JP2014110414A - Method and system for forming thin film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a thin film having a resistivity distribution close to a targeted resistivity distribution can be easily obtained in forming a thin film on the main surface of a semiconductor substrate.SOLUTION: A main dopant is supplied from both of an inside injector connected to the inner region of a reaction chamber and an outside injector connected to the outer region, and an additional dopant for compensating auto-doping is supplied from the inside injector. A method for forming a thin film includes the steps of: preparing a predictive equation giving a predictive resistivity distribution of an epitaxial thin film on the basis of parameters affecting on the epitaxial thin film (S1); setting a targeted resistivity distribution and other parameter values other than supply amounts of the main dopant and the additional dopant (S2); calculating optimum supply amounts of the main dopant and the additional dopant so that the difference between a predictive resistivity distribution obtained by entering the set values having been set in S2 into the predictive equation and the targeted resistivity distribution having been set in S2 becomes minimum (S3); and forming an epitaxial thin film in an epitaxial growth system according to the optimum supply amounts (S4).

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の半導体基板の主表面に気相成長によりシリコン単結晶膜等の薄膜を形成する薄膜形成方法及び薄膜形成システムに関する。   The present invention relates to a thin film forming method and a thin film forming system for forming a thin film such as a silicon single crystal film on a main surface of a semiconductor substrate such as a silicon wafer by vapor phase growth.

従来、シリコンウェーハ等の半導体基板の主表面に半導体薄膜(エピタキシャル薄膜)を気相成長(エピタキシャル成長)させるエピタキシャル成長装置(半導体薄膜成長装置)において、気相成長させるための主原料ガスを複数の領域に分割して反応室に供給するエピタキシャル成長装置が知られている(例えば特許文献1参照)。図2は、この種のエピタキシャル成長装置の上面図を示している。半導体基板Wは回転可能なサセプタ12によって支持され、これを取り囲むように反応室2が気密に形成されている。主原料ガスを含む反応ガスは左側の複数に分割されたインジェクタ50から反応室2に入り半導体基板W上にエピタキシャル薄膜を残して右側の排出口から排出される。   Conventionally, in an epitaxial growth apparatus (semiconductor thin film growth apparatus) for vapor phase growth (epitaxial growth) of a semiconductor thin film (epitaxial thin film) on the main surface of a semiconductor substrate such as a silicon wafer, the main source gas for vapor phase growth is divided into a plurality of regions. An epitaxial growth apparatus that divides and supplies the reaction chamber is known (see, for example, Patent Document 1). FIG. 2 shows a top view of this type of epitaxial growth apparatus. The semiconductor substrate W is supported by a rotatable susceptor 12, and the reaction chamber 2 is formed airtight so as to surround it. The reaction gas containing the main source gas enters the reaction chamber 2 from the injector 50 divided into a plurality on the left side, and is discharged from the right outlet, leaving an epitaxial thin film on the semiconductor substrate W.

インジェクタ50が分割されている主な理由は、もし一部の膜厚が他の部分(外周部など)に比べて薄い場合にその部分に対応するインジェクタ50の流量を他のインジェクタ50に比べて多くすることにより膜厚を均一にできるからである。   The main reason why the injector 50 is divided is that if a part of the film thickness is thinner than that of the other part (outer peripheral part or the like), the flow rate of the injector 50 corresponding to that part is larger than that of the other injectors 50. This is because the film thickness can be made uniform by increasing the thickness.

エピタキシャル薄膜のもう一つの重要な特性として抵抗がある。通常エピタキシャル薄膜の抵抗調整は主原料ガスに微量のドーパントガスを混合することで行われる。ドーパントガスは主原料ガスとともにインジェクタ50から反応室2に導かれ、基板Wの主表面上で分解し、エピタキシャル薄膜中に取り込まれる。   Another important characteristic of epitaxial thin films is resistance. Usually, the resistance of the epitaxial thin film is adjusted by mixing a small amount of dopant gas into the main raw material gas. The dopant gas is introduced into the reaction chamber 2 from the injector 50 together with the main source gas, decomposes on the main surface of the substrate W, and is taken into the epitaxial thin film.

この時、ドーパントガスを主原料ガスに対して均一に導入すればドーパントは薄膜中に均一に取り込まれ均一な抵抗が得られるはずである。しかし、実際には反応室2に残留していたドーパントや基板Wに含まれているドーパントの一部が気相に放出され生成する薄膜に取り込まれるオートドープと呼ばれる現象により、均一な抵抗が得られない場合がある。   At this time, if the dopant gas is uniformly introduced into the main raw material gas, the dopant should be uniformly taken into the thin film to obtain a uniform resistance. However, in reality, a uniform resistance is obtained by a phenomenon called auto-doping in which a part of the dopant remaining in the reaction chamber 2 or part of the dopant contained in the substrate W is released into the gas phase and taken into the thin film. It may not be possible.

通常オートドープの影響はウェーハ周辺で大きいので、オートドープの影響を受けたエピタキシャル薄膜の典型的な抵抗分布は、オートドープによる追加のドーパントを取り込んだ周辺部で低く中央部が高い図17のようになる。なお、図17の横軸は、薄膜の面内位置を示し、具体的には、薄膜(半導体基板W)の中心位置をゼロとして、その中心位置から図2の幅方向WDへの距離を示している。図17の縦軸は抵抗値を示している。   Since the influence of auto-doping is usually large around the wafer, the typical resistance distribution of the epitaxial thin film affected by auto-doping is low in the peripheral part incorporating the additional dopant by auto-doping and high in the central part as shown in FIG. become. Note that the horizontal axis of FIG. 17 indicates the in-plane position of the thin film. Specifically, the center position of the thin film (semiconductor substrate W) is zero, and the distance from the center position to the width direction WD of FIG. ing. The vertical axis in FIG. 17 indicates the resistance value.

このような抵抗分布の形成を抑制するにはオートドープの元となっているドーパントの発生を抑制するのが最も効果的であるが、そのためには基板Wにドーパントの放出を抑制する膜を形成したり、放出されたドーパントを時間をかけてパージしたりする必要があり、コストの上昇や生産性の低下を招いてしまう。   In order to suppress the formation of such a resistance distribution, it is most effective to suppress the generation of the dopant which is the source of auto-doping. For this purpose, a film for suppressing the emission of the dopant is formed on the substrate W. Or the released dopant needs to be purged over time, leading to an increase in cost and a decrease in productivity.

そこで簡便な方法として、オートドープの影響を受けにくいウェーハ中央部に、周辺部のオートドープに匹敵する量の追加のドーパントを加えることで、抵抗の均一化を図る方法がとられる。図18は、その方法による薄膜の抵抗分布を示している。   Therefore, as a simple method, a method is adopted in which the resistance is made uniform by adding an additional amount of dopant equivalent to the autodope in the peripheral portion to the central portion of the wafer which is not easily affected by autodope. FIG. 18 shows the resistance distribution of the thin film by this method.

特開2002−231641号公報JP 2002-231641 A

しかしながら、この追加のドーパントを加える方法では、どれだけ追加のドーパントを加えるとオートドープに匹敵するか、また追加のドーパントによって低下する抵抗を補償するためにどれだけ主のドーパントを減らさなければならないかは実験的に試行錯誤して決めざるを得ない。そのため、目標抵抗分布に近い抵抗分布を得るまでに長い時間を要していた。   However, with this method of adding additional dopants, how much additional dopant is added is comparable to autodoping and how much main dopant must be reduced to compensate for the resistance reduced by the additional dopant? Must be determined experimentally through trial and error. Therefore, it takes a long time to obtain a resistance distribution close to the target resistance distribution.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体基板の主表面に薄膜を形成する際に容易に目標抵抗分布に近い抵抗分布の薄膜を得ることができる薄膜形成方法及び薄膜形成システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a thin film forming method and a thin film forming system capable of easily obtaining a thin film having a resistance distribution close to a target resistance distribution when forming a thin film on a main surface of a semiconductor substrate. The issue is to provide.

試行錯誤によってしか主のドーパントと追加のドーパントの量を決定できないのは、主のドーパントと追加のドーパントの量のほかに、主原料ガスの濃度、流量、流量の分布、基板の温度、基板抵抗、基板裏面処理、サセプタ形状、サセプタ回転数などの多くのパラメータにより得られる薄膜の抵抗分布が決定されるので、結果であるところの所望の抵抗分布から、原因であるところの主のドーパント、追加のドーパントの供給量を逆算する計算式を作成することが事実上不可能だからである。そこで、本発明者は、逆算計算式の作成を諦め、原因パラメータから順方向に計算して抵抗分布を予想する本発明の手法に至った。   The amount of main dopant and additional dopant can be determined only by trial and error, in addition to the amount of main dopant and additional dopant, concentration of main source gas, flow rate, flow rate distribution, substrate temperature, substrate resistance Since the resistance distribution of the thin film obtained is determined by many parameters such as substrate backside treatment, susceptor shape, susceptor rotation speed, etc., the main dopant as the cause is added from the desired resistance distribution as a result. This is because it is practically impossible to create a calculation formula that reversely calculates the amount of dopant supplied. Therefore, the present inventor has given up the creation of a reverse calculation formula, and has arrived at the method of the present invention for predicting the resistance distribution by calculating forward from the cause parameter.

すなわち、本発明に係る薄膜形成方法は、主原料ガスが複数の領域に分割されて反応室に供給され、第一のドーパント供給ラインと第二のドーパント供給ラインとが異なる分割領域に接続されている半導体薄膜成長装置を用いて、半導体基板の主表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記第一のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第一供給量と、前記第二のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第二供給量とを含む薄膜の抵抗分布に影響するパラメータを含んだ、薄膜の予想抵抗分布を与える予想式を作成する予想式作成工程と、
前記第一供給量及び前記第二供給量以外の前記パラメータである他パラメータを予め設定した設定値に固定した前記予想式で与えられる予想抵抗分布と、予め設定した薄膜の目標抵抗分布の差が最も小さくなる前記第一供給量及び前記第二供給量の組合せである最適供給量を決定する供給量決定工程と、
前記他パラメータにおける前記設定値と、前記最適供給量とに従って前記反応室で気相成長により半導体基板の主表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
を備えることを特徴とする。
That is, in the thin film forming method according to the present invention, the main source gas is divided into a plurality of regions and supplied to the reaction chamber, and the first dopant supply line and the second dopant supply line are connected to different divided regions. A thin film forming method for forming a thin film on a main surface of a semiconductor substrate using a semiconductor thin film growth apparatus,
A first supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the first dopant supply line to the reaction chamber, and a second supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the second dopant supply line to the reaction chamber. A prediction formula creation process for creating a prediction formula that gives a predicted resistance distribution of the thin film, including parameters that affect the resistance distribution of the thin film including the supply amount;
A difference between an expected resistance distribution given by the prediction formula in which other parameters that are parameters other than the first supply amount and the second supply amount are fixed to a preset setting value, and a preset target resistance distribution of the thin film is A supply amount determining step for determining an optimum supply amount that is a combination of the first supply amount and the second supply amount that are the smallest;
A thin film forming step of forming a thin film on the main surface of the semiconductor substrate by vapor phase growth in the reaction chamber according to the set value in the other parameter and the optimum supply amount;
It is characterized by providing.

このように、本発明では、薄膜の抵抗分布に影響するパラメータ(原因パラメータ)から薄膜の抵抗分布を予想する予想式を作成する(予想式作成工程)。第一のドーパント供給ラインから供給されるドーパントを主のドーパント、第二のドーパント供給ラインから供給されるドーパントを追加のドーパントとしたとき、主のドーパントの量(第一供給量)と追加のドーパントの量(第二供給量)は、主のドーパントと追加のドーパントの量以外のパラメータ(他パラメータ)を予め設定された設定値に固定し、主のドーパントと追加のドーパントの量をさまざまに組み合わせた中から、予想式により最も所望の抵抗分布(目標抵抗分布)に近い予想抵抗分布が得られる組合せを選択することで決定される(供給量決定工程)。   Thus, in the present invention, a prediction formula for predicting the resistance distribution of the thin film is created from the parameter (cause parameter) that affects the resistance distribution of the thin film (prediction formula creating step). When the dopant supplied from the first dopant supply line is the main dopant and the dopant supplied from the second dopant supply line is the additional dopant, the amount of the main dopant (first supply amount) and the additional dopant The amount (second supply amount) of the main dopant and the amount of additional dopant is fixed at a preset value (other parameters) other than the amount of the main dopant and the additional dopant, and the amount of the main dopant and the additional dopant is variously combined. It is determined by selecting a combination that provides an expected resistance distribution closest to the desired resistance distribution (target resistance distribution) from the prediction formula (supply amount determining step).

つまり本発明は、従来実際の装置上で試行錯誤していた作業を計算上の試行錯誤に置き換えたものといえる。計算上の試行錯誤は今日のコンピューター技術を用いれば一瞬にして実行可能であり、最適な主のドーパントと追加のドーパントの量(最適供給量)を速やかに決定できるようになる。すなわち、一旦予想式を作成すれば、その後は、他パラメータの設定値及び目標抵抗分布に応じた最適供給量を速やかに得ることができる。その最適供給量は、予想抵抗分布と目標抵抗分布の差が最も小さくなる供給量であり、薄膜形成工程では、最適供給量に従って気相成長を行うので、試行錯誤によってドーパントの供給量を決定していた従来の手法に比べて、目標抵抗分布に近い抵抗分布の薄膜を容易に得ることができる。   In other words, it can be said that the present invention replaces the work that has been trial and error on an actual apparatus with conventional trial and error. Computational trial and error can be performed in an instant using today's computer technology, and the optimal amount of main dopant and additional dopant (optimum supply) can be quickly determined. That is, once the prediction formula is created, the optimum supply amount corresponding to the set values of the other parameters and the target resistance distribution can be quickly obtained thereafter. The optimum supply amount is the supply amount with the smallest difference between the predicted resistance distribution and the target resistance distribution. In the thin film formation process, vapor deposition is performed according to the optimum supply amount, so the dopant supply amount is determined by trial and error. Compared with the conventional method, the thin film having a resistance distribution close to the target resistance distribution can be easily obtained.

以下、本発明をさらに詳細に説明する。本発明の実現には、初めに、予想式作成工程にて抵抗分布の予想式を作る必要がある。抵抗分布は薄膜の成長速度と故意に加えたドーパント(主のドーパント、追加のドーパント)の気相中の濃度分布(以下、気中濃度分布という)とオートドープによるドーパントの気中濃度分布によって決まる。そこで、予想式は、それら成長速度、故意に加えたドーパントの気中濃度分布、オートドープによるドーパントの気中濃度分布をパラメータとした式とすることができる。ただし、これらパラメータは直接的には制御できない二次パラメータであるので、まず直接制御可能な一次パラメータからこれら二次パラメータを決定する関数を作成する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In order to realize the present invention, it is first necessary to create a prediction formula for resistance distribution in the prediction formula creation step. The resistance distribution is determined by the growth rate of the thin film, the concentration distribution of the intentionally added dopant (main dopant, additional dopant) in the gas phase (hereinafter referred to as air concentration distribution) and the air concentration distribution of the dopant by autodoping. . Therefore, the prediction formula can be a formula using the growth rate, the air concentration distribution of the dopant added intentionally, and the air concentration distribution of the dopant by autodoping as parameters. However, since these parameters are secondary parameters that cannot be directly controlled, a function for determining these secondary parameters from the primary parameters that can be directly controlled is first created.

予想式作成工程では、まず、薄膜の成長速度に影響するパラメータ(第一パラメータ)を変化させて成長速度を調べ、調べた結果に基づいて第一パラメータから成長速度を計算する関数(第一関数)を作成する(第一の作成工程)。また、オートドープ量に影響するパラメータ(第二パラメータ)を変化させてオートドープ量を調べ、調べた結果に基づいて第二パラメータからオートドープによるドーパントの気中濃度分布を計算する関数(第二関数)を作成する(第二の作成工程)。さらに、分割供給された主原料ガスが反応室内を流れる領域に影響するパラメータ(第三パラメータ)を変化させて流れる領域を調べ、調べた結果に基づいて第三パラメータから流れの領域を計算する関数(第三関数)を作成する(第三の作成工程)。その流れの領域の関数に主のドーパントと追加のドーパントの量(第一供給量、第二供給量)のパラメータを加えることで、故意に加えたドーパントの気中濃度分布の関数(第四関数)が得られる(第四の作成工程)。   In the prediction formula creation process, first, a parameter (first parameter) that affects the growth rate of the thin film is changed to examine the growth rate, and a function (first function) that calculates the growth rate from the first parameter based on the result of the investigation. ) Is created (first creation step). In addition, the parameter (second parameter) affecting the amount of autodoping is changed to check the amount of autodoping, and the function (second value) is used to calculate the air concentration distribution of the dopant by autodoping from the second parameter based on the result of the investigation. Function) is created (second creation step). Furthermore, a function for calculating the flow region from the third parameter based on the result of examining the flow region by changing the parameter (third parameter) that affects the region in which the separately supplied main source gas flows in the reaction chamber (Third function) is created (third creation step). By adding the parameters of the main dopant and the amount of additional dopant (first supply, second supply) to the function of the flow region, the function of the concentration distribution of the intentionally added dopant (fourth function) ) Is obtained (fourth creation step).

これらの関数(第一関数、第二関数、第四関数)のパラメータ(一次パラメータ)から成長速度と故意に加えたドーパントの気中濃度分布とオートドープによる気中濃度分布(二次パラメータ)を求めることができ、求めた二次パラメータから薄膜のドーパント濃度分布、つまり予想抵抗分布を与える予想式が得られる(第五の作成工程)。薄膜のドーパント濃度分布(抵抗分布)は、成長速度、故意に加えたドーパントの気中濃度分布、オートドープによる気中濃度分布の他に、薄膜に取り込まれるドーパントの取り込み速度によっても変化するので、第五の作成工程では、その取り込み速度もパラメータに加えて予想式を作成するのが好ましい。   From the parameters (primary parameters) of these functions (first function, second function, and fourth function), the growth rate, the air concentration distribution of the dopant added intentionally, and the air concentration distribution (secondary parameter) by autodoping From the obtained secondary parameters, a prediction formula that gives the dopant concentration distribution of the thin film, that is, the predicted resistance distribution, can be obtained (fifth preparation step). Since the dopant concentration distribution (resistance distribution) of the thin film changes depending on the growth rate, the air concentration distribution of the dopant added intentionally, the air concentration distribution due to auto-doping, and the incorporation rate of the dopant incorporated into the thin film, In the fifth creating step, it is preferable to create a prediction formula in addition to the parameter of the capturing speed.

次に、目標抵抗分布と予想抵抗分布の距離を定義する。最も簡単な定義はいくつかのポイントを選び、予想抵抗と目標抵抗の差を2乗して合計する方法であるが、これ以外の定義でも良い。以上の準備により任意の条件での予想抵抗分布が計算可能となり、その分布が目標抵抗分布にどれだけ近いかが計算可能となる。   Next, the distance between the target resistance distribution and the expected resistance distribution is defined. The simplest definition is a method of selecting several points and summing the difference between the expected resistance and the target resistance by squaring, but other definitions may be used. With the above preparation, it is possible to calculate the expected resistance distribution under an arbitrary condition, and it is possible to calculate how close the distribution is to the target resistance distribution.

次に、主のドーパントと追加のドーパント以外のパラメータ(他パラメータ)を予め設定された設定値に固定し、主のドーパントと追加のドーパントの量(第一供給量、第二供給量)をさまざま組み合わせた条件で、準備した予想式で目標抵抗分布と予想抵抗分布の距離を計算し、最も距離が近い組合せを探索することで主のドーパントと追加のドーパントの最適供給量を決定することができる。   Next, parameters other than the main dopant and additional dopant (other parameters) are fixed to preset values, and the amount of the main dopant and additional dopant (first supply amount, second supply amount) varies. Under the combined conditions, the distance between the target resistance distribution and the predicted resistance distribution can be calculated using the prepared prediction formula, and the optimum supply amount of the main dopant and the additional dopant can be determined by searching for the closest combination. .

最も目標との距離が近い組合せを探索する方法は、例えば、主のドーパントの供給量の変更可能な範囲を均等な間隔でn水準、追加のドーパントの供給量の変更可能な範囲を均等な間隔でm水準選び、その全ての組合せn×mの条件を計算して最も目標に近い組合せを選ぶ方法でも良いし、共役勾配法や準ニュートン法などの効率の良い探索アルゴリズムを用いても良い。   The method of searching for the combination having the closest distance to the target is, for example, an n-level range in which the supply amount of the main dopant can be changed at equal intervals, and an equal interval in the range in which the supply amount of additional dopant can be changed. The method may be a method of selecting m levels and calculating conditions of all the combinations n × m and selecting a combination closest to the target, or an efficient search algorithm such as a conjugate gradient method or a quasi-Newton method may be used.

このように計算機に準備された抵抗分布予想式を用いて最適な主のドーパントと追加のドーパントの組合せを見つけることにより、実際の装置での実験回数を大幅に削減できる。   Thus, by finding the optimum combination of the main dopant and the additional dopant using the resistance distribution prediction formula prepared in the computer, the number of experiments in an actual apparatus can be greatly reduced.

しかしながら、計算機上に準備された抵抗分布予想式はいつも正確に抵抗分布を予想できるとは限らない。なぜなら、予想式を作成する際に選んだパラメータの他にも想定外のパラメータが存在する可能性があるうえ、選んだパラメータの値や抵抗分布の測定値にもそれぞれ誤差を含んでいるので完璧な予想式を作成するのは困難だからである。   However, the resistance distribution prediction formula prepared on the computer cannot always accurately predict the resistance distribution. This is because there is a possibility that unexpected parameters may exist in addition to the parameters selected when creating the prediction formula, and the values of the selected parameters and the measured values of the resistance distribution include errors, respectively. This is because it is difficult to create a simple prediction formula.

そのような場合には、抵抗分布予想式による予想と実験結果とを比較して予想式を補正するのが好ましい。すなわち、前記半導体薄膜成長装置を用いて薄膜形成を行い、形成した薄膜の抵抗分布を実測する実測工程と、前記実測工程で実測した薄膜の形成条件と同じ条件となるパラメータの値を前記予想式に代入して得られる予想抵抗分布が、前記実測工程で得られた実測の抵抗分布に近づくように前記予想式を補正する補正工程とをさらに備え、前記供給量決定工程では、前記補正工程で補正された前記予想式である補正予想式に基づいて前記最適供給量を決定し、前記薄膜形成工程では、前記補正予想式に基づいて決定された前記最適供給量に従って薄膜を形成するようにしても良い。   In such a case, it is preferable to correct the prediction formula by comparing the prediction based on the resistance distribution prediction formula with the experimental result. That is, a thin film is formed using the semiconductor thin film growth apparatus, and an actual measurement process for measuring the resistance distribution of the formed thin film, and parameter values that are the same conditions as the thin film formation conditions actually measured in the actual measurement process And a correction step of correcting the prediction formula so that an expected resistance distribution obtained by substituting into the measured resistance distribution approximates to the actually measured resistance distribution obtained in the actual measurement step, and in the supply amount determination step, the correction step The optimum supply amount is determined based on the corrected prediction formula that is the corrected prediction formula, and in the thin film forming step, a thin film is formed according to the optimum supply amount determined based on the corrected prediction formula. Also good.

補正工程では、例えば、抵抗分布予想式中の故意に加えたドーパントの気相濃度分布の項に係数k1、オートドープの気相濃度分布の項に係数k2を掛け、実験結果(実測の抵抗分布)に最も一致するように係数k1、k2を定めることで、予想式を補正する。この補正した予想式(補正予想式)を用いることで、より正確に主のドーパントと追加のドーパントの最適供給量を定めることができ、より目標抵抗分布に近い抵抗分布の薄膜を得ることができる。   In the correction step, for example, the term of the gas phase concentration distribution of the dopant added intentionally in the resistance distribution prediction formula is multiplied by the coefficient k1, and the term of the autodope gas phase concentration distribution is multiplied by the coefficient k2, and the experimental results (actual resistance distribution measured) The prediction formula is corrected by determining the coefficients k1 and k2 so as to most closely match. By using this corrected prediction formula (corrected prediction formula), the optimum supply amount of the main dopant and the additional dopant can be determined more accurately, and a thin film having a resistance distribution closer to the target resistance distribution can be obtained. .

本発明に係る薄膜形成システムは、主原料ガスが複数の領域に分割されて反応室に供給され、第一のドーパント供給ラインと第二のドーパント供給ラインとが異なる分割領域に接続されている半導体薄膜成長装置と、
前記第一のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第一供給量と、前記第二のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第二供給量とを含む薄膜の抵抗分布に影響するパラメータを含んだ、薄膜の予想抵抗分布を与える予想式を記憶する記憶手段と、
前記第一供給量及び前記第二供給量以外の前記パラメータである他パラメータの値と薄膜の目標抵抗分布とを設定する設定手段と、
前記設定手段が設定した前記他パラメータの設定値に固定した前記予想式で与えられる予想抵抗分布と、前記設定手段が設定した目標抵抗分布の差が最も小さくなる前記第一供給量及び前記第二供給量の組合せである最適供給量を決定する供給量決定手段とを備え、
前記半導体薄膜成長装置は、前記他パラメータにおける前記設定値と、前記最適供給量とに従って前記反応室で気相成長により半導体基板の主表面に薄膜を形成することを特徴とする。
In the thin film formation system according to the present invention, the main source gas is divided into a plurality of regions and supplied to the reaction chamber, and the first dopant supply line and the second dopant supply line are connected to different divided regions. A thin film growth apparatus;
A first supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the first dopant supply line to the reaction chamber, and a second supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the second dopant supply line to the reaction chamber. Storage means for storing an expected expression that gives an expected resistance distribution of the thin film, including parameters that affect the resistance distribution of the thin film including the supply amount;
Setting means for setting a value of another parameter that is the parameter other than the first supply amount and the second supply amount and a target resistance distribution of the thin film;
The first supply amount and the second supply amount that minimize the difference between the predicted resistance distribution given by the prediction formula fixed to the set value of the other parameter set by the setting means and the target resistance distribution set by the setting means. A supply amount determining means for determining an optimum supply amount that is a combination of the supply amounts,
The semiconductor thin film growth apparatus is characterized in that a thin film is formed on a main surface of a semiconductor substrate by vapor phase growth in the reaction chamber according to the set value in the other parameters and the optimum supply amount.

本発明の薄膜形成システムによれば、上記本発明の薄膜形成方法と同様に、試行錯誤によってドーパントの供給量を決定していた従来の手法に比べて、目標抵抗分布に近い抵抗分布の薄膜を容易に得ることができる。   According to the thin film formation system of the present invention, as in the thin film formation method of the present invention, a thin film having a resistance distribution close to the target resistance distribution is obtained compared to the conventional method in which the supply amount of the dopant is determined by trial and error. Can be easily obtained.

エピタキシャル成長装置1の側面断面図である。1 is a side sectional view of an epitaxial growth apparatus 1. FIG. エピタキシャル成長装置1の上面図である。1 is a top view of an epitaxial growth apparatus 1. FIG. 計算機4の概略構成を例示したブロック図である。3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a computer 4. FIG. 本発明の薄膜形成の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of thin film formation of this invention. 抵抗分布予想式の作成手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the preparation procedure of resistance distribution prediction formula. オートドープ量のウェーハ温度の影響を示した図である。It is the figure which showed the influence of the wafer temperature of the amount of auto dope. オートドープ量のウェーハ濃度(ウェーハ抵抗)の影響を示した図である。It is the figure which showed the influence of the wafer concentration (wafer resistance) of the amount of auto dope. オートドープ量のウェーハ裏面処理の影響を示した図である。It is the figure which showed the influence of the wafer back surface process of the amount of auto dope. オートドープ量のサセプタ形状の影響を示した図である。It is the figure which showed the influence of the susceptor shape of the amount of auto dope. 主原料ガスの流れの領域のシミュレーション結果を例示した図である。It is the figure which illustrated the simulation result of the field of the flow of main source gas. 図10のA−A断面を流れる故意に加えたドーパントの分布を示した図である。It is the figure which showed distribution of the dopant added intentionally flowing through the AA cross section of FIG. エピタキシャル薄膜の予想抵抗分布を例示した図である。It is the figure which illustrated expected resistance distribution of an epitaxial thin film. エピタキシャル薄膜の抵抗分布の実測値を例示した図である。It is the figure which illustrated the measured value of resistance distribution of an epitaxial thin film. 抵抗分布予想式の補正の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of correction | amendment of resistance distribution prediction type | formula. 抵抗分布予想式の補正後に得られたエピタキシャル薄膜の抵抗分布の実測値を例示した図である。It is the figure which illustrated measured value of resistance distribution of an epitaxial thin film obtained after amendment of resistance distribution prediction formula. 従来のエピタキシャル薄膜の抵抗分布調整の実験結果を例示した図である。It is the figure which illustrated the experimental result of resistance distribution adjustment of the conventional epitaxial thin film. オートドープの影響を受けたエピタキシャル薄膜の典型的な抵抗分布を示した図である。It is the figure which showed the typical resistance distribution of the epitaxial thin film influenced by the auto dope. ウェーハ中央部に追加のドーパントを加えた場合のエピタキシャル薄膜の抵抗分布を示した図である。It is the figure which showed resistance distribution of the epitaxial thin film at the time of adding an additional dopant to the wafer center part.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、半導体薄膜成長装置としての枚葉式のエピタキシャル成長装置1(気相成長装置)の側面断面図である。また、図2は、図1の要部を取り出して示すエピタキシャル成長装置1の上面図である。本発明の薄膜形成方法を説明する前に、図1、図2を参照してエピタキシャル成長装置1の構成を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view of a single wafer epitaxial growth apparatus 1 (vapor phase growth apparatus) as a semiconductor thin film growth apparatus. FIG. 2 is a top view of the epitaxial growth apparatus 1 showing the main part of FIG. Before describing the thin film forming method of the present invention, the configuration of the epitaxial growth apparatus 1 will be described with reference to FIGS.

エピタキシャル成長装置1は、図1に示すように、水平方向における一端側(図1では左端側)にインジェクタ50(ガス供給口)が配置され、そのインジェクタ50が配置された側と反対側(図1では右端側)にガス排出口36が配置された反応室2を有する。その反応室2は、下部ケース21と上部ケース22とから構成されている。エピタキシャル薄膜を形成するための主原料ガスGは、ガス供給ライン6(ガス供給管)からインジェクタ50を経て反応室2内に供給され、該反応室2の内部空間にて略水平に回転保持される半導体基板としてのシリコンウェーハWの主表面に沿って流れた後、ガス排出口36から排出管7を経て排出されるように構成されている。つまり、主原料ガスGは、インジェクタ50からガス排出口36へ向けて、略水平かつ一方向に流れる。   As shown in FIG. 1, the epitaxial growth apparatus 1 has an injector 50 (gas supply port) disposed on one end side (left end side in FIG. 1) in the horizontal direction, and is opposite to the side on which the injector 50 is disposed (FIG. 1). In the right end side, the reaction chamber 2 is provided with a gas discharge port 36. The reaction chamber 2 includes a lower case 21 and an upper case 22. The main raw material gas G for forming the epitaxial thin film is supplied from the gas supply line 6 (gas supply pipe) through the injector 50 into the reaction chamber 2 and rotated and held substantially horizontally in the internal space of the reaction chamber 2. After flowing along the main surface of the silicon wafer W as a semiconductor substrate, the gas is discharged from the gas discharge port 36 through the discharge pipe 7. That is, the main raw material gas G flows from the injector 50 toward the gas discharge port 36 in a substantially horizontal direction.

主原料ガスGは、シリコンウェーハW上にエピタキシャル薄膜としてのシリコン単結晶薄膜を気相成長させるためのものであり、SiHCl(TCS、トリクロロシラン)、SiCl、SiHCl等のシリコン化合物の中から選択される。主原料ガスGには、ドーパントガスとしてのBあるいはPHや、希釈ガスとしてのH、N、Ar等が適宜配合される。 The main source gas G is for vapor-phase growth of a silicon single crystal thin film as an epitaxial thin film on the silicon wafer W, and is a silicon compound such as SiHCl 3 (TCS, trichlorosilane), SiCl 4 , SiH 2 Cl 2, etc. Selected from. In the main raw material gas G, B 2 H 6 or PH 3 as a dopant gas, H 2 , N 2 , Ar, or the like as a diluent gas are appropriately blended.

反応室2の内部空間には、垂直な回転軸線Oの周りにモータ13により回転駆動される円盤状のサセプタ12が水平配置され、その上面12aに形成された浅いザグリ12b内に、シリコンエピタキシャルウェーハを製造するためのシリコンウェーハWが1枚のみ配置される。シリコンウェーハWは、その中心が回転軸線Oの位置にくるように、サセプタ12上に配置される。シリコンウェーハWは、例えば直径が100mmあるいはそれ以上のものである。また、シリコンウェーハWの配置領域に対応して反応室2の上下には、エピタキシャル成長時にシリコンウェーハWをエピタキシャル成長温度(例えば900〜1200℃)に加熱するランプ11が所定間隔にて配置されている。ランプ11としては例えばハロゲンランプが採用される。   In the internal space of the reaction chamber 2, a disc-shaped susceptor 12 that is rotationally driven by a motor 13 around a vertical rotation axis O is disposed horizontally, and a silicon epitaxial wafer is placed in a shallow counterbore 12 b formed on the upper surface 12 a thereof. Only one silicon wafer W for manufacturing is disposed. The silicon wafer W is arranged on the susceptor 12 so that the center thereof is at the position of the rotation axis O. The silicon wafer W has a diameter of, for example, 100 mm or more. Further, lamps 11 for heating the silicon wafer W to an epitaxial growth temperature (for example, 900 to 1200 ° C.) at the time of epitaxial growth are arranged at predetermined intervals above and below the reaction chamber 2 corresponding to the arrangement region of the silicon wafer W. For example, a halogen lamp is employed as the lamp 11.

図1、図2に示すように、反応室2の内部空間には、サセプタ12を取り囲むように堤部材23が配置されている。その堤部材23は、堤部材23の上面23aがサセプタ12の上面12a(ウェーハWの主表面)と略一致する位置関係にて配置される。図1に示すように、インジェクタ50は、堤部材23の該主面23bに対向する形で設けられている。インジェクタ50からの主原料ガスGは、該主面23bに当たって上面23a側に乗り上げた後、サセプタ12上のウェーハWの主表面に沿って流れ、ウェーハW上にエピタキシャル薄膜を残して、排出側ガス案内部材25を経て排出管7に集められ、排出される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a bank member 23 is arranged in the internal space of the reaction chamber 2 so as to surround the susceptor 12. The bank member 23 is arranged in such a positional relationship that the upper surface 23a of the bank member 23 substantially coincides with the upper surface 12a of the susceptor 12 (the main surface of the wafer W). As shown in FIG. 1, the injector 50 is provided so as to face the main surface 23 b of the bank member 23. The main source gas G from the injector 50 hits the main surface 23b and rides on the upper surface 23a side, then flows along the main surface of the wafer W on the susceptor 12, leaving an epitaxial thin film on the wafer W, and discharging gas It is collected in the discharge pipe 7 through the guide member 25 and discharged.

回転軸線Oと直交してインジェクタ50から供給されたガスの流れ方向に沿った仮想的な中心線を水平基準線HSL(図1、図2参照)、ウェーハWの主表面に平行な方向のうち水平基準線HSLに直交する方向を幅方向WD(図2参照)としたとき、インジェクタ50は、図2に示すように、幅方向WDにある程度の広がりを持って設けられている。その広がり幅は、サセプタ12の直径と同程度となっている。インジェクタ50は、水平基準線HSLに対して幅方向WDに対称形に設けられている。また、インジェクタ50は、幅方向WDに複数に分割されている。詳細には、インジェクタ50は、幅方向WDの内側(図2において反応室2の左端側の領域のうち水平基準線HSLが通る領域付近)に設けられた内側インジェクタ51と、その内側インジェクタ51の外側に設けられた2つの外側インジェクタ52とから構成されている。内側インジェクタ51は、サセプタ12の幅方向WDにおける内側領域(ウェーハWの中央部101(図2参照))に対向する位置に設けられ、その内側領域に向けてガスを供給するインジェクタである。外側インジェクタ52は、サセプタ12の幅方向WDにおける外側領域(ウェーハWの周辺部102(図2参照))に対向する位置に設けられ、その外側領域に向けてガスを供給するインジェクタである。   An imaginary center line perpendicular to the rotational axis O and along the flow direction of the gas supplied from the injector 50 is a horizontal reference line HSL (see FIGS. 1 and 2), which is parallel to the main surface of the wafer W. When the direction orthogonal to the horizontal reference line HSL is the width direction WD (see FIG. 2), the injector 50 is provided with a certain extent in the width direction WD as shown in FIG. The spreading width is approximately the same as the diameter of the susceptor 12. The injector 50 is provided symmetrically in the width direction WD with respect to the horizontal reference line HSL. Further, the injector 50 is divided into a plurality of parts in the width direction WD. Specifically, the injector 50 includes an inner injector 51 provided inside the width direction WD (near the region through which the horizontal reference line HSL passes in the region on the left end side of the reaction chamber 2 in FIG. 2), and the inner injector 51. It consists of two outer injectors 52 provided on the outside. The inner injector 51 is an injector that is provided at a position facing the inner region (the central portion 101 of the wafer W (see FIG. 2)) in the width direction WD of the susceptor 12 and supplies gas toward the inner region. The outer injector 52 is an injector that is provided at a position facing the outer region (the peripheral portion 102 of the wafer W (see FIG. 2)) in the width direction WD of the susceptor 12 and supplies gas toward the outer region.

なお、インジェクタ50と反応室2(堤部材23)の間には、内部にガス案内空間24sが形成されたガス案内部材24が設けられている。そのガス案内部材24は、幅方向WDに複数に分割されている(幅方向WDに分割された複数の内部空間24sを有している)。各インジェクタ51、52からのガスは、分割されたガス案内部材24によって幅方向WDに均一に振り分けられて、反応室2内に供給される。   A gas guide member 24 in which a gas guide space 24s is formed is provided between the injector 50 and the reaction chamber 2 (the bank member 23). The gas guide member 24 is divided into a plurality of parts in the width direction WD (having a plurality of internal spaces 24 s divided in the width direction WD). The gas from each injector 51, 52 is uniformly distributed in the width direction WD by the divided gas guide member 24 and supplied into the reaction chamber 2.

インジェクタ50には、主原料ガス(シリコンソースガス、キャリアガス)やドーパントガスをインジェクタ50まで導くガス供給ライン6(ガス配管)が接続されている。そのガス供給ライン6は、図2に示すように、主原料ガスを供給する主原料ガス供給ライン61と、内側インジェクタ51に接続された内側ガス供給ライン62と、外側インジェクタ52に接続された外側ガス供給ライン63と、ドーパントガスを供給する第一のドーパント供給ライン64と、同じくドーパントガスを供給する第二のドーパント供給ライン65とから構成されている。主原料ガス供給ライン61は、途中で内側ガス供給ライン62と外側ガス供給ライン63とに分岐する形で設けられる。つまり、主原料ガス供給ライン61を流れる主原料ガスは、内側ガス供給ライン62及び外側ガス供給ライン63を介して、内側インジェクタ51と外側インジェクタ52の両方から反応室2内に供給されるようになっている。   The injector 50 is connected to a gas supply line 6 (gas pipe) that guides main raw material gas (silicon source gas, carrier gas) and dopant gas to the injector 50. As shown in FIG. 2, the gas supply line 6 includes a main source gas supply line 61 for supplying main source gas, an inner gas supply line 62 connected to the inner injector 51, and an outer side connected to the outer injector 52. The gas supply line 63 includes a first dopant supply line 64 that supplies a dopant gas, and a second dopant supply line 65 that also supplies the dopant gas. The main source gas supply line 61 is provided so as to branch into an inner gas supply line 62 and an outer gas supply line 63 on the way. That is, the main source gas flowing in the main source gas supply line 61 is supplied into the reaction chamber 2 from both the inner injector 51 and the outer injector 52 via the inner gas supply line 62 and the outer gas supply line 63. It has become.

第一のドーパント供給ライン64は主原料ガス供給ライン61に接続されている。そのため、第一のドーパント供給ライン64を流れるドーパントガス(以下、主のドーパントガスという)は、主原料ガスと同様に、内側インジェクタ51と外側インジェクタ52の両方から反応室2内に供給されるようになっている。   The first dopant supply line 64 is connected to the main source gas supply line 61. Therefore, the dopant gas flowing through the first dopant supply line 64 (hereinafter referred to as the main dopant gas) is supplied into the reaction chamber 2 from both the inner injector 51 and the outer injector 52 in the same manner as the main source gas. It has become.

第二のドーパント供給ライン65は内側ガス供給ライン62に接続されている。そのため、第二のドーパント供給ライン65を流れるドーパントガス(以下、追加のドーパントガスという)は、内側インジェクタ51から反応室2内に供給されるようになっている。上述したように、通常オートドープの影響はウェーハWの周辺部102で大きいので、主のドーパントの供給だけだと、中央部101の抵抗が周辺部102の抵抗に比べて大きくなる場合がある(図17参照)。第二のドーパント供給ライン65は、そのオートドープの影響を補償するために、内側インジェクタ51を介してウェーハWの中央部101に追加のドーパントを供給し、中央部101の抵抗を下げるために設けられた供給ラインである。   The second dopant supply line 65 is connected to the inner gas supply line 62. Therefore, a dopant gas (hereinafter referred to as an additional dopant gas) flowing through the second dopant supply line 65 is supplied from the inner injector 51 into the reaction chamber 2. As described above, since the influence of auto-doping is usually large in the peripheral portion 102 of the wafer W, if only the main dopant is supplied, the resistance of the central portion 101 may be larger than the resistance of the peripheral portion 102 ( FIG. 17). The second dopant supply line 65 is provided to supply additional dopant to the central portion 101 of the wafer W via the inner injector 51 and to reduce the resistance of the central portion 101 in order to compensate for the autodoping effect. Supply line.

内側ガス供給ライン62及び外側ガス供給ライン63にはそれぞれ各ライン62、63を流れるガス流量を調整する流量調整バルブ31、32(例えばニードルバルブ)が設けられている。それら流量調整バルブ31、32によって、内側インジェクタ51から供給されるガス流量と、外側インジェクタ52から供給されるガス流量とを互いに同じ流量にもできるし異なる流量にもできる。例えば、周辺部102に比べて中央部101の膜厚が薄い場合には、内側ガス供給ライン62に設けられた流量調整バルブ31の開度を大きくすることで、中央部101の膜厚を周辺部102の膜厚と同等にできる。   The inner gas supply line 62 and the outer gas supply line 63 are provided with flow rate adjusting valves 31 and 32 (for example, needle valves) for adjusting the gas flow rate flowing through the lines 62 and 63, respectively. The flow rate adjusting valves 31 and 32 allow the gas flow rate supplied from the inner injector 51 and the gas flow rate supplied from the outer injector 52 to be the same or different. For example, when the film thickness of the central part 101 is smaller than that of the peripheral part 102, the film thickness of the central part 101 can be reduced by increasing the opening degree of the flow rate adjusting valve 31 provided in the inner gas supply line 62. The film thickness of the portion 102 can be made equal.

本実施形態では、ウェーハWの主表面に成膜されるエピタキシャル薄膜の面内抵抗分布が目標抵抗分布に近い分布となるように、薄膜形成条件(パラメータ)に応じた主のドーパントガス及び追加のドーパントガスの最適供給量を自動で(計算機による計算)で得られるシステムが構築されている。図3は、そのシステムとしての計算機4の概略構成を例示したブロック図である。なお、図1、図2のエピタキシャル成長装置1と図3の計算機4とから本発明の「薄膜形成システム」が構成される。   In the present embodiment, the main dopant gas and the additional dopant corresponding to the thin film formation conditions (parameters) are set so that the in-plane resistance distribution of the epitaxial thin film formed on the main surface of the wafer W becomes a distribution close to the target resistance distribution. A system that automatically obtains the optimum supply amount of dopant gas (calculation by a computer) has been constructed. FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the computer 4 as the system. 1 and FIG. 2 and the computer 4 of FIG. 3 constitute the “thin film forming system” of the present invention.

計算機4は、ディスプレイ42と記憶装置43と条件入力部44とそれらと接続した処理部41とを備えている。ディスプレイ42は、処理部41からの指令に従って各種情報を表示する表示部であり、具体的には例えば条件入力部44から入力された薄膜形成条件(目標抵抗分布、ウェーハ温度、ガス流量など)を表示したり、形成された薄膜の抵抗分布の実測値を表示したり、処理部41によって計算されたドーパントガスの最適供給量や予想抵抗分布を表示したりする。   The computer 4 includes a display 42, a storage device 43, a condition input unit 44, and a processing unit 41 connected thereto. The display 42 is a display unit that displays various types of information in accordance with commands from the processing unit 41. Specifically, for example, thin film formation conditions (target resistance distribution, wafer temperature, gas flow rate, etc.) input from the condition input unit 44 are displayed. It displays the measured value of the resistance distribution of the formed thin film, and displays the optimum supply amount of dopant gas and the expected resistance distribution calculated by the processing unit 41.

記憶装置43は、各種情報を記憶するハードディスク、フラッシュメモリ等であり、記憶装置43には後述する抵抗分布予想式が記憶されている。なお、記憶装置43が本発明の「記憶手段」に相当する。条件入力部44は、記憶装置43に記憶された抵抗分布予想式による抵抗分布の予想に必要な各種条件(ドーパントガスの供給量以外のパラメータであって、例えば目標抵抗分布や、ウェーハ温度、シリコンソースガス流量、キャリアガス流量など)を計算機4に入力する部分である。条件入力部44は、例えばキーボードやマウスなど作業者により入力が行われる入力部であったり、エピタキシャル成長装置1(又はエピタキシャル成長装置1の運転を制御する制御装置)から通信によりエピタキシャル成長装置1に現在設定されている条件を取得する通信部であったりする。   The storage device 43 is a hard disk, flash memory, or the like that stores various types of information. The storage device 43 stores a resistance distribution prediction formula described later. The storage device 43 corresponds to the “storage means” of the present invention. The condition input unit 44 includes various conditions (parameters other than the supply amount of the dopant gas, which are necessary for predicting the resistance distribution based on the resistance distribution prediction formula stored in the storage device 43. For example, the target resistance distribution, wafer temperature, silicon (Source gas flow rate, carrier gas flow rate, etc.) are input to the computer 4. The condition input unit 44 is an input unit that is input by an operator such as a keyboard or a mouse, or is currently set in the epitaxial growth apparatus 1 by communication from the epitaxial growth apparatus 1 (or a control device that controls the operation of the epitaxial growth apparatus 1). It may be a communication part that acquires the condition that

処理部41は、条件入力部44から入力された条件(パラメータ)及び記憶装置43に記憶された抵抗分布予想式に基づいて、エピタキシャル成長装置1が形成するエピタキシャル薄膜の抵抗分布を予想したり、ドーパントガスの最適供給量を算出したりする処理(以下、抵抗調整支援処理という)を実行する。その処理部41は、CPU411、ROM412、RAM413等から構成され、CPU411がROM412に記憶されたプログラム(抵抗調整ソフトウェア)を実行することで、上記抵抗調整支援処理が実現される。   The processing unit 41 predicts the resistance distribution of the epitaxial thin film formed by the epitaxial growth apparatus 1 based on the conditions (parameters) input from the condition input unit 44 and the resistance distribution prediction formula stored in the storage device 43, A process for calculating the optimum gas supply amount (hereinafter referred to as resistance adjustment support process) is executed. The processing unit 41 includes a CPU 411, a ROM 412, a RAM 413, and the like, and the resistance adjustment support process is realized by the CPU 411 executing a program (resistance adjustment software) stored in the ROM 412.

処理部41が抵抗調整支援処理を実行するためには、記憶装置43に記憶させる抵抗分布予想式を予め準備する必要ある。以下では、その抵抗分布予想式の作成や、処理部41が実行する抵抗調整支援処理等を含む、本実施形態における薄膜形成の手順を説明する。図4はその手順を示したフローチャートである。   In order for the processing unit 41 to execute the resistance adjustment support process, it is necessary to prepare a resistance distribution prediction formula to be stored in the storage device 43 in advance. Below, the procedure of thin film formation in this embodiment including preparation of the resistance distribution prediction formula and resistance adjustment support processing executed by the processing unit 41 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure.

先ず、エピタキシャル成長装置1で形成するエピタキシャル薄膜の面内抵抗分布を予想するための抵抗分布予想式を作成する(S1)。エピタキシャル薄膜の面内抵抗分布は、エピタキシャル薄膜のドーパント濃度の面内分布によって決まる。つまり、ドーパント濃度が低い部分は大きい抵抗値を示し、ドーパント濃度が高い部分は小さい抵抗値を示す。エピタキシャル薄膜のドーパント濃度は、故意に加えたドーパント(インジェクタ50から供給されたドーパント)の気中濃度分布Cint(r)と、オートドープによるドーパントの気中濃度分布Cauto(r)と、ドーパントのエピタキシャル薄膜への取り込み速度Zと、エピタキシャル薄膜の成長速度GRとによって決まる。具体的には、故意に加えたドーパントの気中濃度分布Cint(r)とオートドープによるドーパントの気中濃度分布Cauto(r)の和に取り込み速度Zを掛けて、成長速度GRで割ったものが、エピタキシャル薄膜のドーパント濃度分布(抵抗分布)となる。つまり、エピタキシャル薄膜のドーパント濃度分布(抵抗分布)=(Cint(r)+Cauto(r))×Z/GRとなる。そこで、S1では、それらパラメータCint(r)、Cauto(r)、Z、GRから抵抗分布(r)を予想する式を作成する。なお、S1の工程が本発明の「予想式作成工程」に相当する。   First, a resistance distribution prediction formula for predicting the in-plane resistance distribution of the epitaxial thin film formed by the epitaxial growth apparatus 1 is created (S1). The in-plane resistance distribution of the epitaxial thin film is determined by the in-plane distribution of the dopant concentration of the epitaxial thin film. That is, a portion with a low dopant concentration shows a large resistance value, and a portion with a high dopant concentration shows a small resistance value. The dopant concentration of the epitaxial thin film includes the air concentration distribution Cint (r) of the dopant added intentionally (dopant supplied from the injector 50), the air concentration distribution Cauto (r) of the dopant by auto-doping, and the epitaxial concentration of the dopant. It is determined by the incorporation rate Z into the thin film and the growth rate GR of the epitaxial thin film. Specifically, the intentionally added air concentration distribution Cint (r) of the dopant and the air concentration distribution Cauto (r) of the dopant by auto-doping are multiplied by the intake rate Z and divided by the growth rate GR. Becomes the dopant concentration distribution (resistance distribution) of the epitaxial thin film. That is, the dopant concentration distribution (resistance distribution) of the epitaxial thin film = (Cint (r) + Cato (r)) × Z / GR. Therefore, in S1, a formula for predicting the resistance distribution (r) is created from these parameters Cint (r), Cato (r), Z, GR. In addition, the process of S1 corresponds to the “forecast formula creation process” of the present invention.

具体的には、例えば図5の手順に従って抵抗分布予想式を作成する。すなわち、先ず、エピタキシャル薄膜の成長速度GRに影響するパラメータ(第一パラメータ)から成長速度GRを得る関数f1(第一関数)を作成する(S11)。なお、S11の工程が本発明の「第一の作成工程」に相当する。その関数f1の作成方法としては、具体的には、先ず、第一パラメータを変化させたときに成長速度GRがどのように変化するのかを調べる。本実施形態では、第一パラメータとして、ウェーハ温度T、キャリア水素(キャリアガス)流量Fc、シリコンソースガス(例えばTCS)流量Fsを選んだ。そして、各パラメータT、Fc、Fsをそれぞれ数水準に分けて、各水準ごとに、エピタキシャル成長装置1を用いて実際にエピタキシャル薄膜を形成し、又は、エピタキシャル成長装置1を模擬したコンピュータシミュレーションによって仮想的にエピタキシャル薄膜を形成する。そして、形成した各エピタキシャル薄膜の成長速度を算出する。下記表1は、その実験結果を例示している。   Specifically, for example, a resistance distribution prediction formula is created according to the procedure of FIG. That is, first, a function f1 (first function) for obtaining the growth rate GR from a parameter (first parameter) that affects the growth rate GR of the epitaxial thin film is created (S11). The step S11 corresponds to the “first creation step” of the present invention. Specifically, as a method of creating the function f1, first, it is examined how the growth rate GR changes when the first parameter is changed. In this embodiment, the wafer temperature T, the carrier hydrogen (carrier gas) flow rate Fc, and the silicon source gas (for example, TCS) flow rate Fs are selected as the first parameters. Each parameter T, Fc, Fs is divided into several levels, and for each level, an epitaxial thin film is actually formed using the epitaxial growth apparatus 1, or virtually by computer simulation simulating the epitaxial growth apparatus 1. An epitaxial thin film is formed. Then, the growth rate of each formed epitaxial thin film is calculated. Table 1 below illustrates the experimental results.

表1の例では、ウェーハ温度Tは2水準に分け、キャリア水素流量Fcは3水準に分け、シリコンソースガス流量Fsは2水準に分け、それら水準を組み合わせた合計12パターンの実験結果を示している。なお、表1では、成長速度に相関する値として9点平均膜厚(形成したエピタキシャル薄膜の予め定めた9つの点での膜厚の平均値)を示している。その9点平均膜厚を成長時間で割ることで、成長速度が算出される。   In the example of Table 1, the wafer temperature T is divided into two levels, the carrier hydrogen flow rate Fc is divided into three levels, the silicon source gas flow rate Fs is divided into two levels, and the total 12 patterns of experimental results are shown. Yes. In Table 1, the nine-point average film thickness (average film thickness at nine predetermined points of the formed epitaxial thin film) is shown as a value correlated with the growth rate. The growth rate is calculated by dividing the nine-point average film thickness by the growth time.

S11では、表1のように実験を行った後、その実験結果に基づいて、各パラメータT、Fc、Fsの任意の値から成長速度GRを得る関数f1(T、Fc、Fs)を作成する。実験結果から関数f1を求める方法はどのような方法でも良いが、例えば、パラメータT、Fc、Fsを変数とした成長速度GRの理論式を解析的に導出し、表1の実験結果に最も一致するようにその理論式を修正する(理論式の係数部分を設定する)という方法がある。例えば、反応ガスの速度はウェーハからの距離によらず一定で無限の高さまで続いていて、拡散現象だけで成長速度GRが決定するというモデルで解析的に成長速度GRを求めると、GR=k・C・(D・u/x)0.5(GR:成長速度、k:係数、C:ソースガス濃度、D:拡散係数、u:ガス速度、x:位置)という式を導出できる。なお、ソースガス濃度Cは、ガス流量Fc、Fsに相関し、拡散係数Dはウェーハ温度Tに相関するので、その式は、パラメータT、Fc、Fsを変数とした式でもある。表1の実験結果は、導出した式にぴたりと当てはまらないので、上記式をGR=k・C・(D・u/x)に置き換えて、実験結果に最も一致するようにk、p、qを求め、最終的に得られた式を関数f1(T、Fc、Fs)とする。 In S11, after performing the experiment as shown in Table 1, a function f1 (T, Fc, Fs) for obtaining the growth rate GR from an arbitrary value of each parameter T, Fc, Fs is created based on the experiment result. . Any method may be used to obtain the function f1 from the experimental results. For example, the theoretical formula of the growth rate GR using the parameters T, Fc, and Fs as variables is analytically derived, and most agrees with the experimental results in Table 1. There is a method of correcting the theoretical formula so that the coefficient part of the theoretical formula is set. For example, if the growth rate GR is analytically determined by a model in which the growth rate GR is determined by only the diffusion phenomenon and the growth rate GR is constant regardless of the distance from the wafer and continues to an infinite height, GR = k C · (D · u / x) 0.5 (GR: growth rate, k: coefficient, C: source gas concentration, D: diffusion coefficient, u: gas velocity, x: position) can be derived. Since the source gas concentration C correlates with the gas flow rates Fc and Fs and the diffusion coefficient D correlates with the wafer temperature T, the equation is also an equation with the parameters T, Fc and Fs as variables. Since the experimental results in Table 1 do not fit the derived equations, the above equation is replaced with GR = k · C p · (D · u / x) q , and k, p so as to best match the experimental results. , Q are obtained, and the finally obtained expression is defined as a function f1 (T, Fc, Fs).

次に、オートドープ量に影響するパラメータ(第二パラメータ)からオートドープによるドーパントの気中濃度分布Cauto(r)を得る関数f2(第二関数)を作成する(S12)。なお、S12の工程が本発明の「第二の作成工程」に相当する。その関数f2の作成方法としては、具体的には、先ず、第二パラメータを変化させたときにオートドープ量がどのように変化するのかを調べる。本実施形態では、第二パラメータとして、ウェーハ温度T、キャリア水素流量Fc、シリコンソースガス流量Fs、サセプタ形状S、ウェーハ抵抗Wr、ウェーハ裏面処理Wbを選んだ。なお、ウェーハ温度T、サセプタ形状S、ウェーハ抵抗Wr、ウェーハ裏面処理Wbは、ウェーハの側面や裏面から放出されるドーパントの量に影響するパラメータである。キャリア水素流量Fc、シリコンソースガス流量Fsは、ウェーハから放出されたドーパントの量のうちエピタキシャル薄膜に取り込まれる量に影響するパラメータである。   Next, a function f2 (second function) for obtaining the air concentration distribution Cato (r) of the dopant by autodoping from the parameter (second parameter) affecting the autodoping amount is created (S12). The step S12 corresponds to the “second creation step” of the present invention. Specifically, as a method of creating the function f2, first, it is examined how the auto-doping amount changes when the second parameter is changed. In this embodiment, the wafer temperature T, the carrier hydrogen flow rate Fc, the silicon source gas flow rate Fs, the susceptor shape S, the wafer resistance Wr, and the wafer back surface treatment Wb are selected as the second parameters. The wafer temperature T, the susceptor shape S, the wafer resistance Wr, and the wafer back surface treatment Wb are parameters that affect the amount of dopant released from the side surface and the back surface of the wafer. The carrier hydrogen flow rate Fc and the silicon source gas flow rate Fs are parameters that affect the amount taken into the epitaxial thin film out of the amount of dopant released from the wafer.

そして、各パラメータT、Fc、Fs、S、Wr、Wbをそれぞれ数水準に分けて、各水準ごとに、オートドープ量を実測又はシミュレーションする。図6〜図9はその実験結果(実測値)を例示している。具体的には、図6〜図9は、エピタキシャル成長装置1を用いてエピタキシャル薄膜を形成し、形成したエピタキシャル薄膜のドーパント濃度をオートドープ量として、そのドーパント濃度の面内分布(ウェーハ中心からの幅方向WDへの距離に対するドーパント濃度)を示している。なお、図6〜図9の実験では、インジェクタ50からはドーパントガスを供給しないようにした。また、ドーパント濃度の測定方法に関し、形成したエピタキシャル薄膜の抵抗をCV法、SPV法等で測定し、測定した抵抗からエピタキシャル薄膜のドーパント濃度(オートドープ量)を算出した。   Then, each parameter T, Fc, Fs, S, Wr, Wb is divided into several levels, and the auto-doping amount is measured or simulated for each level. 6 to 9 illustrate the experimental results (actually measured values). Specifically, FIG. 6 to FIG. 9 show that an epitaxial thin film is formed using the epitaxial growth apparatus 1, the dopant concentration of the formed epitaxial thin film is used as the autodoping amount, and the in-plane distribution of the dopant concentration (width from the wafer center). The dopant concentration with respect to the distance in the direction WD). In the experiments of FIGS. 6 to 9, the dopant gas is not supplied from the injector 50. Moreover, regarding the measuring method of dopant concentration, the resistance of the formed epitaxial thin film was measured by CV method, SPV method, etc., and the dopant concentration (auto-doping amount) of the epitaxial thin film was calculated from the measured resistance.

図6は、オートドープ量のウェーハ温度Tの影響を示した図である。図6では、ウェーハ温度Tを2水準に分けている。なお、図6の実験では、ウェーハ温度T以外のパラメータFc、Fs、S、Wr、Wbの値は固定とした。   FIG. 6 is a diagram showing the influence of the wafer temperature T on the autodoping amount. In FIG. 6, the wafer temperature T is divided into two levels. In the experiment of FIG. 6, the values of the parameters Fc, Fs, S, Wr, and Wb other than the wafer temperature T are fixed.

図7は、ウェーハ抵抗Wrに相関する値として、使用するシリコンウェーハWに元々含有しているドーパント濃度(以下、ウェーハ濃度という)の影響を示した図である。図7では、ウェーハ濃度を2水準に分け、詳細には、水準1の結果は、ウェーハ濃度がP+に区分されたシリコンウェーハを用いてエピタキシャル薄膜を形成したときのそのエピタキシャル薄膜のドーパント濃度を示し、水準2の結果は、ウェーハ濃度がP++に区分されたシリコンウェーハを用いてエピタキシャル薄膜を形成したときのそのエピタキシャル薄膜のドーパント濃度を示している。なお、図7の実験では、ウェーハ濃度(ウェーハ抵抗Wr)以外のパラメータT、Fc、Fs、S、Wbの値は固定とした。図7に示すように、P++ウェーハを使用すると、P+ウェーハを使用したときよりもドーパント濃度(オートドープ量)が増加する。   FIG. 7 is a diagram showing the influence of the dopant concentration (hereinafter referred to as wafer concentration) originally contained in the silicon wafer W to be used as a value correlated with the wafer resistance Wr. In FIG. 7, the wafer concentration is divided into two levels. Specifically, the result of level 1 shows the dopant concentration of the epitaxial thin film when the epitaxial thin film is formed using the silicon wafer having the wafer concentration divided into P +. The result of level 2 shows the dopant concentration of the epitaxial thin film when the epitaxial thin film is formed using the silicon wafer in which the wafer concentration is divided into P ++. In the experiment of FIG. 7, the values of parameters T, Fc, Fs, S, and Wb other than the wafer concentration (wafer resistance Wr) were fixed. As shown in FIG. 7, when the P ++ wafer is used, the dopant concentration (auto-doping amount) increases more than when the P ++ wafer is used.

図8は、ウェーハ裏面処理Wbの影響を示した図である。図8では、裏面処理Wbを2水準に分け、詳細には、水準1の結果は、裏面処理有りのシリコンウェーハを用いてエピタキシャル薄膜を形成したときのそのエピタキシャル薄膜のドーパント濃度を示し、水準2の結果は、裏面処理無しのシリコンウェーハを用いてエピタキシャル薄膜を形成したときのそのエピタキシャル薄膜のドーパント濃度を示している。なお、水準1では、裏面処理として具体的にはCVD法でSiO2膜をウェーハ裏面に形成しているが、SiO2膜以外の裏面処理を施したり、形成するSiO2膜の厚さを異ならせたりして、裏面処理Wbの影響を調べても良い。なお、図8の実験では、裏面処理Wb以外のパラメータT、Fc、Fs、S、Wrの値は固定とした。図8に示すように、裏面処理有りのウェーハを用いることで、オートドープ量が抑えられることがわかる。   FIG. 8 is a diagram showing the influence of the wafer back surface processing Wb. In FIG. 8, the back surface treatment Wb is divided into two levels. Specifically, the level 1 result indicates the dopant concentration of the epitaxial thin film when the epitaxial thin film is formed using the silicon wafer with the back surface treatment. These results show the dopant concentration of the epitaxial thin film when the epitaxial thin film is formed using the silicon wafer without the back surface treatment. In Level 1, specifically, the SiO2 film is formed on the backside of the wafer by the CVD method as the backside treatment. However, the backside treatment other than the SiO2 film is performed, or the thickness of the formed SiO2 film is varied. Thus, the influence of the back surface processing Wb may be examined. In the experiment of FIG. 8, the values of parameters T, Fc, Fs, S, and Wr other than the back surface processing Wb are fixed. As shown in FIG. 8, it can be seen that the amount of autodoping can be suppressed by using a wafer with a backside treatment.

図9は、サセプタ形状Sの影響を示した図である。図9では、サセプタ形状Sを2水準に分け、詳細には、水準1の結果は、ザグリ12b(図1参照)の底面が塞がったタイプのサセプタ12を用いてエピタキシャル薄膜を形成したときのそのエピタキシャル薄膜のドーパント濃度を示し、水準2の結果は、ザグリ12bの底面に穴が形成されたタイプのサセプタ12を用いてエピタキシャル薄膜を形成したときのそのエピタキシャル薄膜のドーパント濃度を示している。なお、特開2003−289044号公報に開示のように、サセプタの底面に穴を形成すると、原料ガスの一部がその穴からサセプタの裏面側に抜け、ウェーハ側面や裏面から放出されたドーパントはその裏面側に抜けるガス流に乗ってサセプタの裏面側に放出されるので、オートドープ量を抑えることができる。図9では、水準2(穴が形成されたサセプタ)のほうが水準1よりもドーパント濃度(オートドープ量)は低くなっている。なお、図9の実験では、サセプタ形状S以外のパラメータT、Fc、Fs、Wr、Wbの値は固定とした。   FIG. 9 shows the influence of the susceptor shape S. FIG. In FIG. 9, the susceptor shape S is divided into two levels. Specifically, the result of level 1 is that when an epitaxial thin film is formed using a susceptor 12 of a type in which the bottom surface of the counterbore 12b (see FIG. 1) is closed. The dopant concentration of the epitaxial thin film is shown, and the result of level 2 shows the dopant concentration of the epitaxial thin film when the epitaxial thin film is formed using the susceptor 12 of the type in which holes are formed in the bottom surface of the counterbore 12b. As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-289044, when a hole is formed in the bottom surface of the susceptor, part of the source gas escapes from the hole to the back surface side of the susceptor, and the dopant released from the wafer side surface or back surface is The amount of auto-doping can be suppressed because it is released to the back side of the susceptor by riding on the gas flow that escapes to the back side. In FIG. 9, the dopant concentration (auto-doping amount) is lower in level 2 (susceptor in which holes are formed) than in level 1. In the experiment of FIG. 9, the values of the parameters T, Fc, Fs, Wr, and Wb other than the susceptor shape S are fixed.

図6〜図9の実験結果のいずれもウェーハ中心からの距離が大きくなるほどドーパント濃度(オートドープ量)が増加する傾向となっている。つまり、図6〜図9の実験結果は、オートドープの影響はウェーハWの周辺部102(図2参照)で大きくなることを示している。   In any of the experimental results shown in FIGS. 6 to 9, the dopant concentration (auto-doping amount) tends to increase as the distance from the wafer center increases. That is, the experimental results of FIGS. 6 to 9 indicate that the influence of auto-doping is increased in the peripheral portion 102 (see FIG. 2) of the wafer W.

なお、第二パラメータとしてのキャリア水素流量Fc、シリコンソースガス流量Fsは、成長速度GRに影響するパラメータでもあり、成長速度GRに応じてオートドープ量も変化するので、ここでは、表1の結果を、キャリア水素流量Fc、シリコンソースガス流量Fsのオートドープ量に与える影響の実験結果として用いた。   Note that the carrier hydrogen flow rate Fc and the silicon source gas flow rate Fs as the second parameters are parameters that affect the growth rate GR, and the autodoping amount also changes according to the growth rate GR. Was used as an experimental result of the influence of the carrier hydrogen flow rate Fc and the silicon source gas flow rate Fs on the autodope amount.

S12では、図6〜図9、表1の実験結果を行った後、その実験結果に基づいて、各パラメータT、Fc、Fs、S、Wr、Wbの任意の値からオートドープによるドーパントの気中濃度分布Cauto(r)を得る関数f2(r、T、Fc、Fs、S、Wr、Wb)を作成する。なお、rは、気相中における位置を示したパラメータである。実験結果から関数f2を求める方法はどのような方法でも良いが、例えばS11と同様に、パラメータT、Fc、Fs、S、Wr、Wbを変数とした気中濃度分布Cauto(r)の理論式を解析的に導出し、実験結果に最も一致するようにその理論式を修正する(理論式の係数部分を設定する)ことで、関数f2が得られる。   In S12, after performing the experimental results shown in FIGS. 6 to 9 and Table 1, based on the experimental results, the value of the dopant by auto-doping is determined from an arbitrary value of each parameter T, Fc, Fs, S, Wr, and Wb. A function f2 (r, T, Fc, Fs, S, Wr, Wb) for obtaining the medium concentration distribution Cato (r) is created. R is a parameter indicating the position in the gas phase. Any method may be used to obtain the function f2 from the experimental results. For example, similarly to S11, the theoretical formula of the air concentration distribution Cato (r) using the parameters T, Fc, Fs, S, Wr, and Wb as variables. Is derived analytically, and the theoretical formula is corrected so as to best match the experimental result (the coefficient portion of the theoretical formula is set), thereby obtaining the function f2.

次に、故意に加えたドーパントの気中濃度分布を得るために、インジェクタ50により分割供給された主原料ガス(シリコンソースガス、キャリアガス)が反応室2内を流れる領域に影響するパラメータ(第三パラメータ)からその流れの領域を得る関数f3(第三関数)を作成する(S13)。なお、S13の工程が本発明の「第三の作成工程」に相当する。その関数f3の作成方法としては、具体的には、先ず、第三パラメータを変化させたときに流れの領域がどのように変化するのかを調べる。本実施形態では、第三パラメータとして、キャリア水素流量Fcと、キャリア水素とシリコンソースガスの混合ガスからなる主原料ガスを反応室2の内側領域と外側領域に分配するための流量調整バルブ31、32のダイヤル値Vin、Voutと、サセプタ12の回転数Rotとを選んだ。   Next, in order to obtain the air concentration distribution of the dopant added intentionally, parameters (first parameter) affecting the region where the main source gas (silicon source gas, carrier gas) dividedly supplied by the injector 50 flows in the reaction chamber 2. A function f3 (third function) for obtaining the flow region from the three parameters) is created (S13). The step S13 corresponds to the “third creation step” of the present invention. Specifically, as a method of creating the function f3, first, it is examined how the flow region changes when the third parameter is changed. In the present embodiment, as a third parameter, a flow rate adjustment valve 31 for distributing the carrier hydrogen flow rate Fc and the main source gas composed of a mixed gas of carrier hydrogen and silicon source gas to the inner region and the outer region of the reaction chamber 2, The dial values Vin and Vout of 32 and the rotation speed Rot of the susceptor 12 were selected.

なお、ダイヤル値Vinは、内側ガス供給ライン62に設けられた流量調整バルブ31の開度を示している。ダイヤル値Vinが大きい程、流量調整バルブ31の開度が大きくなって内側ガス供給ライン62に流れる流量、ひいては内側インジェクタ51から供給されるガスの流量が多くなる。同様に、ダイヤル値Voutは、外側ガス供給ライン63に設けられた流量調整バルブ32の開度を示している。ダイヤル値Voutが大きい程、流量調整バルブ32の開度が大きくなって外側ガス供給ライン63に流れる流量、ひいては外側インジェクタ52から供給されるガスの流量が多くなる。第三パラメータにサセプタ12の回転数Rotを含めているのは、サセプタ12の回転によって反応室2内のガスが引きずられ、回転数Rotに応じて引きずられるガスの量が変わるからである。   The dial value Vin indicates the opening degree of the flow rate adjustment valve 31 provided in the inner gas supply line 62. As the dial value Vin increases, the opening degree of the flow rate adjustment valve 31 increases, and the flow rate flowing through the inner gas supply line 62 and the flow rate of the gas supplied from the inner injector 51 increase. Similarly, the dial value Vout indicates the opening degree of the flow rate adjustment valve 32 provided in the outer gas supply line 63. As the dial value Vout increases, the opening degree of the flow rate adjustment valve 32 increases, and the flow rate flowing through the outer gas supply line 63 and the flow rate of the gas supplied from the outer injector 52 increase. The reason why the rotation speed Rot of the susceptor 12 is included in the third parameter is that the gas in the reaction chamber 2 is dragged by the rotation of the susceptor 12, and the amount of gas dragged changes according to the rotation speed Rot.

そして、各パラメータFc、Vin、Vout、Rotをそれぞれ数水準に分けて、各水準ごとに主原料ガスの流れの領域の流体シミュレーションを行う。その流体シミュレーションは市販の流体解析ソフトにより行うことができ、流体解析ソフトとして例えばANSYS Fluentを用いることができる。なお、流体シミュレーションを行う際には、エピタキシャル成長装置1の構造(インジェクタ50が内側インジェクタ51と外側インジェクタ52とに分割されていることや、反応室2の形状、大きさなど)を流体シミュレーションを行う計算機に入力して、エピタキシャル成長装置1の構造を模擬する。   Then, each parameter Fc, Vin, Vout, and Rot is divided into several levels, and the fluid simulation of the flow region of the main raw material gas is performed for each level. The fluid simulation can be performed by commercially available fluid analysis software. For example, ANSYS Fluent can be used as the fluid analysis software. When performing the fluid simulation, the structure of the epitaxial growth apparatus 1 (the injector 50 is divided into the inner injector 51 and the outer injector 52, the shape and size of the reaction chamber 2, etc.) is subjected to the fluid simulation. This is input to a computer to simulate the structure of the epitaxial growth apparatus 1.

図10は、各パラメータFc、Vin、Vout、Rotがある値における流れの領域のシミュレーション結果を例示した図である。図10では、エピタキシャル成長装置1の上面図(反応室2の上面図)に重ねる形で主原料ガスの流れをグラデーションで示している。図10では、内側インジェクタ51から供給された主原料ガス(以下、内側ガスという)の流れの領域を濃い灰色(黒色に近い色)で示し、外側インジェクタ52から供給された主原料ガス(以下、外側ガスという)の流れの領域を薄い灰色で示し、内側ガスと外側ガスの混合ガスの流れの領域を白色に近い灰色で示している。図10では、内側ガス及び外側ガスが、排出側に流れるに従って次第に混合していく(白色に近い灰色の領域が増えていく)様子が示されている。また、図10では、サセプタ12が時計回りに回転している例を示しており、その回転によって主原料ガスの流れが引きずられている(真っ直ぐに流れていない)様子が示されている。   FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result of a flow region at a certain value of each parameter Fc, Vin, Vout, and Rot. In FIG. 10, the flow of the main raw material gas is shown in gradation so as to overlap with the top view of the epitaxial growth apparatus 1 (top view of the reaction chamber 2). In FIG. 10, the flow region of the main source gas supplied from the inner injector 51 (hereinafter referred to as the inner gas) is shown in dark gray (color close to black), and the main source gas supplied from the outer injector 52 (hereinafter referred to as the “inner gas”). The flow region of the outer gas) is shown in light gray, and the flow region of the mixed gas of the inner gas and the outer gas is shown in gray close to white. FIG. 10 shows a state in which the inner gas and the outer gas are gradually mixed as they flow to the discharge side (the gray area close to white increases). Further, FIG. 10 shows an example in which the susceptor 12 is rotating clockwise, and shows a state in which the flow of the main raw material gas is dragged (not flowing straight) by the rotation.

本実施形態では、主原料ガスの流れの領域を示す指標として内側ガスの影響度分布Fin(r)を求めている。そのために、先ず、図10のシミュレーション結果を数値化する。具体的には、内側ガスの領域(外側ガスが混ざっていない領域)を1で表し、外側ガスの領域(内側ガスが混ざっていない領域)を0で表すと、混合ガスの領域は内側ガスがどの程度混ざっているかによって1から0の間の数値で表すことができる。具体的には、例えば、内側ガスが8割、外側ガスが2割の割合で混ざっている領域は0.8で表すことができる。   In the present embodiment, the influence distribution Fin (r) of the inner gas is obtained as an index indicating the flow region of the main raw material gas. For this purpose, first, the simulation result of FIG. 10 is digitized. Specifically, when the inner gas region (the region where the outer gas is not mixed) is represented by 1 and the outer gas region (the region where the inner gas is not mixed) is represented by 0, the mixed gas region is represented by the inner gas. It can be expressed by a numerical value between 1 and 0 depending on how mixed. Specifically, for example, a region where the inner gas is mixed at 80% and the outer gas is mixed at a rate of 20% can be represented by 0.8.

さらに、ウェーハW(サセプタ12)は回転しているので、ウェーハWの中心からの距離がrの領域は、上記の数値化したシミュレーション結果を半径rの円で平均した量、具体的には半径rで線積分して円の周の長さで割った量だけ内側ガスの影響を受ける。この平均した量の分布を内側ガスの影響度分布Fin(r)とする。このように、S13では、第三パラメータFc、Vin、Vout、Rotの水準ごとに図10のシミュレーション、数値化、及び影響度分布Fin(r)の算出を行い、得られた水準ごとの影響度分布Fin(r)を補間して、各パラメータFc、Vin、Vout、Rotの任意の値から影響度分布Fin(r)を得る関数f3(r、Fc、Vin、Vout、Rot)を作成する。   Further, since the wafer W (susceptor 12) is rotating, the region whose distance from the center of the wafer W is r is an amount obtained by averaging the above numerical simulation results with a circle having a radius r, specifically a radius. It is affected by the inner gas by the amount obtained by line integration with r and divided by the circumference of the circle. The average amount distribution is defined as an influence distribution Fin (r) of the inner gas. As described above, in S13, the simulation of FIG. 10 is performed for each level of the third parameters Fc, Vin, Vout, and Rot, and the influence distribution Fin (r) is calculated. By interpolating the distribution Fin (r), a function f3 (r, Fc, Vin, Vout, Rot) for obtaining the influence distribution Fin (r) from an arbitrary value of each parameter Fc, Vin, Vout, Rot is created.

S13で作成した影響度分布Fin(r)=関数f3(r、Fc、Vin、Vout、Rot)は、インジェクタ50から供給されたドーパントが反応室2でどのように流れるのかを示している。そこで、この影響度分布Fin(r)に、主のドーパントの供給量Dmと追加のドーパントの供給量Daの情報を加えることで、故意に加えた(インジェクタ50から供給された)ドーパントの気中濃度分布Cint(r)を得る関数f4(Fin(r)、Dm、Da)を作成する(S14)。具体的には、供給量Dm、Daの単位がドーパント濃度(mol/m)であるとして、気中濃度分布Cint(r)の関数f4は、f4=Fin(r)・Dm+(1−Fin(r))・Daとなる。図11は、第三パラメータFc、Vin、Vout、Rot及び供給量Dm、Daがある値における、図10のA−A断面を流れる故意に加えたドーパントの分布Cint(r)を例示している。図11の横軸はウェーハWの中心からの距離rを示し、縦軸はドーパント濃度(ドーパント濃度の最大値で正規化した値(相対値))を示している。なお、図10のA−A線は、ウェーハWの中心を通る幅方向WDに延びた線である。図11の例では、主のドーパントの供給量Dm(第一のドーパント供給ライン64(図10参照)からのドーパントの量)をゼロとし、追加のドーパントだけの分布を示している。図11に示すように、追加のドーパントはウェーハWの中心付近の領域に多く供給されることがわかる。なお、S14の工程が本発明の「第四の作成工程」に相当する。 The influence distribution Fin (r) = function f3 (r, Fc, Vin, Vout, Rot) created in S13 indicates how the dopant supplied from the injector 50 flows in the reaction chamber 2. Therefore, by adding information of the main dopant supply amount Dm and the additional dopant supply amount Da to the influence distribution Fin (r), the intentional addition of the dopant (supplied from the injector 50) A function f4 (Fin (r), Dm, Da) for obtaining the density distribution Cint (r) is created (S14). Specifically, assuming that the units of the supply amounts Dm and Da are the dopant concentration (mol / m 3 ), the function f4 of the air concentration distribution Cint (r) is f4 = Fin (r) · Dm + (1−Fin (R)) · Da. FIG. 11 illustrates the distribution Cint (r) of the intentionally added dopant flowing through the AA cross section of FIG. 10 at a certain value of the third parameter Fc, Vin, Vout, Rot and the supply amounts Dm, Da. . The horizontal axis in FIG. 11 indicates the distance r from the center of the wafer W, and the vertical axis indicates the dopant concentration (value normalized by the maximum value of the dopant concentration (relative value)). 10 is a line extending in the width direction WD passing through the center of the wafer W. In the example of FIG. 11, the supply amount Dm of the main dopant (the amount of dopant from the first dopant supply line 64 (see FIG. 10)) is zero, and the distribution of only the additional dopant is shown. As shown in FIG. 11, it can be seen that a large amount of additional dopant is supplied to the region near the center of the wafer W. The step S14 corresponds to the “fourth creation step” in the present invention.

次に、エピタキシャル薄膜へのドーパントの取り込み速度Zを算出する(S15)。具体的には、上述したように、エピタキシャル薄膜のドーパント濃度分布(抵抗分布)は、ドーパント濃度分布(抵抗分布)=(Cint(r)+Cauto(r))×Z/GRの式で表され、S15では、その式から取り込み速度Zを実験的に算出する。上記式の左辺(エピタキシャル薄膜のドーパント濃度分布)は、エピタキシャル成長装置1を用いて実際にエピタキシャル薄膜を形成し、形成したエピタキシャル薄膜の抵抗を測定することで、求めることができる。上記式中の気中濃度分布Cint(r)、Cauto(r)は、S12〜S14の工程で得られる。上記式中の成長速度GRはS11の工程で得られる。よって、未知数は取り込み速度Zだけなので、上記式に既知数(エピタキシャル薄膜のドーパント濃度分布、Cint(r)、Cauto(r)、GR)を代入することで、取り込み速度Zを求めることができる。なお、取り込み速度Zの理論値が分かっている場合には、その理論値を用いても良い。   Next, a dopant incorporation rate Z into the epitaxial thin film is calculated (S15). Specifically, as described above, the dopant concentration distribution (resistance distribution) of the epitaxial thin film is expressed by the following formula: dopant concentration distribution (resistance distribution) = (Cint (r) + Cato (r)) × Z / GR, In S15, the capture speed Z is experimentally calculated from the equation. The left side of the above equation (dopant concentration distribution of the epitaxial thin film) can be obtained by actually forming the epitaxial thin film using the epitaxial growth apparatus 1 and measuring the resistance of the formed epitaxial thin film. The air concentration distributions Cint (r) and Cato (r) in the above formula are obtained in steps S12 to S14. The growth rate GR in the above formula is obtained in step S11. Therefore, since the unknown is only the capture rate Z, the capture rate Z can be obtained by substituting the known number (dopant concentration distribution of the epitaxial thin film, Cint (r), Cato (r), GR) into the above formula. If the theoretical value of the capture speed Z is known, the theoretical value may be used.

なお、ドーパントは反応室2に注入した量のうちほんのわずかしかエピタキシャル薄膜に取り込まれない。すなわち、エピタキシャル薄膜へのドーパント取り込みでは、ドーパントの輸送過程が律速になることはなく、取り込み過程が律速となる。ゆえに取り込み速度Zは流速や濃度に依存せず温度Tだけの関数である。S15の実験を温度Tの異なるいくつかの水準で実施することでZの温度依存性を求めることができる。   Note that only a small portion of the dopant injected into the reaction chamber 2 is taken into the epitaxial thin film. That is, in the dopant incorporation into the epitaxial thin film, the dopant transport process is not rate-limiting, and the incorporation process is rate-limiting. Therefore, the uptake speed Z is a function of only the temperature T without depending on the flow rate or concentration. The temperature dependence of Z can be obtained by performing the experiment of S15 at several levels with different temperatures T.

なお、S11〜S15の工程を実施する順番は図5の順番に限定されない。つまり、成長速度GRの関数f1、オートドープによるドーパントの気中濃度分布Cauto(r)の関数f2、故意に加えたドーパントの気中濃度分布Cint(r)の関数f4、取り込み速度Zは、どの順番で求めても良い。   In addition, the order which implements the process of S11-S15 is not limited to the order of FIG. That is, the function f1 of the growth rate GR, the function f2 of the air concentration distribution Cauto (r) of the dopant by autodoping, the function f4 of the air concentration distribution Cint (r) of the dopant added intentionally, and the uptake speed Z You may ask in order.

次に、S11〜S15で求めた関数f1、f2、f4、取り込み速度Zに基づいて、エピタキシャル薄膜の抵抗分布R(r)を予想する抵抗分布予想式Rcalc(r)=f5(GR、Cint(r)、Cauto(r)、Z)を作成する(S16)。具体的には、Rcalc(r)=(Cint(r)+Cauto(r))×Z/GRで表される式を抵抗分布予想式とする。なお、本実施形態では、取り込み速度Zとしてウェーハ温度Tを使用し、S16では、Rcalc(r)=f5(GR、Cint(r)、Cauto(r)、T)を得た。抵抗分布予想式のパラメータGR、Cint(r)、Cauto(r)は、直接制御可能な1次パラメータT、Fc、Fs、S、Wr、Wb、Vin、Vout、Dm、Daから作成されるので、抵抗分布予想式は、1次パラメータT、Fc、Fs、S、Wr、Wb、Vin、Vout、Dm、Daから予想抵抗分布Rcalc(r)を得る式である。なお、S15及びS16の工程が本発明の「第五の作成工程」に相当する。   Next, based on the functions f1, f2, and f4 obtained in S11 to S15, and the incorporation rate Z, a resistance distribution prediction formula Rcalc (r) = f5 (GR, Cint () r), Cato (r), Z) are created (S16). Specifically, an equation represented by Rcalc (r) = (Cint (r) + Cato (r)) × Z / GR is used as a resistance distribution prediction equation. In the present embodiment, the wafer temperature T is used as the capture speed Z, and Rcalc (r) = f5 (GR, Cint (r), Cato (r), T) is obtained in S16. Since the resistance distribution prediction equation parameters GR, Cint (r), and Cato (r) are created from directly controllable primary parameters T, Fc, Fs, S, Wr, Wb, Vin, Vout, Dm, and Da. The resistance distribution prediction formula is an expression for obtaining the predicted resistance distribution Rcalc (r) from the primary parameters T, Fc, Fs, S, Wr, Wb, Vin, Vout, Dm, Da. The steps S15 and S16 correspond to the “fifth creation step” of the present invention.

図4の説明に戻り、S1で抵抗分布予想式を作成した後、得られた抵抗分布予想式を記憶装置43(図3参照)に記憶させておく。その後、エピタキシャル成長装置1を用いて実際にエピタキシャル薄膜を形成する際には、S2〜S4の工程を実施する。すなわち、作業者は、条件入力部44を用いて、ドーパントの供給量Dm、Da以外の薄膜形成条件であるパラメータT、Fc、Fs、S、Wr、Wb、Vin、Vout(以下、他パラメータという)及び目標抵抗分布を入力する(S2)。そして、処理部41は、条件入力部44から入力された他パラメータ及び目標抵抗分布を、RAM413等に薄膜形成条件として設定(記憶)する(S2)。なお、以下では、以下の表2に示す薄膜形成条件をS2で設定したとして説明する。なお、条件入力部44及びS2の処理を実行する処理部41が本発明の「設定手段」に相当する。   Returning to the description of FIG. 4, after the resistance distribution prediction formula is created in S1, the obtained resistance distribution prediction formula is stored in the storage device 43 (see FIG. 3). Then, when actually forming an epitaxial thin film using the epitaxial growth apparatus 1, the process of S2-S4 is implemented. That is, the operator uses the condition input unit 44 to set parameters T, Fc, Fs, S, Wr, Wb, Vin, Vout (hereinafter referred to as other parameters) which are thin film formation conditions other than the dopant supply amounts Dm, Da. ) And the target resistance distribution are input (S2). Then, the processing unit 41 sets (stores) the other parameters and the target resistance distribution input from the condition input unit 44 as thin film formation conditions in the RAM 413 or the like (S2). In the following description, the thin film formation conditions shown in Table 2 below are set in S2. The condition input unit 44 and the processing unit 41 that executes the processing of S2 correspond to the “setting unit” of the present invention.

次に、処理部41は、S2で設定した薄膜形成条件(表2)及び記憶装置43に記憶された抵抗分布予想式に基づいて、ドーパントの供給量Dm、Daの最適値(最適供給量)を算出する(S3)。具体的には、他パラメータT、Fc、Fs、S、Wr、Wb、Vin、Voutの設定値(表2の値)を抵抗分布予想式に代入する。そして、代入後の抵抗分布予想式で与えられる予想抵抗分布と、S2で設定した目標抵抗分布の距離の差が最も小さくなる供給量Dm、Daの組合せを探索する。予想抵抗分布と目標抵抗分布の距離の定義方法としては、例えば、ウェーハ面内でいくつかポイントを選び、各ポイントにおける予想抵抗と目標抵抗の差の2乗和を上記距離として算出する。供給量Dm、Daの最適な組合せの探索方法としては、例えば、主のドーパントの供給量Dmの変更可能な範囲を均等な間隔でn水準、追加のドーパントの供給量Daの変更可能な範囲を均等な間隔でm水準選び、その全ての組合せn×mの条件を計算して最も目標に近い組合せを選ぶ方法でも良いし、共役勾配法や準ニュートン法などの効率の良い探索アルゴリズムを用いても良い。本実施形態では、準ニュートン法を採用し、供給量Dm、Daの最適値として、Dm=252.7sccm、Da=58.0sccmを得た。なお、S3の工程が本発明の「供給量決定工程」に相当する。また、S3の工程を実行する処理部41が本発明の「供給量決定手段」に相当する。   Next, based on the thin film formation conditions set in S2 (Table 2) and the resistance distribution prediction formula stored in the storage device 43, the processing unit 41 optimizes the dopant supply amounts Dm and Da (optimum supply amount). Is calculated (S3). Specifically, the set values of other parameters T, Fc, Fs, S, Wr, Wb, Vin, and Vout (values in Table 2) are substituted into the resistance distribution prediction formula. Then, a search is made for a combination of supply amounts Dm and Da that minimizes the difference in distance between the predicted resistance distribution given by the resistance distribution prediction formula after substitution and the target resistance distribution set in S2. As a method for defining the distance between the predicted resistance distribution and the target resistance distribution, for example, several points are selected on the wafer surface, and the square sum of the difference between the predicted resistance and the target resistance at each point is calculated as the distance. As a method for searching for an optimal combination of the supply amounts Dm and Da, for example, a changeable range of the main dopant supply amount Dm is set at n levels at equal intervals, and a changeable range of the supply amount Da of the additional dopant is set. It is possible to select m levels at equal intervals, calculate the conditions of all combinations n × m, and select the combination closest to the target, or use an efficient search algorithm such as conjugate gradient method or quasi-Newton method. Also good. In this embodiment, the quasi-Newton method is employed, and Dm = 252.7 sccm and Da = 58.0 sccm are obtained as the optimum values of the supply amounts Dm and Da. The step S3 corresponds to the “supply amount determining step” of the present invention. The processing unit 41 that executes the process of S3 corresponds to the “supply amount determining means” of the present invention.

図12は、この最適値及び表2の設定値を抵抗分布予想式に代入して得られる予想抵抗分布を示している。図12の横軸は、ウェーハ中心からの幅方向WDへの距離を示し、縦軸は抵抗率を示している。また、図12では、S2で設定した目標抵抗分布(表2の値)も図示している。図12に示すように、予想抵抗分布は目標抵抗分布に非常に近い分布となっている。   FIG. 12 shows an expected resistance distribution obtained by substituting this optimum value and the set value of Table 2 into the resistance distribution prediction formula. The horizontal axis in FIG. 12 indicates the distance from the wafer center in the width direction WD, and the vertical axis indicates the resistivity. FIG. 12 also shows the target resistance distribution (value in Table 2) set in S2. As shown in FIG. 12, the expected resistance distribution is very close to the target resistance distribution.

次に、作業者は、S2で設定した設定値及びS3で得られた供給量Dm、Daの最適値の条件で、エピタキシャル成長装置1を用いて実際にウェーハの主表面にエピタキシャル薄膜を気相成長させる(S4)。なお、S4の工程が本発明の「薄膜形成工程」に相当する。図13は、S4で得られたエピタキシャル薄膜の抵抗分布の実測値を示している。図13の横軸、縦軸は図12と同じである。図13の実測の抵抗分布は、図12の予想抵抗分布に比べると目標抵抗分布から若干離れた分布となっているものの、1回目のエピタキシャル薄膜の形成にしては目標抵抗分布に非常に近い抵抗分布のエピタキシャル薄膜を試行錯誤することなく容易に得ることができる。以上が本実施形態の薄膜形成方法である。S1の工程で抵抗分布予想式を一旦作成した場合には、次回以降はS2〜S4の工程を実施すれば良い。   Next, the worker actually vapor-phases an epitaxial thin film on the main surface of the wafer using the epitaxial growth apparatus 1 under the conditions of the set values set in S2 and the optimum values of the supply amounts Dm and Da obtained in S3. (S4). The process of S4 corresponds to the “thin film forming process” of the present invention. FIG. 13 shows measured values of the resistance distribution of the epitaxial thin film obtained in S4. The horizontal and vertical axes in FIG. 13 are the same as those in FIG. The actually measured resistance distribution in FIG. 13 is slightly different from the target resistance distribution as compared with the predicted resistance distribution in FIG. 12, but the resistance is very close to the target resistance distribution for the first epitaxial thin film formation. A distributed epitaxial thin film can be easily obtained without trial and error. The above is the thin film formation method of this embodiment. When the resistance distribution prediction formula is once created in the step S1, the steps S2 to S4 may be performed from the next time.

一方、S4の工程で得られるエピタキシャル薄膜の抵抗分布を目標抵抗分布にさらに近づけるために、S4の工程の後に図14の示す工程を実施して、抵抗分布予想式を補正しても良い。具体的には、S4で形成したエピタキシャル薄膜の抵抗分布を実測する(S5、図13)。なお、S5の工程が本発明の「実測工程」に相当する。次に、S5で実測したエピタキシャル薄膜の形成条件と同じ条件となるパラメータの値(つまり、表2の設定値及びS3で求めた最適値)を抵抗分布予想式に代入して得られる予想抵抗分布が、S5で実測した抵抗分布に近づくように、抵抗分布予想式を補正する(S6)。具体的には例えば、抵抗分布予想式Rcalc(r)=f5(GR、Cint(r)、Cauto(r)、T)中の故意に加えたドーパントの気中濃度分布Cint(r)の項に係数k1を掛け、オートドープによるドーパントの気中濃度分布Cauto(r)の項に係数k2を掛ける。そして、予想抵抗分布が実測の抵抗分布に最も一致するように係数k1、k2を定める。なお、係数k1、k2の定め方としては、例えば共役勾配法や準ニュートン法などの探索アルゴリズムを用いれば良い。なお、S6の工程が本発明の「補正工程」に相当する。   On the other hand, in order to make the resistance distribution of the epitaxial thin film obtained in step S4 closer to the target resistance distribution, the step shown in FIG. 14 may be performed after step S4 to correct the resistance distribution prediction formula. Specifically, the resistance distribution of the epitaxial thin film formed in S4 is measured (S5, FIG. 13). The step S5 corresponds to the “actual measurement step” of the present invention. Next, the expected resistance distribution obtained by substituting the parameter values (that is, the set values in Table 2 and the optimum values obtained in S3) that are the same as the epitaxial thin film formation conditions measured in S5 into the resistance distribution prediction formula However, the resistance distribution prediction formula is corrected so as to approach the resistance distribution actually measured in S5 (S6). Specifically, for example, in the term of the air concentration distribution Cint (r) of the dopant added intentionally in the resistance distribution prediction formula Rcalc (r) = f5 (GR, Cint (r), Cato (r), T) The coefficient k1 is multiplied, and the term of the air concentration distribution Cauto (r) of the dopant by auto-doping is multiplied by the coefficient k2. Then, the coefficients k1 and k2 are determined so that the expected resistance distribution most closely matches the actually measured resistance distribution. As a method of determining the coefficients k1 and k2, for example, a search algorithm such as a conjugate gradient method or a quasi-Newton method may be used. The step S6 corresponds to the “correction step” of the present invention.

そして、記憶装置43に記憶する抵抗分布予想式を、S6で補正された抵抗分布予想式(以下、補正予想式という)に更新し、次回以降の薄膜形成ではその補正予想式を用いて、供給量Dm、Daの最適値を算出する(S3)。次回のS2で設定された設定値が表2の値であるとして、次回のS3では、供給量Dm、Daの最適値として、Dm=257.4sccm、Da=65.7sccmが得られた。その最適値に従ってエピタキシャル薄膜の形成を行う(S4)。図15は、そのS4の工程で得られたエピタキシャル薄膜の抵抗分布の実測値を示している。なお、図15の横軸、縦軸は図12と同じである。図15の実測の抵抗分布は、1回目の抵抗分布(図13)よりも目標抵抗分布に近い分布となっている。   Then, the resistance distribution prediction formula stored in the storage device 43 is updated to the resistance distribution prediction formula corrected in S6 (hereinafter referred to as a correction prediction formula), and supply is performed using the corrected prediction formula in the subsequent thin film formation. The optimum values of the amounts Dm and Da are calculated (S3). Assuming that the set values set in the next S2 are the values in Table 2, in the next S3, Dm = 257.4 sccm and Da = 65.7 sccm were obtained as the optimum values of the supply amounts Dm and Da. An epitaxial thin film is formed according to the optimum value (S4). FIG. 15 shows measured values of the resistance distribution of the epitaxial thin film obtained in step S4. The horizontal and vertical axes in FIG. 15 are the same as those in FIG. The actually measured resistance distribution in FIG. 15 is closer to the target resistance distribution than the first resistance distribution (FIG. 13).

(実施例、比較例)
図16は、従来のエピタキシャル薄膜の抵抗分布調整の実験結果を例示した図である。詳細には、図16(A)の上に示した日にち(実験日)ごとに目標抵抗分布を設定し、その目標抵抗分布に近づくまで主のドーパント、追加のドーパントの供給量を試行錯誤により調整する実験を行った。図16(A)は、主のドーパント、追加のドーパントの供給量の推移を示している。図16(A)のプロット点の個数は、主のドーパント、追加のドーパントの供給量を調整した回数を示している。図16(B)は、目標抵抗(抵抗率)の推移及び実測の抵抗分布(抵抗分布の最大値、最小値)の推移を示している。なお、図16に示す日にち以外にも実験を行っており、図16は、そのうちの一部の日にちにおける実験結果だけを抜き出している。
(Examples and comparative examples)
FIG. 16 is a diagram illustrating an experimental result of resistance distribution adjustment of a conventional epitaxial thin film. Specifically, a target resistance distribution is set for each day (experiment day) shown in FIG. 16A, and the supply amount of main dopant and additional dopant is adjusted by trial and error until the target resistance distribution is approached. An experiment was conducted. FIG. 16A shows the transition of the supply amount of the main dopant and the additional dopant. The number of plot points in FIG. 16A indicates the number of times that the supply amount of the main dopant and the additional dopant is adjusted. FIG. 16B shows the transition of the target resistance (resistivity) and the measured resistance distribution (maximum value and minimum value of the resistance distribution). It should be noted that experiments were conducted on dates other than those shown in FIG. 16, and FIG. 16 shows only experimental results on some of the dates.

例えば、実験日が3/15の目標抵抗(=10Ω・cm)は、3/14の目標抵抗(=16Ω・cm)から変化しており、3/15におけるドーパントの調整回数は9回となっている。このように、従来の方法では、特に目標抵抗が変わる時にドーパントの供給量の調整回数が増えてしまう。目標抵抗が変わる時の調整回数の平均値(図16の実験日以外の実験日の実験結果も含む平均値)は7.0回となった(つまり、目標抵抗を得るまでにエピタキシャルウェーハを7回製造する必要がある)。なお、目標抵抗が変わらない時(例えば図16では5/11、5/13、5/23、6/24、7/20の実験日)では、前回の調整結果を用いることができるので、目標抵抗が変わる時に比べて調整回数を減らすことができるものの、それでも調整回数の平均値は2.8回となった。これに対して、本発明では、目標抵抗が変わる時の調整回数の平均値は2.0回となった。よって、本発明を適用することで、従来に比べてドーパント供給量の調整回数を大幅に減らすことができる。   For example, the target resistance (= 10 Ω · cm) of the experiment date is 3/15 has changed from the target resistance (= 16 Ω · cm) of 3/14, and the number of adjustments of the dopant in 9/15 is 9 times. ing. As described above, in the conventional method, the number of adjustments of the dopant supply amount increases particularly when the target resistance changes. The average value of the number of adjustments when the target resistance is changed (the average value including the experimental results other than the experimental date in FIG. 16) is 7.0 times (that is, seven epitaxial wafers are obtained before the target resistance is obtained). Need to be manufactured once). When the target resistance does not change (for example, the experiment date of 5/11, 5/13, 5/23, 6/24, and 7/20 in FIG. 16), the previous adjustment result can be used. Although the number of adjustments can be reduced compared to when the resistance changes, the average number of adjustments is still 2.8. On the other hand, in the present invention, the average value of the number of adjustments when the target resistance is changed is 2.0. Therefore, by applying the present invention, the number of adjustments of the dopant supply amount can be greatly reduced as compared with the conventional case.

以上説明したように、本実施形態では、抵抗分布予想式を一旦作成した後では、薄膜形成条件(他パラメータ)の設定値、目標抵抗分布に応じた最適のドーパント供給量が自動で(計算機により)算出されるので、目標抵抗分布に近い抵抗分布のエピタキシャル薄膜を容易に得ることができる。   As described above, in this embodiment, after the resistance distribution prediction formula is once created, the optimum dopant supply amount corresponding to the set value of the thin film formation conditions (other parameters) and the target resistance distribution is automatically (by the computer). ), An epitaxial thin film having a resistance distribution close to the target resistance distribution can be easily obtained.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、シリコンウェーハの主表面にシリコン薄膜を気相成長させるシステムに本発明を適用した例を説明したが、シリコンエピタキシャルウェーハ以外のエピタキシャルウェーハを製造するシステムにも本発明を適用できる。また、上記実施形態では、抵抗分布予想式に含まれるパラメータ(他パラメータ)として、ウェーハ温度T、キャリア水素流量Fc、シリコンソースガス流量Fs、サセプタ形状S、ウェーハ抵抗Wr、ウェーハ裏面処理Wb、バルブのダイヤル値Vin、Voutを挙げたが、それらパラメータに加えて他のパラメータも考慮して抵抗分布予想式を作成しても良い。また、抵抗分布予想式の作成方法は上記実施形態に限定されず、どのような方法で抵抗分布予想式を作成したとしても良い。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible to the limit which does not deviate from description of a claim. For example, in the above embodiment, the example in which the present invention is applied to a system in which a silicon thin film is vapor-grown on the main surface of a silicon wafer has been described. However, the present invention is also applied to a system for manufacturing an epitaxial wafer other than a silicon epitaxial wafer. it can. In the above-described embodiment, the parameters (other parameters) included in the resistance distribution prediction formula include the wafer temperature T, the carrier hydrogen flow rate Fc, the silicon source gas flow rate Fs, the susceptor shape S, the wafer resistance Wr, the wafer back surface processing Wb, and the valve. Although the dial values Vin and Vout are listed, a resistance distribution prediction formula may be created in consideration of other parameters in addition to these parameters. The method for creating the resistance distribution prediction formula is not limited to the above embodiment, and any method may be used to create the resistance distribution prediction formula.

1 エピタキシャル成長装置
2 反応室
12 サセプタ
31、32 流量調整バルブ
50 インジェクタ
51 内側インジェクタ
52 外側インジェクタ
61 主原料ガス供給ライン
62 内側ガス供給ライン
63 外側ガス供給ライン
64 第一のドーパント供給ライン
65 第二のドーパント供給ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Epitaxial growth apparatus 2 Reaction chamber 12 Susceptor 31, 32 Flow control valve 50 Injector 51 Inner injector 52 Outer injector 61 Main raw material gas supply line 62 Inner gas supply line 63 Outer gas supply line 64 First dopant supply line 65 Second dopant Supply line

Claims (6)

主原料ガスが複数の領域に分割されて反応室に供給され、第一のドーパント供給ラインと第二のドーパント供給ラインとが異なる分割領域に接続されている半導体薄膜成長装置を用いて、半導体基板の主表面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記第一のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第一供給量と、前記第二のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第二供給量とを含む薄膜の抵抗分布に影響するパラメータを含んだ、薄膜の予想抵抗分布を与える予想式を作成する予想式作成工程と、
前記第一供給量及び前記第二供給量以外の前記パラメータである他パラメータを予め設定した設定値に固定した前記予想式で与えられる予想抵抗分布と、予め設定した薄膜の目標抵抗分布の差が最も小さくなる前記第一供給量及び前記第二供給量の組合せである最適供給量を決定する供給量決定工程と、
前記他パラメータにおける前記設定値と、前記最適供給量とに従って前記反応室で気相成長により半導体基板の主表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
を備えることを特徴とする薄膜形成方法。
A semiconductor substrate using a semiconductor thin film growth apparatus in which a main source gas is divided into a plurality of regions and supplied to a reaction chamber, and the first dopant supply line and the second dopant supply line are connected to different divided regions A thin film forming method for forming a thin film on the main surface of
A first supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the first dopant supply line to the reaction chamber, and a second supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the second dopant supply line to the reaction chamber. A prediction formula creation process for creating a prediction formula that gives a predicted resistance distribution of the thin film, including parameters that affect the resistance distribution of the thin film including the supply amount;
A difference between an expected resistance distribution given by the prediction formula in which other parameters that are parameters other than the first supply amount and the second supply amount are fixed to a preset setting value, and a preset target resistance distribution of the thin film is A supply amount determining step for determining an optimum supply amount that is a combination of the first supply amount and the second supply amount that are the smallest;
A thin film forming step of forming a thin film on the main surface of the semiconductor substrate by vapor phase growth in the reaction chamber according to the set value in the other parameter and the optimum supply amount;
A thin film forming method comprising:
前記予想式作成工程では、薄膜の成長速度と、前記第一供給量及び前記第二供給量をパラメータとして含んだ故意に加えたドーパントの気中濃度分布と、オートドープによるドーパントの気中濃度分布とをパラメータとした前記予想式を作成することを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。   In the prediction formula creation step, the growth rate of the thin film, the air concentration distribution of the dopant intentionally including the first supply amount and the second supply amount as parameters, and the air concentration distribution of the dopant by autodoping The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the prediction equation is created using the parameters as parameters. 前記予想式算出工程は、
薄膜の成長速度に影響する第一パラメータを変化させて成長速度を調べ、その結果に基づいて前記第一パラメータから成長速度を計算する第一関数を作成する第一の作成工程と、
薄膜に取り込まれるオートドープ量に影響する第二パラメータを変化させてオートドープ量を調べ、その結果に基づいて前記第二パラメータからオートドープによるドーパントの気中濃度分布を計算する第二関数を作成する第二の作成工程と、
分割供給された前記主原料ガスが前記反応室内を流れる領域に影響する第三パラメータを変化させて前記流れる領域を調べ、その結果に基づいて前記第三パラメータから前記流れる領域を計算する第三関数を作成する第三の作成工程と、
前記第三関数に前記第一供給量及び前記第二供給量のパラメータを加えることで、故意に加えたドーパントの気中濃度分布を計算する第四関数を作成する第四の作成工程と、
前記第一関数と前記第二関数と前記第四関数とに基づいて前記予想式を作成する第五の作成工程とを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜形成方法。
The prediction formula calculation step includes
Changing the first parameter that affects the growth rate of the thin film, examining the growth rate, and based on the result, creating a first function for calculating the growth rate from the first parameter;
The second parameter that affects the amount of autodoping incorporated into the thin film is changed to investigate the amount of autodoping, and based on the result, a second function is calculated that calculates the air concentration distribution of the dopant by autodoping from the second parameter. A second creation step to
A third function for investigating the flowing region by changing a third parameter affecting the region in which the main source gas supplied in a divided manner flows in the reaction chamber, and calculating the flowing region from the third parameter based on the result A third creation process to create
A fourth creation step of creating a fourth function for calculating an air concentration distribution of the dopant added intentionally by adding the parameters of the first supply amount and the second supply amount to the third function;
The thin film forming method according to claim 1, further comprising a fifth creation step of creating the prediction formula based on the first function, the second function, and the fourth function.
前記第五の作成工程では、前記第一関数と前記第二関数と前記第四関数とに加えて、薄膜に取り込まれるドーパントの取り込み速度に基づいて前記予想式を作成することを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成方法。   In the fifth creation step, the prediction formula is created based on the incorporation rate of the dopant incorporated into the thin film in addition to the first function, the second function, and the fourth function. Item 4. The method for forming a thin film according to Item 3. 前記半導体薄膜成長装置を用いて薄膜形成を行い、形成した薄膜の抵抗分布を実測する実測工程と、
前記実測工程で実測した薄膜の形成条件と同じ条件となるパラメータの値を前記予想式に代入して得られる予想抵抗分布が、前記実測工程で得られた実測の抵抗分布に近づくように前記予想式を補正する補正工程とをさらに備え、
前記供給量決定工程では、前記補正工程で補正された前記予想式である補正予想式に基づいて前記最適供給量を決定し、
前記薄膜形成工程では、前記補正予想式に基づいて決定された前記最適供給量に従って薄膜を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の薄膜形成方法。
An actual measurement step of performing thin film formation using the semiconductor thin film growth apparatus and measuring the resistance distribution of the formed thin film;
The predicted resistance distribution obtained by substituting the value of the parameter that is the same as the thin film formation condition measured in the actual measurement step into the prediction equation approaches the predicted resistance distribution obtained in the actual measurement step. A correction step of correcting the formula,
In the supply amount determination step, the optimum supply amount is determined based on a corrected prediction formula that is the prediction formula corrected in the correction step,
5. The thin film forming method according to claim 1, wherein in the thin film forming step, a thin film is formed according to the optimum supply amount determined based on the correction prediction formula.
主原料ガスが複数の領域に分割されて反応室に供給され、第一のドーパント供給ラインと第二のドーパント供給ラインとが異なる分割領域に接続されている半導体薄膜成長装置と、
前記第一のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第一供給量と、前記第二のドーパント供給ラインから前記反応室に供給されるドーパントの供給量である第二供給量とを含む薄膜の抵抗分布に影響するパラメータを含んだ、薄膜の予想抵抗分布を与える予想式を記憶する記憶手段と、
前記第一供給量及び前記第二供給量以外の前記パラメータである他パラメータの値と薄膜の目標抵抗分布とを設定する設定手段と、
前記設定手段が設定した前記他パラメータの設定値に固定した前記予想式で与えられる予想抵抗分布と、前記設定手段が設定した目標抵抗分布の差が最も小さくなる前記第一供給量及び前記第二供給量の組合せである最適供給量を決定する供給量決定手段とを備え、
前記半導体薄膜成長装置は、前記他パラメータにおける前記設定値と、前記最適供給量とに従って前記反応室で気相成長により半導体基板の主表面に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成システム。
A semiconductor thin film growth apparatus in which the main source gas is divided into a plurality of regions and supplied to the reaction chamber, and the first dopant supply line and the second dopant supply line are connected to different divided regions;
A first supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the first dopant supply line to the reaction chamber, and a second supply amount that is a supply amount of a dopant supplied from the second dopant supply line to the reaction chamber. Storage means for storing an expected expression that gives an expected resistance distribution of the thin film, including parameters that affect the resistance distribution of the thin film including the supply amount;
Setting means for setting a value of another parameter that is the parameter other than the first supply amount and the second supply amount and a target resistance distribution of the thin film;
The first supply amount and the second supply amount that minimize the difference between the predicted resistance distribution given by the prediction formula fixed to the set value of the other parameter set by the setting means and the target resistance distribution set by the setting means. A supply amount determining means for determining an optimum supply amount that is a combination of the supply amounts,
The semiconductor thin film growth apparatus forms a thin film on a main surface of a semiconductor substrate by vapor phase growth in the reaction chamber according to the set value in the other parameter and the optimum supply amount.
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