe 260, the gas flows through the second gas supply nozzle 70 and is introduced into the reaction chamber 44 through the second gas supply port 72.

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の内側である反応空間を通り、第1のガス排気口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、反応室44内を通過する際に、SiC等で構成されるウエハ14と接触し、ウエハ14の表面上に炭化ケイ素エピタキシャル膜成長がなされる。   The gas supplied from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 passes through the reaction space inside the heated body 48 in the reaction chamber 44 and is exhausted from the first gas exhaust port 90. Exhaust through tube 230. The gas supplied from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 comes into contact with the wafer 14 made of SiC or the like when passing through the reaction chamber 44, and on the surface of the wafer 14. A silicon carbide epitaxial film is grown.

またガス供給源210eより、不活性ガスとしての希ガスであるアルゴン(Ar)ガスが、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、第3のガス供給管240内を流通した後、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から供給されたアルゴン(Ar)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。   Further, after the opening degree of the corresponding MFC 211e is adjusted by the gas supply source 210e so that argon (Ar) gas, which is a rare gas as an inert gas, has a predetermined flow rate, the valve 212e is opened, Then, the gas is supplied through the third gas supply port 360 into the reaction chamber 44. The argon (Ar) gas supplied from the third gas supply port 360 passes between the heat insulating material 54 in the reaction chamber 44 and the reaction tube 42 and is exhausted from the second gas exhaust port 390.

予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給が停止され、炭化ケイ素エピタキシャル膜成長は停止される。また、図示しない不活性ガス供給源から反応室44内に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、反応室44内の圧力が常圧に復帰される。   When the preset time elapses, the supply of the gas is stopped and the silicon carbide epitaxial film growth is stopped. In addition, an inert gas is supplied into the reaction chamber 44 from an inert gas supply source (not shown), the inside of the reaction chamber 44 is replaced with the inert gas, and the pressure in the reaction chamber 44 is returned to normal pressure.

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91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91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)され、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をポッド収容棚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。   Thereafter, the seal cap 102 is lowered by the elevating motor 122 so that the lower end of the manifold 91 is opened, and the processed wafer 14 is carried out from the lower end of the manifold 91 to the outside of the reaction tube 42 while being held in the boat 30 ( The boat 30 waits at a predetermined position until all wafers 14 supported by the boat 30 are cooled. Next, when the wafer 14 of the boat 30 that has been waiting is cooled to a predetermined temperature, the substrate transfer device 28 takes out the wafer 14 from the boat 30 and transfers it to the empty pod 16 set in the pod opener 24. And accommodate. Thereafter, the pod 16 in which the wafers 14 are stored is transferred to the pod storage shelf 22 or the pod stage 18 by the pod transfer device 20. In this way, a series of operations of the semiconductor manufacturing apparatus 10 is completed.

以上により、ガス供給ノズル内での堆積膜の成長を抑制し、反応室44内ではガス供給ノズルより供給されるシリコン含有ガスと炭素含有ガスと塩素含有ガスと還元ガスである水素(H)ガスが反応することで、炭化ケイ素(SiC)等から構成される複数枚のウエハ14が、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列されて縦方向に積み上げて保持される状態において、均一に炭化ケイ素エピタキシャル成長を行うことができる。 As described above, the growth of the deposited film in the gas supply nozzle is suppressed, and in the reaction chamber 44, the silicon-containing gas, the carbon-containing gas, the chlorine-containing gas, and hydrogen (H 2 ), which is the reducing gas, are supplied from the gas supply nozzle. In a state where a plurality of wafers 14 composed of silicon carbide (SiC) and the like are aligned in a horizontal posture and aligned in the center and stacked and held vertically by the reaction of the gas. In addition, silicon carbide epitaxial growth can be performed.

図8は、第1実施形態の一例を示す。図8(a)は、第1実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図を示す。図8(b)は、第1実施形態におけるガス供給ノズル形状の例を示す斜視図である。図8(c)は、図8(b)のAA‘で切った断面図を示している。
図8(a)、(b)に示すように、第1のガス供給ノズル60を1対(2本)設け、該1対のノズルのガス供給口68が対向するように設置されている。また、第2のガス供給ノズル70も1対設け、該1対のノズルのガス供給口72が対向するように設置されている。第2のガス供給ノズル70は、第1のガス供給ノズル60とウエハ14の間の空間に配置される。
このように、ウエハ14の外周と被加熱体48との間の反応空間において、反応空間の側壁である被加熱体48に沿って、1対の第1のガス供給ノズル60が、該1対のノズルのガス供給口68が対向するように設置されるのが好ましい。また、ウエハ14の外周と第1のガス供給ノズル60との間の空間において、1対の第2のガス供給ノズル70が、該1対のノズルのガス供給口72が対向するように設置されるのが好ましい(以降、2重対向ノズルと呼ぶことがある)。
FIG. 8 shows an example of the first embodiment. FIG. 8A shows a horizontal cross-sectional view of the semiconductor manufacturing apparatus 10 according to the first embodiment as viewed from above. FIG. 8B is a perspective view showing an example of a gas supply nozzle shape in the first embodiment. FIG. 8C shows a cross-sectional view taken along AA ′ in FIG.
As shown in FIGS. 8A and 8B, a pair (two) of the first gas supply nozzles 60 are provided, and the gas supply ports 68 of the pair of nozzles are disposed so as to face each other. Also, a pair of second gas supply nozzles 70 are provided, and the gas supply ports 72 of the pair of nozzles are disposed so as to face each other. The second gas supply nozzle 70 is disposed in the space between the first gas supply nozzle 60 and the wafer 14.
Thus, in the reaction space between the outer periphery of the wafer 14 and the object to be heated 48, a pair of first gas supply nozzles 60 is provided along the object to be heated 48 that is the side wall of the reaction space. It is preferable to install the gas supply ports 68 of the nozzles so as to face each other. Further, in the space between the outer periphery of the wafer 14 and the first gas supply nozzle 60, a pair of second gas supply nozzles 70 are installed so that the gas supply ports 72 of the pair of nozzles face each other. It is preferable (hereinafter sometimes referred to as a double counter nozzle).

この構成によれば、よりウエハ14に近い空間で反応ガスが混合され、ウエハ14全体に供給することができ、これにより、ウエハ14に均一に炭化珪素膜を形成することができる。また、第2のガス供給口72より供給される還元ガス、例えば、水素ガスの供給量は、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスおよび炭素含有ガスと比較し、非常に大きくすることが好ましい。このようにすると、反応ガスがより混合されやすく、また、反応ガスがウエハ14に対して、より均一に流れやすくなり、ウエハ14により均一に炭化珪素膜を形成することができる。   According to this configuration, the reaction gas is mixed in a space closer to the wafer 14 and can be supplied to the entire wafer 14, whereby a silicon carbide film can be uniformly formed on the wafer 14. Moreover, it is preferable that the supply amount of the reducing gas, for example, hydrogen gas, supplied from the second gas supply port 72 is very large as compared with the silicon-containing gas, the chlorine-containing gas, and the carbon-containing gas. In this way, the reaction gas can be more easily mixed, and the reaction gas can flow more uniformly with respect to the wafer 14, so that the silicon carbide film can be uniformly formed on the wafer 14.

また、第1のガス供給ノズル60には、該第1のガス供給ノズル60と対向するガス供給ノズル60の方向であって基板表面と平行な第1の方向(図8(a)のx方向)にガスを流出する第1のガス供給口68が1以上設けられ、第2のガス供給ノズル70には、前記第1の方向と逆方向の第2の方向にガスを流出する第2のガス供給口72が1以上設けられる。
詳しく説明すると、基板の径方向(図8(a)のy方向)に垂直であって基板表面と平行な方向(同x方向)に並べて、互いに対向するように設けられる少なくとも1対の第1のガス供給ノズル60と、前記第1のガス供給ノズル60と基板外周との間の位置に、基板の径方向(同y方向)に垂直であって基板表面と平行な方向(同x方向)に並べて、互いに対向するように設けられる少なくとも1対の第2のガス供給ノズル70とを備え、少なくとも前記1対の第1のガス供給ノズル60のうち1つのノズルには、該1つのノズルと対向するガス供給ノズル60の方向であって基板表面と平行な第1の方向(同x方向)にガスを流出する第1のガス供給口68が1以上設けられ、少なくとも前記1対の第1のガス供給ノズル60のうち他のノズルには、前記第1の方向と逆方向の第2の方向にガスを流出する第1のガス供給口68が1以上設けられ、少なくとも前記1対の第2のガス供給ノズル70のうち1つのノズルには、前記第1の方向にガスを流出する第2のガス供給口72が1以上設けられ、少なくとも前記1対の第2のガス供給ノズル70のうち他のノズルには、前記第2の方向にガスを流出する第2のガス供給口72が1以上設けられる。
In addition, the first gas supply nozzle 60 has a first direction parallel to the substrate surface in the direction of the gas supply nozzle 60 facing the first gas supply nozzle 60 (the x direction in FIG. 8A). 1) one or more first gas supply ports 68 through which gas flows out are provided, and the second gas supply nozzle 70 has a second gas outflow in a second direction opposite to the first direction. One or more gas supply ports 72 are provided.
More specifically, at least one pair of first electrodes arranged in a direction perpendicular to the radial direction of the substrate (y direction in FIG. 8A) and parallel to the substrate surface (the same x direction) and facing each other. The gas supply nozzle 60 and a position between the first gas supply nozzle 60 and the outer periphery of the substrate are perpendicular to the radial direction of the substrate (the same y direction) and parallel to the substrate surface (the same x direction). And at least one pair of second gas supply nozzles 70 provided to face each other, and at least one of the pair of first gas supply nozzles 60 includes the one nozzle and There are provided one or more first gas supply ports 68 through which gas flows out in the direction of the gas supply nozzles 60 facing each other and in a first direction (the same x direction) parallel to the substrate surface. Of the other gas supply nozzles 60, One or more first gas supply ports 68 through which gas flows out in a second direction opposite to the first direction are provided in the sull, and at least one of the pair of second gas supply nozzles 70 is provided. One nozzle is provided with one or more second gas supply ports 72 through which gas flows out in the first direction, and at least one of the pair of second gas supply nozzles 70 includes the second gas supply port 72. One or more second gas supply ports 72 through which gas flows out in the direction of 2 are provided.

また、図8(c)に示すように、2本のノズル60のガス供給口68は、ウエハ載置領域において、対向するガス供給口68の位置を上下方向に一定の間隔aだけずらして設置する。同様に、2本のノズル70のガス供給口72は、ウエハ載置領域において、対向するガス供給口72の位置を上下方向に一定の間隔aだけずらして設置する。これにより、対向するガス供給口68、72から出たガスは、2本のノズル間の空間の一点で衝突して混ざり合うのではなく、対向したノズルの壁面にぶつかり、渦を巻いて混合する。空間の一点を狙って混合させる必要がないことから、ガス供給口作製時の位置決め精度や、ノズル組み立ての際の位置決め精度が低い場合にも、ウエハ面間で均等なガスの流れを実現することが可能である。   Further, as shown in FIG. 8C, the gas supply ports 68 of the two nozzles 60 are installed by shifting the positions of the opposing gas supply ports 68 in the vertical direction by a fixed distance a in the wafer mounting region. To do. Similarly, the gas supply ports 72 of the two nozzles 70 are installed by shifting the position of the gas supply ports 72 facing each other in the vertical direction by a certain distance a in the wafer placement region. As a result, the gas exiting from the gas supply ports 68 and 72 facing each other does not collide and mix at one point in the space between the two nozzles, but collides with the wall surfaces of the nozzles facing each other and vortexes to mix. . Since there is no need to mix for a single point in the space, even if the positioning accuracy when creating the gas supply port and the positioning accuracy when assembling the nozzle are low, a uniform gas flow between the wafer surfaces should be realized. Is possible.

上記の構成により、ガス供給口68の周辺の領域および被加熱体48周辺の領域では、シリコン含有ガスと塩素含有ガス及びキャリアガスとして希ガス、例えばArガスのみが存在し、炭素含有ガス及びシリコン含有ガスを還元する還元ガスが存在しないので、炭化ケイ素の成膜を抑制することができ、これに伴うパーティクル発生の虞を抑制することができる。また、この領域ではシリコンリッチな状態であるので、Si単体での成膜、つまりシリコン膜の形成が考えられるが、反応室内をシリコンの融点(約1400℃)以上に加熱していることからシリコン膜の成膜が形成されにくいと考えられる。
なお、図8の例では、1対の第1のガス供給ノズル60と1対の第2のガス供給ノズル70を、それぞれ、図8(a)のx方向に並べ、第1のガス供給ノズル60を第2のガス供給ノズル70の外側、つまり被加熱体48側に配置し、かつ、第1のガス供給ノズル60同士、第2のガス供給ノズル70同士が対向するように設けたが、これに限られない。すなわち、1対の第2のガス供給ノズル70を1対の第1のガス供給ノズル60の外側、つまり被加熱体48側に配置してもよい。このようにしても、シリコン(Si)と炭素(C)が効率よく混合される。
また、1本の第1のガス供給ノズル60と1本の第2のガス供給ノズル70を、図8(a)のx方向に対向するように並べ、その内側に、1本の第1のガス供給ノズル60と1本の第2のガス供給ノズル70を、外側のガス供給ノズルの配置と逆になるよう並べることもできる。このようにすると、内側のガス供給ノズルと外側のガス供給ノズルの並び順が逆なので、シリコン(Si)と炭素(C)が効率よく混合される。
With the above configuration, in the region around the gas supply port 68 and the region around the object to be heated 48, only a rare gas such as Ar gas exists as the silicon-containing gas, the chlorine-containing gas, and the carrier gas, and the carbon-containing gas and silicon Since there is no reducing gas for reducing the contained gas, silicon carbide film formation can be suppressed, and the possibility of particle generation associated therewith can be suppressed. In addition, since this region is silicon-rich, it is possible to form a film of Si alone, that is, to form a silicon film. However, since the reaction chamber is heated to a melting point of silicon (about 1400 ° C.) or more, silicon It is considered that film formation is difficult to form.
In the example of FIG. 8, a pair of first gas supply nozzles 60 and a pair of second gas supply nozzles 70 are arranged in the x direction of FIG. 60 is disposed outside the second gas supply nozzle 70, that is, on the heated object 48 side, and the first gas supply nozzles 60 and the second gas supply nozzles 70 are opposed to each other. It is not limited to this. That is, the pair of second gas supply nozzles 70 may be disposed outside the pair of first gas supply nozzles 60, that is, on the heated object 48 side. Even in this case, silicon (Si) and carbon (C) are efficiently mixed.
In addition, one first gas supply nozzle 60 and one second gas supply nozzle 70 are arranged so as to face each other in the x direction in FIG. The gas supply nozzle 60 and one second gas supply nozzle 70 can also be arranged so as to be opposite to the arrangement of the outer gas supply nozzles. In this case, since the arrangement order of the inner gas supply nozzle and the outer gas supply nozzle is reversed, silicon (Si) and carbon (C) are efficiently mixed.

本発明の第1実施形態の2重対向ノズルを用いた場合の、供給されるシリコン含有ガスと炭素含有ガスとの混合度を計算した結果を図9に示す。
図9は、第1実施形態の2重対向ノズルにおいて、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを、それぞれ第1のガス供給口68、第2のガス供給口72から反応室内へ供給し、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとの混合度について流動解析した結果である。
図9においては、シリコンと炭素との混合度を示す値を、シリコン含有ガスの濃度と炭素含有ガスの濃度との積([Si]×[C])とし、[Si]×[C]がゼロの値に近いほど、つまり、シリコン含有ガス単体、又は炭素含有ガス単体で存在している領域ほど濃色にて示し、[Si]×[C]が1の値に近いほど、つまり、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとが十分に混合されて存在している領域ほど淡色にて示している。
炭化ケイ素膜は、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとが1:1の割合で消費して成膜されることが好ましい。つまり、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとが、1:1の割合で消費されるように十分に混合させることにより、基板であるウエハ14に均一に炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができ、さらに、成膜速度を上げることもできる。
図9では、第1のガス供給口68から供給されるシリコン含有ガスと、第2のガス供給口72から供給される炭素含有ガスとが、それぞれ反応領域に供給された後に混合され、基板であるウエハ14に到達するまでに、均一に混合していることが分かる。これにより、ウエハ14に効率よく混合された反応寄与ガスを供給することができ、ウエハ14に均一に炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
また、シリコン含有ガス及び炭素含有ガスは、噴出された直後は混合度が小さく、基板であるウエハ14に近づくにつれて、混合されていくことが分かる。これにより、第1ガス供給口68または第2のガス供給口72の近傍では、炭化ケイ素膜が形成されることが抑制され、これに伴う、炭化ケイ素膜の堆積、および堆積した炭化ケイ素膜が剥がれによるパーティクルの発生をも抑制することができる。
FIG. 9 shows the result of calculating the degree of mixing of the supplied silicon-containing gas and carbon-containing gas when using the double opposed nozzle of the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a silicon-containing gas and a carbon-containing gas supplied from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 to the reaction chamber in the double-facing nozzle of the first embodiment, respectively. It is the result of carrying out the flow analysis about the mixing degree of gas and carbon containing gas.
In FIG. 9, the value indicating the degree of mixing of silicon and carbon is the product of the concentration of the silicon-containing gas and the concentration of the carbon-containing gas ([Si] × [C]), and [Si] × [C] is The closer the value is to zero, that is, the region containing only a silicon-containing gas or a carbon-containing gas is shown in darker color, and the closer [Si] × [C] is to the value of 1, that is, silicon. A region where the contained gas and the carbon-containing gas are sufficiently mixed and present is shown in a lighter color.
The silicon carbide film is preferably formed by consuming a silicon-containing gas and a carbon-containing gas at a ratio of 1: 1. That is, by sufficiently mixing the silicon-containing gas and the carbon-containing gas so that they are consumed at a ratio of 1: 1, a silicon carbide epitaxial film can be uniformly formed on the wafer 14 as a substrate. The film formation rate can also be increased.
In FIG. 9, the silicon-containing gas supplied from the first gas supply port 68 and the carbon-containing gas supplied from the second gas supply port 72 are mixed after being supplied to the reaction region, respectively. It can be seen that the mixture is uniformly mixed before reaching a certain wafer 14. Thereby, the reaction contributing gas efficiently mixed into the wafer 14 can be supplied, and the silicon carbide epitaxial film can be uniformly formed on the wafer 14.
Further, it can be seen that the silicon-containing gas and the carbon-containing gas have a low degree of mixing immediately after being ejected, and are mixed as they approach the wafer 14 that is the substrate. Accordingly, the formation of a silicon carbide film is suppressed in the vicinity of the first gas supply port 68 or the second gas supply port 72, and the accompanying deposition of the silicon carbide film and the deposited silicon carbide film are prevented. Generation of particles due to peeling can also be suppressed.

図10(a)は、本発明の第1実施形態における半導体製造装置10を上面からみた水平断面図の例を示す。図10(a)に示す2重対向ノズルの場合は、シリコン含有ガスのガス供給口68同士、あるいは炭素含有ガスのガス供給口72同士が対向しているので、対向するガス供給口を結ぶ方向、つまり、図中のx方向での濃度の偏りを持たないままウエハ面上に反応寄与ガスが到達し、ウエハ14におけるシリコン含有ガスの濃度と炭素含有ガスの濃度との偏差を小さくすることが出来る。
図10(b)に、図10(a)のウエハ14の破線にて示したモニタラインに沿って、流動解析の結果から、モニタライン上の各位置における炭素含有ガスとシリコン含有ガスとの濃度比(C/Si)、および形成される炭化ケイ素膜の成長速度をそれぞれ示す。
図10(b)において、図10(a)のモニタライン上の各位置における炭素含有ガスとシリコン含有ガスとの濃度比であるC/Siを丸印(●)で、また、形成される炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜速度を三角印(▲)にて表示する。左縦軸は成膜速度(相対単位)、右縦軸は炭素とシリコンとの濃度比であるC/Si(相対単位)、横軸は図10(a)のモニタライン上の位置である。
図10(b)において、モニタライン上の各位置における成膜速度の値とC/Siの値はそれぞれ、位置に依らず、ほぼ一定の値を示していることから、形成される炭化ケイ素エピタキシャル膜における膜中のシリコンと炭素との濃度に偏りが無く、且つ、ウエハ14上に偏り無く、所定の膜厚を均一に形成できることがわかる。
FIG. 10A shows an example of a horizontal sectional view of the semiconductor manufacturing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention as viewed from above. In the case of the double opposed nozzle shown in FIG. 10A, the gas supply ports 68 of the silicon-containing gas or the gas supply ports 72 of the carbon-containing gas are opposed to each other. In other words, the reaction contributing gas reaches the wafer surface without having a concentration deviation in the x direction in the figure, and the deviation between the silicon-containing gas concentration and the carbon-containing gas concentration in the wafer 14 can be reduced. I can do it.
FIG. 10B shows the concentration of the carbon-containing gas and the silicon-containing gas at each position on the monitor line from the result of the flow analysis along the monitor line indicated by the broken line of the wafer 14 in FIG. The ratio (C / Si) and the growth rate of the formed silicon carbide film are shown respectively.
In FIG. 10B, C / Si, which is the concentration ratio between the carbon-containing gas and the silicon-containing gas at each position on the monitor line in FIG. The deposition rate of the silicon epitaxial film is indicated by a triangle mark (▲). The vertical axis on the left is the deposition rate (relative unit), the vertical axis on the right is C / Si (relative unit) which is the concentration ratio of carbon and silicon, and the horizontal axis is the position on the monitor line in FIG.
In FIG. 10B, the value of the film formation rate and the value of C / Si at each position on the monitor line are almost constant regardless of the position. It can be seen that the concentration of silicon and carbon in the film is not biased and can be uniformly formed on the wafer 14 without being biased.

ガス供給ノズルの配置について、第1のガス供給ノズル60を第2のガス供給ノズル70の外側に配置しても内側に配置しても、シリコンと炭素が良く混合されることは既に言及したが、第1のガス供給ノズル60を第2のガス供給ノズル70の外側に配置する方がより望ましい。この点を、第1のガス供給ノズル60を第2のガス供給ノズル70の外側に配置した場合(第1実施形態)と、第1のガス供給ノズル60を第2のガス供給ノズル70の内側に配置した場合(第1実施形態の変形例A)の、炭素含有ガスとシリコン含有ガスとの濃度比(C/Si)を用いて説明する。なお、変形例Aにおいても、第1実施形態と同様に、第1のガス供給ノズル60同士が対向し、第2のガス供給ノズル70同士が対向するとともに、シリコン含有ガスのガス供給口68同士が対向し、炭素含有ガスのガス供給口72同士が対向している。
図10(c)に、図10(a)のウエハ14の破線にて示したモニタライン上の各位置における、第1実施形態と変形例Aの炭素含有ガスとシリコン含有ガスとの濃度比(C/Si)を示す。図10(c)は、流動解析の結果である。図10(c)において、第1実施形態の濃度比(C/Si)を丸印(●)で、また、変形例Aの濃度比(C/Si)を三角印(▲)にて表示する。縦軸は炭素とシリコンとの濃度比であるC/Si(相対単位)、横軸は図10(a)のモニタライン上の位置である。
図10(c)において、第1実施形態の濃度比(C/Si)は、モニタライン上の各位置において略一定であり、変形例Aの濃度比(C/Si)は、モニタライン上の両端においてやや低くなっている。したがって、第1実施形態は、変形例Aよりも濃度比(C/Si)の均一性がよいといえる。
As for the arrangement of the gas supply nozzles, it has already been mentioned that silicon and carbon are well mixed regardless of whether the first gas supply nozzle 60 is arranged outside or inside the second gas supply nozzle 70. It is more desirable to dispose the first gas supply nozzle 60 outside the second gas supply nozzle 70. In this respect, when the first gas supply nozzle 60 is arranged outside the second gas supply nozzle 70 (first embodiment), the first gas supply nozzle 60 is arranged inside the second gas supply nozzle 70. The case will be described using the concentration ratio (C / Si) between the carbon-containing gas and the silicon-containing gas in the case of (1) (modified example A of the first embodiment). In the modified example A, as in the first embodiment, the first gas supply nozzles 60 face each other, the second gas supply nozzles 70 face each other, and the gas supply ports 68 of the silicon-containing gas also face each other. Are opposed to each other, and the gas supply ports 72 of the carbon-containing gas are opposed to each other.
FIG. 10C shows the concentration ratio between the carbon-containing gas and the silicon-containing gas in the first embodiment and modification A at each position on the monitor line indicated by the broken line of the wafer 14 in FIG. C / Si). FIG. 10C shows the result of flow analysis. In FIG. 10C, the concentration ratio (C / Si) of the first embodiment is indicated by a circle (●), and the concentration ratio (C / Si) of Modification A is indicated by a triangle (▲). . The vertical axis is C / Si (relative unit) which is the concentration ratio of carbon and silicon, and the horizontal axis is the position on the monitor line in FIG.
In FIG. 10C, the concentration ratio (C / Si) of the first embodiment is substantially constant at each position on the monitor line, and the concentration ratio (C / Si) of Modification A is on the monitor line. Slightly lower at both ends. Therefore, it can be said that the first embodiment has better uniformity of the concentration ratio (C / Si) than the modification A.

第1実施形態における濃度比(C/Si)の均一性が変形例Aよりもよい理由は、次のように考えられる。
前述したように、炭素含有ガスとともに第2のガス供給口72より供給される還元ガス、例えば、水素ガスの供給量は、シリコン含有ガスや塩素含有ガスと比較し、非常に大きくすることが好ましい。そのため、変形例Aのように第1のガス供給ノズル60(シリコン含有ガス)を第2のガス供給ノズル70(水素ガス)の内側に配置した場合は、シリコン含有ガスと炭素含有ガスが、流量の多い水素ガスの流れに押されて、第1実施形態ほどには十分混合されないままウエハ上に運ばれてしまう。逆に、第1実施形態のように第1のガス供給ノズル60(シリコン含有ガス)を第2のガス供給ノズル70(水素ガス)の外側に配置した場合は、シリコン含有ガスが渦を巻いて徐々に第2のガス供給ノズル70側に向かい、シリコン含有ガスと炭素含有ガスが十分混合されて、水素ガスの流れによってウエハ上に運ばれることになる。このようにして、第1実施形態では、変形例Aよりも濃度比(C/Si)の均一性がよくなる。
The reason why the uniformity of the concentration ratio (C / Si) in the first embodiment is better than that of Modification A is considered as follows.
As described above, the supply amount of the reducing gas, for example, hydrogen gas, supplied from the second gas supply port 72 together with the carbon-containing gas is preferably very large compared to the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas. . Therefore, when the first gas supply nozzle 60 (silicon-containing gas) is arranged inside the second gas supply nozzle 70 (hydrogen gas) as in Modification A, the silicon-containing gas and the carbon-containing gas are flow rates. It is pushed by the flow of hydrogen gas having a large amount and is carried onto the wafer without being sufficiently mixed as in the first embodiment. Conversely, when the first gas supply nozzle 60 (silicon-containing gas) is arranged outside the second gas supply nozzle 70 (hydrogen gas) as in the first embodiment, the silicon-containing gas swirls. Gradually toward the second gas supply nozzle 70 side, the silicon-containing gas and the carbon-containing gas are sufficiently mixed and carried onto the wafer by the flow of hydrogen gas. In this way, in the first embodiment, the uniformity of the concentration ratio (C / Si) is better than that of Modification A.

第1実施形態によれば、以下に示す効果のうち少なくとも1つ以上の効果を奏する。 第1実施形態の2重対向ノズルを設けることで、
(1)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のガス供口72から少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給することによって、ガス供給ノズル内での堆積膜の形成を抑制することができる。
(2)上記(1)により、ガス供給ノズル内での原料となるガスの消費を抑制することができ、反応室44内の第1及び第2のガス供給ノズルの上流及び下流における炭化ケイ素エピタキシャル膜の成長を均一に行うことができる。
(3)上記(1)により、ノズル内の堆積膜の成長によるノズル内の閉塞を抑制することができる。
(4)さらに、ノズル内の堆積物が剥離又は脱離することに起因する反応室44内のパーティクル増加又はウエハ14へのパーティクル付着の問題の発生を抑制することができる。
(5)処理領域内の壁面での炭化ケイ素膜の形成を抑制し、これに伴うパーティクルの発生を抑制することが出来る。
(6)ウエハの面内における、炭素含有ガスの濃度とシリコン含有ガスとの濃度の偏差を低減し、これにより、炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚の面内均一性を向上することが出来る。
(7)上記の効果により、一度の処理にて多数枚の基板に対して炭化ケイ素エピタキシャル膜成長を行うことができる。
According to the first embodiment, at least one of the following effects is achieved. By providing the double opposed nozzle of the first embodiment,
(1) By supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas from the first gas supply port 68 and supplying at least a carbon-containing gas and a reducing gas from the second gas supply port 72, the inside of the gas supply nozzle It is possible to suppress the formation of a deposited film at the same time.
(2) According to the above (1), consumption of gas as a raw material in the gas supply nozzle can be suppressed, and silicon carbide epitaxial films upstream and downstream of the first and second gas supply nozzles in the reaction chamber 44 The film can be grown uniformly.
(3) According to the above (1), the clogging in the nozzle due to the growth of the deposited film in the nozzle can be suppressed.
(4) Further, it is possible to suppress the occurrence of a problem of particle increase in the reaction chamber 44 or particle adhesion to the wafer 14 due to separation or desorption of deposits in the nozzle.
(5) The formation of a silicon carbide film on the wall surface in the processing region can be suppressed, and the generation of particles associated therewith can be suppressed.
(6) The deviation of the concentration of the carbon-containing gas and the concentration of the silicon-containing gas in the plane of the wafer can be reduced, thereby improving the in-plane uniformity of the film thickness of the silicon carbide epitaxial film.
(7) Due to the above effects, a silicon carbide epitaxial film can be grown on a large number of substrates in a single process.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。
第2実施形態は、第1実施形態の変形例であり、第1のガス供給ノズル60と第2のガス供給ノズル70をそれぞれ設け、第1のガス供給口68及び第2のガス供給口72を対向させることで、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを効率良く混合した後、基板であるウエハ14へ供給し、炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのガス供給ノズルの形状を検討した。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
The second embodiment is a modification of the first embodiment, and includes a first gas supply nozzle 60 and a second gas supply nozzle 70, respectively, and a first gas supply port 68 and a second gas supply port 72. Then, the silicon-containing gas and the carbon-containing gas were efficiently mixed and then supplied to the wafer 14 as the substrate, and the shape of the gas supply nozzle for forming the silicon carbide epitaxial film was examined.

図11は、その一例であり、図11に示すように、例えば円筒形状の第1のガス供給ノズル60が並列に設けられ(図11では2本にて例示)、一方の第1のガス供給ノズル60に1以上設けられる第1のガス供給口68と、他方の第1のガス供給ノズル60に1以上設けられる第1のガス供給口68とが対向するように設けられており、且つ、例えば円筒形状の第2のガス供給ノズル70が、並列に設けられ(図11では2本にて例示)、一方の第2のガス供給ノズル70に1以上設けられる第2のガス供給口72と、他方の第2のガス供給ノズル70に1以上設けられる第2のガス供給口72とが対向するように設けられている。
これにより、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとが基板に到達する前に十分に混合することができ、基板であるウエハ14に均一な炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
また、第1実施形態のガス供給ノズルの形状と比較し、ガス供給ノズルの製作が容易である。
FIG. 11 shows an example thereof. As shown in FIG. 11, for example, a cylindrical first gas supply nozzle 60 is provided in parallel (illustrated as two in FIG. 11), and one first gas supply is provided. A first gas supply port 68 provided in one or more nozzles 60 and a first gas supply port 68 provided in one or more other gas supply nozzles 60 are opposed to each other; and For example, a second gas supply nozzle 70 having a cylindrical shape is provided in parallel (illustrated as two in FIG. 11), and one or more second gas supply ports 72 provided in one second gas supply nozzle 70 and The other second gas supply nozzle 70 is provided so as to face one or more second gas supply ports 72.
Accordingly, the silicon-containing gas and the carbon-containing gas can be sufficiently mixed before reaching the substrate, and a uniform silicon carbide epitaxial film can be formed on the wafer 14 that is the substrate.
In addition, the gas supply nozzle can be easily manufactured as compared with the shape of the gas supply nozzle of the first embodiment.

このとき、図11に示すように、第2のガス供給ノズル70は、ウエハ14と第1のガス供給ノズル60との間に設けられることが好ましく、これにより、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスと炭素含有ガスとを効率良く混合することができる。また、反応室内の第1のガス供給口付近に成膜されることを抑制できる。   At this time, as shown in FIG. 11, the second gas supply nozzle 70 is preferably provided between the wafer 14 and the first gas supply nozzle 60, so that the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas The carbon-containing gas can be mixed efficiently. In addition, it is possible to suppress the formation of a film near the first gas supply port in the reaction chamber.

また、好ましくは、第1のガス供給ノズル60及び、第2のガス供給ノズル70の形状は、第1のガス供給ノズル60と被加熱体48内壁との間、または、第1のガス供給ノズル60と第2のガス供給ノズル70との間に隙間が生じない形状であることが良く、例えば、第1のガス供給ノズル60および第2のガス供給ノズル70は、多角形の形状や円弧の形状であっても良い。
これにより、反応寄与ガスが隙間に侵入することを抑制することができるので、反応寄与ガスを効率良くウエハ14へ供給することができ、隙間に炭化ケイ素膜を形成することを抑制するとともに、該炭化ケイ素膜が剥がれてパーティクルを発生する虞をも抑制することが出来る。
Preferably, the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70 are formed between the first gas supply nozzle 60 and the inner wall of the heated body 48 or the first gas supply nozzle. 60 and the second gas supply nozzle 70 preferably have a shape that does not cause a gap. For example, the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70 are polygonal or arcuate. It may be a shape.
Thereby, since it is possible to suppress the reaction contributing gas from entering the gap, the reaction contributing gas can be efficiently supplied to the wafer 14, and the formation of the silicon carbide film in the gap can be suppressed, and the The possibility that the silicon carbide film is peeled off to generate particles can be suppressed.

第2実施形態によれば、第1実施形態における効果に加え、以下に示す効果のうち少なくともひとつ以上の効果を奏する。
(1)ガス供給ノズルの製作が容易である。
(2)(1)により、ガス供給ノズル交換時のランニングコストを低減することが出来る。
According to the second embodiment, in addition to the effects in the first embodiment, at least one or more of the following effects can be achieved.
(1) The gas supply nozzle can be easily manufactured.
(2) By (1), the running cost at the time of gas supply nozzle replacement | exchange can be reduced.

[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。
第3実施形態は、第1実施形態の変形例であり、第1のガス供給ノズル60と第2のガス供給ノズル70をそれぞれ設け、第1のガス供給口68をウエハ14の方向に設け、第2のガス供給口72を対向させることで、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを効率良く混合した後、基板であるウエハ14へ供給し、炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのガス供給ノズルの形状を検討した。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described.
The third embodiment is a modification of the first embodiment, in which a first gas supply nozzle 60 and a second gas supply nozzle 70 are provided, and a first gas supply port 68 is provided in the direction of the wafer 14. By making the second gas supply port 72 face each other, the silicon-containing gas and the carbon-containing gas are efficiently mixed and then supplied to the wafer 14 as a substrate to form a silicon carbide epitaxial film. The shape was examined.

図12は、その一例であり、図12に示すように、例えば、円筒形状の第1のガス供給ノズル60を設け(図12では1本にて例示)、第1のガス供給ノズル60に1以上設けられる第1のガス供給口68をウエハ14の方向に設け、円筒形状の第2のガス供給ノズル70を並列に設け(図11では2本にて例示)、一方の第2のガス供給ノズル70に1以上設けられる第2のガス供給口72と他方の第2のガス供給ノズル70に1以上設けられる第2のガス供給口72とが対向するように設けている。   FIG. 12 shows an example. As shown in FIG. 12, for example, a first gas supply nozzle 60 having a cylindrical shape is provided (illustrated as one in FIG. 12). The first gas supply port 68 provided as described above is provided in the direction of the wafer 14, and the cylindrical second gas supply nozzle 70 is provided in parallel (illustrated as two in FIG. 11), and one second gas supply is provided. One or more second gas supply ports 72 provided in the nozzle 70 and the second gas supply port 72 provided in the other second gas supply nozzle 70 are provided so as to face each other.

これにより、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを、基板に到達する前に十分に混合することができ、基板であるウエハ14に均一な炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。また、第1のガス供給口68がウエハ14の方向に設けられているため、混合されたシリコン含有ガスと炭素含有ガスとの混合ガスは、ウエハ14の方向に供給されやすくなる。また、ガス供給ノズルの本数を低減することも出来るので、部品点数の低減、ランニングコストの低減をも出来る。   Thus, the silicon-containing gas and the carbon-containing gas can be sufficiently mixed before reaching the substrate, and a uniform silicon carbide epitaxial film can be formed on the wafer 14 that is the substrate. Further, since the first gas supply port 68 is provided in the direction of the wafer 14, the mixed gas of the mixed silicon-containing gas and carbon-containing gas is easily supplied in the direction of the wafer 14. Moreover, since the number of gas supply nozzles can be reduced, the number of parts can be reduced and the running cost can be reduced.

このとき、図12に示すように、第2のガス供給ノズル70はウエハ14と第1のガス供給ノズル60との間に設けられることが好ましく、これにより、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスと炭素含有ガスとを効率良く混合することができる。また、反応室内の第1のガス供給口付近に成膜されることを抑制できる。   At this time, as shown in FIG. 12, the second gas supply nozzle 70 is preferably provided between the wafer 14 and the first gas supply nozzle 60, whereby the silicon-containing gas, the chlorine-containing gas, and the carbon are added. The contained gas can be mixed efficiently. In addition, it is possible to suppress the formation of a film near the first gas supply port in the reaction chamber.

また、好ましくは、第1のガス供給ノズル60及び、第2のガス供給ノズル70の形状は、第1のガス供給ノズル60と被加熱体48内壁との間、または、第1のガス供給ノズル60と第2のガス供給ノズル70との間に隙間が生じない形状であることが良く、例えば、第1のガス供給ノズル60および第2のガス供給ノズル70は、多角形の形状であっても良い。
これにより、反応寄与ガスが前記隙間に侵入することを抑制することができるので、反応寄与ガスを効率良くウエハ14へ供給することができ、隙間に炭化ケイ素膜を形成することを抑制するとともに、該炭化ケイ素膜が剥がれてパーティクルを発生する虞をも抑制することが出来る。
Preferably, the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70 are formed between the first gas supply nozzle 60 and the inner wall of the heated body 48 or the first gas supply nozzle. 60 and the second gas supply nozzle 70 preferably have a shape that does not cause a gap. For example, the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70 have a polygonal shape. Also good.
Thereby, since it is possible to suppress the reaction contributing gas from entering the gap, the reaction contributing gas can be efficiently supplied to the wafer 14, and the formation of a silicon carbide film in the gap can be suppressed. The possibility that the silicon carbide film is peeled off to generate particles can be suppressed.

第3実施形態によれば、第1実施形態および第2実施形態における効果に加え、以下に示す効果のうち少なくともひとつ以上の効果を奏する。
(1)混合されたシリコン含有ガスと炭素含有ガスとの混合ガスをウエハ14へ効率良く供給することが出来る
(2)また、ガス供給ノズルの本数を低減することもでき、基板処理装置を構成する部品点数を低減することが出来る。
According to 3rd Embodiment, in addition to the effect in 1st Embodiment and 2nd Embodiment, there exists at least 1 or more effect among the effects shown below.
(1) A mixed gas of silicon-containing gas and carbon-containing gas mixed can be efficiently supplied to the wafer 14 (2) Also, the number of gas supply nozzles can be reduced to constitute a substrate processing apparatus. The number of parts to be reduced can be reduced.

なお、本発明は、前記実施例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に変更が可能であることはいうまでもない。
本明細書の記載事項には、次の発明が含まれる。
すなわち、第1の発明は、
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
前記反応室内の基板の配列領域に延在され、1以上設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の基板の配列領域に延在され、前記第1のガス供給ノズルと異なる位置に、1以上設けられる第2のガス供給ノズルと、
前記第1のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
を備え、
前記第2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、
所定の間隔で縦方向に積層して配列された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を供給するとともに、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基板に炭化ケイ素膜を形成する工程と、
前記基板を反応室内から搬出する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
この構成により、第1のガス供給口のガス流出方向と第2のガス供給口のガス流出方向が互いに逆向きでない場合に比べ、反応室内において、第1のガス供給口から供給されるシリコン含有ガスと第2のガス供給口から供給される炭素含有ガスとを、基板に達する前により混合することができるので、形成される炭化ケイ素エピタキシャル膜のウエハ面内における炭素含有ガスとシリコン含有ガスとの濃度比、C/Si比の分布がより良好(Si/C比の偏在が小さい)な半導体装置を製造することができる。また、反応室内の第1のガス供給口付近に成膜されることを抑制できる。
なお、前記第1のガス供給ノズルと第2のガス供給ノズルは、反応室内に設けられた被加熱体と複数の積層された基板との間の空間に設けられるのが好ましい。
In addition, this invention is not limited to the said Example, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.
The description of this specification includes the following inventions.
That is, the first invention is
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and is provided with one or more;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and that is provided at least one at a position different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
With
A method of manufacturing a semiconductor device in a substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle,
A step of carrying the substrates arranged in a vertical direction at predetermined intervals into the reaction chamber;
At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port, and at least a carbon-containing gas and a reducing gas are supplied from the second gas supply port to form a silicon carbide film on the substrate. And a process of
Unloading the substrate from the reaction chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
With this configuration, compared with the case where the gas outflow direction of the first gas supply port and the gas outflow direction of the second gas supply port are not opposite to each other, the silicon-containing material supplied from the first gas supply port in the reaction chamber is contained. Since the gas and the carbon-containing gas supplied from the second gas supply port can be mixed before reaching the substrate, the carbon-containing gas and the silicon-containing gas in the wafer surface of the silicon carbide epitaxial film to be formed The semiconductor device having a better concentration ratio and C / Si ratio distribution (small Si / C ratio uneven distribution) can be manufactured. In addition, it is possible to suppress the formation of a film near the first gas supply port in the reaction chamber.
Note that the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are preferably provided in a space between a heated body provided in the reaction chamber and a plurality of stacked substrates.

第2の発明は、
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
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を供給する第1のガス供給系と、
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、
前記反応室内の基板の配列領域に延在されて設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の基板の配列領域に延在され、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のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
前記第1のガス供給系が、前記第1のガス供給口から前記反応室内へ、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のガス供給系が、前記第2のガス供給口から反応室内へ、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給して前記基板に炭化ケイ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2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置。
この構成により、第1のガス供給口のガス流出方向と第2のガス供給口のガス流出方向が互いに逆向きでない場合に比べ、反応室内において、第1のガス供給口から供給されるシリコン含有ガスと第2のガス供給口から供給される炭素含有ガスとを、基板に達する前により混合することができるので、形成される炭化ケイ素エピタキシャル膜のウエハ面内における炭素含有ガスとシリコン含有ガスとの濃度比、C/Si比の分布がより良好(Si/C比の偏在が小さい)な半導体装置を製造することができる。また、反応室内の第1のガス供給口付近に成膜されることを抑制できる。
また、前記第1のガス供給ノズルと第2のガス供給ノズルは、基板の径方向に垂直であって基板表面と平行な方向に並べるようにし、流出したガスがウエハに達するまでの空間において、第1のガス供給口の方向と第2のガス供給口の方向とが交差することが好ましい。
The second invention is
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply system for supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the reaction chamber;
A second gas supply system for supplying at least a carbon-containing gas and a reducing gas into the reaction chamber;
A first gas supply nozzle provided to extend to the array region of the substrates in the reaction chamber;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and is provided at a position different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
The first gas supply system supplies at least silicon-containing gas and chlorine-containing gas from the first gas supply port into the reaction chamber, and the second gas supply system supplies the second gas supply port. A controller for supplying at least a carbon-containing gas and a reducing gas into the reaction chamber to control the formation of a silicon carbide film on the substrate;
With
The substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle.
With this configuration, compared with the case where the gas outflow direction of the first gas supply port and the gas outflow direction of the second gas supply port are not opposite to each other, the silicon-containing material supplied from the first gas supply port in the reaction chamber is contained. Since the gas and the carbon-containing gas supplied from the second gas supply port can be mixed before reaching the substrate, the carbon-containing gas and the silicon-containing gas in the wafer surface of the silicon carbide epitaxial film to be formed The semiconductor device having a better concentration ratio and C / Si ratio distribution (small Si / C ratio uneven distribution) can be manufactured. In addition, it is possible to suppress the formation of a film near the first gas supply port in the reaction chamber.
The first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are arranged in a direction perpendicular to the radial direction of the substrate and parallel to the substrate surface, and in a space until the outflowed gas reaches the wafer, It is preferable that the direction of the first gas supply port and the direction of the second gas supply port intersect.

第3の発明は、
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
前記反応室内の基板の配列領域に延在され、1以上設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の基板の配列領域に延在され、前記第1のガス供給ノズルと異なる位置に、1以上設けられる第2のガス供給ノズルと、
前記第1のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
を備え、
前記第2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置における基板の製造方法であって、
所定の間隔で縦方向に積層して配列された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を供給するとともに、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基板に炭化ケイ素膜を形成する工程と、
前記基板を反応室内から搬出する工程と、
を備えた基板の製造方法。
この構成により、第1のガス供給口のガス流出方向と第2のガス供給口のガス流出方向が互いに逆向きでない場合に比べ、反応室内において、第1のガス供給口から供給されるシリコン含有ガスと第2のガス供給口から供給される炭素含有ガスとを、基板に達する前により混合することができるので、形成される炭化ケイ素エピタキシャル膜のウエハ面内における炭素含有ガスとシリコン含有ガスとの濃度比、C/Si比の分布がより良好(Si/C比の偏在が小さい)な基板を製造することができる。また、反応室内の第1のガス供給口付近に成膜されることを抑制できる。
The third invention is
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and is provided with one or more;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and that is provided at least one at a position different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
With
A method of manufacturing a substrate in a substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle,
A step of carrying the substrates arranged in a vertical direction at predetermined intervals into the reaction chamber;
At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port, and at least a carbon-containing gas and a reducing gas are supplied from the second gas supply port to form a silicon carbide film on the substrate. And a process of
Unloading the substrate from the reaction chamber;
A method for manufacturing a substrate comprising:
With this configuration, compared with the case where the gas outflow direction of the first gas supply port and the gas outflow direction of the second gas supply port are not opposite to each other, the silicon-containing material supplied from the first gas supply port in the reaction chamber is contained. Since the gas and the carbon-containing gas supplied from the second gas supply port can be mixed before reaching the substrate, the carbon-containing gas and the silicon-containing gas in the wafer surface of the silicon carbide epitaxial film to be formed A substrate with a better concentration ratio and C / Si ratio distribution (small Si / C ratio uneven distribution) can be manufactured. In addition, it is possible to suppress the formation of a film near the first gas supply port in the reaction chamber.

第4の発明は、第2の発明において、
前記第1のガス供給口は、前記第2のガス供給口と高さを異ならせて設けられる基板処理装置。
この構成により、ガス供給口から噴出されるガスの混合効率を向上させることが出来る。
According to a fourth invention, in the second invention,
The substrate processing apparatus, wherein the first gas supply port is provided with a height different from that of the second gas supply port.
With this configuration, the mixing efficiency of the gas ejected from the gas supply port can be improved.

第5の発明は、第2の発明において、
前記第1のガス供給口の方向と前記第2のガス供給口の方向とが、該第1のガス供給口と第2のガス供給口から流出したガスが基板に達する前の空間において、交差するよう設けられている基板処理装置。
この構成により、第1のガス供給口および第2のガス供給口から供給される反応に寄与するガスが十分に混合された後、基板へ効率的に供給できる。
According to a fifth invention, in the second invention,
The direction of the first gas supply port and the direction of the second gas supply port intersect in a space before the gas flowing out from the first gas supply port and the second gas supply port reaches the substrate. A substrate processing apparatus provided to perform.
With this configuration, after the gas contributing to the reaction supplied from the first gas supply port and the second gas supply port is sufficiently mixed, it can be efficiently supplied to the substrate.

第6の発明は、第2の発明において、
前記第1のガス供給口が設けられる方向および前記第2のガス供給口が設けられる方向が、前記基板の表面と平行になるよう設けられている基板処理装置。
この構成により、第1のガス供給口および第2のガス供給口から供給される反応に寄与するガスが基板へ効率的に供給できる。
A sixth invention is the second invention, wherein:
A substrate processing apparatus, wherein a direction in which the first gas supply port is provided and a direction in which the second gas supply port is provided are provided in parallel with the surface of the substrate.
With this configuration, the gas contributing to the reaction supplied from the first gas supply port and the second gas supply port can be efficiently supplied to the substrate.

また、第4の発明において、反応室内に2以上の第1のガス供給ノズルまたは、2以上の第2のガス供給ノズルが設けられる場合、それぞれに設けられる第1のガス供給口の高さ位置を異ならせるようにしても良い。
この構成によっても、ガス供給口から噴出されたガスの混合効率を向上させることが出来る。
Further, in the fourth invention, when two or more first gas supply nozzles or two or more second gas supply nozzles are provided in the reaction chamber, the height position of the first gas supply port provided in each of them. May be made different.
Also with this configuration, it is possible to improve the mixing efficiency of the gas ejected from the gas supply port.

また、第1の発明ないし第6の発明において、第1のガス供給ノズルに設けられた第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を供給するとともに、第2のガス供給ノズルに設けられた第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する発明としたが、第1のガス供給ノズルに設けられた第1のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスを供給するとともに、第2のガス供給ノズルに設けられた第2のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスを供給する発明として把握することもできる。   In the first to sixth inventions, at least the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port provided in the first gas supply nozzle, and the second gas supply nozzle Although at least the carbon-containing gas and the reducing gas are supplied from the second gas supply port provided in the first gas supply port, at least the silicon-containing gas is supplied from the first gas supply port provided in the first gas supply nozzle. And at least a carbon-containing gas from a second gas supply port provided in the second gas supply nozzle.

また、第1の発明ないし第6の発明において、基板の不純物濃度を制御するドーパントガスを、少なくとも前記第1のガス供給ノズルと前記第2のガス供給ノズルのいずれか一方から供給する、あるいは、前記第1のガス供給ノズルと前記第2のガス供給ノズル以外のガス供給ノズルから供給するようにしてもよい。   In the first to sixth inventions, the dopant gas for controlling the impurity concentration of the substrate is supplied from at least one of the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle, or You may make it supply from gas supply nozzles other than a said 1st gas supply nozzle and a said 2nd gas supply nozzle.

10…基板処理装置、14…ウエハ、12…筐体、16…ポッド、18…ポッドステージ、22…ポッド収容棚、28…基板移載機、30…ボート、40…処理炉、42…反応管、44…反応室、48…被加熱体、50…誘導コイル、54…断熱材、60…第1のガス供給ノズル、68…第1のガス供給口、70…第2のガス供給ノズル、72…第2のガス供給口、90…第1のガス排気口、91…マニホールド、93…圧力センサ、102…シールキャップ、152…コントローラ、210a…シリコン含有ガス供給源、210b…塩素含有ガス供給源、210c…炭素含有ガス供給源、210d…還元ガス供給源、210e…不活性ガス供給源、211a、211b、211c、211d、211e…MFC、212a、212b、212c、212d、212e…開閉バルブ、214…APCバルブ、218…ボート回転機構、220…真空ポンプ、222…第1のガス供給管、260…第2のガス供給管、240…第3のガス供給管、230…ガス排気管、360…第3のガス供給口、390…第2のガス排気口。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate processing apparatus, 14 ... Wafer, 12 ... Housing | casing, 16 ... Pod, 18 ... Pod stage, 22 ... Pod accommodation shelf, 28 ... Substrate transfer machine, 30 ... Boat, 40 ... Processing furnace, 42 ... Reaction tube 44 ... reaction chamber, 48 ... heated object, 50 ... induction coil, 54 ... heat insulating material, 60 ... first gas supply nozzle, 68 ... first gas supply port, 70 ... second gas supply nozzle, 72 2nd gas supply port, 90 ... 1st gas exhaust port, 91 ... Manifold, 93 ... Pressure sensor, 102 ... Seal cap, 152 ... Controller, 210a ... Silicon-containing gas supply source, 210b ... Chlorine-containing gas supply source 210c ... a carbon-containing gas supply source, 210d ... a reducing gas supply source, 210e ... an inert gas supply source, 211a, 211b, 211c, 211d, 211e ... MFC, 212a, 212b, 21 c, 212d, 212e ... open / close valve, 214 ... APC valve, 218 ... boat rotation mechanism, 220 ... vacuum pump, 222 ... first gas supply pipe, 260 ... second gas supply pipe, 240 ... third gas supply Pipe, 230 ... gas exhaust pipe, 360 ... third gas supply port, 390 ... second gas exhaust port.

Claims (4)

基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、1以上設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、前記第1のガス供給ノズルと異なる位置に、1以上設けられる第2のガス供給ノズルと、
前記第1のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
を備え、
前記第2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、
所定の間隔で縦方向に積層して配列された前記基板を前記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を供給するとともに、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ケイ素膜を形成する工程と、
前記基板を前記反応室内から搬出する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and is provided with one or more;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrate in the reaction chamber and is provided at one or more positions different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
With
A method of manufacturing a semiconductor device in a substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle,
Carrying the substrates arranged in a vertical direction at predetermined intervals into the reaction chamber;
At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port, and at least a carbon-containing gas and a reducing gas are supplied from the second gas supply port to form a silicon carbide film on the substrate. Forming, and
Unloading the substrate from the reaction chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
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を供給する第1のガス供給系と、
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、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在されて設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、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のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
前記第1のガス供給系が、前記第1のガス供給口から前記反応室内へ、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、前記第2のガス供給系が、前記第2のガス供給口から前記反応室内へ、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給して前記基板に炭化ケイ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2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置。
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply system for supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the reaction chamber;
A second gas supply system for supplying at least a carbon-containing gas and a reducing gas into the reaction chamber;
A first gas supply nozzle provided to extend to the array region of the substrate in the reaction chamber;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrate in the reaction chamber and is provided at a position different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
The first gas supply system supplies at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas from the first gas supply port into the reaction chamber, and the second gas supply system supplies the second gas supply. A controller for controlling at least a carbon-containing gas and a reducing gas to be formed from the mouth into the reaction chamber so that a silicon carbide film is formed on the substrate;
With
The substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle.
基板が所定の間隔で縦方向に積層して配列される反応室と、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、1以上設けられる第1のガス供給ノズルと、
前記反応室内の前記基板の配列領域に延在され、前記第1のガス供給ノズルと異なる位置に、1以上設けられる第2のガス供給ノズルと、
前記第1のガス供給ノズルに1以上設けられる第1のガス供給口と、
前記第2のガス供給ノズルに1以上設けられる第2のガス供給口と、
を備え、
前記第2のガス供給ノズルが前記基板と前記第1のガス供給ノズルとの間に設けられる基板処理装置における基板の製造方法であって、
所定の間隔で縦方向に積層して配列された前記基板を前記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を供給するとともに、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ケイ素膜を形成する工程と、
前記基板を前記反応室内から搬出する工程と、
を備えた基板の製造方法。
A reaction chamber in which substrates are stacked in a vertical direction at a predetermined interval; and
A first gas supply nozzle that extends to the array region of the substrates in the reaction chamber and is provided with one or more;
A second gas supply nozzle that extends to the array region of the substrate in the reaction chamber and is provided at one or more positions different from the first gas supply nozzle;
A first gas supply port provided at least one in the first gas supply nozzle;
A second gas supply port provided at least one in the second gas supply nozzle;
With
A method of manufacturing a substrate in a substrate processing apparatus, wherein the second gas supply nozzle is provided between the substrate and the first gas supply nozzle,
Carrying the substrates arranged in a vertical direction at predetermined intervals into the reaction chamber;
At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply port, and at least a carbon-containing gas and a reducing gas are supplied from the second gas supply port to form a silicon carbide film on the substrate. Forming, and
Unloading the substrate from the reaction chamber;
A method for manufacturing a substrate comprising:
前記第1のガス供給口は、前記第2のガス供給口と高さを異ならせて設けられる請求項2に記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 2, wherein the first gas supply port is provided with a height different from that of the second gas supply port.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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