JP5544734B2 - シリコンウェーハの製造方法、エピタキシャルウェーハの製造方法、および固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウェーハの製造方法、エピタキシャルウェーハの製造方法、および固体撮像素子の製造方法に係り、詳しくは、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技術に関する。

近年、携帯電話、デジタルビデオカメラ等に、半導体を用いた高性能な固体撮像素子が搭載され、画素数や感度等の性能が飛躍的に向上しつつある。こうした固体撮像素子は、例えば、シリコンウェーハの一面にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハを用い、このエピタキシャル層にフォトダイオード等からなる回路を形成することにより製造される。

固体撮像素子の撮像特性を低下させる要因として、フォトダイオードの暗時リーク電流が問題となっている。暗時リーク電流の原因は、製造工程におけるウェーハ（基板）の重金属汚染とされている。こうした基板の重金属汚染を抑制するために、従来から、シリコンウェーハの内部あるいは裏面に重金属のゲッタリングシンクを形成し、このゲッタリングシンクに重金属を集める事によって、フォトダイオードの形成部分における重金属濃度を低減させることが行われてきた。

このようなゲッタリングシンクの形成方法として、例えば、シリコンウェーハに熱処理を施すことにより、ウェーハの内部に酸素析出部を形成し、この酸素析出部をゲッタリングシンクとする方法が挙げられる（例えば、非特許文献１）。また、例えば、ウェーハの裏面側にアモルファス（非晶質）膜を形成し、ウェーハの裏面側をゲッタリングシンクとする方法もある（例えば、特許文献１）。

特開平６−３３８５０７号公報

M.Sano, S.Sumita, T.Shigematsu and N. Fujino, SemiconductorSilicon 1994.eds. H.R.Huff et al.(Electrochem. Soc., Pennington 1994)

しかしながら、シリコンウェーハに熱処理を施してウェーハ内部に酸素析出部を形成する方法では、重金属を充分に捕捉可能なサイズの酸素析出部を形成するためには、長時間の熱処理を必要とし、製造工程が長期化して製造コストが増大するという課題がある。また、熱処理工程において、加熱装置などから更なる重金属汚染が生じる懸念もある。

一方、シリコンウェーハの裏面側にアモルファス膜を形成する方法は、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、両面が鏡面研磨（ポリッシング）されているために、裏面側にゲッタリングシンクとなるアモルファス膜を形成すること自体が困難である。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ゲッタリングシンクを短時間で容易に形成できるとともに、ゲッタリングシンクの形成時に重金属汚染の懸念がないシリコンウェーハの製造方法を提供する。

また、ゲッタリングシンクを短時間で容易に形成できるとともに、ゲッタリングシンクの形成時に重金属汚染の懸念がないエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。

さらに、重金属汚染が少なく、かつ低コストに製造可能な固体撮像素子の製造方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は次のようなシリコンウェーハの製造方法、エピタキシャルウェーハの製造方法、および固体撮像素子の製造方法を提供する。
すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、
シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得るスライス工程と、
該シリコンウェーハに向けて集光手段を介してレーザビームを入射し、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、該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ゲッタリングシンクを形成する多光子吸収工程と、
前記多光子吸収工程において照射したレーザービームによって生じた微細な傷（アブレーション）を除去するようにシリコンウェーハの前記一面を鏡面研磨するポリッシング工程と、
を少なくとも備え、
前記レーザビームは、前記エピタキシャルウェーハを透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記シリコンウェーハの厚み方向における任意の位置に、前記レーザビームを集光させることを特徴とする。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得るスライス工程と、該シリコンウェーハに向けて集光手段を介してレーザビームを入射し、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、該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ゲッタリングシンクを形成する多光子吸収工程と、該多光子吸収工程を経たシリコンウェーハを鏡面研磨するポリッシング工程と、を少なくとも備えたことができる。

前記スライス工程と前記多光子吸収工程との間には、シリコンウェーハを研磨するラッピング工程を更に備えていてもよい。
また、前記スライス工程と前記多光子吸収工程との間には、シリコンウェーハをエッチングするエッチング工程を更に備えていてもよい。

前記レーザビームは、前記エピタキシャルウェーハを透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記シリコンウェーハの厚み方向における任意の位置に、前記レーザビームを集光させるのが好ましい。
また、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。
そして、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含むことが好ましい。

本発明は、前記レーザビームは、パルス出力が１〜１００ｍＪ／パルスであることが好ましい。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前記シリコンウェーハの製造方法によって得たシリコンウェーハの一面にシリコン単結晶のエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル工程を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明は、前記多光子吸収工程においてレーザビーム照射されたシリコンウェーハの前記一面の表面粗さが、１．０〜２．５ｎｍとなるとともに、前記ポリッシング工程によって前記一面の表面粗さが０．１〜０．２５ｎｍとなることができる。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記エピタキシャルウェーハの製造方法によって得たエピタキシャルウェーハの一面に埋込み型フォトダイオードを形成する素子形成工程を少なくとも備えたことを特徴とする。

前記エピタキシャルウェーハ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アニール工程を更に備えるのが好ましい。
また、前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記埋込み型フォトダイオードの形成位置と重なる領域に、直径５０〜１５０μｍ、厚み１０〜１５０μｍの範囲のサイズで形成すればよい。
更に、前記ゲッタリングシンクは、密度が１．０×１０^５〜１．０×１０^７個／ｃｍ^２の範囲となるように形成すればよい。

本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、多光子吸収工程でレーザー光を照射してゲッタリングシンクを形成した後で、シリコンウェーハを鏡面研磨（ポリッシング工程）することにより、レーザー光の照射により生じたシリコンウェーハの表面の微細な傷（アブレーション）を完全に除去することができる。これにより、表面にレーザー照射による微細な傷が無く、かつ、内部に多光子吸収工程によって形成したゲッタリングシンクを備えたシリコンウェーハを得ることができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、重金属のゲッタリング能力に優れたエピタキシャルウェーハを得ることができる。、

更に、本発明の固体撮像素子の製造方法の製造方法によれば、暗時リーク電流の少ない、優れた撮像特性をもつ固体撮像素子を実現することが可能となる。

また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、重金属のゲッタリング能力に優れ、暗時リーク電流の少ない、優れた撮像特性をもつ固体撮像素子を実現することができる。

エピタキシャルウェーハの一例を示す断面図である。 固体撮像素子の一例を示す断面図である。 本発明のシリコンウェーハの製造方法、エピタキシャルウェーハの製造方法を示す断面図である。 本発明のシリコンウェーハの製造方法、エピタキシャルウェーハの製造方法を示す断面図である。 ゲッタリングシンクの形成に用いられるレーザ照射装置の一例を示す模式図である。 シリコン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断面図である。 シリコン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。

以下、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法、およびこれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法の最良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具体的に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。

図１は、例えば固体撮像素子の製造に好適なエピタキシャルウェーハを示す拡大断面図である。エピタキシャルウェーハ１は、シリコンウェーハ２と、このシリコンウェーハ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、シリコンウェーハ２の一面２ａ近傍付近には、エピタキシャルウェーハ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。

このようなエピタキシャルウェーハ１は、固体撮像素子向けの基板として好適に用いることができる。シリコンウェーハ２は、例えば、シリコン単結晶基板であればよい。エピタキシャル層３は、シリコンウェーハ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。

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。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、シリコンウェーハ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、後ほどエピタキシャルウェーハの製造方法にて詳述する。

ゲッタリングシンク４は、このエピタキシャルウェーハ１を用いて、例えは固体撮像素子を形成する際に、少なくともそれぞれの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、シリコンウェーハ２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。

図２は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法よって得られたエピタキシャルウェーハ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^＋型のシリコンウェーハ（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、シリコンウェーハ２にゲッタリングシンク４を形成したエピタキシャルウェーハ１を用いる。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。

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。

このような構成の固体撮像素子６０は、シリコンウェーハ２に形成されたゲッタリングシンク４によって、エピタキシャルウェーハ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６９の暗時リーク電流を抑制することができる。よって、本発明の製造方法によって得られたエピタキシャルウェーハ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。

次に、本発明のシリコンウェーハの製造方法、およびこのシリコンウェーハを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。図３，図４は、シリコンウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハの製造方法を段階的に示した断面図である。まず、シリコンウェーハを製造するにあたっては、例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によって育成したシリコン単結晶インゴット８をスライスし（スライス工程：図３（ａ）参照）、シリコンウェーハ（スライスウェーハ）２を得る（図３（ｂ）参照）。

次に、シリコンウェーハ２の表面を、砥粒等を用いてラッピングを行う（ラッピング工程：図３（ｃ）参照）。次に、ラッピングを施したシリコンウェーハ（ラッピングウェーハ）２をエッチングし、スライス工程やラッピング工程でなどで生じたシリコンウェーハの結晶歪みを除去する（エッチング工程：図３（ｄ）参照）。このエッチング工程では、例えば、フッ酸、硝酸、および酢酸の混合液、あるいは水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液をエッチング液として用いればよい。

なお、このラッピング工程やエッチング工程は、必要に応じて行えばよく、必ずしも必須の工程ではない。また、ラッピング工程の前に、研削機によってシリコンウェーハ２の表面を研削するグラインディング工程を更に備えているのも好ましい。

次に、このシリコンウェーハ２をレーザ照射装置２０にセットし、シリコンウェーハ２を移動させつつ、一面２ａに向けてレーザビームを照射する（多光子吸収工程：図４（ａ）参照）。この多光子吸収工程では、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）がシリコンウェーハ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、シリコンウェーハ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。

図５は、シリコン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の進行方向をシリコンウェーハ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。

また、シリコンウェーハ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をシリコンウェーハ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。

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、シリコンウェーハ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レーザビームを照射できれば良く、シリコンウェーハ２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、一般的なシリコンウェーハ、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。

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がシリコンウェーハ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。

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。

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、シリコンウェーハ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、シリコンウェーハ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。

次に、シリコンウェーハ２にゲッタリングシンクを形成する方法を詳述する。図６は、レーザビームによってシリコン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。シリコンウェーハ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。

一方、シリコンウェーハ２は、レーザビームＱ２の集光点（焦点）がシリコンウェーハ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、シリコンウェーハ２は多光子吸収過程が生じる。

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、シリコンウェーハ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、単結晶構造のシリコンウェーハを改質し、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。

以上のように、シリコンウェーハ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、シリコンウェーハ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。

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、シリコンウェーハ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。

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。

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。

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。例えば表２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、シリコンウェーハ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。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、シリコンウェーハ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。

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、シリコンウェーハ２に対する透過性が高められ、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シリコンウェーハ２のゲッタリングシンク４として好適に利用できる。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シリコンウェーハ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。

レーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置、すなわちシリコンウェーハ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。

一例として、シリコンウェーハ２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。

このように、シリコンウェーハ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、シリコンウェーハ２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。

それぞれのゲッタリングシンク４は、後工程で形成する半導体素子、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０．１〜１０μｍの間隔で形成されればよい。なお、ゲッタリングシンク４は、上述したように間欠的に形成されている以外にも、例えば、シリコンウェーハ２に対して所定の深さで、シリコンウェーハ２の全面に渡って均一に形成されていてもよい。

図７は、シリコンウェーハにおけるゲッタリングシンクの形成の様子を示した模式図である。ゲッタリングシンク４は、シリコンウェーハ２における半導体素子、例えば固体撮像素子の形成領域の下部にそれぞれ形成されればよい。例えば、レーザビームＱがシリコンウェーハ２の全域に渡って走査されるように、シリコンウェーハ２を周縁部でＹ方向にずらしつつＸ方向に沿って走査させ、レーザビームＱを所定の条件で照射していけば、シリコンウェーハ２の全体にゲッタリングシンク４，４・・を形成することができる。

シリコンウェーハ２全体に対するおけるゲッタリングシンク４の形成密度は、レーザビームＱの走査ピッチＢによって設定することができる。ゲッタリングシンク４の形成密度は、例えば、１．０×１０^５〜１．０×１０^７個／ｃｍ^２の範囲が好適である。こうした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。

以上、詳細に説明した多光子吸収工程によって、シリコンウェーハ２にレーザビームを照射すると、シリコンウェーハ２の一面２ａは、レーザビームによって表層のシリコン原子の一部が蒸発し、表面に微細な傷（アブレーション）２ｂが生じる（図４（ａ）右図参照）。多光子吸収工程におけるレーザビームの照射によって、シリコンウェーハ２の一面２ａの表面粗さは、例えば、１．０〜２．５ｎｍとなる。

次に、この多光子吸収工程によってゲッタリングシンク４，４・・を形成した後で、シリコンウェーハ２を鏡面研磨する（ポリッシング工程：図４（ｂ）参照）。このポリッシング工程では、例えば、ポリッシングパッド７５を貼付した定盤７６を有するポリッシング加工機を用いて、１工程、ないし複数の工程に分けて、シリコンウェーハ２の表面を鏡面研磨する。このポリッシング工程は、ウェーハの仕様に応じて片面、ないし両面を鏡面研磨すればよい。

こうしたシリコンウェーハ２を鏡面研磨するポリッシング工程によって、前工程である多光子吸収工程においてレーザビームの照射により生じたシリコンウェーハ２の一面２ａの微細な傷（アブレーション）は完全に除去される（図４（ｂ）右図参照）。そして、例えば、表面粗さが０．１〜０．２５ｎｍのような、アブレーションのないシリコンウェーハ２を得ることができる（図４（ｃ）参照）。

以上のように、本発明のシリコンウェーハの製造方法では、多光子吸収工程でレーザー光を照射してゲッタリングシンク４，４・・を形成した後で、シリコンウェーハ２を鏡面研磨（ポリッシング工程）することにより、レーザー光の照射により生じたシリコンウェーハ２の表面の微細な傷（アブレーション）を完全に除去することができる。これにより、表面にレーザー照射による微細な傷が無く、かつ、内部に多光子吸収工程によって形成したゲッタリングシンクを備えたシリコンウェーハを得ることができる。

次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、上述したような工程を経て得られたシリコンウェーハ２の一面２ａにエピタキシャル層３を形成する（図４（ｄ）参照）。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、シリコンウェーハ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。

この後、エピタキシャル層３とゲッタリングシンク４が形成されたエピタキシャルウェーハ１は、例えば、アニール装置によって所定の温度まで加熱すればよい（アニール工程）。これにより、シリコンウェーハ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エピタキシャルウェーハ１が得られる。

このようなエピタキシャルウェーハ１を用いて、半導体素子、例えば埋込み型フォトダイオードを形成すれば（素子形成工程）、暗時リーク電流を抑制した優れた特性をもつ固体撮像素子を得ることができる。

１ エピタキシャルウェーハ、２ シリコンウェーハ、３ エピタキシャル層、４ ゲッタリングシンク。

Claims (12)

1. シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得るスライス工程と、
   該シリコンウェーハに向けて集光手段を介してレーザビームを入射し、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、該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ゲッタリングシンクを形成する多光子吸収工程と、
   前記多光子吸収工程において照射したレーザービームによって生じた微細な傷（アブレーション）を除去するようにシリコンウェーハの前記一面を鏡面研磨するポリッシング工程と、
   を少なくとも備え、
   前記レーザビームは、前記エピタキシャルウェーハを透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記シリコンウェーハの厚み方向における任意の位置に、前記レーザビームを集光させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
2. 前記スライス工程と前記多光子吸収工程との間には、シリコンウェーハを研磨するラッピング工程を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
3. 前記スライス工程と前記多光子吸収工程との間には、シリコンウェーハをエッチングするエッチング工程を更に備えたことを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの製造方法。
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項記載のシリコンウェーハの製造方法。
5. 前記レーザビームは、パルス出力が１〜１００ｍＪ／パルスであることを特徴とする請求項４記載のシリコンウェーハの製造方法。
6. 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項記載のシリコンウェーハの製造方法。
7. 前記多光子吸収工程においてレーザビーム照射されたシリコンウェーハの前記一面の表面粗さが、１．０〜２．５ｎｍとなるともに、前記ポリッシング工程によって前記一面の表面粗さが０．１〜０．２５ｎｍとなることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
8. 請求項１ないし７いずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法によって得たシリコンウェーハの一面にシリコン単結晶のエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル工程を少なくとも備えたことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
9. 請求項８記載のエピタキシャルウェーハの製造方法によって得たエピタキシャルウェーハの一面に埋込み型フォトダイオードを形成する素子形成工程を少なくとも備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
10. 前記エピタキシャルウェーハ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アニール工程を更に備えたことを特徴とする請求項９記載の固体撮像素子の製造方法。
11. 前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記埋込み型フォトダイオードの形成位置と重なる領域に、直径５０〜１５０μｍ、厚み１０〜１５０μｍの範囲のサイズで形成することを特徴とする請求項９または１０記載の固体撮像素子の製造方法。
12. 前記ゲッタリングシンクは、密度が１．０×１０^５〜１．０×１０^７個／ｃｍ^２の範囲となるように形成することを特徴とする請求項８ないし１１いずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。

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