(57)【要約】【課題】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方法を提供する。【解決手段】主のドーパントは反応室の内側領域に接続された内側インジェクタ及び外側領域に接続された外側インジェクタの両方から供給され、オートドープを補償するための追加のドーパントは内側インジェクタから供給される。エピタキシャル薄膜に影響するパラメータからエピタキシャル薄膜の予想抵抗分布を与える予想式を作成する（Ｓ１）。主のドーパント及び追加のドーパントの供給量以外の他パラメータの値と目標抵抗分布とを設定する（Ｓ２）。Ｓ２で設定した設定値を予想式に代入して得られる予想抵抗分布と、Ｓ２で設定した目標抵抗分布の差が最も小さくなるように、主のドーパント及び追加のドーパントの最適供給量を算出する（Ｓ３）。最適供給量に従ってエピタキシャル成長装置でエピタキシャル薄膜を形成する（Ｓ４）。【選択図】図４
2014110414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２３１６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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）。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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）。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】エピタキシャル成長装置１の側面断面図である。
【図２】エピタキシャル成長装置１の上面図である。
【図３】計算機４の概略構成を例示したブロック図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、ＳｉＨＣｌ３（ＴＣＳ、トリクロロシラン）、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２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Ｂ２Ｈ６あるいはＰＨ３や、希釈ガスとしてのＨ２、Ｎ２、Ａｒ等が適宜配合される。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
【表１】
2014110414.tif 000003
【００４８】
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。
【００４９】
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・Ｃｐ・（Ｄ・ｕ／ｘ）ｑ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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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／ｍ３）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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
【表２】
2014110414.tif 000004
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【符号の説明】
【００８１】
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
【図１】
2014110414.tif 000005
【図２】
2014110414.tif 000006
【図３】
2014110414.tif 000007
【図４】
2014110414.tif 000008
【図５】
2014110414.tif 000009
【図６】
2014110414.tif 000010
【図７】
2014110414.tif 000011
【図８】
2014110414.tif 000012
【図９】
2014110414.tif 000013
【図１１】
2014110414.tif 000014
【図１２】
2014110414.tif 000015
【図１３】
2014110414.tif 000016
【図１４】
2014110414.tif 000017
【図１５】
2014110414.tif 000018
【図１７】
2014110414.tif 000019
【図１８】
2014110414.tif 000020
【図１０】
2014110414.tif 000021
【図１６】
2014110414.tif 000022