(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射し、前記半導体基板の内部に溶融処理領域を含む改質領域を形成することで、デバイス活性領域直下となる前記半導体基板の内部に、前記半導体基板上に形成されるデバイスパターンに応じてパターン化されたゲッタリング部を形成することを特徴とするレーザゲッタリング方法。
【請求項２】
前記改質領域は、アモルファス領域を含むことを特徴とする請求項１記載のレーザゲッタリング方法。
【請求項３】
前記ゲッタリング部が形成された前記半導体基板から半導体デバイスを製造することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザゲッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程において重金属等の不純物を捕獲するために使用されるレーザゲッタリング方法及び半導体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、重金属等の不純物をデバイス活性領域から取り除くために、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を半導体基板に形成するというゲッタリング方法が実施されている。従来のゲッタリング方法としては、酸素析出欠陥をゲッタリング部とするイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）法や、加工ひずみをゲッタリング部とするエキシトリンシックゲッタリング（ＥＧ）法が一般的である。
【０００３】
ＥＧ法の１つにレーザゲッタリング方法があるが、特公昭６２−２９８９４号公報には、次のようなレーザゲッタリング方法が記載されている。すなわち、半導体基板を透過する波長のレーザ光を半導体基板の内部に集光して半導体基板の内部に損傷を形成し、この損傷をゲッタリング部とするものである。
【０００４】
この公報に記載されたレーザゲッタリング方法によれば、ゲッタリング部を半導体基板の内部に形成することができるため、半導体基板の表面にゲッタリング部を形成する場合に比べ、ゲッタリング効果（不純物の捕獲率）及びゲッタリング効果の持続性を向上させることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載されたレーザゲッタリング方法にあっては、例えば半導体基板がシリコンウェハの場合、使用されるレーザ光は、波長が１．５〜１５μｍであり出力が３×１０2（Ｗ／ｃｍ2）であるため、形成されるゲッタリング部は格子欠陥や転移による微小欠陥の集まりとなり、したがって、ゲッタリング効果及びその持続性の向上に限界がある。
【０００６】
その一方で、近年の半導体デバイスの技術分野においては、ゲッタリング効果及びその持続性の向上がより図られたゲッタリング方法の実現が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いレーザゲッタリング方法及び半導体基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザゲッタリング方法は、半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成することを特徴とする。
【０００９】
このレーザゲッタリング方法によれば、半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部の集光点近傍に多光子吸収という現象を発生させて改質領域を形成するため、この改質領域でもって不純物を捕獲するためのゲッタリング部を半導体基板の内部に形成することができる。この多光子吸収による改質領域は、従来のような格子欠陥や転移による微小な損傷の集まりに比べ、ゲッタリング効果が高いことが分かった。また、多光子吸収による改質領域は半導体基板の内部に形成されるため、ゲッタリング効果の持続性も長くなる。したがって、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いゲッタリングが可能となる。ここで、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことである。
【００１０】
なお、本発明に係るレーザゲッタリング方法においては、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射し、半導体基板の内部に改質領域を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成することができる。集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射することで、半導体基板の内部の集光点近傍で多光子吸収を発生させることができるからである。
【００１１】
また、本発明に係るレーザゲッタリング方法は、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射し、半導体基板の内部に溶融処理領域を含む改質領域を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成することを特徴とする。
【００１２】
このレーザゲッタリング方法によれば、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射している。よって、半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により半導体基板の内部に溶融処理領域が形成される。この溶融処理領域は上述した改質領域の一例であるので、このレーザゲッタリング方法によっても、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いゲッタリングが可能となる。なお、多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【００１３】
さらに、本発明に係るレーザゲッタリング方法は、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射し、半導体基板の内部にアモルファス領域を含む改質領域を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成することを特徴とする。
【００１４】
このレーザゲッタリング方法によれば、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射している。よって、半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により半導体基板の内部の集光点近傍が一旦溶融後再固化し、これによりアモルファス領域が形成される。このアモルファス領域は上述した改質領域の一例であるので、このレーザゲッタリング方法によっても、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いゲッタリングが可能となる。
【００１５】
ところで、上記レーザゲッタリング方法の発明は、半導体基板の視点から捉えると、以下のように記述することができる。これらは上記レーザゲッタリング方法の発明と同じ技術的思想に基づくものであり、その解決手段も上記と同じ思想に基づくものである。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体基板は、レーザ光の照射により当該レーザ光の集光点の位置で形成される多光子吸収による改質領域でもって、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体基板は、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の照射により当該レーザ光の集光点の位置で形成される改質領域でもって、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体基板は、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の照射により当該レーザ光の集光点の位置で形成される溶融処理領域を含む改質領域でもって、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明に係る半導体基板は、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の照射により当該レーザ光の集光点の位置で形成されるアモルファス領域を含む改質領域でもって、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るレーザゲッタリング方法においては、半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成する、というレーザ加工を実施する。そこで、このレーザ加工における多光子吸収について最初に説明する。
【００２１】
材料の吸収のバンドギャップＥGよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥGである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥGの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。多光子吸収が発生すると、材料の多光子吸収が発生した領域には、後述するような種々の改質が生じた改質領域が形成される。
【００２２】
なお、レーザ光の強度は、レーザ光がパルス波であれば、レーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ2）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、レーザ光の強度は、レーザ光が連続波であれば、レーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ2）で決まる。
【００２３】
続いて、本実施形態に係るレーザゲッタリング方法について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るレーザゲッタリング方法を説明するための概念図である。本実施形態では、半導体基板１がシリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）であり、多光子吸収による改質領域として溶融処理領域３が形成される場合について説明する。
【００２４】
図示するように、半導体基板１の内部において、重金属等の不純物を捕獲するためのゲッタリング源となるゲッタリング部５を形成すべき所望の位置に、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせて、集光点Ｐにおける電界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。なお、電界強度の上限値は例えば１×１０12（Ｗ／ｃｍ2）が好ましく、パルス幅の下限値は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００２５】
本実施形態における具体的なレーザ光Ｌの照射条件は次の通りである。
（Ａ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０-8ｃｍ2
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ00
偏光特性：直線偏光
（Ｂ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
【００２６】
上記レーザ光Ｌの照射によって、図１に示すように、半導体基板１の内部の集光点Ｐ近傍では多光子吸収が発生し、多光子吸収が発生した領域は局所的に加熱される。この加熱により半導体基板１の内部に溶融処理領域３が形成される。
【００２７】
そして、半導体基板１に対するレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を矢印Ａ方向に移動させることによって、半導体基板１内部の所望の位置に、溶融処理領域３でもって所望の形状のゲッタリング部５を形成する。
【００２８】
なお、本実施形態において、シリコン単結晶構造である半導体基板１に形成された溶融処理領域３は、多光子吸収により加熱されて一旦溶融した後、急冷により再固化したため、アモルファス領域（非晶質シリコン構造）を含むものであった。
【００２９】
図２は、上記照射条件でのレーザ光Ｌの照射により形成された溶融処理領域３を含む半導体基板１の切断面の写真を示す図である。半導体基板１の内部にのみ溶融処理領域３が形成されている。半導体基板１の厚さが３５０μｍに対して、上記照射条件により形成された溶融処理領域３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
【００３０】
ここで、溶融処理領域３が多光子吸収により形成されたことを説明する。図３は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。
【００３１】
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図２に示す半導体基板１の厚さは３５０μｍであるから、多光子吸収による溶融処理領域３はシリコンウェハの中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコン基板を参考にすると９０％以上なので、レーザ光は、半導体基板１の内部で吸収されるのは僅かであってほとんどが透過する。このことは、半導体基板１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域３が半導体基板１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域３が多光子吸収により形成されたことを意味する。
【００３２】
上述した本実施形態に係るレーザゲッタリング方法の作用・効果について説明する。
【００３３】
本実施形態に係るレーザゲッタリング方法においては、半導体基板１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して、半導体基板１の内部の集光点Ｐ近傍に多光子吸収という現象を発生させてアモルファス領域を含む溶融処理領域３を形成し、この溶融処理領域３でもって不純物を捕獲するためのゲッタリング部５を半導体基板１の内部に形成している。
【００３４】
このゲッタリング部５を形成する溶融処理領域３は、従来のような格子欠陥や転移による微小な損傷の集まりに比べ、ゲッタリング効果が高いことが分かった。また、溶融処理領域３でもって形成されるゲッタリング部５は半導体基板１の内部に形成されるため、ゲッタリング効果の持続性も長くなる。したがって、本実施形態に係るレーザゲッタリング方法によれば、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いゲッタリングが可能となる。
【００３５】
また、半導体基板１の内部における溶融処理領域３の形成位置は、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置を調節することにより制御可能であるため、半導体基板１内部の所望の位置にゲッタリング部５を形成することができる。したがって、例えば、デバイス活性領域直下の半導体基板１の内部にゲッタリング部５を形成すれば、拡散係数の小さい重金属不純物のゲッタリングも可能となる。そして、半導体基板１上に形成されるデバイスパターンに応じて、効率のよい不純物の捕獲が可能となるよう３次元にパターン化されたゲッタリング領域５を半導体基板１の内部に形成することも可能となる。
【００３６】
さらに、レーザ光Ｌの繰り返し周波数や、半導体基板１に対するレーザ光Ｌの集光点Ｐの移動速度を調節して溶融処理領域３の形成密度を制御したり、或いは、レーザ光Ｌの出力を調節して溶融処理領域３の大きさ制御したりすれば、溶融処理領域３でもって形成されるゲッタリング部５のゲッタリング効果を制御することができる。
【００３７】
最後に、従来の技術として既述した特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレーザゲッタリング方法と本実施形態に係るレーザゲッタリング方法との比較結果について、図４を参照して説明する。図４は、両者の比較結果を示す表である。
【００３８】
図示するように、特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレーザゲッタリング方法は、シリコンウェハの内部に集光点を合わせて、波長１．５〜１５μｍ、出力３×１０2（Ｗ／ｃｍ2）という条件でレーザ光を照射している。このような条件でのレーザ光の照射では、シリコンウェハにおけるレーザ光の吸収過程は通常吸収となり、よって、形成されるゲッタリング部は格子欠陥や転移による微小欠陥の集まりとなる。
【００３９】
一方、本実施形態に係るレーザゲッタリング方法は、シリコンウェハの内部に集光点を合わせて、波長１０６４ｎｍ、出力１×１０10（Ｗ／ｃｍ2）という条件でレーザ光を照射している。このような条件でのレーザ光の照射では、シリコンウェハにおけるレーザ光の吸収過程は主として多光子吸収となり、よって、形成されるゲッタリング部はアモルファス領域を含む溶融処理領域となる。
【００４０】
したがって、特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレーザゲッタリング方法と本実施形態に係るレーザゲッタリング方法とはまったく構成を異にするものである。
【００４１】
そして、格子欠陥や転移による微小欠陥の集まりであるゲッタリング部に比べ、アモルファス領域を含む溶融処理領域でもって形成されたゲッタリング部のゲッタリング効果は絶大であり、且つ、そのゲッタリング効果の持続性も極めて長くなっており、したがって、特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレーザゲッタリング方法に比べ、本実施形態に係るレーザゲッタリング方法は極めて優れた効果を奏している。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００４３】
上記実施形態は、溶融処理領域がアモルファス領域を含むものである場合であったが、本発明に係る溶融処理領域とは、このようなものに限られず、一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは、単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るレーザゲッタリング方法によれば、半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部の集光点近傍に多光子吸収という現象を発生させて改質領域を形成するため、この改質領域でもって不純物を捕獲するためのゲッタリング部を半導体基板の内部に形成することができる。この多光子吸収による改質領域は、従来のような格子欠陥や転移による微小な損傷の集まりに比べ、ゲッタリング効果が高いことが分かった。また、多光子吸収による改質領域は半導体基板の内部に形成されるため、ゲッタリング効果の持続性も長くなる。したがって、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いゲッタリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るレーザゲッタリング方法を説明するための概念図である。
【図２】本実施形態に係るレーザゲッタリング方法により形成された溶融処理領域を含む半導体基板の切断面の写真を示す図である。
【図３】レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。
【図４】特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレーザゲッタリング方法と本実施形態に係るレーザゲッタリング方法との比較結果示す表である。
【符号の説明】
１…半導体基板、３…溶融処理領域、５…ゲッタリング部、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
【図１】
0004298953.tif 000002
【図２】
0004298953.tif 000003
【図３】
0004298953.tif 000004
【図４】
0004298953.tif 000005