6971622 半導体ウェハの製造方法及び半導体ウェハ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6971622

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】半導体ウェハの製造方法及び半導体ウェハ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/324 20060101AFI20211111BHJP

   C30B 33/02 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/324 X

   C30B33/02

【請求項の数】7

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2017-94152(P2017-94152)

(22)【出願日】2017年5月10日

(65)【公開番号】特開2018-190903(P2018-190903A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2020年3月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】312007423

【氏名又は名称】グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(72)【発明者】

【氏名】青木 竜彦

(72)【発明者】

【氏名】須藤 治生

(72)【発明者】

【氏名】荒木 浩司

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５１３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０１３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４１７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０３８８９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−３１０５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２３５００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０２９００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７７４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１４４８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３４３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／０５５４８５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｃ３０Ｂ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェハを、その表面から深さ方向への距離が５μｍ以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で熱処理することと、
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理に先立ち、前記半導体ウェハを不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理することとを含み、
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は１０８０乃至１２２０℃の範囲内の温度で行い、
前記不活性雰囲気又は前記還元性雰囲気中での熱処理は、前記半導体ウェハを１１３０乃至１２２０℃の範囲内の温度に６０乃至１２０分間維持することを含む半導体ウェハの製造方法。

【請求項2】

前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中の前記炭素含有ガスの含有量は１乃至２０体積％の範囲内にある請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記炭素含有ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素及び炭化水素の何れかを少なくとも含んだ請求項１又は２に記載の製造方法。

【請求項4】

前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は、シリコン酸化膜を形成したＳｉＣ製ボートに前記半導体ウェハを支持させた状態で行い、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理後に、前記半導体ウェハ及びそれを支持する前記ＳｉＣ製ボートを取り巻く雰囲気を、前記ＳｉＣ製ボートの表面の前記シリコン酸化膜を維持するように、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気から酸素ガスを含んだ雰囲気へと切り替えることを更に含んだ請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法。

【請求項5】

前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理の後に、水素ガスを含んだ還元性雰囲気中で前記半導体ウェハを熱処理することを更に含んだ請求項１乃至４の何れか１項に記載の製造方法。

【請求項6】

表面から深さ方向への距離が５μｍの位置におけるＬＳＴＤ密度が０．１個／ｃｍ^２以下であり、
前記距離が２μｍより小さい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、
前記距離が２乃至３０μｍの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、
前記距離が３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある半導体ウェハ。

【請求項7】

表面領域における炭素濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、
表面から深さ方向への距離が２乃至３０μｍの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、
前記距離が３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある半導体ウェハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェハの製造方法及び半導体ウェハに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェハの製造においては、半導体ウェハのデバイス形成領域における結晶欠陥、例えばボイド欠陥を低減させる目的で熱処理が行なわれている。ボイド欠陥は、空孔が集まってできた空洞状の欠陥であり、空洞を取り囲む壁面が珪素酸化物（ＳｉＯ_２）からなる酸化膜で覆われている欠陥である。半導体ウェハのデバイス形成領域におけるボイド欠陥の存在は、半導体デバイスの特性に影響を与えることが知られている。

【0003】

また、半導体ウェハの熱処理は、ＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）を成長させる目的でも行なわれている。ＢＭＤは、デバイスの製造プロセスにおいて金属不純物のゲッタリングサイトとして作用するため、高品質な半導体デバイスを得る上でＢＭＤの成長は不可欠である。

【0004】

このような熱処理は、例えば、縦型式の熱処理炉を用い、アルゴン（Ａｒ）雰囲気もしくは水素雰囲気、又はそれらの混合雰囲気中で行う。この熱処理では、処理対象の半導体ウェハを支持させる治具として、基材が炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱強度に優れた材料からなるものを用いることができる。この場合、熱処理は、一般にＡｒ雰囲気中で行う。

【0005】

特許文献１には、熱処理工程におけるＳｉＣ製治具及び環境からシリコンウェハへの炭素汚染を防ぐための技術が記載されている。具体的には、Ａｒ雰囲気中での熱処理の後であって、熱処理炉の石英チューブからシリコンウェハを取り出すのに先立ち、炉内の雰囲気をＡｒ雰囲気から酸素雰囲気へと切替え、酸素雰囲気下にてＳｉＣ治具の表面に酸化膜を形成することが記載されている。

【0006】

特許文献２には、シリコンを含有する光導電層及び１対の電極よりなる固体撮像素子において、光導電層と電極との間に、少なくともシリコン及びカーボンを含有する半導体層を設けた固体撮像素子が記載されている。このような構造を有する固体撮像素子は、半導体層に含まれたカーボンが電極からのキャリアの注入を抑制するため、小さな暗電流と優れた光感度とを達成する。

【0007】

非特許文献１には、シリコン基板中の炭素は、熱処理中に発生する酸素ドナーの形成を抑制する効果を有することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１５−４１７３８号公報

【特許文献2】特開昭６０−２４７９６５号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】大見忠弘、新田雄久 監修「シリコンの科学」リアライズ社出版、１９９６年、ｐ．５４２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

半導体ウェハの製造過程において、その単結晶育成時における炭素等の不純物の混入は不可避である。特に、チョクラルスキー法により育成された単結晶インゴットは、炭素等の不純物の濃度がその軸方向に比較的大きなばらつきを有する可能性がある。そのため、当該インゴットからスライスされた半導体ウェハを用いて得られるデバイスの性能のばらつきを小さくするためには、デバイス製造のプロセス条件を、その製造に使用する半導体ウェハに対応したインゴットの位置に応じて変化させる必要があった。

【0011】

特許文献１に記載された方法は、シリコンウェハの熱処理工程において、ＳｉＣ製治具の表面に酸化膜を形成することを含んでいる。こうすると、ＳｉＣ製治具の繰り返しの使用に伴うＳｉＣ治具からシリコンウェハへの炭素汚染の量を低減させることが可能となる。しかしながら、熱処理工程における炭素汚染量の低減は、結晶育成時に混入した炭素濃度のばらつきを小さくする効果を有し得ない。したがって、この方法では、デバイス製造のプロセス条件を、その製造に使用するシリコンウェハに対応したインゴットの位置に応じて変化させる必要があり、デバイス製造が煩雑となる虞があった。

【0012】

特許文献２及び非特許文献１には、シリコン基板に炭素を含ませることによる性能の向上が示されている。しかしながら、炭素濃度のばらつきを小さくすることは記載されていない。

【0013】

そこで、本発明は、上記状況に鑑み、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハの製造を可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の第１側面によると、半導体ウェハを、その表面から深さ方向への距離が５μｍ以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で熱処理することと、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理に先立ち、前記半導体ウェハを不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理することとを含み、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は１０８０乃至１２２０℃の範囲内の温度で行い、前記不活性雰囲気又は前記還元性雰囲気中での熱処理は、前記半導体ウェハを１１３０乃至１２２０℃の範囲内の温度に６０乃至１２０分間維持することを含む半導体ウェハの製造方法が提供される。

【0015】

本発明の第２側面によると、表面から深さ方向への距離が５μｍの位置におけるＬＳＴＤ密度が０．１個／ｃｍ^２以下であり、前記距離が２μｍより小さい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、前記距離が２乃至３０μｍの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、前記距離が３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある半導体ウェハが提供される。

【0016】

本発明の第３側面によると、表面領域における炭素濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、表面から深さ方向への距離が２乃至３０μｍの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、前記距離が３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある半導体ウェハが提供される。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハの製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る製造方法に使用可能な熱処理装置を概略的に示す断面図。

【図2】図１の熱処理装置が含んでいるボートを概略的に示す斜視図。

【図3】一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法において行う第１及び第２熱処理工程に採用可能な熱処理シーケンスの一例を示すグラフ。

【図4】一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法において行う第１乃至第３熱処理工程に採用可能な熱処理シーケンスの一例を示すグラフ。

【図5】例１で得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を示すグラフ。

【図6】比較例１で得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を示すグラフ

【図7】例１及び比較例１に係る半導体ウェハに生じる炭素濃度のばらつきを示すグラフ。

【図8】試験例３で得られた半導体ウェハの炭素濃度のシミュレーション結果を示すグラフ。

【図9】炭素をイオン注入された半導体ウェハの炭素濃度の分布を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下の説明は、本発明を限定することを意図しない。

【0020】

＜熱処理装置＞
本発明の一実施形態に係る製造方法に使用可能な熱処理装置を、図１及び図２を参照して説明する。

【0021】

図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法に使用可能な熱処理装置を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示す熱処理装置が含むボートを概略的に示す斜視図である。

【0022】

図１に示す熱処理装置１は、装置本体１０と、ボート２０と、排気装置３０と、ガス供給装置４０と、図示しない搬送装置とを含んでいる。

【0023】

装置本体１０は、石英炉芯管１１と、ＳｉＣ均熱管１２と、加熱装置１３と、ヒートチューブ１４と、遮熱板１５と、シール部材１６と、蓋１７と、保温装置１８と、支持体１９とを含んでいる。

【0024】

石英炉芯管１１は、石英炉芯管本体１１１とフランジ部１１２とを含んでいる。
石英炉芯管本体１１１は、一方の開口が塞がれ、他方の開口が下方を向いた筒形状を有している。石英炉芯管本体１１１の頂部の壁には、後述するガス供給管４１が挿入される貫通孔が設けられている。

【0025】

フランジ部１１２は、中央に円形の貫通孔１１３が設けられた板である。フランジ部１１２は、石英炉芯管本体１１１と、その下方の開口部で接合されている。

【0026】

ＳｉＣ均熱管１２は、一方の開口が塞がれ、他方の開口が下方を向いた筒形状を有している。ＳｉＣ均熱管１２は、石英炉芯管本体１１１を取り囲むように設置されている。ＳｉＣ均熱管１２は、例えば、グラファイトなどの誘導加熱が可能な材料からなる本体の表面にＳｉＣ層を設けた構造を有している。

【0027】

加熱装置１３は、ＳｉＣ均熱管１２を取り囲むように設置されたコイルと、コイルに高周波電流を流す電源装置とを含んでいる。加熱装置１３は、ＳｉＣ均熱管１２の本体において渦電流を生じさせ、これにより、その内部を加熱する。

【0028】

ヒートチューブ１４は、一方の開口が塞がれ、他方の開口が下方を向いた筒形状を有している。ヒートチューブ１４は、ＳｉＣ均熱管１２及びコイルを取り囲むように設置されている。ヒートチューブ１４の側壁は、下方の開口近傍で縮径している。ヒートチューブ１４は、電磁波及び熱が装置本体１０の外部へと漏洩するのを防止する。

【0029】

遮熱板１５は、ＳｉＣ均熱管１２及びヒートチューブ１４の下方に設置されている。遮熱板１５は貫通孔を有しており、この貫通孔には、石英炉芯管本体１１１が挿通されている。遮熱板１５は、その下方に設置された要素を熱から保護する。

【0030】

シール部材１６は、石英炉芯管１１の下方に設置されている。シール部材１６は、本体１６１と、Ｏリング１６２及び１６３とを含んでいる。

【0031】

本体１６１は、一方の主面に、フランジ部１１２の外径とほぼ等しい径の凹部を有している板状体である。この凹部の底部には、溝が環状に設けられており、この溝にＯリング１６２が設置されている。本体１６１は、凹部が設けられた主面が上方を向くように設置されており、この凹部には、フランジ部１１２が嵌め込まれている。Ｏリング１６２は、本体１６１とフランジ部１１２との間の隙間を通じたガスの流通を防止する。

【0032】

本体１６１は、その凹部の中央に、貫通孔１１３とほぼ等しい径の貫通孔１６４を有している。貫通孔１６４は、貫通孔１１３とともに、ボート２０等の石英炉芯管１１内への搬入及び石英炉芯管１１からの搬出に利用する搬出入口を構成している。また、本体１６１には、その外周面から貫通孔１１３へ通じる貫通孔が設けられている。

【0033】

本体１６１の他方の主面には、環状の溝が、貫通孔１６４の開口を取り囲むように設けられており、この溝にＯリング１６３が設置されている。Ｏリング１６３は、蓋１７が本体１６１の下面に当接したときに、本体１６１と蓋１７との間の隙間を通じたガスの流通を防止する。

【0034】

蓋１７は、シール部材１６の下方に設置されている。蓋１７は、Ｏリング１６３の外径よりも大きな径を有している板状体である。蓋１７は、図示しない搬送装置により、上下方向へ可動である。

【0035】

保温装置１８は、支持体１８１と複数の石英反射板１８２とを含んでいる。支持体１８１は、石英反射板１８２を、それらの主面が水平になり且つ互いから離間して上下方向に配列するように支持している。保温装置１８は、石英反射板１８２が石英炉芯管本体１１１内の熱を反射することにより、石英炉芯管１１から下方への熱の漏洩を抑制する。保温装置１８は、図示しない搬送装置により、蓋１７と一体に上下方向へ可動である。

【0036】

支持体１９は、保温装置１８の上方に設置されている。支持体１９は、ボート２０を着脱可能に支持する。支持体１９は、図示しない搬送装置により、蓋１７及び保温装置１８と一体に上下方向へ可動である。なお、支持体１９は、ボート２０を、その高さ方向に平行な軸の周りで回転させる回転機構を含んでいてもよい。

【0037】

ボート２０は、多数の半導体ウェハ５０を、それらの主面が水平になり且つ互いから離間して上下方向に配列するように支持する。ボート２０としては、例えば、ＳｉＣ製又はＳｉ製のボートを使用することができる。以下、一例として、ＳｉＣからなり、表面にシリコン酸化膜を有しているボートを使用することとする。

【0038】

ここでは、ボート２０は、図２に示すように、ベース２１と、４本の支柱２２と、天板２３と、複数の保持部２４とを含んでいる。

【0039】

ベース２１及び天板２３は円盤状である。ベース２１及び天板２３は、それらの主面を正対させている。

【0040】

支柱２２は、各々の一端がベース２１に固定され、各々の他端が天板２３に固定されている。これら支柱２２の長さ方向は、ベース２１及び天板２３の上記主面に対して垂直である。また、ベース２１又は天板２３の上記主面に対する支柱２２の正射影は、略半円の弧上でほぼ等間隔に配列している。

【0041】

保持部２４は、棒状である。保持部２４は、各々の一端が支柱２２の何れかに支持されている。保持部２４は、各支柱２２上で、上下方向に略等間隔に配列している。保持部２４の長さ方向は、支柱２２の長さ方向に対して略垂直である。保持部２４は、各支柱２２から内向きに延びている。なお、保持部２４は、湾曲部又は屈曲部を有していてもよい。

【0042】

ボート２０は、個々の半導体ウェハ５０を、４本の支柱２２からそれぞれ延在している４つの保持部２４上に載置させることにより、半導体ウェハ５０を保持する。ボート２０は、図１に示すように、ベース２１が下方に位置し、天板２３が上方に位置するように、支持体１９によって着脱可能に支持される。

【0043】

排気装置３０は、１以上の真空ポンプと圧力調整弁とを含んでいる。排気装置３０には、ガス排出管３１の一端が接続されている。ガス排出管３１の他端は、本体１６１の外周面から貫通孔１１３へ通じる貫通孔へ挿入されている。排気装置３０は、石英炉芯管１１内のガスを排気する。

【0044】

ガス供給装置４０は、不活性ガス、炭素含有ガス、水素ガス、及び酸素ガスなどのガスを収容したタンクと、排出するガスを切り替えるバルブと、ガスの流量を調整するガス流量調整装置とを含んでいる。ガス供給装置４０には、ガス供給管４１の一端が接続されている。ガス供給管４１の他端は、石英炉芯管本体１１１の頂部の壁に設けられた貫通孔に挿入されている。ガス供給装置４０は、不活性ガス、又は、炭素含有ガス、水素ガス、酸素ガス、若しくはそれらを不活性ガスで希釈した混合ガスを、所望の流量で石英炉芯管１１内へ供給する。

【0045】

図示しない搬送装置は、蓋１７の下方に設置されている。搬送装置は、蓋１７と保温装置１８と支持体１９とボート２０とを一体に上下動させる。搬送装置は、これにより、支持体１９へのボート２０の着脱を可能とするとともに、蓋１７とシール部材１６とによる石英炉芯管１１の密閉及び開放を可能とする。

【0046】

＜半導体ウェハの製造方法＞
本発明の一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法を説明する。ここでは、一例として、図１及び図２を用いて説明した熱処理装置１を使用することとする。

【0047】

（熱処理前の半導体ウェハの準備）
まず、熱処理前の半導体ウェハ５０を準備する。半導体ウェハ５０としては、例えば、チョクラルスキー法で製造したシリコン単結晶インゴットから切り出したものを使用する。このようにして得られる半導体ウェハ５０は、通常、デバイス形成領域にボイド欠陥を有している。なお、「デバイス形成領域」は、例えば、半導体ウェハ５０のうち、その一方の主面からの距離が０μｍ乃至１０μｍの範囲内にある表面領域である。

【0048】

次に、これら半導体ウェハ５０をボート２０に支持させ、これを、図１に示す支持体１９に支持させる。続いて、図示しない搬送装置を駆動して、ボート２０を、支持体１９及び保温装置１８とともに石英炉芯管１１の内部へと搬送するとともに、蓋１７をシール部材１６の本体１６１の下面に当接させて、石英炉芯管１１を密閉する。

【0049】

（第１熱処理工程）
次に、半導体ウェハ５０を不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理する（第１熱処理工程）。ここでは、一例として、第１熱処理工程は、図３に示す熱処理シーケンスに沿って実施することとする。

【0050】

図３は、一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法において行う第１及び第２熱処理工程に採用可能な熱処理シーケンスの一例を示すグラフである。図３において、縦軸は半導体ウェハ５０の温度を示し、横軸は時間を示している。

【0051】

図３に示す熱処理シーケンスは、第１期間Ｓ１と、第２期間Ｓ２と、第３期間Ｓ３と、第４期間Ｓ４と、第５期間Ｓ５と、第６期間Ｓ６と、第７期間Ｓ７とを含んでいる。第１期間Ｓ１乃至第３期間Ｓ３では、第１熱処理工程を行う。また、第４期間Ｓ４乃至第７期間Ｓ７では、後述する第２熱処理工程を行う。

【0052】

第１期間Ｓ１に先立つ予備動作期間では、排気装置３０を駆動して石英炉芯管１１の内部空間のガスを排除する。これとともに、ガス供給装置４０を駆動して、石英炉芯管１１の内部に不活性ガス又は還元性ガスを導入する。予備動作期間は、石英炉芯管１１の内部空間のガスが不活性ガス又は還元性ガスに置換された時点で終了する。

【0053】

不活性ガスとしては、例えば、Ａｒガスを使用することができる。また、還元性ガスとしては、例えば、水素ガス、又は、これを不活性ガスで希釈した混合ガスを使用することができる。特に、ボート２０としてＳｉＣ製のボートを使用する場合は、Ａｒガスを使用することが好ましい。

【0054】

不活性ガス又は還元性ガスは、例えば、ボート２０の天板２３の上方における流速が３３．５ｍ／ｓ以下となるように石英炉芯管１１内へ導入することが好ましい。この流速が大きすぎる場合、ボート２０の表面に設けられた酸化膜のガスによるエッチングが顕著になる。

【0055】

予備動作期間に続く第１期間Ｓ１では、加熱装置１３を駆動して、半導体ウェハ５０を昇温させる。この加熱は、磁場コイルに高周波電力（例えば、１０乃至１００ｋＨｚ、１０乃至２００ｋＷ）を印加し、ＳｉＣ均熱管１２に渦電流を発生させ、これにより生じたジュール熱を利用して行う。第１期間Ｓ１は、半導体ウェハ５０の温度が所定の温度に、具体的には、第２期間Ｓ２において維持する範囲内の温度に到達した時点で終了する。

【0056】

第１期間Ｓ１に続く第２期間Ｓ２では、半導体ウェハ５０の温度を、予め定められている範囲内に維持する。第２期間Ｓ２では、半導体ウェハ５０が１１３０乃至１２２０℃の範囲内の温度に維持されるように加熱を行うことが好ましく、１１５０乃至１２００℃の範囲内の温度に維持されるように加熱を行うことがより好ましい。この温度が低すぎる場合、長い熱処理時間が必要となり、生産効率が悪くなる虞がある。また、この温度が高すぎる場合、半導体ウェハ５０への汚染及びスリップ転位の発生が起こりやすくなる虞がある。

【0057】

第２期間Ｓ２では、半導体ウェハ５０の温度を上記の範囲内の温度に、例えば、６０乃至１２０分間維持する。熱処理時間が短すぎる場合、ボイド欠陥の消滅が不十分となる虞がある。また、熱処理時間が長すぎる場合、半導体ウェハ５０にスリップ転位が生じ易くなる虞がある。

【0058】

第２期間Ｓ２に続く第３期間Ｓ３では、半導体ウェハ５０を降温させる。第３期間Ｓ３では、石英炉芯管１１の内部の雰囲気を不活性雰囲気又は還元性雰囲気に維持したまま、半導体ウェハ５０を７００乃至８５０℃の範囲内の温度まで降温させることが好ましく、７００乃至８００℃の範囲内の温度まで降温させることがより好ましい。なお、第３期間Ｓ３乃至第５期間Ｓ５を省略して、第６期間Ｓ６を第２期間Ｓ２に続けることも可能である。ただし、上記の温度まで降温させることにより、半導体ウェハ５０の表面荒れを防ぐことができる。

【0059】

上述した第１熱処理工程は省略することも可能である。ただし、この第１熱処理工程を行うことで、デバイス形成領域のボイド欠陥を低減させることができる。

【0060】

（第２熱処理工程）
第２熱処理工程では、以下に説明するように、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で半導体ウェハ５０を、その表面から深さ方向への距離が５μｍ以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように熱処理する。

【0061】

まず、第３期間Ｓ３に続く第４期間Ｓ４において、石英炉芯管１１の内部の排気を継続したまま、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へと導入するガスを、不活性ガス又は還元性ガスから、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈した混合ガスへと切り替える。これにより、半導体ウェハ５０を取り巻く雰囲気を不活性雰囲気又は還元性雰囲気から炭素含有ガスを含んだ雰囲気へと切り替える。

【0062】

炭素含有ガスは、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、及び炭化水素の少なくとも１つを含んだガスである。炭素含有ガスは、一酸化炭素及び二酸化炭素の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。また、炭素含有ガスとして炭化水素を単独で使用する場合には、後述する第３熱処理工程を行うことが好ましい。

【0063】

炭素含有ガスは、例えば、不活性ガスで希釈してなる混合ガスとして、石英炉芯管１１の内部へと導入することが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒガスを使用することができる。

【0064】

この混合ガスに占める炭素含有ガスの割合は、１乃至２０体積％の範囲内にあることが好ましく、１乃至１５体積％の範囲内にあることがより好ましい。この割合が小さすぎると、半導体ウェハ５０に導入される炭素濃度が飽和濃度に達しない虞がある。また、この割合が大きすぎると、半導体ウェハ５０の表面にＳｉＯＣ膜が形成されることにより炭素濃度が飽和濃度に達しない虞があるのに加え、熱処理後の洗浄でＳｉＯＣ膜を除去することが困難となり、製造プロセスが煩雑となる可能性がある。

【0065】

混合ガス又は炭素含有ガスは、例えば、ボート２０の天板２３の上方における流速が２．２ｍ／ｓ以上となるように石英炉芯管１１内へ導入することが好ましい。流速が小さすぎる場合、石英炉芯管１１の内部空間でガスが停滞しやすくなり、半導体ウェハ５０に導入される炭素濃度の均一性が低下する可能性がある。

【0066】

また、ガス供給装置４０による混合ガス又は炭素含有ガスの石英炉芯管１１の内部への導入及び排気装置３０による石英炉芯管１１の内部の排気は、石英炉芯管１１の内部における炭素含有ガスの分圧が、例えば、１．０×１０^３乃至２．０×１０^４Ｐａの範囲内になるように行うことが好ましく、１．０×１０^３乃至１．５×１０^４Ｐａの範囲内になるように行うことがより好ましい。この分圧が低すぎる場合、炭素濃度が飽和濃度に達しない虞がある。分圧が高すぎる場合、半導体ウェハ５０の表面にＳｉＯＣ膜が形成されることにより炭素濃度が飽和濃度に達しない虞があるのに加え、熱処理後の洗浄でＳｉＯＣ膜を除去することが困難となり、製造プロセスが煩雑となる可能性がある。

【0067】

第４期間Ｓ４に続く第５期間Ｓ５では、加熱装置１３を駆動して、半導体ウェハ５０を昇温させる。この加熱は、磁場コイルに高周波電力（例えば、１０乃至１００ｋＨｚ、１０乃至２００ｋＷ）を印加し、ＳｉＣ均熱管１２に渦電流を発生させ、これにより生じたジュール熱を利用して行う。第５期間Ｓ５は、半導体ウェハ５０の温度が所定の温度に、具体的には、第６期間Ｓ６において維持する範囲内の温度に到達した時点で終了する。

【0068】

第５期間Ｓ５に続く第６期間Ｓ６では、半導体ウェハ５０の温度を、予め定められている範囲内に維持する。第６期間Ｓ６では、半導体ウェハ５０のうち、その表面からの距離が５μｍ以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように、半導体ウェハ５０を、１０８０乃至１２２０℃の範囲内の温度に、好ましくは１１００乃至１２００℃の範囲内の温度に加熱する。温度が低すぎる場合、上述した理由により、炭素の飽和濃度が低くなるため、炭素濃度の均一性が低くなる虞がある。また、温度が高すぎる場合、半導体ウェハ５０への汚染及びスリップ転位の発生が起こり易くなる虞がある。

【0069】

半導体ウェハの表面から厚さ方向への距離が５μｍ以下の何れかの位置における炭素濃度が熱処理温度での飽和に到達していたか否かは、例えば、以下の方法によって確認することができる。まず、熱処理で得られた半導体ウェハの炭素濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法で測定して、半導体ウェハの厚さ方向における炭素濃度分布を得る。次に、その結果をもとにシミュレーションを行い、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理（最高温度到達時）における炭素濃度分布を推定する。そして、最高温度における炭素の既知の飽和濃度と、シミュレーションによって得られた炭素濃度分布との対比を行うことで、炭素濃度が熱処理温度での飽和に到達していたか否かを確認する。
なお、最高温度における炭素の既知の飽和濃度は、半導体ウェハ５０を構成している材料の種類と加熱温度とによって変化する。例えば、シリコンからなる半導体ウェハ５０を１１００℃、１１５０℃、及び１２００℃で加熱した場合の炭素の飽和濃度は、それぞれ、４×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、７×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、及び１１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

【0070】

第６期間Ｓ６では、半導体ウェハ５０の温度を上記の範囲内の温度に、例えば、１０乃至１２０分間維持する。熱処理時間が短すぎる場合、炭素濃度が飽和濃度に達しない虞がある。また、熱処理時間が長すぎる場合、半導体ウェハ５０にスリップ転位が生じ易くなる虞がある。

【0071】

第６期間Ｓ６に続く第７期間Ｓ７では、半導体ウェハ５０を降温させる。第７期間Ｓ７における半導体ウェハ５０の降温速度は、例えば４℃／分とする。

【0072】

第７期間Ｓ７では、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスは、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスとしたままでもよく、不活性ガスへ切り替えてもよく、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへ切り替えてもよい。但し、特にボート２０がＳｉＣ製である場合には、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスは、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスであることが好ましい。

【0073】

ボート２０の表面に設けた酸化膜の膜厚は、第１及び第２熱処理工程などを経ることにより減少する。特に、表面に酸化膜を有するＳｉＣ製のボート２０は、シリコンからなる半導体ウェハ５０との接触部で、以下に示すエッチング反応を生じるため、この接触部における膜厚の減少が速く進行する。

【0074】

Ｓｉ(Ｓ)＋ＳｉＯ_２(Ｓ)→２ＳｉＯ(Ｖ)
ＳｉＣ製のボート２０の表面に設けた酸化膜の膜厚が減少すると、ボート２０が含んでいる炭素が半導体ウェハ５０を汚染し、半導体ウェハ５０における炭素濃度の均一性を低下させる可能性がある。また、ＳｉＣ製のボート２０の表面に設けた酸化膜の膜厚が減少すると、ボート２０が含んでいる炭素が雰囲気中へと拡散し、雰囲気中の炭素濃度が過剰に高くなる可能性がある。

【0075】

酸素を含んだ雰囲気中で半導体ウェハ５０の降温を行うと、ボート２０の表面に設けた酸化膜の膜厚が増加し、その結果、その減少を抑制することができる。例えば、第７期間Ｓ７において、上記酸化膜の膜厚を１０ｎｍ以上増加させることにより、この膜厚の減少を防止することができる。従って、上記問題を回避することができる。

【0076】

第７期間Ｓ７において、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスに占める酸素ガスの割合は、５０体積％以上であることが好ましく、１００体積％であることがより好ましい。なお、酸素ガスを不活性ガスで希釈する場合、この不活性ガスとしては、例えば、Ａｒガスを使用することができる。この割合が小さすぎる場合、ボート２０の表面に設けた酸化膜の膜厚の減少を十分に抑制することが難しい。

【0077】

ガス供給装置４０による酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスの石英炉芯管１１の内部へ導入及び排気装置３０による石英炉芯管１１の内部の排気は、石英炉芯管１１の内部における酸素ガスの分圧が、例えば、５．０×１０^４乃至１．０×１０^５Ｐａの範囲内になるように行うことが好ましい。

【0078】

ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスの、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスから、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへの切り替えは、半導体ウェハ５０が１１００℃未満の温度となった後に行うことが好ましい。温度が高すぎる場合、半導体ウェハ５０の表面に面荒れが生じる虞がある。また、この切り替えは、炉内の温度が１０００℃以下になる前に行うことが好ましい。この温度が低すぎる場合、ボート２０の表面に設けた酸化膜の膜厚を増加させることが難しい。そして、石英炉芯管１１の内部への酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスの導入は、炉内の温度が８００℃以下に低下するまで継続することが好ましい。

【0079】

半導体ウェハ５０の温度が十分に低下した後、排気装置３０及びガス供給装置４０の動作を停止する。その後、図示しない搬送装置を駆動して、ボート２０を、支持体１９及び保温装置１８とともに下方へ移動させて、石英炉芯管１１の外部へと搬出する。更に、ボート２０を支持体１９から取り外し、各半導体ウェハ５０をボート２０から回収する。以上のようにして、半導体ウェハの製造を終了する。

【0080】

＜半導体ウェハ＞
以上の熱処理を施した半導体ウェハ５０は、以下のような特徴を有する。即ち、半導体ウェハ５０は、表面から深さ方向への距離Ｄが５μｍの位置におけるＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）密度が０．１個／ｃｍ^２以下である。ここで、ＬＳＴＤとは、赤外レーザー光線を半導体ウェハ５０の表面から入射し、その散乱光を検出する赤外散乱トモグラフ（ＬＳＴ：Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）によって観察されるボイド欠陥である。ＬＳＴＤの検出には、例えば、ＬＳＴＤスキャナ（レイテックス社製ＭＯ６０１）を使用することができる。
なお、第１熱処理工程を省略した場合、表面から深さ方向への距離Ｄが５μｍの位置におけるＬＳＴＤ密度は、通常、上述した上限値を超える。

【0081】

また、以上の熱処理を施した半導体ウェハ５０は、ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上である。ここで、ＢＭＤ密度の測定には、例えば、ＩＲトモグラフィー（レイテックス社製ＭＯ−４４１）を使用することができる。
なお、第１熱処理工程を省略した場合、ＢＭＤ密度は、通常、上述した下限値を下回る。

【0082】

また、以上の熱処理を施した半導体ウェハ５０は、厚さ方向における炭素濃度の分布について、以下に説明する特徴を有している。即ち、以上の熱処理を施した半導体ウェハ５０は、表面から深さ方向への距離Ｄが５μｍの位置におけるＬＳＴＤ密度が０．１個／ｃｍ^２以下であり、距離Ｄが２μｍより小さい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、距離Ｄが２乃至３０μｍの範囲内の何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、距離Ｄが３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。

【0083】

一例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至３０μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、２×１０^１６乃至５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は１×１０^１６乃至４×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。

【0084】

他の例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至３０μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、２×１０^１６乃至８×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は１×１０^１６乃至５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定である。

【0085】

更に他の例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至３０μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、４×１０^１６乃至９×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は２×１０^１６乃至７×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。

【0086】

更に他の例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至３０μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、４×１０^１６乃至１０×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は２×１０^１６乃至８×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定である。

【0087】

＜効果＞
上述した製造方法では、第２熱処理工程において、半導体ウェハ５０のデバイス形成領域に炭素をその飽和濃度に到達するまで導入している。それ故、熱処理前の半導体ウェハ５０における炭素濃度が面内で又はウェハ間でばらついていたとしても、そのばらつきは、第２熱処理工程によってキャンセルすることができる。従って、この方法によると、例えば、面内方向における炭素濃度のばらつきが小さく、デバイス形成領域における厚さ方向の炭素濃度分布のウェハ間でのばらつきが小さな半導体ウェハを製造することができる。即ち、この方法によると、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハを製造することが可能となる。

【0088】

また、上述した製造方法では、半導体ウェハ５０を降温させる第７期間Ｓ７において、石英炉芯管１１の内部へ、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスを導入すると、ＳｉＣ製のボート２０の表面に設けられた酸化膜の厚さが不十分になるのを抑制できる。この場合、例えば、ボート２０が含んでいる炭素による半導体ウェハ５０の局所的な汚染を防ぐことができる。また、この場合、ボート２０が含んでいる炭素が雰囲気中の炭素濃度に及ぼす影響を小さくするか又は排除することができる。従って、この場合、炭素濃度の均一性により優れた半導体ウェハを製造することが可能となる。

【0089】

なお、酸化膜の膜厚の減少を防止する効果は、ボート２０から半導体ウェハ５０を取り出した後に、ボート２０を熱処理炉に搬入して、酸素を含んだ雰囲気中で熱処理を行なうことによっても達成される。ただし、半導体ウェハの降温時に酸化膜の形成工程を行うことは、製造効率を高める上で有効である。
また、ボート２０としてＳｉ製のボートを使用する場合、ボート表面からの炭素汚染が生じないため、酸化膜の形成工程は不要である。

【0090】

以上のように、この製造方法によれば、炭素濃度の均一性に優れた半導体ウェハが製造される。即ち、半導体ウェハのデバイス形成領域に、管理した濃度で炭素を導入することが可能となる。そのため、炭素濃度のばらつきに起因して、半導体デバイスのＶｔｈ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ）シフト等のデバイス動作不良が発生することを防ぐことが可能である。

【0091】

また、この製造方法では、第１熱処理工程において不活性雰囲気中での熱処理を行う。そのため、ボイド欠陥が低減され、ＢＭＤが十分に成長した半導体ウェハを得ることができる。

【0092】

＜製造方法の変形例＞
上述した方法には、様々な変形が可能である。
例えば、上述した製造方法では、図１に示す縦型の熱処理装置１を使用しているが、ここで説明した技術は、ＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）などの短時間高温熱処理への応用が可能である。
また、上述した製造方法は、以下に説明する第３熱処理工程を更に含んでいてもよい。

【0093】

（第３熱処理工程）
第３熱処理工程では、以下に説明するように、水素ガスを含んだ還元性雰囲気中で半導体ウェハ５０を熱処理する。第３熱処理工程を行うことで、半導体ウェハ５０の表面領域に存在する炭素を半導体ウェハ５０の外部へ拡散させる、即ち、外方拡散させることができる。第３熱処理工程は、省略することも可能である。ただし、半導体ウェハ５０のデバイス形成領域における炭素濃度は低いことが望まれる用途では、第３熱処理工程を行うことは有利である。

【0094】

図４は、一実施形態に係る半導体ウェハの製造方法において行う第１乃至第３熱処理工程に採用可能な熱処理シーケンスの一例を示すグラフである。図４において、縦軸は半導体ウェハ５０の温度を示し、横軸は時間を示している。

【0095】

図４に示す熱処理シーケンスは、第１期間Ｓ１と、第２期間Ｓ２と、第３期間Ｓ３と、第４期間Ｓ４と、第５期間Ｓ５と、第６期間Ｓ６と、第７期間Ｓ７と、第８期間Ｓ８と、第９期間Ｓ９と、第１０期間Ｓ１０と、第１１期間Ｓ１１とを含んでいる。第１期間Ｓ１乃至第３期間Ｓ３では、上述した第１熱処理工程を行い、第４期間Ｓ４乃至第７期間Ｓ７では、上述した第２熱処理工程を行う。また、第８期間Ｓ８乃至第１１期間Ｓ１１では、以下に詳述する第３熱処理工程を行う。

【0096】

まず、第７期間Ｓ７に続く第８期間Ｓ８において、石英炉芯管１１の内部の排気を継続したまま、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へと導入するガスを、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈した混合ガスから、水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈した混合ガスへと切り替える。これにより、半導体ウェハ５０を取り巻く雰囲気を、炭素含有ガスを含んだ雰囲気から、水素ガスを含んだ還元性雰囲気へと切り替える。

【0097】

第８期間Ｓ８において、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスに占める水素ガスの割合は、２０体積％以上であることが好ましく、１００体積％であることがより好ましい。なお、水素ガスを不活性ガスで希釈する場合、この不活性ガスとしては、例えば、Ａｒガスを使用することができる。この割合が小さすぎる場合、半導体ウェハ５０の表面から炭素を十分に外方拡散させることが難しい。

【0098】

ガス供給装置４０による水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスの石英炉芯管１１の内部へ導入及び排気装置３０による石英炉芯管１１の内部の排気は、石英炉芯管１１の内部における水素ガスの分圧が、２．０×１０^４乃至１．０×１０^５Ｐａの範囲内になるように行うことが好ましい。

【0099】

ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスの、炭素含有ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスから、水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへの切り替えは、半導体ウェハ５０が７００乃至８５０℃の範囲内の温度で、又は、それよりも低い温度で行うことが好ましい。このような温度で上記の切り替えを行うことにより、半導体ウェハ５０の表面荒れを防ぐことができる。

【0100】

第８期間Ｓ８に続く第９期間Ｓ９では加熱装置１３を駆動して、半導体ウェハを昇温させる。この加熱は、例えば、上述した第５期間Ｓ５における加熱と同様に行う。

【0101】

第９期間Ｓ９に続く第１０期間Ｓ１０では、半導体ウェハ５０の温度を、予め定められている範囲内に維持する。第１０期間Ｓ１０では、半導体ウェハ５０の温度を、好ましくは１０８０乃至１２２０℃の範囲内の温度に、より好ましくは１１００乃至１２００℃の範囲内の温度に維持する。温度が低すぎる場合、半導体ウェハ５０の表面から炭素を十分に外方拡散させることが難しい。温度が高すぎる場合、半導体ウェハ５０への汚染及びスリップ転位の発生が起こりやすくなる虞がある。

【0102】

第１０期間Ｓ１０では、半導体ウェハ５０の温度を上記の範囲内の温度に、例えば、１分乃至２時間維持する。熱処理時間が短すぎる場合、半導体ウェハ５０の表面に存在する炭素を十分に外方拡散させることが困難となる虞がある。また、熱処理時間が長すぎる場合、第２の熱処理工程で供給した炭素が必要以上に外方拡散してしまい、炭素濃度のウェハ間ばらつきの影響が再び現れる虞がある。。

【0103】

第１０期間Ｓ１０に続く第１１期間では、半導体ウェハを降温させる。第１１期間Ｓ１１における半導体ウェハ５０の降温速度は、例えば、４℃／分とする。

【0104】

第１１期間Ｓ１１では、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスは、水素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスとしたままでもよく、不活性ガスへ切り替えてもよく、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスへ切り替えてもよい。但し、特にボート２０がＳｉＣ製である場合には、ガス供給装置４０が石英炉芯管１１の内部へ導入するガスは、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスであることが好ましい。なお、酸素ガス又はこれを不活性ガスで希釈してなる混合ガスとしては、第７期間Ｓ７を参照して説明したものを使用することができる。

【0105】

＜半導体ウェハの変形例＞
図４を参照しながら説明した熱処理を施した半導体ウェハ５０は、厚さ方向における炭素濃度の分布について、以下に説明する特徴を有している。即ち、半導体ウェハ５０は、表面領域における炭素濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、表面から深さ方向への距離Ｄが２乃至３０μｍの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、距離Ｄが３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。

【0106】

一例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至３０μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、２×１０^１６乃至２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は１×１０^１４乃至１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。

【0107】

他の例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至３０μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、２×１０^１６乃至２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は１×１０^１４乃至１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定である。

【0108】

更に他の例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至１５μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、４×１０^１６乃至２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は３×１０^１４乃至１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定であるか又は単調減少している。

【0109】

更に他の例によれば、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に、距離Ｄと炭素濃度との関係を描いた場合、この関係を表す線は上に凸の曲線となる。この場合、例えば、炭素濃度が極大を示す距離Ｄは２乃至１５μｍの範囲内にあり、炭素濃度の極大値は、４×１０^１６乃至２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。また、この場合、例えば、距離Ｄがゼロにおける炭素濃度は３×１０^１４乃至１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあり、距離Ｄが３０μｍを超える範囲内では、炭素濃度は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内でほぼ一定である。

【0110】

以上の熱処理を施した半導体ウェハ５０は、炭素を上述した分布で有している。即ち、上述した方法によれば、第２熱処理工程において、半導体ウェハ５０のデバイス形成領域に炭素をその飽和濃度に到達するまで導入し、第３熱処理工程において半導体ウェハ５０の表面から炭素を外方拡散するため、半導体ウェハ５０の表面に含まれる炭素濃度が均一であり且つ過度に高くない半導体ウェハを得ることが可能となる。

【0111】

なお、変形例に係る半導体ウェハ５０に対して、第１熱処理を更に施した場合には、ＬＳＴＤ密度及びＢＭＤ密度は、上述した範囲内になる。

【0112】

＜変形例の効果＞
変形例に係る方法によれば、図１乃至図３を参照しながら説明した方法と同様の効果を得ることができる。加えて、この方法では、第３熱処理工程を行うため、デバイス形成領域における炭素濃度を低減することができる。従って、この方法により得られる半導体ウェハは、デバイス形成領域における炭素濃度は低いことが望まれる用途に適している。

【実施例】

【0113】

次に、本発明の具体例について説明する。
≪試験例１≫
（例１）
＜半導体ウェハの準備＞
チョクラルスキー法で製造したφ３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットから、炭素濃度が等しい複数の半導体ウェハから各々がなり、互いに炭素濃度が異なる二組のウェハ群を準備した。炭素濃度の測定は、ＳＩＭＳ法によって行った。

【0114】

具体的には、炭素濃度が５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である２０枚の半導体ウェハからなる第１ウェハ群と、炭素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である２０枚の半導体ウェハからなる第２ウェハ群とを準備した。

【0115】

＜半導体ウェハの熱処理＞
第１ウェハ群及び第２ウェハ群の各々から１０枚の半導体ウェハを抜き取り、それらを図２に示すボート２０に載置した。ここで、ボート２０としては、表面に５０ｎｍの厚さの酸化膜を設けたＳｉＣ製のボートを使用した。このボート２０を、図１に示す熱処理装置１の石英炉芯管１１の内部へ搬送し、上述した第２熱処理工程を行った。

【0116】

具体的には、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で半導体ウェハを１２００℃まで昇温し、この温度に６０分間維持した。ここで、炭素含有ガスとしてはＣＯ_２を使用し、これをＡｒガスで希釈した。この雰囲気中のＣＯ_２含有量は１体積％であった。

【0117】

その後、半導体ウェハを６００℃まで降温させ、それらを熱処理装置１の外部へと取り出した。得られた半導体ウェハを第１ロットとした。

【0118】

同様の熱処理を、第１及び第２ウェハ群の各々の残りの１０枚の半導体ウェハについても行った。得られた半導体ウェハを第２ロットとした。

【0119】

（例２）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から１０体積％に変更したこと以外は、例１と同様の方法で熱処理を行った。

【0120】

（例３）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から２０体積％に変更したこと以外は、例１と同様の方法で熱処理を行った。

【0121】

（例４）
第２熱処理工程の熱処理温度を１２００℃から１１００℃に変更したこと以外は、例１と同様の方法で熱処理を行った。

【0122】

（例５）
第２熱処理工程の熱処理温度を１２００℃から１１００℃に変更したこと以外は、例２と同様の方法で熱処理を行った。

【0123】

（例６）
第２熱処理工程の熱処理温度を１２００℃から１１００℃に変更したこと以外は、例３と同様の方法で熱処理を行った。

【0124】

（比較例１）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から０体積％に変更したこと以外は、例１と同様の方法で熱処理を行った。

【0125】

（比較例２）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から０．５体積％に変更したこと以外は、例１と同様の方法で熱処理を行った。

【0126】

（比較例３）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から３０体積％に変更したこと以外は、例１と同様の方法で熱処理を行った。

【0127】

（比較例４）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から１００体積％に変更したこと以外は、例１と同様の方法で熱処理を行った。

【0128】

（比較例５）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から０．５体積％に変更したこと以外は、例４と同様の方法で熱処理を行った。

【0129】

（比較例６）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から３０体積％に変更したこと以外は、例４と同様の方法で熱処理を行った。

【0130】

（比較例７）
雰囲気中のＣＯ_２含有量を１体積％から１００体積％に変更したこと以外は、例４と同様の方法で熱処理を行った。

【0131】

（比較例８）
第２熱処理工程の熱処理温度を１２００℃から１２５０℃に変更したこと以外は、例２と同様の方法で熱処理を行った。

【0132】

（比較例９）
第２熱処理工程の熱処理温度を１２００℃から１０５０℃に変更したこと以外は、例２と同様の方法で熱処理を行った。

【0133】

＜評価＞
例１乃至６及び比較例１乃至９によって得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定と、スリップ転位の確認とを行った。結果を表１に示す。

【0134】

【表1】

【0135】

（炭素濃度の測定と評価）
炭素濃度の測定は、半導体ウェハの表面から深さ方向への距離Ｄが１５μｍ以下の各位置における炭素濃度をＳＩＭＳ法により測定することにより行った。そして、これらの測定結果を、ウェハ群毎に平均した。なお、第１ロットと第２ロットとの測定結果は、まとめて平均した。半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を図５及び図６に示す。

【0136】

図５は、例１で得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を示すグラフである。図６は、比較例１で得られた半導体ウェハの炭素濃度の測定結果を示すグラフである。

【0137】

図５及び図６に示すグラフは、縦軸に炭素濃度を示し、横軸に半導体ウェハの表面から深さ方向への距離Ｄを示している。また、各プロットは、各ウェハ群に含まれる半導体ウェハの特定の距離Ｄにおける炭素濃度の平均値を表している。

【0138】

この結果に基づき、炭素が熱処理温度での飽和濃度に到達していたか否かを以下の方法によって評価した。まず、熱処理で得られた半導体ウェハの炭素濃度をＳＩＭＳ法で測定して、半導体ウェハの厚さ方向における炭素濃度分布を得た。次に、その結果をもとにシミュレーションを行い、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理時（最高温度到達時）における炭素濃度分布を推定した。そして、上記最高温度における炭素の既知の飽和濃度と、シミュレーションによって得られた炭素濃度分布との対比を行うことで、半導体ウェハの表面から厚さ方向への距離が５μｍ以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に到達していたか否かを評価した。表１では、飽和濃度に到達していた半導体ウェハが得られた熱処理条件を「○」、飽和濃度に到達していた半導体ウェハが得られなかった熱処理条件を「×」で表している。なお、炭素の飽和濃度は、例えば、シリコンウェハを１２００℃で加熱した場合では、１１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。また、シリコンウェハを１１００℃で加熱した場合における炭素の飽和濃度は、４×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

【0139】

図６から明らかなように、比較例１に係る半導体ウェハには、熱処理前に第１ウェハ群と第２ウェハ群との間で生じていた炭素濃度の差、即ち、炭素濃度のばらつきが距離Ｄが如何様であろうと生じている。一方で、図５から明らかなように、例１に係る半導体ウェハは、距離Ｄが５μｍ以下の範囲内で、第１ウェハ群と第２ウェハ群との間に炭素濃度のばらつきは殆ど認められない。

【0140】

そこで、距離Ｄが５μｍである場合に第１ウェハ群と第２ウェハ群との間に生じている炭素濃度のばらつきを、変動係数として求めた。ここでは、以下の等式から算出した。
変動係数＝標準偏差／平均値
表１に示すように、炭素が飽和濃度に到達しない加熱条件で得られた半導体ウェハの変動係数は０．５以上であるのに対し、炭素が飽和濃度に到達している加熱条件で得られた半導体ウェハの変動係数は０．５より小さかった。即ち、熱処理前に有していた炭素濃度のばらつきが解消されていることが示された。

【0141】

なお、比較例９に係る半導体ウェハは、炭素が飽和濃度に到達しているにも関わらず、比較的大きな変動係数を示した。これは、第２熱処理工程の加熱温度が低すぎたことに起因すると考えられる。即ち、熱処理により導入された炭素濃度よりも、半導体ウェハに熱処理前から含まれていた炭素濃度が大きかったため、ばらつきが解消されなかったものと考えられる。

【0142】

図７に、例１で得られた半導体ウェハに生じた炭素濃度のばらつきと比較例１で得られた半導体ウェハに生じた炭素濃度のばらつきとを、１５μｍ以下の範囲内にある距離Ｄにおいて算出して比較した結果を示す。

【0143】

図７は、例１及び比較例１に係る半導体ウェハに生じる炭素濃度のばらつきを示すグラフである。図７に示すグラフは、縦軸に第１ウェハ群と第２ウェハ群との間に生じた炭素濃度のばらつき（変動係数）を示し、横軸に距離Ｄを示している。

【0144】

図７に示すように、例１に係る半導体ウェハは、距離Ｄが５μｍ以下の範囲内で変動係数が小さい。これに対し、比較例１に係る半導体ウェハは、距離Ｄが如何様であろうと比較的大きな変動係数を示している。

【0145】

（スリップ転位の確認と評価）
半導体ウェハの表面へレーザー光を照射し、反射光の強度から画像データを作成し、スリップ転位の長さを測定した。表１では、各加熱条件で得られた半導体ウェハのうち、１０ｍｍ以上の長さを有するスリップ転位が検出された半導体ウェハを含んでいた加熱条件を「有り」、検出されなかった加熱条件を「−」で表している。

【0146】

表１に示すように、比較例８に係る半導体ウェハでのみ、１０ｍｍ以上の長さを有するスリップ転位が検出された。これは、加熱温度が高すぎたことに起因すると考えられる。

【0147】

以上の結果より、例１乃至６の製造方法で得られた半導体ウェハは、そのデバイス形成領域において特に優れた炭素濃度の均一性を有していることが示された。

【0148】

≪試験例２≫
試験例１と同様の方法により準備した半導体ウェハに、第１及び第２熱処理工程を施した。具体的には、以下のように行った。

【0149】

（例７）
以下のことを除いて、例３と同様の方法で熱処理を行った。即ち、第２熱処理工程に先立ち、第１熱処理工程を行った。第１熱処理工程としては、具体的には、不活性雰囲気で半導体ウェハを１２００℃まで昇温し、この温度に６０分間維持した。ここで、不活性ガスとしてはＡｒガスを使用した。その後、半導体ウェハを８００℃まで降温させ、この状態で、半導体ウェハを取り巻く雰囲気を、不活性雰囲気から、炭素含有ガスを含んだ雰囲気へと切り替えた。

【0150】

（例８）
第２熱処理工程後の降温を行う雰囲気を、炭素含有ガス雰囲気から酸素ガスを含んだ雰囲気に変更したこと以外は、例７と同様の方法で熱処理を行った。なお、雰囲気中の酸素の含有量は１００体積％であった。

【0151】

（例９）
試験例１と同様の方法により半導体ウェハを準備し、以下のことを除いて、例６と同様の方法で熱処理を行った。即ち、第２熱処理工程に先立ち、第１熱処理工程を行った。第１熱処理工程としては、具体的には、不活性雰囲気で半導体ウェハを１２００℃まで昇温し、この温度に６０分間維持した。ここで、不活性ガスとしてはＡｒガスを使用した。その後、半導体ウェハを８００℃まで降温させ、この状態で、半導体ウェハを取り巻く雰囲気を、不活性雰囲気から、炭素含有ガスを含んだ雰囲気へと切り替えた。

【0152】

(例１０）
第２熱処理工程後の降温を行う雰囲気を、炭素含有ガス雰囲気から酸素ガスを含んだ雰囲気に変更したこと以外は、例９と同様の方法で熱処理を行った。なお、雰囲気中の酸素ガスの含有量は１００体積％であった。

【0153】

＜評価＞
（結晶欠陥密度の測定）
例７乃至１０で得られた半導体ウェハについて、距離Ｄが５μｍであるときのＬＳＴＤ密度を測定した。ここで、ＬＳＴＤ密度の測定には、ＬＳＴＤスキャナ（レイテックス社製ＭＯ６０１）を使用した。その結果、例７乃至１０で得られた半導体ウェハのＬＳＴＤ密度は、いずれも０．１個／ｃｍ^２以下であった。

【0154】

（ＢＭＤ密度の測定）
更に、例７乃至１０で得られた半導体ウェハのＢＭＤ密度を測定した。ここで、ＢＭＤ密度の測定には、ＩＲトモグラフィー（レイテックス社製ＭＯ−４４１）を使用した。その結果、例７乃至１０で得られた半導体ウェハのＢＭＤ密度は、いずれも１×１０^９個／ｃｍ^３以上であった。

【0155】

これらの結果から、第２熱処理工程の実施に先立ち、第１熱処理を行うことで、半導体ウェハのデバイス形成領域におけるボイド欠陥の低減とＢＭＤの成長とを達成できることが示された。

【0156】

（降温時の雰囲気が品質に及ぼす影響の確認）
上記の例７乃至１０と同様の各条件下で、同一の熱処理装置を用いて熱処理を繰り返し行った。そして、第１回目の熱処理後に、各ボートの酸化膜の厚さを測定した。具体的には、半導体ウェハと接触する保持部の表面における酸化膜の膜厚を測定した。その結果を表２に示す。なお、第１回目の熱処理前における酸化膜の膜厚は５０ｎｍであった。

【0157】

【表2】

【0158】

表２に示すように、例８及び例１０で使用したボートの酸化膜は、１０ｎｍ以上の厚さを維持していた。これに対し、例７及び例９で使用したボートの酸化膜は、熱処理前と比較して大幅に減少していた。なお、第２回目以降の熱処理後における酸化膜の膜厚は、第１回目の熱処理後における酸化膜の膜厚と同程度であった。
また、第２回目の熱処理に供したロットが含んでいる半導体ウェハについて、それらの炭素が飽和濃度に到達していたか否かを試験例１と同様の方法によって確認した。そして、ＳｉＣ製ボート表面からの炭素汚染があった熱処理条件を「有り」、なかった熱処理条件を「−」と評価した。

【0159】

例７及び９と同様の条件下で熱処理を繰り返した場合、半導体ウェハの炭素濃度は飽和に到達せず、例８及び１０と同様の条件下で熱処理を繰り返した場合と比較して、炭素濃度の均一性が低かった。これは、以下の理由によると考えられる。
即ち、例７及び９と同様の条件下では、ＳｉＣ製ボートを被覆している酸化膜の厚さが、第１及び第２熱処理工程を経ることによって薄くなったまま回復しない。それ故、第２回目以降の熱処理では、表２に示すように、ＳｉＣ製ボート表面からの炭素汚染を生じる。即ち、ボートが含んでいる炭素が気相へと拡散して、雰囲気中の炭素濃度が高くなる。その結果、半導体ウェハの表面にＳｉＯＣ膜が形成される。このＳｉＯＣ膜は、半導体ウェハ中への炭素の拡散を妨げる。従って、例７及び９と同様の条件下では、熱処理を繰り返した場合に、半導体ウェハの炭素濃度が飽和に到達しなくなる。

【0160】

これに対し、例８と同様の条件下では、ＳｉＣ製ボートを被覆している酸化膜は、第２回目の熱処理を終えた時点で、第１回目の熱処理を開始する前の時点よりも厚くなっている。また、例１０と同様の条件下では、ＳｉＣ製ボートを被覆している酸化膜は、第２回目の熱処理を終えた時点であっても、１０ｎｍ以上の膜厚を維持している。それ故、ボートが含んでいる炭素の気相への拡散は抑制され、雰囲気中の炭素濃度が高くなることはない。その結果、熱処理を繰り返した場合であっても、半導体ウェハの表面にＳｉＯＣ膜は形成されない。従って、熱処理を何回繰り返しても、半導体ウェハの炭素濃度は飽和に到達し、炭素濃度の均一性が低下することはない。

【0161】

以上の結果より、第２熱処理工程の実施に先立ち、第１熱処理を行うことで、ボイド欠陥の低減及びＢＭＤの成長を達成することができ、さらに、第２熱処理後の降温を酸素含有雰囲気で行うことにより、より均一性に優れた半導体ウェハの製造を達成できることが示された。

【0162】

≪試験例３≫
＜半導体ウェハの準備＞
(例１１）
以下のことを除いて試験例１と同様の方法により準備した半導体ウェハについて、第２及び第３熱処理工程を行った場合のシミュレーションを行った。

【0163】

ここでは、炭素濃度が互いに異なる四組のウェハ群を準備した。具体的には、炭素濃度が５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である第１ウェハ群と、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である第２ウェハ群と、１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である第３ウェハ群と、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である第４ウェハ群とを準備した。
これら第１乃至第４ウェハ群について、以下の条件で熱処理を行った。

【0164】

＜半導体ウェハの熱処理＞
以下のことを除いて、例１と同様の方法で熱処理を行った。即ち、炭素含有ガスをＣＯ_２からＣＯに変更した。その後、半導体ウェハを８００℃まで降温させ、この状態で水素ガスを含んだ還元性雰囲気への切替を行った後に、第３熱処理工程を実施した。

【0165】

第３熱処理としては、具体的には、水素ガスを含んだ還元性雰囲気で半導体ウェハを１２００℃まで昇温し、この温度に６０分維持した。その後、半導体ウェハを６００℃まで降温させ、それらを熱処理装置１の外部へと取り出した。なお、雰囲気中の水素の含有量は１００体積％であった。

【0166】

＜評価＞
以上の熱処理を施した半導体ウェハにおける炭素濃度の分布を計算したシミュレーション結果を図８に示す。

【0167】

図８は、試験例３で得られた半導体ウェハの炭素濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。図８に示すグラフは、縦軸に炭素濃度を示し、横軸に距離Ｄを示している。また、各プロットは、各ウェハ群に含まれる半導体ウェハの特定の距離Ｄにおける炭素濃度の平均値を表している。

【0168】

図８に示すとおり、水素ガスを含んだ還元性雰囲気中で熱処理を行なって得られる半導体ウェハは、半導体ウェハの表面領域における炭素濃度が減少している。このシミュレーションによれば、得られた半導体ウェハの表面領域における炭素濃度は１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満となる。加えて、距離Ｄが２乃至３０μｍの範囲内にある位置における炭素濃度は２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、距離Ｄが３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある。

【0169】

≪半導体ウェハの炭素濃度の分布≫
以上の方法で得られた半導体ウェハの特徴及び他の方法で得られた半導体ウェハの特徴について表３を参照しながら説明する。ここで、半導体ウェハＡ乃至Ｃは、炭素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の半導体ウェハに上述した熱処理を施したものであり、半導体ウェハＤは、炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の半導体ウェハにイオン注入で炭素を注入したものである。

【0170】

【表3】

【0171】

半導体ウェハＡは、第２熱処理工程のみを施した半導体ウェハである。表３に示すように、半導体ウェハＡは、以下のような特徴を有していた。即ち、半導体ウェハＡは、距離Ｄが２μｍより小さい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、距離Ｄが２乃至３０μｍの範囲内の何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、距離Ｄが３０μｍより大きい位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあった。

【0172】

半導体ウェハＡの表面から深さ方向への距離Ｄと炭素濃度との関係を、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に描いた結果、この関係を表す線は上に凸の曲線となった。０≦Ｄ＜２における炭素濃度は、距離Ｄの増加に伴って、単調増加していた。そして、２≦Ｄ≦３０における炭素濃度は、距離Ｄの増加に伴って単調増加し、極大値まで到達した後に単調減少していた。また、３０＜Ｄにおける炭素濃度は、距離Ｄの増加に伴ってほぼ一定の値を維持していた。なお、３０＜Ｄにおける炭素濃度は、０≦Ｄ＜２における炭素濃度よりも小さい濃度であった。

【0173】

また、この半導体ウェハＡは、図５を参照しながら説明したように、第２熱処理工程において、炭素が飽和濃度に達するまで半導体ウェハへ導入されていることにより、距離Ｄが５μｍ以下の位置における炭素濃度のばらつきは解消されていた。

【0174】

半導体ウェハＢは、第２熱処理工程の後に、第３熱処理を施した半導体ウェハである。半導体ウェハＢは、以下のような特徴を有していた。即ち、半導体ウェハＢは、表面領域における炭素濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、表面から深さ方向への距離Ｄが２乃至３０μｍの範囲内の何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、距離Ｄが３０μｍより大きい位置における炭素濃度が１×１０^１４乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にあった。

【0175】

半導体ウェハＢの表面から深さ方向への距離Ｄと炭素濃度との関係を横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に描いた結果、この関係を表す線は、Ｄ＝０において極小値を示す上に凸の曲線となった。０≦Ｄ＜２における炭素濃度は、距離Ｄの減少に伴って、急峻に減少していた。そして、２≦Ｄ≦３０における炭素濃度は、距離Ｄの増加に伴って極大値まで単調増加し、その後単調減少していた。また、３０＜Ｄにおける炭素濃度は、距離Ｄの増加に伴ってほぼ一定の値を維持していた。なお、３０＜Ｄにおける炭素濃度は、Ｄ＝０における炭素濃度よりも大きく且つ２≦Ｄ≦３０における炭素濃度よりも小さい濃度であった。

【0176】

上述した特徴を有する半導体ウェハＡ及びＢは、他の方法で得られる半導体ウェハＣ及びＤとは以下の点で異なる。

【0177】

半導体ウェハＣは、第１熱処理工程のみを施した半導体ウェハである。半導体ウェハＣの０≦Ｄ＜２における炭素濃度は、距離Ｄの減少に伴って単調減少し、約１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３に収束していた。そして、２≦Ｄ≦３０及び、３０＜Ｄにおける炭素濃度は、ほぼ一定の値を維持していた。

【0178】

半導体ウェハＤは、炭素のイオン注入を施した半導体ウェハである。半導体ウェハＤの炭素濃度の分布を図９に示す。図９は、炭素のイオン注入を施した半導体ウェハの炭素濃度の分布を示すグラフである。図９に示すように、半導体ウェハＤの表面から深さ方向への距離Ｄと炭素濃度との関係を、横軸を距離Ｄとし、縦軸を炭素濃度としたデカルト座標に描いた結果、この関係を表す線は０≦Ｄ≦０．３５の範囲内で急峻に上に凸となる曲線であった。具体的には、０≦Ｄ＜２における炭素濃度は、距離Ｄの増加に伴って極大値まで単調増加し、その後単調減少していた。そして、２≦Ｄ＜３０及び３０≦Ｄにおける炭素濃度は、ほぼ一定の値を維持していた。なお、２≦Ｄ＜３０及び３０≦Ｄにおける炭素濃度は、Ｄ＝０における炭素濃度よりも小さい濃度であった。

【0179】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
［１］
半導体ウェハを、その表面から深さ方向への距離が５μｍ以下の何れかの位置における炭素濃度が飽和に達するように、炭素含有ガスを含んだ雰囲気中で熱処理することを含み、
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は１０８０乃至１２２０℃の範囲内の温度で行う半導体ウェハの製造方法。
［２］
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中の前記炭素含有ガスの含有量は１乃至２０体積％の範囲内にある項１に記載の製造方法。
［３］
前記炭素含有ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素及び炭化水素の何れかを少なくとも含んだ項１又は２に記載の製造方法。
［４］
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理は、シリコン酸化膜を形成したＳｉＣ製ボートに前記半導体ウェハを支持させた状態で行い、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理後に、前記半導体ウェハ及びそれを支持する前記ＳｉＣ製ボートを取り巻く雰囲気を、前記ＳｉＣ製ボートの表面の前記シリコン酸化膜を維持するように、前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気から酸素ガスを含んだ雰囲気へと切り替えることを更に含んだ項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法。
［５］
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理に先立ち、前記半導体ウェハを不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で熱処理することを更に含んだ項１乃至４の何れか１項に記載の製造方法。
［６］
前記不活性雰囲気又は還元性雰囲気中での熱処理は１１３０乃至１２２０℃の範囲内の温度で行う項５に記載の製造方法。
［７］
前記炭素含有ガスを含んだ雰囲気中での熱処理の後に、水素ガスを含んだ還元性雰囲気中で前記半導体ウェハを熱処理することを更に含んだ項１乃至６の何れか１項に記載の製造方法。
［８］
表面から深さ方向への距離が５μｍの位置におけるＬＳＴＤ密度が０．１個／ｃｍ^２以下であり、
前記距離が２μｍより小さい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、
前記距離が２乃至３０μｍの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、
前記距離が３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある半導体ウェハ。
［９］
表面領域における炭素濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、
表面から深さ方向への距離が２乃至３０μｍの範囲内にある何れかの位置における炭素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、
前記距離が３０μｍより大きい何れかの位置における炭素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内にある半導体ウェハ。

【符号の説明】

【0180】

１…熱処理装置、１０…装置本体、１１…石英炉芯管、１２…ＳｉＣ均熱管、１３…加熱装置、１４…ヒートチューブ、１５…遮熱板、１６…シール部材、１７…蓋、１８…保温装置、１９…支持体、２０…ボート、２１…ベース、２２…支柱、２３…天板、２４…保持部、３０…排気装置、３１…ガス排出管、４０…ガス供給装置、４１…ガス供給管、１１１…石英炉芯管本体、１１２…フランジ部、１１３…貫通孔、１６１…本体、１６２…Ｏリング、１６３…Ｏリング、１６４…貫通孔、１８１…支持体、１８２…石英反射板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】