WO2010044279A1 - ゲッタリングシンクを有する固体撮像素子用エピタキシャル基板、半導体デバイス、裏面照射型固体撮像素子およびそれらの製造方法 - Google Patents

ゲッタリングシンクを有する固体撮像素子用エピタキシャル基板、半導体デバイス、裏面照射型固体撮像素子およびそれらの製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an epitaxial substrate for a solid-state imaging device, a semiconductor device, a back-illuminated solid-state imaging device, and a method for manufacturing the same, and relates to a technique capable of easily forming a gettering sink in a short time.
  • This application is filed in Japan on October 16, 2008, Japanese Patent Application Nos. 2008-267341, 2008-267342, and 2008-267343, and was filed in Japan on March 23, 2009. Claim priority based on each of Japanese Patent Application No. 2009-069601, the contents of which are incorporated herein.
  • a solid-state imaging device is manufactured, for example, by using an epitaxial substrate obtained by growing an epitaxial layer on one surface of a semiconductor substrate and forming a circuit made of a photodiode or the like on the epitaxial layer.
  • the dark leakage current of the photodiode is a problem.
  • the cause of dark leakage current is considered to be heavy metal contamination of the substrate (wafer) in the manufacturing process.
  • a heavy metal gettering sink is formed inside or on the back surface of the semiconductor wafer, and the heavy metal is collected in the gettering sink, thereby reducing the heavy metal concentration in the photodiode formation portion. Things have been done.
  • a semiconductor memory is manufactured by forming a device on one surface of a silicon substrate (silicon wafer) made of, for example, a silicon single crystal.
  • a silicon substrate silicon wafer
  • the back surface side of the silicon substrate is shaved to reduce the thickness to about 50 ⁇ m, for example.
  • a gettering method is generally known as a method for removing heavy metals from a silicon substrate.
  • a heavy metal capture region called a gettering site is formed on a silicon substrate, and the heavy metal is collected at the gettering site by annealing or the like, thereby reducing the heavy metal in the element formation region.
  • an IG (intrinsic gettering) method for forming an oxygen precipitate on the silicon substrate for example, Patent Document 1
  • Patent Document 2 An EG (exotic tricktering) method (for example, Patent Document 2) that forms a gettering site is known.
  • Non-Patent Document 1 A method is also known in which a heat treatment is performed on a semiconductor substrate to form an oxygen precipitation portion inside the substrate, and the oxygen precipitation portion serves as a gettering sink (for example, Non-Patent Document 1). M. Sano, S. Sumita, T. Shigematsu and N. Fujino, Semiconductor Silicon 1994.eds. HRHuff et al. (Electrochem. Soc., Pennington 1994)
  • the IG method is used in a pre-process for forming a device on a silicon substrate, and requires a heat treatment temperature of 600 ° C. or higher in order to remove heavy metals diffused in the silicon substrate.
  • the heat treatment temperature performed after the device is formed on the silicon substrate is almost 400 ° C. or less, and there is a problem that the heavy metal mixed in the thinning process after the device formation cannot be sufficiently captured.
  • the thickness of semiconductor devices is required to be 50 to 40 ⁇ m or less, and further about 30 ⁇ m. At such a level of thickness, most of the gettering sink formed on the silicon substrate is scraped off in the thinning process, so that sufficient gettering capability cannot be obtained.
  • a large-diameter substrate such as a 300 mm wafer, which is becoming the mainstream in recent years, is polished on both sides. It is difficult to form itself.
  • An epitaxial substrate for a solid-state imaging device in which a gettering sink can be easily formed in a short time and there is no fear of heavy metal contamination when the gettering sink is formed.
  • a manufacturing method is provided.
  • one embodiment of the present invention provides an epitaxial substrate for a solid-state imaging device that can be manufactured at low cost with little heavy metal contamination.
  • one embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that can easily and reliably remove a contaminated heavy metal from a device formation region after the formation of the semiconductor device.
  • one embodiment of the present invention provides a semiconductor device in which there is no fear of characteristic deterioration due to heavy metal even when the thickness is reduced.
  • a method of manufacturing an epitaxial substrate for a solid-state imaging device a step of growing an epitaxial layer on one surface of a semiconductor substrate to form an epitaxial substrate, and a laser through a condensing unit toward the epitaxial substrate.
  • a gettering sink in which a multiphoton absorption process is generated in the minute region by changing the crystal structure of the minute region by injecting a beam and condensing the laser beam on an arbitrary minute region of the semiconductor substrate.
  • a step of annealing the epitaxial substrate at a predetermined temperature to capture the heavy metal in the gettering sink a predetermined temperature to capture the heavy metal in the gettering sink.
  • the laser beam has a wavelength range that can be transmitted through the epitaxial substrate, and the condensing unit condenses the laser beam at an arbitrary position in the thickness direction of the semiconductor substrate.
  • the laser beam is preferably an ultrashort pulse laser beam having a pulse width of 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 8 seconds and a wavelength of 300 to 1200 nm.
  • the semiconductor substrate is made of single crystal silicon
  • the gettering sink includes amorphous silicon. It is preferable that the gettering sink is formed at a position overlapping the formation area of the solid-state imaging device.
  • the epitaxial substrate for a solid-state imaging device is an epitaxial substrate for a solid-state imaging device manufactured by the method for manufacturing an epitaxial substrate for a solid-state imaging device, and the gettering sink is an embedded type that forms at least the solid-state imaging device. In a region overlapping with the photodiode formation position, it is provided with a size in the range of 50 to 150 ⁇ m in diameter and 10 to 150 ⁇ m in thickness.
  • the gettering sink is preferably formed in a density range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 7 pieces / cm 2 .
  • a laser beam is incident on the epitaxial substrate through a condensing unit, and the laser beam is condensed on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate.
  • a multiphoton absorption process is generated in a minute region inside the semiconductor substrate, and a gettering sink in which only the crystal structure of the minute region is changed can be formed easily and in a short time.
  • an epitaxial substrate for a solid-state imaging device of the present invention capable of realizing a solid-state imaging device having excellent imaging characteristics with excellent heavy metal gettering capability and low leakage current during darkness. Can provide.
  • the method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an insulating film on one surface of a semiconductor substrate, and a laser beam incident from the other surface of the semiconductor substrate via a light collecting unit, so that an arbitrary minute region of the semiconductor substrate is formed. Condensing the laser beam to form a multi-photon absorption process in the minute region and forming a gettering sink in which the crystal structure of the minute region is changed, and the semiconductor substrate at a predetermined temperature. Annealing and capturing the heavy metal in the gettering sink.
  • the laser beam has a wavelength range that can be transmitted through the semiconductor substrate, and the condensing unit condenses the laser beam at an arbitrary position in the thickness direction of the semiconductor substrate.
  • the laser beam is preferably an ultrashort pulse laser beam having a pulse width of 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 8 seconds and a wavelength of 300 to 1200 nm.
  • the semiconductor substrate is made of single crystal silicon
  • the gettering sink includes at least part of amorphous silicon.
  • the gettering sink is preferably formed at least in a position overlapping with a device formation region.
  • the semiconductor device of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device.
  • the gettering sink is preferably formed in a density range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 6 pieces / cm 2 .
  • a laser beam is incident on a semiconductor substrate through a condensing unit, and the laser beam is focused on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate, thereby providing a semiconductor substrate. It is possible to easily and quickly form a gettering sink in which a multiphoton absorption process is generated in a minute region inside the substrate and only the crystal structure of the minute region is changed.
  • the semiconductor device of the present invention it is possible to provide a semiconductor device that has excellent characteristics of gettering heavy metals and has little leakage current even if the thickness is reduced.
  • the method for manufacturing a backside illumination type solid-state imaging device includes a step of growing an epitaxial layer on one surface of a semiconductor substrate to form an epitaxial substrate, and a laser beam incident on the epitaxial substrate via a condensing means.
  • the laser beam has a wavelength range that can be transmitted through the epitaxial substrate, and the condensing unit condenses the laser beam at an arbitrary position in the thickness direction of the semiconductor substrate.
  • the laser beam is preferably an ultrashort pulse laser beam having a pulse width of 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 8 seconds and a wavelength of 300 to 1200 nm.
  • the semiconductor substrate is preferably made of single crystal silicon, and the gettering sink preferably contains amorphous silicon.
  • the gettering sink is preferably formed at least in a position overlapping with a formation region of the photodiode. It is preferable that a buried oxide film having an SOI structure is further formed between the gettering sink and the epitaxial layer.
  • An epitaxial substrate for a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate, an epitaxial layer formed on one surface of the semiconductor substrate, and a laser beam incident on the semiconductor substrate via a focusing unit.
  • a laser beam incident on the semiconductor substrate via a focusing unit.
  • the gettering sink is preferably provided at least in a region overlapping with the formation position of the photodiode and having a diameter of 50 to 150 ⁇ m and a thickness of 10 to 150 ⁇ m.
  • the gettering sink is preferably formed in a density range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 7 pieces / cm 2 .
  • the laser beam is incident on the epitaxial substrate via the condensing means, and the laser beam is condensed on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate.
  • a multiphoton absorption process is generated in a minute region inside the semiconductor substrate, and a gettering sink in which only the crystal structure of the minute region is changed can be formed easily and in a short time.
  • the heavy metal contained in the epitaxial layer is surely captured by the gettering sink, so that it is possible to suppress the dark leakage current of the photodiode, which is a factor that deteriorates the imaging characteristics of the back-illuminated solid-state imaging device. Therefore, it is possible to realize a back-illuminated solid-state imaging device having excellent imaging characteristics.
  • solid-state imaging capable of realizing a back-illuminated solid-state imaging device having excellent imaging characteristics with excellent heavy metal gettering capability, low dark leakage current, and excellent imaging characteristics.
  • An epitaxial substrate for an element can be provided.
  • a method for manufacturing a silicon wafer according to an aspect of the present invention includes a slicing step of slicing a silicon single crystal ingot to obtain a silicon wafer, a laser beam incident on the silicon wafer via a condensing unit, A multi-photon absorption step for forming a gettering sink in which a multi-photon absorption process is caused in the micro area by changing the crystal structure of the micro area by condensing the laser beam in the micro area; and the multi-photon And a polishing step of mirror polishing the silicon wafer that has undergone the absorption step.
  • a lapping step for polishing the silicon wafer may be further provided between the slicing step and the multiphoton absorption step.
  • An etching step for etching the silicon wafer may be further provided between the slicing step and the multiphoton absorption step.
  • the laser beam has a wavelength range that allows transmission through the epitaxial wafer, and the condensing unit condenses the laser beam at an arbitrary position in the thickness direction of the silicon wafer.
  • the laser beam is preferably an ultrashort pulse laser beam having a pulse width of 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 8 seconds and a wavelength of 300 to 1200 nm.
  • the gettering sink preferably includes silicon having an amorphous structure.
  • the method for producing an epitaxial wafer according to the present invention includes at least an epitaxial step of growing an epitaxial layer of a silicon single crystal on one surface of the silicon wafer obtained by the method for producing a silicon wafer.
  • the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes at least an element forming step for forming an embedded photodiode on one surface of the epitaxial wafer obtained by the method for manufacturing an epitaxial wafer.
  • the gettering sink may be formed with a size in the range of 50 to 150 ⁇ m in diameter and 10 to 150 ⁇ m in thickness at least in a region overlapping with the formation position of the embedded photodiode.
  • the gettering sink may be formed so as to have a density in the range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 7 pieces / cm 2 .
  • the silicon wafer is mirror-polished (polishing process), thereby irradiating with laser light. Fine scratches (ablation) on the surface of the generated silicon wafer can be completely removed. Thereby, there can be obtained a silicon wafer which has no fine scratches on the surface due to laser irradiation and which has a gettering sink formed inside by a multiphoton absorption process.
  • an epitaxial wafer excellent in heavy metal gettering ability can be obtained.
  • a solid-state imaging device of the present invention it is possible to realize a solid-state imaging device that has excellent imaging characteristics with excellent heavy metal gettering capability and little dark leakage current.
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing an epitaxial substrate for a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
  • the epitaxial substrate (epitaxial substrate for solid-state imaging device) 11 includes a semiconductor substrate 12 and an epitaxial layer 13 formed on one surface 12 a of the semiconductor substrate 12. In the vicinity of one surface 12a of the semiconductor substrate 12, gettering sinks 14, 14,... For capturing heavy metals of the epitaxial substrate 11 are formed.
  • Such an epitaxial substrate 11 can be suitably used as a substrate for a solid-state imaging device.
  • the semiconductor substrate 12 may be a silicon single crystal wafer, for example.
  • the epitaxial layer 13 may be a silicon epitaxial growth film grown from one surface 12 a of the semiconductor substrate 12.
  • the gettering sink 14 may have a structure in which a part of a silicon single crystal is made amorphous (amorphous like).
  • the gettering sink 14 has an ability to capture heavy metals only by a slight strain in its crystal structure, and can serve as a gettering sink by only making a part of it amorphous.
  • the gettering sink 14 is formed by modifying the crystal structure by causing a multiphoton absorption process in a part of the semiconductor substrate 12 by condensing the laser beam. A method for forming such a gettering sink 14 will be described later in detail in a method for manufacturing an epitaxial substrate for a solid-state imaging device.
  • the gettering sink 14 only needs to be formed at a position that overlaps at least the formation region S1 of each solid-state image sensor when the solid-state image sensor is formed using the epitaxial substrate 11.
  • one gettering sink 14 may be formed in a disk shape having a diameter R1 of 50 to 150 ⁇ m, more preferably 75 to 125 ⁇ m, and a thickness T1 of 10 to 150 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • the formation depth D1 of the gettering sink 14 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 12a of the semiconductor substrate 12. D1 is more preferably 0.8 to 1.5 ⁇ m.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a solid-state imaging device created using the epitaxial substrate for a solid-state imaging device of the present invention.
  • the solid-state imaging device 160 uses an epitaxial substrate 11 in which a p-type epitaxial layer 13 is formed on a p + -type semiconductor substrate (silicon substrate) 12 and a gettering sink 14 is further formed on the semiconductor substrate 12.
  • a first n-type well region 161 is formed at a predetermined position of the epitaxial layer 12. Inside the first n-type well region 161, a p-type transfer channel region 163, an n-type channel stop region 164, and a second n-type well region 165 constituting a vertical transfer register are formed.
  • a transfer electrode 166 is formed at a predetermined position of the gate insulating film 162. Between the p-type transfer channel region 163 and the second n-type well region 165, a photodiode 169 in which an n-type positive charge storage region 167 and a p-type impurity diffusion region 168 are stacked is formed. An interlayer insulating film 171 that covers them and a light shielding film 172 that covers the surface excluding the portion directly above the photodiode 169 are provided.
  • the heavy metal contained in the epitaxial substrate 11 is reliably captured by the gettering sink 14 formed on the semiconductor substrate 12, so that the imaging characteristics of the solid-state imaging device 160 are deteriorated.
  • the dark leakage current of the photodiode 169 as a factor can be suppressed. Therefore, by forming the solid-state imaging device 160 using the epitaxial substrate 11 of the present invention, the solid-state imaging device 160 having excellent imaging characteristics with little dark leakage current can be realized.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an outline of a method for manufacturing an epitaxial substrate for a solid-state imaging device.
  • a semiconductor wafer 12 is prepared (see FIG. 3A).
  • the semiconductor wafer 12 may be, for example, a silicon single crystal wafer manufactured by slicing a silicon single crystal ingot.
  • an epitaxial layer 13 is formed on one surface 12a of the semiconductor wafer 12 (see FIG. 3B).
  • an epitaxial growth apparatus may be used to introduce the source gas while heating the semiconductor wafer 12 to a predetermined temperature, and to grow the epitaxial layer 13 made of a silicon single crystal on the one surface 12a.
  • the semiconductor wafer 12 on which the epitaxial layer 13 is formed is set on the laser irradiation device 120, and the laser beam is irradiated from the epitaxial layer 13 side while the semiconductor wafer 12 is moved (see FIG. 3C).
  • the laser beam emitted from the laser generator 115 is focused by the condensing lens (condensing means) 111 so that the condensing point (focal point) is deeper than the one surface 12 a of the semiconductor wafer 12 by about several tens of ⁇ m. It is focused on.
  • the crystal structure of the semiconductor wafer 12 is modified in this depth region, and the gettering sink 14 is formed. Between the gettering sink 14 and the epitaxial layer 13, an unmodified layer remains with a substantially constant thickness over the entire surface. The process of forming the gettering sink 14 will be described in detail later.
  • the semiconductor wafer 12 on which the epitaxial layer 13 and the gettering sink 14 are formed is further heated to a predetermined temperature by the annealing device 180 (see FIG. 3D).
  • the annealing device 180 see FIG. 3D.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a laser irradiation apparatus for forming a gettering sink on a semiconductor wafer.
  • the laser irradiation device 120 includes a laser generator 115 that oscillates the laser beam Q11, a pulse control circuit (Q switch) 116 that controls the pulse of the laser beam Q11, and the laser beam Q11 to reflect the traveling direction of the laser beam Q11.
  • a beam splitter (half mirror) 117a that converts 90 ° toward the semiconductor wafer 12 and a condensing lens (condensing means) 111 that condenses the laser beam Q11 reflected by the beam splitter 117a are provided.
  • This apparatus includes a stage 140 on which the semiconductor wafer 12 on which the epitaxial layer 13 is formed is placed.
  • the stage 140 is controlled by the stage control circuit 145 so as to be movable in the vertical direction Y and the horizontal direction X in order to focus the focused laser beam Q21 at an arbitrary position on the semiconductor wafer 12. .
  • the laser generator 115 and the pulse control circuit 116 are not particularly limited as long as they can irradiate a laser beam capable of forming a gettering sink by modifying a crystal structure at an arbitrary position inside the semiconductor wafer.
  • a titanium sapphire laser that can oscillate in a wavelength range that allows transmission through a semiconductor wafer and in a short pulse period is suitable.
  • Table 1 shows specific examples of suitable laser irradiation conditions for each of a general semiconductor wafer and a silicon wafer.
  • the optical path width of the laser beam Q11 generated by the laser generator 115 is converged by the condensing lens 111, and the converged laser beam Q21 forms a focal point at an arbitrary depth position G1 of the semiconductor wafer 12 (collection).
  • the stage 140 is controlled in the vertical direction Y.
  • the condensing lens 111 has a magnification of, for example, 10 to 300 times, N.P. It is preferable that A is 0.3 to 0.9 and the transmittance with respect to the wavelength of the laser beam is 30 to 60%.
  • the laser irradiation device 120 further includes a visible light laser generator 119, a beam splitter (half mirror) 117b, a CCD camera 130, a CCD camera control circuit 135, an imaging lens 112, a central control circuit 150, and a display means 151. ing.
  • the visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror) 117b, changes its direction by 90 °, and reaches the epitaxial layer 13 of the semiconductor wafer 12.
  • the light is reflected by the surface of the epitaxial layer 13, passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117 a and 117 b, and reaches the imaging lens 112.
  • the visible light laser Q31 that has reached the imaging lens 112 is picked up by the CCD camera 130 as a surface image of the semiconductor wafer 12, and the picked-up data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input imaging data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction X.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing how a gettering sink is formed on a semiconductor wafer by a laser beam.
  • the laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by a condensing lens (condensing means) 111. Since the converged laser beam Q21 has a wavelength range that can be transmitted with respect to silicon, the laser beam Q21 reaches the surface of the epitaxial layer 13 and then enters as it is without being reflected.
  • the semiconductor wafer 12 on which the epitaxial layer 13 is formed is positioned so that the condensing point (focal point) of the laser beam Q21 is a predetermined depth D1 from the one surface 12a of the semiconductor wafer 12. Thereby, the multi-photon absorption process occurs in the semiconductor wafer 12 only at the condensing point (focal point) of the laser beam Q21.
  • the multiphoton absorption process irradiates a specific part (irradiation region) with a large amount of photons in a very short time, so that a large amount of energy is selectively absorbed only in the irradiation region. It causes a reaction such as a change in the crystal bond in the region.
  • a laser beam is focused on an arbitrary area inside the semiconductor wafer 12 to modify the semiconductor wafer having a single crystal structure at the focal point (focal point), and a partially amorphous-like crystal. Give rise to structure.
  • the crystal structure may be modified to such an extent that a capturing action of heavy metals occurs, that is, a slight strain is generated in the crystal structure.
  • the semiconductor structure is modified by modifying the crystal structure of the minute region.
  • a gettering sink 14 can be formed in an arbitrary minute region of the wafer 12.
  • the laser beam for forming the gettering sink 14 is a laser beam without modifying the crystal structure of the epitaxial layer 13 or the semiconductor wafer 12 in the optical path before the laser beam reaches the focal point (focal point). It is important to ensure that the beam can be transmitted reliably.
  • the laser beam irradiation conditions are determined by a forbidden band (energy band gap) which is a basic physical property value of a semiconductor material. For example, since the forbidden band of a silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. In this way, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the forbidden band of the semiconductor material.
  • a low-power laser As a laser beam generation device, it is preferable to use a low-power laser because a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • the low-power laser for example, an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.
  • the ultrashort pulse laser can set the wavelength of the laser beam in an arbitrary range by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser or the like.
  • the ultrashort pulse laser can reduce the pulse width of the excitation laser beam to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 femtoseconds or less, so that the diffusion of thermal energy generated by excitation can be suppressed compared to other lasers, and the laser beam is focused. Light energy can be concentrated only at a point (focal point).
  • the gettering sink 14 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process probably has an amorphous-like crystal structure.
  • the ultrashort pulse laser having the characteristics shown in Table 1 is a laser having a small amount of energy.
  • the semiconductor substrate 120 is rapidly heated locally. Enough energy.
  • the temperature of the condensing point (focal point) G of the laser beam reaches a high temperature of 9900 to 10000K. Because the light is collected, the heat input range is very narrow.
  • the focal point is moved by moving the stage on which the semiconductor wafer 12 is placed or scanning the laser beam, the focal point (focal point) before the movement is moved.
  • the amount of heat input at has decreased rapidly and a rapid cooling effect is obtained.
  • the number of irradiation pulses per irradiation point is preferably 10 to 10,000 pulses, and more preferably 10 to 100 pulses.
  • the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) decreases because of the long wavelength region. For this reason, there is a possibility that sufficient photon energy for modifying the inside of the semiconductor substrate cannot be obtained even if the laser beam is condensed, and the wavelength of the laser beam is preferably 1200 nm or less.
  • the position of the condensing point (focal point) G1 of the laser beam that is, the position where the gettering sink 14 is formed on the semiconductor substrate 12 can be controlled by moving the stage up and down. Besides moving the stage up and down, the position of the condensing point (focus) G1 of the laser beam can also be controlled by controlling the position of the condensing means (condensing lens).
  • the gettering sink 14 when the gettering sink 14 is formed by modifying the position 2 ⁇ m deep from the surface 12a of the semiconductor substrate 12, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm and the transmittance is 60%.
  • a modified portion (gettering sink) can be formed by imaging (condensing) a laser beam at a position of 2 ⁇ m from the surface using a lens (magnification 50 ⁇ ) and generating a multiphoton absorption process.
  • the gettering sink 14 obtained by modifying the crystal structure of the minute region of the semiconductor substrate 12 is formed in a disk shape having a diameter R1 of 50 to 150 ⁇ m and a thickness T1 of 10 to 150 ⁇ m, for example. Just do it.
  • the formation depth D1 of the gettering sink 14 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 12a of the semiconductor substrate 12.
  • Each gettering sink 14 may be formed at least on the epitaxial substrate 11 at a position overlapping with the solid-state imaging element formation region S1.
  • the gettering sinks 14 may be formed with a formation pitch P1 of 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the gettering sink 14 may be uniformly formed on the entire semiconductor substrate at a predetermined depth with respect to the semiconductor substrate, for example.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a state of forming a gettering sink in the epitaxial substrate.
  • the gettering sinks 14 may be formed below the solid-state imaging element formation region S1 on the epitaxial substrate 11, respectively.
  • the epitaxial substrate 11 is scanned along the X direction while being shifted in the Y direction at the periphery so that the laser beam Q1 is scanned over the entire area of the epitaxial substrate 11, and the laser beam Q1 is irradiated under a predetermined condition. If so, the gettering sinks 14, 14... Can be formed on the entire epitaxial substrate 11.
  • the formation density of the gettering sink 14 in the entire epitaxial substrate 11 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1.
  • the formation density of the gettering sink 4 is preferably in the range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 7 pieces / cm 2 , for example.
  • the formation density of the gettering sink 14 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained by observation with a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).
  • a laser beam is incident on the epitaxial substrate via the light condensing means, and the laser beam is incident on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate.
  • a multiphoton absorption process occurs in a minute region inside the semiconductor substrate, and a gettering sink in which only the crystal structure of the minute region is changed can be formed easily and in a short time. become.
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a NAND flash memory which is an example of the semiconductor device of the present invention.
  • the NAND flash memory (semiconductor device) 21 includes a p + type semiconductor substrate 22 and a first insulating film 23 formed on one surface 22 a of the semiconductor substrate 22. On the one surface 23a of the first insulating film 23, a floating gate 25, a second insulating film 26, and a control gate 27 are sequentially stacked.
  • n + -type source region 28 and a drain region 29 are formed around the formation region of the floating gate 25 on the one surface 22 a side of the semiconductor substrate 2. Gettering for capturing heavy metal of the semiconductor substrate 22 at a position overlapping the device formation region S2 in the semiconductor substrate 22, for example, at a position overlapping the region where the floating gate 25, the second insulating film 26, the control gate 27, etc. are stacked. A sink 24 is formed.
  • the semiconductor substrate 22 may be a silicon single crystal wafer, for example.
  • the first insulating film 23 may be an SiO 2 film obtained by oxidizing the surface of a silicon single crystal wafer.
  • the second insulating film 26 may be a silicon nitride (SiN) film, for example.
  • the gettering sink 24 may have a structure in which a part of a silicon single crystal is made amorphous (amorphous like).
  • the gettering sink 24 has the ability to capture heavy metals only by a slight strain in its crystal structure, and can serve as a gettering sink by making only a small part amorphous.
  • the gettering sink 24 is formed by modifying the crystal structure by causing a multiphoton absorption process in a part of the semiconductor substrate 22 by condensing the laser beam. A method of forming such a gettering sink 24 will be described later in detail in a semiconductor device manufacturing method.
  • the gettering sink 24 should just be formed in the position which overlaps with the formation area S2 of each device at least.
  • one gettering sink 24 may be formed in a disk shape having a diameter R2 of 50 to 150 ⁇ m, more preferably 75 to 125 ⁇ m, and a thickness T2 of 10 to 150 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • the formation depth D2 of the gettering sink 24 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 2a of the semiconductor substrate 2. D2 is more preferably 0.8 to 1.5 ⁇ m.
  • the NAND flash memory 21 configured as described above, when a control voltage is applied to the control gate 27, electrons are tunneled from the p + type semiconductor substrate 22 through the first insulating film 23 toward the floating gate 25. Is injected. As a result, a data write state is established. Since the floating gate 25 is surrounded by an insulator such as the first insulating film 23 and the second insulating film 26, the memory state is maintained even when the power is turned off.
  • the semiconductor device of the present invention is not limited to the NAND flash memory as described above, but also applies to various semiconductor devices typified by a flash memory such as a NOR flash memory or a semiconductor memory such as a DRAM. Applicable to.
  • FIG. 8 is a sectional view showing an outline of a semiconductor device manufacturing method step by step.
  • a semiconductor substrate 22 is prepared (see FIG. 8A).
  • the semiconductor substrate 22 may be, for example, a silicon single crystal wafer manufactured by slicing a silicon single crystal ingot.
  • a first insulating film 23 is formed on one surface 22a of the semiconductor substrate 22 (see FIG. 8B).
  • the first insulating film 23 may be a silicon oxide film (SiO 2 ) obtained by oxidizing one surface of a silicon single crystal wafer.
  • the surface of the semiconductor substrate 22 may be oxidized by heating the semiconductor substrate 22 to a predetermined temperature using an annealing apparatus.
  • a device including a floating gate 25, a second insulating film 26, a control gate 27, a source region 28, a drain region 29, and the like is formed on one surface 22a of the semiconductor substrate 22 by, for example, photolithography. It forms (refer FIG.8 (c)).
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a laser irradiation apparatus 120 for forming a gettering sink on a semiconductor substrate.
  • the laser irradiation device 120 may be the same as that used in the above-described embodiment. Suitable laser irradiation conditions may be the same as in Table 1 described above.
  • the optical path width of the laser beam Q11 generated by the laser generator 115 is converged by the condensing lens 111, and the converged laser beam Q21 forms a focal point at an arbitrary depth position G2 of the semiconductor substrate 22 (
  • the stage 140 is controlled in the vertical direction Y so that the light is condensed.
  • the condensing lens 111 has a magnification of, for example, 10 to 300 times, N.P. It is preferable that A is 0.3 to 0.9 and the transmittance with respect to the wavelength of the laser beam is 30 to 60%.
  • the visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror) 117b, changes its direction by 90 °, and reaches the semiconductor substrate 22.
  • the visible light laser beam Q31 is reflected by the surface of the semiconductor substrate 22 (on the other surface 22b side), passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117a and 117b, and reaches the imaging lens 112.
  • the visible light laser Q 31 that has reached the imaging lens 112 is picked up by the CCD camera 130 as a surface image of the semiconductor substrate 22, and the picked-up data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input imaging data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction X.
  • the semiconductor substrate 22 is placed so that the other surface 22 b side is an upper surface (laser incident surface) with respect to the stage 140.
  • the laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by a condensing lens (condensing means) 111. Since the converged laser beam Q21 has a wavelength region that can be transmitted through silicon, the laser beam Q21 reaches the other surface 22b of the semiconductor substrate 22 and then enters as it is without being reflected.
  • the semiconductor substrate 22 is positioned so that the condensing point (focal point) of the laser beam Q21 is a predetermined depth D2 from the one surface 22a of the semiconductor substrate 22. As a result, the semiconductor substrate 22 undergoes a multiphoton absorption process only at the condensing point (focal point) of the laser beam Q21.
  • a semiconductor beam having a single crystal structure is modified at a condensing point (focal point) by condensing a laser beam on an arbitrary region inside the semiconductor substrate 22, and a partially amorphous-like crystal.
  • the crystal structure may be modified to such an extent that a capturing action of heavy metals occurs, that is, a slight strain is generated in the crystal structure.
  • the condensing point (focal point) of the laser beam Q21 obtained by converging the laser beam Q11 in an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate 22 is set, and the semiconductor structure is modified by modifying the crystal structure of the minute region.
  • a gettering sink 24 can be formed in an arbitrary minute region of the substrate 22.
  • the laser beam for forming the gettering sink 24 does not have energy for modifying the crystal structure of the semiconductor substrate 22 in the optical path before the laser beam reaches the focal point (focal point), and the laser beam It is important to ensure that the beam can be transmitted reliably.
  • the laser beam irradiation conditions are determined by a forbidden band (energy band gap) which is a basic physical property value of a semiconductor material. For example, since the forbidden band of a silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. In this way, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the forbidden band of the semiconductor material.
  • a low-power laser As a laser beam generation device, it is preferable to use a low-power laser because a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • the low-power laser for example, an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.
  • the ultrashort pulse laser can set the wavelength of the laser beam in an arbitrary range by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser or the like.
  • the ultrashort pulse laser can reduce the pulse width of the excitation laser beam to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 femtoseconds or less, so that the diffusion of thermal energy generated by excitation can be suppressed compared to other lasers, and the laser beam is focused. Light energy can be concentrated only at a point (focal point).
  • the gettering sink 24 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process probably has an amorphous-like crystal structure.
  • the ultrashort pulse laser having the characteristics shown in Table 1 is a laser having a small amount of energy.
  • the semiconductor substrate 22 is rapidly heated locally. Enough energy.
  • the temperature of the condensing point (focus) G2 of the laser beam reaches a high temperature of 9900 to 10000K.
  • the heat input range is very narrow, and when the condensing point (focal point) is moved by the movement of the stage on which the semiconductor substrate 22 is placed or the scanning of the laser beam, the condensing point (focal point) before the movement.
  • the amount of heat input at has decreased rapidly and a rapid cooling effect is obtained.
  • the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) decreases because of the long wavelength region. For this reason, there is a possibility that sufficient photon energy for modifying the inside of the semiconductor substrate cannot be obtained even if the laser beam is condensed, and the wavelength of the laser beam is preferably 1200 nm or less.
  • the position of the condensing point (focal point) G2 of the laser beam that is, the position where the gettering sink 24 is formed on the semiconductor substrate 22 can be controlled by moving the stage up and down. Besides moving the stage up and down, the position of the condensing point (focal point) G2 of the laser beam can be controlled by controlling the position of the condensing means (condensing lens).
  • the gettering sink 24 when the gettering sink 24 is formed by modifying the position of 2 ⁇ m from the surface of the semiconductor substrate, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm and the condensing lens with a transmittance of 60% (magnification 50)
  • the modified portion (gettering sink) can be formed by forming (condensing) a laser beam at a position of 2 ⁇ m from the surface by using (multiple) and generating a multiphoton absorption process.
  • the gettering sink 24 obtained by modifying the crystal structure of a minute region of the semiconductor substrate 22 may be formed in a disk shape having a diameter R2 of 50 to 150 ⁇ m and a thickness T2 of 10 to 150 ⁇ m, for example.
  • the formation depth D2 of the gettering sink 24 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 22a of the semiconductor substrate 22.
  • Each gettering sink 24 should just be formed in the position which overlaps with element formation region S2 of the semiconductor substrate 22.
  • the gettering sinks 24 may be formed at intervals of 0.1 to 10 ⁇ m between adjacent gettering sinks 24.
  • the gettering sink 4 is preferably formed uniformly over the entire semiconductor substrate at a predetermined depth, for example.
  • the gettering sink 14 (24) may be formed below the element formation region in the semiconductor substrate.
  • the laser beam Q1 is scanned along the X direction while being shifted in the Y direction at the periphery so that the laser beam Q1 is scanned over the entire other surface (back surface) of the semiconductor substrate 11 (22) on which the device is formed. If the beam Q1 is irradiated under a predetermined condition, gettering sinks 24, 24,... Can be formed on the entire semiconductor substrate 22.
  • the formation density of the gettering sink 24 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1.
  • the formation density of the gettering sink 24 is preferably in the range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 6 pieces / cm 2 , for example.
  • the formation density of the gettering sink 24 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained by observation with a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).
  • the semiconductor substrate 22 on which the gettering sink 24 is formed as described above is further heated to a predetermined temperature by the annealing device 280 (see FIG. 8E).
  • the annealing device 280 see FIG. 8E.
  • the heavy metal diffused in the semiconductor substrate 22 is collected in the gettering sink 24, and a NAND flash memory (semiconductor device) with very little heavy metal in the element formation portion can be obtained.
  • the laser beam is incident on the semiconductor substrate via the condensing means, and the laser beam is condensed on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing an epitaxial substrate for a solid-state imaging device according to another aspect of the present invention.
  • the epitaxial substrate (epitaxial substrate for solid-state imaging device) 31 is a substrate (wafer) suitable for manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device, and has an SOI structure formed near the semiconductor substrate 32 and the one surface 32a of the semiconductor substrate 32.
  • a buried oxide film 35 and an epitaxial layer 33 formed on one surface 32 a of the semiconductor substrate 32 are provided. Below the buried oxide film 35, gettering sinks 34, 34,... For capturing heavy metals of the epitaxial substrate 31 are formed.
  • Such an epitaxial substrate 31 can be suitably used as a substrate for a back-illuminated solid-state imaging device.
  • the semiconductor substrate 32 may be, for example, a silicon single crystal wafer.
  • the epitaxial layer 33 may be any silicon epitaxial growth film grown from the one surface 32 a of the semiconductor substrate 32.
  • the buried oxide film 35 is formed inside the semiconductor substrate by, for example, a method of bonding the substrate on which the oxide film is formed and the semiconductor substrate, or by implanting oxygen from one surface of the semiconductor substrate by ion implantation and oxidizing it by heating. A method of forming the buried oxide film (BOX layer) 35 may be used.
  • the gettering sink 34 may have a structure in which a part of a silicon single crystal is made amorphous (amorphous like).
  • the gettering sink 34 has the ability to capture heavy metals only by the presence of a slight strain in its crystal structure.
  • the gettering sink 34 can play a role as a gettering sink by making only a small part amorphous.
  • the gettering sink 34 is formed by modifying the crystal structure by causing a multiphoton absorption process in a part of the semiconductor substrate 32 by condensing the laser beam. A method for forming such a gettering sink 34 will be described later in detail in a method for manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device.
  • the gettering sink 34 only needs to be formed at a position that overlaps at least the formation region S ⁇ b> 3 of each back-illuminated solid-state image sensor when the back-illuminated solid-state image sensor is formed using the epitaxial substrate 31.
  • one gettering sink 34 may be formed in a disk shape having a diameter R3 of 50 to 150 ⁇ m, more preferably 75 to 125 ⁇ m, and a thickness T3 of 10 to 150 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • the formation depth D3 of the gettering sink 34 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 2a of the semiconductor substrate 2.
  • the depth D3 is more preferably 0.8 to 1.5 ⁇ m.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a back-illuminated solid-state image sensor created using the epitaxial substrate for a solid-state image sensor of the present invention.
  • the back-illuminated solid-state imaging device 360 includes a photodiode 361 formed on the epitaxial layer 33, an insulating layer 362 formed on one surface (front surface) 33 a side of the epitaxial layer 33, and wiring formed inside the insulating layer 362. 363.
  • the back-illuminated solid-state imaging device 360 is thinned by removing the semiconductor substrate by grinding at the time of formation.
  • Incident light F ⁇ b> 3 enters from the other surface (back surface) 33 b side of the epitaxial layer 33 and is detected by the photodiode 361.
  • the back-illuminated solid-state imaging device 360 having such a configuration reliably captures heavy metals contained in the epitaxial layer 33 by the gettering sink 34 formed on the semiconductor substrate 32 of the epitaxial substrate 31 (see FIG. 10) used for manufacturing. Therefore, the dark leakage current of the photodiode 361, which is a factor that deteriorates the imaging characteristics of the backside illumination type solid-state imaging device 360, can be suppressed. Therefore, the backside illumination type solid-state imaging device 360 having excellent imaging characteristics can be realized.
  • 12 to 14 are cross-sectional views showing an outline of a method for manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device.
  • the semiconductor substrate 32 is prepared (see FIG. 12A).
  • the semiconductor substrate 32 may be, for example, a silicon single crystal wafer manufactured by slicing a silicon single crystal ingot.
  • an epitaxial layer 33 is formed on one surface 32a of the semiconductor substrate 32 (see FIG. 12B).
  • an epitaxial growth apparatus may be used to introduce the source gas while heating the semiconductor substrate 32 to a predetermined temperature, and to grow the epitaxial layer 33 made of silicon single crystal on the one surface 32a.
  • a buried oxide film (BOX layer) 35 is preferably formed inside the semiconductor substrate 32.
  • the semiconductor substrate 32 on which the epitaxial layer 33 is formed is set on the laser irradiation apparatus 120, and the laser beam is irradiated while moving the semiconductor substrate 32 (see FIG. 12C).
  • the laser beam emitted from the laser generator 115 is focused by the condensing lens (condensing means) 111 so that the condensing point (focal point) is deeper than the one surface 32 a of the semiconductor substrate 32 by several tens of ⁇ m. Focused. Thereby, the crystal structure of the semiconductor substrate 32 is modified, and the gettering sink 34 is formed.
  • FIG. 15 is a schematic view showing an example of a laser irradiation apparatus used in a process of forming a gettering sink on a semiconductor substrate. Since the laser irradiation apparatus 120 may be the same as that used in the above-described embodiment, the description thereof is omitted. Suitable laser irradiation conditions may be the same as in Table 1 described above.
  • the optical path width of the laser beam Q11 generated by the laser generator 115 is converged by the condensing lens 111, and the converged laser beam Q21 forms a focal point at an arbitrary depth position G3 of the semiconductor substrate 32 (collection).
  • the stage 140 is controlled in the vertical direction Y.
  • the condensing lens 111 has a magnification of, for example, 10 to 300 times, N.P. It is preferable that A is 0.3 to 0.9 and the transmittance with respect to the wavelength of the laser beam is 30 to 60%.
  • the visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror) 117b, changes its direction by 90 °, and reaches the epitaxial layer 33 of the semiconductor substrate 32.
  • the light is reflected by the surface of the epitaxial layer 33, passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117 a and 117 b, and reaches the imaging lens 112.
  • the visible light laser Q31 that has reached the imaging lens 112 is picked up by the CCD camera 130 as a surface image of the semiconductor substrate 2, and the picked-up data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input imaging data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction X.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing how a gettering sink is formed on a semiconductor substrate by a laser beam.
  • the laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by a condensing lens (condensing means) 111. Since the converged laser beam Q21 has a wavelength range that can be transmitted through silicon, the laser beam Q21 reaches the back surface of the semiconductor substrate 32 and then enters as it is without being reflected.
  • the semiconductor substrate 32 on which the epitaxial layer 33 is formed is positioned so that the condensing point (focal point) of the laser beam Q21 is a predetermined depth D3 from the one surface 32a of the semiconductor substrate 32.
  • the semiconductor substrate 32 undergoes a multiphoton absorption process only at the condensing point (focal point) of the laser beam Q21.
  • a laser beam is focused on an arbitrary region inside the semiconductor substrate 32 to modify the semiconductor substrate having a single crystal structure at the focusing point (focal point), and a partially amorphous-like crystal.
  • the crystal structure may be modified to such an extent that a capturing action of heavy metals occurs, that is, a slight strain is generated in the crystal structure.
  • the condensing point (focal point) of the laser beam Q21 obtained by converging the laser beam Q11 in an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate 32 is set, and the crystal structure of the minute region is modified, thereby modifying the semiconductor.
  • a gettering sink 34 can be formed in an arbitrary minute region of the substrate 32.
  • the laser beam for forming the gettering sink 34 is a laser beam without modifying the crystal structure of the epitaxial layer 33 or the semiconductor substrate 32 in the optical path before the laser beam reaches the focal point (focal point). It is important to ensure that the beam can be transmitted reliably.
  • the laser beam irradiation conditions are determined by a forbidden band (energy band gap) which is a basic physical property value of a semiconductor material. For example, since the forbidden band of a silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. In this way, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the forbidden band of the semiconductor material.
  • a low-power laser As a laser beam generation device, it is preferable to use a low-power laser because a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • the low-power laser for example, an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.
  • the ultrashort pulse laser can set the wavelength of the laser beam in an arbitrary range by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser or the like.
  • the ultrashort pulse laser can reduce the pulse width of the excitation laser beam to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 femtoseconds or less, so that the diffusion of thermal energy generated by excitation can be suppressed compared to other lasers, and the laser beam is focused. Light energy can be concentrated only at a point (focal point).
  • the gettering sink 34 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process probably has an amorphous-like crystal structure.
  • the ultrashort pulse laser having the characteristics as shown in Table 1 is a laser having a small energy amount.
  • the semiconductor substrate 32 is rapidly heated locally. Enough energy.
  • the temperature of the condensing point (focal point) G of the laser beam reaches a high temperature of 9900 to 10000K.
  • the heat input range is very narrow, and when the condensing point (focal point) is moved by moving the stage on which the semiconductor substrate 32 is placed or scanning with a laser beam, the condensing point (focal point) before the movement is reached.
  • the amount of heat input at has decreased rapidly and a rapid cooling effect is obtained.
  • the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) decreases because of the long wavelength region. For this reason, there is a possibility that sufficient photon energy for modifying the inside of the semiconductor substrate cannot be obtained even if the laser beam is condensed, and the wavelength of the laser beam is preferably 1200 nm or less.
  • the position of the condensing point (focus) G3 of the laser beam that is, the position where the gettering sink 34 is formed on the semiconductor substrate 32 can be controlled by moving the stage up and down. Besides moving the stage up and down, the position of the condensing point (focal point) G3 of the laser beam can also be controlled by controlling the position of the condensing means (condensing lens).
  • the gettering sink 34 when the gettering sink 34 is formed by modifying the position of 2 ⁇ m from the surface of the semiconductor substrate, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm, and a condensing lens with a transmittance of 60% (magnification 50)
  • the modified portion (gettering sink) can be formed by forming (condensing) a laser beam at a position of 2 ⁇ m from the surface by using (multiple) and generating a multiphoton absorption process.
  • the gettering sink 34 obtained by modifying the crystal structure of the minute region of the semiconductor substrate 32 is formed in a disk shape having a diameter R3 of 50 to 150 ⁇ m and a thickness T3 of 10 to 150 ⁇ m, for example. Just do it.
  • the formation depth D3 of the gettering sink 34 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 32a of the semiconductor substrate 32.
  • Each gettering sink 34 only needs to be formed at least in a position overlapping the formation region S3 of the back-illuminated solid-state imaging device on the epitaxial substrate 360.
  • the gettering sinks 34 may be formed at intervals of a formation pitch P of 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the gettering sink 34 may be uniformly formed on the entire semiconductor substrate at a predetermined depth with respect to the semiconductor substrate, for example.
  • the state of formation of the gettering sink in the epitaxial substrate is the same as that of FIG. 6 described above.
  • the gettering sink 34 (14 in FIG. 6) may be formed below the formation region of the back-illuminated solid-state imaging device in the epitaxial substrate 31 (11 in FIG. 6). For example, the epitaxial substrate 31 is scanned along the X direction while being shifted in the Y direction at the periphery so that the laser beam Q1 is scanned over the entire area of the epitaxial substrate 31, and the laser beam Q1 is irradiated under a predetermined condition. If so, gettering sinks 34, 34... Can be formed on the entire epitaxial substrate 31.
  • the formation density of the gettering sink 34 in the entire epitaxial substrate 31 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1.
  • the formation density of the gettering sink 34 is preferably in the range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 7 pieces / cm 2 , for example.
  • the formation density of the gettering sink 34 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained by observation with a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).
  • the gettering sink 34 is formed on the epitaxial substrate 31 by the process described in detail (see FIG. 12D).
  • a large number of photodiodes 361 are formed in the epitaxial layer 33 using the epitaxial substrate 31 on which the gettering sink 34 is formed.
  • An insulating layer 362 and a wiring 363 are formed on the one surface 33a side of the epitaxial layer 33 (see FIG. 13A). The surface of the insulating layer 362 is planarized.
  • the epitaxial substrate 31 on which the photodiode 361 and the wiring 363 are formed is heated to a predetermined temperature by the annealing device 380 (see FIG. 13B).
  • the heavy metal diffused in the semiconductor substrate 32 is collected in the gettering sink 34, and the heavy metal concentration in the element formation portion, that is, the region where the photodiode 361 is formed can be made extremely low.
  • a support substrate 390 is attached to the one surface 362a side of the insulating layer 362 (see FIG. 13C).
  • the attachment of the support substrate 390 is to prevent the epitaxial substrate 31 from being damaged in the subsequent thinning process.
  • a silicon wafer may be used as the support substrate 390.
  • the epitaxial substrate 131 to which the support substrate 390 is attached is ground from the other surface (back surface) 32a side of the semiconductor substrate 32 using a grinding device or the like.
  • a grinding device or the like For example, all of the semiconductor substrate 32 and a part of the epitaxial layer 33 may be removed by grinding to reduce the thickness (see FIG. 14A).
  • the back-illuminated solid-state imaging device 360 is completed through the steps described above (see FIG. 14B).
  • incident light F ⁇ b> 3 enters from the other surface (back surface) 33 b side of the epitaxial layer 33 and is detected by the photodiode 361.
  • the laser beam is incident on the epitaxial substrate through the condensing means, and the laser beam is incident on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate.
  • a multiphoton absorption process occurs in a minute region inside the semiconductor substrate, and a gettering sink in which only the crystal structure of the minute region is changed can be formed easily and in a short time. become.
  • a gettering sink is formed as in the prior art, a long-time heat treatment is not necessary, and the manufacturing process of the back-illuminated solid-state imaging device can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Even with a double-side polished substrate typified by a 300 mm wafer, a gettering sink can be easily formed inside the semiconductor substrate.
  • the photodiode of the back-illuminated solid-state imaging device is a factor that deteriorates the imaging characteristics. Dark leakage current can be suppressed. Therefore, a back-illuminated solid-state imaging device having excellent imaging characteristics can be realized.
  • FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view showing an epitaxial wafer suitable for manufacturing a solid-state imaging device, for example.
  • the epitaxial wafer 41 includes a silicon wafer 42 and an epitaxial layer 43 formed on one surface 42 a of the silicon wafer 42. In the vicinity of one surface 42a of the silicon wafer 42, gettering sinks 44, 44,... For capturing heavy metals of the epitaxial wafer 41 are formed.
  • the epitaxial wafer 41 can be suitably used as a substrate for a solid-state imaging device.
  • the silicon wafer 42 may be, for example, a silicon single crystal substrate.
  • the epitaxial layer 43 may be any silicon epitaxial growth film grown from the one surface 42 a of the silicon wafer 42.
  • the gettering sink 44 may have a structure in which a part of a silicon single crystal is made amorphous (amorphous like).
  • the gettering sink 44 has the ability to capture heavy metals only by the presence of a slight strain in the crystal structure, and can serve as a gettering sink by making only a small part amorphous.
  • the gettering sink 44 is formed by modifying the crystal structure by causing a multiphoton absorption process in a part of the silicon wafer 42 by condensing the laser beam. A method for forming such a gettering sink 44 will be described later in detail in a method for manufacturing an epitaxial wafer.
  • the gettering sink 44 only needs to be formed at a position overlapping at least the formation region S4 of each solid-state image sensor when the solid-state image sensor is formed using the epitaxial wafer 41, for example.
  • one gettering sink 44 may be formed in a disk shape having a diameter R4 of 50 to 150 ⁇ m, more preferably 75 to 125 ⁇ m, and a thickness T4 of 10 to 150 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • the formation depth D4 of the gettering sink 44 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 42a of the silicon wafer 42. A more preferable depth D4 is 0.8 to 1.5 ⁇ m.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of a solid-state imaging device created using an epitaxial wafer obtained by the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention.
  • the solid-state imaging device 60 uses an epitaxial wafer 41 in which a p-type epitaxial layer 43 is formed on a p + -type silicon wafer (silicon substrate) 42 and a gettering sink 44 is formed on the silicon wafer 42.
  • a first n-type well region 461 is formed at a predetermined position of the epitaxial layer 43.
  • a p-type transfer channel region 463, an n-type channel stop region 464, and a second n-type well region 465 that constitute a vertical transfer register are formed.
  • a transfer electrode 466 is formed at a predetermined position of the gate insulating film 462.
  • a photodiode 469 in which an n-type positive charge accumulation region 467 and a p-type impurity diffusion region 468 are stacked is formed.
  • An interlayer insulating film 471 that covers them and a light shielding film 472 that covers the surface except for the portion directly above the photodiode 469 are provided.
  • the solid-state imaging device 460 having such a configuration deteriorates the imaging characteristics of the solid-state imaging device 460 because the heavy metal contained in the epitaxial wafer 41 is reliably captured by the gettering sink 44 formed on the silicon wafer 42.
  • the leakage current in the dark of the photodiode 469 which is a factor, can be suppressed. Therefore, by forming the solid-state imaging device 460 using the epitaxial wafer 41 obtained by the manufacturing method of the present invention, a solid-state imaging device 460 having excellent imaging characteristics with little dark leakage current can be realized.
  • 19 and 20 are cross-sectional views showing the silicon wafer manufacturing method and the epitaxial wafer manufacturing method step by step.
  • a silicon wafer for example, a silicon single crystal ingot 8 grown by the Czochralski method (CZ method) is sliced (slicing step: see FIG. 19A), and the silicon wafer (sliced wafer) 2 (See FIG. 19B).
  • CZ method Czochralski method
  • the surface of the silicon wafer 42 is lapped using abrasive grains or the like (lapping step: see FIG. 19C).
  • the lapped silicon wafer (lapping wafer) 2 is etched to remove crystal distortion of the silicon wafer caused by the slicing process or lapping process (etching process: see FIG. 19D).
  • etching process for example, a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid, or an alkaline solution such as sodium hydroxide may be used as the etching solution.
  • the lapping process and the etching process may be performed as necessary, and are not necessarily essential processes.
  • a grinding step of grinding the surface of the silicon wafer 42 by a grinder may be further provided.
  • the silicon wafer 42 is set on the laser irradiation apparatus 20, and the laser beam is irradiated toward the one surface 42a while moving the silicon wafer 42 (multiphoton absorption process: see FIG. 20A).
  • the laser beam emitted from the laser generator 115 is focused by a condensing lens (condensing means) 111 at a position where the condensing point (focal point) is several tens of ⁇ m deep from the one surface 42 a of the silicon wafer 42. It is condensed so that it becomes. Thereby, the crystal structure of the silicon wafer 42 is modified, and the gettering sink 44 is formed.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing an example of a laser irradiation apparatus 120 for forming a gettering sink on a silicon wafer. This may be the same as that used in the previously described embodiment. Suitable laser irradiation conditions may be the same as in Table 1 described above.
  • the optical path width of the laser beam Q11 generated by the laser generator 115 is converged by the condensing lens 111, and the focused laser beam Q21 forms a focal point at an arbitrary depth position G of the silicon wafer 42 (collection).
  • the stage 40 is controlled in the vertical direction Y.
  • the condensing lens 111 has a magnification of, for example, 10 to 300 times, N.P. It is preferable that A is 0.3 to 0.9 and the transmittance with respect to the wavelength of the laser beam is 30 to 60%.
  • the visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror) 117b, changes its direction by 90 °, and reaches the epitaxial layer 43 of the silicon wafer.
  • the light is reflected by the surface of the epitaxial layer 43, passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117a and 117b, and reaches the imaging lens 112.
  • the visible light laser Q31 that has reached the imaging lens 112 is picked up by the CCD camera 130 as a surface image of the silicon wafer 42, and the picked-up data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input imaging data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction X.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing how a gettering sink is formed on a silicon wafer by a laser beam.
  • the laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by a condensing lens (condensing means) 111. Since the converged laser beam Q21 is in a wavelength range that can be transmitted through silicon, the laser beam Q21 reaches the surface of the epitaxial layer 43 and then enters as it is without being reflected.
  • the silicon wafer 42 is positioned so that the condensing point (focal point) of the laser beam Q21 is a predetermined depth D4 from the one surface 42a of the silicon wafer 42.
  • a multiphoton absorption process occurs in the silicon wafer 42 only at the condensing point (focal point) of the laser beam Q21.
  • the silicon wafer having a single crystal structure is modified at a condensing point (focal point), and a partially amorphous-like crystal is obtained.
  • the crystal structure may be modified to such an extent that a capturing action of heavy metals occurs, that is, a slight strain is generated in the crystal structure.
  • the crystal structure of the minute region is modified, so that silicon A gettering sink 44 can be formed in an arbitrary minute region of the wafer 42.
  • the laser beam for forming the gettering sink 44 can be reliably obtained without modifying the crystal structure of the silicon wafer 42 in the optical path before the laser beam reaches the focal point (focal point). It is important to make the conditions that allow transmission.
  • the laser beam irradiation conditions are determined by a forbidden band (energy band gap) which is a basic physical property value of a semiconductor material. For example, since the forbidden band of a silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. In this way, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the forbidden band of the semiconductor material.
  • a low-power laser As a laser beam generation device, it is preferable to use a low-power laser because a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • a high-power laser such as a YAG laser may transfer thermal energy not only to a predetermined depth position but also to the surrounding area.
  • the low-power laser for example, an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.
  • the ultrashort pulse laser can set the wavelength of the laser beam in an arbitrary range by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser or the like.
  • the ultrashort pulse laser can reduce the pulse width of the excitation laser beam to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 15 femtoseconds or less, so that the diffusion of thermal energy generated by excitation can be suppressed compared to other lasers, and the laser beam is focused. Light energy can be concentrated only at a point (focal point).
  • the gettering sink 44 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process probably has an amorphous-like crystal structure.
  • the laser beam it is necessary for the laser beam to rapidly heat and cool the condensing point (focal point) G locally.
  • an ultrashort pulse laser having the characteristics shown in Table 2 to be described later is a laser having a small amount of energy, but the silicon wafer 420 is rapidly heated locally by focusing using the condensing lens 111. Enough energy to do.
  • the temperature of the condensing point (focal point) G of the laser beam reaches a high temperature of 9900 to 10000K.
  • the heat input range is very narrow, and if the focal point is moved by moving the stage on which the silicon wafer 42 is mounted or scanning the laser beam, the focal point (focal point) before moving is moved.
  • the amount of heat input at has decreased rapidly and a rapid cooling effect is obtained.
  • the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) decreases because of the long wavelength region. For this reason, there is a possibility that sufficient photon energy for modifying the silicon wafer cannot be obtained even if the laser beam is focused, and the wavelength of the laser beam is preferably 1200 nm or less.
  • the position of the condensing point (focus) G4 of the laser beam that is, the position where the gettering sink 44 is formed on the silicon wafer 42 can be controlled by moving the stage up and down. Besides moving the stage up and down, the position of the condensing point (focal point) G4 of the laser beam can also be controlled by controlling the position of the condensing means (condensing lens).
  • the gettering sink 44 when the gettering sink 44 is formed by modifying the position of 2 ⁇ m from the surface of the silicon wafer 42, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm and the condensing lens with a transmittance of 60% (magnification)
  • the modified portion (gettering sink) can be formed by forming (condensing) a laser beam at a position 2 ⁇ m from the surface using a 50 ⁇ magnification and generating a multiphoton absorption process.
  • the gettering sink 44 obtained by modifying the crystal structure of the micro region of the silicon wafer 42 is formed in a disk shape having a diameter R4 of 50 to 150 ⁇ m and a thickness T4 of 10 to 150 ⁇ m, for example. Just do it.
  • the formation depth D4 of the gettering sink 44 is preferably about 0.5 to 2 ⁇ m from the one surface 42a of the silicon wafer 42.
  • Each gettering sink 44 may be formed at least at a position overlapping with a semiconductor element formed in a later process, for example, a solid-state imaging element formation region S4.
  • the gettering sinks 44 may be formed with a formation pitch P4 of 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the gettering sink 44 may be formed uniformly over the entire surface of the silicon wafer 42 at a predetermined depth with respect to the silicon wafer 42, for example. Good.
  • the formation of the gettering sink in the silicon wafer is the same as that in FIG. 6 described above.
  • the gettering sink 44 (14 in FIG. 6) may be formed below the formation area of the semiconductor element on the silicon wafer 42, for example, a solid-state imaging element.
  • the laser beam Q1 is scanned along the X direction while being shifted in the Y direction at the periphery so that the laser beam Q1 is scanned over the entire area of the silicon wafer 42 (11 in FIG. 6). Can be formed on the entire silicon wafer 42.
  • the formation density of the gettering sink 44 in the entire silicon wafer 42 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1.
  • the formation density of the gettering sinks 44 is preferably in the range of 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 7 pieces / cm 2 , for example.
  • the formation density of the gettering sink 44 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained by observation with a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).
  • the laser beam is irradiated onto the silicon wafer 42 by the multiphoton absorption process described in detail, a part of the silicon atoms on the surface layer of the one surface 42a of the silicon wafer 42 is evaporated by the laser beam, and fine scratches ( (Ablation) 42b occurs (see the right figure in FIG. 20A).
  • the surface roughness of the one surface 42a of the silicon wafer 42 becomes, for example, 1.0 to 2.5 nm.
  • the silicon wafer 42 is mirror-polished (polishing process: see FIG. 20B).
  • the polishing process for example, using a polishing machine having a surface plate 476 with a polishing pad 475 attached, the surface of the silicon wafer 42 is mirror-polished in one process or a plurality of processes. In the polishing step, one side or both sides may be mirror-polished according to the specifications of the wafer.
  • the silicon wafer 42 is mirror-polished (polishing process). By doing so, fine scratches (ablation) on the surface of the silicon wafer 42 caused by the irradiation of the laser beam can be completely removed. Thereby, there can be obtained a silicon wafer which has no fine scratches on the surface due to laser irradiation and which has a gettering sink formed inside by a multiphoton absorption process.
  • the epitaxial layer 43 is formed on the one surface 42a of the silicon wafer 42 obtained through the above-described steps (see FIG. 20D).
  • an epitaxial growth apparatus may be used to introduce the source gas while heating the silicon wafer 42 to a predetermined temperature, and to grow the epitaxial layer 43 made of silicon single crystal on the one surface 42a.
  • the epitaxial wafer 41 on which the epitaxial layer 43 and the gettering sink 44 are formed may be heated to a predetermined temperature by an annealing device, for example (annealing step).
  • an annealing device for example (annealing step).
  • the heavy metal diffused in the silicon wafer 42 is collected in the gettering sink 44, and the epitaxial wafer 41 having very little heavy metal in the element forming portion is obtained.
  • a semiconductor element for example, an embedded photodiode is formed using such an epitaxial wafer 41 (element forming step), a solid-state imaging element having excellent characteristics with suppressed dark leakage current can be obtained.
  • a silicon wafer having a substrate diameter of 300 mm and a thickness of 0.725 mm is irradiated with a laser beam having the conditions shown in Table 2, and the density is set at a depth of 2 ⁇ m from the surface of the silicon wafer.
  • a silicon wafer on which a modified portion (gettering sink) of 10 ⁇ 6 / cm 2 was formed was produced.
  • a silicon wafer identical to the above-described embodiment was prepared as a conventional comparative example 1 except that no laser beam was irradiated.
  • a wafer was prepared.
  • Example 1 For each sample of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the gettering effect was evaluated by the following method. First, each sample was washed with a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution and a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution, and then by a spin coat contamination method, 1.0 ⁇ 10 12 atoms / The surface was contaminated by about cm 2 . Next, diffusion heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere in a vertical heat treatment furnace at 1000 ° C. for 1 hour, and then Wright solution (48% HF: 30 ml, 69% HNO 3 : 30 ml, CrO 3 1 g + H 2 O 2 ml, acetic acid: 60 ml) was used to etch the surface of each sample. The number of etch pits (pits formed by etching nickel silicide) on the surface was observed with an optical microscope and the etch pit density (pieces / cm 2 ) was measured to evaluate the gettering ability of each sample.
  • the measurement limit of the etch pit density in this method is 1.0 ⁇ 10 3 pieces / cm 2 . Evaluation of the gettering ability is good when the etch pit density is 1.0 ⁇ 10 3 pieces / cm 2 or less (below the measurement limit), exceeding 1.0 ⁇ 10 3 pieces / cm 2 and 1.0 ⁇ 10 5 pieces / cm 2. Less than cm 2 was allowed, and 1.0 ⁇ 10 5 pieces / cm 2 or more was made impossible.
  • the time required for forming the oxygen precipitation portion serving as a gettering sink was evaluated as follows. Each sample was cleaved in the (110) direction, etched with the Wright solution, and then evaluated by observing the density (pieces / cm 2 ) of oxygen precipitates by observing the cleavage plane (sample cross section) with an optical microscope. Evaluation of the gettering ability was carried out by evaluating gettering ability by surface contamination with nickel element as in Example 1 described above.
  • Comparative Example 1 As a result of verification, in Comparative Example 1, the etch pit density was 1.0 ⁇ 10 5 pieces / cm 2 , and no gettering effect was observed.
  • Comparative Example 2 in the sample subjected to the heat treatment for 10 hours, the density of oxygen precipitates was 1.0 ⁇ 10 4 pieces / cm 2 and the etch pit density was 1.0 ⁇ 10 5 pieces / cm 2, which was almost getter. The ring effect was not recognized. Even in the sample subjected to the heat treatment for 20 hours, the density of oxygen precipitates is 1.0 ⁇ 10 5 pieces / cm 2 and the etch pit density is 1.0 ⁇ 10 4 pieces / cm 2 , and some gettering effect is recognized. Only stayed.
  • gettering having an excellent gettering sink capability is achieved by modifying a crystal structure by irradiating a laser beam for a short time to generate a multiphoton absorption process only at a predetermined depth position of a semiconductor substrate.
  • the sink can be easily formed at an arbitrary position.

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Abstract

　半導体ウェーハをレーザー照射装置にセットし、半導体ウェーハを移動させつつレーザービームを照射する。この時、レーザー発生装置から出射されたレーザービームは、集光用レンズによって集光点（焦点）が半導体ウェーハの一面から数十μｍ程度深い位置になるように集光される。これにより、その深さ位置における半導体ウェーハの結晶構造が改質され、ゲッタリングシンクが形成される。

Description

ゲッタリングシンクを有する固体撮像素子用エピタキシャル基板、半導体デバイス、裏面照射型固体撮像素子およびそれらの製造方法
　本発明は、固体撮像素子用エピタキシャル基板、半導体デバイス、裏面照射型固体撮像素子およびそれらの製造方法に関し、ゲッタリングシンクを短時間で容易に形成することが可能な技術に関する。
　本願は、２００８年１０月１６日に日本で出願された特願２００８－２６７３４１号、特願２００８－２６７３４２号、および特願２００８－２６７３４３号、並びに２００９年３月２３日に日本で出願された特願２００９－０６９６０１号のそれぞれに基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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。固体撮像素子は、例えば、半導体基板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基板を用いて、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。
　近年、固体撮像素子の小型、高解像度化の進行に伴って、フォトダイオードの配置密度が大幅に高まっている。このため、個々のフォトダイオードのサイズが極めて小さくなり、それぞれのフォトダイオードに入射可能な光の光量が低下しつつある。固体撮像素子の小型、高解像度化の進行による入射光量の低下を回避するために、回路層などの構成物が少ない裏面側から光を入射させる構造の裏面照射型固体撮像素子も、一般に知られつつある。
　ところで、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、製造工程における基板（ウェーハ）の重金属汚染とされている。
　基板の重金属汚染を抑制するために、従来から、半導体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、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。
　また、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。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。
　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。
　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。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。
特開平６－３３８５０７号公報 特開２００６－３１３９２２号公報
　半導体基板に熱処理を施すことにより、基板内部に酸素析出部を形成し、酸素析出部をゲッタリングシンクとする方法も知られている（例えば、非特許文献１）。
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、半導体基板に熱処理を施して基板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。
　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。
　また、近年の半導体デバイスの薄厚化の進行によって、半導体デバイスの厚みは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。
　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。
　本発明の一態様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固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法を提供する。
　また、本発明の一態様は、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用エピタキシャル基板を提供する。
　また、本発明の一態様は、半導体デバイスの形成後に汚染された重金属を簡便かつ確実にデバイスの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。
　また、本発明の一態様は、薄厚化しても重金属による特性劣化の懸念が無い半導体デバイスを提供する。
　本発明の一態様に係る固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法は、半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル基板を形成する工程と、前記エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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工程と、前記エピタキシャル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工程と、を備えた。
　前記レーザービームは、前記エピタキシャル基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザービームを集光させるのが好ましい。前記レーザービームは、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ービームであるのが好ましい。
　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含むのが好ましい。前記ゲッタリングシンクは、前記固体撮像素子の形成領域に重なる位置に形成されるのが好ましい。
　本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板は、前記固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法により製造された固体撮像素子用エピタキシャル基板であって、前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記固体撮像素子を成す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の範囲のサイズで設けられている。
　前記ゲッタリングシンクは、密度１．０×１０５～１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲で形成されているのが好ましい。
　本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法によれば、エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザー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、前記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、かつ短時間で形成することが可能になる。
　これによって、従来のようにゲッタリングシンクを形成するために、長時間の熱処理が不要となり、固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。３００ｍｍウェーハなどに代表される両面研磨基板であっても、半導体基板の内部に容易にゲッタリングシンクを形成することが可能となる。
　本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板によれば、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可能な固体撮像素子用エピタキシャル基板を提供できる。
[半導体デバイス]
　本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体基板の一面に絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の他面から集光手段を介してレーザービームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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工程と、前記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工程とを少なくとも備えた。
　前記レーザービームは、前記半導体基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザービームを集光させることが好ましい。前記レーザービームは、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ービームであることが好ましい。
　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少なくともその一部にアモルファス構造のシリコンを含むことが好ましい。前記ゲッタリングシンクは、デバイスの形成領域と重なる位置に少なくとも形成されていることが好ましい。
　本発明の半導体デバイスは、前記半導体デバイスの製造方法により製造される。前記ゲッタリングシンクは、密度１．０×１０５～１．０×１０６個／ｃｍ２の範囲で形成されていることが好ましい。
　本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、半導体基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザー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、前記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、かつ短時間で形成することが可能になる。
　これによって、従来のようにゲッタリングシンクを形成するために、長時間の熱処理が不要となり、半導体デバイスの製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。３００ｍｍウェーハなどに代表される両面研磨基板であっても、半導体基板の内部に容易にゲッタリングシンクを形成することが可能となる。
　本発明の半導体デバイスによれば、薄厚化しても重金属のゲッタリング能力に優れ、リーク電流の少ない優れた特性をもつ半導体デバイスを提供できる。
[裏面照射型固体撮像素子]
　本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル基板を形成する工程と、前記エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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工程と、前記エピタキシャル基板に複数のフォトダイオードを形成する工程と、前記エピタキシャル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工程と、前記半導体基板の厚みを減じて、前記ゲッタリングシンクを含む領域を除去する工程とを少なくとも備えた。
　前記レーザービームは、前記エピタキシャル基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザービームを集光させるのが好ましい。前記レーザービームは、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ービームであることが好ましい。
　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含むことが好ましい。前記ゲッタリングシンクは、前記フォトダイオードの形成領域と重なる位置に少なくとも形成されることが好ましい。前記ゲッタリングシンクと前記エピタキシャル層との間には、更にＳＯＩ構造の埋込酸化膜が形成されることが好ましい。
　本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板は、半導体基板と、前記半導体基板の一面に形成されたエピタキシャル層と、前記半導体基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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て形成したゲッタリングシンクと、前記ゲッタリングシンクと前記エピタキシャル層との間に形成されたＳＯＩ構造の埋込酸化膜とを備えた。
　前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記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の範囲のサイズで設けられていることが好ましい。前記ゲッタリングシンクは、密度１．０×１０５～１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲で形成されてなることが好ましい。
　本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法によれば、エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザー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、前記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、かつ短時間で形成することが可能になる。
　これによって、エピタキシャル層に含まれる重金属がゲッタリングシンクに確実に捕捉されるため、裏面照射型固体撮像素子の撮像特性を低下させる要因であるフォトダイオードの暗時リーク電流を抑制できる。よって、優れた撮像特性を持つ裏面照射型固体撮像素子を実現することがが可能となる。
　本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板によれば、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裏面照射型固体撮像素子を実現することが可能な、固体撮像素子用エピタキシャル基板を提供できる。
[シリコンウェーハ]
　本発明の一態様に係る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、前記シリコンウェーハに向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、任意の微小領域に前記レーザー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多光子吸収工程と、前記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。
　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。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。
　前記レーザービームは、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、前記レーザービームを集光させるのが好ましい。前記レーザービームは、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ービームであることが好ましい。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。
　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。
　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。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。前記ゲッタリングシンクは、密度が１．０×１０５～１．０×１０７個／ｃｍ２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できる。
本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の一実施形態を示す断面拡大図である。 同実施形態を適用した固体撮像素子の一例の断面拡大図である。 本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法の一実施形態を説明する断面拡大図である。 同製造方法の一実施形態を行うためのレーザー照射装置のブロック図である。 同装置の作用を示す断面拡大図である。 本発明の製造方法の一実施形態を説明する斜視図である。 本発明の半導体デバイスの一実施形態を示した断面図である。 本発明の半導体デバイスの製造方法の一実施形態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ー照射装置の一例を示す模式図である。 本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の一例を示した断面図である。 裏面照射型固体撮像素子の一例を示した断面図である。 本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法の一例を示す断面図である。 本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法の一例を示す断面図である。 本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法の一例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ー照射装置の一例を示す模式図である。 半導体基板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。 本発明の一実施形態に係るエピタキシャルウェーハを示す断面図である。 同ウェーハを用いた固体撮像素子の一例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る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。 本発明の一実施形態に係る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ー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。
　以下、本発明の種々の実施形態について、図面に基づき説明する。以下の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。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。
[固体撮像素子用エピタキシャル基板]
　図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子用エピタキシャル基板を示す拡大断面図である。エピタキシャル基板（固体撮像素子用エピタキシャル基板）１１は、半導体基板１２と、半導体基板１２の一面１２ａに形成されたエピタキシャル層１３とを備える。半導体基板１２の一面１２ａ近傍付近には、エピタキシャル基板１１の重金属を捕捉するゲッタリングシンク１４，１４・・が形成されている。
　このようなエピタキシャル基板１１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。半導体基板１２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１３は、半導体基板１２の一面１２ａ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１４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１４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。ゲッタリングシンク１４は、レーザービームの集光により、半導体基板１２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１４の形成方法は、後ほど固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法にて詳述する。
　ゲッタリングシンク１４は、エピタキシャル基板１１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固体撮像素子の形成領域Ｓ１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１４は、直径Ｒ１が５０～１５０μｍ、より好ましくは７５～１２５μｍ、厚みＴ１が１０～１５０μｍ、より好ましくは１０～１００μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。ゲッタリングシンク１４の形成深さＤ１は、半導体基板１２の一面１２ａから０．５～２μｍ程度が好ましい。Ｄ１はより好ましくは０．８～１．５μｍである。
　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１６０は、ｐ＋型の半導体基板（シリコン基板）１２の上にｐ型のエピタキシャル層１３を形成し、更に、半導体基板１２にゲッタリングシンク１４を形成したエピタキシャル基板１１を用いる。エピタキシャル層１２の所定位置には、第１のｎ型ウエル領域１６１が形成される。第１のｎ型ウエル領域１６１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１６３、ｎ型のチャネルストップ領域１６４および第２のｎ型ウエル領域１６５がそれぞれ形成されている。
　ゲート絶縁膜１６２の所定位置には転送電極１６６が形成されている。ｐ型の転送チャネル領域１６３と第２のｎ型ウエル領域１６５との間に、ｎ型の正電荷蓄積領域１６７とｐ型の不純物拡散領域１６８とを積層させたフォトダイオード１６９が形成される。これらを覆う層間絶縁膜１７１、およびフォトダイオード１６９の直上方を除いた表面を覆う遮光膜１７２を備えている。
　このような構成の固体撮像素子１６０は、半導体基板１２に形成されたゲッタリングシンク１４によって、エピタキシャル基板１１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１６０の撮像特性を低下させる要因であるフォトダイオード１６９の暗時リーク電流を抑制できる。よって、本発明のエピタキシャル基板１１を用いて固体撮像素子１６０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１６０を実現できる。
　次に、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法について説明する。図３は、固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法の概要を示した断面図である。エピタキシャル基板（固体撮像素子用エピタキシャル基板）を製造するにあたっては、まず半導体ウェーハ１２を用意する（図３（ａ）参照）。半導体ウェーハ１２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。
　次に、半導体ウェーハ１２の一面１２ａにエピタキシャル層１３を形成する（図３（ｂ）参照）。エピタキシャル層１３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、半導体ウェーハ１２を所定温度まで加熱しつつ原料ガスを導入し、一面１２ａにシリコン単結晶からなるエピタキシャル層１３を成長させれば良い。
　次に、エピタキシャル層１３を形成した半導体ウェーハ１２をレーザー照射装置１２０にセットし、半導体ウェーハ１２を移動させつつ、エピタキシャル層１３側からレーザービームを照射する（図３（ｃ）参照）。この時、レーザー発生装置１１５から出射されたレーザービームは、集光用レンズ（集光手段）１１１によって、集光点（焦点）が半導体ウェーハ１２の一面１２ａ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、この深さ領域において、半導体ウェーハ１２の結晶構造が改質され、ゲッタリングシンク１４が形成される。ゲッタリングシンク１４とエピタキシャル層１３との間には、改質されていない層がほぼ一定の厚さとなって全面に亘って残存する。このゲッタリングシンク１４の形成工程は後ほど詳述する。
　エピタキシャル層１３とゲッタリングシンク１４が形成された半導体ウェーハ１２は、更にアニール装置１８０によって所定の温度まで加熱される（図３（ｄ）参照）。これにより、半導体ウェーハ１２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク１４に集められ、素子形成部分に重金属が極めて少ない固体撮像素子用エピタキシャル基板１１が得られる。
　図４は、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１２０は、レーザービームＱ１１をパルス発振するレーザー発生装置１１５、レーザービームＱ１１のパルス等を制御するパルス制御回路（Ｑスイッチ）１１６、レーザービームＱ１１を反射してレーザービームＱ１１の進行方向を半導体ウェーハ１２に向けて９０°変換させるビームスプリッタ（ハーフミラー）１１７ａ、ビームスプリッタ１１７ａで反射されたレーザービームＱ１１を集光する集光用レンズ（集光手段）１１１を備えている。
　この装置は、エピタキシャル層１３を形成した半導体ウェーハ１２を載置するステージ１４０を備える。ステージ１４０は、集光されたレーザービームＱ２１を半導体ウェーハ１２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１４５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。
　レーザー発生装置１１５およびパルス制御回路１１６は、特に限定はされないが、半導体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ービームを照射できれば良い。特に、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ーが好適である。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、好適なレーザー照射条件の具体例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　レーザー発生装置１１５で発生させたレーザービームＱ１１は、集光用レンズ１１１により光路幅を収束され、収束されたレーザービームＱ２１が半導体ウェーハ１２の任意の深さ位置Ｇ１で焦点を結像する（集光される）ように、ステージ１４０が鉛直方向Ｙで制御される。集光用レンズ１１１は、例えば倍率が１０～３００倍、Ｎ．Ａが０．３～０．９、レーザー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１２０は、さらに可視光レーザー発生装置１１９、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１１７ｂ、ＣＣＤカメラ１３０、ＣＣＤカメラ制御回路１３５、結像用レンズ１１２、中央制御回路１５０、および表示手段１５１とを備えている。
　可視光レーザー発生装置１１９で発生させた可視光レーザービームＱ３１は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、半導体ウェーハ１２のエピタキシャル層１３に達する。エピタキシャル層１３の表面で反射され、集光用レンズ１１１およびビームスプリッタ１１７ａおよび１１７ｂを透過して結像用レンズ１１２に到達する。結像用レンズ１１２に到達した可視光レーザーＱ３１は、半導体ウェーハ１２の表面画像としてＣＣＤカメラ１３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路１３５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１４５はステージ１４０の水平方向Ｘの移動量を制御する。
　次に、エピタキシャル層１３を形成した半導体ウェーハ１２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、レーザー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。半導体ウェーハ１２にゲッタリングシンクを形成する際には、レーザー発生装置１１５から出射されたレーザービームＱ１１を集光用レンズ（集光手段）１１１によって収束させる。収束されたレーザービームＱ２１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１３の表面に達した後、反射せずにそのまま入射する。
　エピタキシャル層１３を形成した半導体ウェーハ１２は、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）が半導体ウェーハ１２の一面１２ａから所定の深さＤ１になるように位置決めされる。これにより、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）だけ、半導体ウェーハ１２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、半導体ウェーハ１２の内部の任意の領域にレーザービームを集光させることによって、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。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、半導体ウェーハ１２の内部の任意の微小領域にレーザービームＱ１１を収束させたレーザービームＱ２１の集光点（焦点）を設定し、微小領域の結晶構造を改質することによって、半導体ウェーハ１２の任意の微小領域にゲッタリングシンク１４を形成できる。
　ゲッタリングシンク１４を形成するためのレーザービームは、レーザービームが集光点（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１３や半導体ウェーハ１２の結晶構造を改質することなく、レーザー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。レーザー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ービームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定できる。
　レーザービームの発生装置としては、ＹＡＧレーザーのような高出力レーザーでは、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、低出力レーザーを用いることが好ましい。低出力レーザーとしては、例えば、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザーが好適である。
　超短パルスレーザーは、半導体レーザーなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザー結晶）を励起することによって、レーザービームの波長を任意の範囲に設定できる。超短パルスレーザーは、励起レーザービームのパルス幅を１．０×１０－１５フェムト秒以下にできるため、その他のレーザー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、レーザービームの集光点（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１４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、レーザービームが集光点（焦点）Ｇ１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ーは、エネルギー量の小さいレーザーであるが、集光用レンズ１１１を用い集光することによって、半導体基板１２０を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザービームの集光点（焦点）Ｇの温度は９９００～１００００Ｋの高温に達する。集光されているために入熱範囲が大変狭く、半導体ウェーハ１２を載置したステージの移動、あるいはレーザー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。１照射点当たりの照射パルス数は、１０～１００００パルスであることが好ましく、より好ましくは１０～１００パルスである。
　表１に示した超短パルスレーザーのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、エピタキシャル層１３や半導体ウェーハ１２に対する透過性が高められ、エピタキシャル層１３などの結晶組織に影響を与えることなく、レーザービームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質できる。結晶構造の改質部分が半導体基板１２のゲッタリングシンク１４として好適に利用できる。レーザービームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザービームエネルギー）が低くなる。このため、レーザー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、レーザービームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
　レーザービームの集光点（焦点）Ｇ１の位置、すなわち半導体基板１２にゲッタリングシンク１４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。ステージを上下動させること以外にも、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ービームの集光点（焦点）Ｇ１の位置を制御できる。
　一例として、半導体基板１２の表面１２ａから深さ２μｍの位置を改質してゲッタリングシンク１４を形成する場合には、レーザービームの波長を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の位置にレーザービームを結像（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）を形成できる。
　このように、半導体基板１２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１４は、例えば、直径Ｒ１が５０～１５０μｍ、厚みＴ１が１０～１５０μｍの大きさの円盤状に形成されればよい。ゲッタリングシンク１４の形成深さＤ１は、半導体基板１２の一面１２ａ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１４は、エピタキシャル基板１１に固体撮像素子の形成領域Ｓ１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１４は、例えば、形成ピッチＰ１が０．１～１０μｍの間隔で形成されればよい。ゲッタリングシンク１４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、半導体基板に対して所定の深さで、半導体基板全体に均一に形成されていてもよい。
　図６は、エピタキシャル基板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１４は、エピタキシャル基板１１における固体撮像素子の形成領域Ｓ１の下部にそれぞれ形成されればよい。例えば、レーザービームＱ１がエピタキシャル基板１１の全域に渡って走査されるように、エピタキシャル基板１1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、レーザービームＱ１を所定の条件で照射していけば、エピタキシャル基板１１の全体にゲッタリングシンク１４，１４・・を形成できる。
　エピタキシャル基板１１の全体におけるゲッタリングシンク１４の形成密度は、レーザービームＱ１の走査ピッチＢ１によって設定できる。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１４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。
　以上のように、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法によれば、エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザー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、前記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、かつ短時間で形成することが可能になる。
　これによって、従来のようにゲッタリングシンクを形成するために、長時間の熱処理が不要となり、固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。３００ｍｍウェーハなどに代表される両面研磨基板であっても、半導体基板の内部に容易にゲッタリングシンクを形成することが可能となる。
[半導体デバイス]
　次に、本発明に係る半導体デバイス、およびその製造方法の最良の実施形態について、半導体デバイスの一例としてＮＡＮＤ型フラッシュメモリを挙げ、図面に基づき説明する。
　図７は、本発明の半導体デバイスの一例であるＮＡＮＤ型フラッシュメモリを示す拡大断面図である。ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（半導体デバイス）２１は、ｐ＋型の半導体基板２２と、半導体基板２２の一面２２ａに形成された第一の絶縁膜２３とを備える。第一の絶縁膜２３の一面２３ａには、フローティングゲート２５、第二の絶縁膜２６、コントロールゲート２７が、順に重ねて形成されている。
　半導体基板２の一面２２ａ側における、フローティングゲート２５の形成領域の周囲には、ｎ＋型のソース領域２８、ドレイン領域２９がそれぞれ形成される。半導体基板２２におけるデバイスの形成領域Ｓ２と重なる位置、例えば、フローティングゲート２５、第二の絶縁膜２６、コントロールゲート２７等が積層された領域に重なる位置に、半導体基板２２の重金属を捕捉するゲッタリングシンク２４が形成されている。
　半導体基板２２は、例えば、シリコン単結晶ウェーハであればよい。第一の絶縁膜２３は、シリコン単結晶ウェーハの表面を酸化させたＳｉＯ２膜であればよい。第二の絶縁膜２６は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜であればよい。
　ゲッタリングシンク２４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２４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。ゲッタリングシンク２４は、レーザービームの集光により、半導体基板２２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２４の形成方法は、後ほど半導体デバイスの製造方法にて詳述する。
　ゲッタリングシンク２４は、少なくとも個々のデバイスの形成領域Ｓ２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２４は、直径Ｒ２が５０～１５０μｍ、より好ましくは７５～１２５μｍ、厚みＴ２が１０～１５０μｍ、より好ましくは１０～１００μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。ゲッタリングシンク２４の形成深さＤ２は、半導体基板２の一面２ａから０．５～２μｍ程度が好ましい。Ｄ２はより好ましくは０．８～１．５μｍである。
　以上のような構成のＮＡＮＤ型フラッシュメモリ２１は、コントロールゲート２７に制御電圧が印加されると、ｐ＋型の半導体基板２２から第一の絶縁膜２３をトンネルしてフローティングゲート２５に向けて電子が注入される。これによって、データの書込状態となる。フローティングゲート２５は、第一の絶縁膜２３や第二の絶縁膜２６などの絶縁体に囲まれているため、電源が切断されても記憶状態が保持される。
　一方、ｐ＋型の半導体基板２２に所定の電圧を印加することによって、フローティングゲート２５に保持されていた電子は、絶縁膜２３をトンネルして半導体基板２２に向けて移動する。これによって、データの消去状態となり、電子が注入される。
　このようなＮＡＮＤ型フラッシュメモリ２１は、半導体基板２２に形成されたゲッタリングシンク２４によって、重金属が確実に捕捉されているため、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ２１の特性を低下させる要因であるリーク電流を抑制できる。よって、リーク電流の少ない、優れた記憶特性を持つＮＡＮＤ型フラッシュメモリ２１を実現できる。
　本発明の半導体デバイスは、上述したようなＮＡＮＤ型フラッシュメモリに限定されるものではなく、例えばＮＯＲ型フラッシュメモリなどのフラッシュメモリ、あるいはＤＲＡＭなどの半導体メモリに代表される各種の半導体デバイスにも同様に適用できる。
　次に、本発明の半導体デバイスの製造方法について、上述したＮＡＮＤ型フラッシュメモリを一例として挙げて説明する。図８は、半導体デバイスの製造方法の概要を段階的に示した断面図である。ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（半導体デバイス）を製造するにあたっては、まず半導体基板２２を用意する（図８（ａ）参照）。半導体基板２２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。
　次に、半導体基板２２の一面２２ａに第一の絶縁膜２３を形成する（図８（ｂ）参照）。第一の絶縁膜２３は、例えばシリコン単結晶ウェーハの一面を酸化させたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であればよい。シリコン酸化膜２３の形成にあたっては、例えば、アニール装置を用いて、半導体基板２２を所定温度まで加熱して、その表面を酸化させれば良い。
　次に、例えば、フォトリソグラフィ等によって、半導体基板２２の一面２２ａにフローティングゲート２５、第二の絶縁膜２６、コントロールゲート２７、およびソース領域２８、ドレイン領域２９などからなるデバイス（ＮＡＮＤメモリ素子）を形成する（図８（ｃ）参照）。
　次に、デバイス（ＮＡＮＤメモリ素子）を形成した半導体基板２の他面（裏面）２２ｂ側からレーザービームを照射して、ゲッタリングシンク２４を形成する（図８（ｄ）参照）。図９は、半導体基板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１２０の一例を示す模式図である。レーザー照射装置１２０は、先に述べた実施形態で使用した物と同様でよい。好適なレーザー照射条件は、前述した表1と同様でよい。
　レーザー発生装置１１５で発生させたレーザービームＱ１１は、集光用レンズ１１１により光路幅を収束され、この収束されたレーザービームＱ２１が半導体基板２２の任意の深さ位置Ｇ２で焦点を結像する（集光される）ように、ステージ１４０が鉛直方向Ｙで制御される。集光用レンズ１１１は、例えば倍率が１０～３００倍、Ｎ．Ａが０．３～０．９、レーザービームの波長に対する透過率が３０～６０％の範囲が好ましい。
　可視光レーザー発生装置１１９で発生させた可視光レーザービームＱ３１は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、半導体基板２２に達する。可視光レーザービームＱ３１は、半導体基板２２の表面（他面２２ｂ側）で反射され、集光用レンズ１１１およびビームスプリッタ１１７ａおよび１１７ｂを透過して結像用レンズ１１２に到達する。結像用レンズ１１２に到達した可視光レーザーＱ３１は、半導体基板２２の表面画像としてＣＣＤカメラ１３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路１３５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１４５はステージ１４０の水平方向Ｘの移動量を制御する。
　次に、デバイスを形成した半導体基板２２にゲッタリングシンクを形成する方法を詳述する。半導体基板２２の内部にゲッタリングシンクを形成する際には、まず、ステージ１４０に対して他面２２ｂ側が上面（レーザー入射面）になるように半導体基板２２を載置する。レーザー発生装置１１５から出射されたレーザービームＱ１１を集光用レンズ（集光手段）１１１によって収束させる。収束されたレーザービームＱ２１は、シリコンに対して透過可能な波長域であるため、半導体基板２２の他面２２ｂに達した後、反射せずにそのまま入射する。
　半導体基板２２は、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）が半導体基板２２の一面２２ａから所定の深さＤ２になるように位置決めされる。これにより、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）だけ、半導体基板２２は多光子吸収過程が生じる。
　本発明においては、半導体基板２２の内部の任意の領域にレーザービームを集光させることによって、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。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、半導体基板２２の内部の任意の微小領域にレーザービームＱ１１を収束させたレーザービームＱ２１の集光点（焦点）を設定し、微小領域の結晶構造を改質することによって、半導体基板２２の任意の微小領域にゲッタリングシンク２４を形成できる。
　ゲッタリングシンク２４を形成するためのレーザービームは、レーザービームが集光点（焦点）に至る前の光路においては、半導体基板２２の結晶構造を改質するだけのエネルギーを持たず、かつ、レーザー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。レーザー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ービームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定できる。
　レーザービームの発生装置としては、ＹＡＧレーザーのような高出力レーザーでは、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、低出力レーザーを用いることが好ましい。低出力レーザーとしては、例えば、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザーが好適である。
　超短パルスレーザーは、半導体レーザーなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザー結晶）を励起することによって、レーザービームの波長を任意の範囲に設定できる。超短パルスレーザーは、励起レーザービームのパルス幅を１．０×１０－１５フェムト秒以下にできるため、その他のレーザー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、レーザービームの集光点（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２４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、レーザービームが集光点（焦点）Ｇ２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ーは、エネルギー量の小さいレーザーであるが、集光用レンズ１１１を用い集光することによって、半導体基板２２を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザービームの集光点（焦点）Ｇ２の温度は９９００～１００００Ｋの高温に達する。集光されているために入熱範囲が大変狭く、半導体基板２２を載置したステージの移動、あるいはレーザー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。
　表１に示した超短パルスレーザーのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、半導体基板２２に対する透過性が高められ、ゲッタリングシンク２４を形成したい領域以外の結晶組織に影響を与えることなく、レーザービームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質できる。結晶構造の改質部分が半導体基板２２のゲッタリングシンク２４として好適に利用できる。レーザービームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザービームエネルギー）が低くなる。このため、レーザー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、レーザービームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
　レーザービームの集光点（焦点）Ｇ２の位置、すなわち半導体基板２２にゲッタリングシンク２４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。ステージを上下動させること以外にも、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ービームの集光点（焦点）Ｇ２の位置を制御できる。
　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２４を形成する場合には、レーザービームの波長を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の位置にレーザービームを結像（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）を形成できる。
　半導体基板２２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２４は、例えば、直径Ｒ２が５０～１５０μｍ、厚みＴ２が１０～１５０μｍの大きさの円盤状に形成されればよい。ゲッタリングシンク２４の形成深さＤ２は、半導体基板２２の一面２２ａから０．５～２μｍ程度が好ましい。
　各ゲッタリングシンク２４は、半導体基板２２の素子形成領域Ｓ２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２４は、例えば、隣接するゲッタリングシンク２４との間の形成ピッチが０．１～１０μｍの間隔で形成されればよい。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、半導体基板に対して所定の深さで、半導体基板全体に均一に形成されているのも好ましい。
　半導体基板におけるゲッタリングシンクの形成の様子は、先に説明した図６と同様でよいから説明を省略する。図６において、ゲッタリングシンク１４（２４）は、半導体基板における素子形成領域の下部に形成されればよい。例えば、レーザービームＱ１がデバイスを形成した半導体基板１１（２２）の他面（裏面）の全域に渡って走査されるように、周縁部でＹ方向にずらしつつＸ方向に沿って走査させ、レーザービームＱ１を所定の条件で照射していけば、半導体基板２２の全体にゲッタリングシンク２４，２４・・を形成できる。
　ゲッタリングシンク２４の形成密度は、レーザービームＱ１の走査ピッチＢ１によって設定できる。ゲッタリングシンク２４の形成密度は、例えば、１．０×１０５～１．０×１０６個／ｃｍ２の範囲が好適である。ゲッタリングシンク２４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。
　以上のようにしてゲッタリングシンク２４が形成された半導体基板２２は、更にアニール装置２８０によって所定の温度まで加熱される（図８（ｅ）参照）。これにより、半導体基板２２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク２４に集められ、素子形成部分に重金属が極めて少ないＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（半導体デバイス）を得ることができる。
　アニール装置によるゲッタリングシンク２４への重金属の捕捉は、半導体基板２２を他面２２ｂ側から研削して薄厚化した後に行うのが好ましい。これによって、薄厚化工程で重金属に汚染されても、デバイスの形成領域の重金属を確実に取り除き、薄厚化しても重金属によるリークなどの特性劣化のない半導体デバイスを提供できる。
　以上のように、本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、半導体基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザー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、前記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、かつ短時間で形成することが可能になる。
　これによって、従来のようにゲッタリングシンクを形成するために、長時間の熱処理が不要となり、薄厚化しても重金属を確実に取り除くことができる。３００ｍｍウェーハなどに代表される両面研磨基板であっても、半導体基板の内部に容易にゲッタリングシンクを形成することが可能となる。
[固体撮像素子用エピタキシャル基板]
　図１０は、本発明の他の態様に係る固体撮像素子用エピタキシャル基板を示す拡大断面図である。エピタキシャル基板（固体撮像素子用エピタキシャル基板）３１は、裏面照射型固体撮像素子の製造に好適な基板（ウェーハ）であり、半導体基板３２と、半導体基板３２の一面３２ａ寄りに形成されたＳＯＩ構造の埋込酸化膜３５と、半導体基板３２の一面３２ａに重ねて形成されたエピタキシャル層３３とを備える。埋込酸化膜３５の下部には、エピタキシャル基板３１の重金属を捕捉するゲッタリングシンク３４，３４・・が形成されている。
　このようなエピタキシャル基板３１は、裏面照射型固体撮像素子の基板として好適に用いることができる。半導体基板３２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３３は、半導体基板３２の一面３２ａ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。埋込酸化膜３５は、例えば、酸化膜を形成した基板と半導体基板とを貼り合わせる方法や、酸素をイオン注入により半導体基板の一面から打ち込み、加熱して酸化させることにより、半導体基板の内部に埋込酸化膜（ＢＯＸ層）３５を形成する方法を用いれば良い。
　ゲッタリングシンク３４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３４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。ゲッタリングシンク３４は、レーザービームの集光により、半導体基板３２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３４の形成方法は、後ほど裏面照射型固体撮像素子の製造方法にて詳述する。
　ゲッタリングシンク３４は、エピタキシャル基板３１を用いて裏面照射型固体撮像素子を形成する際に、少なくともそれぞれの裏面照射型固体撮像素子の形成領域Ｓ３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３４は、直径Ｒ３が５０～１５０μｍ、より好ましくは７５～１２５μｍ、厚みＴ３が１０～１５０μｍ、より好ましくは１０～１００μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。ゲッタリングシンク３４の形成深さＤ３は、半導体基板２の一面２ａから０．５～２μｍ程度が好ましい。深さＤ３はより好ましくは０．８～１．５μｍである。
　図１１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裏面照射型固体撮像素子の一例を示す断面図である。裏面照射型固体撮像素子３６０は、エピタキシャル層３３に形成されたフォトダイオード３６１と、エピタキシャル層３３の一面（表面）３３ａ側に形成された絶縁層３６２と、絶縁層３６２の内部に形成された配線３６３とを備えている。裏面照射型固体撮像素子３６０は、形成時に半導体基板が研削によって除去され、薄厚化されている。入射光Ｆ３はエピタキシャル層３３の他面（裏面）３３ｂ側から入射し、フォトダイオード３６１で検出される。
　このような構成の裏面照射型固体撮像素子３６０は、製造に用いるエピタキシャル基板３１（図１０参照）の半導体基板３２に形成されたゲッタリングシンク３４によって、エピタキシャル層３３に含まれる重金属が確実に捕捉されているため、裏面照射型固体撮像素子３６０の撮像特性を低下させる要因であるフォトダイオード３６１の暗時リーク電流を抑制できる。よって、優れた撮像特性を持つ裏面照射型固体撮像素子３６０を実現できる。
　次に、本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法について説明する。図１２～１４は、裏面照射型固体撮像素子の製造方法の概要を示した断面図である。裏面照射型固体撮像素子を製造するにあたっては、まず半導体基板３２を用意する（図１２（ａ）参照）。半導体基板３２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。
　次に、半導体基板３２の一面３２ａにエピタキシャル層３３を形成する（図１２（ｂ）参照）。エピタキシャル層３３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、半導体基板３２を所定温度まで加熱しつつ原料ガスを導入し、一面３２ａにシリコン単結晶からなるエピタキシャル層３３を成長させれば良い。必要に応じて、半導体基板３２の内部に埋込酸化膜（ＢＯＸ層）３５を形成するのが好ましい。
　次に、エピタキシャル層３３を形成した半導体基板３２をレーザー照射装置１２０にセットし、半導体基板３２を移動させつつレーザービームを照射する（図１２（ｃ）参照）。この時、レーザー発生装置１１５から出射されたレーザービームは、集光用レンズ（集光手段）１１１によって集光点（焦点）が半導体基板３２の一面３２ａ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、半導体基板３２の結晶構造が改質され、ゲッタリングシンク３４が形成される。
　図１５は、半導体基板にゲッタリングシンクを形成する工程で用いられる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１２０は、レーザー照射装置１２０は、先に述べた実施形態で使用した物と同様でよいので説明を省略する。好適なレーザー照射条件は、前述した表1と同様でよい。
　レーザー発生装置１１５で発生させたレーザービームＱ１１は、集光用レンズ１１１により光路幅を収束され、収束されたレーザービームＱ２１が半導体基板３２の任意の深さ位置Ｇ３で焦点を結像する（集光される）ように、ステージ１４０が鉛直方向Ｙで制御される。集光用レンズ１１１は、例えば倍率が１０～３００倍、Ｎ．Ａが０．３～０．９、レーザービームの波長に対する透過率が３０～６０％の範囲が好ましい。
　可視光レーザ発生装置１１９で発生させた可視光レーザービームＱ３１は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、半導体基板３２のエピタキシャル層３３に達する。エピタキシャル層３３の表面で反射され、集光用レンズ１１１およびビームスプリッタ１１７ａおよび１１７ｂを透過して結像用レンズ１１２に到達する。結像用レンズ１１２に到達した可視光レーザーＱ３１は、半導体基板２の表面画像としてＣＣＤカメラ１３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路１３５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１４５はステージ１４０の水平方向Ｘの移動量を制御する。
　次に、エピタキシャル層３３を形成した半導体基板３２にゲッタリングシンクを形成する方法を詳述する。図１６は、レーザービームによって半導体基板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。半導体基板３２にゲッタリングシンクを形成する際には、レーザー発生装置１１５から出射されたレーザービームＱ１１を集光用レンズ（集光手段）１１１によって収束させる。収束されたレーザービームＱ２１は、シリコンに対して透過可能な波長域であるため、半導体基板３２の裏面に達した後、反射せずにそのまま入射する。
　エピタキシャル層３３を形成した半導体基板３２は、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）が半導体基板３２の一面３２ａから所定の深さＤ３になるように位置決めされる。これにより、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）だけ、半導体基板３２は多光子吸収過程が生じる。
　本発明においては、半導体基板３２の内部の任意の領域にレーザービームを集光させることによって、集光点（焦点）において、単結晶構造の半導体基板を改質し、部分的にアモルファスライクな結晶構造を生じさせる。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、半導体基板３２の内部の任意の微小領域にレーザービームＱ１１を収束させたレーザービームＱ２１の集光点（焦点）を設定し、微小領域の結晶構造を改質することによって、半導体基板３２の任意の微小領域にゲッタリングシンク３４を形成できる。
　ゲッタリングシンク３４を形成するためのレーザービームは、レーザービームが集光点（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３３や半導体基板３２の結晶構造を改質することなく、レーザー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。レーザー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ービームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定できる。
　レーザービームの発生装置としては、ＹＡＧレーザーのような高出力レーザーでは、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、低出力レーザーを用いることが好ましい。低出力レーザーとしては、例えば、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザーが好適である。
　超短パルスレーザーは、半導体レーザーなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザー結晶）を励起することによって、レーザービームの波長を任意の範囲に設定できる。超短パルスレーザーは、励起レーザービームのパルス幅を１．０×１０－１５フェムト秒以下にできるため、その他のレーザー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、レーザービームの集光点（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３４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、レーザービームが集光点（焦点）Ｇ３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ーは、エネルギー量の小さいレーザーであるが、集光用レンズ１１１を用い集光することによって、半導体基板３２を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザービームの集光点（焦点）Ｇの温度は９９００～１００００Ｋの高温に達する。集光されているために入熱範囲が大変狭く、半導体基板３２を載置したステージの移動、あるいはレーザー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。
　表１に示した超短パルスレーザーのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、エピタキシャル層３３や半導体基板３２に対する透過性が高められ、エピタキシャル層３３などの結晶組織に影響を与えることなく、レーザービームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質できる。結晶構造の改質部分が半導体基板３２のゲッタリングシンク３４として好適に利用できる。レーザービームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザービームエネルギー）が低くなる。このため、レーザー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、レーザービームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
　レーザービームの集光点（焦点）Ｇ３の位置、すなわち半導体基板３２にゲッタリングシンク３４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。ステージを上下動させること以外にも、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ービームの集光点（焦点）Ｇ３の位置を制御できる。
　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３４を形成する場合には、レーザービームの波長を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の位置にレーザービームを結像（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）を形成できる。
　このように、半導体基板３２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３４は、例えば、直径Ｒ３が５０～１５０μｍ、厚みＴ３が１０～１５０μｍの大きさの円盤状に形成されればよい。ゲッタリングシンク３４の形成深さＤ３は、半導体基板３２の一面３２ａ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３４は、エピタキシャル基板３６０に裏面照射型固体撮像素子の形成領域Ｓ３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３４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。ゲッタリングシンク３４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、半導体基板に対して所定の深さで、半導体基板全体に均一に形成されていてもよい。
　エピタキシャル基板におけるゲッタリングシンクの形成の様子は、先に説明した図６と同様である。ゲッタリングシンク３４（図６中の１４）は、エピタキシャル基板３１（図６中の１１）における裏面照射型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、レーザービームＱ１がエピタキシャル基板３１の全域に渡って走査されるように、エピタキシャル基板３１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、レーザービームＱ１を所定の条件で照射していけば、エピタキシャル基板３１の全体にゲッタリングシンク３４，３４・・を形成できる。
　エピタキシャル基板３１の全体におけるゲッタリングシンク３４の形成密度は、レーザービームＱ１の走査ピッチＢ１によって設定できる。ゲッタリングシンク３４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３４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、詳細に述べた工程によって、エピタキシャル基板３１にゲッタリングシンク３４が形成される（図１２（ｄ）参照）。次に、ゲッタリングシンク３４を形成したエピタキシャル基板３１を用いて、エピタキシャル層３３に多数のフォトダイオード３６１を形成する。エピタキシャル層３３の一面３３ａ側に、絶縁層３６２や配線３６３を形成する（図１３（ａ）参照）。絶縁層３６２の表面を平坦化する。
　続いて、フォトダイオード３６１や配線３６３が形成されたエピタキシャル基板３１をアニール装置３８０によって所定の温度まで加熱する（図１３（ｂ）参照）。これにより、半導体基板３２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク３４に集められ、素子形成部分、即ちフォトダイオード３６１が形成された領域の重金属濃度が極めて低い状態にできる。
　次に、絶縁層３６２の一面３６２ａ側に支持基板３９０を貼りつける（図１３（ｃ）参照）。支持基板３９０の貼り付けは、後工程での薄厚化におけるエピタキシャル基板３１の破損を防止するためである。支持基板３９０としては、例えば、シリコンウェーハが用いられれば良い。
　続いて、支持基板３９０を貼り付けたエピタキシャル基板１３１を研削装置などを用いて、半導体基板３２の他面（裏面）３２ａ側から研削する。研削によって、例えば、半導体基板３２の全てと、エピタキシャル層３３の一部まで削り取って、薄厚化させれば良い（図１４（ａ）参照）。
　以上、述べたような工程を経て、裏面照射型固体撮像素子３６０が完成する（図１４（ｂ）参照）。裏面照射型固体撮像素子３６０は、入射光Ｆ３がエピタキシャル層３３の他面（裏面）３３ｂ側から入射し、フォトダイオード３６１で検出される。
　以上のように、本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法によれば、エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザー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、前記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、かつ短時間で形成することが可能になる。
　これによって、従来のようにゲッタリングシンクを形成するために、長時間の熱処理が不要となり、裏面照射型固体撮像素子の製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。３００ｍｍウェーハなどに代表される両面研磨基板であっても、半導体基板の内部に容易にゲッタリングシンクを形成することが可能となる。
　製造に用いるエピタキシャル基板の半導体基板に形成されたゲッタリングシンクによって、エピタキシャル層に含まれる重金属が確実に捕捉されているため、裏面照射型固体撮像素子の撮像特性を低下させる要因であるフォトダイオードの暗時リーク電流を抑制できる。よって、優れた撮像特性を持つ裏面照射型固体撮像素子を実現できる。
[シリコンウェーハ]
　図１７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４１は、シリコンウェーハ４２と、シリコンウェーハ４２の一面４２ａに形成されたエピタキシャル層４３とを備える。シリコンウェーハ４２の一面４２ａ近傍付近には、エピタキシャルウェーハ４１の重金属を捕捉するゲッタリングシンク４４，４４・・が形成されている。
　このエピタキシャルウェーハ４１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４２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４３は、シリコンウェーハ４２の一面４２ａ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４４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４４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。ゲッタリングシンク４４は、レーザービームの集光により、シリコンウェーハ４２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４４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４４は、エピタキシャルウェーハ４１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Ｓ４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４４は、直径Ｒ４が５０～１５０μｍ、より好ましくは７５～１２５μｍ、厚みＴ４が１０～１５０μｍ、より好ましくは１０～１００μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。ゲッタリングシンク４４の形成深さＤ４は、シリコンウェーハ４２の一面４２ａから０．５～２μｍ程度が好ましい。より好ましい深さＤ４は０．８～１．５μｍである。
　図１８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）４２の上にｐ型のエピタキシャル層４３を形成し、更に、シリコンウェーハ４２にゲッタリングシンク４４を形成したエピタキシャルウェーハ４１を用いる。エピタキシャル層４３の所定位置には、第１のｎ型ウエル領域４６１が形成される。第１のｎ型ウエル領域４６１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４６３、ｎ型のチャネルストップ領域４６４および第２のｎ型ウエル領域４６５がそれぞれ形成されている。
　更に、ゲート絶縁膜４６２の所定位置には転送電極４６６が形成されている。ｐ型の転送チャネル領域４６３と第２のｎ型ウエル領域４６５との間に、ｎ型の正電荷蓄積領域４６７とｐ型の不純物拡散領域４６８とを積層させたフォトダイオード４６９が形成される。これらを覆う層間絶縁膜４７１、およびフォトダイオード４６９の直上方を除いた表面を覆う遮光膜４７２を備えている。
　このような構成の固体撮像素子４６０は、シリコンウェーハ４２に形成されたゲッタリングシンク４４によって、エピタキシャルウェーハ４１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４６０の撮像特性を低下させる要因であるフォトダイオード４６９の暗時リーク電流を抑制できる。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４１を用いて固体撮像素子４６０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４６０を実現できる。
　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１９，図２０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１９（ａ）参照）、シリコンウェーハ（スライスウェーハ）２を得る（図１９（ｂ）参照）。
　次に、シリコンウェーハ４２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１９（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１９（ｄ）参照）。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。
　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。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４２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てもよい。
　次に、シリコンウェーハ４２をレーザー照射装置２０にセットし、シリコンウェーハ４２を移動させつつ、一面４２ａに向けてレーザービームを照射する（多光子吸収工程：図２０（ａ）参照）。多光子吸収工程では、レーザー発生装置１１５から出射されたレーザービームは、集光用レンズ（集光手段）１１１によって集光点（焦点）がシリコンウェーハ４２の一面４２ａ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４２の結晶構造が改質され、ゲッタリングシンク４４が形成される。
　図２１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１２０の一例を示す模式図である。これは、先に述べた実施形態で使用した物と同様でよい。好適なレーザー照射条件は、前述した表1と同様でよい。
　レーザー発生装置１１５で発生させたレーザービームＱ１１は、集光用レンズ１１１により光路幅を収束され、収束されたレーザービームＱ２１がシリコンウェーハ４２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１１１は、例えば倍率が１０～３００倍、Ｎ．Ａが０．３～０．９、レーザービームの波長に対する透過率が３０～６０％の範囲が好ましい。
　可視光レーザー発生装置１１９で発生させた可視光レーザービームＱ３１は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、シリコンウェーハ４２のエピタキシャル層４３に達する。エピタキシャル層４３の表面で反射され、集光用レンズ１１１およびビームスプリッタ１１７ａおよび１１７ｂを透過して結像用レンズ１１２に到達する。結像用レンズ１１２に到達した可視光レーザーＱ３１は、シリコンウェーハ４２の表面画像としてＣＣＤカメラ１３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路１３５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１４５はステージ１４０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４２にゲッタリングシンクを形成する方法を詳述する。図２２は、レーザー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４２にゲッタリングシンクを形成する際には、レーザー発生装置１１５から出射されたレーザービームＱ１１を集光用レンズ（集光手段）１１１によって収束させる。収束されたレーザービームＱ２１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４３の表面に達した後、反射せずにそのまま入射する。
　シリコンウェーハ４２は、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）がシリコンウェーハ４２の一面４２ａから所定の深さＤ４になるように位置決めされる。これにより、レーザービームＱ２１の集光点（焦点）においてのみ、シリコンウェーハ４２には多光子吸収過程が生じる。
　本発明においては、シリコンウェーハ４２の内部の任意の領域にレーザービームを集光させることによって、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。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４２の内部の任意の微小領域にレーザービームＱ１１を収束させたレーザービームＱ２１の集光点（焦点）を設定し、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４２の任意の微小領域にゲッタリングシンク４４を形成できる。
　ゲッタリングシンク４４を形成するためのレーザービームは、レーザービームが集光点（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４２の結晶構造を改質することなく、レーザー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。レーザー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ービームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定できる。
　レーザービームの発生装置としては、ＹＡＧレーザーのような高出力レーザーでは、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、低出力レーザーを用いることが好ましい。低出力レーザーとしては、例えば、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザーが好適である。
　超短パルスレーザーは、半導体レーザーなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザー結晶）を励起することによって、レーザービームの波長を任意の範囲に設定できる。超短パルスレーザーは、励起レーザービームのパルス幅を１．０×１０－１５フェムト秒以下にできるため、その他のレーザー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、レーザービームの集光点（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４４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、レーザービームが集光点（焦点）Ｇを局部的に急速加熱・急速冷却する必要がある。例えば後述する表２に示したような特性を持つ超短パルスレーザーは、エネルギー量の小さいレーザーであるが、集光用レンズ１１１を用い集光することによって、シリコンウェーハ４２０を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザービームの集光点（焦点）Ｇの温度は９９００～１００００Ｋの高温に達する。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４２を載置したステージの移動、あるいはレーザー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。
　表１に示した超短パルスレーザーのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、シリコンウェーハ４２に対する透過性が高められ、レーザービームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質できる。結晶構造の改質部分がシリコンウェーハ４２のゲッタリングシンク４４として好適に利用できる。レーザービームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザービームエネルギー）が低くなる。
　このため、レーザー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、レーザービームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
　レーザービームの集光点（焦点）Ｇ４の位置、すなわちシリコンウェーハ４２にゲッタリングシンク４４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。ステージを上下動させること以外にも、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ービームの集光点（焦点）Ｇ４の位置を制御できる。
　一例として、シリコンウェーハ４２の表面から２μｍの位置を改質してゲッタリングシンク４４を形成する場合には、レーザービームの波長を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の位置にレーザービームを結像（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）を形成できる。
　このように、シリコンウェーハ４２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４４は、例えば、直径Ｒ４が５０～１５０μｍ、厚みＴ４が１０～１５０μｍの大きさの円盤状に形成されればよい。ゲッタリングシンク４４の形成深さＤ４は、シリコンウェーハ４２の一面４２ａ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４４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Ｓ４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４４は、例えば、形成ピッチＰ４が０．１～１０μｍの間隔で形成されればよい。ゲッタリングシンク４４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４２に対して所定の深さで、シリコンウェーハ４２の全面に渡って均一に形成されていてもよい。
　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は、先に説明した図６と同じである。ゲッタリングシンク４４（図６中の１４）は、シリコンウェーハ４２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、レーザービームＱ１がシリコンウェーハ４２（図６中の１１）の全域に渡って走査されるように、シリコンウェーハ４２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、レーザービームＱ１を所定の条件で照射していけば、シリコンウェーハ４２の全体にゲッタリングシンク４４，４４・・を形成できる。
　シリコンウェーハ４２全体におけるゲッタリングシンク４４の形成密度は、レーザービームＱ１の走査ピッチＢ１によって設定できる。ゲッタリングシンク４４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４４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４２にレーザービームを照射すると、シリコンウェーハ４２の一面４２ａは、レーザー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）４２ｂが生じる（図２０（ａ）右図参照）。多光子吸収工程におけるレーザービームの照射によって、シリコンウェーハ４２の一面４２ａの表面粗さは、例えば、１．０～２．５ｎｍとなる。
　次に、多光子吸収工程によってゲッタリングシンク４４，４４・・を形成した後で、シリコンウェーハ４２を鏡面研磨する（ポリッシング工程：図２０（ｂ）参照）。ポリッシング工程では、例えば、ポリッシングパッド４７５を貼付した定盤４７６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４２の表面を鏡面研磨する。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。
　シリコンウェーハ４２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ービームの照射により生じたシリコンウェーハ４２の一面４２ａの微細な傷（アブレーション）は完全に除去される（図２０（ｂ）右図参照）。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４２を得ることができる（図２０（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４４，４４・・を形成した後で、シリコンウェーハ４２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４２の表面の微細な傷（アブレーション）を完全に除去できる。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４２の一面４２ａにエピタキシャル層４３を形成する（図２０（ｄ）参照）。エピタキシャル層４３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４２を所定温度まで加熱しつつ原料ガスを導入し、一面４２ａにシリコン単結晶からなるエピタキシャル層４３を成長させれば良い。
　この後、エピタキシャル層４３とゲッタリングシンク４４が形成されたエピタキシャルウェーハ４１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４２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク４４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４１が得られる。
　このようなエピタキシャルウェーハ４１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。
　本発明の実施例として、基板直径が３００ｍｍ、厚さが０．７２５ｍｍのシリコンウェーハに対して、表２に示す条件のレーザービームを照射し、シリコンウェーハの表面から深さ２μｍの位置に、密度１０－６／ｃｍ２の改質部分（ゲッタリングシンク）を形成したシリコンウェーハを作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上述した実施例における改質部分のゲッタリング効果を確認するため、従来の比較例１として、レーザービームを照射しないこと以外は、上述した実施例と同一のシリコンウェーハを用意した。
　長時間熱処理による酸素析出部を形成したシリコンウェーハのゲッタリング効果と比較するため、従来の比較例２として、１０時間、および２０時間の熱処理を施すこと以外は上述した比較例１と同一のシリコンウェーハを用意した。
　実施例１、比較例１および比較例２の各サンプルについて、ゲッタリング効果を次に示す方法で評価した。
　まず、各サンプルを、アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液および塩酸と過酸化水素水の混合溶液で洗浄した後、スピンコート汚染法により、重金属であるニッケルで１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度表面汚染させた。次に、縦型熱処理炉で１０００℃、１時間、窒素雰囲気中で拡散熱処理を施し、その後、Ｗｒｉｇｈｔ液（４８％ ＨＦ：３０ｍｌ、６９％ ＨＮＯ３：３０ｍｌ、ＣｒＯ３ １ｇ＋Ｈ２Ｏ ２ｍｌ、酢酸：６０ｍｌ）により各サンプルの表面をエッチングした。表面のエッチピット（ニッケルシリサイドがエッチングされて形成されるピット）の個数を光学顕微鏡により観察してエッチピット密度（個／ｃｍ２）を測定することにより、各サンプルのゲッタリング能力を評価した。
　この方法におけるエッチピット密度の測定限界は１．０×１０３個／ｃｍ２である。ゲッタリング能力の評価は、エッチピット密度が１．０×１０３個／ｃｍ２以下（測定限界以下）を良好、１．０×１０３個／ｃｍ２を超え１．０×１０５個／ｃｍ２未満を可、１．０×１０５個／ｃｍ２以上を不可とした。
　比較例２に関して、ゲッタリングシンクとなる酸素析出部の形成に必要な時間を次のように評価した。各サンプルを（１１０）方向でへき開してＷｒｉｇｈｔ液でエッチングした後、へき開面（サンプル断面）を光学顕微鏡することにより酸素析出物の密度（個／ｃｍ２）を観察することで評価した。ゲッタリング能力の評価は、上述した実施例１と同様に、ニッケル元素での表面汚染によるゲッタリング能力評価を実施した。
　検証の結果、比較例１ではエッチピット密度が１．０×１０５個／ｃｍ２となり、ゲッタリング効果が認められなかった。
　比較例２では、１０時間の熱処理を施したサンプルでは、酸素析出物の密度が１．０×１０４個／ｃｍ２で、エッチピット密度も１．０×１０５個／ｃｍ２と殆どゲッタリング効果が認められなかった。２０時間の熱処理を施したサンプルでも、酸素析出物の密度が１．０×１０５個／ｃｍ２で、エッチピット密度は１．０×１０４個／ｃｍ２となり多少のゲッタリング効果が認められるにとどまった。
　これに対し、本発明の実施例では、エッチピット密度が１．０×１０３個／ｃｍ２以下と十分なゲッタリング効果が認められた。
　本発明によれば、レーザービームを短時間照射して半導体基板の所定深さ位置だけに多光子吸収過程を生じさせて結晶構造を改質することにより、優れたゲッタリングシンク能力のあるゲッタリングシンクを任意の位置に容易に形成できる。
　１１　固体撮像素子用エピタキシャル基板、１２　半導体基板、１３　エピタキシャル層、１４　ゲッタリングシンク、２１　半導体デバイス、２２　半導体基板、２３　第一の絶縁膜（絶縁膜）、２４　ゲッタリングシンク、３１　固体撮像素子用エピタキシャル基板、３２　半導体基板、３３　エピタキシャル層、３４　ゲッタリングシンク、３６０　裏面照射型固体撮像素子、４１　エピタキシャルウェーハ、４２　シリコンウェーハ、４３　エピタキシャル層、４４　ゲッタリングシンク。

Claims (33)

  1. 　半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル基板を形成する工程と、
    　前記エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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工程と、
    　前記エピタキシャル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工程と、
    　を備えた固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
  2. 　前記レーザービームは、前記エピタキシャル基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザービームを集光させる請求項１記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
  3. 　前記レーザービームは、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ービームである請求項１記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
  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含む請求項１記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
  5. 　前記ゲッタリングシンクは、前記固体撮像素子の形成領域に重なる位置に形成される請求項１記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
  6. 　請求項１記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法により製造された固体撮像素子用エピタキシャル基板であって、
    　前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記固体撮像素子を構成する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の範囲のサイズで設けられている固体撮像素子用エピタキシャル基板。
  7. 　前記ゲッタリングシンクは、密度１．０×１０５～１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲で形成されてなる請求項６記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板。
  8. 　半導体基板の一面に絶縁膜を形成する工程と、
    　前記半導体基板の他面から集光手段を介してレーザービームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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工程と、
    　前記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工程と、
    　を少なくとも備えた半導体デバイスの製造方法。
  9. 　前記レーザービームは、前記半導体基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザービームを集光させる請求項８記載の半導体デバイスの製造方法。
  10. 　前記レーザービームは、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ービームである請求項８記載の半導体デバイスの製造方法。
  11. 　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少なくともその一部にアモルファス構造のシリコンを含む請求項８記載の半導体デバイスの製造方法。
  12. 　前記ゲッタリングシンクは、デバイスの形成領域と重なる位置に少なくとも形成されている請求項８記載の半導体デバイスの製造方法。
  13. 　請求項８記載の半導体デバイスの製造方法により製造され、ゲッタリングシンクが密度１．０×１０５～１．０×１０６個／ｃｍ２の範囲で形成されてなる半導体デバイス。
  14. 　半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル基板を形成する工程と、
    　前記エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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工程と、
    　前記エピタキシャル基板に複数のフォトダイオードを形成する工程と、
    　前記エピタキシャル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工程と、
    　前記半導体基板の厚みを減じて、前記ゲッタリングシンクを含む領域を除去する工程と、
    　を少なくとも備えた裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
  15. 　前記レーザービームは、前記エピタキシャル基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザービームを集光させる請求項１４記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
  16. 　前記レーザービームは、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ービームである請求項１４記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
  17. 　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含む請求項１４記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
  18. 　前記ゲッタリングシンクは、前記フォトダイオードの形成領域と重なる位置に少なくとも形成される請求項１４記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
  19. 　前記ゲッタリングシンクと前記エピタキシャル層との間には、更にＳＯＩ構造の埋込酸化膜が形成される請求項１４記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
  20. 　半導体基板と、前記半導体基板の一面に形成されたエピタキシャル層と、前記半導体基板に向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に前記レーザー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て形成したゲッタリングシンクと、前記ゲッタリングシンクと前記エピタキシャル層との間に形成されたＳＯＩ構造の埋込酸化膜と、を備えた固体撮像素子用エピタキシャル基板。
  21. 　前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記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の範囲のサイズで設けられている請求項２０記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板。
  22. 　前記ゲッタリングシンクは、密度１．０×１０５～１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲で形成されてなる請求項２０記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板。
  23. 　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、
    　前記シリコンウェーハに向けて集光手段を介してレーザービームを入射し、任意の微小領域に前記レーザー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多光子吸収工程と、
    　前記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シリコンウェーハの製造方法。
  24. 　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請求項２３記載のシリコンウェーハの製造方法。
  25. 　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請求項２３記載のシリコンウェーハの製造方法。
  26. 　前記レーザービームは、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、前記レーザービームを集光させる請求項２３記載のシリコンウェーハの製造方法。
  27. 　前記レーザービームは、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ービームである請求項２３記載のシリコンウェーハの製造方法。
  28. 　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請求項２３記載のシリコンウェーハの製造方法。
  29. 　請求項２３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エピタキシャルウェーハの製造方法。
  30. 　請求項２９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固体撮像素子の製造方法。
  31. 　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請求項３０記載の固体撮像素子の製造方法。
  32. 　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請求項３０記載の固体撮像素子の製造方法。
  33. 　前記ゲッタリングシンクは、密度が１．０×１０５～１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲となるように形成する請求項３０記載の固体撮像素子の製造方法。
     
     
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