(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】レーザ照射装置を構成するレーザ照射体２１の照射面２１ａからは、互いに平行な複数の光軸Ｃに沿って、複数本のレーザビームＲが同時に単結晶ウェーハ２の一面２ａに向けて照射される。レーザ照射体２１の照射面２１ａから同時に出射された複数本のレーザビームＲは、集光点（焦点）が単結晶ウェーハ２の一面２ａから数十μｍ程度深い位置になるように集光される。単結晶ウェーハ２の結晶構造が改質され、複数のゲッタリングシンク４が一回の照射で同時に形成される。【選択図】図４
2010283219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射面から互いに平行な複数の光軸でレーザビームを照射可能なレーザ照射装置を用いて、半導体基板の一面の少なくとも２箇所以上同時にレーザビームを入射させ、前記半導体基板の複数の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、それぞれ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を変化させた複数の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た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４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６】
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】
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。
【請求項８】
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を、照射面から互いに平行な複数の光軸で半導体基板に向けて照射するレーザ照射体を備えたことを特徴とする半導体デバイスの製造装置。
【請求項９】
前記レーザ照射体は、少なくとも１つのレーザ光源と、該レーザ光源から発する超短パルスレーザビームを前記照射面から複数の光軸で出射されるように導光する複数の導光部材とを備えたことを特徴とする請求項８記載の半導体デバイスの製造装置。
【請求項１０】
前記レーザ照射体は、複数のレーザ光源を前記照射面に配列したものであることを特徴とする請求項８記載の半導体デバイスの製造装置。
【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、半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスの製造装置に係り、詳しくは、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。
【００１２】
更に、本発明は、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の製造装置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】
【００１３】
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、半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスの製造装置を提供する。
すなわち、本発明の半導体デバイス向け半導体基板の製造方法は、照射面から互いに平行な複数の光軸でレーザビームを照射可能なレーザ照射装置を用いて、半導体基板の一面の少なくとも２箇所以上同時にレーザビームを入射させ、前記半導体基板の複数の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、それぞれ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を変化させた複数の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たことを特徴とする。
【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ることが好ましい。
また、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が好ましい。
【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。
また、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。
【００１７】
本発明の半導体デバイスの製造装置は、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を、照射面から互いに平行な複数の光軸で半導体基板に向けて照射するレーザ照射体を備えたことを特徴とする。
【００１８】
前記レーザ照射体は、少なくとも１つのレーザ光源と、該レーザ光源から発する超短パルスレーザビームを前記照射面から複数の光軸で出射されるように導光する複数の導光部材とを備えていればよい。
また、前記レーザ照射体は、複数のレーザ光源を前記照射面に配列したものであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の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。
【００２０】
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、照射面から互いに平行な複数の光軸に沿って、複数本のレーザビームを同時に（一時に）照射することによって、例えば、１本のレーザビームを走査させたり、半導体基板を移動させつつレーザビームを照射する方法と比較して、大幅に短時間で多数のゲッタリングシンクを同時に形成することができる。また、大口径の単結晶ウェーハであっても、照射面に沿って形成するレーザ光源の数を増加させれば、ゲッタリングシンクの形成時間を全く増加させずに多数のゲッタリングシンクを一括して形成可能となる。
【００２１】
また、本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、ゲッタリングシンクの形成工程において、照射面から互いに平行な複数の光軸に沿って、複数本のレーザビームを同時に（一時に）照射することによって、多数のゲッタリングシンクを短時間で形成できるので、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。
【００２２】
また、本発明の半導体デバイスの製造装置によれば、照射面に互いに平行な複数の光軸で半導体基板に向けて照射するレーザ照射体を形成することで、複数本のレーザビームを同時に（一時に）照射でき、短時間で多数のゲッタリングシンクを同時に形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】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５】本発明の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６】レーザ照射体の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の半導体デバイスの製造装置の他の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、半導体デバイスの製造方法、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。このようなゲッタリングシンク４の形成方法は、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。
【００２９】
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の上層に形成したエピタキシャル層３に形成しても良い。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
固体撮像素子（半導体デバイス）の製造にあたっては、まず単結晶ウェーハ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。
【００３６】
次に、この単結晶ウェーハ２の一面２ａにエピタキシャル層３を形成するのが好ましい（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、単結晶ウェーハ２の一面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。
【００３７】
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の一面２ａに向けてレーザビームを照射する（図３（ｃ）参照）。この時、図４に示すように、レーザ照射装置２０を構成するレーザ照射体２１の照射面２１ａからは、互いに平行な複数の光軸Ｃに沿って、複数本のレーザビームＲが同時に単結晶ウェーハ２の一面２ａに向けて照射される。
【００３８】
レーザ照射体２１の照射面２１ａから同時に出射された複数本のレーザビームＲは、予め集光用レンズなどの集光手段（図示略）によって、集光点（焦点）が単結晶ウェーハ２の一面２ａから数十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、複数のゲッタリングシンク４が一回の照射で同時に形成される（ゲッタリングシンク形成工程）。
【００３９】
なお、このゲッタリングシンク形成工程において、単結晶ウェーハ２を収容するチャンバー４３内に、窒素、アルゴン、水素、またはこれらのガスを混合したガスＧを満たし、チャンバー４３内を非酸化性ガス雰囲気にするのが好ましい。これによって、レーザビームＲを照射した際に、生じた熱によって空気中の酸素と単結晶ウェーハ２とが化合してシリコン酸化膜が生じることを防止できる。
【００４０】
以上の工程によって、本発明の半導体デバイス向け半導体基板が得られる。このようなエピタキシャル層３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からなる半導体基板１を用いて、半導体デバイスを製造する。
【００４１】
図３（ｄ）に示すように、半導体基板１のエピタキシャル層３の一面３ａに、複数の半導体素子、例えばフォトダイオード（半導体素子）６９を多数配列形成する（素子形成工程）。フォトダイオード（半導体素子）６９は、先に説明した図２示すような構成であればよい。この時、個々のフォトダイオード（半導体素子）６９は、それぞれゲッタリングシンク４に重なる位置に形成すればよい。
【００４２】
そして、図３（ｅ）に示すように、多数のフォトダイオード（半導体素子）６９を形成した半導体基板１をアニール装置８０に導入し、所定の温度まで加熱する（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、即ちフォトダイオード（半導体素子）６９の形成領域に重金属が極めて少ない固体撮像素子（半導体デバイス）６０が得られる。
【００４３】
図５は、本発明の半導体デバイスの製造装置、即ち半導体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（半導体デバイスの製造装置）２０は、照射面２１ａから互いに平行な複数の光軸Ｒで半導体基板１に向けてレーザビームを照射するレーザ照射体２１を備える。
【００４４】
レーザ照射体２１は、例えば、単結晶ウェーハ２と同じかそれよりも大きい略円形に形成される。そして、単結晶ウェーハ２に対面する照射面２１ａに沿って、多数のレーザ発生源、例えばレーザーダイオード１５，１５・・・が形成されている。
図６に示すように、レーザーダイオード１５，１５・・・は、略円形の照射面２１ａに広がるように、規則的に配列されている。それぞれのレーザーダイオード１５の形成位置は、例えば、半導体基板１に形成される半導体素子の形成位置にそれぞれ合致する（重なる）位置に設定されれば良い。
【００４５】
再び図５を参照して、レーザー照射装置２０には、単結晶ウェーハ２を載置するステージ４０、およびこのステージ４０やレーザ照射体２１を気密に収容するチャンバー４３が形成されている。また、レーザ照射体２１から照射されるレーザビームの発振を制御するパルス制御部１６を備えている。
【００４６】
更に、ステージ４０を上下動させることで、単結晶ウェーハ２とレーザ照射体２１の照射面２１ａとの距離を制御して、ゲッタリングシンク４の形成位置（深さ）を制御するステージ制御部４５、およびパルス制御部１６やステージ制御部４５を含むレーザー照射装置２０を制御するＣＰＵ５０等を備えている。
【００４７】
レーザーダイオード１５，１５・・・は、特に限定はされないが、単結晶ウェーハ２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波長域のレーザビームを照射できれば良い。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。
【００４８】
【表１】
2010283219.tif 000003
【００４９】
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４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、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のステージ４０に載置する。そして、レーザ照射体２１の照射面２１ａに沿って多数配列されたレーザーダイオード１５，１５・・・から、複数本のレーザビームＲを同時に単結晶ウェーハ２の一面２ａに向けて照射する。
【００５０】
それぞれのレーザビームＲは、例えばパルス幅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。このようなレーザビームＲ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。
【００５１】
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Ｒ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、ステージ４０の高さ制御によって位置決めされる。これにより、レーザビームＲ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。なお、このレーザビームＲの集光点、即ちゲッタリングシンク４の形成位置では、レーザビームＲのピーク出力密度が１．０×１０６〜１．０×１０１１秒Ｗ／ｃｍ２の範囲になるように制御されるのが好ましい。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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Ｒ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、多数のゲッタリングシンク４を形成することができる。
【００５５】
また、このゲッタリングシンク形成工程において、単結晶ウェーハ２を収容するチャンバー４３（図５参照）内に、窒素、アルゴン、水素、またはこれらのガスを混合した混合ガスを満たし、チャンバー４３内を非酸化性ガス雰囲気にするのが好ましい。これによって、レーザビームを照射した際に、生じた熱によって空気中の酸素と単結晶ウェーハとが化合してシリコン酸化膜が生じることを防止できる。
【００５６】
ゲッタリングシンク４を形成するためのレーザビームＲは、レーザビームＲ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。
【００５７】
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。
【００５８】
レーザビームＲは、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。この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。
【００５９】
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、集光手段等を用い集光することによって、単結晶ウェーハ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。
【００６０】
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、短時間照射後に照射を停止すると集光点（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。
【００６１】
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単結晶ウェーハ２のゲッタリングシンク４として好適に利用できる。
【００６２】
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。
【００６３】
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（図示せず）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。
【００６４】
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。
【００６５】
このように、単結晶ウェーハ２の微小領域の結晶構造を改質して得られるゲッタリングシンク４は、例えば、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。
【００６６】
それぞれのゲッタリングシンク４は、半導体基板１に固体撮像素子の形成領域Ｓと重なる位置に少なくとも形成されていればよい。ゲッタリングシンク４は、例えば、形成ピッチｐが０．１μｍ〜１０ｍｍの間隔で形成されればよい。
【００６７】
半導体基板１の全体おけるゲッタリングシンク４の形成密度は、レーザー照射装置２０を構成するレーザ照射体２１の照射面２１ａに多数配列されたレーザーダイオード１５，１５・・・の形成密度（形成間隔）によって決まる。
【００６８】
例えば、より小さなレーザーダイオードを密に配列することによって、ゲッタリングシンク４の形成密度を高めることができる。また、一回のレーザー照射後に、単結晶ウェーハ２をレーザーダイオード１５，１５の形成ピッチよりも小さい範囲で微動させ、再度レーザー照射を行うことでゲッタリングシンク４の形成密度を高めることも可能である。
【００６９】
こうしたゲッタリングシンク４の形成密度は、例えば、１．０×１０５〜１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲が好適である。ゲッタリングシンク４の形成密度は、断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による観察で得られた酸素析出物の個数によって検証できる。
【００７０】
以上のように、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。
【００７１】
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、照射面から互いに平行な複数の光軸に沿って、複数本のレーザビームを同時に（一時に）照射することによって、例えば、１本のレーザビームを走査させたり、半導体基板を移動させつつレーザビームを照射する方法と比較して、大幅に短時間で多数のゲッタリングシンクを同時に形成することができる。また、３００ｍｍウェーハや、４５０ｍｍウェーハなど大口径の単結晶ウェーハであっても、照射面に沿って形成するレーザ光源の数を増加させれば、ゲッタリングシンクの形成時間を全く増加させずに多数のゲッタリングシンクを一括して形成可能となる。
【００７２】
そして、こうした半導体デバイス向け半導体基板の製造方法を半導体デバイスの製造方法に適用することによって、多数のゲッタリングシンクを短時間で形成できるので、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。
【００７３】
図７は、本発明の半導体デバイスの製造装置、即ち半導体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別な一例を示す模式図である。なお、図５に示すレーザー照射装置と同様の構成には同一の符号を附し、詳細な説明を略す。
このレーザー照射装置（半導体デバイスの製造装置）９０は、照射面９１ａから互いに平行な複数の光軸Ｒで半導体基板１に向けてレーザビームを照射するレーザ照射体９１を備える。
【００７４】
レーザ照射体９１は、レーザ発生源、例えばフェムト秒レーザ等のパルスレーザ装置９３と、このパルスレーザ装置９３から照射面９１ａに向けて延びる多数本の導光部材（光ファイバ）９４，９４・・・とを備えている。それぞれの導光部材９４は、その一端がパルスレーザ装置９３に臨み、他端が照射面９１ａに配列される。
【００７５】
このような構成によって、１つのパルスレーザ装置９３から出射されたレーザビームは、多数本の導光部材（光ファイバ）９４，９４・・・のそれぞれを介して照射面９１ａに達する。そして、照射面９１ａから互いに平行な複数の光軸に沿って、多数本のレーザビームＲとして半導体基板２に照射され、多数のゲッタリングシンク４が同時に形成される
【００７６】
このような構成のレーザー照射装置（半導体デバイスの製造装置）９０によれば、１つのパルスレーザ装置（レーザー光源）から照射されたレーザビームを、導光部材によって分割して照射面９１ａから多数本のレーザビームＲとして照射できるので、ローコストでかつ制御の容易なレーザー照射装置とすることができる。
また、ゲッタリングシンク４の形成密度を変更する際に、導光部材を増減させるだけでよいので、単結晶ウェーハの大口径化にもローコストに対応することができる。
【符号の説明】
【００７７】
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
【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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【図７】
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