具体实施方式

(外延硅晶片的制造方法)

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1中示出了基于本发明的外延硅晶片的制造方法的流程。基于本发明的外延硅晶片的制造方法的特征在于，包括如下工序：第1工序，对具有正面11a、背面11b及边缘区域11c的硅晶片11(图1中的图1(a))，在含碳气体气氛下以800℃以上且980℃以下的温度实施热处理，在硅晶片11的至少正面11a侧的表层部形成碳扩散层12(图1中的图1(b))；以及第2工序，在形成于硅晶片11的正面11a侧的表层部的碳扩散层12上，以900℃以上且1000℃以下的温度形成硅外延层13(图1中的图1(c))。

如上所述，在专利文献2及专利文献3中提出了一种使碳向硅晶片内部扩散，并将所形成的碳扩散层用作吸杂层的技术。但是，在利用专利文献2的方法制造的外延晶片中形成有许多外延缺陷，而利用专利文献3的方法制造的外延晶片的吸杂能力不充分。

本发明的发明人对上述问题的原因进行了详细调查。其结果判断出，利用专利文献3的方法而获得的外延晶片的吸杂能力不充分的原因在于：由于热处理温度低至500℃～750℃，因此含碳膜中的碳未充分地扩散至晶片内。

另一方面，得知在利用专利文献2的方法而获得的外延晶片中形成有许多外延缺陷的原因在于：虽然通过热处理在硅晶片的表层部形成碳扩散层，但由于热处理温度高至1000℃～1200℃，因此构成碳扩散层的硅升华，并且残留的碳彼此结合而析出，而晶片表层部的晶体结构混乱。

根据以上研究，期望通过在专利文献3中所记载的温度与专利文献2中所记载的温度之间的温度下进行热处理，能够制造在抑制外延缺陷的形成的同时吸杂能力高的外延晶片。

然而，得知当本发明的发明人在上述温度范围内进行热处理来制造外延硅晶片时，依然会形成许多外延缺陷。因此，本发明的发明人对其原因进行了调查。结果得知其原因在于：形成于碳扩散层上的硅外延层的一般的形成温度为1150℃左右，但由于该形成温度高，因此碳扩散层中的硅如上所述那样升华，且碳析出。

根据以上的研究，本发明的发明人得出了如下结论：为了制造在抑制外延缺陷的形成的同时吸杂能力高的外延硅晶片，需要在含碳气体气氛下，在碳充分地向硅晶片的内部扩散并且不会导致因所形成的碳扩散层的硅升华而引起碳析出的温度下进行硅晶片的热处理，并且硅外延层也需要在不会导致因所形成的碳扩散层的硅升华而引起碳析出的较低的温度下形成。

而且，本发明的发明人对具体的温度条件进行了深入研究，结果发现，通过以800℃以上且980以下的温度进行含碳气体气氛下的硅晶片的热处理，且以900℃以上且1000℃以下的温度进行硅外延层的形成，可获得在抑制外延缺陷的形成的同时吸杂能力高的外延硅晶片，从而完成了本发明。以下，对各工序进行说明。

<第1工序>

首先，对具有正面11a、背面11b及边缘区域11c的硅晶片11(图1中的图1(a))，在含碳气体气氛下以800℃以上且980℃以下的温度实施热处理，在硅晶片11的至少正面11a侧的表层部形成碳扩散层12(图1中的图1(b))。

作为硅晶片11，能够使用对利用提拉法(CZ法)或悬浮区熔法(FZ法)培育的单晶硅锭实施晶片加工而获得的硅晶片。为了获得更高的吸杂能力，也可以以对硅晶片11添加碳及/或氮。并且，也可以添加任意的适当的杂质而制成n型或p型。硅晶片11的直径例如能够设为200mm或300mm、450mm。关于电阻率，也可以根据设计适当地进行设定。

在本发明中，“含碳气体气氛”是指由包含碳的气体构成的气氛。作为上述包含碳的气体，可列举甲烷气体、乙烷气体、丙烷气体等。其中，从提高碳对硅晶片11的反应效率的观点考虑，优选使用丙烷气体或乙烷气体。

并且，硅晶片11的氧浓度优选为1×10¹⁷原子/cm³以上且1×10¹⁸原子/cm³以下。由此，能够在抑制滑移(slip)的产生的同时抑制由氧析出引起的外延缺陷的形成。

如上所述，在本发明中，重要的是将含碳气体气氛下的热处理温度设为800℃以上且980℃以下。在热处理温度小于800℃的情况下，无法使构成含碳气体气氛的包含碳的气体、例如甲烷气体分解，而无法使碳从硅晶片11的表面向晶片内部扩散。

另一方面，在热处理温度超过980℃的情况下，由于热能高，因此所形成的碳扩散层12中的硅升华。其结果，碳扩散层12中所残留的碳彼此结合而析出，硅的晶体结构混乱，在形成于碳扩散层12上的硅外延层13中形成许多外延缺陷。因此，将热处理温度设为800℃以上且980℃以下。更优选将热处理温度设为800℃以上且950℃以下。

通过在上述范围的温度下进行热处理，能够在不扰乱硅晶片11的表层部的晶体结构的情况下使碳向晶片内部扩散而形成碳扩散层12。而且，碳扩散层12中所含的碳的浓度成为1×10¹⁷/cm³以上且1×10²⁰/cm³以下，能够使碳扩散层12中含有对于重金属的吸杂而言充分浓度的碳。另外，上述碳浓度为硅晶片11的内部的最大浓度，且碳浓度在硅晶片11与硅外延层13的界面处成为最大(峰值)。

并且，热处理时间优选设为1分钟以上且40分钟以下。将热处理时间设为1分钟以上，由此使含碳气体气氛中的碳从硅晶片11的表面充分地扩散，从而能够在硅晶片11的表层部形成包含高浓度的碳的碳扩散层12。通过将热处理时间设为1分钟以上，碳扩散层12的厚度成为20nm以上。并且，即使进行超过40分钟的热处理，碳向晶片内部的扩散也饱和。因此，热处理时间的上限优选设为40分钟以下。所形成的碳扩散层12的厚度的上限大致为200nm。

另外，如图2所示，碳扩散层12不仅可以形成于硅晶片11的正面11a侧的表层部，还可以形成于背面11b侧的表层部。由此，关于所形成的背面11b侧的表层部的碳扩散层12，能够用作吸杂层，能够进一步地提高吸杂能力。

并且，碳扩散层12也可以仅形成于硅晶片11的正面11a侧的表层部。由此，能够抑制由碳造成的污染。另外，碳扩散层12也可以形成于边缘区域11c。

关于碳扩散层12的仅在硅晶片11的正面11a侧的表层部的形成，例如能够使用如图3所示的基座来进行，而不是使用通过线接触支撑硅晶片11的边缘区域11c的类型的基座来进行。即，图3所示的基座20具有由侧壁21a及底面21b区划的凹部21，且底面21b具有比硅晶片11大的直径。通过在这种基座20的底面21b上配置硅晶片11，并在使背面11b与底面21b接触的状态下进行热处理，能够仅在正面11a侧的表层部形成碳扩散层12。

并且，如图4所示，通过在硅晶片11的背面11b上形成保护膜14(第3工序)，并在形成有保护膜14的状态下进行上述热处理，能够仅在硅晶片11的正面11a侧的表层部形成碳扩散层12。所形成的保护膜14能够在后述的第2工序之前或之后，例如通过进行抛光来去除(第4工序)。并且，作为保护膜14，只要是能够防止碳的扩散的膜即可，能够应用氧化膜或氮化膜等。

而且，也能够通过在硅晶片11的正面11a侧及背面11b侧这两者的表层部暂时形成碳扩散层12后，将形成于背面11b侧的表层部的碳扩散层12去除，从而仅在正面11a侧的表层部形成碳扩散层12。关于形成于背面11b侧的表层部的碳扩散层12，能够在后述的第2工序之前或之后，例如通过进行抛光来去除(第5工序)。

此外，为了使碳扩散层12仅形成于硅晶片11的正面11a侧的表层部，如图5所示，也可以准备使背面11b彼此重叠的两片硅晶片11，并在第1工序中，将碳扩散层12形成于两片硅晶片11各自的正面11a侧的表层部。该情况下，在第1工序之后将两片硅晶片相互剥离(第6工序)，在第2工序中，在形成于正面11a侧的表层部的碳扩散层12上形成硅外延层13。

另外，在以上述方式将碳扩散层12仅形成于硅晶片11的正面11a侧的表层部的情况下，在对晶片11的外周部进行了倒角加工的边缘区域11c的表层部也形成碳扩散层12。形成于该边缘区域11c的碳扩散层12的碳由于受到在之后的器件工艺过程中实施的热处理而向晶片外进行向外扩散，有碳被硅外延层(器件形成区域)13吸收的可能性。因此，优选在后述的第2工序之前，将形成于边缘区域11c的表层部的碳扩散层12去除(第7工序)。该形成于边缘区域11c的表层部的碳扩散层12能够通过进行抛光来去除。

上述第1工序能够在进行后述第2工序的外延生长炉内进行。具体而言，首先，向外延生长炉导入硅晶片11，并向炉内导入氢气，升温至1100℃～1150℃来进行氢烘烤，将硅晶片11表面的自然氧化膜去除。然后，将炉内的温度降温至800℃～980℃的温度，向炉内导入氢气(载气)及甲烷气体等含碳气体，例如保持1分钟。由此，使碳从硅晶片11的表面向晶片内部扩散，能够至少在正面11a上形成碳扩散层12。接着，能够进行第2工序的硅外延层13的形成。

并且，第1工序能够通过如下方式进行：向能够导入含碳气体的专用的热处理装置内导入作为基板的硅晶片11，然后向炉内导入含碳气体而使炉内成为含碳气体气氛，然后升温至规定的热处理温度。热处理装置并无特别限定，能够使用立式或卧式的装置。并且，也可以使用如RTA装置那样处理一片晶片的装置，但优选使用能够同时对多片晶片进行热处理的批次式热处理装置。该情况下，能够通过向外延生长炉内导入热处理后的硅晶片11来进行第2工序。

<第2工序>

接着，在第1工序中形成于正面11a侧的表层部的碳扩散层12上，以900℃以上且1000℃以下的温度形成硅外延层13(图1中的图1(c))。这可利用例如CVD法等气相生长法来进行。

具体而言，向外延生长炉内导入在第1工序中形成有碳扩散层12的硅晶片11，并向炉内导入氢气，升温至1100℃～1150℃左右来进行氢烘烤，将硅晶片11表面的自然氧化膜去除。然后，例如将氢气作为载气、将甲硅烷气体(SiH₄)、二氯甲硅烷气体(SiH₂Cl₂)等可在900℃以上且1000℃以下分解的硅烷系气体作为源气体而导入到炉内。由此，能够在碳扩散层12上形成硅外延层13。并且，从增加碳扩散层12中的氢浓度的观点考虑，优选使用氢键多的甲硅烷气体(SiH₄)。

硅外延层13的厚度能够根据设计适当地进行设定，但例如能够设为1μm～15μm的范围内。并且，关于硅外延层13的电阻率，也能够根据设计适当地进行设定。

在硅外延层13的形成温度小于900℃的情况下，无法良好地进行作为源气体的硅烷系气体的分解。并且，在硅外延层13的形成温度超过1000℃的情况下，在第1工序中形成的碳扩散层12中的硅升华而碳彼此结合而析出。其结果，硅的晶体结构混乱，在形成于碳扩散层12上的硅外延层13形成许多外延缺陷。因此，将硅外延层13的形成温度设为900℃以上且1000℃以下。

如此，能够制造基于本发明的外延硅晶片1。源气体中所含的氢或作为载气的氢气的氢被捕获在所形成的碳扩散层12中。被捕获在该碳扩散层12内的氢具有如下作用：在器件形成工序的热处理中向硅外延层13内扩散而将硅外延层13内的缺陷钝化。在本发明中，在900℃以上且1000℃以下的比较低的温度下进行硅外延层13的形成。因此，与在1150℃左右的高温下形成硅外延层13的情况相比，能够使碳扩散层12捕获高浓度的氢，能够提高缺陷的钝化效果。

在此，被碳扩散层12捕获的氢的峰值浓度为1×10¹⁸原子/cm³以上且1×10²⁰原子/cm³以下。另外，上述氢浓度为硅晶片11的内部的最大浓度，且氢浓度在碳扩散层12内成为最大(峰值)。

(外延硅晶片)

接着，对基于本发明的外延硅晶片进行说明。基于本发明的外延硅晶片1具有：碳扩散层12，形成于具有正面11a、背面11b及边缘区域11c的硅晶片11的至少正面11a侧的表层部；以及硅外延层13，形成于正面11a侧的表层部的碳扩散层12上。在此，基于本发明的外延硅晶片1的特征在于：碳扩散层12的碳峰值浓度为1×10¹⁷/cm³以上且1×10²⁰/cm³以下，碳扩散层12的氢峰值浓度为1×10¹⁸原子/cm³以上且1×10²⁰原子/cm³以下。

如上所述，在基于本发明的外延硅晶片的制造方法中，在800℃以上且980℃以下的比较低的温度下进行含碳气体气氛下的硅晶片11的热处理。由此，碳扩散层12的碳峰值浓度成为1×10¹⁷/cm³以上且1×10²⁰/cm³以下，碳扩散层12具有高吸杂能力。

并且，不仅上述比较低的温度下的热处理，硅外延层13的形成也在比较低的温度下进行。其结果，外延缺陷的形成得到抑制，90nm以上的尺寸的外延缺陷为四个以下。如此，基于本发明的外延硅晶片1不仅外延缺陷少，而且具有高吸杂能力。

碳扩散层12的厚度为20nm以上且200nm以下。并且，碳扩散层12含有1×10¹⁸原子/cm³以上且1×10²⁰原子/cm³以下的高峰值浓度的氢，从而具有当进行器件形成工序的热处理时在硅外延层13内扩散而将缺陷钝化的作用。

可以仅在硅晶片11的正面11a侧的表层部具有碳扩散层12，也可以在正面11a侧及背面11b侧这两者的表层部具有碳扩散层12。并且，优选设为碳扩散层12不形成于边缘区域11c的表层部。

实施例

以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明并不限定于实施例。

(发明例1)

首先，作为外延硅晶片的基板，准备了对利用CZ法培育的单晶硅锭实施晶片加工而获得的直径200mm的n型硅晶片(电阻率：50Ω·cm，掺杂剂：磷，磷浓度：8.6×10¹³原子/cm³，氧浓度：9×10¹⁷原子/cm³)。将该硅晶片导入到热处理炉内，并载置于图3所示的基座上。接着，向炉内导入乙烷气体而设成乙烷气体气氛后，将炉内的温度升温至800℃，对硅晶片实施1分钟的热处理，在硅晶片的正面侧的表层部形成了碳扩散层。然后，在从热处理炉中取出形成有碳扩散层的硅晶片后，将形成有碳扩散层的硅晶片导入到外延生长炉内，向炉内导入了氢气。然后，将炉内的温度降温至980℃后，将氢气作为载气、将甲硅烷气体(SiH₄)作为源气体、将磷化氢(PH₄)作为掺杂气体而导入到炉内，在碳扩散层上形成了n型的硅外延层(掺杂剂：磷，电阻率：10Ω·cm，厚度：4μm)。如此，获得了发明例1的外延硅晶片。

(发明例2)

与发明例1同样地制作了外延硅晶片。但是，将第1工序的热处理温度设为950℃，获得了发明例2的外延硅晶片。其他条件与发明例1完全相同。

(发明例3)

与发明例1同样地制作了外延硅晶片。但是，将第1工序的热处理温度设为980℃，获得了发明例3的外延硅晶片。其他条件与发明例1完全相同。

(比较例1)

与发明例1同样地制作了外延硅晶片。但是，将第1工序的热处理温度设为750℃，获得了比较例1的外延硅晶片。其他条件与发明例1完全相同。

(比较例2)

与发明例1同样地制作了外延硅晶片。但是，将第1工序的热处理温度设为1000℃，获得了比较例2的外延硅晶片。其他条件与发明例1完全相同。

(比较例3)

与发明例1同样地制作了外延硅晶片。但是，将第1工序的热处理温度设为1100℃，获得了比较例3的外延硅晶片。

(发明例4)

与发明例2同样地制作了外延硅晶片。但是，将第2工序的外延层的形成温度设为900℃，获得了发明例4的外延硅晶片。其他条件与发明例2完全相同。

(发明例5)

与发明例2同样地制作了外延硅晶片。但是，将第2工序的硅外延层的形成温度设为1000℃，获得了发明例5的外延硅晶片。其他条件与发明例2完全相同。

(比较例4)

与发明例2同样地制作了外延硅晶片。但是，将第2工序的外延层的形成温度设为850℃。其结果，无法使硅外延层生长。

(比较例5)

与发明例2同样地制作了外延硅晶片。但是，将第2工序的外延层的形成温度设为1180℃，获得了比较例5的外延硅晶片。其他条件与发明例2完全相同。

<外延缺陷的评价>

对于上述发明例1～发明例5及比较例1～比较例3、比较例5的各外延硅晶片，分别评价了形成于硅外延层的外延缺陷的数量。具体而言，使用表面缺陷检查装置(KLA-Tencor公司制造：Surfscan SP-2)，对各样品的外延晶片的表面进行观察评价，调查了90nm尺寸以上的亮点缺陷(Light Point Defect，LPD)的产生状况。此时，将观察模式设为Oblique(倾斜)模式(倾斜入射模式)，根据Wide Narrow(宽/窄)通道的检测尺寸比进行了表面凹陷的推定。接着，使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)，对LPD的产生部位进行观察评价，评价了LPD是否为堆垛层错(Stacking Fault，SF)。将检测到的外延缺陷的个数(个/晶片)示于表1。

[表1]

从表1可以明显看出，关于发明例1～发明例5及比较例1，每一片晶片中的外延缺陷的形成个数小于5个。另一方面，关于热处理温度为1000℃以上的比较例2及比较例3以及硅外延层的形成温度超过1000℃的比较例5，形成了许多外延缺陷。认为其原因在于：所形成的碳扩散层的硅升华而碳析出。

<吸杂能力的评价>

对于上述发明例1～发明例5、比较例1～比较例3、比较例5的各外延硅晶片，分别评价了吸杂能力。具体而言，利用Ni污染液(1.0×10¹³/cm²)并使用旋转涂布污染法故意污染各外延晶片的外延层表面，接着在氮气氛中以1000℃实施了3分钟的扩散热处理。然后，进行3分钟的光蚀刻，使用光学显微镜来观察可在外延层表面上观察到的凹陷，通过凹陷的有无评价了吸杂能力。将评价结果示于表1。

从表1可以明显看出，关于发明例1～发明例5、比较例2、比较例3及比较例5，未观察到凹陷，但关于热处理温度低至750℃的比较例1，观察到凹陷，吸杂能力不充分。认为其原因在于：在比较例1中，由于热处理温度低，因此无法使碳充分地向晶片内部扩散。

<碳浓度及氢浓度的评价>

关于发明例1～发明例5、比较例1～比较例3、比较例5，对所获得的外延硅晶片进行SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry：二次离子质谱法)测定，测定了碳浓度及氢浓度。将所获得的碳浓度及氢浓度示于表1。并且，将发明例2的外延硅晶片中的碳及氢的浓度分布示于图6。

如表1所示，关于发明例1～发明例5及热处理温度高的比较例2、比较例3、比较例5，碳浓度为5×10¹⁸原子/cm³以上，具有高吸杂能力。相对于此，关于比较例1，由于热处理温度低，因此无法使碳充分地向晶片内部扩散，吸杂能力不充分。

并且，关于氢浓度，在吸杂能力高的发明例1～发明例5中，热处理温度比较低的发明例1为10¹⁸原子/cm³程度，但发明例2～发明例5为10¹⁹原子/cm³程度，碳扩散层含有高浓度的氢。并且，关于硅外延层的形成温度在本发明所规定的范围内的比较例2及比较例3，氢浓度为10¹⁹原子/cm³程度。

产业上的可利用性

根据本发明，能够制造在抑制外延缺陷的形成的同时具有高吸杂能力的外延硅晶片，因此可以用于半导体晶片制造业中。

附图标记说明

1-外延硅晶片，11-硅晶片，11a-正面，11b-背面，11c-边缘区域，12-碳扩散层，13-硅外延层，14-保护层，20-基座，21-凹部，21a-侧壁，21b-底面。