(57)【要約】【課題】半導体基板のバッチ処理において基板表面の面間均一性を確保する。【解決手段】反応空間を形成する主に石英からなる反応管４２と、ウエハホルダ１５によって保持された半導体ウエハ１４を処理温度に加熱するための誘導コイルと、前記誘導コイルによって発生する渦電流により発熱し、かつカーボングラファイトからなる円筒状の被加熱体と、処理温度に加熱された前記被加熱体から放射されるふく射熱により反応管４２の温度が上昇するのを防止する断熱材５４とが設けられた縦型ＳｉＣ成膜装置において、供給ノズル６２ａのボート３０の天板３０ａより上部の位置に配置された孔６２ｃから処理ガス６０を噴出させることにより、ボート３０の天板３０ａより上部の位置にも積極的な処理ガス６０の流れを形成する。【選択図】図３
2013153110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で複数の半導体基板に対して処理が行われる反応容器と、
前記反応容器内に配置され、前記複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段に保持可能な基板保持具と、
前記反応容器内に設けられ、前記基板保持具により多段に保持された前記複数の半導体基板に対応するように形成された複数の第１孔、及び前記基板保持具の天板より上部の位置に配置される第２孔を有するノズルと、
を有し、
前記半導体基板の処理時に、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板のそれぞれへの処理ガスの供給を行い、前記第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部への前記処理ガスの供給を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
（ａ）反応容器の内部において、基板保持具によって複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段で保持する工程と、
（ｂ）前記反応容器内に設けられたノズルが有する複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて処理ガスを供給して前記複数の半導体基板を処理する工程と、
を有し、
前記（ｂ）工程において、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて前記処理ガスを供給する際に、前記基板保持具の天板より上部の位置に配置された前記ノズルの第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部に前記処理ガスを供給することを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
（ａ）反応容器の内部において、基板保持具によって複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段で保持する工程と、
（ｂ）前記反応容器内に設けられたノズルが有する複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて処理ガスを供給して前記複数の半導体基板を処理する工程と、
を有し、
前記（ｂ）工程において、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて前記処理ガスを供給する際に、前記基板保持具の天板より上部の位置に配置された前記ノズルの第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部に前記処理ガスを供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理技術及び半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体基板の成膜処理に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応管内で複数枚の基板に処理を行う基板処理装置において、反応管上部から水素ガスや酸素ガスを供給することなく、ボートの側方のみから水素ガスと酸素ガスを供給する場合に、水素ガスノズルに設けられた複数のガス噴出孔のうち、最上部に位置するガス噴出孔の孔径が最も大きくなるように構成された技術が、例えば、特許文献１（特開２０１１−７１４１２号公報）に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭化珪素（ＳｉＣ、シリコンカーバイド）は珪素（Ｓｉ、シリコン）に比べてエネルギーのバンドギャップが大きいことや、絶縁耐圧が高いことから、特にパワーデバイス用素子材料として注目されている。
【０００５】
一方でＳｉＣは、融点がＳｉに比べて高いこと、常圧下での液相を持たないこと、不純物拡散係数が小さいことなどから、Ｓｉに比べて基板やデバイスの形成が難しいことが知られている。例えばＳｉＣエピタキシャル成長装置は、Ｓｉのエピタキシャル成長温度が９００℃〜１２００℃であるのに対して、ＳｉＣは１５００℃〜１８００℃程度と高いことから成長装置の耐熱構造や原料の分解抑制に技術的な工夫が必要である。また、ＳｉとＣの二元素の反応でエピタキシャル成長が進行するため、膜厚や組成均一性の確保、ドーピングレベルの制御技術にもシリコン系の成長装置に無い工夫が必要となる。
【０００６】
ここで、量産用のＳｉＣエピタキシャル成長装置として市場に供されている装置としては、「パンケーキ型」、「プラネタリ型」と称される形態の装置がある。高周波等で成長温度まで加熱したサセプタ上に数枚〜十数枚程度のＳｉＣ基板を平面的に並べ、原料ガスやキャリアガスを供給する方法で成長させている。Ｃ原料としてＣ3 Ｈ8 （プロパン）やＣ2 Ｈ4 （エチレン）、Ｓｉ原料としてＳｉＨ4 （モノシラン）が多く採用されており、キャリアとしてはＨ2 （水素）が使用される。気相中でのシリコン核形成の抑制や結晶の品質向上を狙ってＨＣｌ（塩化水素）を添加したり、Ｃｌ（塩素）を構造中に含むＳｉＨＣｌ3 （トリクロルシラン）、ＳｉＣｌ4 （テトラクロルシラン、四塩化珪素）などの原料を使う場合もある。
【０００７】
これら「パンケーキ型」もしくは「プラネタリ型」のＳｉＣエピタキシャル成長装置は、サセプタ上に平面的に配置されたＳｉＣウエハ（半導体基板）に対し、装置の中心部に設置されたガス供給部からシリコン成膜材料、カーボン成膜材料が供給され、したがって、排気は周辺部から行われるのが一般的であり、供給口から排気口にかけてガスの濃度分布は大きく変化する。これに伴う膜厚の不均一性を軽減するために、ＳｉＣウエハ及びサセプタを成長時に回転させることも一般的に行われている。
【０００８】
この方式のＳｉＣエピタキシャル成長装置では、一度に処理（バッチ処理）できるＳｉＣウエハの枚数を増やすには、サセプタの直径を大きくすることが考えられるが、サセプタの直径を大きくすると装置サイズが大きくなりコストが増大する問題がある。この問題はＳｉＣウエハの直径が大きくなるほど、より深刻な問題となる。また、ガス供給方向からガス排気口方向（半径方向）に２枚以上ＳｉＣウエハを並べると前述のガス濃度差の問題により処理ウエハ間に膜厚差が生じるため、一度に処理できる実用的なＳｉＣウエハの枚数が制限される問題がある。
【０００９】
そこで、この問題を解決するために、すなわち、反応室のフットプリントを大きくすることなく、１枚相当のフットプリントで大量枚数（例えば２５〜１００枚）のＳｉＣウエハを縦方向に多段に積層して一括処理を可能とし、かつ量産性を高めた構造を有する、縦型ＳｉＣエピタキシャル成長装置が考案されている。
【００１０】
なお、このような縦型の反応室構造を有するＳｉＣエピタキシャル成長装置で課題となるのは、一緒に成膜処理が行われる複数枚のウエハにおける面間のウエハ膜質の均一性である。すなわち、ＳｉＣはＳｉに比べてＳｉとＣの二元素の反応でエピタキシャル成長が進行するため、ウエハ表面の面間均一性の確保が困難なことが課題である。
【００１１】
そこで、ウエハ表面の面間均一性の確保に関わる要因（課題）について、本発明者が検討したところ、以下の課題を見出した。
【００１２】
ＳｉＣエピタキシャル成長装置の反応管（反応容器）の内部においては、成膜処理時に、バッチ処理のために複数枚のＳｉＣウエハを多段に積層して保持するボート（基板保持具）が用いられるが、このボートの天板より上部（ボートの上側の空間）に処理ガスが淀んでしまい、これにより、ボート上段付近におけるＳｉＣウエハに供給されるガス濃度がボート下段付近のＳｉＣウエハに比べて高くなり、その結果、ウエハ表面の面間均一性の確保ができなくなるということである。
【００１３】
なお、このボートの上側における処理ガスの淀みという課題については、主にＮ2 ガスによる影響が考えられる。これは、Ｎ2 以外のガスは分解されているので比較的影響が少ないと考えられるためである。
【００１４】
本発明の目的は、半導体基板のバッチ処理において基板表面の面間均一性を確保することができる技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１７】
本発明に係る基板処理装置は、内部で複数の半導体基板に対して処理が行われる反応容器と、前記反応容器内に配置され、前記複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段に保持可能な基板保持具と、前記反応容器内に設けられ、前記基板保持具により多段に保持された前記複数の半導体基板に対応するように形成された複数の第１孔、及び前記基板保持具の天板より上部の位置に配置される第２孔を有するノズルと、を有し、前記半導体基板の処理時に、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板のそれぞれへの処理ガスの供給を行い、前記第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部への前記処理ガスの供給を行うものである。
【００１８】
また、本発明に係る基板処理方法は、（ａ）反応容器の内部において、基板保持具によって複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段で保持する工程と、（ｂ）前記反応容器内に設けられたノズルが有する複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて処理ガスを供給して前記複数の半導体基板を処理する工程と、を有し、前記（ｂ）工程において、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて前記処理ガスを供給する際に、前記基板保持具の天板より上部の位置に配置された前記ノズルの第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部に前記処理ガスを供給するものである。
【００１９】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）反応容器の内部において、基板保持具によって複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段で保持する工程と、（ｂ）前記反応容器内に設けられたノズルが有する複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて処理ガスを供給して前記複数の半導体基板を処理する工程と、を有し、前記（ｂ）工程において、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて前記処理ガスを供給する際に、前記基板保持具の天板より上部の位置に配置された前記ノズルの第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部に前記処理ガスを供給するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００２１】
基板保持具の天板より上部における処理ガスの淀みを無くすことができ、半導体基板のバッチ処理における基板表面の面間均一性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体基板の成膜処理で用いられる成膜装置（基板処理装置）の反応室の構造の一例を一部断面にして示す概念図である。
【図２】図１に示す反応室（処理炉）が設けられた成膜装置（基板処理装置）の全体構造の一例を内部を透過して示す斜視図である。
【図３】図１に示す反応室内のボートとノズルの配置の一例を示す部分断面図である。
【図４】比較例の成膜装置における成膜ガス（処理ガス）の分子量の一例を示すデータ図である。
【図５】比較例の成膜装置の反応室内におけるボートの上部のガス淀みの一例を示す断面図である。
【図６】比較例の成膜装置の反応室内のボートにおける処理ガスの濃度分布の一例を示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態２の成膜装置におけるノズルからの処理ガスの噴出状態の一例を示す部分断面図である。
【図８】図７に示す構造のノズルの配列の一例を示す平面図である。
【図９】比較例の成膜装置におけるノズルからの処理ガスの噴出状態を示す部分断面図である。
【図１０】図９に示す構造のノズルの配列を示す平面図である。
【図１１】図７に示す処理ガスの噴出によるガスの淀み状態の一例を示す概念図である。
【図１２】図１１に示すガスの淀み状態の一例を示す部分平面図である。
【図１３】図９に示す処理ガスの噴出によるガスの淀み状態を示す概念図である。
【図１４】図１３に示すガスの淀み状態を示す部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２４】
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
【００２５】
また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
【００２６】
また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２７】
また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の半導体基板の成膜処理で用いられる成膜装置（基板処理装置）の反応室の構造の一例を一部断面にして示す概念図、図２は図１に示す反応室（処理炉）が設けられた成膜装置（基板処理装置）の全体構造の一例を内部を透過して示す斜視図、図３は図１に示す反応室内のボートとノズルの配置の一例を示す部分断面図である。
【００３０】
最初に、本実施の形態１の成膜処理で用いられる図１に示す反応室４４と、図２に示す成膜装置全体の構造について説明する。
【００３１】
まず、図１に示す縦型ＳｉＣ成膜装置（成長装置ともいう）の反応室及びその周囲の構成について説明する。反応室４４及びその周囲には、反応空間を形成する主に石英からなる反応管（反応容器）４２、ウエハホルダ１５によって保持された半導体ウエハ（ＳｉＣウエハ、半導体基板）１４を処理温度に加熱するための誘導コイル５０、誘導コイル５０を支持する絶縁体（例えばアルミナなどのセラミック材）からなる支持体５１及び誘導コイル５０によって発生する渦電流により発熱し、かつＳｉＣを表面にコーティングしたカーボングラファイトからなる円筒状の被加熱体４８、処理温度に加熱された被加熱体４８から放射されるふく射熱により反応管４２の温度が上昇するのを防止する断熱材５４が設けられている。さらに、反応管４２の外側には、支持体５１の他、反応管４２を冷却するための水冷パイプ５５ａが設けられた水冷板５５、電磁波及び熱の外部への漏洩を防止する筐体カバー５８等が設置されており、支持体５１、水冷板５５及び筐体カバー５８は、ヒータベース４７に取り付けられている。
【００３２】
また、反応室４４には、半導体ウエハ１４の裏面成膜を防止するＳｉＣコーティングされたカーボングラファイトからなるウエハホルダ１５、半導体ウエハ１４がセットされたウエハホルダ１５を複数枚積層状態に保持し、かつ表面がＳｉＣコーティングされたカーボングラファイトからなるボート（基板保持具）３０が設けられている。すなわち、反応管４２の内部（反応室４４）では複数枚の半導体ウエハ１４に対してバッチ処理式で成膜処理が行われる。なお、ボート３０は、複数枚の半導体ウエハ１４を相互に隙間をあけた状態で多段に保持可能な基板保持具である。
【００３３】
さらに、反応室４４には、半導体ウエハ（ＳｉＣウエハ）１４に対して原料ガスを供給する原料タンク７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅとバルブ７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ、流量調節器（マスフローコントローラとも呼ぶ）７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅを介して連結され、かつ各ウエハ１４間に均一なガス流れを形成するためのガスノズル６２，６５が設けられている。
【００３４】
また、反応室４４には、その下部のシール部材の温度上昇を抑止する下部断熱手段３４、半導体ウエハ１４上の膜厚が均一となるよう処理中に半導体ウエハ１４を回転させるための回転軸８２、積層された半導体ウエハ１４を反応室４４にロード・アンロードする上下動手段（図示せず）に連結され、かつ反応室４４の下部の開口部を密閉するシール体８１等が設けられている。
【００３５】
なお、ガスノズル６２は、カーボン系原料を供給するノズルであり、かつ石英からなり、その先端側には、グラファイトからなる供給ノズル６２ａが取り付けられている。一方、ガスノズル６５は、Ｓｉ系原料を供給するノズルであり、かつガスノズル６２と同様に石英からなる。さらに、ガスノズル６５にもその先端側には、グラファイトからなる供給ノズル６５ａが取り付けられている。ここで、ガスノズル６２，６５は、ポートを具備したインレットアダプタ５９に取り付けられている。
【００３６】
一方、反応管４２の内部（反応室４４）を排気する排気系には、排気管７６、及び圧力調整弁７９を介して接続されたポンプ８０が設けられており、反応管４２の内部空間を所望の圧力に調整可能となっている。
【００３７】
次に、図２を用いて、縦型ＳｉＣ成膜装置を含む全体構成である熱処理装置（基板処理装置）１０の構成について説明する。
【００３８】
図２に示す熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、基板熱処理のための主要部が配置される筺体１２を有している。なお、熱処理装置１０では、例えば、ＳｉＣで構成される半導体ウエハ（半導体基板）１４を収納する基板収容器としてのポッド（ＦＯＵＰ（フープ）とも言う）１６が、ウエハキャリアとして使用される。ポッド１６は、複数枚の半導体ウエハ１４またはウエハホルダ１５をそれぞれ所定の間隔を設けて高さ方向に積層して収納可能な容器（搬送装置）である。
【００３９】
前記筺体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枚の半導体ウエハ１４またはウエハホルダ１５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。
【００４０】
筺体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、ポッド棚２２、ポッドオープナ２４及び基板枚数検知器２６が配置されている。ポッド棚２２はポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。また、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とポッド棚２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器２６は蓋が開けられたポッド１６内の半導体ウエハ１４の枚数を検知する。
【００４１】
また、筺体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（ツイーザ）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となっている。アーム３２は、例えば５枚の半導体ウエハ１４やウエハホルダ１５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、半導体ウエハ１４やウエハホルダ１５を搬送する。
【００４２】
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、複数枚の半導体ウエハ１４やウエハホルダ１５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多段に保持可能な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る円板形状をした断熱部材としてのボート断熱部３５が配置されており、被加熱体４８（図１参照）からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００４３】
図２に示す熱処理装置１０では、筺体１２内の背面側の上部には図１の反応管４２等を有する処理炉４０が配置されており、この処理炉４０内に複数枚の半導体ウエハ１４またはウエハホルダ１５を装填したボート３０が搬入され熱処理が行われる。
【００４４】
次に、本実施の形態１の縦型ＳｉＣ成膜装置の反応管４２の内部に設けられたガスノズル６２の供給ノズル６２ａの形状と、この供給ノズル６２ａとボート３０の配置関係について説明する（ガスノズル６５の供給ノズル６５ａについても同様である）。
【００４５】
基板保持具であるボート３０は、図３に示すように、複数枚の半導体ウエハ１４またはウエハホルダ１５を相互に隙間をあけた状態で多段に保持可能なように略等ピッチに縦方向に複数の棚３０ｂを備えている。さらに、ボート３０の最上部には天板３０ａが設けられている。
【００４６】
さらに、ボート３０の脇の側部に、ガスノズル６２の供給ノズル６２ａがボート３０の高さ方向に沿うように配置されている。この供給ノズル６２ａには、ボート３０に多段に設けられた棚３０ｂの設置ピッチに対応して、このピッチと同様のピッチでガス噴き出し用の複数の孔（第１孔）６２ｂが形成されている。
【００４７】
したがって、成膜処理時には、供給ノズル６２ａの複数の孔６２ｂから処理ガス６０を、各棚３０ｂに保持された半導体ウエハ１４またはウエハホルダ１５に向けて噴出させることができ、各棚３０ｂの複数の半導体ウエハ１４またはウエハホルダ１５に対して略均一に処理ガス６０が供給することができる。
【００４８】
さらに、供給ノズル６２ａの縦方向に並んだ孔６２ｂの列の最上部には、ボート３０のウエハ配列領域よりさらに上側の位置に対応した孔（第２孔）６２ｃが形成されている。すなわち、供給ノズル６２ａには、複数の孔６２ｂとは別に、或いは孔６２ｂの１つとして、ボート３０の天板３０ａより上部（上側）の位置に対応するように配置されたガス噴き出し用の孔６２ｃが形成されている。
【００４９】
これにより、半導体ウエハ１４の成膜処理時に、図３に示すように供給ノズル６２ａの複数の孔６２ｂを介して複数の半導体ウエハ１４のそれぞれへの処理ガス６０の供給を行うとともに、孔６２ｃを介してボート３０の天板３０ａより上部（図３のＡ部）への処理ガス６０の供給を行うことができる。すなわち、成膜処理時に、それぞれの半導体ウエハ１４以外のボート３０の天板３０ａより上側の箇所（図３のＡ部）にも処理ガス６０を積極的に流して、前述の図３のＡ部におけるガスの淀みの発生を防止または低減することができる。
【００５０】
なお、ボート３０の天板３０ａより上部の位置に対応して形成された孔６２ｃは、供給ノズル６２ａに１つ形成されていてもよいし、また複数形成されていてもよい。
【００５１】
次に、図１に示す縦型ＳｉＣ成膜装置を用いた基板処理方法について説明する。
【００５２】
まず、反応管（反応容器）４２の内部（反応室４４）において、ボート３０によって複数の半導体ウエハ１４（半導体ウエハ１４を保持したウエハホルダ１５でもよい）を相互に隙間をあけた状態で多段で保持する。すなわち、反応室４４において、ボート３０の各棚３０ｂに半導体ウエハ１４を収納する。ここでは、シール体８１上に固定され、かつ半導体ウエハ１４がそれぞれにセットされた複数枚のウエハホルダ１５を搭載したボート３０を上下動手段（図示せず）により反応室４４にロードする。
【００５３】
その後、シール体８１によって反応室４４の空間を密閉する。
【００５４】
そして、処理炉４０（図２参照）が有する反応管４２内に、ガスノズル６５を用いて不活性ガス（例えばＡｒ等）を導入しながら、排気管７６や圧力調整弁７９を介して接続されたポンプ８０により反応室４４の空間を所望の圧力にする。
【００５５】
また、反応室４４の外周部に設けられた誘導コイル５０に高周波電力（例えば１０〜１００ｋＨｚ、１０〜２００ｋＷ）を印加して被加熱体４８に渦電流を発生させ、ジュール熱により所望の処理温度（１５００〜１８００℃）に加熱する。これにより、被加熱体４８より内側に配置された半導体ウエハ１４（ウエハホルダ１５）及びボート３０は、被加熱体４８から放射されるふく射熱によって被加熱体４８の温度と同等の温度に加熱される。
【００５６】
一方、反応室４４の下部の開口部の周辺においては、シール部材（Ｏリング等）の耐熱性から下部断熱手段３４により温度を低く（２００℃程度）維持している。
【００５７】
この状態で処理温度（１５００〜１８００℃）に維持された半導体ウエハ１４に対して、ガスノズル６５、ガスノズル６２及び供給ノズル６２ａ、６５ａからキャリアガスを混合したＳｉ系原料（図１ではＮ2やＳｉＣｌ4 、その他ＳｉＨ4 、ＴＣＳ、ＤＣＳ等）とカーボン系材料（図１ではＣ3 Ｈ8 、その他Ｃ2 Ｈ4 等）を供給しつつ、バルブ（圧力調整弁）７４ｂ，７４ｄ，７４ｅによって反応室４４内を所望の圧力に制御しながらＳｉＣエピタキシャル成膜処理を行う。
【００５８】
この時、ガスノズル６２の供給ノズル６２ａにおいて（ガスノズル６５の供給ノズル６５ａについても同様）、図３に示すように、供給ノズル６２ａの複数の孔６２ｂを介して複数の半導体ウエハ１４のそれぞれに向けてＣ3 Ｈ8 等の処理ガス６０を供給するとともに、ボート３０の天板３０ａより上部の位置に配置された供給ノズル６２ａの孔６２ｃを介してボート３０の天板３０ａより上部（図３のＡ部）の位置に同様の処理ガス６０を供給する。
【００５９】
なお、成膜処理中は半導体ウエハ１４の面内の均一性を確保するため、図１に示す縦型ＳｉＣ成膜装置の回転軸８２を回転させて、半導体ウエハ１４もしくはウエハホルダ１５を回転させながら成膜処理を行う。
【００６０】
ここで、本実施の形態１のような縦型の反応室構造を有する成膜装置において発生する課題について詳しく説明する。図４は比較例の成膜装置における成膜ガス（処理ガス）の分子量の一例を示すデータ図、図５は比較例の成膜装置の反応室内におけるボートの上部のガス淀みの一例を示す断面図、図６は比較例の成膜装置の反応室内のボートにおける処理ガスの濃度分布の一例を示す概念図である。
【００６１】
縦型の反応室構造では、バッチ処理方式を採用するため、複数枚の半導体ウエハ１４をいっしょに成膜処理するが、その際、複数のウエハ面間における膜質の均一性が課題となる。
【００６２】
このウエハ面間の膜質の均一性を良好に保つには、成膜条件の各要素（温度、濃度、流速など）を面間で均一にすることが必要となる。このうちガス濃度に関しては、図４に示すように、化学反応が平衡状態に達するまでの時間が十分長い場合、反応によって生じる成膜寄与ガス濃度は、反応時間に依存する。図４では、線分Ｃが、ノズルの高さに対する成膜ガスの分子量を示している。
【００６３】
つまり、面間のガス濃度を均一にするには、ノズルから均一に供給されたガスが半導体ウエハ１４に到達するまでの時間を面間で均一にする必要がある。
【００６４】
図５は、本発明者が比較検討した縦型の反応室構造を有する成膜装置である。図５に示すような成膜装置では、ノズル１００に設けられた複数の噴出孔１００ａは、多段に保持されたそれぞれの半導体ウエハ１４と対応する位置のみに配置されており、これらの噴出孔１００ａから処理ガス６０を略均一に供給している。
【００６５】
しかしながら、ボート３０の上端部においては、ボート３０の天板３０ａより上方の空間（図５のＤ部）はノズル１００の最上段に設けられた噴出孔１００ａよりも上方に位置し積極的なガスの流れが無いため、ガスが淀んだ状態となっている。つまり、ノズル１００から供給されたガスのうちの微量がボート３０の天板３０ａより上方の空間（図５のＤ部）に入り込んだ場合、当該箇所は淀んでいるために滞留時間が長く、すなわち反応時間が長くなる。これにより。ボート３０の天板３０ａより上方の空間には、高濃度の成膜寄与ガスが存在することになる。この場合、そこから対流および拡散によってボート上部付近の半導体ウエハ１４に高濃度の成膜寄与ガスが供給されることになるため、ボート下部付近の半導体ウエハ１４と比べて成膜寄与ガスの濃度の不均一が生じる。
【００６６】
なお、ウエハ膜質の面間均一性を向上させるためには、成膜寄与ガス濃度をウエハ面間で均一に保つ必要があるのは前述の通りであり、ガスの濃度不均一の要因の一つとして考えられるのは、ボート３０の天板３０ａより上側の空間に形成されるガスの淀み部における高濃度成膜寄与ガスの存在である。
【００６７】
そこで、ボート３０の天板３０ａより上方の淀み部（図５のＤ部）に高濃度の成膜寄与ガスが存在した場合に、ボート上下間の半導体ウエハ１４に対する影響を表した計算結果を図６に示す。
【００６８】
図６では、ボート３０の各場所におけるガス濃度の分布を示しており、ガス濃度の分布は、Ｅ部＜Ｆ部＜Ｇ部＜Ｈ部＜Ｉ部＜Ｊ部となっていることがわかった。すなわち、図６からも明らかなように、ボート３０の天板３０ａより上方（上側、上部）の淀み部（図５のＤ部）に高濃度の成膜寄与ガスが存在した場合には、対流および拡散によって特にボート上部の半導体ウエハ１４に影響を及ぼす。このことが、ボート上下間の半導体ウエハ１４において面間での膜質の不均一が生じる要因となる。実際に、ボート３０の天板３０ａより上方の淀み部では、ガスの流速はウエハ間と比べて１／２０以下となっている。すなわち、反応時間は２０倍であり、その分、ウエハ間よりも高濃度の成膜寄与ガスが生成されると考えられる。
【００６９】
したがって、前述のような課題を解決するためには、ボート３０の天板３０ａより上方の淀み部を無くすことが必要である。
【００７０】
そこで、本実施の形態１の図３に示すように、ガスノズル６２における供給ノズル６２ａの縦方向に並んだ孔６２ｂの列の最上部に、ボート３０のウエハ配列領域よりさらに上側の位置に対応した孔（第２孔）６２ｃが形成されていることにより、成膜処理時に、供給ノズル６２ａの複数の孔６２ｂを介して複数の半導体ウエハ１４のそれぞれへの処理ガス６０の供給を行うとともに、孔６２ｃを介してボート３０の天板３０ａより上部（図３のＡ部）への処理ガス６０の供給を行うことができる。すなわち、供給ノズル６２ａには、複数の孔６２ｂとは別に、ボート３０の天板３０ａより上部（上側）の位置に対応するように配置されたガス噴き出し用の孔６２ｃも形成されているため、それぞれの半導体ウエハ１４に処理ガス６０を供給するとともに、ボート３０の天板３０ａより上側の箇所（図３のＡ部）にも処理ガス６０を積極的に流すことができる（積極的なガスの流れを形成することができる）。
【００７１】
これによって、ボート３０の天板３０ａより上方でのガスの淀みの発生を防止または低減することができる。すなわち、ボート３０の天板３０ａより上方でのガスの流速がウエハ間のガスの流速と同等となるため、そこで反応時間が長くなって成膜寄与ガスの濃度が高くなるようなことを防止または低減できる。つまり、ボート３０の天板３０ａより上部における処理ガス６０の淀みを無くすことができるため、成膜寄与ガスの濃度分布のバラツキを低減することができ、半導体ウエハ１４のバッチ処理におけるウエハ表面の面間均一性を確保することができる。
【００７２】
なお、ボート３０の天板３０ａより上側の空間には、ドーピングガスであるＮ2 （窒素）ガスも淀み易く、淀むことにより窒素濃度が高くなってボート上部に収納された半導体ウエハ１４のドーピング濃度が高くなるが、本実施の形態１の縦型ＳｉＣ成膜装置（熱処理装置１０、基板処理装置）によれば、ボート３０の天板３０ａより上方の空間におけるＮ2 （窒素）ガスの淀みも低減または無くすことができる。
【００７３】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２の成膜装置におけるノズルからの処理ガスの噴出状態の一例を示す部分断面図、図８は図７に示す構造のノズルの配列の一例を示す平面図、図９は比較例の成膜装置におけるノズルからの処理ガスの噴出状態を示す部分断面図、図１０は図９に示す構造のノズルの配列を示す平面図である。
【００７４】
本実施の形態２は、実施の形態１と同様に図１に示す縦型ＳｉＣ成膜装置に関するものであり、図７に示す反応管４２の内部（反応室４４）に設けられたガス噴き出し用のノズルにおいて、図８に示すように、複数の供給ノズル６２ａ，６５ａのうちの少なくとも１つのノズルの天井部にガス噴き出し用の第２孔が形成されているものである。
【００７５】
本実施の形態２では、図８に示すように５本設けられているノズルのうち、Ｓｉ系の原料供給ノズルである供給ノズル６５ａの１本に、その天井部６５ｄにガス噴き出し用の孔（第２孔）６５ｃが形成されている場合を説明する。
【００７６】
ここで、本実施の形態２の反応室４４のボート３０の側面（側部）には、５本の供給ノズル６２ａ，６５ａが設けられている。５本の供給ノズル６２ａ，６５ａは、例えば、そのうち２本がカーボン（Ｃ）系原料の供給ノズル６２ａであり、残りの３本がＳｉ系原料の供給ノズル６５ａである。これら５本のノズルがボート３０の側面に等間隔で配置されており、さらに、ボート３０の周囲には、ガスの流れ落ちを防止するウイング３１が取り付けられている。
【００７７】
なお、各供給ノズルには、図７に示すように、ボート３０によって多段に保持された複数の半導体ウエハ１４（またはウエハホルダ１５）に対応するように複数の第１孔である孔６５ｂが縦に並んで形成されている。また、図８に示すように、５本の供給ノズル６２ａ，６５ａのうちの１本（Ｓｉ系原料ガスの供給ノズル６５ａ）には、その天井部（天板）６５ｄにガス噴き出し用の孔（第２孔）６５ｃが形成されている。
【００７８】
これにより、成膜処理時には、図７に示すように、複数の孔６５ｂを介して複数の半導体ウエハ１４（またはウエハホルダ１５）のそれぞれへの処理ガス６０の供給を行って、成膜処理を行い、さらに供給ノズル６５ａの孔６５ｃ（第２孔）を介してボート３０の天板３０ａより上部の空間への処理ガス６０の供給を行う。
【００７９】
この時、供給ノズル６５ａの天井部６５ｄの孔６５ｃから噴出される処理ガス６０により、供給ノズル６５ａの上部やボート３０の天板３０ａより上部、及びウイング３１の上部のそれぞれの空間に処理ガス６０の流れを形成することができ、これらの前記空間に処理ガス６０が淀むことを防止または低減できる。
【００８０】
ここで、図９及び図１０は、本発明者が比較検討したノズルを設けた縦型ＳｉＣ成膜装置の反応管４２の内部構造の一部を示すものであり、図９及び図１０に示すように、複数のノズル１００のそれぞれには、ボート３０に多段に保持された複数の半導体ウエハ１４それぞれに対応する複数の噴出孔１００ａは形成されているが、ノズル１００の上部やボート３０の天板３０ａより上部、及びウイング３１の上部のそれぞれの空間に処理ガス６０を供給するような噴出孔は、特に形成されていない。
【００８１】
したがって、成膜処理時に、ノズル１００の複数の噴出孔１００ａから噴出される処理ガス６０は、各段の半導体ウエハ１４（またはウエハホルダ１５）には供給されるものの、ノズル１００の上部やボート３０の天板３０ａより上部、及びウイング３１の上部等のそれぞれの空間には処理ガス６０は供給されず、前記空間にて成膜処理時のガスが滞留する。
【００８２】
なお、図１１は図７に示す処理ガスの噴出によるガスの淀み状態の一例を示す概念図、図１２は図１１に示すガスの淀み状態の一例を示す部分平面図、図１３は図９に示す処理ガスの噴出によるガスの淀み状態を示す概念図、図１４は図１３に示すガスの淀み状態を示す部分平面図である。図１１〜図１４は、ドット領域と白抜き領域とで反応管４２内のガスの流速分布を示しており、各図におけるドット領域は、流速０〜１０ｍ／ｓの範囲であり、一方、白抜き領域（ドットが記載されていない領域）は、流速測定でレンジオーバーとなった領域である。すなわち、図１１〜図１４において、ドット領域は、ガスが比較的淀んでいる領域を示しており、一方、白抜き領域は、ガスが淀んでいない領域を示している。
【００８３】
図１２（本実施の形態２の、天井部６５ｄに孔６５ｃが形成された供給ノズル６５ａの場合）と図１４（本発明者が比較検討した、天井部に孔が形成されていないノズル１００の場合）で比べると、図１２のＫ部やＬ部がレンジオーバーによる白抜き領域となっており、天井部６５ｄに孔６５ｃが形成された供給ノズル６５ａを使用した場合には、供給ノズル６５ａの上部やウイング３１の上部のそれぞれ空間でのガスの滞留が改善（低減）されているのが判る。
【００８４】
これにより、本実施の形態２の供給ノズル６５ａ（６２ａも同様）のように、その天井部６５ｄに孔６５ｃを設けることで、供給ノズル６５ａの上部やボート３０の天板３０ａより上部、及びウイング３１の上部等のそれぞれの空間に、処理ガス６０を供給してガスの滞留を無くすまたは低減することができる。
【００８５】
なお、ドーピングガスであるＮ2 （窒素）ガスの滞留も無くすまたは低減することができ、したがって、半導体ウエハ１４の上部のドーピング濃度が高くなる課題も解消することができる。
【００８６】
これにより、生産性の高い縦型ＳｉＣ成膜装置（熱処理装置１０）を実現することができる。
【００８７】
以上、本実施の形態２によれば、以下に記す効果のうち少なくとも１つを実現することができる。
【００８８】
（１）供給ノズル６５ａ（６２ａについても同様）の上部やボート３０の天板３０ａより上部、及びウイング３１の上部等のそれぞれの空間に、処理ガス６０を供給してガスの滞留を無くすまたは低減することができるため、実施の形態１と同様に、ボート３０の天板３０ａより上方でのガスの流速がウエハ間のガスの流速と同等となり、そこで反応時間が長くなって成膜寄与ガスの濃度が高くなるようなことを防止または低減できる。
【００８９】
（２）ボート３０の天板３０ａより上部における処理ガス６０の淀みを無くすことができるため、成膜寄与ガスの濃度分布のバラツキを低減することができ、半導体ウエハ１４のバッチ処理におけるウエハ表面の面間均一性を確保することができる。
【００９０】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００９１】
例えば、前記実施の形態２では、複数の供給ノズルのうち、天井部６５ｄに孔６５ｃが形成された供給ノズル６５ａは、１本だけ設けられている場合を説明したが、天井部６５ｄに孔が形成された供給ノズル６５ａ（６２ａ）の本数は、１本に限定されるものではなく、何本であってもよい。
【００９２】
本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。
【００９３】
〔付記１〕
内部で複数の半導体基板に対して処理が行われる反応容器と、前記反応容器内に配置され、前記複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段に保持可能な基板保持具と、前記反応容器内に設けられ、前記基板保持具により多段に保持された前記複数の半導体基板に対応するように形成された複数の第１孔、及び天井部に形成された第２孔を有するノズルと、を有し、前記半導体基板の処理時に、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板のそれぞれへの処理ガスの供給を行い、前記第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部への前記処理ガスの供給を行うことを特徴とする基板処理装置。
【００９４】
〔付記２〕
（ａ）反応容器の内部において、基板保持具によって複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段で保持する工程と、（ｂ）前記反応容器内に設けられたノズルが有する複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて処理ガスを供給して前記複数の半導体基板を処理する工程と、を有し、前記（ｂ）工程において、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて前記処理ガスを供給する際に、天井部の第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部に前記処理ガスを供給することを特徴とする基板処理方法。
【００９５】
〔付記３〕
（ａ）反応容器の内部において、基板保持具によって複数の半導体基板を相互に隙間をあけた状態で多段で保持する工程と、（ｂ）前記反応容器内に設けられたノズルが有する複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて処理ガスを供給して前記複数の半導体基板を処理する工程と、を有し、前記（ｂ）工程において、前記複数の第１孔を介して前記複数の半導体基板に向けて前記処理ガスを供給する際に、天井部の第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部に前記処理ガスを供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００９６】
〔付記４〕
複数枚の半導体基板のそれぞれに薄膜を成長させる処理が行われる反応容器と、前記反応容器内に配置され、前記複数枚の半導体基板を縦積み状態で配置可能な基板保持具と、前記反応容器内に設けられ、前記複数枚の半導体基板の配列領域に対応するように形成された複数の孔を有するノズルと、を有し、前記ノズルの前記複数の孔から供給された処理ガスは、前記複数枚の半導体基板のそれぞれに向けて流れるとともに、前記処理ガスの一部が前記基板保持具の天板より上部に流れるように前記基板保持具が配置されることを特徴とする半導体製造装置。
【００９７】
〔付記５〕
複数枚の半導体基板のそれぞれに薄膜を成長させる処理が行われる反応容器と、前記反応容器内に配置され、前記複数枚の半導体基板を縦積み状態で配置可能な基板保持具と、前記反応容器内に設けられ、前記複数枚の半導体基板の配列領域に対応するように形成された複数の第１孔、及び上端部に形成された第２孔を有するノズルと、を有し、前記半導体基板に前記薄膜を成長させる処理を行う際に、前記複数の第１孔を介して前記複数枚の半導体基板への処理ガスの供給を行い、前記第２孔を介して前記基板保持具の天板より上部への前記処理ガスの供給を行うことを特徴とする半導体製造装置。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、半導体装置（半導体デバイス）やＳｉＣエピタキシャル膜を形成する基板等を製造する製造業等に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０…熱処理装置（基板処理装置）、１２…筐体、１４…半導体ウエハ（半導体基板）、１５…ウエハホルダ、１６…ポッド、１８…ポッドステージ、２０…ポッド搬送装置、２２…ポッド棚、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（基板保持具）、３０ａ…天板、３０ｂ…棚、３１…ウイング、３２…アーム、３４…下部断熱手段、３５…ボート断熱部、４０…処理炉、４２…反応管（反応容器）、４４…反応室、４７…ヒータベース、４８…被加熱体、５０…誘導コイル、５１…支持体、５４…断熱材、５５…水冷板、５５ａ…水冷パイプ、５８…筐体カバー、５９…インレットアダプタ、６０…処理ガス、６２…ガスノズル、６２ａ…供給ノズル、６２ｂ…孔（第１孔）、６２ｃ…孔（第２孔）、６５…ガスノズル、６５ａ…供給ノズル、６５ｂ…孔（第１孔）、６５ｃ…孔（第２孔）、６５ｄ…天井部、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ…原料タンク、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ…流量調節器、７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ…バルブ、７６…排気管、７９…圧力調整弁、８０…ポンプ、８１…シール体、８２…回転軸、１００…ノズル、１００ａ…噴出孔
【図１】
2013153110.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2013153110.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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