(57)【要約】【課題】デバイス製造プロセスにおけるスリップ転位及び反りの発生を共に抑制することができるシリコンウエハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコン単結晶サブストレートに通常のアニール処理（高温熱処理工程Ｄ）を施す前に、通常よりも低温で熱処理（Ａ、Ｂ、Ｃ）を施すことにより、熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整し、かつ格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上６．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整する。【選択図】図３
2009164155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶サブストレートに熱処理を施す工程を含み、
熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整し、かつ格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上６．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整する、シリコンウエハの製造方法であって、
格子間酸素濃度Ｏｉが７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
かつ置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のサブストレートを用い、
前記熱処理を施す工程が、
Ａ：保持温度Ｔ１を６５０℃以上８００℃以下、保持時間Ｈを１０分以上４時間以下にして熱処理する低温熱処理工程、
Ｂ：低温熱処理の後、最高温度Ｔ２をＴ１＋５０℃以上１０００℃以下にして、最高温度Ｔ２までの昇温速度Ｒを０．１℃／分以上２℃／分以下にして昇温する昇温工程、
Ｃ：昇温工程の後、サブストレートを取り出すときの取り出し温度Ｔ３を６００℃以上８００℃以下に設定して、Ｔ３がＴ２より低い場合は１℃／分以上１０℃／分以下の降温速度で炉の温度を下げ、取り出し温度Ｔ３でサブストレートを炉内から取り出して室温まで冷却する降温・取出工程、及び
Ｄ：降温・取出工程の後、炉の温度を６００℃以上８００℃以下にしてウエハを炉内に挿入し、ウエハ挿入時の温度から１１００℃未満の温度範囲は５℃／分以上１０℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１１００℃以上１２５０℃以下の温度範囲は１℃／分以上２℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１０００℃以上１２５０℃以下の温度で炉の温度を一定温度のまま保持する高温熱処理工程
を含むことを特徴とする、シリコンウエハの製造方法。
【請求項２】
シリコン単結晶サブストレートに熱処理を施す工程を含むシリコンウエハの製造方法であって、
熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）と格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が
ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たす
ことを特徴とするシリコンウエハの製造方法。
【請求項３】
請求項２の製造方法において、
格子間酸素濃度Ｏｉが７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
かつ置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
のサブストレートを用い、
前記熱処理を施す工程が、
Ａ：保持温度Ｔ１を６５０℃以上７５０℃以下、保持時間Ｈを１０分以上４時間以下にして熱処理する低温熱処理工程、
Ｂ：低温熱処理の後、最高温度Ｔ２をＴ１＋５０℃以上８５０℃以下にして、最高温度Ｔ２までの昇温速度Ｒを０．５℃／分以上２℃／分以下にして昇温する昇温工程、
Ｃ：昇温工程の後、サブストレートを取り出すときの取り出し温度Ｔ３を６００℃以上８００℃以下に設定して、Ｔ３がＴ２より低い場合は１℃／分以上１０℃／分以下の降温速度で炉の温度を下げ、取り出し温度Ｔ３でサブストレートを炉内から取り出して室温まで冷却する降温・取出工程、及び
Ｄ：降温・取出工程の後、炉の温度を６００℃以上８００℃以下にしてウエハを炉内に挿入し、ウエハ挿入時の温度から１１００℃未満の温度範囲は５℃／分以上１０℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１１００℃以上１２５０℃以下の温度範囲は１℃／分以上２℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１０００℃以上１２５０℃以下の温度で炉の温度を一定温度のまま保持する高温熱処理工程
を含むことを特徴とする、シリコンウエハの製造方法。
【請求項４】
シリコン単結晶サブストレートに熱処理を施す工程を含むシリコンウエハの製造方法であって、
熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）と格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が
ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たす
ことを特徴とするシリコンウエハの製造方法。
【請求項５】
請求項４の製造方法において、
格子間酸素濃度Ｏｉが７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
かつ置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
のサブストレートを用い、
前記熱処理を施す工程が、
Ａ：保持温度Ｔ１を７００℃以上８００℃以下、保持時間Ｈを１０分以上４時間以下にして熱処理する低温熱処理工程、
Ｂ：低温熱処理の後、最高温度Ｔ２をＴ１＋５０℃以上９００℃以下にして、最高温度Ｔ２までの昇温速度Ｒを０．５℃／分以上２℃／分以下にして昇温する昇温工程、
Ｃ：昇温工程の後、サブストレートを取り出すときの取り出し温度Ｔ３を６００℃以上８００℃以下に設定して、Ｔ３がＴ２より低い場合は１℃／分以上１０℃／分以下の降温速度で炉の温度を下げ、取り出し温度Ｔ３でサブストレートを炉内から取り出して室温まで冷却する降温・取出工程、及び
Ｄ：降温・取出工程の後、炉の温度を６００℃以上８００℃以下にしてウエハを炉内に挿入し、ウエハ挿入時の温度から１１００℃未満の温度範囲は５℃／分以上１０℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１１００℃以上１２５０℃以下の温度範囲は１℃／分以上２℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１０００℃以上１２５０℃以下の温度で炉の温度を一定温度のまま保持する高温熱処理工程
を含むことを特徴とする、シリコンウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ製造技術分野において、特に、デバイス製造プロセスにおいてスリップ転位及び反りの発生を共に抑制することができるシリコンウエハ及びその製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどの基板として用いられるシリコンウエハは、シリコン単結晶インゴットをスライスして、熱処理や鏡面加工等を行うことにより製造される。こうしたシリコン単結晶インゴットの製造方法としては、たとえば、チョクラルスキ法（以下、「ＣＺ法」とする。）が挙げられる。ＣＺ法は、大口径の単結晶インゴットを得やすいことや、欠陥の制御が比較的容易であるなどの理由により、シリコン単結晶インゴットの製造の大部分を占める。
【０００３】
ＣＺ法によって引き上げられたシリコン単結晶（以下、「ＣＺ−Ｓｉ」とする）は、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥と呼ばれる結晶欠陥が存在する。またＣＺ−Ｓｉは、酸素を格子間に過飽和に取り込んでいるが、こうした過飽和酸素は、その後の熱処理（アニール）で、Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ（以下、「ＢＭＤ」とする。）と称される微小欠陥（酸素析出核）を誘起する原因となる。
【０００４】
シリコンウエハに半導体デバイスを形成するには、半導体デバイス形成領域に結晶欠陥がないことが求められる。回路を形成する面に結晶欠陥が存在すると、その欠陥部分から回路破壊等を引き起こす原因となるためである。一方でシリコンウエハ内部には適度なＢＭＤが存在することが求められる。このようなＢＭＤは半導体デバイス動作不良の原因となる金属不純物などをゲッタリングする作用があるためである。
【０００５】
上記要求を満たすため、シリコンウエハを高温アニールすることによって、シリコンウエハの内部にＢＭＤを誘起してＩｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ層（以下、「ＩＧ層」とする。）を形成するとともに、シリコンウエハの表面に存在するｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させ、結晶欠陥の限りなく少ないＤｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ（以下、「ＤＺ層」とする。）層を形成する手法が用いられる。
【０００６】
具体例として、窒素添加したサブストレートを高温アニールすることで、表面のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減するとともに、窒素を核としたＢＭＤを内部に形成させる方法（特許文献１）が提案されている。
【０００７】
ところが、前記の高温アニール過程によりシリコンウエハ表裏面に形成したＤＺ層は、熱処理中の酸素の外方拡散により酸素濃度が極端に低下している。その結果、ウエハ表裏面の転位欠陥伸展の抑制力が著しく低下するため、アニール工程で導入された表裏面の微小傷から、転位欠陥（以下、「スリップ」とする。）がバルク中に伸展しやすく、こうしたスリップ転位の伸展によってシリコンウエハの強度が低下するという問題があった。たとえば、熱処理ポボート等によって支持した状態でアニールをおこなうと、ウエハの裏面周辺の支持されている部分からスリップ転位が伸展することがしばしばある。また、シリコンウエハエッジ部からスリップ転位が伸展することもある。
【０００８】
シリコンウエハの強度が低下すると、製造工程中にウエハが損傷したり、破壊されたりするといった事態が生じる懸念がある。しかしながら、ＤＺ層は半導体デバイス形成には不可欠であり、ＤＺ層を有しつつ強度特性に優れたシリコンウエハが求められていた。
【０００９】
下記特許文献１に記載の従来技術ではシリコンウエハの強度低下に関する配慮がなされておらず、このような方法で作ったシリコンウエハはスリップ転位の伸展を避けることができなかった。
一方で、このようなスリップ転位の発生を防止するために、高密度にＢＭＤを発生させる方法も提案されている。
【００１０】
具体的には、シリコン単結晶インゴットから切り出したサブストレートを、窒素ガスまたは不活性ガスあるいはアンモニアガスと不活性ガスとの混合ガスの雰囲気下で、温度５００〜１２００℃、時間１〜６００分の範囲内で急速昇降温熱処理することにより、２０ｎｍ以下のサイズのＢＭＤを１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上形成するシリコンウエハ製造方法が提案されている（特許文献２）。また、酸素濃度が１．２×１０１８〜１．４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素濃度が０．５×１０１６〜２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコンウエハを、非酸化性雰囲気中で、温度１１００〜１２５０℃、時間１〜５時間、１１００〜１２５０℃の温度範囲の昇温レート０．１〜１℃／ｍｉｎの条件で熱処理することにより、１５０ｎｍ以下のサイズのＢＭＤを５×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上形成するシリコンウエハ製造方法も提案されている（特許文献３）。また、熱処理を数工程繰り返すことにより、高濃度（１×１０１０  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）のＢＭＤを発生させたシリコンウエハも提案されている（特許文献４）。
【特許文献１】特開平１０−９８０４７号公報
【特許文献２】特開２００６−４０９８０号公報
【特許文献３】特開２００６−２６９８９６号公報
【特許文献４】特開平０８−２１３４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、近年シリコンウエハが大径化し、かつ半導体デバイスパターンの集積度が大きくなるにつれて、スリップ転位の発生に加えて、ウエハに発生する反りが問題となってきた。
【００１２】
熱処理によって導入されるスリップと反りの典型的な例の模式図を図１に示す。熱処理炉には大きく分けてバッチ式熱処理炉とＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｒ）の二種類が存在する。スリップは、図１に示すようにシリコンウエハ裏面とシリコンウエハ保持部の接点、あるいはシリコンウエハエッジ部から導入される。導入されたスリップは１１０方向に伸び、場合によってはシリコンウエハ損傷や破壊を引き起こす。反りは、熱処理時の熱歪みによりシリコンウエハが変形する現象である。反ったシリコンウエハを上から見ると、例えば図１に示すようにウエハ中心部が谷型に窪んでエッジ部より低くなる。通常、所望の特性を付与するための熱処理が行われる前のシリコンウエハの反りは１０μｍ以下に抑えられている。しかし、熱処理が加わると、シリコンウエハの山と谷の高さの差は数十μｍに達する場合もある。反りが大きくなると、ウエハ表面に半導体デバイスパターンを正確に露光できなくなり、半導体デバイス歩留まり低下の原因となる。熱歪みのかかり方はバッチ式熱処理炉とＲＴＡで異なるため、ウエハに発生する反り、およびスリップの発生の仕方が異なる。一般的に、ＲＴＡはスリップが発生しやすく、バッチ式熱処理炉は反りが発生しやすい。
【００１３】
反りの問題はウエハ径が２００ｍｍ以上になると顕著であり、ＢＭＤ濃度を上記のように単に高濃度に規定するのみでは回避不可能であった。
【００１４】
そこで本発明が解決しようとする課題は、適切な広さのＤＺ層を有し、かつデバイス製造プロセスにおけるスリップ転位及び反りの発生を共に抑制することができるシリコンウエハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本出願に係る発明には以下の次の（１）〜（５）の発明が含まれる。
（１）シリコン単結晶サブストレート（以下、単に「サブストレート」と記す。）に熱処理を施す工程を含み、
熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整し、かつ格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上６．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整する、シリコンウエハの製造方法であって、
格子間酸素濃度Ｏｉが７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
かつ置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
のサブストレートを用い、
前記熱処理を施す工程が、
Ａ：保持温度Ｔ１を６５０℃以上８００℃以下、保持時間Ｈを１０分以上４時間以下にして熱処理する低温熱処理工程、
Ｂ：低温熱処理工程（Ａ）に引き続き、最高温度Ｔ２をＴ１＋５０℃以上１０００℃以下にして、最高温度Ｔ２までの昇温速度Ｒを０．１℃／分以上２℃／分以下にして昇温する昇温工程、
Ｃ：昇温工程（Ｂ）の後、サブストレートを取り出すときの取り出し温度Ｔ３を６００℃以上８００℃以下に設定して、Ｔ３がＴ２より低い場合は１℃／分以上１０℃／分以下の降温速度で炉の温度を下げ、取り出し温度Ｔ３でサブストレートを炉内から取り出して室温まで冷却する降温・取出工程、及び
Ｄ：降温・取出工程（Ｃ）の後、炉の温度を６００℃以上８００℃以下にしてウエハを炉内に挿入し、ウエハ挿入時の温度から１１００℃未満の温度範囲は５℃／分以上１０℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１１００℃以上１２５０℃以下の温度範囲は１℃／分以上２℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１０００℃以上１２５０℃以下の温度で炉の温度を一定温度のまま保持する高温熱処理工程
を含むことを特徴とする、シリコンウエハの製造方法。
【００１６】
（２）  サブストレートに熱処理を施す工程を含むシリコンウエハの製造方法であって、
熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）と格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が
ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすことを特徴とする、シリコンウエハの製造方法。
【００１７】
（３）  格子間酸素濃度Ｏｉが
７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
かつ置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
のサブストレートを用い、
前記熱処理を施す工程が、
Ａ：保持温度Ｔ１を６５０℃以上７５０℃以下、保持時間Ｈを１０分以上４時間以下にして熱処理する低温熱処理工程、
Ｂ：低温熱処理工程（Ａ）に引き続き、最高温度Ｔ２をＴ１＋５０℃以上８５０℃以下にして、最高温度Ｔ２までの昇温速度Ｒを０．５℃／分以上２℃／分以下にして昇温する昇温工程、
Ｃ：昇温工程（Ｂ）の後、サブストレートを取り出すときの取り出し温度Ｔ３を６００℃以上８００℃以下に設定して、Ｔ３がＴ２より低い場合は１℃／分以上１０℃／分以下の降温速度で炉の温度を下げ、取り出し温度Ｔ３でサブストレートを炉内から取り出して室温まで冷却する降温・取出工程、及び
Ｄ：降温・取出工程（Ｃ）の後、炉の温度を６００℃以上８００℃以下にしてウエハを炉内に挿入し、ウエハ挿入時の温度から１１００℃未満の温度範囲は５℃／分以上１０℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１１００℃以上１２５０℃以下の温度範囲は１℃／分以上２℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１０００℃以上１２５０℃以下の温度で炉の温度を一定温度のまま保持する高温熱処理工程
を含むことを特徴とする、（２）の製造方法。
【００１８】
（４）  サブストレートに熱処理を施す工程を含むシリコンウエハの製造方法であって、
熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）と格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が
ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすことを特徴とする、シリコンウエハの製造方法。
【００１９】
（５）  格子間酸素濃度Ｏｉが
７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
かつ置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
のサブストレートを用い、
前記熱処理を施す工程が、
Ａ：保持温度Ｔ１を７００℃以上８００℃以下、保持時間Ｈを１０分以上４時間以下にして熱処理する低温熱処理工程、
Ｂ：低温熱処理工程（Ａ）に引き続き、最高温度Ｔ２をＴ１＋５０℃以上９００℃以下にして、最高温度Ｔ２までの昇温速度Ｒを０．５℃／分以上２℃／分以下にして昇温する昇温工程、
Ｃ：昇温工程（Ｂ）の後、サブストレートを取り出すときの取り出し温度Ｔ３を６００℃以上８００℃以下に設定して、Ｔ３がＴ２より低い場合は１℃／分以上１０℃／分以下の降温速度で炉の温度を下げ、取り出し温度Ｔ３でサブストレートを炉内から取り出して室温まで冷却する降温・取出工程、及び
Ｄ：降温・取出工程（Ｃ）の後、炉の温度を６００℃以上８００℃以下にしてウエハを炉内に挿入し、ウエハ挿入時の温度から１１００℃未満の温度範囲は５℃／分以上１０℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１１００℃以上１２５０℃以下の温度範囲は１℃／分以上２℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１０００℃以上１２５０℃以下の温度で炉の温度を一定温度のまま保持する高温熱処理工程
を含むことを特徴とする、（４）の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の製造方法によれば、サブストレートの格子間酸素濃度、置換型炭素濃度、及びが熱処理条件を制御することにより、デバイス製造プロセスにおけるスリップ転位及び反りの発生を共に抑制することができるシリコンウエハを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施の形態に即して詳細に説明する。
［第１形態例］
図２は本発明の製造方法における一連の熱処理工程を示す流れ図である。図３は本発明の製造方法における熱処理温度の経時的な変化の仕方を曲線（時間−温度曲線）で示した図である。
第１形態例では、サブストレートに通常のアニール処理（高温熱処理工程（Ｄ））を施す前に、通常よりも低温で熱処理（（Ａ）〜（Ｃ））を施すことにより、熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整し、かつ格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上６．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲で調整することを特徴としている。
【００２２】
これは、本発明者等による以下に説明する知見に基づく。すなわち、ΔＯｉを１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることで、一般的デバイス製造プロセスにおいて、極めてスリップの発生を小さく（典型的には１５ｍｍ以下）抑えられたことである。また、これにより、デバイス製造プロセスにおいてウエハ支持部からスリップが発生した場合でも、シリコンウエハ表面に突き抜けることを防止でき、ウエハエッジ部にスリップが発生した場合においても、半導体デバイス作成領域にまでスリップが到達することを防止でき、デバイスへの悪影響を防止できたことである。これは、ΔＯｉが１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であるようなアニールウエハの内部には、高密度で十分な大きさのＢＭＤが形成されており、それらがスリップの進展を妨げるものと思われる。
【００２３】
また、ΔＣｓを１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることで、一般的なデバイス製造プロセスにおける反り増加量＝（プロセス後の反り量−プロセス前の反り量）を小さく（典型的には５０μｍ以下）抑えることができたことである。これは、アニールウエハ内部のＢＭＤに炭素が取り込まれ、その結果ＢＭＤからの転位の発生が抑制されたためと考えられる。
【００２４】
ΔＯｉを１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓを１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にするためには、ＢＭＤの個数は多い方が好ましく、典型的には５×１０１１／ｃｍ３以上あることが望ましい。ＢＭＤが５×１０１１／ｃｍ３未満である場合は、後述する熱処理条件でも、ΔＯｉが１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、あるいはΔＣｓが１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満になる場合があり、ΔＯｉとΔＣｓを容易に制御することができない。
なお、ΔＯｉの上限、およびΔＣｓの上限は、後述するようにサブストレートの格子間酸素濃度、あるいは置換型炭素濃度の上限で規定される。
【００２５】
サブストレートには、格子間酸素濃度Ｏｉが７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で、且つ、置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のものを使用する。
【００２６】
ここで、格子間酸素濃度が７．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の場合は、ΔＯｉを１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることはできず、置換型炭素濃度が２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の場合は、ΔＣｓを１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることはできない。格子間酸素濃度を９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３超にした結晶を安定的に生産することは困難であり、また置換型炭素濃度が２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３超になった場合、多結晶化が起こりやすくなるので好ましくない。サブストレートの格子間酸素濃度が９．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の場合は、ΔＯｉは６．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えることはなく、またサブストレートの置換型炭素濃度が、２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の場合、ΔＣｓは１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えることはない。
【００２７】
このサブストレートに、低温熱処理工程（Ａ）、昇温工程（Ｂ）、降温・取出工程（Ｃ）、及び高温熱処理工程（Ｄ）からなる一連の熱処理を実施する。以下順に説明する。
【００２８】
低温熱処理工程（Ａ）：未熱処理のサブストレートに対して、保持温度Ｔ１を６５０℃以上８００℃以下、保持時間Ｈを１０分以上４時間以下にして熱処理を行う。この低温熱処理工程（Ａ）により、アニールウエハ内部に高密度なＢＭＤ（典型的には５×１０１１／ｃｍ３以上）が形成され、ΔＯｉを１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓを１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることが可能となる。ここで、保持温度Ｔ１が６５０℃未満、あるいは８００℃超の場合、あるいは保持時間Ｈが１０分未満の場合は、ＢＭＤ密度が５×１０１１／ｃｍ３未満となるため、ΔＯｉを１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓを１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることができなくなる。保持時間Ｈ１に上限は特にないが、４時間超になると製造工程が長くなり、生産性が低下するため好ましくない。
【００２９】
昇温工程（Ｂ）：低温熱処理（Ａ）の後、最高温度Ｔ２をＴ１＋５０℃以上１０００℃以下にして、最高温度Ｔ２までの昇温速度Ｒを０．１℃／分以上２℃／分以下にして昇温する。この昇温工程（Ｂ）により、低温熱処理で発生したＢＭＤを大きくして、高温熱処理工程（Ｄ）でも消滅しないサイズにする。同時に、アニール後のΔＯｉとΔＣｓをこの工程で調整する。最高温度Ｔ２がＴ１＋５０℃未満の場合、および昇温速度Ｒが２℃／分超の場合は、ＢＭＤが十分成長しないので、高温熱処理工程（Ｄ）でＢＭＤが消滅してしまう。その結果、ＢＭＤ密度が５×１０１１／ｃｍ３未満になってしまう。最高温度Ｔ２が高くなるほど、ΔＯｉとΔＣｓは大きくなるが、最高温度Ｔ２が１０００℃を超えると、それ以上ΔＯｉとΔＣｓは増えなくなる。昇温速度Ｒが小さくなるほど、ΔＯｉとΔＣｓは大きくなるが、昇温速度が０．１℃／分未満になると安定した昇温レートが確保できなくなるので好ましくない。
【００３０】
降温・取出工程（Ｃ）：昇温工程（Ｂ）の後、サブストレートを取り出すときの取り出し温度Ｔ３を６００℃以上８００℃以下に設定して、Ｔ３がＴ２より低い場合は１℃／分以上１０℃／分以下の降温速度で炉の温度を下げ、取り出し温度Ｔ３でサブストレートを炉内から取り出して室温まで冷却する。サブストレートを炉外に取り出すときの炉の温度は、６００℃未満にすると炉のヒーターの寿命低下を招くため好ましくなく、８００℃超にすると炉の部材が劣化するため好ましくない。降温速度は、一般的な炉で実現できる１℃／分以上１０℃／分以下が好ましい。
【００３１】
上記の熱処理工程（Ａ）〜（Ｃ）を実施することにより、サブストレート内にＢＭＤが５×１０１１／ｃｍ３以上形成され、かつ、ΔＯｉ、およびΔＣｓを所定の範囲内に収めることが可能となる。
【００３２】
高温熱処理工程（Ｄ）：降温・取出工程（Ｃ）の後、炉の温度を６００℃以上８００℃以下にしてウエハを炉内に挿入し、ウエハ挿入時の温度から１１００℃未満の温度範囲は５℃／分以上１０℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１１００℃以上１２５０℃以下の温度範囲は１℃／分以上２℃／分以下の昇温速度で炉の温度を昇温し、かつ１０００℃以上１２５０℃以下の温度で炉の温度を一定温度のまま保持する。この温度範囲に保持する時間は、特に制限はないが、通常のアニール処理に要する時間（例えば、１０分以上２時間以下）の範囲であればよい。
【００３３】
この高温熱処理工程（Ｄ）により、格子間酸素を外方拡散させ、シリコンウエハ表面に適切な広さのＤＺ層（典型的には５μｍ以上）を形成する。この工程において、ウエハを挿入するときの炉の温度は、（Ｃ）と同じ理由から、６００℃未満と８００℃超は好ましくない。１１００℃未満までの昇温速度は、一般的な炉で実現できる５℃／分以上１０℃／分以下が好ましく、１１００℃以上の昇温速度は１℃／分以上２℃／分が好ましい。保持温度が１０００℃未満であると格子間酸素の外方拡散に長時間要すこととなり生産性低下の観点から好ましくなく、保持温度が１２５０℃を超えると、アニール炉の部材劣化が激しくなり好ましくない。高温熱処理を行った後の降温速度、引出温度には特に制限はない。
このようにして製造されたシリコンウエハによれば、デバイス製造プロセスにおけるスリップ転位及び反りの発生を共に抑制することができる。
【００３４】
［第２形態例］
本発明の製造方法の第２形態例では、サブストレートに対し、熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）と格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が
ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすように熱処理を行う。
【００３５】
これは、本発明者等による以下に説明する知見に基づく。すなわち、ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすようにすることで、一般的なデバイス製造プロセスにおける反り増加量＝（プロセス後の反り量−プロセス前の反り量）をより小さく（典型的には１０μｍ以下）抑えることができたことである。これは、上記関係を満たすことで、アニールウエハ内部のＢＭＤに取り込まれた炭素による転位の抑制効果がより大きくなるためと考えられる。
【００３６】
その具体的な熱処理の方法として、第１形態例の熱処理（図２、図３参照）と同様の方法を挙げることができる。ただし、サブストレートには、置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満のものを使用し、低温熱処理工程（Ａ）における保持温度Ｔ１は、６５０℃以上７５０℃以下とし、そして、昇温工程（Ｂ）における最高温度Ｔ２は、Ｔ１＋５０℃以上８５０℃以下とし、そして昇温速度Ｒは０．５℃／分以上２℃／分以下とする。
【００３７】
ここで、サブストレートの置換型炭素濃度Ｃｓを２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とするのは、Ｃｓが２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上になると、析出の挙動が変わるため、ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすような熱処理条件が異なるためである。また、保持温度Ｔ１を６５０℃以上７５０℃以下にするのは、上記置換炭素濃度範囲のサブストレートを使用して、ＢＭＤ密度を５×１０１１／ｃｍ３以上にするためである。また、最高温度Ｔ２を８５０℃以下、かつ昇温速度Ｒを０．５℃／分以上にするのは、上記置換炭素濃度範囲のサブストレートを使用して、ΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすようにするためである。
この熱処理により、ΔＣｓ、ΔＯｉが上記の値の範囲で且つ上記の関係を満たすウエハを製造することができる。
このようにして製造されたシリコンウエハによれば、デバイス製造プロセスにおけるスリップ転位及び反りの発生を共に抑制することができる。
【００３８】
［第３形態例］
本発明の製造方法の第３形態例では、サブストレートに対し、熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）と格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が
ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、
かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）
の関係を満たすように熱処理を行う。
【００３９】
これは、本発明者等による以下に説明する知見に基づく。すなわち、ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすようにすることで、一般的なデバイス製造プロセスにおける反り増加量＝（プロセス後の反り量−プロセス前の反り量）を極めて小さく（典型的には５μｍ以下）抑えることができたことである。これは、上記関係を満たすことで、アニールウエハ内部のＢＭＤに取り込まれた炭素による転位の抑制効果が極めて大きくなるためと考えられる。
【００４０】
その具体的な熱処理の方法として、第１形態例の熱処理（図２、図３参照）と同様の方法を挙げることができる。ただし、サブストレートには、置換型炭素濃度Ｃｓが２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のものを使用し、低温熱処理工程（Ａ）における保持温度Ｔ１は、７００℃以上８００℃以下とし、そして、昇温工程（Ｂ）における最高温度Ｔ２は、Ｔ１＋５０℃以上９００℃以下とし、そして昇温速度Ｒは０．５℃／分以上２℃／分以下とする。
【００４１】
ここで、サブストレートの置換型炭素濃度Ｃｓを２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とするのは、ΔＣｓを１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にするためである。また、保持温度Ｔ１を７００℃以上８００℃以下にするのは、上記置換炭素濃度範囲のサブストレートを使用して、ＢＭＤ密度を５×１０１１／ｃｍ３以上にするためである。また、最高温度Ｔ２を９００℃以下、かつ昇温速度Ｒを０．５℃／分以上にするのは、上記置換炭素濃度範囲のサブストレートを使用して、ΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすようにするためである。
【００４２】
この熱処理により、ΔＣｓ、ΔＯｉが上記の値の範囲で且つ上記の関係を満たすウエハを製造することができる。
このようにして製造されたシリコンウエハによれば、デバイス製造プロセスにおけるスリップ転位及び反りの発生を共に抑制することができる。
【００４３】
本発明により製造されるシリコンウエハの大きさ（直径、厚さ）、種々の元素のドープの有無に関しての制限は特になく、これらの特徴は要求される半導体シリコンウエハの種類に応じて適宜選択することができる。
【００４４】
また、得られたシリコンウエハを使用して製造される半導体デバイスに関しての制限も特になく、種々の半導体デバイス製造に応用することができる。具体的には、本発明のシリコンウエハは、表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエハ、貼り合わせＳＯＩウエハ、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）処理をしたＳＩＭＯＸウエハ、あるいは表面にＳｉＧｅ層を形成したＳｉＧｅウエハの製造などに広く適用できるものである。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例について説明する。
［サブストレート、及びアニールウエハの作製方法］
単結晶インゴットを種々の条件（ウエハ径、伝導型、格子間酸素濃度、炭素濃度）で作製し、それぞれの単結晶インゴットの直胴部の同一部位を、ワイヤソーを用いて切り出し、ミラー加工して作成した厚さ７２５〜７５０μｍの基板をサブストレートとした。サブストレートの格子間酸素濃度Ｏｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、炭素濃度Ｃｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は赤外吸収法により測定し、換算係数としてＪＥＩＴＡ（電子情報技術産業協会）の値を使用した。すなわち、格子間酸素濃度の換算係数は３．０３×１０１７／ｃｍ２、炭素濃度の換算係数は８．１×１０１６／ｃｍ２である。
【００４６】
得られたサブストレートをバッチ式の縦型熱処理炉内に投入し、アルゴン雰囲気中にて熱処理を行った。サブストレートと熱処理の条件を実施例・比較例を含めて表１に示す。
【００４７】
【表１】
2009164155.tif 000003
【００４８】
［アニールウエハの測定及び評価］
上記作製条件で得られたそれぞれのアニールウエハについて以下の（１）、（２）、（３）に関する測定及び評価を行った。
【００４９】
（１）アニールウエハのΔＯｉ、ΔＣｓ
アニールウエハの格子間酸素濃度、炭素濃度を赤外吸収法により測定し、ΔＯｉ，ΔＣｓを下記の方法で求めた。
ΔＯｉ＝サブストレートの格子間酸素濃度−アニールウエハの格子間酸素濃度
ΔＣｓ＝サブストレートの炭素濃度−アニールウエハの炭素濃度
【００５０】
（２）アニールウエハのスリップ長さ
アニールウエハに対して、下記の熱処理を行った。
ＲＴＡを使った熱処理（ＲＴＡ試験）
挿入  室温
昇温  ５０℃／分
保持  １１００℃１分
降温  ３０℃／分
引出  室温
雰囲気  アルゴン
上記熱処理を１０回繰り返す
そして、熱処理後のアニールウエハをＸ線トポグラフで観察し、観察されたスリップの長さのうち最大の長さをスリップ長さとした。
【００５１】
（３）アニールウエハの反り増加量
アニールウエハに対して、下記の熱処理を行った。
バッチ式熱処理炉を使った熱処理（バッチ炉試験）
炉温を９００℃に保持してウエハを挿入
ウエハの挿入速度：５０ｍｍ／分
酸素雰囲気で９００℃３０分保持した後、９００℃でウエハを引出
ウエハの引出速度：５０ｍｍ／分
そして、熱処理前および熱処理後のアニールウエハの反りをＮＩＤＥＫ社製ＦＴ−９０Ａで測定し、反り増加量＝（熱処理後の反り−熱処理前の反り）の絶対値、を求めた。
【００５２】
［アニールウエハの各測定結果並びに評価結果］
表２に、各種アニールウエハのΔＯｉ、ΔＣｓの測定結果を示す。
【００５３】
【表２】
2009164155.tif 000004
【００５４】
表３に、各種アニールウエハのスリップ長さ、および反り増加量の結果を示す。
【表３】
2009164155.tif 000005
【００５５】
図４は、縦軸をΔＣｓ、横軸をΔＯｉにとって、以上の結果を座標上にプロットした図である。
以上の結果から、サブストレートに対し、熱処理前と熱処理後の格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＯｉ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上になるように熱処理を行うことにより、スリップの長さが１５ｍｍ以下である良好なシリコンウエハが得られることがわかる。
また、熱処理前と熱処理後の置換型炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の変化量ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の範囲が、ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上になるように熱処理を行うことにより、反り増加量が５０μｍ以下である良好なシリコンウエハが得られることがわかる。
また、ΔＣｓの範囲が、ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすように熱処理を行うことにより、反り量増加が１０μｍ以下である良好なシリコンウエハが得られることがわかる。
また、ΔＣｓの範囲が、ΔＣｓ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、かつΔＣｓ≧２．０×１０１３×ｅｘｐ（ΔＯｉ×１．５×１０−１７）の関係を満たすように熱処理を行うことにより、反り量増加が５μｍ以下である良好なシリコンウエハが得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】熱処理で導入されるスリップと反りを説明する図
【図２】本発明の製造方法における一連の熱処理工程を示す流れ図
【図３】本発明の製造方法における熱処理温度の経時的な変化の仕方を曲線で示した図
【図４】縦軸をΔＣｓ、横軸をΔＯｉにとって、測定結果を座標上にプロットした図
【図１】
2009164155.tif 000006
【図２】
2009164155.tif 000007
【図３】
2009164155.tif 000008
【図４】
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