WO2011105370A1 - 半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

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WO2011105370A1
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gas
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reaction chamber
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隆史 佐々木
今井　義則
幸永 栗林
中嶋　定夫
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株式会社日立国際電気
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    • Y10S438/931—Silicon carbide semiconductor

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a method for manufacturing a semiconductor device, and a substrate processing apparatus having a step of processing a substrate, and in particular, a method of manufacturing a semiconductor device, including a step of forming a silicon carbide (SiC) film on a substrate, and
  • the present invention relates to a substrate manufacturing method and a substrate processing apparatus.
  • Silicon carbide is particularly 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).
  • 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 is reacted from one place.
  • a silicon carbide film was grown on the substrate by supplying it into the room.
  • Patent Document 1 deposition of deposits due to source gas on the surface facing the susceptor and destabilization of silicon carbide film growth due to generation of source gas convection, in order to solve these problems, A vacuum film forming apparatus and a thin film forming method are disclosed in which a surface for holding a substrate is arranged to face downward.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method, a substrate manufacturing method, and a substrate processing apparatus capable of solving the above-described problems and forming a silicon carbide film in which impurities are uniformly doped on a substrate. To do.
  • a nozzle, and a second gas supply nozzle having one or more second gas supply ports in a region where the plurality of substrates are stacked, and the direction in which the first gas supply port is provided and the second A direction in which the gas supply port is provided is a method for manufacturing a semiconductor device in a substrate processing apparatus provided so as to intersect before reaching the substrate, and a step of carrying the plurality of substrates into a reaction chamber; At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas, or silicon and a chlorine-containing gas are supplied into the reaction chamber 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.
  • a reaction chamber in which a plurality of substrates are stacked at a predetermined interval, and at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas, or silicon and a chlorine-containing gas are supplied into the reaction chamber.
  • 1 gas supply system a second gas supply system for supplying at least a carbon-containing gas and a reducing gas into the reaction chamber, a third gas supply system for supplying at least an impurity gas into the reaction chamber,
  • a second gas supply nozzle having one or more second gas supply ports in a layered region and the first gas supply system includes at least the silicon-containing gas and the chlorine-containing material from the first gas supply port. Gas or silicon and chlorine-containing gas is supplied into the reaction chamber, and the second gas supply system supplies at least the carbon-containing gas and the reducing gas from the second gas supply port into the reaction chamber.
  • the third gas supply system supplies at least the impurity gas from the first gas supply port or the second gas supply port into the reaction chamber, and the substrate is carbonized in which impurities are doped.
  • a reaction chamber in which a plurality of substrates are stacked at a predetermined interval, and a first chamber having one or more first gas supply ports in a region where the plurality of substrates are stacked.
  • the anti Supplying to the chamber further supplying an impurity gas from the first gas supply port or the second gas supply port into the reaction chamber, and forming a silicon carbide film doped with impurities on the substrate; And a step of unloading a plurality of substrates from the reaction chamber.
  • the present invention it is possible to provide a substrate processing apparatus capable of forming a silicon carbide film doped with uniform impurities on a substrate.
  • 1 is a perspective view of a semiconductor manufacturing apparatus 10 to which a first embodiment of the present invention is applied.
  • 1 is a side sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus 10 to which a first embodiment of the present invention is applied.
  • 1 is a top sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus 10 to which a first embodiment of the present invention is applied.
  • the control structure of each part which comprises the semiconductor manufacturing apparatus 10 with which 1st Embodiment of this invention is applied is shown.
  • 1 schematically shows a processing furnace 40 and its peripheral structure of a semiconductor manufacturing apparatus 10 to which a first embodiment of the present invention is applied.
  • the top view of the reaction chamber structure to which 1st Embodiment of this invention is applied is shown.
  • FIG. 5 shows (a) in-plane distribution of film thickness and (b) distribution on a film thickness field monitor line when a film is formed by rotating a wafer in the reaction chamber configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • positioned the even number gas supply nozzle alternately with the 1st and 2nd supply nozzle in 2nd Embodiment of this invention is shown.
  • FIG. 6 shows an in-plane distribution of film thickness when film formation is performed in the case of a reaction chamber configuration in which an even number of gas supply nozzles are alternately arranged in the first and second supply nozzles in the second embodiment of the present invention.
  • the figure which compared the distribution of the value of C / Si on the monitor line when forming into a film by the reaction chamber structure in 2nd Embodiment and 3rd Embodiment of this invention is shown.
  • the relationship between the C / Si value and the n-type impurity concentration in a silicon carbide film doped with an n-type impurity is shown.
  • substrate is shown typically.
  • the reaction chamber structure using the gas supply nozzle which has the branch pipe which provided the 1st and 2nd gas supply port in 4th Embodiment of this invention is shown, (a) is a top view of reaction chamber structure.
  • FIG. 1 is an example of a semiconductor manufacturing apparatus 10 for forming a silicon carbide epitaxial film according to the first embodiment of the present invention, and is shown in a perspective view.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 10 as the substrate processing apparatus is a batch type vertical heat treatment apparatus, and includes a housing 12 in which main parts are arranged.
  • 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). Is done.
  • a pod stage 18 is disposed on the front side of the housing 12, and the pod 16 is conveyed to the pod stage 18. For example, 25 wafers 14 are stored in the pod 16 and set on the pod stage 18 with the lid closed.
  • a pod transfer device 20 is arranged on the front side in the housing 12 and at a position facing the pod stage 18. In the vicinity of the pod transfer device 20, a pod transfer device 22, a pod opener 24, and a substrate number detector 26 are arranged.
  • the pod transfer device 22 is arranged above the pod opener 24 and 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 transfer device 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.
  • 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).
  • 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.
  • the boat 30 is made of a heat-resistant material such as carbon graphite or silicon carbide, and is configured so that a plurality of wafers 14 are aligned in a horizontal posture and aligned with each other and stacked and held vertically.
  • a boat heat insulating portion 34 as a disk-shaped heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is disposed at the lower part of the boat 30, and heat from the heated body 48 described later is processed. It is comprised so that it may become difficult to be transmitted to the downward side of the furnace 40 (refer 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.
  • a gas supply nozzle 60 having a first gas supply port 68 for supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas, at least a carbon-containing gas and a reducing gas, for example, hydrogen gas and a doping gas, for example, an n-type impurity.
  • a gas supply nozzle 70 having a second gas supply port 72 for supplying a doping gas and an exhaust port 90 are shown as representative examples. Also shown are a third gas supply port 360 and a second gas exhaust port 390 for supplying an inert gas between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 forming the reaction chamber.
  • the processing furnace 40 includes a reaction tube 42 that forms, for example, a cylindrical reaction chamber 44.
  • the reaction tube 42 is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and is formed in, for example, a cylindrical shape having a closed upper end and an opened lower end.
  • a reaction chamber 44 is formed in a hollow cylindrical portion inside the reaction tube 42, and the wafers 14 are aligned in a horizontal posture and aligned with each other by the boat 30 as a substrate made of silicon or silicon carbide. It is configured so that it can be stored while being stacked and held in the vertical direction.
  • a manifold is disposed concentrically with the reaction tube 42.
  • the manifold is made of, for example, stainless steel and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. This manifold is provided to support the reaction tube 42. An O-ring is provided as a seal member between the manifold and the reaction tube 42.
  • the manifold 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.
  • the processing furnace 40 includes a heated body 48 to be heated.
  • the heated body 48 is disposed in the reaction chamber 44, and the heated body 48 is heated by a magnetic field generated by an induction coil 50 provided outside the reaction tube 42. As the heated body 48 generates heat, the inside of the heated body 48 is heated.
  • 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 inside of the object to be heated 48 is adjusted by adjusting the power supply to the induction coil 50 based on the temperature information detected by the temperature sensor.
  • the temperature is controlled at a predetermined timing so as to have a predetermined temperature distribution (see FIG. 4).
  • a structure is provided between the first and second gas supply nozzles 60 and 70 and the first gas exhaust port 90 in the reaction chamber 44 and between the heated object 48 and the wafer 14.
  • An object 400 is preferably provided.
  • the structures 400 are provided at the opposing positions.
  • the structure 400 is preferably made of a heat insulating material, for example, carbon felt as an example, to improve the heat resistance of the processing furnace, or to suppress generation of particles due to deterioration of the structure 400, for example. be able to.
  • a first gas supply nozzle and a second gas supply nozzle that extend to the array region of the substrate are provided, and gas that contributes to film formation is supplied to the inside of the heated body 48, respectively.
  • a silicon carbide epitaxial film doped with n-type impurities is formed on the wafer 14 as a substrate, the present invention is not limited to this.
  • the first gas supply nozzle, the second gas supply nozzle, or the first gas supply A first gas supply port or a second gas supply port for supplying gas for each of the nozzle and the second gas supply nozzle is provided outside the array region of the substrate, and the gas contributing to film formation is supplied to the object to be heated 48.
  • a silicon carbide epitaxial film in which n-type impurities are doped may be formed on the wafer 14 serving as a substrate, which is supplied to the inside.
  • a heat insulating material 54 made of carbon felt or the like that is difficult to be induction-heated is provided between the heated body 48 and the reaction tube 42.
  • a heat insulating material 54 made of carbon felt or the like that is difficult to be induction-heated.
  • an outer heat insulating wall having, for example, a water cooling structure is provided outside the induction coil 50 so as to suppress the heat in the reaction chamber 44 from being transmitted to the outside so as to surround the reaction chamber 44.
  • a magnetic shield that prevents the magnetic field generated by the induction coil 50 from leaking outside is provided outside the outer heat insulating wall.
  • a first gas supply port 68 installed between the heating body 48 and the wafer 14 and supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas and provided in at least one gas supply nozzle 60 and At least one second gas supply nozzle 70 provided in the reaction chamber is different from the first gas supply nozzle, and at least carbon-containing gas and reducing gas, for example, hydrogen gas and impurity gas, for example, ,
  • the second gas supply port 72 for supplying the n-type impurity gas, the first gas exhaust port 90, and the third gas supply port 360, the second gas between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54.
  • An exhaust port 390 is disposed.
  • the first gas supply port 68 that supplies at least silicon (SiH 4 ) gas as the silicon-containing gas and hydrogen chloride (HCl) gas as the chlorine-containing gas through the first gas supply nozzle 60
  • the first gas supply nozzle 60 is made of carbon graphite and is provided inside the heated body 48, and is attached to the manifold so as to penetrate the manifold.
  • a plurality of first gas supply nozzles 60 may be provided.
  • the gas supply nozzle 60 is connected to the first gas line 222.
  • the first gas line 222 includes, for example, mass flow controllers (hereinafter referred to as MFC) 211a, 211b and valves as flow controllers (flow control means) for silane gas and hydrogen chloride gas, respectively.
  • MFC mass flow controllers
  • 211b valves as flow controllers (flow control means) for silane gas and hydrogen chloride gas, respectively.
  • flow controllers flow control means for silane gas and hydrogen chloride gas
  • the supply flow rate, concentration, and partial pressure of silane gas and hydrogen chloride gas can be controlled in the reaction chamber 44.
  • the valves 212a and 212b and the MFCs 211a and 211b are electrically connected by a gas flow rate control unit 78, and are controlled at a predetermined timing so that the flow rate of the supplied gas becomes a predetermined flow rate (FIG. 4).
  • the first gas supply system is configured as the gas supply system.
  • HCl gas is exemplified as the chlorine-containing gas, but chlorine (Cl 2 ) gas may be used.
  • a rare gas, a hydrogen-containing gas, or the like may be supplied as a carrier gas to the film formation contributing gas described above.
  • the rare gas include helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas
  • the hydrogen-containing gas include hydrogen gas. Is done.
  • a rare gas is supplied as a carrier gas. This is a hydrogen-containing gas.
  • the silicon-containing gas is decomposed in the gas supply nozzle due to the reduction effect of the hydrogen gas, and a silicon film is deposited in the gas supply nozzle.
  • argon gas is supplied as a carrier gas. Since argon gas is less expensive than other rare gases such as helium gas, the running cost when operating a substrate processing apparatus for forming a silicon carbide epitaxial film can be reduced.
  • the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas are supplied.
  • a gas containing silicon and chlorine for example, tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 ) gas, Chlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas may be supplied, more preferably, tetrachlorosilane gas may be supplied, and formation of a film in the gas supply nozzle can be suppressed and gas consumption can be suppressed. Can be fed into the reaction chamber.
  • a second gas supply port that supplies at least a propane (C 3 H 8 ) gas as a carbon-containing gas and a hydrogen-containing gas such as hydrogen (H 2 ) gas as a reducing gas through the second gas supply nozzle 70.
  • 72 is made of carbon graphite, for example, and is provided inside the heated body 48, and the second gas supply nozzle 70 is attached to the manifold so as to penetrate the manifold.
  • a plurality of second gas supply nozzles 70 may be provided.
  • the second gas supply nozzle 70 is connected to the second gas line 260.
  • This second gas line 260 is connected to a propane gas source 210d via a MFC 211c and a valve 212c as a carbon-containing gas, for example, via propane gas, and as a reducing gas, for example, a hydrogen gas source via a MFC 211d and a valve 212d as a reducing gas. 210d.
  • the supply flow rate, concentration, and partial pressure of propane gas and hydrogen gas can be controlled in the reaction chamber 44.
  • the valves 212c and 212d and the MFCs 211c and 211d are electrically connected by a gas flow rate control unit 78, and are controlled at a predetermined timing so that the flow rate of the supplied gas becomes a predetermined flow rate (see FIG. 4). ),
  • gas sources 210c and 210d of propane gas and hydrogen gas, valves 212c and 212d, MFCs 211c and 211d, a gas line 260, a second gas supply nozzle 70 and a second gas supply port 72. 2 gas supply systems are configured.
  • propane gas is exemplified as the carbon-containing gas, but ethylene (C 2 H 4 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas, or the like may be used.
  • the H 2 gas as the reducing gas is not limited thereto, it may be supplied to the gas containing hydrogen.
  • the silicon-containing gas is supplied through the first gas supply nozzle 60, and the hydrogen gas that is the reducing gas is supplied from the second gas supply nozzle 70.
  • a gas supply nozzle is provided in the reaction chamber 44 in order to improve the uniformity between the wafers 14 as in this embodiment, if the reducing gas is supplied together with the silicon-containing gas, decomposition of the silicon-containing gas is promoted. As a result, the silicon film may be deposited in the gas supply nozzle. In this case, although the silicon-containing gas is consumed upstream, the deposition in the gas supply nozzle and the consumption of the silicon-containing gas can be suppressed by separately supplying the silicon-containing gas and the reducing gas. .
  • the carbon-containing gas is further supplied via the second gas supply nozzle 70 and supplied separately from the silicon-containing gas.
  • the deposition of the SiC film in the gas supply nozzle can be suppressed, the gas supply port is blocked, and the generation of particles and contaminants due to peeling of the formed film is also suppressed. Can do.
  • the silicon-containing gas and the carbon-containing gas may be supplied via the same gas supply nozzle. . Thereby, since a silicon-containing gas and a carbon-containing gas can be mixed in advance, a uniform film can be formed on the wafer 14.
  • n-type impurity gas such as nitrogen (N 2 ) gas is supplied into the reaction chamber 44 through the second gas supply nozzle 70 as a gas for doping at least an n-type impurity.
  • the nitrogen gas source 210f is connected to the second gas line 260 via the MFC 211f and the valve 212f as a flow rate controller (flow rate control means).
  • the supply flow rate, concentration, and partial pressure of nitrogen gas as the n-type impurity gas can be controlled in the reaction chamber 44.
  • the valve 212f and the MFC 211f are electrically connected by a gas flow rate control unit 78, and are controlled at a predetermined timing so that the flow rate of the supplied gas becomes a predetermined flow rate (see FIG. 4).
  • a nitrogen gas source 210f, a valve 212f, an MFC 211f, a gas line 260, a gas supply nozzle 70, and a gas supply port 72 provided in at least one of the gas supply nozzles 70 constitute a third gas supply system as a gas supply system.
  • nitrogen (N 2 ) gas is exemplified as the n-type impurity gas.
  • nitrogen-containing gas such as ammonia (NH 3 ) gas may be used. These gases may be used in combination.
  • Nitrogen gas is an inert gas in a hydrogen atmosphere, and is easy to use when forming an n-type doped silicon carbide film having a doping amount of, for example, about 10 15 cm ⁇ 3 to 10 18 cm ⁇ 3 .
  • ammonia gas is an example of a nitrogen-containing gas that is easily decomposed in the gas phase.
  • a mixed gas containing ammonia gas for example, a mixed gas of ammonia gas and nitrogen gas, a silicon carbide film is used. The amount of impurities doped therein can be controlled.
  • a method for forming a silicon carbide epitaxial film in which an n-type impurity is doped on a wafer 14 as a substrate using an n-type impurity gas is described.
  • a p-type impurity is doped.
  • a silicon carbide epitaxial film in which p-type impurities are uniformly doped can be formed.
  • the first gas supply nozzle 60 and the first gas supply nozzle 60 are provided to supply gas to the plurality of wafers 14 as a substrate that is aligned in the horizontal direction on the boat 30 and aligned in the center and stacked and held in the vertical direction.
  • a first gas supply port 68 and a second gas supply port 72 may be provided for each wafer 14 in the substrate arrangement region.
  • the present invention is not limited to this, and in each of the first gas supply nozzle 60 and the second gas supply nozzle 70, at least one first gas supply port 68 and second gas supply port 72 are provided in the substrate arrangement region. May be. Further, in each of the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle, the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 may be provided in the arrangement region of the substrate for every several wafers.
  • the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply nozzle 60, and the carbon-containing gas, the reducing gas, and the n-type impurity gas are supplied from the second gas supply nozzle 70.
  • a gas supply nozzle may be provided for each gas type.
  • the valve 212e is opened and the gas supply pipe 240 is opened. And is supplied into the reaction chamber 44 from the third gas supply port 360.
  • the rare gas argon gas as the inert gas supplied from the third gas supply port 360 passes between the heat insulating material 54 and the reaction tube 42 in the reaction chamber 44 and is exhausted from the second gas exhaust port 390. Is done.
  • argon gas is exemplified as the inert gas.
  • the present invention is not limited to this, and from an inert gas such as helium (He) gas, neon (Ne) gas, krypton (Kr), or xenon (Xe). At least one gas or two or more gases selected from these rare gas groups may be supplied.
  • the silicon-containing gas, the carbon-containing gas, the reducing gas, and the n-type impurity gas are supplied to the inside of the heated body 48 from the first gas supply port or the second gas supply port, respectively.
  • the carrier gas may be supplied together with a rare gas such as argon gas. Thereby, the source gas can be supplied uniformly into the reaction chamber.
  • the first gas exhaust port 90 is positioned at the gas supply nozzle 60 connected to the first gas supply port 68 and the gas supply nozzle 70 connected to the second gas supply port 72.
  • the gas exhaust pipe 230 connected to the first gas exhaust port 90 is provided so as to pass through the manifold.
  • a vacuum exhaust device 220 such as a vacuum pump is connected to the downstream side of the gas exhaust pipe 230 through a pressure sensor (not shown) as a pressure sensor and an APC (Auto Pressure Controller, hereinafter referred to as APC) valve 214 as a pressure regulator.
  • APC Auto Pressure Controller
  • a pressure control unit 98 is electrically connected to the pressure sensor and the APC valve 214, and the pressure control unit performs processing by adjusting the opening of the APC valve 214 based on the pressure detected by the pressure sensor. Control is performed at a predetermined timing so that the pressure in the furnace 40 becomes a predetermined pressure (see FIG. 4).
  • 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.
  • a gas exhaust port 390 is disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 and is disposed so as to be located on the opposite surface with respect to the third gas supply port 360, and the manifold has a second gas exhaust port.
  • a gas exhaust pipe 230 connected to 390 is provided so as to penetrate therethrough.
  • the third gas supply port 360 is supplied with, for example, a rare gas such as argon gas as an inert gas, and as a gas contributing to silicon carbide epitaxial film growth, for example, a silicon-containing gas, a carbon-containing gas, a chlorine-containing gas, or
  • a rare gas such as argon gas as an inert gas
  • a gas contributing to silicon carbide epitaxial film growth for example, a silicon-containing gas, a carbon-containing gas, a chlorine-containing gas, or
  • the mixed gas is prevented from entering between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54, and the inner wall of the reaction tube 42 or the outer wall of the heat insulating material 54 is prevented from deteriorating or adhering to by-products. be able to.
  • the inert gas supplied between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 is used as a pressure sensor and a pressure regulator as a pressure detector (not shown) on the downstream side of the gas exhaust tube 230 from the second gas exhaust port 390.
  • the air is exhausted from the vacuum exhaust device 220 such as a vacuum through the APC valve 214.
  • a pressure control unit is electrically connected to the pressure sensor 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 to thereby react the reaction chamber. It is configured to control at a predetermined timing so that the pressure in 44 becomes a predetermined pressure (see FIG. 4).
  • FIG. 5 shows a schematic view of the processing furnace 40 and its peripheral structure.
  • 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 a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape.
  • an O-ring as a seal material that comes into contact with the lower end of the processing furnace 40 is provided.
  • the seal cap 102 is provided with a rotating machine 218.
  • the rotating shaft 106 of the rotating 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.
  • a drive control unit 108 is electrically connected to the rotation mechanism 218 and the lifting motor 122, and is configured to control at a predetermined timing so as to perform a predetermined operation (see FIG. 4).
  • 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 fits with the lifting platform 114 and a ball screw 118 that is screwed with 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 a lift motor 122 provided on the upper substrate 120.
  • the lifting platform 114 is moved up and down by the rotation of the ball screw 118.
  • a hollow elevating shaft 124 is vertically suspended from the elevating platform 114, and the connecting portion between the elevating platform 114 and the elevating shaft 124 is airtight.
  • the elevating shaft 124 moves up and down together with the elevating table 114.
  • the elevating shaft 124 penetrates the top plate 126 of the load lock chamber 110.
  • the through hole of the top plate 126 through which the elevating shaft 124 penetrates has a sufficient margin so as not to contact the elevating shaft 124.
  • a bellows 128 is provided as a stretchable hollow elastic body 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 amount of expansion and contraction that can accommodate 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 and contraction of the bellows 128. Has been.
  • a lifting substrate 130 is fixed horizontally to the lower end of the lifting 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.
  • 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.
  • the power cable 138 is led from the upper end of the elevating shaft 124 through the hollow portion of the elevating shaft 124 to the rotating mechanism 218 and connected thereto.
  • a cooling water flow path 140 is formed in the cooling mechanism 136 and the seal cap 102.
  • the cooling water pipe 142 is led from the upper end of the elevating shaft 124 through the hollow portion of the elevating shaft 124 to the cooling flow path 140 and connected thereto.
  • the drive unit storage case 134 is raised and lowered via the elevating table 114 and the elevating shaft 124.
  • the seal cap 102 provided in an airtight manner on the elevating substrate 130 closes the furnace port 144, which is an opening of the processing furnace 40, so that wafer processing is possible.
  • the boat 30 is lowered together with the seal cap 102, and the wafer 14 can be carried out to the outside.
  • FIG. 4 shows a control configuration of each part constituting the 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 constitute an operation unit and an input / output unit, and are electrically connected to a main control unit 150 that controls the entire semiconductor manufacturing apparatus 10. ing.
  • 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.
  • the silicon-containing gas, the chlorine-containing gas, and the n-type impurity gas are supplied from the first gas supply port 68, and at least the carbon-containing gas, the reducing gas, and BR> d are supplied from the second gas supply port 72.
  • the supplied gas flows parallel to the wafer 14 made of silicon or silicon carbide and flows toward the first exhaust port 90, so that the entire wafer 14 is efficiently and uniformly exposed to the gas. .
  • a carbonization in which a substrate such as a wafer 14 made of silicon carbide or the like is doped with an n-type impurity for example.
  • a method for forming a silicon epitaxial film will be described. In the following description, the operation of each part constituting the heat treatment apparatus 10 is controlled by the controller 152.
  • the pod 16 is transferred from the pod stage 18 to the pod transfer device 20 by the pod transfer device 20 and stocked in the pod transfer device 22.
  • the pod 16 stocked in the pod transport device 22 is transported and set by the pod transport device 20 to the pod opener 24, the pod opener 24 is opened by the pod opener 24, and the substrate number detector 26 detects the pod 16. The number of wafers 14 accommodated in is detected.
  • 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.
  • 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). )
  • the seal cap 102 is in a state of sealing the lower end of the manifold via the O-ring.
  • 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 a pressure sensor, 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. . Further, the heated body 48 is heated by induction heating by the induction coil 50 as a magnetic field generating section so that the inside of the wafer 14 and the heated body 48 is at a predetermined temperature. At this time, the current supply to the induction coil 50 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the inside of the heated body 48 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.
  • the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas contributing to the growth reaction of the silicon carbide epitaxial film doped with the n-type impurity are respectively supplied from the gas supply ports 68 from the gas sources 210a and 210b, and the carbon-containing gas and the reduction gas are reduced.
  • the gas H2 gas and the n-type impurity gas are supplied from the gas sources 210c, 210d, and 210f from the gas supply port 72, and an n-type impurity doped silicon carbide film is formed by epitaxial growth.
  • the valves 212a, 212b are opened, and the respective gases are supplied to the gas supply pipe 222, The gas flows through the first gas supply nozzle 60 and is supplied from the first gas supply port 68.
  • the valves 212c, 212d, 212f Is opened, and each gas is circulated through the gas supply pipe 260, is circulated with the second gas supply nozzle 70, and is supplied from the second gas supply port 72.
  • the gas supplied from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 passes through the inside of the heated body 48 in the reaction chamber 44 and is exhausted from the gas exhaust port 90 through the gas exhaust pipe 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 silicon carbide or the like when passing through the inside of the heated body 48, and reaches the surface of the wafer 14.
  • a silicon carbide epitaxial film doped with an n-type impurity is grown.
  • the valve 212e is opened, and the gas supply pipe 240 is circulated. Then, the gas is supplied into the reaction chamber 44 from the third gas supply port 360.
  • the rare gas argon gas as the inert gas supplied from the third gas supply port 360 passes between the heat insulating material 54 and the reaction tube 42 in the reaction chamber 44 and is exhausted from the second gas exhaust port 390. Is done.
  • the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply nozzle, and the carbon-containing gas, the hydrogen-containing gas that is the reducing gas, and the n-type impurity gas are supplied from the second gas supply nozzle.
  • the first and second gas supply nozzles are supplied from gas supply ports provided in the height direction at the same interval as the wafer stacking interval, and are formed on the wafer 14 as a substrate made of silicon carbide (SiC) or the like.
  • SiC silicon carbide
  • a silicon carbide film doped with n-type impurities is formed.
  • gas mixing is promoted when the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 are directed in directions in which the gas flows ejected from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 intersect each other.
  • FIG. 7 shows the distribution of the molar fraction of acetylene (C 2 H 2 ) gas on the wafer 14 which is the substrate when the reaction gas is supplied in the reaction chamber configuration in the present embodiment.
  • FIG. 8 shows the concentration distribution of silicon gas and acetylene gas in the portion (monitor line) indicated by the dotted line in FIG. As shown in FIGS. 7 and 8, the gas supplied from the first gas supply port and the second gas supply port flows on the surface of the wafer 14 to form a desired film on the wafer 14.
  • FIG. 9 shows the in-plane distribution of the film thickness of the formed film (a) when the film is formed without rotating the wafer in the reaction chamber configuration in the first embodiment, and (b) is a dotted line in (a).
  • the film thickness distribution on the monitor line shown in FIG. 9 it can be seen that the deviation in the concentration distribution of the source gas on the surface of the wafer 14 greatly affects the film thickness of the film to be formed. Thus, in the manufacture of semiconductor devices, it becomes a factor that causes a decrease in yield.
  • impurities are taken into the silicon carbide film
  • the impurities are taken into either the carbon site or the silicon site in the silicon carbide film.
  • nitrogen is doped as an n-type impurity.
  • carbon is adsorbed on the silicon site of the silicon carbide film and replaced with carbon that is to be taken into the silicon carbide film, so that nitrogen is taken into the silicon carbide film and a silicon carbide film doped with n-type impurities is formed. Is done.
  • aluminum is taken into the film by replacing silicon that is adsorbed on the carbon sites of the silicon carbide film and is about to be taken into the silicon carbide film.
  • a silicon carbide film doped with type impurities is formed.
  • a value of C / Si which is a ratio between the concentration distribution of carbon contained in the film forming contribution gas in contact with the surface of the wafer 14 and the concentration distribution of silicon, is formed.
  • the portion where the C / Si value is large that is, when the carbon concentration is relatively higher than silicon
  • the concentration of the nitrogen raw material (for example, N 2 or N atom) in the gas phase becomes relatively small, the probability of replacing the carbon adsorbing species that is the nitrogen adsorbing species on the silicon carbide film surface is reduced, and the silicon carbide film The number of nitrogen incorporated into the is reduced. That is, it can be seen that the n-type impurity is difficult to be doped in the portion where the value of C / Si is large.
  • aluminum is doped as a p-type impurity, for example, the tendency is opposite to that when n-type impurity is doped.
  • FIG. 17 shows the relationship between the value of C / Si, which is the ratio of the concentration distribution of the carbon-containing gas, which is the main component of the deposition-contributing gas, and the concentration distribution of the silicon-containing gas, and the n-type doping atoms doped in the silicon carbide film.
  • the relationship is shown (Basics and applications of SiC semiconductors, authors Moto Okumura, Kazuaki Kojima, Kenji Fukuda, publisher ED Research, page 27, Fig. 4.5). From this, it can be seen that when the value of C / Si in the source gas is increased, doping of the n-type impurity is inhibited in the silicon carbide film.
  • an n-type impurity gas such as nitrogen gas is supplied together with the carbon-containing gas from a second gas supply nozzle to which a carbon-containing gas is supplied.
  • a p-type impurity gas such as trimethylaluminum gas is supplied together with the silicon-containing gas from a first gas supply nozzle to which a silicon-containing gas is supplied.
  • the trimethylaluminum gas is positively supplied to the portion of the wafer 14 where the C / Si value is small, that is, the portion where the silicon concentration is relatively high, so that the aluminum concentration is high.
  • the aluminum concentration distribution relative to the portion of the wafer 14 where the value of C / Si is large can be made uniform. Thereby, the in-plane uniformity of the concentration distribution of the p-type impurity in the silicon carbide film doped with the p-type impurity formed on the wafer 14 is improved.
  • the seal cap 102 is lowered by the lifting motor 122 to open the lower end of the manifold, and the processed wafer 14 is carried out from the lower end of the manifold to the outside of the reaction tube 42 while being held by the boat 30 (boat unloading).
  • the boat 30 waits at a predetermined position until all the wafers 14 supported by the boat 30 are cooled.
  • 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.
  • the pod 16 containing the wafer 14 is transferred to the pod transfer device 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.
  • the plurality of wafers 14 made of silicon carbide or the like are aligned in a horizontal posture and aligned with each other in the center and are stacked and held in the vertical direction.
  • a silicon carbide epitaxial film can be grown.
  • the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are arranged so that the first and second gas supply ports 68 and 72 can eject the gas toward the center of the wafer 14, respectively. It is preferable to alternately provide one gas supply nozzle and second gas supply nozzle. Thereby, the deviation of supply gas is suppressed and the film thickness in-plane uniformity is further improved.
  • the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle have a cylindrical shape.
  • the present invention is not limited thereto, and may be a rectangular tube shape or a polygonal shape, preferably
  • the shape of the gas supply nozzle is preferably such that a part thereof is along the inner peripheral surface of the heated object. Thereby, it can suppress forming a film
  • a rare gas argon gas as the inert gas.
  • the present invention is not limited to this, but helium (He) gas, neon (Ne) gas, krypton (Kr) gas, xenon (Xe). Gas may be used.
  • At least one of the following effects is achieved.
  • the impurity gas together with the reaction gas By supplying the impurity gas together with the reaction gas, the uniformity of the impurity concentration of the silicon carbide film doped with impurities formed on the wafer can be improved.
  • the silicon-containing gas and the carbon-containing gas can be supplied into the reaction chamber 44 by different gas supply nozzles, respectively, so that the silicon carbide film is formed in the gas supply nozzle.
  • the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are provided to suppress the growth of the deposited film in the nozzle, and the reaction chamber 44 is doped with impurities having a good in-plane distribution.
  • the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are used. We examined the number and layout of installations.
  • FIG. 10 and 11 are made of, for example, silicon carbide using a plurality of gas supply nozzles as a substrate for the purpose of improving the in-plane uniformity of the impurity doping amount of the silicon carbide film doped with the impurity to be formed.
  • FIG. 10 is a top view of the reaction chamber configuration arranged in the circumferential direction with respect to the wafer 14, and FIG. 10 has even-numbered gas supply nozzles alternately arranged for the first gas supply nozzle and the second supply nozzle.
  • FIG. 11 shows a top view of the reaction chamber configuration in this case, and FIG. 11 shows a first gas supply nozzle, a second gas supply nozzle, a first gas supply nozzle, and a second gas centering on one second gas supply nozzle.
  • 1 shows an example of a top view of a reaction chamber configuration in which an odd number of gas supply nozzles are alternately arranged with the supply nozzles.
  • FIG. 12 shows an in-plane distribution of the thickness of the silicon carbide film formed when the film is formed in the reaction chamber configuration of FIG.
  • the silicon-containing gas supplied from the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are arranged. Since the carbon-containing gas supplied from the gas supply nozzle is efficiently mixed, the film thickness uniformity of the formed silicon carbide film can be improved. This improves the in-plane uniformity of the thickness of the silicon carbide film to be formed, and the deviation of the C / Si value in the plane of the silicon carbide film is reduced. Even when the formed silicon carbide film is formed, the impurity can be easily uniformly doped, and the in-plane uniformity of the impurity concentration in the silicon carbide film doped with the impurity can be improved.
  • the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are provided with one or more first gas supply ports and second gas supply ports in the height direction at the same interval as the wafer stacking interval. Since the gas can be efficiently supplied to the plurality of wafers 14 that are stacked and held in a horizontal posture with their centers aligned, the silicon carbide formed on the plurality of wafers 14 can be supplied. The uniformity between the thicknesses of the surfaces can be improved, and the uniformity between the thicknesses of the silicon carbide films doped with impurities formed on a plurality of wafers can be improved.
  • the first and second gas supply nozzles are configured in plural, and the second gas supply nozzles are provided at both ends.
  • the silicon-containing gas, the carbon-containing gas, and the impurity-containing gas are induced to flow on the wafer 14 by the reducing gas supplied from the second gas supply nozzle, for example, hydrogen gas.
  • the reducing gas supplied from the second gas supply nozzle for example, hydrogen gas.
  • At least one or more of the following effects can be achieved.
  • (1) By providing a reaction chamber configuration in which a plurality of first and second gas supply nozzles are provided, the supplied silicon-containing gas and carbon-containing gas can be efficiently mixed.
  • (2) Since the number of locations where the silicon-containing gas and the carbon-containing gas are mixed is increased by (1), the in-plane uniformity of the film thickness of the silicon carbide film doped with the impurity to be formed can be improved.
  • FIGS. 13A to 13C An example of a reaction chamber configuration for supplying the wafer after efficiently mixing is shown.
  • FIG. 13A shows a case where the first and second gas supply ports facing each other are provided at different heights
  • FIG. 13B shows a case where a cylindrical gas supply nozzle is applied.
  • FIG. 14 shows the flow calculation of the reaction gas when the height position of the first gas supply port is different from the height position of the second gas supply port in the reaction chamber configuration of the present embodiment. Results are shown.
  • hydrogen containing silicon-containing gas and chlorine-containing gas supplied from the first gas supply port for example, hydrogen containing silicon-containing gas and chlorine-containing gas supplied from the first gas supply port, and carbon-containing gas and reducing gas supplied from the second gas supply port. Since the gas and the n-type impurity-containing gas easily form a spiral gas flow between the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle, the above-mentioned gas mixing can be promoted.
  • the film thickness uniformity of the silicon carbide film doped with the n-type impurity formed on the wafer can be improved, and the n-type impurity can be uniformly doped. it can.
  • the heights of the first gas supply port and the second gas supply port are set as follows. In the case where they are provided at the same height, for example, a silicon carbide film is expected to be formed at any gas supply port by reacting in the vicinity of any gas supply port. This may cause clogging due to the formation of a film at the gas supply port of the first gas supply nozzle or the second gas supply nozzle or both, or particles due to the formed film. Can be mentioned.
  • the gas supply nozzle to be applied is a polygonal gas supply nozzle as shown in FIG. As shown in FIG. 13B, for example, when a cylindrical gas supply nozzle is applied, there is a gap between the inner wall of the object to be heated 48 and the gas supply nozzle.
  • a gas that contributes to film formation (source gas) such as gas may be leaked and sufficient mixing cannot be promoted, or the mixed source gas leaked from the gap reacts to be part of the reaction chamber other than the wafer.
  • source gas source gas
  • a pentagonal gas supply nozzle has been described as an example of a polygonal gas supply nozzle.
  • the shape of the gas supply nozzle is preferably a cylindrical heated body 48.
  • the inner wall of the gas supply nozzle has a shape along the inner wall as a part of the gas supply nozzle.
  • a part of the shape of the gas supply nozzle is A shape having an arc may be used.
  • FIG. 15 shows an in-plane distribution of C / Si values of the silicon carbide film formed when the film is formed in the reaction chamber configuration of the present embodiment.
  • the silicon carbide film formed on the wafer 14 is a film having a small C / Si deviation, and the impurity is uniformly doped when forming the silicon carbide film doped with the impurity. can do.
  • FIG. 16 shows the C / Si ratio on the monitor line in the configuration of the gas supply nozzle shown in the second embodiment, and the C / Si ratio on the monitor line in the configuration of the gas supply nozzle shown in the third embodiment. Is shown. As can be seen from FIG. 16, it can be seen that the C / Si ratio is more uniform in the gas supply nozzle configuration in the third embodiment than in the gas supply nozzle configuration in the second embodiment.
  • At least one of the following effects is achieved. (1) By providing the first gas supply port and the second gas supply port which face each other, gas mixing can be promoted before reaching the wafer and then supplied to the wafer. (2) In (1), by providing the first gas supply port and the second gas supply port with different heights, a spiral shape is formed in the gap between the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle. Since the gas flow can be easily formed, the gas can be supplied to the wafer after promoting the mixing of the gas before reaching the wafer.
  • the first gas supply nozzle 60 extending in the arrayed region of the wafer 14 that is the substrate is parallel to the surface of the wafer 14, and the second A silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied from a first gas supply port 68 provided in one or more first branch nozzles that extend in the direction of the gas supply port 70 and branch, thereby supplying a first gas.
  • the second gas supply nozzle 70 which is provided at a position different from the nozzle and extends to the arrayed area of the wafer 14 is parallel to the surface of the wafer 14 and is connected to the first gas supply port 60.
  • nitrogen gas and reducing gas for example, hydrogen gas
  • nitrogen gas and reducing gas for example, hydrogen gas
  • the silicon carbide film formed on the wafer 14 has a uniform film thickness, and nitrogen, which is an impurity, is formed. Can be uniformly doped.
  • the influence of the boat column 30a supporting the wafer 14 can be reduced. Specifically, it is as follows. The wafer 14 is supported by a plurality of boat pillars 30a and is rotated to make the in-plane film thickness uniform. As a result, the boat column 30a passes in front of the gas supply port.
  • the gas supply is hindered by the boat pillar 30a
  • the gas supply in a wide range or densely is realized by providing a plurality of gas supply ports in parallel to the wafer 14 as shown in FIG. As a result, the influence of the boat column can be reduced.
  • the wafer 14 may be separated from the boat column 30a using the wafer holder 300 as shown in FIG. 19C.
  • the wafer holder 300 has an annular first wafer holder 300a, and the wafer 14 is held by the first wafer holder 300a. Thereby, the distance between the wafer 14 and the boat column 30a can be separated by the wafer holder 300a, and the influence of the boat column 30a can be reduced.
  • a so-called face-down method for film formation is employed, and the upper surface side of the wafer 14 is covered with the first wafer holder 300a.
  • the first branch nozzle and the second branch nozzle may be provided alternately. Accordingly, the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas supplied from the first gas supply, the carbon-containing gas from the second gas supply nozzle, the nitrogen gas as the n-type impurity atom, and the hydrogen gas as the reducing gas, Can be made uniform on the monitor line (in a direction perpendicular to the gas flow).
  • the pair of first branch nozzles and second branch nozzles be disposed between the wafers 14 arranged in the height direction.
  • the conditions for each wafer 14 can be made the same, and the uniformity between the wafers can be improved.
  • the ratio of carbon to silicon (C / Si) is important. In particular, when the carbon concentration is high, the film quality is deteriorated.
  • the first gas supply port 68 for supplying the silicon-containing gas is closer to the film formation surface of the wafer 14 than the second gas supply port 72 for supplying the carbon-atom-containing gas in order to make the environment easy to become silicon-rich. . Therefore, in the present embodiment, the first branch nozzle and the second branch nozzle are arranged in this order from the top in the space between the wafers 14.
  • the ratio can be made uniform.
  • the line on the film formation surface in the direction perpendicular to the monitor line shown in FIG. 19A will be specifically described as a second monitor line.
  • the supply is started with the ratio (C / Si) of the silicon atom-containing gas to the carbon atom-containing gas being 0.5.
  • C / Si on the second monitor line is constant at 0.5 unless gas consumption is considered.
  • gas consumption is taken into consideration, the silicon atom-containing gas and the carbon atom-containing gas are consumed in the same way, so that the mixing ratio changes on the side closer to and far from the gas supply nozzle. For example, if the silicon atom-containing gas is supplied at 100 and the carbon atom-containing gas is supplied at 50, the silicon atoms and the carbon atom-containing gas are consumed and decreased in the same manner as the distance from the gas supply port is increased.
  • the silicon atom-containing gas is consumed up to 60
  • the carbon atom-containing gas is consumed up to 10.
  • the side closer to and far from the gas supply nozzle Si / C can be made uniform, and the impurity concentration can be made uniform. This will be described below.
  • the gas supplied from the second branch nozzle gradually diffuses in the gas flow supplied from the first branch nozzle close to the second monitor line. Therefore, if gas consumption in the middle is not considered, the concentration of the gas supplied from the second branch nozzle on the second monitor line increases as the distance from the branch nozzle increases.
  • the decrease in the carbon atom-containing gas may be made smaller than the decrease in the silicon atom-containing gas on the second monitor line.
  • the second monitor line The carbon atom-containing gas is gradually replenished by diffusion, and the decrease in the carbon atom-containing gas can be reduced with respect to the decrease in the silicon atom-containing gas.
  • the flow rate of the gas flow supplied from the first gas supply port 68 is changed.
  • the speed may be set such that the gas supplied from the second gas supply port 72 gradually diffuses while passing through the film formation surface of the wafer 14.
  • the flow rate of the gas supplied from the first gas supply port may be controlled.
  • the flow rate of the carrier gas of the silicon element-containing gas is increased, or the size of the first gas supply port 68 is increased. One way is to make it smaller.
  • the gas supply port is provided with a plurality of hole-shaped gas supply ports.
  • the present invention is not limited to this, and may be a slit shape.
  • the influence of the boat column can be reduced by densely arranging the gas supply ports provided in the branch pipe.
  • the silicon carbide film doped with impurities can be made uniform.
  • the reaction gas is prevented from entering the gap between the object to be heated and the nozzle. Can do.
  • a reaction chamber in which a plurality of substrates are stacked at a predetermined interval, a first gas supply nozzle having one or more first gas supply ports in a region in which the plurality of substrates are stacked, and the plurality of substrates are stacked.
  • a second gas supply nozzle having one or more second gas supply ports in a region to be provided, and a direction in which the first gas supply port is provided and a direction in which the second gas supply port is provided Is a method of manufacturing a semiconductor device in a substrate processing apparatus provided to cross before reaching the substrate, Carrying the plurality of substrates into a reaction chamber; At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas, or silicon and a chlorine-containing gas are supplied into the reaction chamber 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.
  • Process A step of unloading the plurality of substrates from the reaction chamber.
  • One or more first gas supply systems are connected to the first gas supply system, or connected to the first gas supply system and the third gas supply system, and the plurality of substrates are stacked.
  • a first gas supply nozzle having one gas supply port; One or more first gas supply systems connected to the second gas supply system, or connected to the second gas supply system and the third gas supply system, and in the region where the plurality of substrates are stacked.
  • a second gas supply nozzle having two gas supply ports; The first gas supply system supplies at least the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas or the silicon and chlorine-containing gas from the first gas supply port into the reaction chamber, and the second gas supply The system supplies at least the carbon-containing gas and the reducing gas into the reaction chamber from the second gas supply port, and the third gas supply system includes the first gas supply port or the second gas supply port.
  • a reaction chamber in which a plurality of substrates are stacked at a predetermined interval, a first gas supply nozzle having one or more first gas supply ports in a region in which the plurality of substrates are stacked, and the plurality of substrates are stacked.
  • a second gas supply nozzle having one or more second gas supply ports in a region to be provided, and a direction in which the first gas supply port is provided and a direction in which the second gas supply port is provided Is a substrate manufacturing method in a substrate processing apparatus provided to cross before reaching the substrate, Carrying the plurality of substrates into a reaction chamber; At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas, or silicon and a chlorine-containing gas are supplied into the reaction chamber 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.
  • Process A step of unloading the plurality of substrates from the reaction chamber.
  • Appendix 6 The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle have shapes curved along the inner periphery of the object to be heated.
  • Appendix 7 The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 6, wherein the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are cylindrical.
  • Appendix 8 The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 6, wherein the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle are polygonal.
  • Appendix 9 The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 6, wherein the first gas supply nozzle and the second gas supply nozzle have a circular arc shape in a part thereof.
  • the first gas supply port is provided in the direction in which the second gas supply nozzle is installed, and the second gas supply port is provided in the direction in which the first gas supply nozzle is installed.
  • Appendix 11 The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 10, wherein the first gas supply port and the second gas supply port are provided at positions facing each other.
  • Appendix 12 The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 10, wherein the height position of the first gas supply port is different from the height position of the second gas supply port.
  • the height position of the first gas supply port and the height position of the second gas supply port are the same in the radial direction of the wafer 14, and the vertical position (height) of the wafer 14 is determined.
  • a manufacturing method of a semiconductor device provided differently.
  • Appendix 15 The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein a heat insulating material is provided between a reaction tube forming a reaction chamber and an object to be heated.
  • the first gas supply nozzle includes the first gas supply port, and includes a plurality of first branch pipes extending in a direction parallel to the surface of the substrate, and the second gas supply nozzle
  • the nozzle is provided with the second gas supply port and has a plurality of second branch pipes extending in a direction parallel to the surface of the substrate, and the plurality of first branch pipes and the plurality of second branch pipes are , A manufacturing method of a semiconductor device arranged side by side in the stacking direction of the plurality of substrates.

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Abstract

　複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルとを備え、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、基板に達する前に交差するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、基板を反応室内に搬入する工程と、反応室内へ、第１のガス供給口から少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを供給し、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、第１のガス供給口又は第２のガス供給口から更に不純物ガスを供給し、基板に膜を形成する工程と、基板を反応室から搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法を提供することで課題を解決する。

Description

半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置
　本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法及び基板製造方法及び基板処理装置に関して、特に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を基板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。
　炭化珪素は特に、パワーデバイス用素子材料として注目されている。一方で、炭化珪素はシリコン（Ｓｉ）に比べて結晶基板やデバイスの作製が難しいことが知られている。
　従来の炭化珪素膜を成膜する半導体製造装置は、複数枚の基板を板状サセプタに平面的に配置して、１５００℃～１８００℃に加熱し、成膜に用いる原料ガスを一箇所から反応室内に供給して、基板上に炭化珪素膜を成長させた。
　特許文献１では、サセプタに対向する面への原料ガスに起因する堆積物の付着及び、原料ガス対流が発生することによる炭化珪素膜成長の不安定化、これらの課題を解決するためにサセプタの基板を保持する面を下方に向くように配置した真空成膜装置及び薄膜形成方法が開示されている。
特開２００６－１９６８０７号公報
　しかしながら、従来の技術においては、いくつかの問題点がある。まず、多数枚の基板を処理する場合や、図１８に示すように基板の径が大きくする場合にサセプタを大きくする必要があり、反応室の床面積が増大すること、また原料ガスは一箇所から供給される構成となっているため、反応室中のガス濃度分布が均一でなく、ウエハに成膜される膜の厚さが不均一になること、更に炭化珪素膜を成長する際に１５００℃～１８００℃と高温で行われるため、ウエハ面内の温度制御が困難であること、炭化珪素膜中に不純物を均一に添加（ドーピング、ｄｏｐｉｎｇ）させること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、基板に均一に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を成膜することができる半導体装置の製造方法及び基板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。
　本発明の一態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から更に不純物ガスを前記反応室内へ供給し、前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する工程と、前記複数の基板を前記反応室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法を提供する。
　本発明の他の態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、前記反応室内に少なくとも不純物ガスを供給する第３のガス供給系と、前記第１のガス供給系に接続されるか、若しくは、前記第１のガス供給系及び前記第３のガス供給系に接続されるとともに、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記第２のガス供給系に接続されるか、若しくは、前記第２のガス供給系及び前記第３のガス供給系に接続されるとともに、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、前記第１のガス供給系は、前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガスと前記塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系は、前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第３のガス供給系は、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から、少なくとも前記不純物ガスを前記反応室内へ供給して前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、を備え、前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するよう設けられている基板処理装置を提供する。
　更に本発明の他の態様によれば、複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から更に不純物ガスを前記反応室内へ供給し、前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する工程と、前記複数の基板を前記反応室から搬出する工程と、を有する基板製造方法を提供する。
　本発明によれば、基板に均一不純物がドーピングされた炭化珪素膜を成膜することができる基板処理装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の斜視図を示す。 本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の側面断面図を示す。 本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の上面断面図を示す。 本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。 本発明の第１実施形態が適用される半導体製造装置１０の処理炉４０及びその周辺構造の略図を示す。 本発明の第１実施形態が適用される反応室構成の上面図を示す。 本発明の第１実施形態のおける反応室構成にて、反応ガスを供給した際のエチレンガスの濃度分布を示す。 本発明の第１実施形態における反応室構成にて、反応ガスを供給した際のシリコンガスとエチレンガスとのモニタライン上における濃度分布を示す。 本発明の第１実施形態における反応室構成にて、ウエハを回転させて成膜したときの、（ａ）膜厚の面内分布と、（ｂ）膜厚野モニタライン上の分布を示す。 本発明の第２実施形態における第１及び第２の供給ノズルを交互に偶数本のガス供給ノズルを配置した反応室構成の場合のガスの流れの計算結果の模式図を示す。 本発明の第２実施形態における第２のガス供給ノズルを中心に第１のガス供給ノズル、第２ガス供給ノズルと、奇数本のガス供給ノズルを配置した場合の反応室構成の上面図を示す。 本発明の第２実施形態における第１及び第２の供給ノズルを交互に偶数本のガス供給ノズルを配置した反応室構成の場合にて成膜をした際の、膜厚の面内分布を示す。 本発明の第３実施形態における第１及び第２のガス供給口を対向させた反応室構成を示した図であり、（ａ）は対向する第１及び第２のガス供給口の高さ位置を異ならせて設けた場合、（ｂ）は円筒状のガス供給ノズルを適用した場合、（ｃ）は多角形状のガス供給ノズルを適用した場合を示す。 本発明の第３実施形態における第１及び第２のガス供給口を対向させた反応室構成を示した図であり、（ａ）は、対向する第１及び第２のガス供給口の高さ位置を異ならせて設けた反応室構成の場合のガスの流れの計算結果の模式図であり、（ｂ）は、（ａ）において、第１乃至第２のガス供給口近傍を拡大した図を示す。 本発明の第３実施形態における反応室構成の場合にて成膜をした際の、膜厚の面内分布を示す。 本発明の第２実施形態及び第３実施形態における反応室構成にて成膜したときのモニタライン上のＣ／Ｓｉの値の分布を比較した図を示す。 ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるＣ/Ｓｉ値とｎ型不純物濃度との関係を示す。 パンケーキ型サセプタ構造と基板の位置関係を模式的に示す。 本発明の第４実施形態における第１及び第２のガス供給口を設けた分岐管を有するガス供給ノズルを用いた反応室構成を示しており、（ａ）は反応室構成の上面図であり、（ｂ）は分岐管を有するガス供給ノズルの斜視図であり、（ｃ）は、ウエハホルダを用いた場合のボート保持の構成である。
[第１実施形態]
　次に本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の一例であり、斜視図にて示す。この基板処理装置としての半導体製造装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。半導体製造装置１０には、例えば、シリコン（Ｓｉ）又は炭化珪素（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。
　筐体１２内の正面側であって、ポッドステージ１８に対向する位置にはポッド搬送装置２０が配置されている。また、このポッド搬送装置２０の近傍にはポッド搬送装置２２、ポッドオープナ２４及び基板枚数検知器２６が配置されている。ポッド搬送装置２２はポッドオープナ２４の上方に配置されポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。基板枚数検知器２６はポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０はポッドステージ１８とポッド搬送装置２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４はポッド１６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウエハ１４の枚数を検知する。
　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。
　ボート３０は例えばカーボングラファイトや炭化珪素等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持するように構成されている。なお、ボート３０の下部には例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成された円盤形状の断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるように構成されている（図２参照）。
　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。
　図２及び図３は炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０の処理炉４０の側面断面図及び上面断面図を示す。なお、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給する第１のガス供給口６８を有するガス供給ノズル６０、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとして例えば水素ガスとドーピングガスとして例えばｎ型不純物を含有するドーピングガスとを供給する第２のガス供給口７２を有するガス供給ノズル７０、及び排気口９０を代表例としてそれぞれが１つずつ図示されている。また反応室を形成する反応管４２と断熱材５４との間に不活性ガスを供給する第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が図示されている。
　処理炉４０は、例えば円筒形状の反応室４４を形成する反応管４２を備える。反応管４２は、石英または炭化珪素等の耐熱材料で構成されており、上端が閉塞し下端が開口した例えば円筒形状に形成されている。反応管４２の内側の筒中空部には、反応室４４が形成されており、シリコン又は炭化珪素等で構成された基板としてウエハ１４をボート３０によって水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持した状態で収納可能に構成されている。
　反応管４２の下方には、この反応管４２と同心円状にマニホールドが配設されている。マニホールドはたとえばステンレス等で構成されており、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールドは反応管４２を支持するように設けられている。
　なお、このマニホールドと反応管４２との間にはシール部材としてＯリングが設けられている。このマニホールドが図示しない保持体に支持されることにより、反応管４２は垂直に据えつけられた状態になっている。この反応管４２とマニホールドにより反応容器が形成されている。
　処理炉４０は加熱される被加熱体４８を備える。被加熱体４８は反応室４４内に配設されており、この被加熱体４８は反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される磁場によって加熱される構成となっている。被加熱体４８が発熱することにより、被加熱体４８の内側が加熱される。
　被加熱体４８の近傍には、反応室４４内の温度を検出する温度検出体として図示しない温度センサが設けられている。誘導コイル５０及び温度センサには、電気的に温度制御部５２が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合を調節することにより被加熱体４８の内側の温度が所定の温度分布となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
　なお、好ましくは、反応室４４内において第１及び第２のガス供給ノズル６０、７０と第１のガス排気口９０との間であって、被加熱体４８とウエハ１４との間には構造物４００を設けることが良い。例えば、図３に示すように、対向する位置にそれぞれ構造物４００を設ける。構造物４００としては、好ましくは、断熱材、一例としてカーボンフェルト等で構成すると、処理炉の耐熱性を向上したり、例えば構造物４００が劣化することによるパーティクルが発生したりすることを抑制することができる。
　尚、本実施形態では、基板の配列領域まで延在された第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルを設け、それぞれ膜形成に寄与するガスを被加熱体４８の内側へ供給し、基板であるウエハ１４にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成しているが、この限りではなく、例えば、第１ガス供給ノズル又は第２のガス供給ノズル、又は第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルについてそれぞれガスを供給する第１のガス供給口又は第２のガス供給口が基板の配列領域の外に設けられ、膜形成に寄与するガスを被加熱体４８の内側へ供給し、基板であるウエハ１４にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成しても良い。
　被加熱体４８と反応管４２の間には、例えば、誘導加熱されにくいカーボンフェルト等で構成された断熱材５４が設けられ、この断熱材５４を設けることにより、被加熱体４８の熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。
　また、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制するための、例えば水冷構造である外側断熱壁が反応室４４を囲むように設けられている。更に、外側断熱壁の外側には、誘導コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シールドが設けられている。
　図２に示すように、加熱体４８とウエハ１４との間に設置され、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給しガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口６８及び第１のガス供給ノズルとは異なる箇所であり、反応室内に設けられた第２のガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられ、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとして例えば、水素ガスと不純物ガス、例えば、ｎ型不純物ガスとを供給する第２のガス供給口７２、第１のガス排気口９０、また反応管４２と断熱材５４との間に、第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が配置されている。それぞれについて詳細に説明をする。
　少なくともシリコン含有ガスとして例えばシラン（ＳｉＨ４）ガス、塩素含有ガスとして例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、を第１のガス供給ノズル６０を流通して供給する第１のガス供給口６８は、例えばカーボングラファイトで構成され、被加熱体４８の内側に設けられており、第１のガス供給ノズル６０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第１のガス供給ノズル６０は複数本設けても良い。
　ガス供給ノズル６０は、第１のガスライン２２２に接続されている。この第１のガスライン２２２は、例えば、シランガスと塩化水素ガスとをそれぞれに対し流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下、ＭＦＣとする。）２１１ａ、２１１ｂ及びバルブ２１２ａ、２１２ｂを介して例えばシランガス源２１０ａ、塩化水素ガス源２１０ｂに接続されている。
　この構成により、例えばシランガス、塩化水素ガス、それぞれの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂは、ガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えばシランガス、塩化水素ガス、それぞれのガス源２１０ａ、２１０ｂ、バルブ２１２ａ、２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂ、ガスライン２２２、ガス供給ノズル６０、ガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられるガス供給口６８によりガス供給系として、第１のガス供給系を構成される。
　なお、上述の実施形態では、塩素含有ガスとしてＨＣｌガスを例示したが塩素（Ｃｌ２）ガスを用いても良い。
　また、上述で説明された成膜寄与ガスに対し、キャリアガスとして希ガス又は水素含有ガス等を供給しても良い。希ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等が挙げられ、また、水素含有ガスとして、水素ガスが例示される。
　好ましくはキャリアガスとして希ガスを供給すると良い。これは水素含有ガスとして、例えば、水素ガスをキャリアガスとして供給した場合、水素ガスの還元効果により、シリコン含有ガスはガス供給ノズル内にて分解してしまい、ガス供給ノズル内にシリコン膜が堆積し、ガス供給ノズル内またはガス供給口の閉塞やパーティクル発生の要因となるためである。
　更に好ましくは、キャリアガスとしてアルゴンガスを供給することが良い。アルゴンガスは、ヘリウムガス等の他の希ガスよりも安価であるため、炭化珪素エピタキシャル膜を形成する基板処理装置を運用する際のランニングコストを低減することが出来る。
　なお、本実施形態では、シリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給したが、好ましくは、シリコンと塩素とを含むガス、例えば、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給しても良く、更に好ましくは、テトラクロロシランガスを供給することが良く、ガス供給ノズル内に膜が形成されることを抑制でき、ガスの消費を抑制して反応室内へ供給することができる。
　少なくとも炭素含有ガスとして例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと還元ガスとして水素含有ガス、例えば水素（Ｈ２）ガスとを第２のガス供給ノズル７０を流通して供給する第２のガス供給口７２は、例えばカーボングラファイトで構成され、被加熱体４８の内側に設けられており、第２のガス供給ノズル７０はマニホールドを貫通するようにマニホールドに取り付けられている。なお、第２のガス供給ノズル７０は複数本設けても良い。
　第２のガス供給ノズル７０は、第２のガスライン２６０に接続されている。この第２のガスライン２６０は、炭素含有ガスとして例えばプロパンガス対しＭＦＣ２１１ｃ及びバルブ２１２ｃを介してプロパンガス源２１０ｄに接続され、還元ガスとして例えば水素ガスに対しＭＦＣ２１１ｄ及びバルブ２１２ｄを介して水素ガス源２１０ｄに接続されている。
　この構成により、例えばプロパンガス、水素ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄはガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、供給するガスの流量が所定の流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えばプロパンガス、水素ガスのガス源２１０ｃ、２１０ｄ、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、ＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、ガスライン２６０、第２のガス供給ノズル７０、第２のガス供給口７２によりガス供給系として、第２のガス供給系を構成される。
　なお、本実施形態では、炭素含有ガスとしてプロパンガスを例示したが、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等を用いても良い。
　また、本実施形態では、還元ガスとしてＨ２ガスを例示したが、これに限らず、水素を含有するガスを供給しても良い。
　ここで、本実施形態では、シリコン含有ガスを第１のガス供給ノズル６０を介して供給し、還元ガスである水素ガスを第２のガス供給ノズル７０から供給している。本実施形態のように、ウエハ１４間の均一性を向上させる為に反応室４４内にガス供給ノズルを配設した場合、シリコン含有ガスと共に還元ガスを供給すると、シリコン含有ガスの分解が促進してしまい、ガス供給ノズル内でシリコン膜が堆積が発生する可能性がある。この場合、上流側でシリコン含有ガスの消費が発生してしまうが、シリコン含有ガスと還元ガスを分離して供給することにより、ガス供給ノズル内の堆積、及び、シリコン含有ガスの消費を抑制できる。
　また、本実施形態では、更に炭素含有ガスを第２のガス供給ノズル７０を介して供給し、シリコン含有ガスと分離して供給している。これにより、ガス供給ノズル内でのＳｉＣ膜の堆積を抑制することができ、ガス供給口が閉塞されること、及び、形成された膜が剥れることによるパーティクルや汚染物の発生も抑制することができる。
　なお、シリコン含有ガスと還元ガスを分離して供給することで充分にガス供給内の堆積を防止できる場合は、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを同じガス供給ノズルを介して供給しても良い。これにより、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを予め混合しておくことができるためウエハ１４に均一な膜を形成できる。
　少なくともｎ型不純物をドーピングするガスとしてｎ型不純物ガス、例えば窒素（Ｎ２）ガスは、第２のガス供給ノズル７０を流通して反応室４４内に供給される。
　そのため窒素ガス源２１０ｆは、流量制御器（流量制御手段）としてのＭＦＣ２１１ｆ及びバルブ２１２ｆを介して第２のガスライン２６０に接続されている。
　この構成により、ｎ型不純物ガスとして、例えば窒素ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内において制御することができる。バルブ２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｆは、ガス流量制御部７８によって電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となるよう、所定のタイミングにて制御するようにされ（図４参照）、例えば窒素ガス源２１０ｆ、バルブ２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｆ、ガスライン２６０、ガス供給ノズル７０、ガス供給ノズル７０に少なくとも１つ設けられるガス供給口７２によりガス供給系として、第３のガス供給系を構成される。
　また、上述の実施形態では、ｎ型不純物ガスとして、窒素（Ｎ２）ガスを例示したが、これに限らず、アンモニア（ＮＨ３）ガス等の窒素含有ガスを用いても良く、また、これらのガスを組み合わせて用いても良い。
　窒素ガスは、水素雰囲気中では不活性なガスであり、例えば、１０１５ｃｍ-３～１０18ｃｍ-３程度のドーピング量のｎ型ドーピング炭化珪素膜を形成する場合に用いやすい。
　一方、アンモニアガスは気相中で分解されやすい窒素含有ガスの一例であり、このようなガス、若しくはアンモニアガスを含む混合ガス、例えば、アンモニアガスと窒素ガスの混合ガスを用いることで炭化珪素膜中への不純物のドーピング量を制御することができる。
　尚、本実施形態では、ｎ型不純物ガスを用いて、基板であるウエハ１４にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成する方法について説明されているが、ｐ型の不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する場合は、第１のガス供給ノズル６０よりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとｐ型不純物を含有するガスであるｐ型不純物ガスとを供給することが好ましい。これにより後述の詳細説明に示すように、ｐ型不純物が均一にドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成することができる。
　なお、ボート３０に水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持された基板として複数枚のウエハ１４毎にガスを供給するために第１のガス供給ノズル６０及び第２の供給ノズル７０において基板の配列領域にウエハ１４毎に第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２が設けられても良い。これにより、ウエハ１４それぞれに形成される膜の膜厚の面内均一性および不純物濃度の面内均一性を制御しやすくできる。
　しかし、これに限らず、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０それぞれにおいて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２が少なくとも１つ設けられても良い。また、第１のガス供給ノズル、第２のガス供給ノズルそれぞれにおいて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８、第２のガス供給口７２がウエハ数枚ごとに設けても良い。
　また、本実施形態では、第１のガス供給ノズル６０よりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを、第２のガス供給ノズル７０より炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物ガスとを供給したが、これに限らず、ガス種ごとにガス供給ノズルを設けて供給してもよい。
　また、ガス供給源２１０ｅより不活性ガスとして希ガスのアルゴン（Ａｒ）ガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、ガス供給管２４０を流通して、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
　また、本実施形態では、不活性ガスとして、アルゴンガスを例示したが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスより少なくとも１つのガス、又はこれらの希ガス群より選択された２以上のガスを供給しても良い。
　また、本実施形態では、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、還元ガス、ｎ型不純物ガスとをそれぞれ、第１のガス供給口又は第２のガス供給口から被加熱体４８の内側に供給しているが、例えば、キャリアガスとして希ガス、例えばアルゴンガスとともに供給しても良い。これにより、原料ガスを反応室内に均一に供給することができる。
　また、図３に示すように第１のガス排気口９０が、第１のガス供給口６８に接続されたガス供給ノズル６０及び第２のガス供給口７２に接続されたガス供給ノズル７０の位置に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。ガス排気管２３０の下流側には図示しない圧力検出器として圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下、ＡＰＣとする）バルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、この圧力制御部は圧力センサにより検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより処理炉４０内の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
　また、図３に示すように第３のガス供給口３６０は反応管４２と断熱材５４との間に配置されており、マニホールドを貫通するように取り付けられている。更にガス排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間に配置され、第３のガス供給口３６０に対して対向面に位置するように配置され、マニホールドには第２のガス排気口３９０に接続されたガス排気管２３０が貫通するように設けられている。この第３のガス供給口３６０は不活性ガスとして、例えば、希ガスであるアルゴンガスが供給され、炭化珪素エピタキシャル膜成長に寄与するガスとして、例えばシリコン含有ガス又は炭素含有ガス又は塩素含有ガス又はそれらの混合ガスが反応管４２と断熱材５４との間に侵入するのを防ぎ、反応管４２の内壁又は断熱材５４の外壁が劣化したり、副生成物が付着したりすることを抑制することができる。
　反応管４２と断熱材５４との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３９０よりガス排気管２３０の下流側には図示しない圧力検出器として圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２１４を介して真空等の真空排気装置２２０から排気される。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部が電気的に接続されており、この圧力制御部は圧力センサにより検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ２１４の開度を調整することにより反応室４４内の圧力が所定の圧力になるよう、所定のタイミングにて制御するように構成されている（図４参照）。
　次に処理炉４０周辺の構成について説明する。
　図５は処理炉４０及びその周辺構造の概略図を示す。処理炉４０の下方には、この処理炉４０の下端開口を機密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は例えばステンレス等の金属で構成されており、円盤状に形成されている。シールキャップ１０２の上面には処理炉４０の下端と当接するシール材としてのＯリングが設けられている。シールキャップ１０２には回転機２１８が設けられている。回転機構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、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するよう構成されている（図４参照）。
　予備室としてロードロック室１１０の外面に下基板１１２が設けられている。下基板１１２には昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６及びこの昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。下基板１１２に立設したガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端に上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転される。ボール螺子１１８が回転することにより昇降台１１４が昇降するように構成されている。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　図４は炭化珪素エピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成を示す。温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。これら、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。
　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ｎ型不純物ガスとを供給し、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・BR>ニを供給し、供給されたガスはシリコン又は炭化珪素で構成されたウエハ１４に対し平行に流れ、第１の排気口９０に向かって流れるため、ウエハ１４全体が効率的にかつ均一にガスに晒される。
　次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、炭化珪素等で構成されるウエハ１４などの基板に、例えばｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。
　まず、ポッドステージ１８に複数枚のウエハ１４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド搬送装置２０へ搬送し、このポッド搬送装置２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド搬送装置２２にストックされたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送してセットし、このポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２６によりポッド１６に収容されているウエハ１４の枚数を検知する。
　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の下端をシールした状態となる。
　反応室４４内が所定の圧力（真空度）となるように真空排気装置２２０によって真空排気される。この際、反応室４４内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。
　また、ウエハ１４及び被加熱体４８の内側が所定の温度となるように磁場発生部としての誘導コイル５０によって誘導加熱された被加熱体４８により加熱される。この際、被加熱体４８の内側が所定の温度分布となるように温度センサが検出した温度情報に基づき誘導コイル５０への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構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。
　続いて、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長反応に寄与するシリコン含有ガス及び塩素含有ガスはそれぞれ、ガス源２１０ａ、２１０ｂからガス供給口６８より供給され、また炭素含有ガス及び還元ガスであるＨ２ガス及びｎ型不純物ガスは、ガス源２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｆからガス供給口７２より供給されて、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜をエピタキシャル成長により形成する。
　このとき、シリコン含有ガス及び塩素含有ガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ａ、２１１ｂの開度が調整された後、バルブ２１２ａ、２１２ｂが開かれ、それぞれのガスがガス供給管２２２、第１のガス供給ノズル６０と流通して、第１のガス供給口６８から供給される。
　また、炭素含有ガス及び還元ガスであるＨ２ガス及びｎ型不純物ガスとは、所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｆの開度が調整された後、バルブ２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｆが開かれ、それぞれのガスがガス供給管２６０流通して、第２のガス供給ノズル７０と流通して第２のガス供給口７２より供給される。
　第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被加熱体４８の内側を通り、ガス排気口９０からガス排気管２３０を通り排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、被加熱体４８の内側を通過する際に炭化珪素等で構成されるウエハ１４と接触しウエハ１４の表面にｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長がなされる。
　また、ガス供給源２１０ｅより不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは所定の流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、ガス供給管２４０を流通して、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。
　以上のように、第１のガス供給ノズルよりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第２のガス供給ノズルより炭素含有ガスと還元ガスである水素含有ガスとｎ型不純物ガスとを供給し、第１及び第２のガス供給ノズルにウエハの積層間隔と同一の間隔で高さ方向に設けられたガス供給口から供給され、炭化珪素（ＳｉＣ）等で構成された基板としてウエハ１４に、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成している。
　また、図６に示すように、第１のガス供給口６８と第２のガス供給口７２を夫々から噴出したガス流が交差するような方向に向けるとガスの混合が促進される。






　図７では、本実施形態における反応室構成にて反応ガスを供給した際の基板であるウエハ１４上のアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスのモル分率の分布を示している。図７に点線にて示した部分（モニタライン）における、シリコンガス及びアセチレンガスの濃度分布を図８に示す。
　図７および図８に示すように、第１のガス供給口及び第２のガス供給口から供給されたガスは、ウエハ１４表面を流れることでウエハ１４に所望の膜を形成するのであるが、ウエハを流れる間に、第１のガス供給口より供給されるシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、第２のガス供給ノズルより供給される炭素含有ガスと還元ガスとして水素ガスとｎ型ドーピングガスとして例えば窒素ガスとがうまく混合しない為にウエハ１４において、第１のガス供給ノズルが配置された箇所に近い領域は気相中に含有するシリコン濃度が高く（シリコンリッチ）、第２のガス供給ノズルが配置された箇所に近い領域は炭素濃度が高く（炭素リッチ）になっている。
　図９は第１実施形態における反応室構成においてウエハを回転させずに成膜した際の（ａ）形成された膜の膜厚の面内分布を示し、（ｂ）は（ａ）に点線にて示されたモニタライン上の膜厚分布を示している。
　図９に示されるように、ウエハ１４表面に原料ガスの濃度分布に偏差が生じることによって、形成される膜の膜厚に大きく影響することがわかり、ウエハ１４の中央部が凸の膜厚分布になり、半導体装置の製造において、歩留まりの低下を招く要因となる。
　また、炭化珪素膜を形成するプロセスでは、形成される膜の電気抵抗率を制御するため、ｎ型不純物として例えば窒素等を、ｐ型不純物として例えばアルミニウム等を原料ガスに添加し、膜中に窒素やアルミニウムを取り込ませ、膜中に取り込ませた不純物の濃度を制御することにより、形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜の電気抵抗率等の物性値を制御している。
　しかし、上述のようなウエハ面内においてシリコンと炭素との濃度分布に偏差を生じている場合、炭化珪素膜にｎ型不純物またはｐ型不純物をドーピングする際に問題になり、不純物の濃度分布に影響する。
　ここで、炭化珪素膜に不純物が取り込まれる際のメカニズムについて説明する。
　不純物が炭化珪素膜中に取り込まれるとき、不純物は、炭化珪素膜に於ける炭素サイトか、シリコンサイトのどちらかに取り込まれることが知られており、ｎ型不純物として、例えば、窒素がドーピングされる場合は、炭化珪素膜のシリコンサイトに吸着し炭化珪素膜に取り込まれようとする炭素と置き換わることで、窒素が炭化珪素膜中に取り込まれ、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成される。
　また、ｐ型不純物として、例えば、アルミニウムがドーピングされる場合は、炭化珪素膜の炭素サイトに吸着し炭化珪素膜に取り込まれようとするシリコンと置き換わることで、アルミニウムが膜中に取り込まれ、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成される。
　これらはサイトコンペティションの原理と云われている。
　ここで、例えばｎ型不純物として例えば窒素をドーピングするとき、ウエハ１４の表面に接する成膜寄与ガスに含有する炭素の濃度分布とシリコンの濃度分布との比であるＣ/Ｓｉの値が形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜の面内分布に偏差を生じる場合、膜の面内分布においてＣ/Ｓｉの値が大きい部分、つまり相対的にシリコンより炭素の濃度が高い場合では、相対的に気相中の窒素原料（例えば、Ｎ２やＮ原子）の濃度が小さくなるため、炭化珪素膜面において窒素の吸着種である炭素の吸着種と置き換わる確率が小さくなり、炭化珪素膜中に取り込まれる窒素の数が少なくなる。つまり、Ｃ／Ｓｉの値が大きい部分ではｎ型不純物はドーピングされにくいことが分かる。また、ｐ型不純物として例えばアルミニウムをドーピングする場合は、ｎ型不純物をドーピングする場合と逆の傾向となる。
　図１７に、成膜寄与ガスの主成分である炭素含有ガスの濃度分布とシリコン含有ガスの濃度分布の比であるＣ/Ｓｉの値と炭化珪素膜中にドーピングされたｎ型ドーピング原子との関係を示す（ＳｉＣ半導体の基礎と応用、著者　奥村元、児島一聡、福田憲司、　発行所　ＥＤリサーチ社、27ページ、図4.5より出展）。これより、原料ガス中のＣ／Ｓｉの値が大きくなる場合、炭化珪素膜ではｎ型不純物のドーピングが阻害されることが分かる。以上のことから、ウエハ１４の面内分布においてｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜中の窒素濃度を均一にするためには、ウエハ１４に形成されている炭化珪素膜の各部分におけるＣ／Ｓｉの値の偏差が小さいことが好ましい。又は、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成するために、ｎ型不純物ガスとして例えば、窒素（Ｎ２）ガスを供給する際に、または、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成するために、ｐ型不純物ガスとして例えば、トリメチルアルミニウムガスを供給する際に、これらの不純物ガスを供給する方法に関し、工夫が必要となることが分かる。
　発明者は上述のことを考慮し、本発明は、ｎ型不純物またはｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、ｎ型不純物ガスまたはｐ型不純物ガスの供給方法に関して発明したものである。例えば、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜の場合、炭素含有ガスが供給される第２のガス供給ノズルより炭素含有ガスと共にｎ型不純物ガス、例えば窒素ガスを供給する。これにより、ウエハ１４において、Ｃ／Ｓｉの値が大きい部分、つまり、相対的に炭素濃度の大きい部分に積極的に窒素ガスを供給して窒素濃度が高い状態とし、炭素サイトへの窒素の置き換わりを促進することで、ウエハ１４においてＣ／Ｓｉの値が小さい部分との相対的な窒素濃度分布を均一にすることが出来る。これにより、ウエハ１４に形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｎ型不純物の濃度分布の面内均一性を向上することを図る。
　一方、ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素の場合においては、シリコン含有ガスが供給される第１のガス供給ノズルよりシリコン含有ガスと共にｐ型不純物ガス、例えばトリメチルアルミニウムガスを供給する。これにより、ウエハ１４において、Ｃ／Ｓｉの値が小さい部分、つまり、相対的にシリコン濃度の大きい部分に積極的にトリメチルアルミニウムガスを供給してアルミニウム濃度が高い状態とし、シリコンサイトへのアルミニウムの置き換わりを促進することで、ウエハ１４においてＣ／Ｓｉの値が大きい部分との相対的なアルミニウム濃度分布を均一にすることができる。これにより、ウエハ１４に形成されるｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｐ型不純物の濃度分布の面内均一性を向上することを図る。
　炭化珪素エピタキシャル膜の成長は、予め設定された時間が経過すると、上述のガスの供給を停止し、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、反応室４４内が不活性ガスで置換されると共に、被加熱体４８の内側の圧力が常圧に復帰される。
　その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降されて、マニホールドの下端が開口されると共に、処理済ウエハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールドの下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）し、ボート３０に支持された全てのウエハ１４が冷えるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート３０のウエハ１４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウエハ１４を取り出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。その後、ポッド搬送装置２０により、ウエハ１４が収容されたポッド１６をポッド搬送装置２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして半導体製造装置１０の一連の作用が完了する。
　これにより、ガス供給ノズル内での堆積膜の成長を抑制し、被加熱体４８の内側ではガス供給ノズルより供給されるシリコン含有ガス及び炭素含有ガス及び塩素含有ガス及び還元ガスである水素ガス及び不純物ガスが反応することで、炭化珪素等から構成される複数枚のウエハ１４を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積み上げて保持される場合において、不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長を行うことができる。
　また、好ましくは、第１ガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルは、第１及び第２のガス供給口６８、７２それぞれをウエハ１４中心に向けてガスを噴出可能なように配置し、第１のガス供給ノズルと第２のガス供給ノズルを交互に設けることが良い。これにより、供給ガスの偏りを抑制し、より一層、膜厚面内均一性が向上する。
　また、本実施形態では、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルは、円筒形状であったが、これに限らず、角筒形状、多角形の形状であっても良く、好ましくは、ガス供給ノズルの形状は、その一部が被加熱体の内周面に沿うような形状であることが良い。これにより、ガス供給ノズルと被加熱体との間の隙間に膜を形成することを抑制することができ、この形成された膜が起因となるパーティクルが発生する虞を低減することができる。
　なお、本実施形態では、不活性ガスとして希ガスのアルゴンガスを用いることが好ましいが、これに限らず、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガスを用いても良い。
　本実施形態によれば、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。
（１）形成される炭化珪素膜を構成するシリコンと炭素との比が、炭化珪素膜の面内分布に偏差を生じた場合において、不純物をドーピングする際に、不純物と置き換わる元素が含有される反応ガスとともに不純物ガスを供給することで、ウエハに形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜の不純物濃度の均一性を向上することが出来る。
（２）ｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、第１のガス供給ノズルから少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとｐ型不純物ガスとを反応室４４内へ供給し、第２のガス供給ノズルから少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを反応室４４内へ供給して、ウエハに形成されるｐ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｐ型不純物の濃度の面内均一性を向上することが出来る。
（３）ｎ型不純物原子がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、第１のガス供給ノズルから少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを反応室４４内へ供給し、第２のガス供給ノズルから少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとｎ型不純物ガスとを反応室４４内へ供給して、ウエハに形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜におけるｎ型不純物の濃度の面内均一性を向上することが出来る。
（４）（１）～（３）により、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとを異なるガス供給ノズルによりそれぞれ反応室４４内へ供給することができるので、ガス供給ノズル内での炭化珪素膜の形成を抑制することができる。
（５）（４）により、堆積する炭化珪素膜によるノズル内の閉塞を抑制することができる。
（６）（４）により、堆積する炭化珪素膜に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。
（７）（１）～（３）により、シリコン含有ガスと還元ガスとを異なるガス供給ノズルによりそれぞれ反応室４４内供給することができるので、ガス供給ノズル内でのシリコン含有ガスの分解を抑制することができる。
（８）（７）により、ガス供給ノズル内でのシリコン含有ガスの消費を抑制することができる。
（９）（７）により、シリコン含有ガスのガス供給ノズル内でのシリコン膜の堆積を抑制することができる。
（１０）（７）により、堆積するシリコン膜に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。
（１１）上記の効果により、一度の処理にての基板に対して不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル膜の成長を行うことができる。
[第２実施形態]
　次に第２実施形態について説明する。
　第１実施形態では、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルを設けることでノズル内での堆積膜の成長を抑制し、反応室４４内では面内分布の良好な不純物がドーピングされた炭化珪素膜の成長を行っていたが、第２実施形態では、更に効率良く反応室４４内で炭化珪素エピタキシャル膜の成長を行う為に、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルの設置する数や配置について検討した。
　図１０及び図１１は形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜の不純物のドーピング量の面内均一性を良くする目的で、複数本のガス供給ノズルを基板として、例えば炭化珪素等で構成されたウエハ１４に対し円周方向に配置した反応室構成の上面図を示したであり、図１０は第１のガス供給ノズル及び第２の供給ノズルを交互に偶数本のガス供給ノズルを配置した場合の反応室構成の上面図を示し、図１１は、１つの第２のガス供給ノズルを中心に第１のガス供給ノズル、第２のガス供給ノズルと、第１のガス供給ノズルと第２の供給ノズルとを交互に奇数本のガス供給ノズルを配置した反応室構成の上面図の一例を示している。
　図１２は、図１０の反応室構成において、成膜した際の形成される炭化珪素膜の膜厚の面内分布を示している。
　図１２に示すように。本実施形態により、被加熱体４８の内側に第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルをそれぞれ複数本配置することにより、第１のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有ガスと第２のガス供給ノズルから供給される炭素含有ガスとを効率良く混合するため、形成される炭化珪素膜の膜厚均一性が向上することができる。
　これにより、形成される炭化珪素膜の膜厚の面内均一性を向上させるとともに、炭化珪素膜の面内におけるＣ／Ｓｉの値の偏差が小さくなるため、不純物ガスを添加して不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際においても、均一に不純物をドーピングすることが容易にでき、不純物がドーピングされた炭化珪素膜における不純物濃度の面内均一性を向上することができる。
　第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルには、ウエハの積層間隔と同一の間隔で高さ方向に１以上の第１のガス供給口及び第２のガス供給口が設けられることにより、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて積み上げて保持された複数枚のウエハ１４に対し、効率良くガスを供給することができるので複数枚のウエハ１４に形成される炭化珪素の膜厚の面間均一性を向上することができ、複数枚のウエハに成膜された不純物がドーピングされた炭化珪素膜の膜厚の面間均一性を向上することができる。
　また、図１１に示すように、好ましくは複数本の第１及び第２のガス供給ノズルで構成し、第２のガス供給ノズルを両端に設けることが良い。これにより、第２のガス供給ノズルから供給される還元ガス、例えば水素ガスにより、シリコン含有ガスと炭素含有ガスと不純物含有ガスとは、ウエハ１４上を流れるように誘導されるので、ウエハ１４上に成膜が行われやすくなり、また、ウエハ１４上以外、例えば、被加熱体４８等に成膜されることを抑制することができ、ウエハ１４以外に炭化珪素膜等が形成されないので、これが起因となるパーティクルの発生を抑制することができる。
　本実施形態によれば、第１実施形態で説明した効果に加えて、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。
（１）第１及び第２のガス供給ノズルを複数本設けられた反応室構成にすることで、供給されるシリコン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。
（２）（１）により、シリコン含有ガスと炭素含有ガスとの混合する箇所が増えるので、形成される不純物がドーピングされた炭化珪素膜の膜厚の面内均一性を向上することができる。
（３）（１）により、形成される膜のＣ／Ｓｉの値の面内分布が均一になるため、不純物の面内均一性を向上することができる。
（４）（１）において、被加熱体４８の内側に複数の第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルとを交互に並べて設ける際に、第２のガス供給ノズルを両端に設けることにより、シリコン含有ガスと炭素含有ガスと不純物含有ガスとをウエハに効率的に供給することができる。
（５）（４）において、ウエハ以外の反応室内で膜を形成することを抑制することができる。
（６）（４）において、ウエハ以外の反応室内に形成される膜が起因となるパーティクルの発生を抑制することができる
[第３実施形態]
　次に第３実施形態について説明する。
　第３実施形態では、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有ガスと炭素含有ガスとを効率良く混合し供給するため、第１のガス供給口及び第２のガス供給口とを設ける位置について検討した。
　図１３（ａ）～（ｃ）に示すように、第１のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有ガスと第２のガス供給ノズルから供給される炭素含有ガスとをウエハ１４に到達する前に効率良く混合してから、ウエハへ供給するための反応室構成の例を示す。図１３（ａ）は対向する第１及び第２のガス供給口の高さ位置を異ならせて設けた場合、図１３（ｂ）は円筒状のガス供給ノズルを適用した場合、図１３（ｃ）は多角形状のガス供給ノズルを適用した場合を示している。
　図１３(ａ)に示すように、好ましくは、対向する第１のガス供給口と第２のガス供給口の高さを異ならせて設けることが良い。
　図１４は、本実施形態の反応室構成において、第１のガス供給口の高さ位置と第２のガス供給口の高さ位置とを異ならせて設けた場合の、反応ガスの流れ計算の結果を示している。
　これにより、図１４に示すように、第１のガス供給口から供給されるシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、第２のガス供給口から供給される炭素含有ガスと還元ガスである、例えば水素ガスとｎ型不純物含有ガスとが、第１のガス供給ノズルと第２のガス供給ノズルの間に渦状のガス流を形成しやすくなるので、上述のガスの混合を促進することができ、この混合されたガスがウエハへ流れることでウエハに形成されるｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜の膜厚の膜厚均一性を向上することができ、均一にｎ型不純物をドーピングすることができる。
　更に、上述のように第１のガス供給口及び第２のガス供給口の設ける高さを異ならせて設ける理由として、例えば第１のガス供給口と第２のガス供給口との高さを同じ高さにして設けられている場合、いずれかのガス供給口付近で反応することによって、いずれかのガス供給口に例えば炭化珪素膜が形成されることが予想される。これにより第１のガス供給ノズル又は第２のガス供給ノズル又はその両者のガス供給口に膜が形成されることによる閉塞や、形成される膜が起因となるパーティクルが発生する虞があることが挙げられる。
　また、好ましくは、図１３（ｃ）に示すように適用するガス供給ノズルを多角形状のガス供給ノズルとすることが良い。これは、図１３（ｂ）に示すように例えば円筒状のガス供給ノズルを適用した場合、被加熱体４８の内壁とガス供給ノズルの間に隙間があり、その隙間からシリコン含有ガスや炭素含有ガス等の成膜寄与ガス（原料ガス）が漏れてしまい、十分な混合を促進することができない虞や、隙間から漏れた混合された原料ガスが反応しウエハ以外の反応室内の一部で例えば炭化珪素膜等の膜を形成する虞があり、これによるパーティクル発生の問題となる可能性がある。
　なお、図１３（ｃ）では、多角形状のガス供給ノズルの一例として五角形状のガス供給ノズルで説明したが、これに限らず、好ましくは、ガス供給ノズルの形状は筒状の被加熱体４８の内壁に対し、内壁に沿うような形状をガス供給ノズルの一部に有するような形状であることが良く、例えば、被加熱体４８が円筒形状である場合、ガス供給ノズル形状の一部が円弧を有する形状であっても良い。
　これにより、被加熱体４８とガス供給ノズルとの間に反応ガスが侵入することを低減することができるので、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２から供給された反応ガスは混合された後、効率良く基板へ供給することができる。また、これにより、被加熱体４８とガス供給ノズルとの間に、膜が形成されることが抑制され、形成される膜が起因となるパーティクル発生の虞を低減することができる。
　図１５は、本実施形態の反応室構成において、成膜した際に形成される炭化珪素膜のＣ/Ｓｉの値の面内分布を示している。図１５に示すように、ウエハ１４に形成される炭化珪素膜はＣ／Ｓｉの偏差の小さい膜であることがわかり、不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する際に、不純物を均一にドーピングすることができる。
　図１６は、第２実施形態で示されるガス供給ノズルの構成におけるモニタライン上でのＣ／Ｓｉ比と、第３実施形態で示されるガス供給ノズルの構成におけるモニタライン上でのＣ／Ｓｉ比を示している。図１６からもわかるように第２実施形態におけるガス供給ノズル構成と比較して第３実施形態におけるガス供給ノズル構成の方がＣ／Ｓｉ比が均一であることがわかる。
　本実施形態によれば、第１実施形態乃至第２実施形態で説明した効果に加えて、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。
（１）対向した第１ガス供給口及び第２のガス供給口を設けることにより、ウエハへ到達する前にガスの混合を促進した後、ウエハへ供給することができる。
（２）（１）において、第１のガス供給口及び第２のガス供給口の高さを異ならせて設けることにより、第１のガス供給ノズルと第２のガス供給ノズルの間隙に渦状のガス流を形成しやすくすることができるので、ウエハへ到達する前にガスの混合を促進した後、ウエハへ供給することができる。
（３）（２）において、ウエハの積層方向に対し、第１のガス供給口及び第２のガス供給口を積層方向に交互に設けることにより、渦状のガス流を効率良く形成しやすくすることが出来るので、ウエハへ到達する前にガスの混合を促進した後、ウエハへ供給することができる。
（４）（１）において、ガス供給ノズルの形状を被加熱体の内壁に沿うような形状にすることにより、被加熱体とノズルとの間の隙間に反応ガスが侵入することを抑制することができる。
（５）（４）において、侵入した反応ガスが反応して形成された膜がパーティクルの発生要因になることを抑制する。
 [第４実施形態]
　次に第４実施形態について説明する。
　第４実施形態では、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルから供給されるシリコン含有ガスと炭素含有ガスとを効率良く混合し供給するため、ガス供給ノズルの構成について検討した。
　図１９に示すように、本実施形態では、基板であるウエハ１４の配列された領域に延在されている第１のガス供給ノズル６０に、ウエハ１４の表面と平行方向であり、第２のガス供給口７０の方向へ延在されて分岐される第１の分岐ノズルに1以上設けられた第１のガス供給口６８よりシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、第１のガス供給ノズルと異なる位置に設けられており、ウエハ１４の配列された領域に延在されている第２のガス供給ノズル７０に、ウエハ１４の表面と平行方向であり、第１のガス供給口６０の方向へ延在されて分岐される第２の分岐ノズルに１以上設けられた第２のガス供給口７２より炭素含有ガスとｎ型不純物ガスとして例えば、窒素ガスと還元ガスとして例えば、水素ガスとを供給され、ウエハ１４に、ｎ型不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成している。
　図１９（ａ）に示すようにウエハ１４に対し、平行方向にガスを供給することができるため、ウエハ１４に形成される炭化珪素膜の膜厚は均一に形成され、また、不純物である窒素を均一にドーピングすることができる。
　特に、図１９（ｂ）に示すような第１の分岐管、第２の分岐管を介して供給することで、ウエハ１４を支えるボート柱３０ａの影響も軽減できる。具体的に説明すると次の通りである。ウエハ１４は、複数のボート柱３０ａで支持され、面内膜厚の均一化のため回転している。そうすると、ボート柱３０ａがガス供給口の前を通過することになる。この場合、ボート柱３０ａによりガス供給が阻害されるが、図１９のようにウエハ１４に対し並行方向に複数のガス供給口を設けることで、広い範囲での、又は、密にガス供給を実現でき、結果としてボート柱の影響を小さくすることができる。
　また、更に、ボート柱３０ａの影響を少なくするために図１９（ｃ）に示すようにウエハホルダ３００を用いてボート柱３０ａからウエハ１４を離すようにしてもよい。ウエハホルダ３００は、円環状の第１ウエハホルダ３００ａを有しており、ウエハ１４は、第１ウエハホルダ３００ａに保持される。これにより、ウエハ１４とボート柱３０ａとの距離をウエハホルダ３００ａの分、離すことができ、ボート柱３０ａの影響を小さくできる。また、本形態では成膜をする所謂フェースダウン方式を採用し、ウエハ１４の上面側を第１ウエハホルダ３００ａで覆う構成としている。このようにウエハ１４の上面を覆うことにより、上部から落下してくるパーティクルの影響を抑制できると共に、第１ウエハホルダ３００ａをウエハ１４の上面側と接触させることにより成膜面と反対側の裏面側への成膜を抑制できる。
　また、好ましくは、第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルとを交互に配置できるように設けられることが良い。これにより、第１のガス供給から供給されるシリコン含有ガス及び塩素含有ガスと、第２のガス供給ノズルより炭素含有ガスと、ｎ型の不純物原子として窒素ガスと、還元ガスである水素ガスと、の濃度分布をモニタライン上（ガスの流れに垂直な方向）において均一化することができる。
　また、一対の第１の分岐ノズルと第２の分岐ノズルが、高さ方向に並んだウエハ１４の夫々の間に配置されることが望ましい。これにより、各ウエハ１４に対する条件を同一することができ、ウエハ間の均一性が向上させることができる。更に、この場合、ウエハ１４の成膜面は、第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７０のうち、シリコン含有ガスを供給する第１のガス供給口６８に近いほうが望ましい。不純物がドーピングされた炭化珪素膜の形成においては、炭素とシリコンの比（Ｃ／Ｓｉ）が重要となる。特に炭素の濃度が高い場合は、膜質を劣化させる。従って、シリコンリッチとなりやすい環境とするためシリコン含有ガスを供給する第１のガス供給口６８を炭素原子含有ガスを供給する第２のガス供給口７２よりウエハ１４の成膜面に近くするほうが望ましい。そのため、本実施形態では、ウエハ１４間の空間に上から第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルの順で並んでいる。
　また、図１９に示すように、ウエハに対し、平行方向に延びた第１の分岐ノズル、第２の分岐ノズルからガスを供給する構成を採用した場合、第１の分岐ノズルから供給されるガスと第２の分岐ノズルから供給されるガスの混合箇所を制御することにより、図１９（ａ）で示すモニタラインに垂直な方向（ガスの流れ方向）のウエハ１４の成膜面におけるＣ／Ｓｉ比を均一化することができる。以下、図１９（ａ）で示すモニタラインに垂直な方向の成膜面の上のラインを第２モニタラインとして、具体的に説明する。まず、仮にシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスの比率（Ｃ／Ｓｉ）を０．５として供給を開始したとする。シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達する前に完全に混合した場合、ガス消費を考えなければ第２モニタライン上のＣ／Ｓｉは０．５で一定である。しかしながら、ガス消費を考慮に入れるとシリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスは、同じように消費されるため、ガス供給ノズルに近い側と遠い側で混合比率が変わってしまう。例えば、シリコン原子含有ガスを１００、炭素原子含有ガスを５０で供給したとすると、ガス供給口から遠くなるにつれて、シリコン原子と炭素原子含有ガスは同じように消費され、減少する。ここで、極端な例ではあるが、シリコン原子含有ガスが６０まで消費されたとすると、炭素原子含有ガスは、１０まで消費されることになる。この時のＣ／Ｓｉは、１０／６０＝０．１７となり、ガス供給ノズルに近い側と遠い側とでＣ／Ｓｉ比が変わってしまう。
　一方、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達する前に完全に混合せず、第２モニタライン上で徐々に混合されるように制御すると、ガス供給ノズルに近い側と遠い側とのＳｉ／Ｃが均一にできるようになり、不純物濃度を均一化を実現できる。このことについて、以下、説明する。
　まず、本形態のように２つのガスを平行に供給した場合、夫々のガスの拡散により２つのガスの混合が生じる。従って、第２モニタラインに近い第１の分岐ノズルから供給されたガス流に徐々に第２の分岐ノズルから供給されたガスの拡散が生じる。そのため、途中でのガス消費を考えなければ、第２モニタライン上の第２の分岐ノズルから供給されたガスの濃度は、分岐ノズルから遠くなるほど高くなる。一方、ガス消費を考慮した場合、Ｃ／Ｓｉの値を均一化するためには、第２モニタライン上のシリコン原子含有ガスの減少に対し、炭素原子含有ガスの減少を小さくすればよい。従って、拡散により徐々に第２の分岐ノズルから供給された炭素原子含有ガスが第１の分岐ノズルから供給されたシリコン原子含有ガスのガス流に拡散するようにすれば、第２モニタライン上では、徐々に炭素原子含有ガスが拡散により補充されることになり、シリコン原子含有ガスの減少に対し、炭素原子含有ガスの減少を小さくすることができる。
　このように第２の分岐ノズルから供給されたガスを徐々に第１の分岐ノズルから供給されたガス流に拡散させるためには、第１のガス供給口６８から供給されるガス流の流速を第２のガス供給口７２から供給されたガスがウエハ１４の成膜面を通過する間に徐々に拡散していくような速さとすればよい。なお、一般的にガス流の流速を速くすると他のガスの拡散はしにくい状態となるため、第１のガス供給口から供給されるガスの流速を制御すればよい。第１のガス供給口６８から供給されるガス流の流速を制御する方法としては、例えば、シリコン元素含有ガスのキャリアガスの流量を大きくする、又は、第１のガス供給口６８の大きさを小さくすることが挙げられる。
　また、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスをウエハ１４に到達するまでに混合させない点については、図１９（ｃ）に示されるようなウエハホルダ３００を用いる際に、更なる効果を発揮する。即ち、シリコン原子含有ガスと炭素原子含有ガスがウエハ１４に到達する前に混合されるとウエハホルダ３００上にＳｉＣ膜が形成されることになる。ＳｉＣ膜が形成されるということは、原料ガスが消費されることになり、原料ガスの効率が悪くなる。一方、ウエハ１４上で混合が始まる場合は、ウエハホルダ３００では成膜されないため、原料ガスの消費が生じない。従って、原料ガスの使用効率が向上する、即ち、成膜レートが向上し、生産性を向上させることができる。
　なお、図１９に示すように、ガス供給口は複数の孔状のガス供給口を設けているが、これに限らず、スリット形状であっても良い。
　本実施形態によれば、第１実施形態乃至第３実施形態で説明した効果に加えて、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。
（１）ガス供給ノズルに設けられた分岐管により、第１のガス供給口と第２のガス供給口を高さ方向に並べることによりウエハへ到達する前にガスの混合を促進した後、ウエハへ供給することができる。
（２）（１）において、分岐管に設けられたガス供給口を密に配置することで、ボート柱の影響を軽減できる。
（３）（１）において、第１のガス供給口をウエハの成膜面に近い側に配置することにより、不純物ドーピングされた炭化珪素膜の均一化を図れる。
（４）（１）において、ガス供給ノズルの形状を被加熱体の内壁に沿うような形状にすることにより、被加熱体とノズルとの間の隙間に反応ガスが侵入することを抑制することができる。
　なお、本発明は炭化珪素ピタキシャル膜成長に関して説明したが、その他のエピタキシャル膜及びＣＶＤ膜等に関しても適用することができる。
［付記］
　以下に、本実施形態に係る好ましい態様を付記する。
［付記１］
　複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、
　前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
　前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から更に不純物ガスを前記反応室内へ供給し、前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する工程と、
　前記複数の基板を前記反応室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
［付記２］
　複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
　前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
　前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、
　前記反応室内に少なくとも不純物ガスを供給する第３のガス供給系と、
　前記第１のガス供給系に接続されるか、若しくは、前記第１のガス供給系及び前記第３のガス供給系に接続されるとともに、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、
　前記第２のガス供給系に接続されるか、若しくは、前記第２のガス供給系及び前記第３のガス供給系に接続されるとともに、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、
　前記第１のガス供給系は、前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガスと前記塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系は、前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第３のガス供給系は、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から、少なくとも前記不純物ガスを前記反応室内へ供給して前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、を備え、
　前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するよう設けられている基板処理装置。
［付記３］
　複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、
　前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
　前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から更に不純物ガスを前記反応室内へ供給し、前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する工程と、
　前記複数の基板を前記反応室から搬出する工程と、を有する基板製造方法。
［付記４］
　付記１において、更に第１のガス供給ノズルに希ガスを供給する半導体装置の製造方法。
［付記５］
　付記４において、第１のガス供給ノズルにアルゴンガスを供給する半導体装置の製造方法。
［付記６］
　付記１において、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルの形状は被加熱体の内周に沿うように湾曲した形状である半導体装置の製造方法。
［付記７］
　付記６において、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルが円筒形である半導体装置の製造方法。
［付記８］
　付記６において、第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルが多角形である半導体装置の製造方法。
［付記９］
　付記６において、第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルの一部に円弧を有する形状である半導体装置の製造方法。
［付記１０］
　付記１において、第１のガス供給口は第２のガス供給ノズルが設置されている方向に設けられ、第２のガス供給口は第１のガス供給ノズルが設置されている方向に設けられる半導体装置の製造方法。
［付記１１］
　付記１０において、第１のガス供給口と第２のガス供給口が対向した位置にそれぞれ設けられる半導体装置の製造方法。
［付記１２］
　付記１０において、第１のガス供給口の高さ位置と第２のガス供給口の高さ位置とが異ならせてそれぞれ設けられている半導体装置の製造方法。
［付記１３］
　付記１０において、第１のガス供給口の高さ位置と第２のガス供給口の高さ位置とがウエハ１４半径方向の位置を同じにして、ウエハ１４の上下方向の位置（高さ）を異ならせて設けられている半導体装置の製造方法。
［付記１４］
　付記１おいて反応室の外側に設けられ、電磁誘導加熱する磁場発生部を有する半導体装置の製造方法。
［付記１５］
　付記１において反応室を形成する反応管と被加熱体の間に断熱材を設ける半導体装置の製造方法。

［付記１６］
　付記１において、前記第１のガス供給ノズルは、前記第１のガス供給口が設けられ、前記基板の表面と平行方向に延びた複数の第１分岐管を有し、前記第２のガス供給ノズルは、前記第２のガス供給口が設けられ、前記基板の表面と平行方向に延びた複数の第２分岐管を有し、前記複数の第１分岐管と前記複数の第２分岐管は、前記複数の基板の積層方向に並んで配置される半導体装置の製造方法。
１０　半導体製造装置
１２　筐体
１４　ウエハ
１６　ポッド
３０　ボート
４０　処理炉
４２　アウターチューブ
４４　反応室
４８　サセプタ
５０　磁気コイル
６０　シリコン原子含有ガス供給ノズル
６８　供給孔
７０　第２のガス供給口
９０　第１のガス排気口
１５０　主制御部
１５２　コントローラ
３６０　第３のガス供給口
３９０　第２のガス排気口

Claims (16)

  1. 　複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するように設けられた基板処理装置における半導体装置の製造方法であって、
    　前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
    　前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から更に不純物ガスを前記反応室内へ供給し、前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する工程と、
    　前記複数の基板を前記反応室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給ノズルから希ガスを供給する半導体装置の製造方法。
  3. 　請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給ノズルからアルゴンガスを供給する半導体装置の製造方法。
  4. 　請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルの形状は被加熱体の内周に沿うように湾曲した形状である半導体装置の製造方法。
  5. 　請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルが円筒形である半導体装置の製造方法。
  6. 　請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルが多角形である半導体装置の製造方法。
  7. 　請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給ノズル及び前記第２のガス供給ノズルの一部に円弧を有する形状である半導体装置の製造方法。
  8. 　請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給口は、前記第２のガス供給ノズルが設置されている方向に設けられ、前記第２のガス供給口は、前記第１のガス供給ノズルが設置されている方向に設けられる半導体装置の製造方法。
  9. 　請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給口と前記第２のガス供給口が対向した位置にそれぞれ設けられる半導体装置の製造方法。
  10. 　請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給口の高さ位置と前記第２のガス供給口の高さ位置とが異ならせてそれぞれ設けられている半導体装置の製造方法。
  11. 　請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給口の高さ位置と前記第２のガス供給口の高さ位置とが前記基板の半径方向の位置を同じにして、前記基板の上下方向の位置を異ならせて設けられている半導体装置の製造方法。
  12. 　請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記反応室の外側に設けられ、電磁誘導加熱する磁場発生部を有する半導体装置の製造方法。
  13. 　請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記反応室を形成する反応管と前記被加熱体の間に断熱材を設ける半導体装置の製造方法。
  14. 　請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のガス供給ノズルは、前記第１のガス供給口が設けられ、前記基板の表面と平行方向に延びた複数の第１分岐管を有し、前記第２のガス供給ノズルは、前記第２のガス供給口が設けられ、前記基板の表面と平行方向に延びた複数の第２分岐管を有し、前記複数の第１分岐管と前記複数の第２分岐管は、前記複数の基板の積層方向に並んで配置される半導体装置の製造方法。
  15. 　複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、
    　前記反応室内に少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
    　前記反応室内に少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを供給する第２のガス供給系と、
    前記反応室内に少なくとも不純物ガスを供給する第３のガス供給系と、
    　前記第１のガス供給系に接続されるか、若しくは、前記第１のガス供給系及び前記第３のガス供給系に接続されるとともに、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、
    　前記第２のガス供給系に接続されるか、若しくは、前記第２のガス供給系及び前記第３のガス供給系に接続されるとともに、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、
    　前記第１のガス供給系から前記第１のガス供給口から少なくとも前記シリコン含有ガスと前記塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給系から前記第２のガス供給口から少なくとも前記炭素含有ガスと前記還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第３のガス供給系から前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から、少なくとも前記不純物ガスを前記反応室内へ供給して前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜が形成されるよう制御するコントローラと、を備え、
    　前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するよう設けられている基板処理装置。
  16. 　複数の基板が所定の間隔で積層される反応室と、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第１のガス供給口を有する第１のガス供給ノズルと、前記複数の基板が積層される領域に１以上の第２のガス供給口を有する第２のガス供給ノズルと、を備え、前記第１のガス供給口が設けられる方向と前記第２のガス供給口が設けられる方向とが、前記基板に達する前に交差するように設けられた基板処理装置における基板製造方法であって、
    前記複数の基板を反応室内に搬入する工程と、
    　前記第１のガス供給口から、少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスと、もしくは、シリコンおよび塩素含有ガスを前記反応室内へ供給し、前記第２のガス供給口から、少なくとも炭素含有ガスと還元ガスとを前記反応室内へ供給し、前記第１のガス供給口または前記第２のガス供給口から更に不純物ガスを前記反応室内へ供給し、前記基板に不純物がドーピングされた炭化珪素膜を形成する工程と、
    　前記複数の基板を前記反応室から搬出する工程と、を有する基板製造方法。
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