(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022014212
(43)【公開日】2022-01-19
(54)【発明の名称】シリコン基板及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/06 20060101AFI20220112BHJP
C30B 15/00 20060101ALI20220112BHJP
【ＦＩ】
C30B29/06 B
C30B15/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020116429
(22)【出願日】2020-07-06
(71)【出願人】
【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】100101878
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100187506
【弁理士】
【氏名又は名称】澤田 優子
(72)【発明者】
【氏名】青木 竜彦
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077AB01
4G077BA04
4G077CF10
4G077FE02
4G077HA12
(57)【要約】
【課題】ダイヤモンド薄膜との密着性が良好であって、且つ基板径が大きくても基板全面にわたり強く均一な密着性を得ること。
【解決手段】基板表面にダイヤモンド薄膜を形成するためのシリコン基板であって、基板表面から深さ５μｍまでの表面領域２において、炭素濃度は少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値が５×１０１７atoms/cm3以上であって、酸素濃度が６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下である。
【選択図】図１
【解決手段】基板表面にダイヤモンド薄膜を形成するためのシリコン基板であって、基板表面から深さ５μｍまでの表面領域２において、炭素濃度は少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値が５×１０１７atoms/cm3以上であって、酸素濃度が６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板表面にダイヤモンド薄膜を形成するためのシリコン基板であって、
基板表面から深さ５μｍまでの表面領域において、
炭素濃度は少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値が５×１０１７atoms/cm3以上であって、
酸素濃度が６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下であることを特徴とするシリコン基板。
基板表面から深さ５μｍまでの表面領域において、
炭素濃度は少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値が５×１０１７atoms/cm3以上であって、
酸素濃度が６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下であることを特徴とするシリコン基板。
【請求項2】
基板表面から深さ２０μｍ以上のバルク領域において、
炭素濃度は１×１０１６atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項１に記載されたシリコン基板。
炭素濃度は１×１０１６atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項１に記載されたシリコン基板。
【請求項3】
基板表面にダイヤモンド薄膜を形成するためのシリコン基板の製造方法であって、
シリコン単結晶から切り出した基板をチャンバ内に配置するステップと、
前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップとを実施し、
基板表面から深さ５μｍまでの表面領域において、炭素濃度を少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値を５×１０１７atoms/cm3以上に形成するとともに、
酸素濃度を６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度を１×１０１４atoms/cm3以下に形成することを特徴とするシリコン基板の製造方法。
シリコン単結晶から切り出した基板をチャンバ内に配置するステップと、
前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップとを実施し、
基板表面から深さ５μｍまでの表面領域において、炭素濃度を少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値を５×１０１７atoms/cm3以上に形成するとともに、
酸素濃度を６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度を１×１０１４atoms/cm3以下に形成することを特徴とするシリコン基板の製造方法。
【請求項4】
前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにおいて、
前記炭素を含むガスとしてＣＯ２ガスまたはＣＯガスを導入することを特徴とする請求項３に記載されたシリコン基板の製造方法。
前記炭素を含むガスとしてＣＯ２ガスまたはＣＯガスを導入することを特徴とする請求項３に記載されたシリコン基板の製造方法。
【請求項5】
前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにおいて、
前記チャンバ内を１２００℃以上で少なくとも１時間維持することを特徴とする請求項３または請求項４に記載されたシリコン基板の製造方法。
前記チャンバ内を１２００℃以上で少なくとも１時間維持することを特徴とする請求項３または請求項４に記載されたシリコン基板の製造方法。
【請求項6】
前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにより、
基板表面から深さ２０μｍ以上のバルク領域において、炭素濃度を１×１０１６atoms/cm3以下に形成することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載されたシリコン基板の製造方法。
基板表面から深さ２０μｍ以上のバルク領域において、炭素濃度を１×１０１６atoms/cm3以下に形成することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載されたシリコン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコン基板及びその製造方法に関し、ダイヤモンド薄膜との密着性が良好であって、且つ基板径が大きくても基板全面にわたり強く均一な密着性を得ることができるシリコン基板、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ダイヤモンドは、あらゆる物質の中で最も高い硬度を有し、最も高い熱伝導率と高い電機絶縁性とを有している。また、紫外から赤外にかけて広い透明性と化学安定性とを有する特異な物質である。
このダイヤモンドは、半導体材料の分野において、シリコンやガリウム砒素などの半導体材料に比べてバンドギャップ、絶縁破壊電圧及びキャリア移動度の高い材料として知られている。
このダイヤモンドは、半導体材料の分野において、シリコンやガリウム砒素などの半導体材料に比べてバンドギャップ、絶縁破壊電圧及びキャリア移動度の高い材料として知られている。
【0003】
また、前記ダイヤモンドは、シリコン基板上において、薄膜ダイヤモンド気相合成中における不純物元素添加、或いはダイヤモンドへのイオン注入により半導体薄膜層を形成することができる。そのため、ダイヤモンドの特徴を利用し、５００℃以上の高温であっても機能する耐高温性デバイス、及び紫外線発光デバイスなど、従来では不可能であった電子デバイスを実現できる可能性がある。
【0004】
ところで近年、気相法による異種気体上への多結晶薄膜ダイヤモンドの形成について、熱フィラメントＣＶＤ（化学蒸着）法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、或いはＤＣプラズマジェットＣＶＤ法など種々の方法が試みられている。
しかしながら、そのような方法でシリコン基板上にダイヤモンド薄膜を被覆、或いは形成する上で最も問題となるのが、基板とダイヤモンド膜との密着強度であり、前記の方法では十分な密着強度が得られないという課題がある。
しかしながら、そのような方法でシリコン基板上にダイヤモンド薄膜を被覆、或いは形成する上で最も問題となるのが、基板とダイヤモンド膜との密着強度であり、前記の方法では十分な密着強度が得られないという課題がある。
【0005】
このような課題に対し、特許文献１に開示された方法にあっては、１×１０１６atoms/cm3以上かつ固溶限の濃度以下のホウ素及び炭素よりなる群から選ばれた少なくとも１種の元素をシリコン中に含有させることにより、ダイヤモンド薄膜の密着性を向上させるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００４－５９３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に開示された方法に従い本願発明者が実験を行ったところ、シリコン基板上に形成されたダイヤモンド薄膜に発生した捲れやひび割れなどの欠陥が目立ち、歩留りよい製造ができないことがわかった。
即ち、特許文献１に開示された方法では、シリコン基板とダイヤモンドとの密着性が十分ではないことを確認した。
即ち、特許文献１に開示された方法では、シリコン基板とダイヤモンドとの密着性が十分ではないことを確認した。
【0008】
本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、シリコン基板の表層領域における炭素濃度を高く設定するだけでなく、表層領域における酸素濃度、窒素濃度を低く抑えることにより、ダイヤモンド薄膜における捲れやひび割れの発生を抑制し、シリコン基板とダイヤモンドとの密着性をより良好とすることができることを知見し本発明をするに至った。
【0009】
本発明の目的は、ダイヤモンド薄膜との密着性が良好であって、且つ基板径が大きくても基板全面にわたり強く均一な密着性を得ることができるシリコン基板、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記した課題を解決するためになされた、本発明に係るシリコン基板は、基板表面にダイヤモンド薄膜を形成するためのシリコン基板であって、基板表面から深さ５μｍまでの表面領域において、炭素濃度は少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値が５×１０１７atoms/cm3以上であって、酸素濃度が６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下であることに特徴を有する。
尚、基板表面から深さ２０μｍ以上のバルク領域において、炭素濃度は１×１０１６atoms/cm3以下であることが望ましい。
尚、基板表面から深さ２０μｍ以上のバルク領域において、炭素濃度は１×１０１６atoms/cm3以下であることが望ましい。
【0011】
このようにシリコン基板の表面領域における炭素濃度を高く形成することにより、基板表面に形成するダイヤモンド薄膜との密着性を向上し、表面領域における酸素濃度と窒素濃度とを低く抑えることにより、ダイヤモンド薄膜への酸素や窒素の混入を抑制することができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜における捲れやひび割れの発生を抑制し、基板径が大きくてもダイヤモンド薄膜に対する強く均一な密着性を得ることができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜における捲れやひび割れの発生を抑制し、基板径が大きくてもダイヤモンド薄膜に対する強く均一な密着性を得ることができる。
【0012】
また、前記した課題を解決するためになされた本発明に係るシリコン基板の製造方法は、基板表面にダイヤモンド薄膜を形成するためのシリコン基板の製造方法であって、シリコン単結晶から切り出した基板をチャンバ内に配置するステップと、前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップとを実施し、基板表面から深さ５μｍまでの表面領域において、炭素濃度を少なくとも１×１０１７atoms/cm3、且つ最大値を５×１０１７atoms/cm3以上に形成するとともに、酸素濃度を６×１０１７atoms/cm3以下、窒素濃度を１×１０１４atoms/cm3以下に形成することに特徴を有する。
尚、前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにおいて、前記炭素を含むガスとしてＣＯ２ガスまたはＣＯガスを導入することが望ましい。
また、前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにおいて、前記チャンバ内を１２００℃以上で少なくとも１時間維持することが望ましい。
また、前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにより、基板表面から深さ２０μｍ以上のバルク領域において、炭素濃度を１×１０１６atoms/cm3以下に形成することが望ましい。
尚、前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにおいて、前記炭素を含むガスとしてＣＯ２ガスまたはＣＯガスを導入することが望ましい。
また、前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにおいて、前記チャンバ内を１２００℃以上で少なくとも１時間維持することが望ましい。
また、前記チャンバ内に炭素を含むガスを導入して熱処理するステップにより、基板表面から深さ２０μｍ以上のバルク領域において、炭素濃度を１×１０１６atoms/cm3以下に形成することが望ましい。
【0013】
このようにシリコン基板の表面領域における炭素濃度を高く形成することにより、基板表面に形成するダイヤモンド薄膜との密着性を向上し、表面領域における酸素濃度と窒素濃度とを低く抑えることにより、ダイヤモンド薄膜への酸素や窒素の混入を抑制することができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜における捲れやひび割れの発生を抑制し、基板径が大きくてもダイヤモンド薄膜に対する強く均一な密着性を得ることができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜における捲れやひび割れの発生を抑制し、基板径が大きくてもダイヤモンド薄膜に対する強く均一な密着性を得ることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、ダイヤモンド薄膜との密着性が良好であって、且つ基板径が大きくても基板全面にわたり強く均一な密着性を得ることができるシリコン基板、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のシリコン基板を模式的に示す断面図である。図１に示すようにシリコン基板１は、基板表面から５μｍの深さまでの表面領域２と、基板表面から２０μｍより深いバルク領域３とを有する。
前記表面領域２は、その炭素濃度が少なくとも１×１０１７atoms/cm3に形成され、炭素濃度の最大値が５×１０１７atoms/cm3以上に形成されている。また、前記表面領域２における酸素濃度が、６×１０１７atoms/cm3以下に形成され、前記表面領域２における窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下に形成されている。
また、前記バルク領域３における炭素濃度は１×１０１６atoms/cm3以下に形成されている。
図１は、本発明のシリコン基板を模式的に示す断面図である。図１に示すようにシリコン基板１は、基板表面から５μｍの深さまでの表面領域２と、基板表面から２０μｍより深いバルク領域３とを有する。
前記表面領域２は、その炭素濃度が少なくとも１×１０１７atoms/cm3に形成され、炭素濃度の最大値が５×１０１７atoms/cm3以上に形成されている。また、前記表面領域２における酸素濃度が、６×１０１７atoms/cm3以下に形成され、前記表面領域２における窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下に形成されている。
また、前記バルク領域３における炭素濃度は１×１０１６atoms/cm3以下に形成されている。
【0017】
このようにシリコン基板１においては、表面領域２における炭素濃度が高く形成されているため、図１の破線で示すダイヤモンド薄膜５を形成した際、シリコン基板１とダイヤモンド薄膜５との密着性を向上させることができる。
また、表面領域２における酸素濃度、及び窒素濃度が低いため、ダイヤモンド薄膜５を形成した際に、ダイヤモンド薄膜５への酸素、窒素の混入を抑制することができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜５の捲れ、ひび割れ等の欠陥発生を従来よりも大幅に抑制し、基板直径が大きくても均質にダイヤモンド薄膜５を密着させることができる。
また、表面領域２における酸素濃度、及び窒素濃度が低いため、ダイヤモンド薄膜５を形成した際に、ダイヤモンド薄膜５への酸素、窒素の混入を抑制することができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜５の捲れ、ひび割れ等の欠陥発生を従来よりも大幅に抑制し、基板直径が大きくても均質にダイヤモンド薄膜５を密着させることができる。
【0018】
図２は、図１のシリコン基板を製造するために用いられる熱処理装置の一例の概要を示す断面図である。熱処理装置１０は、図２に示すように、雰囲気ガス導入口２０ａ及び雰囲気ガス排出口２０ｂを備えたチャンバ（反応管）２０と、チャンバ２０の上部に離間して配置された複数のランプ３０と、チャンバ２０内の反応空間２５にシリコン基板１を支持する基板支持部４０とを備える。また、図示しないが、シリコン基板１をその中心軸周りに所定速度で回転させる回転手段を備えている。
【0019】
基板支持部４０は、シリコン基板１の外周部を支持する環状のサセプタ４０ａと、サセプタ４０ａを支持するステージ４０ｂとを備える。チャンバ２０は、例えば、石英で構成されている。ランプ３０は、例えば、ハロゲンランプで構成されている。サセプタ４０ａは、例えば、シリコンで構成されている。ステージ４０ｂは、例えば、石英で構成されている。
【0020】
図２に示す熱処理装置１０を用いてシリコン基板１に対し熱処理を行う場合、チャンバ２０に設けられた図示しない基板導入口より、シリコン基板１を反応空間２５内に導入し、基板支持部４０のサセプタ４０ａ上にシリコン基板１を支持する。そして、雰囲気ガス導入口２０ａから後述する雰囲気ガスを導入すると共に、図示しない回転手段によりシリコン基板１を回転させながら、ランプ３０により基板表面に対してランプ照射をすることで行う。
【0021】
尚、この熱処理装置１０における反応空間２５内の温度制御は、基板支持部４０のステージ４０ｂに埋め込まれた複数の放射温度計５０によってシリコン基板１の下部の基板径方向における基板面内多点（例えば９点）の平均温度を測定し、その測定された温度に基づいて複数のハロゲンランプ３０の制御（各ランプの個別のＯＮ－ＯＦＦ制御や、発光する光の発光強度の制御等）を行う。
【0022】
次に、本発明に係わるシリコン基板の製造方法について図３のフローに沿って説明する。
本発明に係わるシリコン基板の製造方法は、例えばチョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコン基板の表面に対して、所定の製造条件により熱処理を行う。
本発明に係わるシリコン基板の製造方法は、例えばチョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコン基板の表面に対して、所定の製造条件により熱処理を行う。
【0023】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶インゴットの育成は周知の方法にて行う。
すなわち、石英ルツボに充填した多結晶シリコンを加熱してシリコン融液とし、このシリコン融液の液面上方から種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら引上げ、所望の直径まで拡径して直胴部を育成することでシリコン単結晶インゴットを製造する。
すなわち、石英ルツボに充填した多結晶シリコンを加熱してシリコン融液とし、このシリコン融液の液面上方から種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら引上げ、所望の直径まで拡径して直胴部を育成することでシリコン単結晶インゴットを製造する。
【0024】
こうして得られたシリコン単結晶インゴットは、周知の方法によりシリコン基板（ウェーハ）に加工される（ステップＳ１）。
すなわち、シリコン単結晶インゴットを内周刃又はワイヤソー等によりウェーハ状にスライスした後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の加工工程を経て、シリコン基板を製造する。なお、ここで記載された加工工程は例示的なものであり、本発明は、この加工工程のみに限定されるものではない。
すなわち、シリコン単結晶インゴットを内周刃又はワイヤソー等によりウェーハ状にスライスした後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の加工工程を経て、シリコン基板を製造する。なお、ここで記載された加工工程は例示的なものであり、本発明は、この加工工程のみに限定されるものではない。
【0025】
次に、製造されたシリコン基板の表面に対して、所定の製造条件により熱処理を行う。具体的には、図２に示すような熱処理装置１０において、所望の初期温度で保持されたチャンバ２０内に前記製造したシリコン基板を設置する（ステップＳ２）。
【0026】
基板設置後、チャンバ２０内には、雰囲気ガス導入口２０ａから炭素濃度が５×１０１７atoms/cm3以上、より好ましくは１×１０１８atoms/cm3以上のＣＯ２ガスを所定の流量で導入する（ステップＳ３）。
【0027】
そして、ハロゲンランプ３０によりチャンバ２０内を加熱し、基板温度が所定温度（例えば１２００℃）で所定時間（例えば１時間）の間、熱処理を行う（ステップＳ４）。
尚、熱処理空間における一定のガス流と炭素濃度を制御するため、排出口２０ｂから所定の流量でチャンバ内の雰囲気が排気される。
尚、熱処理空間における一定のガス流と炭素濃度を制御するため、排出口２０ｂから所定の流量でチャンバ内の雰囲気が排気される。
【0028】
この熱処理によりシリコン基板１の表面（熱処理により形成される酸化膜下）から深さ５μの領域（表面領域２）は、炭素濃度が少なくとも１×１０１７atoms/cm3に形成され、炭素濃度の最大値が５×１０１７atoms/cm3以上に形成される。また、表面から深さ２０μｍより深い領域（バルク領域３）における炭素濃度が１×１０１６atoms/cm3以下に形成される。
【0029】
また、この熱処理により前記表面領域２における酸素濃度が、６×１０１７atoms/cm3以下に形成され、前記表面領域２における窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3以下に形成される。
即ち、シリコン基板１の前記表面領域２は、炭素濃度が高い皮膜が形成され、それによってダイヤモンド薄膜との密着性を向上することが可能となる。
即ち、シリコン基板１の前記表面領域２は、炭素濃度が高い皮膜が形成され、それによってダイヤモンド薄膜との密着性を向上することが可能となる。
【0030】
尚、シリコン基板１の前記表面領域２における炭素濃度が１×１０１７atoms/cm3より小さいと、ダイヤモンド薄膜との密着性が悪くなり、ダイヤモンド皮膜欠陥の原因となるため好ましくない。
また、前記バルク領域３における炭素濃度が１×１０１６atoms/cm3より大きいと、不純物濃度が高くなるため好ましくない。
また、前記バルク領域３における炭素濃度が１×１０１６atoms/cm3より大きいと、不純物濃度が高くなるため好ましくない。
【0031】
また、表面領域２における酸素濃度が６×１０１７atoms/cm3大きいと、シリコン基板１上に形成されるダイヤモンド薄膜への酸素の混入が多くなるため好ましくない。
また、同様に前記表面領域における窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3より大きいと、シリコン基板１上に形成されるダイヤモンド薄膜への窒素の混入が多くなるため好ましくない。
また、同様に前記表面領域における窒素濃度が１×１０１４atoms/cm3より大きいと、シリコン基板１上に形成されるダイヤモンド薄膜への窒素の混入が多くなるため好ましくない。
【0032】
高温での熱処理が完了すると、所定の昇温速度でチャンバ内を所定温度まで降温し、熱処理を終了する（ステップＳ５）。
最後にチャンバ２０からシリコン基板１を取り出し、熱処理により基板表面に形成された酸化膜をＨＦ洗浄により除去し、本発明のシリコン基板１が得られる。
最後にチャンバ２０からシリコン基板１を取り出し、熱処理により基板表面に形成された酸化膜をＨＦ洗浄により除去し、本発明のシリコン基板１が得られる。
【0033】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、シリコン基板１の表面領域２における炭素濃度を高く形成することにより、基板表面に形成するダイヤモンド薄膜との密着性を向上し、表面領域２における酸素濃度と窒素濃度とを低く抑えることにより、ダイヤモンド薄膜への酸素や窒素の混入を抑制することができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜における捲れやひび割れの発生を抑制し、基板径が大きくてもダイヤモンド薄膜に対する強く均一な密着性を得ることができる。
その結果、ダイヤモンド薄膜における捲れやひび割れの発生を抑制し、基板径が大きくてもダイヤモンド薄膜に対する強く均一な密着性を得ることができる。
【0034】
尚、前記実施の形態においては、熱処理において炭素を含むガスとしてＣＯ２ガスをチャンバ内に導入するものとしたが、本発明にあっては、それに限定されるものではなく、ＣＯガスをチャンバ内に導入するようにしてもよい。
【実施例0035】
本発明に係るシリコン基板、及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に基づき以下の実験を行った。
【0036】
（実験１）
（実施例１）
実施例１では、チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶から、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これをチャンバ内に配置し、チャンバ内の炭素濃度が高い状態に維持されるようＣＯ２ガスを導入した。そして、チャンバ内を１２００℃で１時間保持することにより熱処理を実施した。
熱処理後、シリコン基板表面に形成された酸化膜はＨＦ洗浄により除去し、その後、熱フィラメントＣＶＤ法により基板表面に厚さ５μｍのダイヤモンド皮膜を形成した。
前記形成されたダイヤモンド皮膜に対し、目視による外観検査を実施し、捲れやひび割れ等が発生した箇所を測定した。
（実施例１）
実施例１では、チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶から、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これをチャンバ内に配置し、チャンバ内の炭素濃度が高い状態に維持されるようＣＯ２ガスを導入した。そして、チャンバ内を１２００℃で１時間保持することにより熱処理を実施した。
熱処理後、シリコン基板表面に形成された酸化膜はＨＦ洗浄により除去し、その後、熱フィラメントＣＶＤ法により基板表面に厚さ５μｍのダイヤモンド皮膜を形成した。
前記形成されたダイヤモンド皮膜に対し、目視による外観検査を実施し、捲れやひび割れ等が発生した箇所を測定した。
【0037】
（比較例１）
比較例１では、実施例１と同様に直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これに濃度１×１０１６atoms/cm3の炭素、濃度１×１０１８atoms/cm3の酸素を含有させ、熱フィラメントＣＶＤ法により基板表面に厚さ５μｍのダイヤモンド皮膜を形成した。
前記形成されたダイヤモンド皮膜に対し、目視による外観検査を実施し、捲れやひび割れ等が発生した箇所を測定した。
比較例１では、実施例１と同様に直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これに濃度１×１０１６atoms/cm3の炭素、濃度１×１０１８atoms/cm3の酸素を含有させ、熱フィラメントＣＶＤ法により基板表面に厚さ５μｍのダイヤモンド皮膜を形成した。
前記形成されたダイヤモンド皮膜に対し、目視による外観検査を実施し、捲れやひび割れ等が発生した箇所を測定した。
【0038】
実施例１及び比較例１の結果を図４のグラフに示す。図４のグラフにおいて縦軸はダイヤモンド皮膜の欠陥数である。
このグラフから実施例１のダイヤモンド被膜の欠陥数は、比較例１の５分の１程度となり低く抑えられた。即ち、実施例１ではシリコン基板とダイヤモンド皮膜との高い密着性が得られたことを確認した。
このグラフから実施例１のダイヤモンド被膜の欠陥数は、比較例１の５分の１程度となり低く抑えられた。即ち、実施例１ではシリコン基板とダイヤモンド皮膜との高い密着性が得られたことを確認した。
【0039】
（実験２）
実験２では、本願発明においてチャンバ内に炭素ガスを導入し熱処理する際の温度の条件により、基板中に注入される炭素の濃度がどのように変化するかを検証した。
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様に直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これをチャンバ内に配置し、チャンバ内の炭素濃度が高い状態に維持されるようＣＯ２ガスを導入した。そして、チャンバ内を１０００℃で１時間保持することにより熱処理を実施した。
熱処理後、シリコン基板表面に形成された酸化膜はＨＦ洗浄により除去した。
前記シリコン基板の表面から深さ方向に沿って炭素濃度を測定した。
実験２では、本願発明においてチャンバ内に炭素ガスを導入し熱処理する際の温度の条件により、基板中に注入される炭素の濃度がどのように変化するかを検証した。
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様に直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これをチャンバ内に配置し、チャンバ内の炭素濃度が高い状態に維持されるようＣＯ２ガスを導入した。そして、チャンバ内を１０００℃で１時間保持することにより熱処理を実施した。
熱処理後、シリコン基板表面に形成された酸化膜はＨＦ洗浄により除去した。
前記シリコン基板の表面から深さ方向に沿って炭素濃度を測定した。
【0040】
（実施例３）
実施例３では、熱処理におけるチャンバ内の温度を１１００℃とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
実施例３では、熱処理におけるチャンバ内の温度を１１００℃とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
【0041】
（実施例４）
実施例４では、熱処理におけるチャンバ内の温度を１２００℃とした。その他の条件は、実施例３と同じである。
実施例４では、熱処理におけるチャンバ内の温度を１２００℃とした。その他の条件は、実施例３と同じである。
【0042】
実施例２～４の結果を図５のグラフに示す。図５のグラフにおいて、縦軸は炭素濃度（atoms/cm3）、横軸は基板表面からの深さ（μｍ）を示す。
図５のグラフより、実施例４のように１２００℃で１時間、熱処理を実施することにより、深さ５μｍまでの表面領域における炭素濃度を１×１０１８atoms/cm3程度まで上げることができ、深さ２０μｍよりも深いバルク領域では１×１０１６atoms/cm3以下に抑えることができることを確認した。
実施例２（温度１０００℃）では、表面領域における炭素濃度を高く形成することができなかった。
以上から、熱処理温度は１２００℃以上で少なくとも１時間であることが望ましいと確認した。
図５のグラフより、実施例４のように１２００℃で１時間、熱処理を実施することにより、深さ５μｍまでの表面領域における炭素濃度を１×１０１８atoms/cm3程度まで上げることができ、深さ２０μｍよりも深いバルク領域では１×１０１６atoms/cm3以下に抑えることができることを確認した。
実施例２（温度１０００℃）では、表面領域における炭素濃度を高く形成することができなかった。
以上から、熱処理温度は１２００℃以上で少なくとも１時間であることが望ましいと確認した。
【0043】
（実施例５）
実施例５では、熱処理においてチャンバ内に導入するガスをＣＯガス、１０００℃、１時間とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
実施例５では、熱処理においてチャンバ内に導入するガスをＣＯガス、１０００℃、１時間とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
【0044】
（実施例６）
実施例６では、熱処理においてチャンバ内に導入するガスをＣＯガス、１１００℃、１時間とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
実施例６では、熱処理においてチャンバ内に導入するガスをＣＯガス、１１００℃、１時間とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
【0045】
（実施例７）
実施例７では、熱処理においてチャンバ内に導入するガスをＣＯガス、１２００℃、１時間とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
実施例７では、熱処理においてチャンバ内に導入するガスをＣＯガス、１２００℃、１時間とした。その他の条件は、実施例２と同じである。
【0046】
実施例５～７の結果を図６のグラフに示す。図６のグラフにおいて、縦軸は炭素濃度（atoms/cm3）、横軸は基板表面からの深さ（μｍ）を示す。
図６のグラフより、実施例７のように１２００℃で１時間、熱処理を実施することにより、深さ５μｍまでの表面領域における炭素濃度を１×１０１８atoms/cm3程度まで上げることができ、深さ２０μｍよりも深いバルク領域では１×１０１６atoms/cm3以下に抑えることができることを確認した。
実施例５（温度１０００℃）では、表面領域における炭素濃度を高く形成することができなかった。
以上から、熱処理温度は１２００℃以上で少なくとも１時間であることが望ましいと確認した。
図６のグラフより、実施例７のように１２００℃で１時間、熱処理を実施することにより、深さ５μｍまでの表面領域における炭素濃度を１×１０１８atoms/cm3程度まで上げることができ、深さ２０μｍよりも深いバルク領域では１×１０１６atoms/cm3以下に抑えることができることを確認した。
実施例５（温度１０００℃）では、表面領域における炭素濃度を高く形成することができなかった。
以上から、熱処理温度は１２００℃以上で少なくとも１時間であることが望ましいと確認した。
【0047】
（実験３）
実験３では、本願発明により得られたシリコン基板の表面層における酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）の分布をＲＢＳ（ラザフォード後方散乱法）／ＮＲＡ（核反応法）法により測定し検証した。
（実施例８）
実施例８では、実施例１と同様に直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これをチャンバ内に配置し、チャンバ内の炭素濃度が高い状態に維持されるようＣＯ２ガスを導入した。そして、チャンバ内を１２００℃で１時間保持することにより熱処理を実施した。
得られたシリコン基板の表面から深さ方向に沿って酸素、ケイ素、炭素の分布を測定した。
実験３では、本願発明により得られたシリコン基板の表面層における酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）の分布をＲＢＳ（ラザフォード後方散乱法）／ＮＲＡ（核反応法）法により測定し検証した。
（実施例８）
実施例８では、実施例１と同様に直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン基板を用意し、これをチャンバ内に配置し、チャンバ内の炭素濃度が高い状態に維持されるようＣＯ２ガスを導入した。そして、チャンバ内を１２００℃で１時間保持することにより熱処理を実施した。
得られたシリコン基板の表面から深さ方向に沿って酸素、ケイ素、炭素の分布を測定した。
【0048】
実施例８の結果を図７のグラフに示す。図７のグラフにおいて縦軸は原子比（Atomic Ratio）、横軸は基板表面からの深さ（ｎｍ）である。
図７のグラフから、基板表面から深さ２３０ｎｍ程度までは、一定の割合で炭素が含まれることを確認した。また、このグラフからＣＯ２ガスで熱処理したウェーハ表面に形成される被膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であることを確認できた。尚、ＳｉＯ２はＨＦ洗浄により容易に除去可能であり、ダイヤモンドを形成させるＳｉ面を容易に表面に出すことができる。
図７のグラフから、基板表面から深さ２３０ｎｍ程度までは、一定の割合で炭素が含まれることを確認した。また、このグラフからＣＯ２ガスで熱処理したウェーハ表面に形成される被膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であることを確認できた。尚、ＳｉＯ２はＨＦ洗浄により容易に除去可能であり、ダイヤモンドを形成させるＳｉ面を容易に表面に出すことができる。
【0049】
実施例９では、チャンバ内に導入するガスをＣＯガスとした。その他の条件は実施例８と同じである。
実施例９の結果を図８のグラフに示す。図８のグラフにおいて縦軸は原子比（Atomic Ratio）、横軸は基板表面からの深さ（ｎｍ）である。
図８のグラフから、基板表面から深さ６０ｎｍ程度までは、炭素を含む被膜が含まれることを確認した。また、このグラフからＣＯガスで熱処理したウェーハ表面に形成される被膜が単純なシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）ではないことを確認できた。即ち、ＳｉＯ２膜とＳｉとの界面にＳｉＯＣ系の膜が形成されていることを確認できる。ＨＦ洗浄によりＳｉＯ２を除去すると、ＳｉＯＣ系膜が表面に残るが、このＳｉＯＣ系膜はダイヤモンド被膜形成の助けになり、Ｓｉとダイヤモンド被膜との密着性も向上する。
実施例９の結果を図８のグラフに示す。図８のグラフにおいて縦軸は原子比（Atomic Ratio）、横軸は基板表面からの深さ（ｎｍ）である。
図８のグラフから、基板表面から深さ６０ｎｍ程度までは、炭素を含む被膜が含まれることを確認した。また、このグラフからＣＯガスで熱処理したウェーハ表面に形成される被膜が単純なシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）ではないことを確認できた。即ち、ＳｉＯ２膜とＳｉとの界面にＳｉＯＣ系の膜が形成されていることを確認できる。ＨＦ洗浄によりＳｉＯ２を除去すると、ＳｉＯＣ系膜が表面に残るが、このＳｉＯＣ系膜はダイヤモンド被膜形成の助けになり、Ｓｉとダイヤモンド被膜との密着性も向上する。
【0050】
以上のように本発明によれば、ダイヤモンド薄膜との密着性が良好であって、且つ基板直径が大きくても基板面全体にわたり強く均一性が高い密着性を有するシリコン基板を提供できると確認した。
【符号の説明】
【0051】
１ シリコン基板
２ 表面領域
３ バルク領域
５ ダイヤモンド薄膜
１０ 熱処理装置
２０ チャンバ
２０ａ 雰囲気ガス導入口
２０ｂ 雰囲気ガス排出口
２５ 反応空間
３０ ランプ
４０ 基板支持部
２ 表面領域
３ バルク領域
５ ダイヤモンド薄膜
１０ 熱処理装置
２０ チャンバ
２０ａ 雰囲気ガス導入口
２０ｂ 雰囲気ガス排出口
２５ 反応空間
３０ ランプ
４０ 基板支持部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】