JP7024740B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板などの基板に対して原料を含むガス供給を行うことで薄膜などの形成を行う半導体製造装置に関すものである。

従来、特許文献１に、半導体基板に対して原料を含むガス供給を行うことで薄膜形成を行う半導体製造装置が提案されている。この半導体製造装置は、各種ガスのガス種毎に備えられた複数のガス供給配管を集合配管で混合させ、混合ガスを複数のガス導入配管に分配することで、サセプタ上に配置されたウェハに対する広範囲なガス供給を可能としている。

各ガス供給配管には、原料流入用の流量制御器（以下、原料ＭＦＣという）が備えられており、集合配管への各供給ガスの供給量が調整可能になっている。また、各ガス導入配管にも分配量制御用のＭＦＣ（以下、分配ＭＦＣという）が備えられており、分配ＭＦＣでサセプタの各所への混合ガスの導入量が調整可能になっている。

特開２０１２－９５００号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の装置のように、原料ＭＦＣによって供給ガスの流量を調整しつつ、分配ＭＦＣによって混合ガスの流量を調整する構成では、ＭＦＣの制御誤差があるために、適切な流量制御が行えないという課題がある。例えば、集合配管で生成したい混合ガスの総量が１０であったとすると、原料ＭＦＣは集合配管への供給ガスの総量（以下、供給ガス総量という）が１０となるようにバルブの開度制御を行う。また、分配ＭＦＣは集合配管からの混合ガスの排出量の総量（以下、分配ガス総量という）が１０となるようにバルブの開度制御を行おうとする。しかしながら、制御誤差が生じることから、例えば供給ガス総量が１０なのに、分配ガス総量が８となることがある。この場合、原料ＭＦＣが供給ガスの流量を一定に保とうとしてバルブの開度を大きくするが、集合配管中の混合ガスの圧力（以下、混合ガス圧という）が上昇し、徐々に供給ガスの圧力（以下、供給ガス圧という）との差圧が小さくなっていく。すると、原料ＭＦＣでの混合ガスの流量が減少し、混合ガスを狙いの流量にすることができなくなる。このため、適切な流量制御が行えなくなるのである。このような課題は、供給ガス総量に対して分配ガス総量の方が多くなる場合でも発生する。

本発明は上記点に鑑みて、より適切な流量制御によって薄膜形成を行うことができる半導体製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願請求項１に記載の半導体製造装置は、基板（１７）が設置される設置台（１３）が備えられ、基板を加熱すると共に、基板の上に薄膜（１８）を成長させるための原料を含む供給ガスを導入するチャンバー（１１）を有する薄膜形成部（１０）と、チャンバー内に、導入配管（１５０）を通じて供給ガスを導入する供給ガスユニット（２０、３０）と、を有している。そして、供給ガスユニットは、薄膜を成長させるための原料種ごとに備えられた複数の供給ガスユニット（２０、３０）により構成され、複数の供給ガスユニットは、該供給ガスユニット毎に、原料を含む複数のガスを蓄えるガス導入源（２１ａ～２１ｅ、３１ａ～３１ｃ）からのガスを供給する複数の供給配管（１００ａ～１００ｅ、１１０ａ～１１０ｃ）と、複数の供給配管それぞれに備えられ、該複数の供給配管それぞれを通じる供給ガスの流量を制御する原料用の流量制御器（２２ａ～２２ｅ、３２ａ～３２ｃ）と、流量制御器よりも下流側において、複数の供給配管が接続されることで供給ガスの混合ガスを生成する集合配管（１０１、１１１）と、集合配管の下流側に接続され、混合ガスを分配する複数の分配配管（１０２ａ～１０２ｃ、１１２ａ～１１２ｃ）と、複数の分配配管のうちの１つに備えられ、混合ガスの圧力である混合ガス圧を調整する圧力制御器（２４、３４）と、複数の分配配管のうち圧力制御器が備えられたものと異なる分配配管に備えられ、該分配配管を通じる混合ガスの流量を制御する分配用の流量制御器（２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ）と、を有している。
さらに、複数の供給配管の一部により、供給ガスの一部となるキャリアガスを集合配管に供給するようになっていて、原料用の流量制御器として、該原料用の流量制御器が備えられた供給配管を通じて供給する原料種における大流量の制御用の流量制御器（２２ｂ、３２ｂ）および供給配管の他の一つを通じて供給する原料種における前記大流量よりも少ない小流量の制御用の流量制御器（２２ｃ、３２ｃ）を備えていると共に、複数の供給配管のうち前記一つおよび前記他の一つと異なる供給配管を通じて供給するキャリアガスの流量を制御する流量制御器（２２ａ、３２ａ）を備えている。
このような構成において、圧力制御器および分配用の流量制御器よりも下流側において複数の分配配管が導入配管に接続され、分配用の流量制御器が備えられた分配配管と圧力制御器が備えられた分配配管および導入配管を通じて混合ガスをチャンバーに導入し、薄膜形成部による薄膜の成長を行う。

このように、混合ガスの分配を分配用のＭＦＣだけでなく圧力制御器を用いて行うようにしている。これにより、分配用のＭＦＣを通じる混合ガスの流量を狙った流量にすることができ、適切な流量制御が行うことが可能な半導体製造装置にできる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる半導体製造装置の概略構成を示したブロック図である。 図１に示す半導体製造装置による薄膜の製造プロファイルを示した図である。 原料ＭＦＣのみによって流量制御を行う場合の各部の状態を示したタイミングチャートである。 第１実施形態の構成の半導体製造装置による流量制御を行う場合の各部の状態を示したタイミングチャートである。 第２実施形態にかかる半導体製造装置の概略構成を示したブロック図である。 第３実施形態にかかる半導体製造装置の概略構成を示したブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される半導体製造装置は、複数の基板に対してエピタキシャル成長によって薄膜を形成する装置として使用される。

図１に示すように、本実施形態の半導体製造装置は、薄膜形成部１０、第１供給ガスユニット２０、第２供給ガスユニット３０、第１ドーパントガスユニット４０、第２ドーパントガスユニット５０、キャリアガスユニット６０を有した構成とされている。そして、
各ユニットから供給されるガスが各種配管１００～１５０を通じて薄膜形成部１０に導入されるようになっている。

薄膜形成部１０は、チャンバー１１、ガス導入部１２、設置台１３、加熱装置１４、排気口１５、圧力制御器（以下、ＡＰＣ（AutoPressure Control）という）１６などを備えた構成とされている。薄膜形成部１０は、排気口１５を通じてチャンバー１１内の雰囲気ガスを排出することでチャンバー１１内の真空度を制御できると共に、チャンバー１１内にガス導入部１２を通じて所望のガス導入が行えるようになっている。本実施形態の場合、ガス導入部１２は、チャンバー１１のうちの設置台１３の上方に備えられており、設置台１３の上方からガス導入が行われるようになっている。

このような薄膜形成部１０における設置台１３上に被成膜対象となる基板１７を設置し、加熱装置１４によって基板１７を裏面側から加熱しつつ、設置台１３を高速回転させ、ＡＰＣ１６によってチャンバー１１内の雰囲気圧力を一定に制御することで薄膜１８を形成する。なお、基板１７としては、様々なものを適用できるが、本実施形態の場合はＳｉＣ基板上にＳｉＣの薄膜１８を成膜する場合を例に挙げて説明する。また、図１では、簡略化のために、基板１７を１枚のみ示したが、実際には複数枚が設置台１３の上に搭載される。

第１供給ガスユニット２０は、シリコン原料を含む供給ガス（以下、Ｓｉ供給ガスという）を導入する機構である。Ｓｉ供給ガスには、少なくともシリコンソースガスが含まれていれば良いが、ここではキャリアガスとなるＨ_２（水素）とエッチングガスとなるＨＣｌ（塩化水素）も含めている。

具体的には、第１供給ガスユニット２０には、ガス導入源２１ａ～２１ｅと、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅおよび分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂに加えて分配用のＡＰＣとなる分配ＡＰＣ２４が備えられている。そして、第１供給ガスユニット２０を構成する各部が各種配管１００、１０１、１０２に接続され、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に対してＳｉ供給ガスが供給されるようになっている。

ガス導入源２１ａ～２１ｅは、薄膜１８を成長させるための原料を含む複数のガスを蓄えるものであり、キャリアガス導入源２１ａ、シリコンソースガス導入源２１ｂ、２１ｃ、エッチングガス導入源２１ｄ、２１ｅを有している。キャリアガス導入源２１ａはキャリアガスを蓄えている部分であり、例えばキャリアガスとしてＨ_２を蓄えている。キャリアガス導入源２１ａは、供給配管１００ａに接続されている。シリコンソースガス導入源２１ｂ、２１ｃは、シリコンソースガスを蓄えている部分であり、例えばシリコンソースガスとしてＳｉＨ_４（シラン）を蓄えている。シリコンソースガス導入源２１ｂ、２１ｃは、それぞれ供給配管１００ｂ、１００ｃに接続されている。エッチングガス導入源２１ｄ、２１ｅは、エッチングガスを蓄えている部分であり、例えばエッチングガスとしてＨＣｌを蓄えている。エッチングガス導入源２１ｄ、２１ｅは、供給配管１００ｄ、１００ｅに接続されている。

なお、ここではシリコンソースガス導入源２１ｂ、２１ｃを別々の構成としているが、１つのものであっても良い。また、ここではエッチングガス導入源２１ｄ、２１ｅを別々の構成としているが、１つのものであっても良い。

各供給配管１００ａ～１００ｅには、それぞれ、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅが備えられており、各供給配管１００ａ～１００ｅを通じるガス流量、すなわち各供給ガスの導入量を調整できるようになっている。なお、原料ＭＦＣ２２ｂ、２２ｃについては、共に、シリコンソースガスが蓄えられているシリコンソースガス導入源２１ｂ、２１ｃに接続されているが、原料ＭＦＣ２２ｂについては大流量の制御用、原料ＭＦＣ２２ｃについては小流量の制御用とされている。同様に、原料ＭＦＣ２２ｄ、２２ｅについては、共に、エッチングガスが蓄えられているエッチングガス導入源２１ｄ、２１ｅに接続されているが、原料ＭＦＣ２２ｄについては大流量の制御用、原料ＭＦＣ２２ｅについては小流量の制御用とされている。したがって、シリコンソースガスやエッチングガスをある程度大流量で流しつつも、細かな流量制御を行うことが可能となっている。

また、各供給配管１００ａ～１００ｅは、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅよりも下流側において、集合配管１０１に集約され、集合配管１０１内において混合ガスとされる。

集合配管１０１は、下流側において再び複数の分配配管１０２ａ～１０２ｃに接続されている。このため、混合ガスは、各分配配管１０２ａ～１０２ｃに分配されて、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に導入されるようになっている。

各分配配管１０２ａ～１０２ｃのうちの１つ、ここでは分配配管１０２ｃに分配ＡＰＣ２４が備えられており、残りの分配配管１０２ｃには分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂが備えられている。分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂは、分配配管１０２ａ、１０２ｂを通じるガス流量、すなわち混合ガスの導入量を調整できるようになっている。分配ＡＰＣ２４は、集合配管１０１側の圧力、つまり混合ガス圧を調整するもの、換言すれば混合ガス圧と薄膜形成部１０のチャンバー１１内の供給ガス圧との差圧を調整するものである。分配ＡＰＣ２４は、集合配管１０１側から外部へ混合ガスを排出することによって、集合配管１０１の圧力である混合ガス圧を所定圧に調整する。分配ＡＰＣ２４からの混合ガスの排出場所については任意であるが、本実施形態の場合は分配配管１０２ｃを導入配管１５０に接続することで、分配ＡＰＣ２４にて圧力調整のために排出される混合ガスも薄膜形成部１０に供給されるようにしている。

第２供給ガスユニット３０は、第１供給ガスユニット２０とは異なる原料を供給するものであり、炭素原料を含む供給ガス（以下、Ｃ供給ガスという）を導入する機構である。Ｃ供給ガスには、少なくとも炭素ソースガスが含まれていれば良いが、ここではキャリアガスとなるＨ_２も含めている。

具体的には、第２供給ガスユニット３０には、ガス導入源３１ａ～３１ｃと、原料ＭＦＣ３２ａ～３２ｃおよび分配ＭＦＣ３３に加えて分配用のＡＰＣとなる分配ＡＰＣ３４が備えられている。そして、第２供給ガスユニット３０を構成する各部が各種配管１１０、１１１、１１２に接続され、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に対してＣ供給ガスが供給されるようになっている。

ガス導入源３１ａ～３１ｃは、薄膜１８を成長させるための原料を含む複数のガスを蓄えるものであり、キャリアガス導入源３１ａ、炭素ソースガス導入源３１ｂ、３１ｃを有している。キャリアガス導入源３１ａはキャリアガスを蓄えている部分であり、例えばキャリアガスとしてＨ_２を蓄えている。キャリアガス導入源３１ａは、供給配管１１０ａに接続されている。炭素ソースガス導入源３１ｂ、３１ｃは、炭素ソースガスを蓄えている部分であり、例えば炭素ソースガスとしてＣ_３Ｈ_８（プロパン）を蓄えている。炭素ソースガス導入源３１ｂ、３１ｃは、供給配管１１０ｂ、１１０ｃに接続されている。

供給配管１１０ａ～１１０ｃには、それぞれ、原料ＭＦＣ３２ａ～３２ｃが備えられており、各供給配管１１０ａ～１１０ｃを通じるガス流量、すなわち各供給ガスの導入量を調整できるようになっている。なお、原料ＭＦＣ３２ｂ、３２ｃについては、共に、炭素ソースガスが蓄えられている炭素ソースガス導入源３１ｂ、３１ｃに接続されているが、原料ＭＦＣ３２ｂについては大流量の制御用、原料ＭＦＣ３２ｃについては小流量の制御用とされている。したがって、炭素ソースガスをある程度大流量で流しつつも、細かな流量制御を行うことが可能となっている。

また、各供給配管１１０ａ～１１０ｃは、原料ＭＦＣ３２ａ～３２ｃよりも下流側において、集合配管１１１に集約され、集合配管１１１内において混合ガスとされる。

集合配管１１１は、下流側において再び複数の分配配管１１２ａ～１１２ｃに接続されている。このため、混合ガスは、各分配配管１１２ａ～１１２ｃに分配されて、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に導入されるようになっている。

各分配配管１１２ａ～１１２ｃのうちの１つ、ここでは分配配管１１２ｃに分配ＡＰＣ３４が備えられており、残りの分配配管１１２ａ、１１２ｂには分配ＭＦＣ３３ａ、３３ｂが備えられている。分配ＭＦＣ３３ａ、３３ｂは、分配配管１１２ａ、１１２ｂを通じるガス流量、すなわち混合ガスの導入量を調整できるようになっている。分配ＡＰＣ３４は、集合配管１１１側の圧力、つまり混合ガス圧を調整するもの、換言すれば混合ガス圧と薄膜形成部１０のチャンバー１１内の供給ガス圧との差圧を調整するものである。分配ＡＰＣ３４は、集合配管１１１側から外部へ混合ガスを排出することによって、集合配管１１１の圧力である混合ガス圧を所定圧に調整する。分配ＡＰＣ３４からの混合ガスの排出場所については任意であるが、本実施形態の場合は分配配管１１２ｃを導入配管１５０に接続することで、分配ＡＰＣ３４にて圧力調整のために排出される混合ガスも薄膜形成部１０に供給されるようにしている。

第１ドーパントガスユニット４０は、第１ドーパント原料、例えばｎ型ドーパントを含む供給ガス（以下、第１ドーパントガスという）を導入する機構である。第１ドーパントガスには、少なくとも第１ドーパント原料が含まれていれば良いが、ここではキャリアガスとなるＨ_２も含めている。

具体的には、第１ドーパントガスユニット４０には、ガス導入源４１ａ～４１ｃと、原料ＭＦＣ４２ａ～４２ｃおよび分配ＭＦＣ４３ａ、４３ｂに加えて分配用のＡＰＣとなる分配ＡＰＣ４４が備えられている。そして、第１ドーパントガスユニット４０を構成する各部が各種配管１２０、１２１、１２２に接続され、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に対して第１ドーパントガスが供給されるようになっている。

ガス導入源４１ａ～４１ｃは、キャリアガス導入源４１ａ、第１ドーパントガス導入源４１ｂ、４１ｃを有している。キャリアガス導入源４１ａはキャリアガスを蓄えている部分であり、例えばキャリアガスとしてＨ_２を蓄えている。キャリアガス導入源４１ａは、供給配管１２０ａに接続されている。第１ドーパントガス導入源４１ｂ、４１ｃは、第１ドーパント原料を蓄えている部分であり、例えばｎ型ドーパントとなるＮ（窒素元素）を含むＮ_２（窒素）を蓄えている。第１ドーパントガス導入源４１ｂ、４１ｃは、供給配管１２０ｂ、１２０ｃに接続されている。

供給配管１２０ａ～１２０ｃには、それぞれ、原料ＭＦＣ４２ａ～４２ｃが備えられており、各供給配管１２０ａ～１２０ｃを通じるガス流量、すなわち各供給ガスの導入量を調整できるようになっている。なお、原料ＭＦＣ４２ｂ、４２ｃについては、共に、第１ドーパント原料が蓄えられている第１ドーパントガス導入源４１ｂ、４１ｃに接続されているが、原料ＭＦＣ４２ｂについては大流量の制御用、原料ＭＦＣ４２ｃについては小流量の制御用とされている。したがって、第１ドーパント原料ガスをある程度大流量で流しつつも、細かな流量制御を行うことが可能となっている。

また、各供給配管１２０ａ～１２０ｃは、原料ＭＦＣ４２ａ～４２ｃよりも下流側において、集合配管１２１に集約され、集合配管１２１内において混合ガスとされる。

集合配管１２１は、下流側において再び複数の分配配管１２２ａ～１２２ｃに接続されている。このため、混合ガスは、各分配配管１２２ａ～１２２ｃに分配されて、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に導入されるようになっている。

各分配配管１２２ａ～１２２ｃのうちの１つ、ここでは分配配管１２２ｃに分配ＡＰＣ４４が備えられており、残りの分配配管１２２ａ、１２２ｂには分配ＭＦＣ４３ａ、４３ｂが備えられている。分配ＭＦＣ４３ａ、４３ｂは、分配配管１２２ａ、１２２ｂを通じるガス流量、すなわち混合ガスの導入量を調整できるようになっている。分配ＡＰＣ４４は、集合配管１２１側の圧力、つまり混合ガス圧を調整するもの、換言すれば混合ガス圧と薄膜形成部１０のチャンバー１１内の供給ガス圧との差圧を調整するものである。分配ＡＰＣ４４は、集合配管１２１側から外部へ混合ガスを排出することによって、集合配管１２１の圧力である混合ガス圧を所定圧に調整する。分配ＡＰＣ４４からの混合ガスの排出場所については任意であるが、本実施形態の場合は分配配管１２２ｃを導入配管１５０に接続することで、分配ＡＰＣ４４にて圧力調整のために排出される混合ガスも薄膜形成部１０に供給されるようにしている。

第２ドーパントガスユニット５０は、第２ドーパント原料、例えばｐ型ドーパントを含む供給ガス（以下、第２ドーパントガスという）を導入する機構である。第２ドーパントガスには、少なくとも第２ドーパント原料が含まれていれば良いが、ここではキャリアガスとなるＨ_２も含めている。

具体的には、第２ドーパントガスユニット５０には、ガス導入源５１ａ～５１ｃと、原料ＭＦＣ５２ａ～５２ｃおよび分配ＭＦＣ５３ａ、５３ｂに加えて分配用のＡＰＣとなる分配ＡＰＣ５４が備えられている。そして、第２ドーパントガスユニット５０を構成する各部が各種配管１３０、１３１、１３２に接続され、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に対して第２ドーパントガスが供給されるようになっている。

ガス導入源５１ａ～５１ｃは、キャリアガス導入源５１ａ、第２ドーパントガス導入源５１ｂ、５１ｃを有している。キャリアガス導入源５１ａはキャリアガスを蓄えている部分であり、例えばキャリアガスとしてＨ_２を蓄えている。キャリアガス導入源５１ａは、供給配管１３０ａに接続されている。第２ドーパントガス導入源５１ｂ、５１ｃは、第２ドーパント原料を蓄えている部分であり、例えばｐ型ドーパントとなるＡｌ（アルミニウム）を含むＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を蓄えている。第２ドーパントガス導入源５１ｂ、５１ｃは、供給配管１３０ｂ、１３０ｃに接続されている。

供給配管１３０ａ～１３０ｃには、それぞれ、原料ＭＦＣ５２ａ～５２ｃが備えられており、各供給配管１３０ａ～１３０ｃを通じるガス流量、すなわち各供給ガスの導入量を調整できるようになっている。なお、原料ＭＦＣ５２ｂ、５２ｃについては、共に、第２ドーパント原料が蓄えられている第２ドーパントガス導入源５１ｂ、５１ｃに接続されているが、原料ＭＦＣ５２ｂについては大流量の制御用、原料ＭＦＣ５２ｃについては小流量の制御用とされている。したがって、第２ドーパント原料をある程度大流量で流しつつも、細かな流量制御を行うことが可能となっている。

また、各供給配管１３０ａ～１３０ｃは、原料ＭＦＣ５２ａ～５２ｃよりも下流側において、集合配管１３１に集約され、集合配管１３１内において混合ガスとされる。

集合配管１３１は、下流側において再び複数の分配配管１３２ａ～１３２ｃに接続されている。このため、混合ガスは、各分配配管１３２ａ～１３２ｃに分配されて、薄膜形成部１０に繋がる後述する導入配管１５０に導入されるようになっている。

各分配配管１３２ａ～１３２ｃのうちの１つ、ここでは分配配管１３２ｃに分配ＡＰＣ５４が備えられており、残りの分配配管１３２ａ、１３２ｂには分配ＭＦＣ５３ａ、５３ｂが備えられている。分配ＭＦＣ５３ａ、５３ｂは、分配配管１３２ａ、１３２ｂを通じるガス流量、すなわち混合ガスの導入量を調整できるようになっている。分配ＡＰＣ５４は、集合配管１３１側の圧力、つまり混合ガス圧を調整するもの、換言すれば混合ガス圧と薄膜形成部１０のチャンバー１１内の供給ガス圧との差圧を調整するものである。分配ＡＰＣ５４は、集合配管１３１側から外部へ混合ガスを排出することによって、集合配管１３１の圧力である混合ガス圧を所定圧に調整する。分配ＡＰＣ５４からの混合ガスの排出場所については任意であるが、本実施形態の場合は分配配管１３２ｃを導入配管１５０に接続することで、分配ＡＰＣ５４にて圧力調整のために排出される混合ガスも薄膜形成部１０に供給されるようにしている。

キャリアガスユニット６０は、キャリアガスを導入する機構である。薄膜形成部１０に導入される供給ガスの中で最も導入量が多いのはキャリアガスとなっている。このため、キャリアガスユニット６０は、薄膜形成部１０に直接接続された導入配管１５０に連結されており、キャリアガスユニット６０から導入されるキャリアガスによって供給ガスの主流が構成されるようにしている。これにより、キャリアガスによる主流を安定的に形成することが可能となるため、他の原料ガスなどが導入されていない状態も形成することができる。

具体的には、キャリアガスユニット６０は、キャリアガス導入源６１ａ～６１ｃと、キャリアガス用のＭＦＣ（以下、キャリアガスＭＦＣという）６２ａ～６２ｃとを有した構成とされ、キャリアガスによる供給ガスの主流を形成する。

キャリアガス導入源６１ａ～６１ｃは、キャリアガスを蓄えている部分であり、例えばキャリアガスとしてＨ_２を蓄えている。キャリアガス導入源６１ａ～６１ｃは、それぞれ、導入配管１５０ａ～１５０ｃに接続されている。キャリアガスＭＦＣ６２ａ～６２ｃは、それぞれの導入配管１５０ａ～１５０ｃに備えられており、各導入配管１５０ａ～１５０ｃへのキャリアガスのガス流量を調整できるようになっている。導入配管１５０ａ～１５０ｃは、各ユニット２０～５０の各分配配管１０２ａ～１０２ｃ、１１２ａ～１１２ｃ、１２２ａ～１２２ｃ、１３２ａ～１３２ｃに連結されている。このため、第１供給ガスユニット２０、第２供給ガスユニット３０、第１ドーパントガスユニット４０、第２ドーパントガスユニット５０からの各種供給ガスが各導入配管１５０ａ～１５０ｃに導入され、キャリアガスと共にチャンバー１１に導入される。より詳しくは、導入配管１５０ａは設置台１３の中央、導入配管１５０ｃは設置台１３の外周、導入配管１５０ｂはそれらの間にガス導入を行うようになっている。

このような構成とされているため、キャリアガスユニット６０では、各種供給ガスの流量の増減に応じてキャリアガス流量を制御することで、チャンバー１１内のガス流れを乱すことなく、幅広く各種供給ガスの分配割合を変えることが可能となる。したがって、基板１７に形成する薄膜１８を幅広い成膜条件で、面内均一性の制御を行って成膜できる。

なお、以上では、キャリアガスが蓄えられたキャリアガス導入源２１ａ、３１ａ、４１ａ、４１ａ、６１ａ～６１ｃを別々の構成としているが、１つのものであっても良いし、いずれか複数が共通させられたものであっても良い。

続いて、このような構成を有する本実施形態の半導体製造装置における薄膜形成方法について、図２に示す薄膜形成工程のプロファイルを参照して説明する。

本実施形態にかかる半導体製造装置では、まず、被成膜対象となる複数枚の基板１７を用意し、薄膜形成部１０に設置、すなわちチャンバー１１内における設置台１３上に設置する。そして、設置台１３を高速回転させつつ、図２に示すプロファイルに従ったプロセスで薄膜形成を行う。

具体的には、加熱装置１４による加熱を行うことでチャンバー１１内の温度および基板１７の温度を上昇させる昇温工程を行う。また、これと同時に、キャリアガスユニット６０における各キャリアガスＭＦＣ６２ａ～６２ｃによるガス流量の制御に基づいて、キャリアガス導入源６１ａ～６１ｃよりキャリアガスを導入させる。また、第１供給ガスユニット２０、第２供給ガスユニット３０、第１ドーパントガスユニット４０、第２ドーパントガスユニット５０からもキャリアガスを導入する。さらに、チャンバー１１内の圧力を一定に保ちつつ、ＡＰＣ１６によりチャンバー１１からの雰囲気ガスの排出量を調整する。

そして、チャンバー１１内および基板１７が所定温度に達すると、第１供給ガスユニット２０、第２供給ガスユニット３０、第１ドーパントガスユニット４０、第２ドーパントガスユニット５０から各種供給ガスの供給を開始する。これにより、チャンバー１１内に、Ｓｉ供給ガス、Ｃ供給ガス、第１ドーパント原料ガス、第２ドーパント原料ガスが導入される。このとき、キャリアガスユニット６０及び第１供給ガスユニット２０、第２供給ガスユニット３０、第１ドーパントガスユニット４０、第２ドーパントガスユニット５０からのキャリアガスの導入は継続的に行われていることから、主流となるキャリアガスに対して各種供給ガスが付加されるようにしてチャンバー１１に導入される。このため、主流として安定しているキャリアガスによって各種供給ガスをチャンバー１１まで運ぶことが可能となる。

そして、加熱装置１４による加熱量の調整を行うことで一定温度に保ちつつ、各種供給ガスの導入を続ける。これにより、基板１７に対してＳｉＣの薄膜１８をエピタキシャル成長させることができる。また、設置台１３を高速回転させているため、チャンバー１１内のガス流れが安定化し、ガス分配によるＳｉＣの薄膜１８の膜厚、濃度の面内均一性を向上させることができる。

この後、ＳｉＣの薄膜１８を所定膜厚形成できたら、各種供給ガスの導入を停止し、加熱装置１４による加熱も停止してチャンバー１１内および基板１７の温度を低下させる降温工程を行う。このときにも、キャリアガスユニット６０からのキャリアガスについては導入を続けており、残留した供給ガスによる影響が低減されるようにしている。そして、チャンバー１１内および基板１７の温度が例えば室温まで低下すると、薄膜形成工程を終了する。

このような薄膜形成方法において、例えば第１供給ガスユニット２０について、集合配管１０１内の混合ガス圧が分配ＡＰＣ２４にて調整されるようにしている。すなわち、分配配管１０２ａ～１０２ｃを通じて集合配管１０１中の混合ガスを各導入配管１５０ａ～１５０ｃに供給する際に、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂのみで分配するのではなく、分配ＡＰＣ２４にて混合ガス圧の調整も行われるようにしている。このため、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂの上流側となる混合ガス圧が所望の圧力に調整される。したがって、ガス導入源２１ａ～２１ｅから原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅを通じて供給されてくる供給ガスの総量である供給ガス総量に対して、分配配管１０２ａ～１０２ｃを通じて集合配管１０１から排出される混合ガスの総量である分配ガス総量を一致させられる。このため、分配配管１０２ａ～１０２ｃから導入配管１５０ａ～１５０ｃに導入される混合ガスが狙いの流量となるように、より適切な流量制御を行うことが可能となる。これについて、図３および図４を参照して説明する。

まず、図３に基づいて、仮に、分配ＡＰＣ２４が分配ＭＦＣで構成されていた場合、つまり分配配管１０２ａ～１０２ｃによる集合ガスの分配の流量制御がすべてＭＦＣで行われた場合について検討する。

この場合、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅによって供給ガスの流量を調整しつつ、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂおよび分配ＡＰＣ２４の位置に備えられているとする分配ＭＦＣによって混合ガスの流量を調整する構成となる。このような構成では、ＭＦＣの制御誤差があるために、適切な流量制御が行えなくなる。

例えば、各ガス導入源２１ａ～２１ｅにおける供給ガス圧が０．３［ＭＰａ］、チャンバー１１内の供給ガス圧であるチャンバー圧が０．０２［ＭＰａ］であるとする。

この場合において、集合配管１０１で生成したい混合ガス総量が１０であったとすると、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅは集合配管１０１への供給ガス総量が１０となるようにバルブの開度制御を行う。また、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂおよび分配ＡＰＣ２４の位置に備えられているとする分配ＭＦＣは集合配管１０１から排出される分配ガス総量が１０となるようにバルブの開度制御を行おうとする。しかしながら、制御誤差が生じることから、例えば供給ガス総量が１０なのに、分配ガス総量が８となることがある。この場合、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂおよび分配ＡＰＣ２４の位置に備えられているとする分配ＭＦＣが混合ガスの流量を一定に保とうとしてバルブの開度を大きくするが、集合配管１０１中の混合ガス圧が初期値に対して上昇し、徐々に供給ガス圧との差圧が小さくなる。すると、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅでの混合ガスの流量が減少し、混合ガスを狙いの流量にすることができなくなる。このため、適切な流量制御が行えなくなる。

次に、図４に基づいて、本実施形態のように、分配ＡＰＣ２４を備えた場合について説明する。

この場合、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅによって供給ガスの流量を調整しつつ、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂおよび分配ＡＰＣ２４によって混合ガスの流量を調整する構成となる。このような構成では、ＭＦＣの制御誤差があるものの、適切な流量制御が行えるようになる。

例えば、各ガス導入源２１ａ～２１ｅにおける供給ガス圧が０．３［ＭＰａ］、チャンバー１１内の圧力であるチャンバー圧が０．０２［ＭＰａ］であるとする。

この場合において、集合配管１０１で生成したい混合ガス総量が１０であったとすると、原料ＭＦＣ２２ａ～２２ｅは集合配管１０１への供給ガス総量が１０となるようにバルブの開度制御を行う。また、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂおよび分配ＡＰＣ２４は集合配管１０１から排出される分配ガス総量が１０となるようにバルブの開度制御を行おうとする。

このとき、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂの制御誤差が発生するが、分配ＡＰＣ２４が混合ガス圧を所定圧力とするように調整するため、チャンバー１１内の供給ガス圧であるチャンバー圧と混合ガス圧の差圧が一定に保たれる。したがって、供給ガス総量と分配ガス総量がほぼ一致する関係となり、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂを通じる混合ガスの流量を狙った流量にすることができる。よって、適切な流量制御が行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、混合ガスの分配を分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂだけでなく分配ＡＰＣ２４を用いて行うようにしている。これにより、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂを通じる混合ガスの流量を狙った流量にすることができ、適切な流量制御が行うことが可能な半導体製造装置にできる。そして、このような半導体製造装置によれば、基板１７上に形成する薄膜１８の膜質の面内均一性や深さ方向の均一性を向上させることが可能となる。

加えて、本実施形態の場合、分配ＡＰＣ２４から排出される混合ガスを外部に廃棄してしまうのではなく、これを導入配管１５０ｃに供給してチャンバー１１内に供給されるようにしている。これにより、経済性の高い半導体製造装置とすることが可能となる。この場合、分配ＡＰＣ２４を通じて導入配管１５０ｃに供給される混合ガスの流量については、供給ガス総量から各分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂに流す混合ガスの総量を差し引いた値にすれば良い。

また、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂでは流量制御を行い、分配ＡＰＣ２４では圧力制御を行うことになるため、分配ＡＰＣ２４を通じる混合ガスの流量が分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂを通じる混合ガスの流量と等しくならないこともある。しかしながら、そもそも、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂを通じる混合ガスの流量についても、基板１７のどの位置に混合ガスを供給するかに応じて異なる値にされることがあり、必ずしも等しくされる訳では無い。このため、分配ＡＰＣ２４を通じる混合ガスの流量が分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂを通じる混合ガスの流量と等しくなくても構わない。勿論、これらの流量の差が小さくなるように、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂを通じる混合ガスの流量を調整することが好ましい。

さらに、図１に示すように、分配ＡＰＣ２４の排出する供給ガスについては、分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂからの供給ガスよりもチャンバー１１の外周側、つまり設置台１３の外縁部に対応する位置に供給されるようにしている。チャンバー１１の外周側は、チャンバー１１の壁面などの影響でガス流速が遅くなり、基板１７へのガス供給速度が遅くなる。このため、チャンバー１１の外周側に分配ＡＰＣ２４の排出する供給ガスが導入されるようにし、それよりも内側において分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂによる精度良い流量制御にて供給ガスの導入量を微調整することで、供給ガスの導入量の面内均一性が向上する。これにより、より基板１７上に形成する薄膜１８の面内均一性を向上させることが可能となる。

また、ここでは、第１供給ガスユニット２０を例に挙げて説明したが、第２供給ガスユニット３０、第１ドーパントガスユニット４０および第２ドーパントガスユニット５０についても、分配ＡＰＣ３４、４４、５４を用いることで、同様の効果が得られる。そして、これらをそれぞれでユニットとするのではなく、すべてを１つのユニットとして構成し、１つの集合配管にて混合ガスを生成することもできるが、別々とすることで、原料ガスやドーパント元素毎に流量を独立制御することができる。これにより、より基板１７上に形成する薄膜１８の面内均一性を向上させることが可能となる。

さらに、第１供給ガスユニット２０、第２供給ガスユニット３０、第１ドーパントガスユニット４０および第２ドーパントガスユニット５０にも、供給ガスとしてキャリアガスを含めるようにしている。このとき、第１供給ガスユニット２０のキャリアガスの流量を分配ＭＦＣ２３ａ、２３ｂ、および分配ＡＰＣ２４の最低制御流量の総和以上としている。第２供給ガスユニット３０のキャリアガスの流量を分配ＭＦＣ３３ａ、３３ｂおよび分配ＡＰＣ３４の最低制御流量の総和以上としている。第１ドーパントガスユニット４０のキャリアガスの流量を分配ＭＦＣ４３ａ、４３ｂ、および分配ＡＰＣ４４の最低制御流量の総和以上としている。さらに、第２ドーパントガスユニット５０のキャリアガスの流量を分配ＭＦＣ５２ａ、５３ｂおよび分配ＡＰＣ５４の最低制御流量の総和以上としている。このようにすれば、Ｓｉ原料ガスやＣ原料ガス、ドーパントガスを流さないときも各ユニットからガスを流せる。このようにする場合、キャリアガスユニット６０からの導入されるキャリアガスと各ユニットから供給ガスとして導入されるキャリアガスの流量を所定量に調整しておくことで、Ｓｉ原料ガスやＣ原料ガス、ドーパントガスを流し始めたときから流れが安定化する。これにより、より基板１７上に形成する薄膜１８の膜質の面内均一性や深さ方向の均一性を向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してガスの分配を行う部分の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態では、各ユニット２０～５０における分配ＡＰＣ２４、３４、４４、５４の排出する供給ガスをチャンバー１１側に導入するのではなく、外部に排気する構成としている。そして、代わりに、各ユニット２０～５０にもう一つ分配ＭＦＣ２３ｃ、３３ｃ、４３ｃ、５３ｃを追加している。

このように、分配ＡＰＣ２４、３４、４４、５４については、各ユニット２０～５０での混合ガス圧の調整のみを行うようにすることもできる。このようにすれば、各分配ＭＦＣ２３ａ～２３ｃ、３３ａ～３３ｃ、４３ａ～４３ｃ、５３ａ～５３ｃによる精度良い流量制御に基づいて混合ガスをチャンバー１１内に導入することが可能となる。したがって、より基板１７上に形成する薄膜１８の膜質の面内均一性や深さ方向の均一性を向上させることが可能となる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

例えば、分配ＡＰＣ２４、３４、４４、５４の排出する供給ガスについて、第１実施形態ではチャンバー１１内に導入する形態、第２実施形態ではチャンバー１１の外部に廃棄する形態を説明した。しかしながら、すべての分配ＡＰＣ２４、３４、４４、５４の排出する供給ガスをチャンバー１１内に導入したり、チャンバー１１の外部に廃棄したりする形態にする必要はなく、一部のみがチャンバー１１内に導入され、残りが外部に廃棄される形態でも良い。また、Ｓｉ原料ガスとＣ原料ガスとを別々のユニットから導入するようにしたが、同じユニットで導入するようにしても良い。

また、上記実施形態では、第１ドーパントガスユニット４０と第２ドーパントガスユニット５０を備えた構成としたが、ドーパントを導入しない場合には、これらは不要であるし、いずれか一方のみを備える形態としても良い。さらに、上記実施形態では、ＳｉＣの薄膜１８を形成する場合について説明したため、第１ソースガスとしてＳｉ供給ガス、第２ソースガスとしてＣ供給ガスを例に挙げた。しかしながら、これは成膜したい材料によって異なっており、例えばシリコン薄膜を形成するものであれば、Ｓｉ供給ガスを供給する供給ガスユニットのみ備えられていれば良い。また、Ｓｉ供給ガスやＣ供給ガスがそれぞれ２つの原料ＭＦＣ２２ｂ、２２ｃ、３２ｂ、３２ｃを通じて供給されるようにしているが、少なくとも１つの原料ＭＦＣを通じて供給されるものであれば良い。

また、図６に示すように、各分配ＡＰＣ２４、３４、４４、５４の上流側もしくは下流側に流量センサ（ＭＦＳ）２５、３５、４５、５５を備えるようにしても良い。このようにすれば、分配ＡＰＣ２４、３４、４４、５４の排出する供給ガスの流量を測定でき、これに基づいて例えば他の原料ＭＦＣ２２ａ、２２ｂなどの流量制御を行うことが可能となる。

１０ 薄膜形成部
２０ 第１供給ガスユニット
３０ 第２供給ガスユニット
４０ 第１ドーパントガスユニット
５０ 第２ドーパントガスユニット
６０ キャリアガスユニット
１００～１５０ 各種配管
２２ａ～２２ｅ、３２ａ～３２ｂ、４２ａ～４２ｃ、５２ａ～５２ｃ ガス導入源
２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ 分配用ＭＦＣ
２４、３４、４４、５４ 分配用ＡＰＣ

Claims (6)

1. 基板（１７）が設置される設置台（１３）が備えられ、前記基板を加熱すると共に、前記基板の上に薄膜（１８）を成長させるための原料を含む供給ガスを導入するチャンバー（１１）を有する薄膜形成部（１０）と、
   前記チャンバー内に、導入配管（１５０）を通じて前記供給ガスを導入する供給ガスユニット（２０、３０）と、を有し、
   前記供給ガスユニットは、前記薄膜を成長させるための原料種ごとに備えられた複数の供給ガスユニット（２０、３０）により構成され、
   前記複数の供給ガスユニットは、該供給ガスユニット毎に、
   前記原料を含む複数のガスを蓄えるガス導入源（２１ａ～２１ｅ、３１ａ～３１ｃ）からのガスを供給する複数の供給配管（１００ａ～１００ｅ、１１０ａ～１１０ｃ）と、
   前記複数の供給配管それぞれに備えられ、該複数の供給配管それぞれを通じる供給ガスの流量を制御する原料用の流量制御器（２２ａ～２２ｅ、３２ａ～３２ｃ）と、
   前記流量制御器よりも下流側において、前記複数の供給配管が接続されることで前記供給ガスの混合ガスを生成する集合配管（１０１、１１１）と、
   前記集合配管の下流側に接続され、前記混合ガスを分配する複数の分配配管（１０２ａ～１０２ｃ、１１２ａ～１１２ｃ）と、
   前記複数の分配配管のうちの１つに備えられ、前記混合ガスの圧力である混合ガス圧を調整する圧力制御器（２４、３４）と、
   前記複数の分配配管のうち前記圧力制御器が備えられたものと異なる分配配管に備えられ、該分配配管を通じる混合ガスの流量を制御する分配用の流量制御器（２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ）と、を有し、
   前記複数の供給配管の一部により、前記供給ガスの一部となるキャリアガスを前記集合配管に供給するようになっていて、前記原料用の流量制御器として、該原料用の流量制御器が備えられた前記供給配管を通じて供給する前記原料種における大流量の制御用の流量制御器（２２ｂ、３２ｂ）および前記供給配管の他の一つを通じて供給する前記原料種における前記大流量よりも少ない小流量の制御用の流量制御器（２２ｃ、３２ｃ）を備えていると共に、前記複数の供給配管のうち前記一つおよび前記他の一つと異なる供給配管を通じて供給する前記キャリアガスの流量を制御する流量制御器（２２ａ、３２ａ）を備え、
   前記圧力制御器および前記分配用の流量制御器よりも下流側において前記複数の分配配管が前記導入配管に接続され、前記分配用の流量制御器が備えられた前記分配配管と前記圧力制御器が備えられた前記分配配管および前記導入配管を通じて前記混合ガスを前記チャンバーに導入し、前記薄膜形成部による前記薄膜の成長を行う半導体製造装置。
2. 前記圧力制御器が備えられた前記分配配管を通じて導入される前記混合ガスの方が、前記分配用の流量制御器が備えられた前記分配配管を通じて導入される前記混合ガスよりも、前記設置台における外周側に導入される、請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記供給ガスユニットとは別に、前記チャンバー内にキャリアガスを導入するキャリアガスユニット（６０）を備え、
   前記導入配管は、複数の導入配管（１５０ａ～１５０ｃ）であり、
   該キャリアガスユニットは、前記複数の導入配管に接続されることで前記チャンバーに前記キャリアガスを導入し、
   前記複数の分配配管のうち前記分配用の流量制御器が備えられた前記分配配管および前記圧力制御器が備えられた前記分配配管が前記複数の導入配管のそれぞれに接続されて、前記導入配管を通じて前記混合ガスが導入される、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記薄膜形成部は、前記基板として炭化珪素基板（１７）の上に前記薄膜として炭化珪素薄膜（１８）を形成し、
   前記複数の供給ガスユニットは、前記原料として、シリコン原料を含むシリコン供給ガスを導入する第１供給ガスユニット（２０）と、炭素原料を含む炭素供給ガスを導入する第２供給ガスユニット（３０）と、を備え、
   前記第１供給ガスユニットは、
   前記複数の供給配管の一部として、前記ガス導入源の一部となるシリコンソースガス導入源（２１ｂ、２１ｃ）からシリコンソースガスを導入する供給配管（１００ｂ、１００ｃ）と、前記ガス導入源の一部となるエッチングガス導入源（２１ｄ、２１ｅ）からシリコンのエッチングガスを導入する供給配管（１００ｄ、１００ｅ）と、を有すると共に、
   前記原料用の流量制御器として、前記エッチングガス用の流量制御器（２２ｄ、２２ｅ）を有し、
   前記エッチングガス用の流量制御器は、前記エッチングガスにおける大流量の制御用の流量制御器（２２ｄ）および前記大流量よりも少ない小流量の制御用の流量制御器（２２ｅ）を備えている、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
5. 前記複数の供給ガスユニットからそれぞれ異なる原料を含む供給ガスを供給する、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
6. 前記供給ガスユニットに加えて、前記薄膜のドーパントとなる原料を含むドーパント原料ガスを供給ガスとして供給するドーパントユニット（４０、５０）を含む、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体製造装置。

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