JP2013153110A

JP2013153110A - Substrate processing apparatus, substrate processing method, and manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP2013153110A
Application number: JP2012014107A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Nishido; 周平西堂; Takashi Sasaki; 隆史佐々木; Kenji Shirako; 賢治白子; Masanao Fukuda; 正直福田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-08-08

Abstract

【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３Uniformity of the surface of a substrate is ensured in batch processing of semiconductor substrates.
A reaction tube made mainly of quartz forming a reaction space, an induction coil for heating a semiconductor wafer held by a wafer holder to a processing temperature, and eddy current generated by the induction coil generate heat. And a cylindrical heated body made of carbon graphite and a heat insulating material 54 for preventing the temperature of the reaction tube 42 from rising due to radiation heat radiated from the heated body heated to the processing temperature. In the vertical SiC film forming apparatus, the processing gas 60 is ejected from a hole 62c disposed at a position above the top plate 30a of the boat 30 of the supply nozzle 62a, so that the top of the top plate 30a of the boat 30 is positioned above the top plate 30a. A positive flow of process gas 60 is also formed.
[Selection] Figure 3

Description

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。 The present invention relates to a substrate processing technique and a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a film formation process of a semiconductor substrate.

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。 In a substrate processing apparatus for processing a plurality of substrates in a reaction tube, when supplying hydrogen gas and oxygen gas only from the side of the boat without supplying hydrogen gas or oxygen gas from the upper part of the reaction tube, a hydrogen gas nozzle For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-71412) discloses a technique in which the diameter of the gas ejection hole located at the uppermost portion among the plurality of gas ejection holes provided in the cylinder is the largest. Has been.

特開２０１１−７１４１２号公報JP 2011-71412 A

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。 Silicon carbide (SiC, silicon carbide) is particularly attracting attention as an element material for power devices because it has a larger energy band gap and higher withstand voltage than silicon (Si, silicon).

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。 On the other hand, SiC has a higher melting point than Si, does not have a liquid phase under normal pressure, and has a low impurity diffusion coefficient, so it is known that it is difficult to form substrates and devices compared to Si. Yes. For example, in the SiC epitaxial growth apparatus, the epitaxial growth temperature of Si is 900 ° C. to 1200 ° C., whereas SiC is as high as about 1500 ° C. to 1800 ° C. Therefore, the technical device for suppressing the decomposition of the heat resistant structure of the growth apparatus and the raw material is necessary. In addition, since epitaxial growth proceeds by the reaction of two elements of Si and C, it is necessary to devise a technique not available in a silicon-based growth apparatus for ensuring film thickness and composition uniformity and for controlling the doping level.

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。 Here, as a mass-produced SiC epitaxial growth apparatus, there are apparatuses called “pancake type” and “planetary type” as apparatuses on the market. Several to dozen or more SiC substrates are arranged in a plane on a susceptor heated to a growth temperature by high frequency or the like, and grown by a method of supplying a source gas or a carrier gas. C ₃ H ₈ (propane) and C ₂ H ₄ (ethylene) are often used as the C raw material, SiH ₄ (monosilane) is used as the Si raw material, and H ₂ (hydrogen) is used as the carrier. Add HCl (hydrogen chloride) to suppress silicon nucleation and improve crystal quality in the gas phase, or include SiHCl ₃ (trichlorosilane) and SiCl ₄ (tetrachlorosilane) containing Cl (chlorine) in the structure. In some cases, raw materials such as silicon tetrachloride) are used.

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。 These “pancake-type” or “planetary-type” SiC epitaxial growth apparatuses are used to form a silicon film on a SiC wafer (semiconductor substrate) placed on a susceptor in a planar manner from a gas supply unit installed at the center of the apparatus. The material and the carbon film forming material are supplied, and therefore, the exhaust is generally performed from the peripheral portion, and the gas concentration distribution greatly changes from the supply port to the exhaust port. In order to reduce the film thickness non-uniformity caused by this, it is also common to rotate the SiC wafer and the susceptor during growth.

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。 In this type of SiC epitaxial growth apparatus, in order to increase the number of SiC wafers that can be processed (batch processing) at a time, it is conceivable to increase the diameter of the susceptor. However, increasing the diameter of the susceptor increases the size of the apparatus and reduces the cost. There are increasing problems. This problem becomes more serious as the diameter of the SiC wafer increases. Further, when two or more SiC wafers are arranged from the gas supply direction to the gas exhaust port direction (radial direction), a film thickness difference occurs between the processing wafers due to the above-mentioned gas concentration difference problem. There is a problem that the number of wafers is limited.

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。 Therefore, in order to solve this problem, that is, without increasing the footprint of the reaction chamber, a large number of (for example, 25 to 100) SiC wafers are stacked in multiple stages in the vertical direction with a footprint equivalent to one sheet. Thus, a vertical SiC epitaxial growth apparatus has been devised that enables batch processing and has a structure that improves mass productivity.

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。 A problem in the SiC epitaxial growth apparatus having such a vertical reaction chamber structure is the uniformity of wafer film quality between the surfaces of a plurality of wafers on which film formation is performed together. That is, SiC is subject to epitaxial growth by the reaction of two elements of Si and C as compared to Si, so that it is difficult to ensure uniformity between the wafer surfaces.

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。 Then, when the present inventor examined factors (problems) related to ensuring uniformity between wafer surfaces, the following problems were found.

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。 Inside the reaction tube (reaction vessel) of the SiC epitaxial growth apparatus, a boat (substrate holder) that holds a plurality of SiC wafers stacked in multiple stages for batch processing is used during film formation. The processing gas stagnates above the top plate of the boat (the space above the boat), so that the gas concentration supplied to the SiC wafer near the upper stage of the boat is higher than that of the SiC wafer near the lower stage of the boat. As a result, it is impossible to ensure uniformity between the surfaces of the wafer surface.

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。 Note that the problem of stagnation of the processing gas on the upper side of the boat may be mainly influenced by N ₂ gas. This is because gas other than N ₂ is considered to have relatively little influence because it is decomposed.

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。 An object of the present invention is to provide a technique capable of ensuring the uniformity of the surface of a substrate in batch processing of semiconductor substrates.

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。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

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。 A substrate processing apparatus according to the present invention includes a reaction vessel in which a plurality of semiconductor substrates are internally processed, and a plurality of semiconductor substrates arranged in the reaction vessel, with the plurality of semiconductor substrates spaced apart from each other. A substrate holder that can be held, a plurality of first holes that are provided in the reaction vessel and formed to correspond to the plurality of semiconductor substrates held in multiple stages by the substrate holder, and the substrate holder A nozzle having a second hole arranged at a position above the top plate of the substrate, and a processing gas to each of the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes when processing the semiconductor substrate And the processing gas is supplied to the upper part of the top of the substrate holder through the second hole.

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。 In addition, the substrate processing method according to the present invention includes (a) a step of holding a plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap between each other by a substrate holder inside the reaction vessel, and (b) the reaction vessel. A step of supplying a processing gas to the plurality of semiconductor substrates through a plurality of first holes of a nozzle provided therein to process the plurality of semiconductor substrates, and the step (b) The second hole of the nozzle disposed at a position above the top plate of the substrate holder when supplying the processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes. The processing gas is supplied to the upper part of the top plate of the substrate holder.

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。 In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes (a) a step of holding a plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap between each other by a substrate holder inside the reaction vessel; A step of supplying a processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through a plurality of first holes of a nozzle provided in a reaction vessel to process the plurality of semiconductor substrates, and (b) ) Step, when supplying the processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes, a second of the nozzles disposed at a position above the top plate of the substrate holder. The processing gas is supplied above the top plate of the substrate holder through a hole.

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。 Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

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。 The stagnation of the processing gas above the top plate of the substrate holder can be eliminated, and the uniformity of the surface of the substrate surface in batch processing of semiconductor substrates can be ensured.

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。It is a conceptual diagram which shows an example of the structure of the reaction chamber of the film-forming apparatus (substrate processing apparatus) used by the film-forming process of the semiconductor substrate of Embodiment 1 of this invention in a partial cross section. 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。It is a perspective view which permeate | transmits an example of the whole structure of the film-forming apparatus (substrate processing apparatus) provided with the reaction chamber (processing furnace) shown in FIG. 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。It is a fragmentary sectional view which shows an example of arrangement | positioning of the boat and nozzle in the reaction chamber shown in FIG. 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。It is a data figure which shows an example of the molecular weight of the film-forming gas (processing gas) in the film-forming apparatus of a comparative example. 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。It is sectional drawing which shows an example of the gas stagnation of the upper part of the boat in the reaction chamber of the film-forming apparatus of a comparative example. 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。It is a conceptual diagram which shows an example of the density | concentration distribution of the process gas in the boat in the reaction chamber of the film-forming apparatus of a comparative example. 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。It is a fragmentary sectional view which shows an example of the ejection state of the process gas from the nozzle in the film-forming apparatus of Embodiment 2 of this invention. 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。It is a top view which shows an example of the arrangement | sequence of the nozzle of the structure shown in FIG. 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。It is a fragmentary sectional view which shows the ejection state of the process gas from the nozzle in the film-forming apparatus of a comparative example. 図９に示す構造のノズルの配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement | sequence of the nozzle of the structure shown in FIG. 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。It is a conceptual diagram which shows an example of the gas stagnation state by ejection of the process gas shown in FIG. 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。It is a fragmentary top view which shows an example of the gas stagnation state shown in FIG. 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。It is a conceptual diagram which shows the stagnation state of the gas by the ejection of the process gas shown in FIG. 図１３に示すガスの淀み状態を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows the stagnation state of the gas shown in FIG.

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。 In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

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。 Further, in the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments, but they are not irrelevant to each other unless otherwise specified. The other part or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related.

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。 Also, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), particularly when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and it may be more or less than the specific number.

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。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.

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。 Further, in the following embodiments, regarding constituent elements and the like, when “consisting of A”, “consisting of A”, “having A”, and “including A” are specifically indicated that only those elements are included. It goes without saying that other elements are not excluded except in the case of such cases. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Further, even a plan view may be hatched for easy understanding of the drawing.

（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。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing, in partial cross section, an example of the structure of a reaction chamber of a film forming apparatus (substrate processing apparatus) used in a film forming process of a semiconductor substrate according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing an example of the entire structure of a film forming apparatus (substrate processing apparatus) provided with the reaction chamber (processing furnace) shown in FIG. 3, and FIG. 3 shows the arrangement of boats and nozzles in the reaction chamber shown in FIG. It is a fragmentary sectional view showing an example.

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。 First, the structure of the reaction chamber 44 shown in FIG. 1 used in the film forming process of the first embodiment and the entire film forming apparatus shown in FIG. 2 will be described.

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。 First, the reaction chamber of the vertical SiC film forming apparatus (also referred to as a growth apparatus) shown in FIG. In the reaction chamber 44 and its surroundings, a reaction tube (reaction vessel) 42 mainly made of quartz forming a reaction space and a semiconductor wafer (SiC wafer, semiconductor substrate) 14 held by the wafer holder 15 are heated to a processing temperature. The induction coil 50, the support 51 made of an insulator (for example, a ceramic material such as alumina) that supports the induction coil 50, and eddy current generated by the induction coil 50, and heat generated by carbon graphite whose surface is coated with SiC. A heat insulating material 54 is provided to prevent the temperature of the reaction tube 42 from rising due to radiation heat radiated from the cylindrical heated body 48 and the heated body 48 heated to the processing temperature. Further, outside the reaction tube 42, a water cooling plate 55 provided with a water cooling pipe 55 a for cooling the reaction tube 42 in addition to the support 51, and a housing cover 58 that prevents leakage of electromagnetic waves and heat to the outside. Etc., and the support 51, the water cooling plate 55 and the housing cover 58 are attached to the heater base 47.

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。 In the reaction chamber 44, a wafer holder 15 made of SiC-coated carbon graphite for preventing the backside film formation of the semiconductor wafer 14 and a plurality of wafer holders 15 on which the semiconductor wafer 14 is set are held in a laminated state, and the surface thereof is A boat (substrate holder) 30 made of SiC-coated carbon graphite is provided. That is, in the reaction tube 42 (reaction chamber 44), the film forming process is performed on the plurality of semiconductor wafers 14 in a batch processing manner. The boat 30 is a substrate holder that can hold a plurality of semiconductor wafers 14 in multiple stages with a gap therebetween.

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。 Further, in the reaction chamber 44, raw material tanks 70a, 70b, 70c, 70d, 70e for supplying a raw material gas to the semiconductor wafer (SiC wafer) 14, valves 74a, 74b, 74c, 74d, 74e, a flow rate controller ( Gas nozzles 62 and 65 for connecting the wafers 14 and forming a uniform gas flow are provided, which are connected via 72a, 72b, 72c, 72d and 72e.

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。 Further, the reaction chamber 44 includes a lower heat insulating means 34 that suppresses the temperature rise of the lower sealing member, and a rotating shaft 82 for rotating the semiconductor wafer 14 during processing so that the film thickness on the semiconductor wafer 14 is uniform. A seal body 81 or the like is provided which is connected to vertical movement means (not shown) for loading / unloading the laminated semiconductor wafer 14 to / from the reaction chamber 44 and seals the lower opening of the reaction chamber 44. .

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。 The gas nozzle 62 is a nozzle for supplying a carbon-based raw material, and is made of quartz, and a supply nozzle 62a made of graphite is attached to the tip side thereof. On the other hand, the gas nozzle 65 is a nozzle for supplying a Si-based material, and is made of quartz in the same manner as the gas nozzle 62. Further, a supply nozzle 65a made of graphite is attached to the gas nozzle 65 at the tip side. Here, the gas nozzles 62 and 65 are attached to an inlet adapter 59 having a port.

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。 On the other hand, an exhaust system for exhausting the inside of the reaction tube 42 (reaction chamber 44) is provided with a pump 80 connected via an exhaust tube 76 and a pressure regulating valve 79. The pressure can be adjusted to a desired pressure.

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。 Next, the configuration of a heat treatment apparatus (substrate processing apparatus) 10 that is an entire configuration including a vertical SiC film forming apparatus will be described with reference to FIG.

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。 The heat treatment apparatus 10 shown in FIG. 2 is a batch type vertical heat treatment apparatus, and has a casing 12 in which a main part for substrate heat treatment is arranged. In the heat treatment apparatus 10, for example, a pod (also referred to as a FOUP) 16 as a substrate container that stores a semiconductor wafer (semiconductor substrate) 14 made of SiC is used as a wafer carrier. The pod 16 is a container (conveying device) capable of storing a plurality of semiconductor wafers 14 or wafer holders 15 stacked at predetermined intervals in the height direction.

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。 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 semiconductor wafers 14 or wafer holders 15 are stored in the pod 16 and set on the pod stage 18 with the lid closed.

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。 A pod transfer device 20 is disposed on the front side in the housing 12 and at a position facing the pod stage 18. Further, a pod shelf 22, a pod opener 24, and a substrate number detector 26 are disposed in the vicinity of the pod transfer device 20. The pod shelf 22 is disposed 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 carrying device 20 carries the pod 16 among the pod stage 18, the pod shelf 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 semiconductor wafers 14 in the pod 16 with the lid opened.

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。 In addition, a substrate transfer machine 28 and a boat 30 as a substrate support are disposed in the housing 12. 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, for example, five semiconductor wafers 14 and the wafer holder 15. By moving the arm 32, the semiconductor wafer 14 and the boat 30 are placed between the pod 16 and the boat 30 placed at the position of the pod opener 24. The wafer holder 15 is transferred.

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。 The boat 30 is made of a heat-resistant material such as carbon graphite and silicon carbide, for example, and holds a plurality of semiconductor wafers 14 and wafer holders 15 in a horizontal posture and aligned in the center with each other in multiple stages in the vertical direction. It is configured as possible. A boat heat insulating portion 35 as a disk-shaped heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is disposed at the lower portion of the boat 30, and a heated object 48 (see FIG. 1). ) Is not easily transmitted to the lower side of the processing furnace 40.

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。 In the heat treatment apparatus 10 shown in FIG. 2, a processing furnace 40 having the reaction tube 42 and the like in FIG. 1 is disposed in the upper part on the back side in the housing 12, and a plurality of semiconductor wafers 14 or The boat 30 loaded with the wafer holder 15 is loaded and heat treatment is performed.

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）。 Next, the shape of the supply nozzle 62a of the gas nozzle 62 provided inside the reaction tube 42 of the vertical SiC film forming apparatus of Embodiment 1 and the arrangement relationship between the supply nozzle 62a and the boat 30 will be described (gas nozzle). The same applies to the 65 supply nozzles 65a).

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。 As shown in FIG. 3, the boat 30 which is a substrate holder has a plurality of semiconductor wafers 14 or wafer holders 15 in a vertical direction at substantially equal pitches so that they can be held in multiple stages with a gap between them. A shelf 30b is provided. Further, a top plate 30 a is provided at the top of the boat 30.

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。 Further, a supply nozzle 62 a of the gas nozzle 62 is arranged on the side part of the side of the boat 30 so as to follow the height direction of the boat 30. In the supply nozzle 62a, a plurality of holes (first holes) 62b for gas ejection are formed at a pitch similar to the pitch corresponding to the installation pitch of the shelves 30b provided in multiple stages on the boat 30. .

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。 Accordingly, during the film forming process, the processing gas 60 can be ejected from the plurality of holes 62b of the supply nozzle 62a toward the semiconductor wafer 14 or the wafer holder 15 held on each shelf 30b, and the plurality of semiconductors on each shelf 30b. The processing gas 60 can be supplied to the wafer 14 or the wafer holder 15 substantially uniformly.

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。 Further, a hole (second hole) 62c corresponding to a position further above the wafer arrangement region of the boat 30 is formed at the top of the row of holes 62b arranged in the vertical direction of the supply nozzle 62a. That is, in the supply nozzle 62a, a gas ejection hole arranged to correspond to a position above (above) the top plate 30a of the boat 30 as one of the holes 62b, or as one of the holes 62b. 62c is formed.

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。 As a result, during the film forming process of the semiconductor wafer 14, the processing gas 60 is supplied to each of the plurality of semiconductor wafers 14 through the plurality of holes 62b of the supply nozzle 62a as shown in FIG. The processing gas 60 can be supplied from the top 30a of the boat 30 to the upper portion (A portion in FIG. 3). That is, during the film forming process, the processing gas 60 is also actively flowed to a location above the top plate 30a of the boat 30 other than each semiconductor wafer 14 (A portion in FIG. 3), and the A portion in FIG. It is possible to prevent or reduce the occurrence of gas stagnation.

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。 One hole 62c formed corresponding to a position above the top plate 30a of the boat 30 may be formed in the supply nozzle 62a, or a plurality of holes 62c may be formed.

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。 Next, a substrate processing method using the vertical SiC film forming apparatus shown in FIG. 1 will be described.

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。 First, in a reaction tube (reaction vessel) 42 (reaction chamber 44), a plurality of semiconductor wafers 14 (may be wafer holders 15 holding semiconductor wafers 14) are held in multiple stages by a boat 30 with a gap therebetween. To do. That is, in the reaction chamber 44, the semiconductor wafer 14 is stored in each shelf 30 b of the boat 30. Here, the boat 30 loaded with a plurality of wafer holders 15 fixed on the seal body 81 and having the semiconductor wafers 14 set thereon is loaded into the reaction chamber 44 by vertical movement means (not shown).

その後、シール体８１によって反応室４４の空間を密閉する。 Thereafter, the space of the reaction chamber 44 is sealed by the seal body 81.

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。 Then, an inert gas (for example, Ar or the like) was introduced into the reaction tube 42 of the processing furnace 40 (see FIG. 2) using the gas nozzle 65, and was connected via the exhaust tube 76 and the pressure adjustment valve 79. The space of the reaction chamber 44 is set to a desired pressure by the pump 80.

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。 Further, high frequency power (for example, 10 to 100 kHz, 10 to 200 kW) is applied to the induction coil 50 provided on the outer peripheral portion of the reaction chamber 44 to generate an eddy current in the heated body 48, and a desired processing temperature is generated by Joule heat. Heat to 1500-1800 ° C. As a result, the semiconductor wafer 14 (wafer holder 15) and the boat 30 disposed inside the heated body 48 are heated to a temperature equivalent to the temperature of the heated body 48 by the radiation heat radiated from the heated body 48.

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。 On the other hand, in the vicinity of the opening at the bottom of the reaction chamber 44, the temperature is kept low (about 200 ° C.) by the lower heat insulating means 34 due to the heat resistance of the seal member (O-ring or the like).

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。 In this state, a Si-based raw material (N ₂ or SiCl in FIG. 1) obtained by mixing a carrier gas from the gas nozzle 65, the gas nozzle 62, and the supply nozzles 62a and 65a to the semiconductor wafer 14 maintained at the processing temperature (1500 to 1800 ° C.). ₄ , other SiH ₄ , TCS, DCS, etc.) and carbon-based material (C ₃ H ₈ , other C ₂ H _4, etc. in FIG. 1) are supplied to the reaction chamber by valves (pressure regulating valves) 74b, 74d, 74e. The SiC epitaxial film-forming process is performed while controlling the inside of 44 to a desired pressure.

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。 At this time, in the supply nozzle 62a of the gas nozzle 62 (the same applies to the supply nozzle 65a of the gas nozzle 65), as shown in FIG. 3, each of the plurality of semiconductor wafers 14 is directed through the plurality of holes 62b of the supply nozzle 62a. A processing gas 60 such as C ₃ H ₈ is supplied, and the upper part of the boat 30 through the hole 62c of the supply nozzle 62a disposed at a position above the top board 30a of the boat 30 (A in FIG. 3). The same processing gas 60 is supplied to the position of the part.

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。 During film formation, in order to ensure uniformity within the surface of the semiconductor wafer 14, the rotary shaft 82 of the vertical SiC film formation apparatus shown in FIG. 1 is rotated while the semiconductor wafer 14 or the wafer holder 15 is rotated. A film forming process is performed.

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。 Here, a problem occurring in the film forming apparatus having the vertical reaction chamber structure as in the first embodiment will be described in detail. FIG. 4 is a data diagram showing an example of the molecular weight of a film forming gas (processing gas) in the film forming apparatus of the comparative example, and FIG. 5 is a cross section showing an example of gas stagnation in the upper part of the boat in the reaction chamber of the film forming apparatus of the comparative example. FIG. 6 and FIG. 6 are conceptual diagrams showing an example of the processing gas concentration distribution in the boat in the reaction chamber of the film forming apparatus of the comparative example.

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。 In the vertical reaction chamber structure, since a batch processing method is adopted, a plurality of semiconductor wafers 14 are formed together, but the uniformity of the film quality between the plurality of wafer surfaces becomes a problem.

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。 In order to keep the uniformity of the film quality between the wafer surfaces, it is necessary to make the elements (temperature, concentration, flow rate, etc.) of the film formation conditions uniform between the surfaces. Among these, regarding the gas concentration, as shown in FIG. 4, when the time until the chemical reaction reaches an equilibrium state is sufficiently long, the concentration of the film forming contribution gas generated by the reaction depends on the reaction time. In FIG. 4, a line segment C indicates the molecular weight of the film forming gas with respect to the height of the nozzle.

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。 That is, in order to make the gas concentration between the surfaces uniform, it is necessary to make the time until the gas uniformly supplied from the nozzles reaches the semiconductor wafer 14 uniform between the surfaces.

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。 FIG. 5 shows a film forming apparatus having a vertical reaction chamber structure which the present inventors have compared and examined. In the film forming apparatus as shown in FIG. 5, the plurality of ejection holes 100a provided in the nozzle 100 are arranged only at positions corresponding to the respective semiconductor wafers 14 held in multiple stages, and these ejection holes 100a. The processing gas 60 is supplied substantially uniformly.

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。 However, at the upper end of the boat 30, the space above the top plate 30 a of the boat 30 (D portion in FIG. 5) is located above the ejection hole 100 a provided at the uppermost stage of the nozzle 100 and is a positive gas. Because there is no flow of gas, the gas is stagnant. That is, when a minute amount of the gas supplied from the nozzle 100 enters the space above the top plate 30a of the boat 30 (D portion in FIG. 5), the residence time is long because the portion is stagnant, that is, The reaction time becomes longer. By this. In the space above the top plate 30 a of the boat 30, a high-concentration deposition gas exists. In this case, since a high concentration film forming contribution gas is supplied to the semiconductor wafer 14 near the upper portion of the boat from there by convection and diffusion, the concentration of the film forming contribution gas is higher than that of the semiconductor wafer 14 near the lower portion of the boat. Inhomogeneity occurs.

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。 As described above, in order to improve the uniformity of wafer film quality between surfaces, it is necessary to keep the concentration of the film forming contribution gas uniform between the wafer surfaces, which is one of the causes of non-uniform gas concentration. Is considered to be the presence of the high-concentration film-forming contributing gas in the gas stagnation part formed in the space above the top plate 30a of the boat 30.

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。 In view of this, when a high-concentration deposition gas exists in the stagnation portion (D portion in FIG. 5) above the top plate 30a of the boat 30, a calculation result showing the influence on the semiconductor wafer 14 between the upper and lower portions of the boat is shown. It is shown in FIG.

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。 FIG. 6 shows the gas concentration distribution at each location of the boat 30, and it was found that the gas concentration distribution was E part <F part <G part <H part <I part <J part. . That is, as is clear from FIG. 6, convection occurs when a high-concentration deposition gas exists in the stagnation portion (D portion in FIG. 5) above (upper and upper) the top plate 30a of the boat 30. In particular, the semiconductor wafer 14 at the top of the boat is affected by diffusion. This is a cause of non-uniform film quality between the surfaces of the semiconductor wafer 14 between the upper and lower sides of the boat. Actually, in the stagnation part above the top plate 30a of the boat 30, the gas flow rate is 1/20 or less compared to between the wafers. That is, the reaction time is 20 times, and it is considered that the film-forming contribution gas having a higher concentration than that between the wafers is generated.

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。 Therefore, in order to solve the above-described problems, it is necessary to eliminate the stagnation portion above the top plate 30a of the boat 30.

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）。 Therefore, as shown in FIG. 3 of the first embodiment, the uppermost portion of the row of holes 62b arranged in the vertical direction of the supply nozzle 62a in the gas nozzle 62 corresponds to a position further above the wafer arrangement region of the boat 30. By forming the holes (second holes) 62c, the process gas 60 is supplied to each of the plurality of semiconductor wafers 14 through the plurality of holes 62b of the supply nozzle 62a during the film forming process, and the holes The processing gas 60 can be supplied from the top plate 30a of the boat 30 to the upper portion (A portion in FIG. 3) via the 62c. That is, since the supply nozzle 62a is also formed with a gas ejection hole 62c arranged so as to correspond to a position above (above) the top plate 30a of the boat 30, in addition to the plurality of holes 62b. While supplying the processing gas 60 to each of the semiconductor wafers 14, the processing gas 60 can be actively flowed to a location above the top plate 30 a of the boat 30 (portion A in FIG. 3). Flow can be formed).

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。 As a result, the occurrence of gas stagnation above the top plate 30a of the boat 30 can be prevented or reduced. That is, since the gas flow rate above the top plate 30a of the boat 30 is equivalent to the gas flow rate between the wafers, it is possible to prevent the reaction time from becoming long and the concentration of the film forming contribution gas from increasing. Can be reduced. That is, since the stagnation of the processing gas 60 above the top plate 30a of the boat 30 can be eliminated, the variation in the concentration distribution of the film forming contribution gas can be reduced, and the surface of the wafer surface in the batch processing of the semiconductor wafer 14 can be reduced. Uniformity can be ensured.

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。 In the space above the top plate 30a of the boat 30, N ₂ (nitrogen) gas, which is a doping gas, is also easily swallowed, so that the nitrogen concentration becomes high by swallowing and the doping concentration of the semiconductor wafer 14 accommodated in the upper portion of the boat is stored. However, according to the vertical SiC film forming apparatus (heat treatment apparatus 10, substrate processing apparatus) of the first embodiment, the stagnation of N ₂ (nitrogen) gas in the space above the top plate 30a of the boat 30 also occurs. Can be reduced or eliminated.

（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。 (Embodiment 2)
FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a state in which a processing gas is ejected from a nozzle in the film forming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 8 is a plan view illustrating an example of an array of nozzles having the structure illustrated in FIG. FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a state in which a processing gas is ejected from a nozzle in a film forming apparatus of a comparative example, and FIG.

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。 The second embodiment relates to the vertical SiC film forming apparatus shown in FIG. 1 as in the first embodiment, and is for gas ejection provided inside the reaction tube 42 (reaction chamber 44) shown in FIG. In this nozzle, as shown in FIG. 8, a second hole for gas ejection is formed in the ceiling of at least one of the plurality of supply nozzles 62a and 65a.

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。 In the second embodiment, among the five nozzles provided as shown in FIG. 8, one of the supply nozzles 65a, which is a Si-based material supply nozzle, is provided with a gas ejection hole ( The case where the (second hole) 65c is formed will be described.

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。 Here, five supply nozzles 62a and 65a are provided on the side surface (side portion) of the boat 30 of the reaction chamber 44 of the second embodiment. For example, two of the five supply nozzles 62a and 65a are carbon (C) -based material supply nozzles 62a, and the remaining three are Si-based material supply nozzles 65a. These five nozzles are arranged at equal intervals on the side surface of the boat 30, and a wing 31 that prevents the gas from flowing down is attached around the boat 30.

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。 As shown in FIG. 7, each supply nozzle has a plurality of first holes 65 b vertically corresponding to the plurality of semiconductor wafers 14 (or wafer holders 15) held in multiple stages by the boat 30. It is formed side by side. Further, as shown in FIG. 8, one of the five supply nozzles 62a and 65a (Si-based source gas supply nozzle 65a) has a gas ejection hole (top plate) 65d. (Second hole) 65c is formed.

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。 Thus, during the film formation process, as shown in FIG. 7, the process gas 60 is supplied to each of the plurality of semiconductor wafers 14 (or the wafer holder 15) through the plurality of holes 65b to perform the film formation process. Further, the processing gas 60 is supplied to the space above the top plate 30a of the boat 30 through the hole 65c (second hole) of the supply nozzle 65a.

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。 At this time, the processing gas 60 ejected from the hole 65c of the ceiling portion 65d of the supply nozzle 65a causes the processing gas 60 to enter the spaces above the supply nozzle 65a, above the top plate 30a of the boat 30, and above the wing 31. The process gas 60 can be prevented or reduced from being trapped in the space.

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。 Here, FIG. 9 and FIG. 10 show a part of the internal structure of the reaction tube 42 of the vertical SiC film forming apparatus provided with the nozzle compared and examined by the present inventors, and are shown in FIG. 9 and FIG. As described above, each of the plurality of nozzles 100 is formed with a plurality of ejection holes 100 a corresponding to the plurality of semiconductor wafers 14 held in multiple stages on the boat 30. There are no particular ejection holes for supplying the processing gas 60 to the spaces above the plate 30 a and above the wing 31.

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。 Therefore, the processing gas 60 ejected from the plurality of ejection holes 100a of the nozzle 100 during the film forming process is supplied to the semiconductor wafer 14 (or the wafer holder 15) of each stage, but the upper part of the nozzle 100 and the boat 30 The processing gas 60 is not supplied to each space such as the upper part of the top plate 30a and the upper part of the wing 31, and the gas during the film forming process stays in the space.

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。 11 is a conceptual diagram showing an example of the gas stagnation state due to the ejection of the processing gas shown in FIG. 7, FIG. 12 is a partial plan view showing an example of the gas stagnation state shown in FIG. 11, and FIG. FIG. 14 is a partial plan view showing the gas stagnation state shown in FIG. 13. FIGS. 11 to 14 show the flow velocity distribution of the gas in the reaction tube 42 in the dot area and the white area, and the dot area in each figure is in the range of 0 to 10 m / s, while the white area is white. The removal area (area where no dot is described) is an area where the range has been exceeded in the flow velocity measurement. That is, in FIGS. 11 to 14, the dot region indicates a region where gas is relatively stagnant, while the white region indicates a region where gas is not stagnant.

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。 FIG. 12 (in the case of the supply nozzle 65a in which the hole 65c is formed in the ceiling portion 65d of the second embodiment) and FIG. 14 (the nozzle 100 in which the hole is not formed in the ceiling portion, which the present inventor compared and examined). When the supply nozzle 65a in which the hole 65c is formed in the ceiling portion 65d is used, the K portion and the L portion in FIG. It can be seen that gas retention in the upper space and the upper space of the wing 31 is improved (reduced).

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。 Thus, as in the supply nozzle 65a of the second embodiment (same for 62a), a hole 65c is provided in the ceiling portion 65d, so that the upper part of the supply nozzle 65a and the top plate 30a of the boat 30 and the wing The processing gas 60 can be supplied to each space such as the upper part of the 31 to eliminate or reduce gas stagnation.

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。 It should be noted that the retention of N ₂ (nitrogen) gas, which is a doping gas, can be eliminated or reduced, and therefore, the problem that the doping concentration on the upper portion of the semiconductor wafer 14 becomes high can be solved.

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。 As a result, a highly productive vertical SiC film forming apparatus (heat treatment apparatus 10) can be realized.

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。 As described above, according to the second embodiment, at least one of the effects described below can be realized.

（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。 (1) The processing gas 60 is supplied to the upper space of the supply nozzle 65a (the same applies to 62a), the upper portion of the top plate 30a of the boat 30, the upper portion of the wing 31, and the like to eliminate or reduce gas stagnation. Therefore, as in the first embodiment, the flow rate of the gas above the top plate 30a of the boat 30 is equal to the flow rate of the gas between the wafers, where the reaction time becomes longer and the film formation contributing gas flows. It is possible to prevent or reduce the increase in concentration.

（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。 (2) Since the stagnation of the processing gas 60 above the top plate 30a of the boat 30 can be eliminated, variation in the concentration distribution of the film forming contribution gas can be reduced, and the wafer surface in the batch processing of the semiconductor wafer 14 can be reduced. Uniformity between surfaces can be ensured.

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。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to the embodiments of the invention, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.

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。 For example, in the second embodiment, the case where only one supply nozzle 65a in which the hole 65c is formed in the ceiling portion 65d is provided among the plurality of supply nozzles is described, but the hole is provided in the ceiling portion 65d. The number of supply nozzles 65a (62a) formed is not limited to one, and may be any number.

本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。 The present invention includes at least the following embodiments.

〔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。 [Appendix 1]
A reaction vessel in which a plurality of semiconductor substrates are processed, a substrate holder disposed in the reaction vessel and capable of holding the plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap between each other; and A nozzle provided in a reaction vessel and having a plurality of first holes formed to correspond to the plurality of semiconductor substrates held in multiple stages by the substrate holder, and a second hole formed in the ceiling portion; When the semiconductor substrate is processed, a processing gas is supplied to each of the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes, and the top of the substrate holder is supplied through the second holes. A substrate processing apparatus, wherein the processing gas is supplied to an upper part from a plate.

〔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。 [Appendix 2]
(A) a step of holding a plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap between each other by a substrate holder inside the reaction vessel; and (b) a plurality of second nozzles provided in the reaction vessel. And supplying a processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through one hole to process the plurality of semiconductor substrates, and in the step (b), through the plurality of first holes. When the processing gas is supplied toward the plurality of semiconductor substrates, the processing gas is supplied above the top plate of the substrate holder through the second hole in the ceiling portion. .

〔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。 [Appendix 3]
(A) a step of holding a plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap between each other by a substrate holder inside the reaction vessel; and (b) a plurality of second nozzles provided in the reaction vessel. And supplying a processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through one hole to process the plurality of semiconductor substrates, and in the step (b), through the plurality of first holes. When the processing gas is supplied toward the plurality of semiconductor substrates, the processing gas is supplied above the top plate of the substrate holder through the second hole in the ceiling portion. Production method.

〔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。 [Appendix 4]
A reaction vessel in which a process of growing a thin film on each of a plurality of semiconductor substrates is performed, a substrate holder disposed in the reaction vessel and capable of arranging the plurality of semiconductor substrates in a vertically stacked state, and the reaction vessel And a nozzle having a plurality of holes formed so as to correspond to an array region of the plurality of semiconductor substrates, and the processing gas supplied from the plurality of holes of the nozzle is the A semiconductor manufacturing apparatus, wherein the substrate holder is arranged so as to flow toward each of a plurality of semiconductor substrates and to allow a part of the processing gas to flow upward from a top plate of the substrate holder.

〔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。 [Appendix 5]
A reaction vessel in which a process of growing a thin film on each of a plurality of semiconductor substrates is performed, a substrate holder disposed in the reaction vessel and capable of arranging the plurality of semiconductor substrates in a vertically stacked state, and the reaction vessel A nozzle having a plurality of first holes and a second hole formed in an upper end portion thereof, the nozzles having a plurality of first holes formed so as to correspond to an arrangement region of the plurality of semiconductor substrates. When performing the process of growing the thin film on the substrate, a process gas is supplied to the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes, and the top plate of the substrate holder is formed through the second holes. A semiconductor manufacturing apparatus characterized in that the processing gas is supplied further upward.

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。 The present invention can be widely used in manufacturing industries for manufacturing semiconductor devices (semiconductor devices), substrates for forming SiC epitaxial films, and the like.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Heat processing apparatus (substrate processing apparatus), 12 ... Housing | casing, 14 ... Semiconductor wafer (semiconductor substrate), 15 ... Wafer holder, 16 ... Pod, 18 ... Pod stage, 20 ... Pod conveyance apparatus, 22 ... Pod shelf, 24 ... Pod opener, 26 ... substrate number detector, 28 ... substrate transfer machine, 30 ... boat (substrate holder), 30a ... top plate, 30b ... shelf, 31 ... wing, 32 ... arm, 34 ... lower heat insulating means, 35 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Boat heat insulation part, 40 ... Processing furnace, 42 ... Reaction tube (reaction vessel), 44 ... Reaction chamber, 47 ... Heater base, 48 ... Heated body, 50 ... Induction coil, 51 ... Support body, 54 ... Heat insulation material, 55 ... Water-cooled plate, 55a ... Water-cooled pipe, 58 ... Case cover, 59 ... Inlet adapter, 60 ... Processing gas, 62 ... Gas nozzle, 62a ... Supply nozzle, 62b ... Hole (first hole), 62c ... Hole (second) ), 65 ... Gas nozzle, 65a ... Supply nozzle, 65b ... Hole (first hole), 65c ... Hole (second hole), 65d ... Ceiling, 70a, 70b, 70c, 70d, 70e ... Raw material tank, 72a, 72b , 72c, 72d, 72e ... flow rate regulator, 74a, 74b, 74c, 74d, 74e ... valve, 76 ... exhaust pipe, 79 ... pressure regulating valve, 80 ... pump, 81 ... seal body, 82 ... rotating shaft, 100 ... Nozzle, 100a ... ejection hole

Claims

A reaction vessel in which a plurality of semiconductor substrates are internally processed;
A substrate holder disposed in the reaction vessel and capable of holding the plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap therebetween;
A plurality of first holes provided in the reaction vessel and formed to correspond to the plurality of semiconductor substrates held in multiple stages by the substrate holder, and a position above the top plate of the substrate holder A nozzle having a second hole to be disposed;
Have
During the processing of the semiconductor substrate, a processing gas is supplied to each of the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes, and the top of the substrate holder is moved upward through the second holes. A substrate processing apparatus for supplying the processing gas.

(A) Inside the reaction vessel, a step of holding a plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap between each other by a substrate holder;
(B) supplying a processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through a plurality of first holes of nozzles provided in the reaction vessel to process the plurality of semiconductor substrates;
Have
In the step (b), when supplying the processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes, the nozzle disposed at a position above the top plate of the substrate holder The substrate processing method is characterized in that the processing gas is supplied above the top plate of the substrate holder through the second hole.

(A) Inside the reaction vessel, a step of holding a plurality of semiconductor substrates in a multi-stage with a gap between each other by a substrate holder;
(B) supplying a processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through a plurality of first holes of nozzles provided in the reaction vessel to process the plurality of semiconductor substrates;
Have
In the step (b), when supplying the processing gas toward the plurality of semiconductor substrates through the plurality of first holes, the nozzle disposed at a position above the top plate of the substrate holder A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: supplying the processing gas to an upper portion of the top of the substrate holder through the second hole.