(57)【要約】【課題】重金属を捕捉するゲッタリングサイトを短時間で容易に形成することが可能な半導体デバイス向け半導体基板の製造方法を提供する。【解決手段】ゲッタリングシンクの形成形状としては、単結晶ウェーハの一面に対して平行に広がり、かつ単結晶ウェーハ２の厚み方向に延びる任意の３次元形状に形成されれば良い。ゲッタリングシンクの具体的な形状としては、例えば、立方体形状、直方体形状、円柱形状などが挙げられる。【選択図】図６
2010283023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ照射装置を用いて、半導体基板の一面にレーザビームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、前記微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、前記微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成するゲッタリングシンク形成工程を少なくとも備え
前記ゲッタリングシンクは、前記半導体基板の一面に対して平行に広がり、かつ前記半導体基板の厚み方向に延びる任意の３次元形状を成すことを特徴とする半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記ゲッタリングシンクは、立方体形状、直方体形状、または円柱形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記ゲッタリングシンクは、前記半導体基板の厚み方向に沿って、互いに重なる位置に複数形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記超短パルスレーザビームは、前記微小領域において、ピーク出力密度が１．０×１０６〜１．０×１０１１秒Ｗ／ｃｍ２、ビーム径が１μｍ〜１０ｍｍの範囲となるように制御されることを特徴とする請求項４記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板は単結晶シリコンからなり、前記ゲッタリングシンクはアモルファス構造のシリコンを少なくとも含むことを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記ゲッタリングシンク形成工程は、窒素、アルゴン、水素のうち、少なくとも何れか１種を含む非酸化性ガス雰囲気で行うことを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板の一面に、エピタキシャル結晶層を形成するエピタキシャル成長工程を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか１項記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法によって得られた半導体デバイス向け半導体基板のそれぞれのゲッタリングシンクに重なる位置に半導体素子を形成する素子形成工程と、
前記導体デバイス向け半導体基板を所定の温度でアニールし、前記ゲッタリングシンクに重金属を捕獲させるゲッタリング工程と、
を少なくとも備えたことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス向け半導体基板の製造方法、および半導体デバイスの製造方法に係り、詳しくは、任意の形状のゲッタリングサイトを短時間で容易に形成することが可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラ等の大幅な薄型化に伴って、これらの機器へ内蔵する半導体デバイス、例えば半導体メモリの薄型化が進んでいる。こうした半導体メモリは、例えばシリコン単結晶からなるシリコン基板（シリコンウェーハ）の一面にデバイスを形成することにより製造される。半導体メモリを薄型化するためには、シリコン基板の表面側にデバイスを形成した後、シリコン基板の裏面側を削って、例えば５０μｍ程度まで厚みを薄厚化する。
【０００３】
このような、半導体デバイスの薄厚化工程において、シリコン基板への重金属の混入が懸念されている。シリコン基板に重金属などの不純物が混入すると、リーク電流などにより、デバイス特性が著しく劣化する。このため、シリコン基板の薄厚化工程後におけるデバイス形成領域の重金属の分散を抑制することが重要になっている。
【０００４】
シリコン基板から重金属を除去する方法として、従来から、ゲッタリング法が一般的に知られている。これは、シリコン基板にゲッタリングサイトと呼ばれる重金属の捕捉領域を形成し、アニール処理などによってこのゲッタリングサイトに重金属を集めることによって、素子形成領域の重金属を低減させるものである。
【０００５】
こうしたゲッタリングサイトをシリコン基板に形成する方法として、例えば、シリコン基板に酸素析出物を形成するＩＧ（イントリンシックゲッタリング）法（例えば、特許文献１）、シリコン基板の裏面側にバックサイドダメージなどのゲッタリングサイトを形成するＥＧ（エキシントリックゲッタリング）法（例えば、特許文献２）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３８５０７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来から行われていたＩＧ法は、シリコン基板にデバイスを形成する前工程で用いられるものであり、シリコン基板に拡散した重金属を除去するために、６００℃以上の熱処理温度が必要である。しかしながら、シリコン基板にデバイスを形成した後に行われる熱処理温度は４００℃以下が殆どであり、デバイス形成後の薄厚化工程において混入した重金属を充分に捕捉できないという課題があった。
【０００８】
また、近年の半導体デバイスの薄厚化の進行によって、その厚みが５０〜４０μｍ以下、更には３０μｍ程度が要求される。このようなレベルの厚みでは、薄厚化工程において、シリコン基板に形成したゲッタリングシンクの大部分が削り取られてしまうため、充分なゲッタリング能力が得られないという課題があった。
【０００９】
一方、シリコン基板の裏面側にバックサイドダメージなどのゲッタリングサイトを形成するＥＧ法では、近年主流となりつつある３００ｍｍウェーハなどの大口径基板の場合、両面研磨されているために、裏面側にゲッタリングシンクを形成すること自体が困難である。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、重金属を捕捉するゲッタリングサイトを短時間で容易に形成することが可能な半導体デバイス向け半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、半導体素子の形成後に汚染された重金属を簡便かつ確実に素子形成領域から除去可能な半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は次のような半導体デバイス向け半導体基板の製造方法、および半導体デバイスの製造方法を提供する。
即ち、本発明の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法は、レーザ照射装置を用いて、半導体基板の一面にレーザビームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、前記微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、前記微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成するゲッタリングシンク形成工程を少なくとも備え
前記ゲッタリングシンクは、前記半導体基板の一面に対して平行に広がり、かつ前記半導体基板の厚み方向に延びる任意の３次元形状を成すことを特徴とする。
【００１３】
前記ゲッタリングシンクは、立方体形状、直方体形状、または円柱形状であればよい。
前記ゲッタリングシンクは、前記半導体基板の厚み方向に沿って、互いに重なる位置に複数形成されていてもよい。
【００１４】
前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであればよい。
前記超短パルスレーザビームは、前記微小領域において、ピーク出力密度が１．０×１０６〜１．０×１０１１秒Ｗ／ｃｍ２、ビーム径が１μｍ〜１０ｍｍの範囲となるように制御されればよい。
【００１５】
前記半導体基板は単結晶シリコンからなり、前記ゲッタリングシンクはアモルファス構造のシリコンを少なくとも含むことが好ましい。
前記ゲッタリングシンク形成工程は、窒素、アルゴン、水素のうち、少なくとも何れか１種を含む非酸化性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
前記半導体基板の一面に、エピタキシャル結晶層を形成するエピタキシャル成長工程を更に備えていてもよい。
【００１６】
本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記各項記載の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法によって得られた半導体デバイス向け半導体基板のそれぞれのゲッタリングシンクに重なる位置に半導体素子を形成する素子形成工程と、
前記導体デバイス向け半導体基板を所定の温度でアニールし、前記ゲッタリングシンクに重金属を捕獲させるゲッタリング工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法によれば、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザビームを集光させることによって、半導体基板の内部の微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造だけを変化させたゲッタリングシンクを容易に形成することが可能になる。
【００１８】
そして、こうしたゲッタリングシンクの形成工程において、ゲッタリングシンクの形状を半導体基板の一面に対して平行に広がり、かつ半導体基板の厚み方向に延びる任意の３次元形状にすることによって、レーザビームを集光による結晶転位の発生、伸長を抑制し、転位欠陥の少ないゲッタリングシンクを形成することができる。
【００１９】
また、本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、重金属が確実に捕捉された高性能な半導体デバイスを容易に、かつ短時間で製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】半導体デバイス向け半導体基板の一例を示す断面図である。
【図２】半導体デバイスの一例を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法を示す断面図である。
【図４】半導体デバイスの製造装置の一例を示す説明図である。
【図５】ゲッタリングシンクの形成工程を示す拡大断面図である。
【図６】ゲッタリングシンクの形状例を示す破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る半導体デバイス向け半導体基板の製造方法、および半導体デバイスの製造装置の実施形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために、一例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２２】
まず最初に、半導体デバイス向け半導体基板の構成例を説明する。図１は、本発明の半導体デバイス向け半導体基板を示す拡大断面図である。半導体デバイス向け半導体基板（以下、単に半導体基板と称する）１は、単結晶ウェーハ２と、この単結晶ウェーハ２の一面２ａに形成されたエピタキシャル層３とを備える。そして、単結晶ウェーハ２の一面２ａ近傍付近には、半導体基板１の重金属を捕捉するゲッタリングシンク４，４・・が形成されている。
【００２３】
このような半導体基板１は、半導体デバイス向け基板、例えば固体撮像素子製造用基板として好適に用いることができる。単結晶ウェーハ２は、例えば、シリコン単結晶ウェーハであればよい。エピタキシャル層３は、単結晶ウェーハ２の一面２ａから成長させたシリコンのエピタキシャル成長膜であればよい。
【００２４】
ゲッタリングシンク４は、シリコン単結晶の一部をアモルファス化させた（アモルファスライク）構造であればよい。ゲッタリングシンク４は、その結晶構造中に僅かな歪みが存在するだけで重金属を捕捉する能力があり、ごく一部をアモルファス化するだけでゲッタリングシンクとしての役割を果たすことができる。
【００２５】
なお、こうしたゲッタリングシンク４は、レーザビームの集光により、単結晶ウェーハ２の一部に多光子吸収過程を生じさせて結晶構造を改質する事によって形成される。ゲッタリングシンク４は、半導体基板１の一面に対して平行に広がり、かつ半導体基板１の厚み方向に延びる任意の３次元形状に形成される。
【００２６】
ゲッタリングシンク４の形成形状例として、立方体形状、直方体形状、または円柱形状などが挙げられる。こうしたゲッタリングシンク４の形成方法や、具体的な形状は、後ほど半導体デバイス向け半導体基板の製造方法にて詳述する。
【００２７】
ゲッタリングシンク４は、この半導体基板１を用いて固体撮像素子を形成する際に、少なくともそれぞれの半導体素子、例えば固体撮像素子の形成領域Ｓと重なる位置に形成されていればよい。例えば、１つのゲッタリングシンク４は、直径Ｒが５０〜１５０μｍ、厚みＴが１０〜１５０μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。また、ゲッタリングシンク４の形成深さＤは、単結晶ウェーハ２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。
なお、こうしたゲッタリングシンク４は、単結晶ウェーハ２の上層に成膜したエピタキシャル層３に形成しても良い。
【００２８】
次に、半導体デバイス向け半導体基板を用いた半導体デバイスの構成例について説明する。なお、以下の実施形態では、半導体デバイスの一例として、固体撮像素子を取り挙げる。
図２は、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板を用いて作成した固体撮像素子の一例を示す断面図である。固体撮像素子６０は、ｐ＋型の半導体基板（シリコン基板）２の上にｐ型のエピタキシャル層３を形成し、更に、単結晶ウェーハ２にゲッタリングシンク４を形成した半導体基板（半導体デバイス向け半導体基板）１を用いる。
【００２９】
エピタキシャル層２の所定位置には、第１のｎ型ウエル領域６１が形成される。この第１のｎ型ウエル領域６１の内部に、垂直転送レジスタを構成するｐ型の転送チャネル領域６３、ｎ型のチャネルストップ領域６４および第２のｎ型ウエル領域６５がそれぞれ形成されている。
【００３０】
更に、ゲート絶縁膜６２の所定位置には転送電極６６が形成されている。また、ｐ型の転送チャネル領域６３と第２のｎ型ウエル領域６５との間に、ｎ型の正電荷蓄積領域６７とｐ型の不純物拡散領域６８とを積層させたフォトダイオード（半導体素子）６９が形成される。そして、これらを覆う層間絶縁膜７１、およびフォトダイオード６９の直上方を除いた表面を覆う遮光膜７２を備えている。
【００３１】
このような構成の固体撮像素子６０は、単結晶ウェーハ２に形成されたゲッタリングシンク４によって、半導体基板１に含まれる重金属が確実に捕捉されているため、固体撮像素子６０の撮像特性を低下させる要因であるフォトダイオード（半導体素子）６９の暗時リーク電流を抑制することができる。
【００３２】
よって、本発明の半導体基板１を用いて固体撮像素子６０を形成することによって、暗時リーク電流の少ない、優れた撮像特性を持つ固体撮像素子６０を実現することができる。
【００３３】
次に、本発明の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法、およびこれを用いた半導体デバイスの製造方法について説明する。図３は、半導体デバイスの一例である固体撮像素子の製造方法を段階的に示した断面図である。
半導体デバイス向け半導体基板（以下、単に半導体基板と称する）を製造するにあたっては、ます、単結晶ウェーハ２を用意する（図３（ａ）参照）。単結晶ウェーハ２は、例えば、シリコン単結晶インゴットをスライスして製造されたシリコン単結晶ウェーハであればよい。
【００３４】
次に、この単結晶ウェーハ２の一面２ａに、例えば、エピタキシャル層３を形成する（図３（ｂ）参照：エピタキシャル成長工程）。エピタキシャル層３の形成にあたっては、例えば、エピタキシャル成長装置を用いて、単結晶ウェーハ２を所定温度まで加熱しつつ原料ガスを導入し、一面２ａにシリコン単結晶からなるエピタキシャル層３を成長させれば良い。
【００３５】
次に、エピタキシャル層３を形成した単結晶ウェーハ２をレーザ照射装置２０にセットし、単結晶ウェーハ２を移動させつつレーザビームを照射する（図３（ｃ）参照）。この時、レーザ発生装置１５から出射されたレーザビームは、集光用レンズ（集光手段）１１によって集光点（焦点）が単結晶ウェーハ２の一面２ａから、例えば数十μｍ程度深い位置になるように集光される。これにより、単結晶ウェーハ２の結晶構造が改質され、ゲッタリングシンク４が形成される（ゲッタリングシンク形成工程）。なお、このゲッタリングシンク４の形成工程は後ほど詳述する。
【００３６】
エピタキシャル層とゲッタリングシンク４が形成された単結晶ウェーハ２は、更にアニール装置８０によって所定の温度まで加熱される（図３（ｄ）参照：ゲッタリング工程）。これにより、単結晶ウェーハ２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク４に集められ、素子形成部分に重金属が極めて少ない半導体基板（半導体デバイス向け半導体基板）１が得られる。
【００３７】
この後、この半導体基板（半導体デバイス向け半導体基板）１のエピタキシャル層３に重ねて半導体デバイス、例えばフォトダイオード（半導体素子）を形成すれば（素子形成工程）、重金属によるリーク電流の少ない、優れた特性を持つ固体撮像素子（半導体デバイス）を得ることができる。
【００３８】
なお、この実施形態ではゲッタリング工程を半導体素子の形成前に予め行っているが、もちろん半導体素子の形成した後にアニールを行い、重金属をゲッタリングシンク４に集めるようにしてもよい。
【００３９】
図４は、単結晶ウェーハにゲッタリングシンクを形成するためのレーザー照射装置の一例を示す模式図である。レーザー照射装置２０は、レーザビームＱ１をパルス発振するレーザ発生装置１５、レーザビームＱ１のパルス等を制御するパルス制御回路（Ｑスイッチ）１６、レーザビームＱ１を反射してレーザビームＱ１の進行方向を単結晶ウェーハ２に向けて９０°変換させるビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ａ、ビームスプリッタ１７ａで反射されたレーザビームＱ１を集光する集光用レンズ（集光手段）１１を備えている。
【００４０】
また、エピタキシャル層３を形成した単結晶ウェーハ２を載置するステージ４０を備える。このステージ４０は、集光されたレーザビームＱ２を単結晶ウェーハ２の任意の位置で集光させて焦点を合わせるために、ステージ制御回路４５によって、鉛直方向Ｙおよび水平方向Ｘに移動可能に制御される。
【００４１】
レーザ発生装置１５およびパルス制御回路１６は、特に限定はされないが、単結晶ウェーハの内部における任意の位置の結晶構造を改質してゲッタリングシンクを形成できるレーザビームを照射できれば良く、半導体ウェーハを透過可能な波長域で、かつ短パルス周期での発振が可能なチタンサファイヤレーザが好適である。なお、表１に、一般的な半導体ウェーハ、およびシリコンウェーハのそれぞれにおいて、好適なレーザ照射条件の具体例を示す。
【００４２】
【表１】
2010283023.tif 000003
【００４３】
レーザ発生装置１５で発生させたレーザビームＱ１は、集光用レンズ１１により光路幅を収束され、この収束されたレーザビームＱ２が単結晶ウェーハ２０の任意の深さ位置Ｇで焦点を結像する（集光される）ように、ステージ４０が鉛直方向Ｙで制御される。集光用レンズ１１は、例えば倍率が１０〜３００倍、Ｎ．Ａが０．３〜０．９、レーザビームの波長に対する透過率が３０〜６０％の範囲が好ましい。
【００４４】
レーザー照射装置２０は、さらに可視光レーザ発生装置１９、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂ、ＣＣＤカメラ３０、ＣＣＤカメラ制御回路３５、結像用レンズ１２、中央制御回路５０、および表示手段５１とを備えている。
【００４５】
可視光レーザ発生装置１９で発生させた可視光レーザビームＱ３は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、単結晶ウェーハ２のエピタキシャル層３に達する。そして、エピタキシャル層３の表面で反射され、集光用レンズ１１およびビームスプリッタ１７ａおよび１７ｂを透過して結像用レンズ１２に到達する。結像用レンズ１２に到達した可視光レーザＱ３は、単結晶ウェーハ２の表面画像としてＣＣＤカメラ３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路３５に入力される。入力された撮像データに基づいて、ステージ制御回路４５はステージ４０の水平方向Ｘの移動量を制御する。
【００４６】
次に、エピタキシャル層３を形成した単結晶ウェーハ２にゲッタリングシンクを形成する方法を詳述する。図５は、レーザビームによって半導体ウェーハにゲッタリングシンクを形成する様子を示した模式図である。単結晶ウェーハ２にゲッタリングシンクを形成する際には、レーザ発生装置１５から出射されたレーザビームＱ１を集光用レンズ（集光手段）１１によって収束させる。収束されたレーザビームＱ２は、シリコンに対して透過可能な波長域であるため、エピタキシャル層３の表面に達した後、反射せずにそのまま入射する。
【００４７】
一方、エピタキシャル層３を形成した単結晶ウェーハ２は、レーザビームＱ２の集光点（焦点）が単結晶ウェーハ２の一面２ａから所定の深さＤになるように位置決めされる。これにより、レーザビームＱ２の集光点（焦点）だけ、単結晶ウェーハ２は多光子吸収過程が生じる。
【００４８】
多光子吸収過程は、周知のように、ごく短時間に多量の光子が特定の部位（照射領域）に照射することによって、照射領域だけに選択的に多量のエネルギーが吸収され、これにより、照射領域の結晶結合が変化するなどの反応を引き起こすものである。本発明においては、単結晶ウェーハ２の内部の任意の領域にレーザビームを集光させることによって、この集光点（焦点）において、単結晶構造の半導体ウェーハを改質し、部分的にアモルファスライクな結晶構造を生じさせる。こうした結晶構造の改質は、重金属の捕捉作用が生じる程度、即ち、結晶構造に僅かな歪を生じさせる程度で良い。
【００４９】
以上のように、単結晶ウェーハ２の内部の任意の微小領域にレーザビームＱ１を収束させたレーザビームＱ２の集光点（焦点）を設定し、この微小領域の結晶構造を改質することによって、単結晶ウェーハ２の任意の微小領域にゲッタリングシンク４を形成することができる。
【００５０】
ゲッタリングシンク４を形成するためのレーザビームは、レーザビームが集光点（焦点）に至るよりも前の光路においては、エピタキシャル層３や単結晶ウェーハ２の結晶構造を改質することなく、レーザビームが確実に透過可能な条件とすることが重要である。こうしたレーザビームの照射条件は、半導体材料の基礎物性値である禁制帯（エネルギーバンドギャップ）により決定される。例えば、シリコン半導体の禁制帯は、１．１ｅＶであるため入射波長が１０００ｎｍ以上の場合、透過性が顕著となる。このようにしてレーザビームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定することができる。
【００５１】
レーザビームの発生装置としては、ＹＡＧレーザのような高出力レーザでは、所定の深さ位置だけではなく、その周辺領域にも熱エネルギーが伝達する虞があるため、低出力レーザを用いることが好ましい。低出力レーザとしては、例えば、フェムト秒レーザのような超短パルスレーザが好適である。
【００５２】
この超短パルスレーザは、半導体レーザなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザ結晶）を励起することによって、レーザビームの波長を任意の範囲に設定することができる。超短パルスレーザは、励起レーザビームのパルス幅を１．０×１０−１５フェムト秒以下にすることができるため、その他のレーザと比較して励起によって生じる熱エネルギーの拡散を抑制でき、レーザビームの集光点（焦点）のみに光エネルギーを集中させることができる。
【００５３】
多光子吸収過程により結晶構造を改質して形成したゲッタリングシンク４は、おそらくアモルファスライクな結晶構造になっているものと推定される。このようなアモルファスライクの結晶構造を得るには、レーザビームが集光点（焦点）Ｇを局部的に急速加熱・急速冷却する必要がある。表１に示したような特性を持つ超短パルスレーザは、エネルギー量の小さいレーザであるが、集光用レンズ１１を用い集光することによって、半導体基板２０を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザビームが集光点（焦点）Ｇの温度は９９００〜１００００Ｋの高温に達する。また、集光されているために入熱範囲が大変狭く、単結晶ウェーハ２を載置したステージの移動、あるいはレーザビームの走査によって集光点（焦点）が移動すると、移動前の集光点（焦点）における入熱量は急激に減少し、急速冷却効果が得られる。
【００５４】
また、表１に示した超短パルスレーザのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、エピタキシャル層３や単結晶ウェーハ２に対する透過性が高められ、エピタキシャル層３などの結晶組織に影響を与えることなく、レーザビームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質することができる。この結晶構造の改質部分が半導体基板２のゲッタリングシンク４として好適に利用できる。
【００５５】
なお、レーザビームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザビームエネルギー）が低くくなる。このため、レーザビームを集光させても半導体基板内部の改質に十分な光子エネルギーを得ることができない虞があり、レーザビームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００５６】
レーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置、すなわち単結晶ウェーハ２にゲッタリングシンク４を形成する位置は、ステージを上下動させることによって制御できる。なお、ステージを上下動以外にも、集光手段（集光用レンズの）位置を制御することでもレーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置を制御できる。
【００５７】
一例として、半導体基板の表面から２μｍの位置を改質してゲッタリングシンク４を形成する場合には、レーザビームの波長を１０８０ｎｍに設定し、透過率が６０％の集光用レンズ（倍率５０倍)を用いて表面から２μｍの位置にレーザビームを結像（集光）させ、多光子吸収過程を生じさせることにより改質部分（ゲッタリングシンク）を形成することができる。
【００５８】
一方、ゲッタリングシンク４の形状は、レーザビームを単結晶ウェーハ２の一面に沿って走査させたり、ステージを左右に微動させたりすることで制御できる。ゲッタリングシンク４の形成形状としては、単結晶ウェーハ２の一面に対して平行に広がり、かつ単結晶ウェーハ２の厚み方向に延びる任意の３次元形状に形成されれば良い。ゲッタリングシンク４の具体的な形状としては、例えば、立方体形状、直方体形状、円柱形状などが挙げられる。
【００５９】
図６は、ゲッタリングシンクの形成形状例を示す破断斜視図である。図６（ａ）に示す半導体基板９１では、ゲッタリングシンク９２として、半導体基板９１の一面９１ａに対して円形を成し、かつ、半導体基板９１のの厚み方向Ｕに延びる３次元の円筒形状に形成されている。この円筒形状のゲッタリングシンク９２は、例えば、直径が５０〜１５０μｍ、厚みが１０〜１５０μｍの大きさの円筒形状に形成されればよい。
【００６０】
一方、図６（ｂ）に示す半導体基板９５では、ゲッタリングシンク９６として、半導体基板９５の一面９５ａに対して矩形を成し、かつ、半導体基板９５の厚み方向Ｕに延びる３次元の直方体形状に形成されている。この直方体形状のゲッタリングシンク９６は、例えば、一面９５ａに沿って広がる矩形の一辺が５０〜１５０μｍ、厚みが１０〜１５０μｍの大きさの直方体形状に形成されればよい。
【００６１】
これ以外にも、ゲッタリングシンクを例えば立方体形状、楕円体形状、球形など、任意の３次元形状に形成すれば良い。また、こうした３次元形状のゲッタリングシンクを、半導体基板の厚み方向Ｕに沿って、互いに重なる位置に複数形成するのも好ましい。これにより、重金属のゲッタリング能力を更に高めることができる。この場合、レーザビームの焦点位置を半導体基板の厚み方向Ｕに沿って複数個所設定することで形成できる。
【符号の説明】
【００６２】
１…半導体基板（半導体デバイス向け半導体基板）
２…単結晶ウェーハ
３…エピタキシャル層
４…ゲッタリングシンク
２０…レーザー照射装置（半導体デバイスの製造装置）
２１…レーザ照射体
２１ａ…照射面
９２…ゲッタリングシンク
９６…ゲッタリングシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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