(57)【要約】【課題】基板上に均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する。【解決手段】基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する処理室と、基板を加熱する加熱部と、基板を回転させる回転機構と、基板の周囲に配置され炭素原子含有ガスと還元ガスとを処理室内へ供給するためのｎ個（ｎは３以上の奇数）の第１のガス供給ノズルと、シリコン原子含有ガスを処理室内へ供給するために第１のガス供給ノズルと交互に基板の周囲に配置された（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルと、ドーピングガスを処理室内へ供給するためのドーピングガス供給ノズルと、第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの炭素原子含有ガスと還元ガスの流量が、それぞれ、第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの炭素原子含有ガスと還元ガスの流量よりも大きくなるよう制御する制御部と、を備えるように基板処理装置を構成する。【選択図】図２
2015018869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理が行われる処理室と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を加熱する加熱部と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を回転させる回転機構と、
前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスと還元ガスとを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように配置された、ｎ個（ｎは３以上の奇数）の第１のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルとは別に設けられた、前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように前記第１のガス供給ノズルと交互に配置された、（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルと、
前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、前記処理室内へ供給するためのドーピングガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量が、それぞれ、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量よりも大きくなるよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理装置に関し、特に、炭化ケイ素（以下、ＳｉＣとも称する）エピタキシャル膜を基板上に成膜する工程を有する基板処理装置に関するものである。また、該基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法や基板の製造方法や基板の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣは、特に、パワーデバイス用素子材料として注目されている。一方で、ＳｉＣはシリコン（以下Ｓｉとも称する）に比べて結晶基板やデバイスの作製が難しいことが知られている。
【０００３】
ＳｉＣを用いてデバイスを作製する場合は、ＳｉＣ基板の上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成した基板を用いる。このＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成するＳｉＣエピタキシャル成長装置の一例として特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ＳｉＣは、結晶基板やデバイスの作製が難しく、例えば、従来のＳｉＣエピタキシャル膜を製造する半導体製造装置では、基板面内における原料ガス濃度分布が均一でないことに起因して、基板に成膜されるＳｉＣ膜の厚さが不均一になる、あるいは、基板に成膜されるＳｉＣ膜の不純物（ドーパント）濃度が不均一になるという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理において、基板上に均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理が行われる処理室と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を加熱する加熱部と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を回転させる回転機構と、
前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスと還元ガスとを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように配置された、ｎ個（ｎは３以上の奇数）の第１のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルとは別に設けられた、前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように前記第１のガス供給ノズルと交互に配置された、（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルと、
前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、前記処理室内へ供給するためのドーピングガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量が、それぞれ、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズル内の前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量よりも大きくなるよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
【発明の効果】
【０００８】
このように基板処理装置を構成すると、基板上に均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における基板処理装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における処理炉を側面からみた概略の垂直断面図である。
【図３】本発明の実施形態における処理炉を上方からみた水平断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるガス供給部の構成図である。
【図５】本発明の実施形態における基板処理装置の制御部の構成図である。
【図６】本発明の実施形態における面内分布調整ツール図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜基板処理装置の概略構成＞
まず、本実施形態における基板処理装置の概略構成について図面を参照しながら説明する。本実施形態における基板処理装置は、例えば、半導体基板であるウェハ上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置である。
【００１１】
図１は、本実施形態における基板処理装置１０の概略構成を示す斜視図である。図１において、本実施形態における基板処理装置１０は、バッチ式縦型成膜装置であり、主要部が配置される筐体１２を有している。基板処理装置１０では、例えば、ＳｉまたはＳｉＣなどから形成されるウェハ１４を収納するポッド（フープ）１１が、ウェハキャリア（基板収納器）として使用される。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を介して基板処理装置１０の外部との間でポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば、２５枚のウェハ１４が収納されており、ポッド１６は、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。
【００１２】
筐体１２内の正面であって、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。ポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド収納棚２２、ポッドオープナ２４、および、基板枚数検知器２６が配置されている。ポッド収納棚２２は、ポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持することができる。基板枚数検知器２６は、ポッドオープナ２４に隣接して配置される。ポッド搬送装置２０は、ポッドステージ１８とポッド収納棚２２とポッドオープナ２４の間でポッド１６を搬送するように構成されている。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋を開ける機能を有しており、基板枚数検知器２６は、蓋を開けられたポッド１６内に収納されているウェハ１４の枚数を検知できるようになっている。
【００１３】
筐体１２内には、さらに、基板移載機２８と、基板保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（ツイーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により、昇降可能、かつ、水平方向の進退動作と回転動作が可能なように構成されている。そして、アーム３２は、例えば、５枚のウェハ１４を取り出すことができるように構成されており、このアーム３２を動かすことにより、基板移載機２８は、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６とボート３０の間でウェハ１４を搬送することができるようになっている。
【００１４】
ボート３０は、例えば、表面をＳｉＣコーティングされたカーボングラファイトやＳｉＣなどの耐熱性材料から構成されており、複数枚のウェハ１４を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた整列状態で、縦方向に所定の間隔を空けて多段に積み上げて保持するように構成されている。
【００１５】
ボート３０の下部には、例えば石英（ＳｉＯ２）やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円筒形状の断熱部材としてのボート断熱部３４が配置されている（図２参照）。ボート断熱部３４は、ボート３０に加わっている熱がボート３０の下方側に伝わりにくくなるように構成されている。
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内に複数枚のウェハ１４を装填したボート３０が搬入され、ボート３０に搭載されているウェハ１４上にＳｉＣエピタキシャル膜の成膜処理が行われる。
【００１６】
＜処理炉の構成＞
続いて、本実施形態における処理炉の構成について図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態における処理炉４０の構成を示す模式図であり、処理炉を側面からみた概略の垂直断面図である。図３は、本実施形態における処理炉を上方からみた水平断面図であるが、説明を分かり易くするため主要な部材のみを記載した模式図となっている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、処理炉４０は、円筒形の処理室４７を形成する反応管４２を備えている。この反応管４２は、石英またはＳｉＣなどの耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。このように形成されている反応管４２の内部に処理室４７が存在し、この処理室４７の内部にボート３０が搬入される。こうして、処理室４７の内部には、ボート３０に収納された複数枚のウェハ１４が配置されることになる。
【００１８】
反応管４２の下方には、反応管４２と同心円状にマニホールド７１が配設されている。マニホールド７１は、例えば、ステンレスなどで構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド７１は、反応管４２を支持するために設けられているものである。なお、マニホールド７１と反応管４２との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。マニホールド７１が図示しない保持体により筺体１２に支持されることにより、反応管４２は垂直に据え付けられた状態となっている。反応管４２とマニホールド７１により、反応容器が形成されることになる。
【００１９】
処理炉４０の下方には、処理炉４０の下端開口部を気密封止するための炉口蓋体としてシールキャップ９１が設けられている。シールキャップ９１は、例えば、ステンレスなどの金属から構成されており、円盤状の形状をしている。シールキャップ９１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（図示せず）が設けられている。シールキャップ９１の下方には、ボート回転機構９２が設けられている。ボート回転機構９２の回転軸９３は、シールキャップ９１を貫通してボート３０に接続されている。これにより、ボート回転機構９２は、回転軸９３を介してボート３０を回転させることで、ボート３０に搭載されているウェハ１４を、成膜処理を行う際などにおいて、ウェハ１４の面と平行な方向に回転、つまり水平回転させるように構成されている。
【００２０】
次に、ウェハ１４を加熱する加熱部の構成について説明する。
処理炉４０は、処理炉４０内に搬入されたボート３０上のウェハ１４を、成膜処理を行う際などに加熱する被加熱体４５、及び電磁場発生部としての誘導コイル５０を備えている。主に被加熱体４５と誘導コイル５０から加熱部が構成される。誘導コイル５０は、反応管４２の周囲を巻き回すように、コイル支持柱５１に取り付けられて設けられる。被加熱体４５は、反応管４２内に配設され、誘導コイル５０により発生する電磁場で誘導加熱されるようになっており、この被加熱体４５が発熱することにより、処理室４７の内部が加熱されるように構成されている。
【００２１】
誘導コイル５０に高周波電力（例えば１０〜１００ｋＨｚ、１０〜２００ｋＷ）を印加し、被加熱体４５に渦電流を発生させ、ジュール熱により被加熱体４５を所定の温度（例えば１５００〜１８００℃）に加熱する。被加熱体４５より内側に配置されたウェハ１４、ウェハホルダ（不図示）、ボート３０は、被加熱体４５より放射される輻射熱により、被加熱体４５の温度と同等の温度に加熱される。
被加熱体４５は、誘導コイル５０により発生する誘導電流（渦電流）により誘導加熱されやすく、且つ、耐熱性に優れた材料、例えば、カーボングラファイト等の材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
【００２２】
被加熱体４５の近傍には、処理室４７内の温度を検出する温度検出体として図示しない温度センサが設けられている。上述した誘導コイル５０と温度センサは、後述する温度制御部１０２と電気的に接続されている。この温度制御部１０２は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、誘導コイル５０への通電具合を調節することで、処理室４７内の温度が所望の温度分布となるように制御するようになっている。
【００２３】
反応管４２と被加熱体４５の間には、断熱材４４が設けられている。この断熱材４４を設けることにより、被加熱体４５で発生した熱が反応管４２あるいは反応管４２の外側へ伝達することを抑制できる。断熱材４４は、例えば、誘導加熱されにくい炭素繊維（カーボンフェルト）等で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
【００２４】
また、誘導コイル５０の外側には、反応管４２内の熱が外部に伝達することを抑制するために、例えば、水冷パイプ５２等の冷却構造を有する断熱壁５３が反応管４２を囲むように設けられている。断熱壁５３は、誘導コイル５０から発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）等の材料から構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。
【００２５】
断熱壁５３の外側には、誘導コイル５０により発生した電磁場が外部に漏れ出ることを防止する遮蔽用カバー５８が設けられている。好ましくは、遮蔽用カバー５８は、誘導コイルから発生される誘導電流により誘導加熱されにくい材料、例えば、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）等の材料から構成され、上端が閉塞し下端が開口した筒状、例えば円筒形状や角筒形状に形成されている。
【００２６】
次に、ガス供給部について説明する。
図３に示すように、処理室４７内へ処理ガスを供給するための複数のガス供給ノズル６１〜６５が、処理室４７内に設けられている。ガス供給ノズル６１〜６５は、処理室４７内にガスを供給するガス供給孔を少なくとも１つ以上有するガス配管である。ガス供給ノズル６１〜６５は、例えば表面をＳｉＣコーティングされた筒状のカーボングラファイトで構成される。ガス供給ノズル６１〜６５は、図２に示すように、マニホールド７１を水平方向に貫通するようにマニホールド７１に取り付けられ、直角に屈曲されて、鉛直方向に延びている。つまり、ガス供給ノズル６１〜６５は、処理室４７内を鉛直方向（縦方向）に延伸した状態で設置される。なお、図２においては、図を簡明にするためガス供給ノズル６２のみを示すが、ガス供給ノズル６１，６３〜６５も、ガス供給ノズル６２と同様の構造である（図４参照）。
【００２７】
また、図２に示すように、ボート３０においてウェハ１４を搭載可能な鉛直方向の部分に対向する、ガス供給ノズル６２の部分には、複数のガス供給孔６２ａが、鉛直方向に並ぶように形成されている。つまり、ボート３０の縦方向のウェハ配置領域の全域に亘り、複数のガス供給孔が設けられている。ガス供給ノズル６１，６３〜６５も、ガス供給ノズル６２と同様の構造であり、それぞれ、複数のガス供給孔６１ａ，６３ａ〜６５ａが、鉛直方向に並ぶように設けられている。
【００２８】
そして、図３に示すように、ガス供給孔６１ａ〜６５ａは、それぞれ、ボート３０に搭載されたウェハ１４の面の中心方向にガスを噴出するように、ウェハ１４を向いた横穴（水平方向の穴）である。好ましくは、ガス供給孔６１ａ〜６５ａは、ボート３０に搭載されたウェハ１４とウェハ１４の間に、つまり、各ウェハ１４のＳｉＣエピタキシャル膜成長面にガスを流出させるよう、各ウェハ１４に１対１で対応するよう配置される。また、各ガス供給孔の大きさ（直径）は、各ガス供給孔から噴出するガスの流速（初速度）が等しくなるように設定されている。しかしながら、ガス供給孔のガス噴出方向や大きさは、図２や図３の例に限られるものではない。
【００２９】
図４は、本実施形態におけるガス供給部の構成図である。図４に示すように、ガス供給ノズル６１〜６５は、それぞれ、処理室４７外に設けられたガス供給管８１〜８５に接続されている。主に、ガス供給ノズル６１〜６５と、ガス供給管８１〜８５と、ガス供給管８１〜８５に設けられた後述する各ガス供給源と各ＭＦＣ（マスフローコントローラ：ガスの流量を制御する流量制御器）と各ガス配管を開閉する各バルブとを含むように、ガス供給部が構成される。
【００３０】
図４に示すように、ガス供給管８１〜８３には、それぞれ、炭素（Ｃ）原子含有ガスであるプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスと、還元ガス及びキャリアガスとして機能する水素（Ｈ２）ガスと、ドーピングガスである窒素（Ｎ２）ガスとが供給可能なように構成されている。炭素原子含有ガスは、形成されるＳｉＣエピタキシャル膜を構成する炭素を供給するためのガスである。Ｈ２ガスは、水素還元によって後述するシリコン原子含有ガスの分解を促進する還元ガスである。ドーピングガスは、形成されるＳｉＣエピタキシャル膜中に不純物（ドーパント）を混入させるためのガスであり、本実施形態では窒素原子（Ｎ）がドーパントである。
【００３１】
また、ガス供給管８４〜８５には、それぞれ、シリコン原子含有ガスであるテトラクロロシラン（四塩化珪素：ＳｉＣｌ４）ガスと、希釈ガス及びキャリアガスとして機能する不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスと、ドーピングガスであるＮ２ガスとが供給可能なように構成されている。シリコン原子含有ガスは、形成されるＳｉＣエピタキシャル膜を構成するシリコンを供給するためのガスである。ここで不活性ガスとは、ドープトＳｉＣエピタキシャル膜成長において該成長反応に影響を与えないガスであり、ＳｉＣエピタキシャル膜を構成する成分とならない原子から構成されるガスである。
【００３２】
詳しくは、図４に示すように、ガス供給管８１は、その上流側で３つのガス配管８１ａ〜８１ｃと接続されている。ガス配管８１ａは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスを、処理室４７内へ供給するための炭素原子含有ガス供給管である。ガス配管８１ａは、上流側から順に、炭素原子含有ガス供給源としてのＣ３Ｈ８ガス供給源８１ａ３と、ガス配管８１ａ内を流れるガスの流量を制御するＭＦＣ８１ａ２と、ガス配管８１ａを開閉するバルブ８１ａ１とを備えている。
【００３３】
ガス配管８１ｂは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための還元ガスを、処理室４７内へ供給するための還元ガス供給管である。ガス配管８１ｂは、上流側から順に、還元ガス及びキャリアガス供給源としての水素ガス供給源８１ｂ３と、ガス配管８１ｂ内を流れるガスの流量を制御するＭＦＣ８１ｂ２と、ガス配管８１ｂを開閉するバルブ８１ｂ１とを備えている。
【００３４】
ガス配管８１ｃは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、処理室４７内へ供給するためのドーピングガス供給管である。ガス配管８１ｃは、上流側から順に、ドーピングガス供給源としてのＮ２ガス供給源８１ｃ３と、ガス配管８１ｃ内を流れるガスの流量を制御するＭＦＣ８１ｃ２と、ガス配管８１ｃを開閉するバルブ８１ｃ１とを備えている。
【００３５】
ガス供給管８２も、ガス供給管８１と同様の構成であり、その上流側で３つのガス配管８２ａ〜８２ｃと接続されている。ガス配管８２ａは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスを、処理室４７内へ供給するための炭素原子含有ガス供給管であり、上流側から順に、Ｃ３Ｈ８ガス供給源８１ａ３と、ＭＦＣ８２ａ２と、バルブ８２ａ１とを備えている。ガス配管８２ｂは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための還元ガスを、処理室４７内へ供給するための還元ガス供給管であり、上流側から順に、水素ガス供給源８１ｂ３と、ＭＦＣ８２ｂ２と、バルブ８２ｂ１とを備えている。ガス配管８２ｃは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、処理室４７内へ供給するためのドーピングガス供給管であり、上流側から順に、Ｎ２ガス供給源８１ｃ３と、ＭＦＣ８２ｃ２と、バルブ８２ｃ１とを備えている。
【００３６】
ガス供給管８３も、ガス供給管８１と同様の構成であり、その上流側で３つのガス配管８３ａ〜８３ｃと接続されている。ガス配管８３ａは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスを、処理室４７内へ供給するための炭素原子含有ガス供給管であり、上流側から順に、Ｃ３Ｈ８ガス供給源８１ａ３と、ＭＦＣ８３ａ２と、バルブ８３ａ１とを備えている。ガス配管８３ｂは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための還元ガスを、処理室４７内へ供給するための還元ガス供給管であり、上流側から順に、水素ガス供給源８１ｂ３と、ＭＦＣ８３ｂ２と、バルブ８３ｂ１とを備えている。ガス配管８３ｃは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、処理室４７内へ供給するためのドーピングガス供給管であり、上流側から順に、Ｎ２ガス供給源８１ｃ３と、ＭＦＣ８３ｃ２と、バルブ８３ｃ１とを備えている。
【００３７】
また、ガス供給管８４は、その上流側で３つのガス配管８４ａ〜８４ｃと接続されている。ガス配管８４ａは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを、処理室４７内へ供給するためのシリコン原子含有ガス供給管であり、上流側から順に、シリコン原子含有ガス供給源としてのＳｉＣｌ４ガス供給源８４ａ３と、ＭＦＣ８４ａ２と、バルブ８４ａ１とを備えている。ガス配管８４ｂは、不活性ガスを処理室４７内へ供給するための不活性ガス供給管であり、上流側から順に、不活性ガス供給源としてのＡｒガス供給源８４ｂ３と、ＭＦＣ８４ｂ２と、バルブ８４ｂ１とを備えている。ガス配管８４ｃは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、処理室４７内へ供給するためのドーピングガス供給管であり、上流側から順に、ドーピングガス供給源としてのＮ２ガス供給源８１ｃ３と、ＭＦＣ８４ｃ２と、バルブ８４ｃ１とを備えている。
【００３８】
ガス供給管８５も、ガス供給管８４と同様の構成であり、その上流側で３つのガス配管８５ａ〜８５ｃと接続されている。ガス配管８５ａは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを、処理室４７内へ供給するためのシリコン原子含有ガス供給管であり、上流側から順に、ＳｉＣｌ４ガス供給源８４ａ３と、ＭＦＣ８５ａ２と、バルブ８５ａ１とを備えている。ガス配管８５ｂは、不活性ガスを処理室４７内へ供給するための不活性ガス供給管であり、上流側から順に、Ａｒガス供給源８４ｂ３と、ＭＦＣ８５ｂ２と、バルブ８５ｂ１とを備えている。ガス配管８５ｃは、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、処理室４７内へ供給するためのドーピングガス供給管であり、上流側から順に、Ｎ２ガス供給源８１ｃ３と、ＭＦＣ８５ｃ２と、バルブ８５ｃ１とを備えている。
【００３９】
上述した構成により、ガス供給管８１〜８５を介してガス供給ノズル６１〜６５から処理室４７内へ供給する各ガスの供給流量、濃度、分圧を制御することができる。
詳しくは、ガス供給管８１から処理室４７内へ供給するＣ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスのそれぞれの供給流量を制御することができ、ガス供給管８２から処理室４７内へ供給するＣ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスのそれぞれの供給流量を制御することができ、ガス供給管８３から処理室４７内へ供給するＣ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスのそれぞれの供給流量を制御することができる。
また、ガス供給管８４から処理室４７内へ供給するＳｉＣｌ４ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスのそれぞれの供給流量を制御することができ、ガス供給管８５から処理室４７内へ供給するＳｉＣｌ４ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスのそれぞれの供給流量を制御することができる。
【００４０】
ガス供給管８１〜８５に接続されたガス配管８１ａ〜８１ｃ，８２ａ〜８２ｃ，８３ａ〜８３ｃ，８４ａ〜８４ｃ，８５ａ〜８５ｃに設けられた各バルブおよびＭＦＣは、後述するガス流量制御部１０３と電気的に接続されており、ガス流量制御部１０３は、それぞれ供給するガスの流量が所定の流量となるように各バルブおよび各ＭＦＣを制御するように構成されている。
【００４１】
次に、各ガス供給ノズルの配置例について、図３を用いて説明する。図３の例では、ガス供給ノズル６１〜６５は、水平方向におけるウェハ１４の周囲であって、ウェハ１４の端と被加熱体４５との間の空間に、ガス供給ノズル６１，６４，６２，６５，６３の順に弧状に連続して並べられて配置されている。すなわち、Ｃ３Ｈ８ガスとＨ２ガスとＮ２ガスを供給するガス供給ノズル６２の両隣に、ＳｉＣｌ４ガスとＡｒガスとＮ２ガスを供給するガス供給ノズル６４，６５がそれぞれ配置され、さらに、ガス供給ノズル６４，６５の隣に、Ｃ３Ｈ８ガスとＨ２ガスとＮ２ガスを供給するガス供給ノズル６１，６３がそれぞれ配置されている。
【００４２】
このように、処理炉４０は、炭素原子含有ガス供給管（８１ａ等）と還元ガス供給管（８１ｂ等）とドーピングガス供給管（８１ｃ等）とが接続され、処理室４７内においてウェハ１４の端の周囲に並ぶように配置されたｎ個（ｎは３以上の奇数）の第１のガス供給ノズルと、シリコン原子含有ガス供給管（８４ａ等）と不活性ガス供給管（８４ｂ等）とドーピングガス供給管（８４ｃ等）とが接続され、処理室４７内においてウェハ１４の端の周囲に並ぶように、第１のガス供給ノズルと交互に配置された（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルと、を備えている。本実施形態においてはｎ＝３であり、第１のガス供給ノズルがガス供給ノズル６１〜６３であり、中央に位置するガス供給ノズル６２を対称軸として、その他の第１のガス供給ノズル６１及び６３は線対称に設けている。また、第２のガス供給ノズルがガス供給ノズル６４〜６５である。
【００４３】
ウェハ１４の周囲には、各ガス供給ノズルから流出するガスがウェハ１４表面上を流れるように、水平方向におけるガスの流れを整える整流体４６が、配置されることが好ましい。本実施形態では、整流体４６が、ボート３０の鉛直方向におけるウェハ配置領域に亘って、鉛直方向に延びた状態で配置されている。整流体４６は、ウェハ１４の外周の１／４以上の範囲に亘り、ウェハ１４の端に沿ってウェハ１４と近接して設けられた弧状部４６ｂと、弧状部４６ｂからウェハ１４と反対方向に垂直に突き出た鍔部４６ａとを含むように構成されている。各ガス供給ノズルから流出するガスは、整流体４６により、被加熱体４５とウェハ１４との間の空間（つまりウェハ１４の表面以外の空間）に流れることが抑制される。整流体４６は、２つ設けられており、ガス供給ノズル６２からのガス流出方向（図３の横方向）を対称軸として、線対称の形状である。
【００４４】
このように、炭素原子含有ガスを含むガスを供給するガス供給ノズルと、シリコン原子含有ガスを含むガスを供給するガス供給ノズルとを交互に配置し、ウェハ１４を回転させることにより、ガス供給ノズル６１，６２，６３から供給される炭素原子含有ガスを含むガスと、ガス供給ノズル６４，６５から供給されるシリコン原子含有ガスを含むガスが反応して形成されるＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚がウェハ１４上で均一になるように構成されている。
【００４５】
また、炭素原子含有ガスであるＣ３Ｈ８ガスとシリコン原子含有ガスであるＳｉＣｌ４ガスとを異なるガス供給ノズルから供給することにより、ガス供給ノズル６１〜６５内において、ＳｉＣ膜の堆積を抑制することができる。
【００４６】
また、シリコン原子含有ガスであるＳｉＣｌ４ガスを供給するガス供給ノズルと、Ｈ２ガスを供給するガス供給ノズルとを分けているので、ガス供給ノズル内で、水素還元によるＳｉＣｌ４ガスの分解を抑制することができ、その結果、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る。
【００４７】
なお、本実施形態では、ドーピングガスを全てのガス供給ノズル６１〜６５から処理室４７内へ供給するように構成したが、これに限られない。形成されるドープトＳｉＣエピタキシャル膜のドーピング濃度分布が所定の範囲内に収まるのであれば、ドーピングガスを、例えば、炭素原子含有ガス供給ノズル６１〜６３からのみ供給するように構成、又はシリコン原子含有ガス供給ノズル６４〜６５からのみ供給するように構成することも可能である。
【００４８】
あるいは、ドーピングガスを、ガス供給ノズル６１〜６５とは別に設けたドーピングガス供給ノズルから供給するように構成することも可能である。この場合、例えば、図３において、ガス供給ノズル６１，６４の間、ガス供給ノズル６４，６２の間、ガス供給ノズル６２，６５の間、ガス供給ノズル６５，６３の間に、それぞれ、ガス供給ノズル６１と同じ構造のドーピングガス供給ノズルを設けるように構成する。ドーピングガス供給ノズルは、例えば図４に示すガス配管８１ｃに接続される。
とはいえ、ドーピングガス供給ノズルを用いず、ドーピングガスをガス供給ノズル６１〜６５からのみ処理室４７内へ供給することが好ましく、このように構成すると、ガス供給ノズル数を低減できるとともに、形成されるドープトＳｉＣエピタキシャル膜のドーピング濃度を適切な値に制御することが容易となる。
【００４９】
次に、排気部について説明する。
図２に示すように、マニホールド７１には、例えばステンレス製の排気管７２が、マニホールド７１を水平方向に貫通するように設けられている。排気管７２は、縦切断面が略円形であり、上面視においてガス供給ノズル６１〜６５に対して対向面に位置するように配置されている。排気管７２には、排気の上流から順に、圧力検出器（不図示）と、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ７３と、真空ポンプなどから構成される真空排気装置７４とが接続されている。主に、排気管７２と圧力検出器とＡＰＣバルブ７３とから、排気部が構成される。なお、必要に応じて真空排気装置７４を排気部に加えてもよい。
圧力検出器及びＡＰＣバルブ７３は、後述する圧力制御部１０４に電気的に接続されており、圧力制御部１０４は、圧力検出器により検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ７３の開度を調整することにより、処理室４７内の圧力が所定のタイミングにて所定の圧力になるよう制御する。
【００５０】
＜制御部の構成＞
次に、本実施形態における基板処理装置の制御部の構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態における基板処理装置を制御する制御部（コントローラ）の構成を示すブロック図である。図５に示すように、制御部１００は、主制御部１０１、温度制御部１０２、ガス流量制御部１０３、圧力制御部１０４、および、駆動制御部１０５を備えている。主制御部１０１は、温度制御部１０２、ガス流量制御部１０３、圧力制御部１０４、および、駆動制御部１０５と電気的に接続されており、温度制御部１０２、ガス流量制御部１０３、圧力制御部１０４、および、駆動制御部１０５を制御するように構成されている。さらに主制御部１０１は、図示しない操作部を備えており、操作員からの各種指示を受け付ける。
【００５１】
温度制御部１０２は、例えば、誘導コイル５０や図示しない温度センサと電気的に接続されている。温度制御部１０２は、温度センサによって検出された温度情報に基づき、誘導コイル５０への通電具合を調節することで、処理室４７内の温度が所定のタイミングで所定の温度分布となるように制御する。
【００５２】
ガス流量制御部１０３は、例えば、図４に示す各ガス配管の各バルブおよび各ＭＦＣと電気的に接続されている。ガス流量制御部１０３は、各ガス配管に供給するガスの流量が所定のタイミングで所定の流量となるように各バルブおよび各ＭＦＣを制御する。
【００５３】
圧力制御部１０４は、例えば、圧力センサおよびＡＰＣバルブ７３と電気的に接続されている。圧力制御部１０４は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ＡＰＣバルブ７３の開閉度を調節し、処理室４７内の圧力が所定のタイミングで所定圧力となるように制御する。
【００５４】
駆動制御部１０５は、例えば、ボート回転機構９２およびボート昇降機構を動作させる昇降モータと電気的に接続されている。駆動制御部１０５は、ボート回転機構９２や昇降モータが所定の動作を行うように制御する。
【００５５】
＜基板面内の分布調整＞
次に、本実施形態において基板上に均一なＳｉＣエピタキシャル膜を成膜するためのガス流量の設定方法について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態における面内分布調整ツール図である。この面内分布調整ツール図は、次のように導き出したものである。すなわち、図２及び図３に示すようにガス供給ノズル６１〜６５を構成し、さらに、炭素原子含有ガスを供給する炭素原子含有ガス供給ノズル６１〜６３のうち、外側のガス供給ノズル６１，６３内の各ガスの流量を同流量とする。また、ガス供給ノズル６１〜６５内のドーピングガス（Ｎ２ガス）を互いに同流量とする。そして、この条件下において、中央のガス供給ノズル６２内の炭素原子含有ガス（Ｃ３Ｈ８ガス）の流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内の炭素原子含有ガス（Ｃ３Ｈ８ガス）の流量に対する比率と、中央のガス供給ノズル６２内の還元ガス（Ｈ２ガス）の流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内の還元ガス（Ｈ２ガス）の流量に対する比率とを変化させ、該変化させた場合における、ウェハ１４面内の膜厚の凸度とドーパント濃度（本実施形態ではＮ濃度）の凸度とを、実験結果及びシミュレーションにより導き出したものである。
【００５６】
図６において、横軸は、Ｈ供給比、つまり、中央のガス供給ノズル６２内のＨ２ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＨ２ガス流量に対する比率である。縦軸は、Ｃ供給比、つまり、中央のガス供給ノズル６２内のＣ３Ｈ８ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＣ３Ｈ８ガス流量に対する比率である。
図６において右下方向に伸びる線（Ｔｘ）は、面内膜厚凸度が一定の線であり、右上方向に動くように、Ｈ２ガス流量とＣ３Ｈ８ガス流量の少なくとも一方を調整することで、膜厚分布を凸方向に調整できる。例えば、Ｔｘ０．９は、面内膜厚凸度が９０％の線である。各線の間隔は５％の凸度の差を示している。Ｔｘの数値が大きいほど、ウェハ１４の中央部の膜厚が周縁部に比べ厚いことを示す。
また、図６において右上方向に伸びる線（Ｎｄ）は、面内Ｎ濃度凸度が一定の線を示し、右下方向に動くように、Ｈ２ガス流量とＣ３Ｈ８ガス流量の少なくとも一方を調整することで、Ｎ濃度分布を凸方向へ調整できる。例えば、Ｎｄ０．６は、面内Ｎ濃度凸度が６０％の線である。各線の間隔は２０％の凸度の差を示している。Ｎｄの数値が大きいほど、ウェハ１４の中央部のＮ濃度が周縁部に比べ高いことを示す。
【００５７】
ここで、凸度とは、膜厚及びＮ濃度の面内分布の測定点の内、ウェハ１４の中央１点とウェハ１４の最外周８点の平均値との比率(中央/外周)である。最外周８点は、ウェハ１４の最外周において、間隔が互いに均等になるような点である。つまり、膜厚凸度とは、ウェハ１４の中央の膜厚測定値の、ウェハ１４の最外周８点における膜厚測定値の平均値に対する比率であり、Ｎ濃度凸度とは、ウェハ１４の中央のＮ濃度測定値の、ウェハ１４の最外周８点におけるＮ濃度測定値の平均値に対する比率である。凸度が１００％の場合は、ウェハ１４の中央と外周が同じ膜厚やＮ濃度であることを示し、１００％未満の場合は、膜厚やＮ濃度の分布が凹状であることを示し、１００％より大きい場合は、膜厚やＮ濃度の分布が凸状であることを示す。
【００５８】
図６から、中央のガス供給ノズル６２内のＨ２ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＨ２ガス流量に対する比率を大きくするほど、Ｎ濃度凸度とともに膜厚凸度が大きくなることが分かる。Ｎ濃度凸度と膜厚凸度が大きくなる理由は、ウェハ１４の中央部のＨ２ガス流量がウェハ１４の外周部のＨ２ガス流量よりも大きくなると、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長ガス（ＳｉＣｌ４ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス）の押し込み量が多くなり、より多くの成長ガスがウェハ１４の中央部まで届くようになるためと考えられる。
【００５９】
また、図６から、中央のガス供給ノズル６２内のＣ３Ｈ８ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＣ３Ｈ８ガス流量に対する比率を大きくするほど、膜厚凸度は大きくなるが、Ｎ濃度凸度が小さくなることが分かる。膜厚凸度が大きくなる理由は、ウェハ１４の中央部におけるＣ３Ｈ８ガスが多くなるためと考えられる。Ｎ濃度凸度が小さくなる理由は、ウェハ１４の中央部でＣリッチになるためと考えられる。ＣリッチになるとＮ濃度が下がることは、実験結果や文献からも分かっている。
【００６０】
ここで、ＣリッチになるとＮ濃度が下がる理由は、次のとおりである。
ＳｉＣエピタキシャルプロセスでは、ＳｉＣエピタキシャル膜の電気抵抗率を制御するため、ｎ型であればＮ（窒素）原子を含むガス(Ｎ２等)、ｐ型であればＡｌ（アルミニウム）を含むガス(ＴＭＡトリメチルアルミニウム等)を原料ガスに添加し、ＳｉＣエピタキシャル膜中にＮやＡｌを不純物として取り込ませる。膜の電気抵抗率は、例えばｎ型であれば膜中のＮ濃度に依存する。
不純物原子がＳｉＣ結晶に取り込まれるとき、不純物原子は、ＳｉＣ表面におけるＣ原子サイトかＳｉ原子サイトのどちらかに取り込まれることが一般的に知られており、Ｎ原子の場合は、ＳｉＣ表面サイトに吸着しＳｉＣ結晶に取り込まれようとするＣ原子と置き換わることで、Ｎ原子が膜中に取り込まれ、ｎ型のＳｉＣエピタキシャル膜が得られる。Ａｌ原子の場合は、ＳｉＣ表面サイトに吸着しＳｉＣ結晶に取り込まれようとするＳｉ原子と置き換わることで、Ａｌ原子が膜中に取り込まれ、ｐ型のＳｉＣエピタキシャル膜が得られる。これをサイトコンペティション技術と云う。
【００６１】
ここで例えば、ｎ型のドーピングを行う時、ウェハ表面に接する成膜寄与ガス中のＣ原料濃度分布とＳｉ原料濃度分布の比Ｃ/Ｓｉに面内偏差がある場合、Ｃ/Ｓｉ値の大きな（相対的にＣ原料濃度の高い）場所では、相対的に気相中のＮ原料（Ｎ２や原子状Ｎ）濃度が低くなるため、ＳｉＣ表面サイトにおいてＮ原子吸着種がＣ原子吸着種と置き換わる確率が低くなり、膜中に取り込まれるＮ原子の数が少なくなる。気相中のＣ原料濃度の低い場所ではその逆となる。ｐ型のＡｌ原子の取り込みの場合は、Ｎ原子の場合と逆の傾向となる。
以上のことから、ウェハ面内において膜中Ｎ濃度を均一にするためには、Ｃ原料ガスとＳｉ原料ガスの比率（Ｃ/Ｓｉ）を、ウェハ面内のどの位置においても一定とする工夫が必要となる。
【００６２】
基板面内の分布調整例を説明する。
中央のガス供給ノズル６２内のＨ２ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＨ２ガス流量に対する比率を１．０９とし、中央のガス供給ノズル６２内のＣ３Ｈ８ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＣ３Ｈ８ガス流量に対する比率を２．００とした場合、ウェハ面内における膜厚分布とＮ濃度分布がともに凹分布（膜厚凸度が９３％、Ｎ濃度凸度が８４％）となり、面内均一性（σ／ｍｅａｎ）については、膜厚均一性が３．９１％、Ｎ濃度均一性が１１．２６％と、思わしくない結果であった。σは標準偏差、ｍｅａｎは算術平均である。
しかし、中央のガス供給ノズル６２内のＨ２ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＨ２ガス流量に対する比率を１．１２と大きくし（１．０９→１．１２）、中央のガス供給ノズル６２内のＣ３Ｈ８ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＣ３Ｈ８ガス流量に対する比率を１．９５と小さくした（２．００→１．９５）場合、ウェハ面内における膜厚凸度が９８％に上昇し、Ｎ濃度凸度が９７％に上昇して改善され、面内均一性（σ／ｍｅａｎ）については、膜厚均一性が１．９４％、Ｎ濃度均一性が６．４５％と、共に改善された。
【００６３】
以上説明したように、第１のガス供給ノズル６１〜６３のうち中央のガス供給ノズル６２内の炭素原子含有ガスの流量の、端のガス供給ノズル６１，６３内の炭素原子含有ガスの流量に対する比率を小さくすると、ウェハ１４上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度が小さくなり、ドーパント濃度凸度が大きくなる。また、第１のガス供給ノズル６１〜６３のうち中央のガス供給ノズル６２内の還元ガスの流量の、端のガス供給ノズル６１，６３内の還元ガスの流量に対する比率を大きくすると、ウェハ１４上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度及びドーパント濃度凸度が大きくなる。
【００６４】
＜ＳｉＣエピタキシャル膜形成方法＞
次に、上述したように構成された基板処理装置１０を用いて、ＳｉＣで構成されるウェハ１４等の基板表面に、不純物を含むドープトＳｉＣエピタキシャル膜を成長させて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、基板処理装置１０を構成する各部の動作は、制御部１００により制御される。
まず、ポッドステージ１８に複数枚のウェハ１４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０により、ポッド１６をポッドステージ１８からポッド収容棚２２へ搬送し、ポッド収容棚２２にストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド収容棚２２にストックされたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送してセットし、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ェハ１４の枚数を検知する。
【００６５】
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からウェハ１４を取り出し、ボート３０に移載、詳しくはボート３０上のウェハホルダに移載する。
複数枚のウェハ１４がボート３０に搭載されると、複数枚のウェハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ（不図示）による上昇動作により処理室４７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９１はＯリングを介してマニホールド７１の下端をシールした状態となる。
【００６６】
処理室４７内に不活性ガス（例えばＡｒガス）を、不活性ガス供給源８４ｂ３から導入しながら、処理室４７内が所定の真空度つまり圧力（例えば１０００〜２０００Ｐａ）となるように、処理室４７内が真空排気装置７４によって真空排気される。このとき、処理室４７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、処理室４７内が所定の圧力となるように、ＡＰＣバルブ７３がフィードバック制御される。
【００６７】
また、誘導コイル５０に高周波電力（例えば１０〜１００ｋＨｚ、１０〜２００ｋＷ）を印加し、被加熱体４５を所定の温度（例えば１５００〜１８００℃）に加熱するとともに、処理室４７内のウェハ１４を、被加熱体４５の温度と同等温度に加熱する。このとき、処理室４７内が所定の温度分布となるように、温度センサが検出した温度情報に基づき、誘導コイル５０への通電量がフィードバック制御される。
また、ボート回転機構９２により、ボート３０が所定の回転速度で回転されることで、ウェハ１４が所定の回転速度で周方向に水平回転される。
【００６８】
処理室４７内が所定の圧力、所定の温度分布となり、ボート３０が所定の回転速度に達した状態で、処理温度（例えば１５００〜１８００℃）に維持されたウェハ１４に対して、ガス供給ノズル６１〜６５より、シリコン系原料ガスとカーボン系原料ガスを供給しつつ、ＡＰＣバルブ７３にて処理室４７内を所望の圧力（例えば１０００〜２０００Ｐａ）に制御しながらドープトＳｉＣエピタキシャル成膜処理を行う。成膜処理中は、ウェハ面内の膜厚、ドーピング濃度均一性を確保するため、ボート回転機構９２によりボート３０が回転される。
【００６９】
詳しくは、ドープトＳｉＣエピタキシャル成長反応に寄与する炭素原子含有ガス（Ｃ３Ｈ８ガス）と還元ガス（Ｈ２ガス）とドーピングガス（Ｎ２ガス）が、それぞれ、炭素原子含有ガス供給源８１ａ３、水素ガス供給源８１ｂ３、ドーピングガス供給源８１ｃ３からガス供給管８１〜８３に供給され、ガス供給ノズル６１〜６３のガス供給孔より処理室４７内に供給される。
【００７０】
また、ドープトＳｉＣエピタキシャル成長反応に寄与するシリコン原子含有ガス（ＳｉＣｌ４ガス）とドーピングガス（Ｎ２ガス）と不活性ガスであるキャリアガス（Ａｒガス）が、それぞれ、シリコン原子含有ガス供給源８４ａ３、ドーピングガス供給源８１ｃ３、不活性ガス供給源８４ｂ３からガス供給管８４〜８５に供給され、ガス供給ノズル６４〜６５のガス供給孔より処理室４７内に供給される。
【００７１】
このとき、両端（外側）のガス供給ノズル６１，６３から処理室４７内に噴出されるＣ３Ｈ８ガスとＨ２ガスとＮ２ガスの流量を、それぞれ互いに同量に設定する。また、膜厚凸度とＮ濃度凸度が所定の範囲内となるように、図６を参照しつつ、中央のガス供給ノズル６２から処理室４７内に噴出されるＣ３Ｈ８ガスとＨ２ガスの流量を、それぞれ両端のガス供給ノズル６１，６３から処理室４７内に噴出される流量よりも大きくなるよう設定する。なお、ガス供給ノズル６１〜６３から処理室４７内に噴出されるＣ３Ｈ８ガスとＨ２ガスの総流量は一定に維持する。
【００７２】
このとき、処理室４７内に噴出される各ガスは、それぞれ所定のタイミングで所定の流量となるように、各ガスに対応するＭＦＣの開度が調整された後、各ガスに対応するバルブが開かれ、処理室４７内に供給される。処理室４７内に供給されたガスは、ＳｉＣで構成されるウェハ１４と接触し、ウェハ１４の表面上にドープトＳｉＣエピタキシャル膜が形成される。その後、処理室４７内に供給されたガスは、ガス排気管７２を通り排気される。
【００７３】
例えば、成膜処理時において、Ｃ３Ｈ８ガスが計７５ｓｃｃｍ、Ｈ２ガスが計２３０ｓｌｍ、ＳｉＣｌ４ガスが計２５０ｓｃｃｍ、Ａｒガスが計１７ｓｌｍ、Ｎ２ガスが計１００ｓｃｃｍ、各ガス供給ノズル６１〜６５から処理室４７内に供給される。ＳｉＣｌ４ガスとＡｒガスは、ガス供給ノズル６４，６５内の流量がそれぞれ同量に設定され、Ｎ２ガスは、ガス供給ノズル６１〜６５内の流量が同量に設定される。そして、膜厚分布とＮ濃度分布の面内均一性を向上させるため、図６を参照して、例えば、中央のガス供給ノズル６２内のＨ２ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＨ２ガス流量に対する比率を１．１２とし、中央のガス供給ノズル６２内のＣ３Ｈ８ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＣ３Ｈ８ガス流量に対する比率を１．９５とする。この場合、中央のガス供給ノズル６２内のＨ２ガスの流量は約８２．６ｓｌｍとなり、端のガス供給ノズル６１，６３内のＨ２ガスの流量は、それぞれ約７３．７ｓｌｍとなる。また、中央のガス供給ノズル６２内のＣ３Ｈ８ガスの流量は約３７．０ｓｃｃｍとなり、端のガス供給ノズル６１，６３内のＣ３Ｈ８ガスの流量は、それぞれ約１９．０ｓｃｃｍとなる。
【００７４】
予め設定された処理時間が経過すると、上述のガスの供給が停止され、ドープトＳｉＣエピタキシャル膜成長は停止される。その後、不活性ガス供給源８４ｂ３から処理室４７内に不活性ガス（例えばＡｒガス）が供給され、処理室４７内が不活性ガスで置換されると共に、処理室４７内の圧力が常圧に復帰される。
【００７５】
その後、シールキャップ９１が下降されて、マニホールド７１の下端が開口されると共に、処理済ウェハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド７１の下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３０に支持された全てのウェハ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のウェハ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からウェハ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、ウェハ１４が収容されたポッド１６をポッド収容棚２２、またはポッドステージ１８に搬送する。このようにして基板処理装置１０の一連の基板処理動作が完了する。
【００７６】
以上により、ボート３０に縦方向に積層された複数のウェハ１４にドープトＳｉＣエピタキシャル膜が形成される。形成されたドープトＳｉＣエピタキシャル膜の面内膜厚分布や面内ドーパント濃度分布が不均一となり所定の範囲外であった場合は、中央のガス供給ノズル６２内のＨ２ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＨ２ガス流量に対する比率や、中央のガス供給ノズル６２内のＣ３Ｈ８ガス流量の、外側のガス供給ノズル６１，６３内のＣ３Ｈ８ガス流量に対する比率を修正する。このようにして、ＳｉＣエピタキシャル成長膜の面内膜厚分布及び面内ドーパント濃度分布を適切に制御することができる。
【００７７】
なお、上述のＳｉＣエピタキシャル膜形成方法において、ｎが５以上の場合であっても、中央のガス供給ノズルから処理室４７内に噴出されるＣ３Ｈ８ガスとＨ２ガスの流量を、それぞれ両端のガス供給ノズルから処理室４７内に噴出される流量よりも大きくなるよう設定することにより、ｎが３の場合と同様の効果を得ることが可能である。このとき、中央のガス供給ノズルと両端のガス供給ノズルとの間に位置する中間のガス供給ノズルから噴出されるＣ３Ｈ８ガスとＨ２ガスの流量は、それぞれ、中央のガス供給ノズルから噴出される流量と、両端のガス供給ノズルから噴出される流量の中間値とすることが好ましい。
【００７８】
＜本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、少なくとも次の効果を得ることができる。
（ａ）炭素原子含有ガスと還元ガスを供給するｎ個（ｎは３以上の奇数）の第１のガス供給ノズルと、シリコン原子含有ガスを供給する（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルとを交互に配置するようにしたので、第１及び第２のガス供給ノズルから供給されるガスの混合を促進することができる。
（ｂ）上記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズル内の炭素原子含有ガスと還元ガスの流量が、それぞれ、上記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズル内の炭素原子含有ガスと還元ガスの流量よりも大きくなるようにしたので、形成されるドープトＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚凸度とドーピング濃度凸度とを適切な値に制御することができる。
（ｃ）上記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズル内の炭素原子含有ガスの流量の、端のガス供給ノズル内の炭素原子含有ガスの流量に対する比率を小さくすると、ウェハ１４上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度を小さくし、ドーパント濃度凸度を大きくすることができる。また、上記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズル内の還元ガスの流量の、端のガス供給ノズル内の還元ガスの流量に対する比率を大きくすると、ウェハ１４上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度及びドーパント濃度凸度を大きくすることができる。
（ｄ）上記第１及び第２のガス供給ノズルの両方からドーピングガスを供給するように構成したので、形成されるドープトＳｉＣエピタキシャル膜のドーピング濃度を適切な値に制御することが容易となる。
（ｅ）上記第１のガス供給ノズルのうち両端のガス供給ノズル内の炭素原子含有ガスと還元ガスの流量が、互いに同量であるように構成したので、形成されるドープトＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚凸度とドーピング濃度凸度とを適切な値に制御することが容易となる。
（ｆ）上記第１のガス供給ノズルが３個であり、上記第２のガス供給ノズルが２個であるように構成した場合は、より多数のガス供給ノズルを使用する場合に比べ、装置構成を簡素化することができる。
（ｇ）上記第１及び第２のガス供給ノズルから流出するガスが基板表面上を流れるように整流する整流体が配置されるように構成した場合は、第１及び第２のガス供給ノズルから供給されるガスの量を節約できるとともに、第１及び第２のガス供給ノズルから供給されるガスの混合をさらに促進することができる。
【００７９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００８０】
前記実施形態では、ＳｉＣエピタキシャル反応に使用可能な炭素原子含有ガスとしてＣ３Ｈ８ガスを用いたが、これに限らず、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスや、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等を用いることもできる。また、ＳｉＣエピタキシャル反応に使用可能なシリコン原子含有ガスとしてＳｉＣｌ４ガスを用いたが、これに限らず、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガスや、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスや、シラン（ＳｉＨ４）ガス等を用いることもできる。
【００８１】
また、前記実施形態では、還元ガスとしてＨ２ガスを用いたが、これに限らず、還元作用のある他のＨ（水素）原子含有ガスを用いてもよい。また、キャリアガスとして、ＳｉＣエピタキシャル反応に不活性であるＡｒガスを用いたが、これに限らず、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ｋｒ（クリプトン）ガス、Ｘｅ（キセノン）ガス等の希ガスのうち少なくとも１つを用いてもよいし、上記した希ガスを組合せた混合ガスを用いてもよい。
【００８２】
また、前記実施形態では、ｎ型ドーパントとして窒素（Ｎ）を用い、ドーピングガスとしてＮ２ガスを用いたが、これに限られず、ドーピングガスとしてＮＨ３ガスを用いる構成とすることもできる。また、ｐ型ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を用い、ドーピングガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガス等を用いるｐ型ＳｉＣエピタキシャル成膜にも適用可能である。
【００８３】
また、前記実施形態では、炭素原子含有ガス供給ノズル６１〜６３とシリコン原子含有ガス供給ノズル６４〜６５の計５本のガス供給ノズルを用いたが、これに限られず、例えば、炭素原子含有ガス供給ノズル６１，６３の外側に、それぞれ、シリコン原子含有ガス供給ノズル６４と同構造のシリコン原子含有ガス供給ノズル６６，６７を配置し、さらに、シリコン原子含有ガス供給ノズル６６，６７の外側に、それぞれ、炭素原子含有ガス供給ノズル６１と同構造の炭素原子含有ガス供給ノズル６８，６９を配置するように構成することも可能である。
【００８４】
また、前記実施形態では、反応管内に配置された被加熱体により基板を加熱したが、これに限られず、反応管外に配置された加熱部により基板を加熱することも可能である。
【００８５】
また、前記実施形態では、バッチ式縦型成膜装置を例に説明したが、本発明はこれに限られず、枚葉式成膜装置にも適用可能である。
【００８６】
また、前記実施形態では、ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理について説明したが、本発明はこれに限られず、ドーパントを含まない炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理にも適用可能である。ドーパントを含まない場合も、第１及び第２のガス供給ノズルから供給されるガスの混合を促進することができ、形成されるＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚凸度を適切な値に制御できる等の効果を奏する。この場合は、図４においてドーピングガス供給源８１ｃ３を含むドーピングガス供給系は不要となる。
【００８７】
本発明には、少なくとも次の態様が含まれる。
＜付記１＞
基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理が行われる処理室と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を加熱する加熱部と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を回転させる回転機構と、
前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスと還元ガスとを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように配置された、ｎ個（ｎは３以上の奇数）の第１のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルとは別に設けられた、前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように前記第１のガス供給ノズルと交互に配置された、（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルと、
前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを、前記処理室内へ供給するためのドーピングガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量が、それぞれ、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量よりも大きくなるよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
【００８８】
なお、付記１の基板処理装置において、前記ドーピングガス供給ノズルは、前記第１のガス供給ノズルであってもよいし、前記第２のガス供給ノズルであってもよいし、前記第１及び第２のガス供給ノズルの両方であってもよいし、前記第１及び第２のガス供給ノズルとは別のガス供給ノズルであってもよい。換言すると、ドーピングガスを、前記第１のガス供給ノズル、又は前記第２のガス供給ノズル、若しくは前記第１及び第２のガス供給ノズルの両方、あるいは前記第１及び第２のガス供給ノズルとは別のガス供給ノズルから処理室内へ供給してもよい。
【００８９】
＜付記２＞
付記１の基板処理装置であって、
前記制御部が、前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスの流量の、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスの流量に対する比率を小さくすると、前記基板上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度が小さくなるとともにドーパント濃度凸度が大きくなり、前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記還元ガスの流量の、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記還元ガスの流量に対する比率を大きくすると、前記基板上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度及びドーパント濃度凸度が大きくなる基板処理装置。
【００９０】
＜付記３＞
付記１〜付記２のいずれかの基板処理装置であって、
前記ドーピングガス供給ノズルが、前記第１及び第２のガス供給ノズルである基板処理装置。
【００９１】
＜付記４＞
付記１〜付記３のいずれかの基板処理装置であって、
前記第１のガス供給ノズルのうち両端のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量は、互いに同量である基板処理装置。
【００９２】
＜付記５＞
付記１〜付記４のいずれかの基板処理装置であって、
前記第１のガス供給ノズルが３個であり、前記第２のガス供給ノズルが２個である基板処理装置。
【００９３】
＜付記６＞
付記１〜付記５のいずれかの基板処理装置であって、
前記炭素原子含有ガスがＣ３Ｈ８ガスであり、前記還元ガスがＨ２ガスであり、前記シリコン原子含有ガスがＳｉＣｌ４ガスであり、前記ドーピングガスがＮ２ガスである基板処理装置。
【００９４】
＜付記７＞
付記１〜付記６のいずれかの基板処理装置であって、
前記処理室内において前記成膜処理される前記基板の周囲には、前記第１及び第２のガス供給ノズルから流出するガスが前記基板表面上を流れるようにする整流体が配置されている基板処理装置。
【００９５】
＜付記８＞
付記１〜付記７のいずれかの基板処理装置であって、
前記処理室は、縦方向に所定の間隔で多段に配置された水平姿勢の複数の基板に対して成膜処理が行われる基板処理装置。
【００９６】
＜付記９＞
基板上に炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理が行われる処理室と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を加熱する加熱部と、
前記成膜処理を行う際に前記基板を回転させる回転機構と、
前記炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスと還元ガスとを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように配置された、ｎ個（ｎは３以上の奇数）の第１のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルとは別に設けられた、前記炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを前記処理室内へ供給するガス供給ノズルであって、前記処理室内において前記基板の端の周囲に並ぶように前記第１のガス供給ノズルと交互に配置された、（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルと、
前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量が、それぞれ、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量よりも大きくなるよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
【００９７】
＜付記１０＞
基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理が行われる処理室内において、前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスと還元ガスとを供給する第１のガス供給ノズルが、前記基板の端の周囲に並ぶようにｎ個（ｎは３以上の奇数）配置され、前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを供給する（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルが、前記第１のガス供給ノズルと交互に配置された基板処理装置における基板処理方法であって、
前記処理室内へ基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内へ搬入した基板を加熱する加熱工程と、
前記処理室内へ搬入した基板を水平回転させる回転工程と、
前記第１及び第２のガス供給ノズルから前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスと前記シリコン原子含有ガスとを供給し、前記第１のガス供給ノズル又は第２のガス供給ノズル若しくは前記第１及び第２のガス供給ノズル以外の第３のガス供給ノズルのうち少なくともいずれかのガス供給ノズルから前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを供給し、前記加熱工程により加熱され前記回転工程により回転中の基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する処理工程と、
前記処理工程で成膜処理した基板を、前記処理室内から搬出する搬出工程と、を備え、
前記処理工程において、前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量を、それぞれ、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量より大きくする基板処理方法。
【００９８】
＜付記１１＞
基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の成膜処理が行われる処理室内において、前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭素原子含有ガスと還元ガスとを供給する第１のガス供給ノズルが、前記基板の端の周囲に並ぶようにｎ個（ｎは３以上の奇数）配置され、前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのシリコン原子含有ガスを供給する（ｎ−１）個の第２のガス供給ノズルが、前記第１のガス供給ノズルと交互に配置さ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、
前記処理室内へ基板を搬入する搬入工程と、
前記処理室内へ搬入した基板を加熱する加熱工程と、
前記処理室内へ搬入した基板を水平回転させる回転工程と、
前記第１及び第２のガス供給ノズルから前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスと前記シリコン原子含有ガスとを供給し、前記第１のガス供給ノズル又は第２のガス供給ノズル若しくは前記第１及び第２のガス供給ノズル以外の第３のガス供給ノズルのうち少なくともいずれかのガス供給ノズルから前記ドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するためのドーピングガスを供給し、前記加熱工程により加熱され前記回転工程により回転中の基板上にドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する処理工程と、
前記処理工程で成膜処理した基板を、前記処理室内から搬出する搬出工程と、を備え、
前記処理工程において、前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量を、それぞれ、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記炭素原子含有ガスと前記還元ガスの流量より大きくする半導体装置の製造方法。
【００９９】
＜付記１２＞
付記１０の半導体装置の製造方法であって、
前記処理工程において、前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズル内の前記炭素原子含有ガスの流量の、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズル内の前記炭素原子含有ガスの流量に対する比率を小さくすると、前記基板上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度が小さくなるとともにドーパント濃度凸度が大きくなり、前記第１のガス供給ノズルのうち中央のガス供給ノズル内の前記還元ガスの流量の、前記第１のガス供給ノズルのうち端のガス供給ノズルの前記還元ガスの流量に対する比率を大きくすると、前記基板上に成膜されるドープト炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚凸度及びドーパント濃度凸度が大きくなる半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１００】
１０…基板処理装置、１２…筐体、１４…ウェハ、１６…ポッド、１８…ポッドステージ、２０…ポッド搬送装置、２２…ポッド収容棚、２４…ポッドオープナ、２６…基板枚数検知器、２８…基板移載機、３０…ボート、３４…ボート断熱部、４０…処理炉、４２…反応管、４４…断熱材、４５…被加熱体、４６…整流体、４６ａ…鍔部、４６ｂ…弧状部、４７…処理室、５０…誘導コイル、５１…コイル支持柱、５２…水冷パイプ、５３…断熱壁、５８…遮蔽用カバー、６１〜６５…ガス供給ノズル、６１ａ〜６５ａ…ガス供給孔、７１…マニホールド、７２…排気管、７３…ＡＰＣバルブ、７４…真空排気装置、８１〜８５…ガス供給管、８１ａ〜８１ｃ，８２ａ〜８２ｃ，８３ａ〜８３ｃ，８４ａ〜８４ｃ，８５ａ〜８５ｃ…ガス配管、８１ａ１，８１ｂ１，８１ｃ１，８２ａ１，８２ｂ１，８２ｃ１，８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１，８４ａ１，８４ｂ１，８４ｃ１，８５ａ１，８５ｂ１，８５ｃ１…バルブ、８１ａ２，８１ｂ２，８１ｃ２，８２ａ２，８２ｂ２，８２ｃ２，８３ａ２，８３ｂ２，８３ｃ２，８４ａ２，８４ｂ２，８４ｃ２，８５ａ２，８５ｂ２，８５ｃ２…ＭＦＣ（流量制御器）、８１ａ３…炭素原子含有ガス供給源、８１ｂ３…水素ガス（還元ガス）供給源、８１ｃ３…ドーピングガス供給源、８４ａ３…シリコン原子含有ガス供給源、８４ｂ３…不活性ガス供給源、９１…シールキャップ、９２…ボート回転機構、９３…回転軸、１００…制御部、１０１…主制御部、１０２…温度制御部、１０３…ガス流量制御部、１０４…圧力制御部、１０５…駆動制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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