CN102763193A - 半导体器件的制造方法和衬底制造方法以及衬底处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明通过提供一种半导体器件的制造方法而解决问题，该半导体器件的制造方法是衬底处理装置的半导体器件的制造方法，该衬底处理装置包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给喷嘴，在用于层叠多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；以及第2气体供给喷嘴，在用于层叠多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口，第1气体供给口的方向和第2气体供给口的方向被设置成在到达衬底之前交叉，其中，该半导体器件的制造方法具有以下的工序：将衬底搬入至反应室内的工序；从第1气体供给口向反应室内至少供给含硅气体和含氯气体、或含硅及氯的气体，从第2气体供给口向反应室内至少供给含碳气体和还原气体，从第1气体供给口或第2气体供给口向反应室内进一步供给杂质气体，在衬底上形成膜的工序；以及从反应室搬出衬底的工序。

Description

半导体器件的制造方法和衬底制造方法以及衬底处理装置
技术领域
本发明涉及具有处理衬底的工序的半导体器件的制造方法和衬底制造方法以及衬底处理装置，特别是涉及具有在衬底上形成碳化硅(SiC)膜的工序的、半导体器件的制造方法和衬底的制造方法以及衬底处理装置。
背景技术
碳化硅作为功率器件用元件材料特别引人注目。另一方面，众所周知，碳化硅与硅(Si)相比，难以制作结晶衬底、器件。
以往的形成碳化硅膜的半导体制造装置，将多张衬底呈平面地配置在板状基座上，加热至1500℃～1800℃，从一个部位向反应室内供给成膜用的原料气体，使碳化硅膜在衬底上生长。
在专利文献1中，公开了为了解决因朝向与基座相对的面的原料气体而引起的堆积物的附着、以及产生原料气体对流而造成的碳化硅膜生长的不稳定化的课题而将基座的保持衬底的面朝向下方配置的真空成膜装置和薄膜形成方法。
专利文献1：日本特开2006-196807号公报
发明内容
可是，在以往的技术中存在几个问题点。首先，在处理多张衬底情况下和如图18所示增大衬底直径的情况下需要增大基座，由于形成为反应室的使用面积增加，此外原料气体从一个部位被供给的结构，所以反应室中的气体浓度分布不均匀，形成于晶片的膜的厚度变得不均匀，而且碳化硅膜生长时在1500℃～1800℃的高温进行，因此，例如难以控制晶片面内的温度、难以使杂质均匀地添加(掺杂、doping)到碳化硅膜中等。
本发明的目的在于，解决上述的问题点，提供一种能够在衬底上均匀地形成掺杂有杂质的碳化硅膜的半导体器件的制造方法和衬底制造方法以及衬底处理装置。
根据本发明的一个技术方案，提供一种半导体器件的制造方法，是衬底处理装置中的半导体器件的制造方法，该衬底处理装置包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；以及第2气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口，设置上述第1气体供给口的方向和设置上述第2气体供给口的方向被设置成在到达上述衬底之前交叉，其中，该半导体器件的制造方法具有以下的工序：将上述多张衬底搬入至反应室内的工序；从上述第1气体供给口向上述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体，或含硅及氯的气体，从上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给含碳气体和还原气体，从上述第1气体供给口或上述第2气体供给口向上述反应室内进一步供给杂质气体，在上述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜的工序；以及从上述反应室搬出上述多张衬底工序。
根据本发明的另一技术方案，提供一种衬底处理装置，包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给系统，向上述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体，或含硅及氯的气体；第2气体供给系统，向上述反应室内至少供给含碳气体和还原气体；第3气体供给系统，向上述反应室内至少供给杂质气体；第1气体供给喷嘴，连接于上述第1气体供给系统，或者连接于上述第1气体供给系统和上述第3气体供给系统，并且在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；第2气体供给喷嘴，连接于上述第2气体供给系统，或者连接于上述第2气体供给系统和上述第3气体供给系统，并且在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口；以及控制器，进行控制，使得上述第1气体供给系统从上述第1气体供给口向上述反应室内至少供给上述含硅气体和上述含氯气体，或者含硅及氯的气体，上述第2气体供给系统从上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给上述含碳气体和上述还原气体，上述第3气体供给系统从上述第1气体供给口或上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给上述杂质气体，在上述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜，设置上述第1气体供给口的方向与设置上述第2气体供给口的方向被设置成在到达上述衬底之前交叉。
根据本发明的再一技术方案，提供一种衬底制造方法，是衬底处理装置的衬底制造方法，该衬底处理装置包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；以及第2气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口，设置上述第1气体供给口的方向和设置上述第2气体供给口的方向被设置成在到达上述衬底之前交叉，其中，该衬底制造方法具有以下的工序：将上述多张衬底搬入至反应室内的工序；从上述第1气体供给口向上述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体，或含硅及氯的气体，从上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给含碳气体和还原气体，从上述第1气体供给口或上述第2气体供给口向上述反应室内进一步供给杂质气体，在上述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜的工序；以及从上述反应室搬出上述多张衬底工序。
根据本发明，能提供一种能够在衬底上形成均匀掺杂有杂质的碳化硅膜的衬底处理装置。
附图说明
[图1]表示应用本发明的第1实施方式的半导体制造装置10的立体图。
[图2]表示应用本发明的第1实施方式的半导体制造装置10的侧面剖视图。
[图3]表示应用本发明的第1实施方式的半导体制造装置10的俯视剖视图。
[图4]表示构成应用本发明的第1实施方式的半导体制造装置10的各部的控制结构。
[图5]表示应用本发明的第1实施方式的半导体制造装置10的处理炉40及其周边构造的概略图。
[图6]表示应用本发明的第1实施方式的反应室结构的俯视图。
[图7]表示利用本发明的第1实施方式的反应室结构供给反应气体时的乙烯气体的浓度分布。
[图8]表示利用本发明的第1实施方式的反应室结构供给反应气体时的硅气体和乙烯气体在检测线(monitor line)上的浓度分布。
[图9]表示利用本发明的第1实施方式的反应室结构使晶片旋转地成膜时的、(a)膜厚的面内分布和(b)膜厚在检测线上的分布。
[图10]表示本发明的第2实施方式的使第1和第2供给喷嘴交替地配置偶数根气体供给喷嘴的反应室结构的情况下的气体流动的计算结果的示意图。
[图11]表示本发明的第2实施方式的以第2气体供给喷嘴为中心地配置有第1气体供给喷嘴、第2气体供给喷嘴和奇数根气体供给喷嘴的情况下的反应室结构的俯视图。
[图12]表示本发明的第2实施方式的使第1和第2供给喷嘴交替地配置偶数根气体供给喷嘴的反应室结构的情况下成膜时的、膜厚的面内分布。
[图13]是表示本发明的第3实施方式的使第1和第2气体供给口相对的反应室结构的图，(a)表示使相对的第1和第2气体供给口的高度位置不同地设置的情况，(b)表示应用了圆筒状的气体供给喷嘴的情况，(c)表示应用了多边形状的气体供给喷嘴的情况。
[图14]是表示本发明的第3实施方式的使第1和第2气体供给口相对的反应室结构的图，(a)表示在使相对的第1和第2气体供给口的高度位置不同地设置的反应室结构的情况下的气体流动的计算结果的示意图，(b)表示放大了(a)中的第1乃至第2气体供给口附近的图。
[图15]表示在本发明的第3实施方式的反应室结构的情况下成膜时的、膜厚的面内分布。
[图16]表示比较利用本发明的第2实施方式和第3实施方式的反应室结构成膜时的检测线上的C/Si的值的分布的图。
[图17]表示掺杂有n型杂质的碳化硅膜的C/Si值与n型杂质浓度的关系。
[图18]示意地表示扁平型基座构造与衬底的位置关系。
[图19]表示本发明的第4实施方式的使用具有设有第1和第2气体供给口的分支管的气体供给喷嘴的反应室结构，(a)是反应室结构的俯视图，(b)是具有分支管的气体供给喷嘴的立体图，(c)是使用了晶片保持架的情况下的舟皿保持的结构。
具体实施方式
[第1实施方式]
接着，基于附图说明本发明的第1实施方式。图1是形成本发明的第1实施方式的碳化硅外延膜的半导体制造装置10的一个例子，以立体图表示。作为该衬底处理装置的半导体制造装置10，是批量式立式热处理装置，具有用于配置主要部的壳体12。在半导体制造装置10中，例如，作为用于收纳由硅(Si)或碳化硅(SiC)等构成的作为衬底的晶片14的衬底收纳器，使用前开式晶片传送盒(以下称为晶片盒)16作为晶片载体。在该壳体12的正面侧配置有晶片盒载置台18，晶片盒16被输送到该晶片盒载置台18。在晶片盒16中例如收纳有25张晶片14，在盖被关闭的状态下放置于晶片盒载置台18上。
在壳体12内的正面侧且与晶片盒载置台18相对的位置，配置有晶片盒输送装置20。此外，在该晶片盒输送装置20的附近，配置有晶片盒输送装置22、晶片盒开启器24和衬底张数检测器26。晶片盒输送装置22被构成为，以载置多个晶片盒16的状态保持配置于晶片盒开启器24上方的晶片盒16。衬底张数检测器26与晶片盒开启器24相邻地配置。晶片盒输送装置20在晶片盒载置台18、晶片盒输送装置22和晶片盒开启器24之间输送晶片盒16。晶片盒开启器24是打开晶片盒16的盖的构件，衬底张数检测器26检测打开了盖的晶片盒16内的晶片14的张数。
在壳体12内配置有衬底移载机28、作为衬底支承件的舟皿30。衬底移载机28具有臂(拾取器)32，成为利用未图示的驱动部件能够上下旋转动作的构造。臂32例如能取出5张晶片，通过使该臂32动作，在放置于晶片盒开启器24的位置的晶片盒16和舟皿30之间输送晶片14。
舟皿30例如由石墨碳、碳化硅等耐热性材料构成，构成为使多张晶片14以水平姿势且以彼此中心对齐的状态排列，并沿纵向堆积地保持。另外，在舟皿30的下部配置有例如由石英、碳化硅等耐热性材料构成的圆盘形状的作为隔热构件的舟皿隔热部34，被构成为来自后述的被加热体48的热难以传递到处理炉40的下方侧(参照图2)。
在壳体12内的背面侧上部配置有处理炉40。装填有多张晶片14的舟皿30被搬入该处理炉40内，进行热处理。
图2和图3表示形成碳化硅外延膜的半导体制造装置10的处理炉40的侧面剖视图和俯视剖视图。另外，作为代表例，具有至少供给含硅气体、和含氯气体的第1气体供给口68的气体供给喷嘴60、具有至少供给例如氢气作为含碳气体和还原气体和供给例如含有n型杂质的掺杂气体作为掺杂气体的第2气体供给口72的气体供给喷嘴70、和排气口90分别各图示1个。此外，还图示了向形成反应室的反应管42与隔热材料54之间供给惰性气体的第3气体供给口360、第2气体排出口390。
处理炉40包括形成例如圆筒形状的反应室44的反应管42。反应管42由石英或碳化硅等耐热材料构成，形成为上端封闭且下端开口的例如圆筒形状。在反应管42的内侧的筒中空部形成有反应室44，被构成为能够在利用舟皿30使作为由硅或碳化硅等构成的衬底的晶片14以水平姿势且彼此中心对齐的状态排列并沿纵向堆积地保持该晶片14的状态下进行收纳。
在反应管42的下方，与该反应管42呈同心圆状配设集合管。集合管例如由不锈钢等构成，形成为上端和下端开口的圆筒形状。该集合管以支承反应管42的方式设置。
另外，在该集合管与反应管42之间，作为密封构件设有O型密封圈。通过该集合管被支承在未图示的保持体上，反应管42成为垂直安装的状态。由该反应管42和集合管形成反应容器。
处理炉40包括被加热的被加热体48。被加热体48被配设于反应室44内，该被加热体48成为被由设于反应管42外侧的感应线圈50产生的磁场加热的结构。通过被加热体48发热，被加热体48的内侧被加热。
在被加热体48的附近，作为检测反应室44内的温度的温度检测体而设有未图示的温度传感器。在感应线圈50和温度传感器上电连接有温度控制部52，通过基于由温度传感器所检测到的温度信息，调节对感应线圈50的通电状况，从而在规定的时刻进行控制，使得被加热体48的内侧的温度成为规定的温度分布(参照图4)。
另外，优选的是，在反应室44内的第1和第2气体供给喷嘴60、70与第1气体排出口90之间，且被加热体48与晶片14之间，设置构造物400为佳。例如，如图3所示，在相对的位置分别设置构造物400。作为构造物400，优选的是，由隔热材料、作为一个例子由碳毡等构成时，能够提高处理炉的耐热性，或例如能够抑制因构造物400劣化而造成的微粒产生。
另外，在本实施方式中，设置延伸到衬底的排列区域的第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴，分别向被加热体48的内侧供给有助于膜形成的气体，在作为衬底的晶片14上形成掺杂有n型杂质的碳化硅外延膜，但是不限定于此，例如也可以在衬底的排列区域之外设置对第1气体供给喷嘴或第2气体供给喷嘴、或者第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴分别供给气体的第1气体供给口或第2气体供给口，向被加热体48的内侧供给有助于膜形成的气体，在作为衬底的晶片14上形成掺杂有n型杂质的碳化硅外延膜。
在被加热体48与反应管42之间，例如设有由难以被感应加热的碳毡等构成的隔热材料54，通过设置该隔热材料54，能抑制被加热体48的热向反应管42或反应管42的外侧传递。
此外，在感应线圈50的外侧，以围绕反应室44的方式设置用于抑制反应室44内的热向外侧传递的、例如作为水冷构造的外侧隔热壁。另外，在外侧隔热壁的外侧设置防止由感应线圈50产生的磁场向外侧泄漏的磁屏蔽。
如图2所示，在第1气体供给口68以及第2气体供给口72、第1气体排出口90、或反应管42与隔热材料54之间设置有第3气体供给口360、第2气体排出口390，上述第1气体供给口68设置于加热体48与晶片14之间，至少供给含硅气体和含氯气体，在气体供给喷嘴60上至少设置一个该第1气体供给口68，上述第2气体供给口72在与在第1气体供给喷嘴不同的部位且设于反应室内的第2气体供给喷嘴70上至少设置一个，至少供给例如氢气作为含碳气体和还原气体并供给杂质气体例如n型杂质气体。对于上述部件分别详细地进行说明。
第1气体供给口68例如由石墨碳构成，设于加热体48的内侧，所述第1气体供给口68至少使作为含硅气体的例如硅烷(SiH4)气体、作为含氯气体的例如氯化氢(HCl)气体在第1气体供给喷嘴60中流通并进行供给，第1气体供给喷嘴60以贯穿集合管的方式安装在集合管上。另外，也可以设置多根第1气体供给喷嘴60。
气体供给喷嘴60连接于第1气体管线222。该第1气体管线222，例如分别对于硅烷气体和氯化氢气体，经由作为流量控制器(流量控制部件)的质量流控制器(Mass Flow Controller，以下为MFC。)211a、211b和阀212a、212b，例如连接于硅烷气体源210a、氯化氢气体源210b。
根据该结构，例如能在反应室44内控制硅烷气体、氯化氢气体各自的供给流量、浓度、分压。阀212a、212b、MFC211a、211b通过气体流量控制部78电连接，在规定的时刻进行控制，使得各自供给的气体的流量成为规定流量(参照图4)，例如由硅烷气体、氯化氢气体、各自的气体源210a、210b、阀212a、212b、MFC211a、211b、气体管线222、气体供给喷嘴60、在气体供给喷嘴60上的至少设置1个的气体供给口68构成作为气体供给系统的第1气体供给系统。
另外，在上述的实施方式中，作为含氯气体而例示了HCl气体，但是也可以使用氯(Cl2)气体。
此外，对于上述说明了的有助于成膜的气体，作为载体气体也可以供给稀有气体或含氢气体等。作为稀有气体，列举有氦(He)气体、氖(Ne)气体、氩(Ar)气体、氪(Kr)气体、氙(Xe)气体等，此外，作为含氢气体，例示氢气体。
优选的是，作为载体气体，供给稀有气体为佳。这是因为，作为含氢气体，例如将氢气体作为载体气体而供给的情况下，由于氢气的还原效果，含硅气体在气体供给喷嘴内分解，在气体供给喷嘴内硅膜堆积，成为气体供给喷嘴内或气体供给口的封闭、微粒产生的主要原因。
更优选的是，作为载体气体而供给氩气为佳。由于氩气比氦气体等其他的稀有气体价格便宜，所以能够降低运用形成碳化硅外延膜的衬底处理装置时的运转成本。
另外，在本实施方式中供给了含硅气体和含氯气体，但是优选的是，也可以供给含有硅和氯的气体，例如，四氯硅烷(SiCl4)气体、三氯硅烷(SiHCl3)气体、二氯硅烷(SiH2Cl2)气体，更优选的是，供给四氯硅烷气体为佳，能够抑制在气体供给喷嘴内形成膜，能够抑制气体的消耗地向反应室内供给。
第2气体供给口72例如由石墨碳构成，设于被加热体48的内侧，所述第2气体供给口72至少使作为含碳气体的例如丙烷(C3H8)气体和作为还原气体的含氢气体、例如氢(H2)气体在第2气体供给喷嘴70中流通并进行供给，第2气体供给喷嘴70以贯穿集合管的方式安装在集合管上。另外，第2气体供给喷嘴70也可以设置多根。
第2气体供给喷嘴70连接于第2气体管线260。该第2气体管线260对于作为含碳气体的例如丙烷气体，经由MFC211c和阀212c，连接于丙烷气体源210d，对于作为还原气体的例如氢气，经由MFC211d和阀212d，连接于氢气源210d。
根据该结构，例如能够在反应室44内控制丙烷气体、氢气的供给流量、浓度、分压。阀212c、212d、MFC211c、211d通过气体流量控制部78电连接，在规定的时刻进行控制，使得供给的气体的流量成为规定的流量(参照图4)，例如由丙烷气体、氢气体的气体源210c、210d、阀212c、212d、MFC211c、211d、气体管线260、第2气体供给喷嘴70、第2气体供给口72构成作为气体供给系统的第2气体供给系统。
另外，在本实施方式中，作为含碳气体而例示了丙烷气体，但是也可以使用乙烯(C2H4)气体、乙炔(C2H2)气体等。
此外，在本实施方式中，作为还原气体而例示了H2气体，但是不限于此，也可以供给含有氢的气体。
在这里，在本实施方式中，经由第1气体供给喷嘴60供给含硅气体，从第2气体供给喷嘴70供给作为还原气体的氢气。如本实施方式那样，为了使晶片14间的均匀性提高，在反应室44内配设有气体供给喷嘴的情况下，若与含硅气体一起供给还原气体，则会促进含硅气体的分解，在气体供给喷嘴内硅膜有可能产生堆积。在该情况下，在上游侧产生含硅气体的消耗，但是通过将含硅气体和还原气体分离地供给，能抑制气体供给喷嘴内的堆积以及含硅气体的消耗。
此外，在本实施方式中，进一步经由第2气体供给喷嘴70供给含碳气体，并与含硅气体分离地供给。由此，能抑制在气体供给喷嘴内的SiC膜的堆积，也能抑制气体供给口被封闭以及由于所形成的膜剥落而引起的微粒、污染物的产生。
另外，在通过分离地供给含硅气体和还原气体而能够充分地防止气体供给喷嘴内的堆积的情况下，也可以经由相同的气体供给喷嘴供给含硅气体和含碳气体。由此，由于能够预先混合含硅气体和含碳气体，所以能在晶片14上形成均匀的膜。
作为至少掺杂n型杂质的气体的n型杂质气体，例如氮(N2)气体在第2气体供给喷嘴70中流通，并被供给到反应室44内。
因此，氮气源210f经由作为流量控制器(流量控制部件)的MFC211f和阀212f，连接于第2气体管线260。
根据该结构，能在反应室44内控制作为n型杂质气体的例如氮气的供给流量、浓度、分压。阀212f、MFC211f通过气体流量控制部78电连接，在规定的时刻进行控制，使得各自供给的气体的流量成为规定流量(参照图4)，例如由氮气源210f、阀212f、MFC211f，气体管线260、气体供给喷嘴70、在气体供给喷嘴70上至少设置1个的气体供给口72构成作为气体供给系统的第3气体供给系统。
此外，在上述的实施方式中，作为n型杂质气体，例示了氮(N2)气体，但是不限于此，也可以使用氨(NH3)气体等含氮气体，此外还可以组合这些气体使用。
氮气是在氢气氛中惰性的气体，例如在形成1015cm-3～1018cm-3左右的掺杂量的n型掺杂碳化硅膜的情况下容易使用。
另一方面，氨气是在气相中容易被分解的含氮气体的一个例子，通过使用这样的气体或含有氨气的混合气体，例如氨气和氮气的混合气体，能够控制杂质在碳化硅膜中的掺杂量。
另外，在本实施方式中，对使用n型杂质气体，在作为衬底的晶片14上形成掺杂有n型杂质的碳化硅外延膜的方法进行了说明，然而在形成掺杂有p型杂质的碳化硅膜的情况下，优选由第1气体供给喷嘴60供给含硅气体、含氯气体和作为含有p型杂质的气体的p型杂质气体。由此，如后述的详细说明所示那样，能形成均匀地掺杂有p型杂质的碳化硅外延膜。
另外，为了向在舟皿30上以水平姿势且彼此中心对齐的状态排列并沿纵向堆积地保持的作为衬底的多张晶片14中的每张晶片供给气体，也可以在第1气体供给喷嘴60和第2供给喷嘴70上，在衬底的排列区域，针对每张晶片14设置第1气体供给口68和第2气体供给口72。由此，能容易控制形成于各晶片14的膜的膜厚的面内均匀性和杂质浓度的面内均匀性。
但是，不限于此，也可以分别在第1气体供给喷嘴60和第2气体供给喷嘴70上，在衬底的排列区域，至少设置1个第1气体供给口68、第2气体供给口72。此外，也可以分别在第1气体供给喷嘴、第2气体供给喷嘴上，在衬底的排列区域，针对每多张晶片设置第1气体供给口68、第2气体供给口72。
此外，在本实施方式中，由第1气体供给喷嘴60供给含硅气体和含氯气体，由第2气体供给喷嘴70供给含碳气体、还原气体和n型杂质气体，但是不限于此，也可以针对每种气体设置气体供给喷嘴。
此外，利用气体供给源210e调整对应的MFC211e的开度，使得作为惰性气体的稀有气体的氩(Ar)气体成为规定的流量，之后，阀212e被打开，在气体供给管240中流通，从第3气体供给口360被供给到反应室44内。从第3气体供给口360供给的作为惰性气体的稀有气体的氩气，通过反应室44内的隔热材料54与反应管42之间，从第2气体排出口390排出。
此外，在本实施方式中，作为惰性气体，例示了氩气，但是不限于此，也可以供给从氦(He)气体、氖(Ne)气体、氪(Kr)、氙(Xe)等稀有气体中选择的至少1种气体或从这些稀有气体组中选择的2种以上的气体。
此外，在本实施方式中，分别将含硅气体、含碳气体、还原气体、n型杂质气体，从第1气体供给口或第2气体供给口供给到被加热体48的内侧，但是例如也可以与作为载体气体的稀有气体，例如氩气一起供给。由此，能将原料气体均匀地供给到反应室内。
此外，如图3所示，第1气体排出口90被配置成，相对于连接于第1气体供给口68的气体供给喷嘴60和连接于第2气体供给口72的气体供给喷嘴70的位置，位于相对面，在集合管上，被设置成供连接于第1气体排出口90的气体排气管230贯穿。在气体排气管230的下游侧，经由未图示的作为压力检测器的压力传感器和作为压力调整器的APC(Auto Pressure  Controller，自动压力控制器，以下为APC)阀214，连接有真空泵等真空排气装置220。在压力传感器和APC阀214上，电连接有压力控制部98，该压力控制部基于由压力传感器检测到的压力，在规定的时刻进行控制，从而调整APC阀214的开度使得处理炉40内的压力成为规定的压力(参照图4)。
此外，如图3所示，第3气体供给口360被配置在反应管42与隔热材料54之间，以贯穿集合管的方式安装。并且，气体排气口390被配置在反应管42与隔热材料54之间，被配置成相对于第3气体供给口360位于相对面，在集合管上，被设置成供连接于第2气体排出口390的气体排气管230贯穿。该第3气体供给口360供给作为惰性气体的例如稀有气体即氩气，防止作为有助于碳化硅外延膜生长的气体的例如含硅气体或含碳气体或含氯气体或它们的混合气体进入反应管42和隔热材料54之间，能够抑制反应管42的内壁或隔热材料54的外壁劣化或副产物附着。
被供给到反应管42和隔热材料54之间的惰性气体在第2气体排出口390的气体排气管230的下游侧，经由未图示的作为压力检测器的压力传感器和作为压力调整器的APC阀214从真空等的真空排气装置220排出。在压力传感器和APC阀214上电连接有压力控制部，该压力控制部基于由压力传感器检测到的压力，在规定的时刻进行控制，从而调整APC阀214的开度使得反应室44内的压力成为规定的压力(参照图4)。
接着，说明处理炉40周边的结构。
图5表示处理炉40及其周边构造的概况图。在处理炉40的下方，设有作为用于气密地封闭该处理炉40的下端开口的作为炉口盖体的密封盖102。密封盖102例如由不锈钢等金属构成，形成为圆盘状。在密封盖102的上表面设有与处理炉40的下端抵接的作为密封材料的O型密封圈。在密封盖102上设有旋转机构218。旋转机构218的旋转轴106贯穿密封盖102地连接于舟皿30，通过使该舟皿30旋转，使晶片14旋转。密封盖102利用作为朝向处理炉40外侧的升降机构的、后述的升降电动机122沿垂直方向升降，由此，能够相对于处理炉40搬入搬出舟皿30。在旋转机构218和升降电动机122上电连接有驱动控制部108，在规定的时刻进行控制，使得进行规定的动作(参照图4)。
在作为预备室的加载互锁室110的外表面设有下衬底112。在下衬底112上设有与升降台114嵌合的引导轴116和与该升降台114螺合的滚珠丝杠118。在立设于下衬底112的引导轴116和滚珠丝杠118的上端设有上衬底120。滚珠丝杠118通过设于上衬底120的升降电动机122旋转。通过滚珠丝杠118旋转，升降台114升降。
在升降台114上垂直设置中空的升降轴124，升降台114和升降轴124的连结部为气密。升降轴124与升降台114一起升降。升降轴124动配合地贯穿加载互锁室110的顶板126。升降轴124所贯穿的顶板126的贯穿孔具有相对于该升降轴124不接触那样的充分的余量。为了气密地保持加载互锁室110而在加载互锁室110与升降台114之间，以覆盖升降轴124的周围的方式设有作为具有伸缩性的中空伸缩体的波纹管128。波纹管128具有能与升降台114的升降量对应的充分的伸缩量，该波纹管128的内径与升降轴124的外形相比充分大，不会由于波纹管128的伸缩而接触。
在升降轴124的下端水平地固定有升降衬底130。在升降衬底130的下表面上，经由O型密封圈等密封构件，气密地安装有驱动部罩132。由升降衬底130和驱动部罩132构成驱动部收纳外壳134。通过该结构，驱动部收纳外壳134内部与加载互锁室110内的气氛隔离。
此外，在驱动部收纳外壳134的内部设有舟皿30的旋转机构218，该旋转机构218的周边由冷却机构136冷却。
电力电缆138从升降轴124的上端通过该升降轴124的中空部，被导入旋转机构218并与其连接。此外，在冷却机构136和密封盖102上形成有冷却水流路140。冷却水配管142从升降轴124的上端通过该升降轴124的中空部，被导入冷却流道路140并与其连接。
通过升降电动机122被驱动，滚珠丝杠118旋转，使驱动部收纳外壳134借助升降台114和升降轴124而升降。
通过驱动部收纳外壳134上升，气密地设置于升降衬底130的密封盖102将作为处理炉40的开口部的炉口144封闭，成为能够进行晶片处理的状态。通过驱动部收纳外壳134下降，舟皿30与密封盖102一起下降，成为能将晶片14搬出到外部的状态。
图4表示构成形成碳化硅外延膜的半导体制造装置10的各部的控制结构。温度控制部52、气体流量控制部78、压力控制部98、驱动控制部108构成操作部和输入输出部，电连接于控制半导体制造装置10整体的主控制部150。这些温度控制部52、气体流量控制部78、压力控制部98、驱动控制部108构成为控制器152。
这样，从第1气体供给口68至少供给含硅气体、含氯气体和n型杂质气体，从第2气体供给口72至少供给含碳气体和还原气体，所供给的气体相对于由硅或碳化硅构成的晶片14平行地流动，并朝向第1排气口90流动，所以晶片14整体有效且均匀地暴露在气体中。
接着，使用如上述那样构成的热处理装置10，作为半导体器件的制造工序的一个工序，说明在由碳化硅等构成的晶片14等衬底上形成掺杂有例如n型杂质的碳化硅外延膜的方法。另外，在以下的说明中，构成热处理装置10的各部的动作，由控制器152控制。
首先，在晶片盒载置台18上放置收容有多张晶片14的晶片盒16时，由晶片盒输送装置20将晶片盒16从晶片盒载置台18向晶片盒输送装置20输送，并储藏在该晶片盒输送装置22中。接着，通过晶片盒输送装置20，将储藏在晶片盒输送装置22中的晶片盒16输送并放置于晶片盒开启器24上，利用该晶片盒开启器24打开晶片盒16的盖，由衬底张数检测器26检测收容于晶片盒16中的晶片14的张数。
接着，利用衬底移载机28，从位于晶片盒开启器24的位置的晶片盒16取出晶片14，移载到舟皿30上。
在多张晶片14被装填于舟皿30中时，保持有多张晶片14的舟皿30通过利用升降电动机122的升降台114和升降轴124的升降动作而搬入(舟皿装载，Boat loading)到反应室44内。在该状态下，密封盖102成为借助O型密封圈密封集合管的下端的状态。
由真空排气装置220进行真空排气，使得反应室44内成为规定的压力(真空度)。此时，反应室44内的压力由压力传感器测定，基于该测定的压力，连通于第1气体排出口90和第2气体排出口390的APC阀214被反馈控制。
此外，通过由作为磁场产生部的感应线圈50感应加热了的被加热体48进行加热，使得晶片14和被加热体48的内侧成为规定的温度。此时，基于温度检测器检测到的温度信息，对感应线圈50的通电状况进行反馈控制，使得被加热体48的内侧成为规定的温度分布。接着，利用旋转机构218，舟皿30旋转，从而晶片14沿周向旋转。
接着，有助于掺杂有n型杂质的碳化硅外延膜的生长反应的含硅气体和含氯气体分别由气体源210a、210b从气体供给口68供给，此外含碳气体和作为还原气体的H2气体和n型杂质气体由气体源210c、210d、210f从气体供给口72供给，通过外延生长而形成掺杂有n型杂质的碳化硅膜。
此时，调整对应的MFC211a、211b的开度使得含硅气体和含氯气体成为规定的流量，之后阀212a、212b被打开，各自的气体在气体供给管222、第1气体供给喷嘴60中流通，从第1气体供给口68供给。
此外，调整对应的MFC211c、211d、211f的开度使得含碳气体和作为还原气体的H2气体和n型杂质气体成为规定的流量，之后阀212c、212d、212f被打开，各自的气体在气体供给管260和第2气体供给喷嘴70中流通，从第2气体供给口72供给。
从第1气体供给口68和第2气体供给口72供给的气体通过反应室44内的被加热体48的内侧，从气体排气口90通过气体排气管230被排出。由第1气体供给口68和第2气体供给口72供给的气体在通过被加热体48的内侧时，与由碳化硅等构成的晶片14接触，在晶片14的表面进行掺杂有n型杂质的碳化硅外延膜的生长。
此外，通过气体供给源210e，调整对应的MFC211e的开度使得作为惰性气体的稀有气体的氩气成为规定的流量，之后阀212e被打开，在气体供给管240中流通，从第3气体供给口360被供给到反应室44内。从第3气体供给口360供给的作为惰性气体的稀有气体的氩气通过反应室44内的隔热材料54与反应管42之间，从第2气体排出口390排出。
如以上那样，从第1气体供给喷嘴供给含硅气体、含氯气体，从第2气体供给喷嘴供给含碳气体和作为还原气体的含氢气体和n型杂质气体，从以与晶片的层叠间隔相同的间隔设于高度方向的气体供给口向第1和第2气体供给喷嘴供给，在由碳化硅(SiC)等构成的作为衬底的晶片14上，形成掺杂有n型杂质的碳化硅膜。
此外，如图6所示，在从第1气体供给口68和第2气体供给口72喷出的气流朝向交叉那样的方向时，促进气体的混合。
在图7中表示利用本实施方式中的反应室结构供给了反应气体时的作为衬底的晶片14上的乙炔(C2H2)气体的摩尔分数的分布。在图7中以虚线所示的部分(检测线)上的、硅气体和乙炔气体的浓度分布表示于图8。
如图7和图8所示，从第1气体供给口和第2气体供给口供给的气体通过在晶片14表面流动而在晶片14上形成希望的膜，然而，由于在晶片上流动的期间，从第1气体供给口供给的含硅气体和含氯气体，以及从第2气体供给喷嘴供给的含碳气体、作为还原气体的氢气和作为n型掺杂气体的例如氮气不顺利地混合，所以在晶片14上，在接近配置有第1气体供给喷嘴的部位的区域，气相中所含有的硅浓度变高(富含硅)，在接近配置有第2气体供给喷嘴的部位的区域，碳浓度变高(富含碳)。
图9表示在第1实施方式的反应室结构中，不使晶片旋转而成膜时的(a)所形成的膜的膜厚的面内分布，(b)表示在(a)中以虚线所示的检测线上的膜厚分布。
如图9所示可知，由于在晶片14表面原料气体的浓度分布产生偏差，所以对所形成的膜的膜厚产生大的影响，晶片14的中央部成为凸的膜厚分布，在半导体器件的制造中，成为导致成品率降低的主要原因。
此外，在形成碳化硅膜的工艺中，为了控制所形成的膜的电阻率，向原料气体中添加作为n型杂质的例如氮等、作为p型杂质的例如铝等，通过将氮、铝混入膜中，并控制混入到膜中的杂质的浓度，由此控制所形成的掺杂有杂质的碳化硅膜的电阻率等物性值。
但是，在如上述那样的晶片面内，在硅和碳的浓度分布产生偏差的情况下，在碳化硅膜中掺杂n型杂质或p型杂质时成为问题，影响杂质的浓度分布。
在这里，说明杂质被混入碳化硅膜时的机理。
杂质被混入碳化硅膜中时，已知杂质被混入碳化硅膜的碳侧或硅侧的哪一侧，在掺杂有作为n型杂质的例如氮的情况下，通过与吸附于碳化硅膜的硅侧并欲混入碳化硅膜的碳置换，氮被混入碳化硅膜中，形成掺杂有n型杂质的碳化硅膜。
此外，在掺杂作为p型杂质的例如铝的情况下，通过与吸附于碳化硅膜的碳侧并欲混入碳化硅膜的硅置换，铝被混入膜中，形成掺杂有p型杂质的碳化硅膜。
上述称之为侧竞争(Side competition)原理。
在这里，例如在掺杂作为n型杂质的例如氮时，在形成C/Si的值的掺杂有n型杂质的碳化硅膜的面内分布产生偏差的情况下，该C/Si的值是同晶片14的表面接触的有助于成膜的气体所含有的碳的分布浓度与硅的浓度分布之比，在膜的面内分布中C/Si的值大的部分，即与硅相比碳的浓度相对高的情况下，由于气相中的氮原料(例如，N2、N原子)的浓度相对变小，在碳化硅膜面中，与氮的吸附物质即碳的吸附物质置换的概率变小，被混入碳化硅膜中的氮的数量变少。即，可知在C/Si的值大的部分，n型杂质难以掺杂。此外，在掺杂作为p型杂质的例如铝的情况下，成为与掺杂n型杂质的情况相反的倾向。
图17表示有助于成膜的气体的主要成分即含碳气体的浓度分布与含硅气体的浓度分布之比C/Si的值和碳化硅膜中所掺杂的n型掺杂原子的关系(SiC半导体的基础和应用，作者奥村元、儿岛一聪、福田憲官，出版社ED研究社、27页，摘自图4.5)。由此可知，在原料气体中的C/Si的值变大的情况下，妨碍在碳化硅膜中掺杂n型杂质。通过以上可知，在晶片14的面内分布中，为了使掺杂有n型杂质的碳化硅膜中的氮浓度均匀，优选形成于晶片14的碳化硅膜的各部分中的C/Si的值的偏差小。可知在为了形成掺杂有n型杂质的碳化硅膜而供给作为n型杂质气体的例如氮(N2)气体时，或为了形成掺杂有p型杂质的碳化硅膜而供给作为p型杂质气体的例如三甲基铝气体时，需要下功夫研究供给这些杂质气体的方法。
发明人考虑到上述的情况，本发明是在形成掺杂有n型杂质或p型杂质的碳化硅膜时，涉及n型杂质气体或p型杂质气体的供给方法的发明。例如在掺杂有n型杂质的碳化硅膜的情况下，由供给含碳气体的第2气体供给喷嘴一起供给含碳气体和n型杂质气体例如氮气体。由此，在晶片14上，对C/Si的值大的部分，即碳浓度相对大的部分，积极地供给氮气，成为氮浓度高的状态，促进氮向碳侧的置换，由此在晶片14上，能使与C/Si的值小的部分的相对氮浓度分布均匀。由此，实现提高形成于晶片14上的掺杂有n型杂质的碳化硅膜中的n型杂质的浓度分布的面内均匀性。
另一方面，在掺杂有p型杂质的碳化硅的情况下，通过供给含硅气体的第1气体供给喷嘴，与含硅气体一起供给p型杂质气体，例如三甲基铝气体。由此，在晶片14中，对C/Si的值小的部分，即，硅浓度相对大的部分，积极地供给三甲基铝气体，成为铝浓度高的状态，促进铝向硅侧的置换，由此在晶片14中，能使与C/Si的值大的部分的相对铝浓度分布均匀。由此，谋求提高形成于晶片14上的掺杂有p型杂质的碳化硅膜中的p型杂质的浓度分布的面内均匀性。
碳化硅外延膜的生长在经过预先设定的时间后，停止上述的气体的供给，从未图示的惰性气体供给源供给惰性气体，反应室44内被惰性气体置换，并且被加热体48的内侧的压力恢复为常压。
之后，密封盖102利用升降电动机122而下降，集合管的下端开口，并且已处理的晶片14在被保持于舟皿30的状态下从集合管的下端搬出到反应管42的外部(舟皿卸载)，使舟皿30在规定位置待机直到支承于舟皿30上的所有的晶片14变冷。接着，在待机的舟皿30的晶片14被冷却到规定温度时，利用衬底移载机28，将晶片14从舟皿30取出，输送并收容于放置于晶片盒开启器24上的空的晶片盒16中。之后，利用晶片盒输送装置20，将收容有晶片14的晶片盒16输送到晶片盒输送装置22或晶片盒载置台18。这样一来，半导体制造装置10的一系列作用完成。
由此，抑制气体供给喷嘴内的堆积膜的生长，并通过在被加热体48的内侧，从气体供给喷嘴供给的含硅气体、含碳气体、含氯气体、作为还原气体的氢气和杂质气体发生反应，使由碳化硅等构成的多张晶片14以水平姿势且彼此中心对齐的状态排列并沿纵向堆积地保持的情况下，能够进行掺杂有杂质的碳化硅外延膜的生长。
此外，优选第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴以第1和第2气体供给口68、72分别朝向晶片14中心能够喷出气体的方式配置，并交替地设置第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴较佳。由此，抑制供给气体的不均，更进一步提高膜厚面内均匀性。
此外，在本实施方式中，第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴是圆筒形状，然而不限于此，也可以是方筒形状、多边形的形状，优选气体供给喷嘴的形状为其一部分沿着被加热体的内周面那样的形状较佳。由此，能抑制在气体供给喷嘴与被加热体之间的间隙中形成膜，能降低因该形成的膜而造成的微粒产生的可能性。
另外，在本实施方式中，作为惰性气体而优选使用稀有气体的氩气，但是不限于此，也可以使用氦(He)气体、氖(Ne)气体、氪(Kr)气体、氙(Xe)气体。
根据本实施方式，发挥以下所示的效果中的至少1个以上的效果。
(1)构成所形成的碳化硅膜的硅与碳之比在碳化硅膜的面内分布中产生了偏差的情况下，在掺杂杂质时，通过与含有要同杂质置换的元素的反应气体一起供给杂质气体，能提高形成在晶片上的掺杂有杂质的碳化硅膜的杂质浓度的均匀性。
(2)在形成掺杂有p型杂质的碳化硅膜时，从第1气体供给喷嘴向反应室44内至少供给含硅气体、含氯气体和p型杂质气体，从第2气体供给喷嘴向反应室44内至少供给含碳气体和还原气体，能提高形成在晶片上的掺杂有p型杂质的碳化硅膜中的p型杂质的浓度的面内均匀性。
(3)在形成掺杂有n型杂质原子的碳化硅膜时，从第1气体供给喷嘴向反应室44内至少供给含硅气体和含氯气体，从第2气体供给喷嘴向反应室44内至少供给含碳气体、还原气体和n型杂质气体，能提高形成在晶片上的掺杂有n型杂质的碳化硅膜中的n型杂质的浓度的面内均匀性。
(4)根据(1)～(3)，能够从不同的气体供给喷嘴向反应室44内分别供给含硅气体和含碳气体，所以能抑制在气体供给喷嘴内的碳化硅膜的形成。
(5)根据(4)，能抑制由堆积的碳化硅膜造成的喷嘴内的堵塞。
(6)根据(4)，能抑制因堆积的碳化硅膜而造成的微粒的产生。
(7)根据(1)～(3)，从不同的气体供给喷嘴向反应室44内分别供给含硅气体和还原气体，所以能抑制在气体供给喷嘴内的含硅气体的分解。
(8)根据(7)，能抑制在气体供给喷嘴内的含硅气体的消耗。
(9)根据(7)，能抑制在含硅气体的气体供给喷嘴内的硅膜的堆积。
(10)根据(7)，能抑制因堆积的硅膜而造成的微粒的产生。
(11)根据上述的效果，能对一次处理的衬底进行掺杂有杂质的碳化硅外延膜的生长。
[第2实施方式]
接着，说明第2实施方式。
在第1实施方式中，通过设置第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴，抑制在喷嘴内的堆积膜的生长，并在反应室44内进行了面内分布良好的掺杂有杂质的碳化硅膜的生长，然而在第2实施方式中，为了在反应室44内效率更高地进行碳化硅外延膜的生长，研究了第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴设置的数量、布局。
图10和图11表示以提高形成的掺杂有杂质的碳化硅膜的杂质的掺杂量的面内均匀性为目的，将多根气体供给喷嘴相对于作为衬底的例如由碳化硅等构成的晶片14配置在圆周方向上的反应室结构的俯视图，图10表示将第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴交替地配置了偶数根气体供给喷嘴的情况下的反应室结构的俯视图，图11表示以1个第2气体供给喷嘴为中心，将第1气体供给喷嘴、第2气体供给喷嘴、第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴交替地配置了奇数根气体供给喷嘴的反应室结构的俯视图的一个例子。
图12表示在图10的反应室结构中，成膜时所形成的碳化硅膜的膜厚的面内分布。
如图12所示。根据本实施方式，通过在被加热体48的内侧分别配置多根第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴，效率高地混合从第1气体供给喷嘴供给的含硅气体和从第2气体供给喷嘴供给的含碳气体，因此，能够提高所形成的碳化硅膜的膜厚均匀性。
由此，提高所形成的碳化硅膜的膜厚的面内均匀性，并且碳化硅膜面内的C/Si的值的偏差变小，因此，即使在添加杂质气体而形成掺杂有杂质的碳化硅膜时，能容易均匀地掺杂杂质，能提高掺杂有杂质的碳化硅膜中的杂质浓度的面内均匀性。
通过在第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴上，以与晶片的层叠间隔相同的间隔在高度方向上设置1个以上的第1气体供给口和第2气体供给口，因为能够对以水平姿势且彼此中心对齐的状态排列并堆积地保持的多张晶片14效率高地供给气体，所以能提高形成在多张晶片14上的碳化硅的膜厚的面间均匀性，能提高形成在多张晶片上的掺杂有杂质的碳化硅膜的膜厚的面间均匀性。
此外，如图11所示，优选由多根第1和第2气体供给喷嘴构成，并在两端设置第2气体供给喷嘴较佳。由此，利用从第2气体供给喷嘴供给的还原气体，例如氢气，含硅气体、含碳气体和含杂质气体被引导而在晶片14上流动，所以在晶片14上容易进行成膜，此外，能抑制除了在晶片14上以外例如在被加热体48等上成膜，因为在晶片14以外不形成碳化硅膜等，所以能抑制因此而引起的微粒的产生。
根据本实施方式，除了在第1实施方式中说明的效果以外，还发挥以下所示的效果中的至少1个以上的效果。
(1)通过形成设置有多根第1和第2气体供给喷嘴的反应室结构，能高效率地混合所供给的含硅气体和含碳气体。
(2)根据(1)，因为含硅气体和含碳气体混合的部位增加，所以能提高所形成的掺杂有杂质的碳化硅膜的膜厚的面内均匀性。
(3)根据(1)，由于所形成的膜的C/Si的值的面内分布变得均匀，所以能提高杂质的面内均匀性。
(4)在(1)中，在被加热体48的内侧交替地排列设置多根第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴时，通过在两端设置第2气体供给喷嘴，能够效率高地向晶片供给含硅气体、含碳气体和含杂质气体。
(5)在(4)中，能抑制在晶片以外的反应室内形成膜。
(6)在(4)中，能抑制因在晶片以外的反应室内所形成的膜而引起的微粒的产生。
[第3实施方式]
接着，说明第3实施方式。
在第3实施方式中，为了效率高地混合并供给从第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴供给的含硅气体和含碳气体，对设置第1气体供给口和第2气体供给口的位置进行了研究。
如图13(a)～(c)所示，表示用于在从第1气体供给喷嘴供给的含硅气体和从第2气体供给喷嘴供给的含碳气体到达晶片14之前效率高地混合，之后向晶片供给的反应室结构的例子。图13(a)表示使相对的第1和第2气体供给口的高度位置不同地设置的情况，图13(b)表示应用了圆筒状的气体供给喷嘴的情况，图13(c)表示应用了多边形状的气体供给喷嘴的情况。
如图13(a)所示，优选使相对的第1气体供给口和第2气体供给口的高度不同地设置较佳。
图14表示在本实施方式的反应室结构中，在使第1气体供给口的高度位置与第2气体供给口的高度位置不同地设置的情况下的、反应气体的流动计算结果。
由此，如图14所示，因为从第1气体供给口供给的含硅气体和含氯气体与从第2气体供给口供给的含碳气体和作为还原气体的例如氢气体、n型含杂质气体在第1气体供给喷嘴与第2气体供给喷嘴之间容易形成漩涡状的气流，所以能促进上述气体的混合，通过使该混合的气体流向晶片，能提高形成在晶片上的掺杂有n型杂质的碳化硅膜的膜厚的膜厚均匀性，能均匀地掺杂n型杂质。
另外，如上述那样，作为使第1气体供给口和第2气体供给口的设置高度不同地设置的理由，可预测例如在使第1气体供给口和第2气体供给口的高度为相同的高度设置的情况下，由于在任一气体供给口附近进行反应，在任一气体供给口例如形成碳化硅膜。由此，可以举出下述可能性：在第1气体供给喷嘴或第2气体供给喷嘴或该两者的气体供给口形成膜而造成的堵塞、因所形成的膜而引起的微粒产生。
此外，优选如图13(c)所示那样将应用的气体供给喷嘴形成为多边形状的气体供给喷嘴较佳。如图13(b)所示，在例如应用了圆筒状的气体供给喷嘴的情况下，在被加热体48的内壁与气体供给喷嘴之间具有间隙，有含硅气体、含碳气体等有助于成膜的气体(原料气体)从该间隙泄漏，无法促进充分的混合的可能性，有从间隙泄漏的所混合的原料气体反应并在晶片以外的反应室内的一部分例如形成碳化硅膜等膜的可能性，由此有可能导致微粒产生的问题。
另外，在图13(c)中，作为多边形状的气体供给喷嘴的一个例子而说明了五边形状的气体供给喷嘴，但是不限于此，优选气体供给喷嘴的形状为，相对于筒状的被加热体48的内壁，气体供给喷嘴的一部分具有沿着内壁那样的形状较佳，例如，在被加热体48为圆筒形状的情况下，气体供给喷嘴形状的一部分也可以是具有圆弧的形状。
由此，因为能够减少反应气体进入到被加热体48与气体供给喷嘴之间，所以能够在从第1气体供给口68和第2气体供给口72供给的反应气体混合了之后效率高地向衬底供给。此外，由此，能够抑制在被加热体48与气体供给喷嘴之间形成膜，能降低因所形成的膜而引起的微粒产生的可能性。
图15表示在本实施方式的反应室结构中，成膜时所形成的碳化硅膜的C/Si的值的面内分布。如图15所示可知，形成在晶片14上的碳化硅膜是C/Si的偏差小的膜，在形成掺杂有杂质的碳化硅膜时，能均匀地掺杂杂质。
图16表示在第2实施方式中所示的气体供给喷嘴的结构中的检测线上的C/Si比和在第3实施方式中所示的气体供给喷嘴的结构中的检测线上的C/Si比。如从图16也可知那样，可知与第2实施方式的气体供给喷嘴结构相比，第3实施方式的气体供给喷嘴结构的C/Si比均匀。
根据本实施方式，除了在第1实施方式以及第2实施方式中说明的效果之外，还发挥以下所示的效果中的至少1个以上的效果。
(1)通过设置相对的第1气体供给口和第2气体供给口，能够在到达晶片之前促进了气体的混合，之后向晶片供给。
(2)在(1)中，通过使第1气体供给口和第2气体供给口的高度不同地设置，因为能在第1气体供给喷嘴与第2气体供给喷嘴的间隙中容易形成漩涡状的气流，所以能在到达晶片之前促进了气体的混合，之后向晶片供给。
(3)在(2)中，通过相对于晶片的层叠方向，在层叠方向上交替地设置第1气体供给口和第2气体供给口，因为能容易效率高地形成漩涡状的气流，所以能在到达晶片之前促进了气体的混合，之后向晶片供给。
(4)在(1)中，通过将气体供给喷嘴的形状形成为沿着被加热体的内壁那样的形状，能抑制反应气体进入到被加热体与喷嘴之间的间隙中。
(5)在(4)中，抑制因进入的反应气体发生反应而形成的膜成为微粒产生的主要原因。
[第4实施方式]
接着，说明第4实施方式。
在第4实施方式中，为了效率高地混合并供给从第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴供给的含硅气体和含碳气体，研究了气体供给喷嘴的结构。
如图19所示，在本实施方式中，在作为衬底的晶片14的排列区域上延伸的第1气体供给喷嘴60，在向与晶片14的表面平行的方向、且是向第2气体供给口70的方向延伸并分支的第1分支喷嘴上设置1个以上第1气体供给口68，从该第1气体供给口68供给含硅气体和含氯气体，在设于与第1气体供给喷嘴不同的位置并在晶片14的排列区域上延伸的第2气体供给喷嘴70上，在向与晶片14的表面平行的方向、且是向第1气体供给口60的方向延伸并分支的第2分支喷嘴上设置1个以上第2气体供给口72，从该第2气体供给口72供给含碳气体和作为n型杂质气体的例如氮气体和作为还原气体的例如氢气体，在晶片14上形成掺杂有n型杂质的碳化硅膜。
如图19(a)所示，由于能够对晶片14沿平行方向供给气体，所以形成在晶片14上的碳化硅膜的膜厚均匀地形成，此外，能均匀地掺杂作为杂质的氮。
特别是通过经由如图19(b)所示那样的第1分支管、第2分支管供给，也能减轻支承晶片14的舟皿柱30a的影响。具体地说明如下。晶片14由多个舟皿柱30a支承，为了面内膜厚的均匀化而旋转。于是，舟皿柱30a通过气体供给口的前方。在该情况下，气体供给被舟皿柱30a妨碍，但是通过如图19那样相对于晶片14沿并列方向设置多个气体供给口，能实现大范围或密集地气体供给，作为结果，能减小舟皿柱的影响。
此外，为了减小舟皿柱30a的影响，还可以如图19(c)所示那样使用晶片保持架300将晶片14与舟皿柱30a分离。晶片保持架300具有圆环状的第1晶片保持架300a，晶片14被保持于第1晶片保持架300a。由此，能使晶片14与舟皿柱30a的距离分离开晶片保持架300a的量，能减小舟皿柱30a的影响。此外，在本方式中采用成膜的所谓面朝下方式，形成由第1晶片保持架300a覆盖晶片14的上表面侧的结构。通过这样覆盖晶片14的上表面，能抑制从上部落下来的微粒的影响，并且通过使第1晶片保持架300a与晶片14的上表面侧接触而能抑制向与成膜面相反侧的背面侧的成膜。
此外，优选能交替地配置第1分支喷嘴和第2分支喷嘴地设置为佳。由此，能够使从第1气体供给喷嘴供给的含硅气体和含氯气体与从第2气体供给喷嘴供给的含碳气体、作为n型的杂质原子的氮气体和作为还原气体的氢气体的浓度分布在检测线上(与气体流动垂直的方向)均匀化。
此外，优选一对第1分支喷嘴和第2分支喷嘴配置于在高度方向上并列的晶片14的各自之间。由此，能使相对于各晶片14的条件相同，能提高晶片间的均匀性。另外，在该情况下，优选晶片14的成膜面靠近第1气体供给口68和第2气体供给口70中的、供给含硅气体的第1气体供给口68。在掺杂有杂质的碳化硅膜的形成中，碳与硅之比(C/Si)是重要的。特别是在碳的浓度高的情况下，会使膜质劣化。因而，为了形成容易成为富含硅的环境，优选使供给含硅气体的第1气体供给口68比供给含碳原子气体的第2气体供给口72靠近晶片14的成膜面。因此，在本实施方式中，在晶片14之间的空间中，从上方依次排列第1分支喷嘴、第2分支喷嘴。
此外，如图19所示，在采用从相对于晶片沿平行方向延伸的第1分支喷嘴、第2分支喷嘴供给气体的结构的情况下，通过控制从第1分支喷嘴供给的气体和从第2分支喷嘴供给的气体的混合部位，能够使与图19(a)所示的检测线垂直的方向(气体流动方向)上的晶片14的成膜面中的C/Si比均匀化。以下，将与图19(a)所示的检测线垂直的方向的成膜面上的线作为第2检测线，具体地说明。首先，暂时将含硅原子气体和含碳原子气体的比率(C/Si)设为0.5，开始供给。在到达晶片14之前完全地混合含硅原子气体和含碳原子气体的情况下，若不考虑气体消耗，则第2检测线上的C/Si是0.5，为恒定。可是，若将气体消耗考虑进去，则由于含硅原子气体和含碳原子气体相同地被消耗，所以混合比率在距离气体供给喷嘴较近侧和较远侧发生变化。例如，在以含硅原子气体为100，以含碳原子气体50为供给时，随着远离气体供给口，含硅原子气体和含碳原子气体相同地被消耗而减少。在这里是极端的例子，在含硅原子气体被消耗到60时，含碳原子气体被消耗到10。此时的C/Si是10/60＝0.17，在距离气体供给喷嘴较近侧和较远侧C/Si比改变。
另一方面，当控制成在含硅原子气体和含碳原子气体到达晶片14之前未完全地混合，而在第2检测线上使其逐渐混合时，能够使距离气体供给喷嘴的较近侧和较远侧的Si/C均匀，能实现杂质浓度的均匀化。以下说明上述内容。
首先，如本实施方式那样，在平行地供给2种气体的情况下，由于各自的气体的扩散，产生2种气体的混合。因而，在从接近第2检测线的第1分支喷嘴供给的气流中逐渐产生从第2分支喷嘴供给的气体的扩散。因此，若不考虑中途的气体消耗，则从第2检测线上的第2分支喷嘴供给的气体的浓度越远离分支喷嘴越高。另一方面，在考虑气体消耗的情况下，为了使C/Si的值均匀化，相对于第2检测线上的含硅原子气体的减少，只要使含碳原子气体的减少变小即可。因而，若通过扩散，从第2分支喷嘴供给的含碳原子气体逐渐扩散到从第1分支喷嘴供给的含硅原子气体的气体流中，则在第2检测线上，含碳原子气体通过扩散而逐渐补充，相对于含硅原子气体的减少，能使含碳原子气体的减少变小。
这样，为了使从第2分支喷嘴供给的气体逐渐扩散到从第1分支喷嘴供给的气流中，只要使从第1气体供给口68供给的气流的流速成为在从第2气体供给口72供给的气体通过晶片14的成膜面的期间逐渐扩散那样的速度即可。另外，一般而言，若气流的流速快，则成为其他的气体难以扩散的状态，因此，只要控制从第1气体供给口供给的气体的流速即可。作为控制从第1气体供给口68供给的气流的流速的方法，例如列举有增大含硅元素气体的载体气体的流量，或减小第1气体供给口68的大小。
此外，关于在含硅原子气体和含碳原子气体到达晶片14之前不混合这一点，在使用图19(c)所示那样的晶片保持架300时，发挥进一步的效果。即，若含硅原子气体和含碳原子气体在到达晶片14前被混合，则在晶片保持架300上形成SiC膜。形成SiC膜造成原料气体被消耗，原料气体的效率变差。另一方面，在晶片14上混合开始的情况下，由于在晶片保持架300上不成膜，所以不会产生原料气体的消耗。因而，原料气体的使用效率提高，即，能提高成膜率，使生产率提高。
另外，如图19所示，气体供给口设置了多个孔状的气体供给口，但是不限于此，也可以是狭缝形状。
根据本实施方式，除了在第1实施方式至第3实施方式中所说明的效果之外，还发挥以下所示的效果中的至少1个以上的效果。
(1)通过设于气体供给喷嘴的分支管，将第1气体供给口和第2气体供给口沿高度方向排列，能够促进气体在到达晶片之前的混合，之后向晶片供给。
(2)在(1)中，通过密集地配置设于分支管的气体供给口，能减轻舟皿柱的影响。
(3)在(1)中，通过将第1气体供给口配置于接近晶片的成膜面的一侧，能实现掺杂有杂质的碳化硅膜的均匀化。
(4)在(1)中，通过使气体供给喷嘴的形状形成为沿着被加热体的内壁那样的形状，能抑制反应气体进入到被加热体与喷嘴之间的间隙中。
另外，本发明说明了碳化硅外延膜生长，但是也能适用于其他的外延膜和CVD膜等。
[附记]
以下，附记本实施方式的优选方式。
[附记1]
一种半导体器件的制造方法，是衬底处理装置中的半导体器件的制造方法，该衬底处理装置包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；以及第2气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口，设置上述第1气体供给口的方向和设置上述第2气体供给口的方向被设置成在到达上述衬底之前交叉，其中，该半导体器件的制造方法具有以下的工序：
将上述多张衬底搬入至反应室内；
从上述第1气体供给口向上述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体，或含硅及氯的气体，从上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给含碳气体和还原气体，从上述第1气体供给口或上述第2气体供给口向上述反应室内进一步供给杂质气体，在上述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜；以及
从上述反应室搬出上述多张衬底。
[附记2]
一种衬底处理装置，包括：
反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；
第1气体供给系统，向上述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体，或含硅及氯的气体；
第2气体供给系统，向上述反应室内至少供给含碳气体和还原气体；
第3气体供给系统，向上述反应室内至少供给杂质气体；
第1气体供给喷嘴，连接于上述第1气体供给系统，或者连接于上述第1气体供给系统和上述第3气体供给系统，并且在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；
第2气体供给喷嘴，连接于上述第2气体供给系统，或者连接于上述第2气体供给系统和上述第3气体供给系统，并且在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口；以及
控制器，进行控制，使得上述第1气体供给系统从上述第1气体供给口向上述反应室内至少供给上述含硅气体和上述含氯气体，或者含硅及氯的气体，上述第2气体供给系统从上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给上述含碳气体和上述还原气体，上述第3气体供给系统从上述第1气体供给口或上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给上述杂质气体，在上述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜，
设置上述第1气体供给口的方向与设置上述第2气体供给口的方向被设置成在到达上述衬底之前交叉。
[附记3]
一种衬底制造方法，是衬底处理装置的衬底制造方法，该衬底处理装置包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；以及第2气体供给喷嘴，在用于层叠上述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口，设置上述第1气体供给口的方向和设置上述第2气体供给口的方向被设置成在到达上述衬底之前交叉，其中，该衬底制造方法具有以下的工序：
将上述多张衬底搬入至反应室内的工序；
从上述第1气体供给口向上述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体，或含硅及氯的气体，从上述第2气体供给口向上述反应室内至少供给含碳气体和还原气体，从上述第1气体供给口或上述第2气体供给口向上述反应室内进一步供给杂质气体，在上述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜的工序；以及
从上述反应室搬出上述多张衬底的工序。
[附记4]
根据附记1所述的半导体器件的制造方法，还向第1气体供给喷嘴供给稀有气体。
[附记5]
根据附记4所述的半导体器件的制造方法，向第1气体供给喷嘴供给氩气。
[附记6]
根据附记1所述的半导体器件的制造方法，第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴的形状是以沿着被加热体的内周的方式弯曲的形状。
[附记7]
根据附记6所述的半导体器件的制造方法，第1气体供给喷嘴和第2气体供给喷嘴是圆筒形。
[附记8]
根据附记6所述的半导体器件的制造方法，第1气体供给喷嘴和上述第2气体供给喷嘴是多边形。
[附记9]
根据附记6所述的半导体器件的制造方法，第1气体供给喷嘴和上述第2气体供给喷嘴的一部分是具有圆弧的形状。
[附记10]
根据附记1所述的半导体器件的制造方法，第1气体供给口沿设置第2气体供给喷嘴的方向设置，第2气体供给口沿设置第1气体供给喷嘴的方向设置。
[附记11]
根据附记10所述的半导体器件的制造方法，第1气体供给口和第2气体供给口分别设于相对的位置。
[附记12]
根据附记10所述的半导体器件的制造方法，分别使第1气体供给口的高度位置与第2气体供给口的高度位置不同地设置。
[附记13]
根据附记10所述的半导体器件的制造方法，使第1气体供给口的高度位置和第2气体供给口的高度位置在晶片14半径方向的位置上相同，在晶片14上下方向的位置(高度)上不同地设置。
[附记14]
根据附记1所述的半导体器件的制造方法，具有设于反应室的外侧且进行电磁感应加热的磁场产生部。
[附记15]
根据附记1所述的半导体器件的制造方法，在形成反应室的反应管与被加热体之间设置隔热材料。
[附记16]
根据附记1所述的半导体器件的制造方法，上述第1气体供给喷嘴具有设有上述第1气体供给口并沿与上述衬底的表面平行的方向延伸的多个第1分支管，上述第2气体供给喷嘴具有设有上述第2气体供给口并沿与上述衬底的表面平行的方向延伸的多个第2分支管，上述多个第1分支管和上述多个第2分支管沿上述多张衬底的层叠方向排列地配置。
符号说明
Figure BPA00001596546000331
Figure BPA00001596546000341

Claims (16)

1.一种半导体器件的制造方法，是衬底处理装置中的半导体器件的制造方法，该衬底处理装置包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给喷嘴，在用于层叠所述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；以及第2气体供给喷嘴，在用于层叠所述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口，设置所述第1气体供给口的方向和设置所述第2气体供给口的方向被设置成在到达所述衬底之前交叉，该半导体器件的制造方法具有以下的工序：
将所述多张衬底搬入至反应室内的工序；
从所述第1气体供给口向所述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体、或含硅及氯的气体，从所述第2气体供给口向所述反应室内至少供给含碳气体和还原气体，从所述第1气体供给口或所述第2气体供给口向所述反应室内进一步供给杂质气体，在所述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜的工序；以及
从所述反应室搬出所述多张衬底的工序。
2.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，从所述第1气体供给喷嘴供给稀有气体。
3.如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其中，从所述第1气体供给喷嘴供给氩气。
4.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第1气体供给喷嘴和上述第2气体供给喷嘴的形状是以沿着被加热体的内周的方式弯曲的形状。
5.如权利要求4所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第1气体供给喷嘴和所述第2气体供给喷嘴是圆筒形。
6.如权利要求4所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第1气体供给喷嘴和所述第2气体供给喷嘴是多边形。
7.如权利要求4所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第1气体供给喷嘴和所述第2气体供给喷嘴的一部分是具有圆弧的形状。
8.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第1气体供给口沿设置所述第2气体供给喷嘴的方向设置，所述第2气体供给口沿设置所述第1气体供给喷嘴的方向设置。
9.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第1气体供给口和所述第2气体供给口分别设于相对的位置。
10.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其中，分别使所述第1气体供给口的高度位置和所述第2气体供给口的高度位置不同地设置。
11.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其中，使所述第1气体供给口的高度位置和所述第2气体供给口的高度位置在所述衬底的半径方向的位置上相同，在所述衬底的上下方向的位置上不同地设置。
12.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，具有设于所述反应室的外侧且进行电磁感应加热的磁场产生部。
13.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，在形成所述反应室的反应管与所述被加热体之间设置隔热材料。
14.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，所述第1气体供给喷嘴具有设有所述第1气体供给口并沿与所述衬底的表面平行的方向延伸的多个第1分支管，所述第2气体供给喷嘴具有设有所述第2气体供给口并沿与所述衬底的表面平行的方向延伸的多个第2分支管，所述多个第1分支管和所述多个第2分支管沿所述多张衬底的层叠方向排列地配置。
15.一种衬底处理装置，包括：
反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；
第1气体供给系统，向所述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体、或含硅及氯的气体；
第2气体供给系统，向所述反应室内至少供给含碳气体和还原气体；
第3气体供给系统，向所述反应室内至少供给杂质气体；
第1气体供给喷嘴，连接于所述第1气体供给系统，或者连接于所述第1气体供给系统和所述第3气体供给系统，并且在用于层叠所述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；
第2气体供给喷嘴，连接于所述第2气体供给系统，或者连接于所述第2气体供给系统和所述第3气体供给系统，并且在用于层叠所述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口；以及
控制器，进行控制，使得所述第1气体供给系统从所述第1气体供给口向所述反应室内至少供给所述含硅气体和所述含氯气体、或者含硅及氯的气体，所述第2气体供给系统从所述第2气体供给口向所述反应室内至少供给所述含碳气体和所述还原气体，所述第3气体供给系统从所述第1气体供给口或所述第2气体供给口向所述反应室内至少供给所述杂质气体，在所述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜，
设置所述第1气体供给口的方向与设置所述第2气体供给口的方向被设置成在到达所述衬底之前交叉。
16.一种衬底制造方法，是衬底处理装置的衬底制造方法，该衬底处理装置包括：反应室，以规定的间隔层叠多张衬底；第1气体供给喷嘴，在用于层叠所述多张衬底的区域上具有1个以上的第1气体供给口；以及第2气体供给喷嘴，在用于层叠所述多张衬底的区域上具有1个以上的第2气体供给口，设置所述第1气体供给口的方向和设置所述第2气体供给口的方向被设置成在到达所述衬底之前交叉，其中，该衬底制造方法具有以下的工序：
将所述多张衬底搬入至反应室内的工序；
从所述第1气体供给口向所述反应室内至少供给含硅气体和含氯气体、或含硅及氯的气体，从所述第2气体供给口向所述反应室内至少供给含碳气体和还原气体，从所述第1气体供给口或所述第2气体供给口向所述反应室内进一步供给杂质气体，在所述衬底上形成掺杂有杂质的碳化硅膜的工序；以及
从所述反应室搬出所述多张衬底的工序。
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