シリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法
【課題】本発明の目的は、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【解決手段】シリコンウェーハ１０の表面１０ａから所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線２０及び短波長である第２レーザー光線３０を照射する工程を具え、前記第１レーザー光線２０は、前記ウェーハ１０の所定の深さ位置Ａに集光し、重金属を捕獲するための加工変質層１１を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面１０ａ近傍（表層部分１０ｂ）に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させることを特徴とする。
【解決手段】シリコンウェーハ１０の表面１０ａから所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線２０及び短波長である第２レーザー光線３０を照射する工程を具え、前記第１レーザー光線２０は、前記ウェーハ１０の所定の深さ位置Ａに集光し、重金属を捕獲するための加工変質層１１を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面１０ａ近傍（表層部分１０ｂ）に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法、特に、所定のレーザー光線を照射することで、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラは半導体を用いた高性能固体撮像素子が搭載され、画素数などの性能も飛躍的に向上している。民生用の固体撮像素子に期待される性能としては、高画素でかつ動画の撮像を可能とする性能があり、さらに、小型化が要求されている。ここで、動画の撮像を実現するためには、高速演算素子およびメモリ素子との結合が必要となるため、System on Chip（SoC）が容易なCMOSイメージセンサが用いられ、CMOSイメージセンサの微細化が伸展している。
【０００３】
固体撮像素子の撮像特性を劣化させる因子として、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。この暗時リーク電流の原因は、主にブロセス工程における重金属汚染である。そのため、重金属汚染を抑制すべく、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サイトを形成することが一般的である。
【０００４】
半導体ウェーハの内部にゲッタリングサイトを形成する手段としては、例えば非特許文献１に開示されているように、半導体ウェーハに熱処理を施し、ウェーハ内部に酸素析出部を形成する方法（ＩＧ法）が挙げられる。しかしながら、この方法は、所定の酸素析出部を形成するのに長時間の熱処理を必要とし、製造コストの増加および熱処理工程での重金属汚染が懸念される。
【０００５】
また、半導体ウェーハの裏面にゲッタリングサイトを形成する手段としては、例えば非特許文献１に開示されているように、半導体ウェーハの裏面に多結晶シリコン膜を形成し、裏面をゲッタリングサイトとする方法（ＰＢＳ法）が挙げられる。しかしながら、特に半導体ウェーハが３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハである場合には、大口径ウェーハは通常、両面研磨ウェーハであるため、半導体ウェーハの裏面にゲッタリングサイトを形成することは困難である。
【０００６】
また近年、直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハのような両面研磨ウェーハにおいても、長時間の熱処理などを必要とせず、半導体ウェーハの内部にゲッタリングサイトを形成する方法として、例えば特許文献１に開示されているように、半導体ウェーハの表面から低出力のレーザー光線をシリコンウェーハの内部に照射して、該ウェーハの所定の深さ位置のみに多光子吸収過程を生じさせることにより加工変質層を形成し、この加工変質層をゲッタリングサイトとして活用する方法が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−０８６３９３号公報
【非特許文献１】ＵＣＳ半導体基盤技術研究会編集、「シリコンの科学」、株式会社リアライズ社、1996年6月28日、p585−590
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法によって、ゲッタリングを形成した場合、前記レーザー光線を照射した箇所が瞬時に高温に達するため、その近傍に熱衝撃波が生じ、内部応力が局在することとなり、これらの内部応力が、デバイス工程などの熱プロセスにより緩和される結果、加工変質層から転位が伸展し、デバイスの特性劣化を引き起こすという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、シリコンウェーハに対して２種類のレーザー光線を順次照射することで、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、シリコンウェーハの表面から所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線及び短波長である第２レーザー光線を順次照射する工程を具え、前記第１レーザー光線は、前記ウェーハの所定の深さ位置に集光し、重金属を捕獲するための加工変質層を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面近傍に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させるようにすることで、前記第１レーザー光線によってゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成できることに加えて、その後に照射する第２レーザー光線により、加工変質層の形成に伴う内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できることを見出した。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）シリコンウェーハの表面から所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線及び短波長である第２レーザー光線を順次照射する工程を具え、前記第１レーザー光線は、前記ウェーハの所定の深さ位置に集光し、重金属を捕獲するための加工変質層を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面近傍に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【００１２】
（２）前記第２レーザー光線の照射は、前記第１レーザー光線の照射後、1×10−6秒以内に行うことを特徴とする上記（１）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１３】
（３）前記第１レーザー光線の波長が、600〜1200nmの範囲であり、前記第２レーザー光線の波長が、100〜500nmの範囲であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１４】
（４）前記第１レーザーは、超短パルスレーザーであり、前記第２レーザーは、ＹＬＦ又はＹＡＧレーザーであることを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１５】
（５）前記第１レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−6〜1×10−3 J／pulseの範囲であり、前記第２レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−3〜1×10−2 J／pulseの範囲であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１６】
（６）前記第１レーザー光線の集光する所定の深さ位置は、ウェーハ表面から1〜1000μmの深さ範囲であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１７】
（７）前記加工変質層は、その平均直径が50〜150μmの範囲であり、平均厚さが10〜150μmの範囲であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１８】
（８）前記加工変質層は、ライトエッチング後の光学顕微鏡で観察されるレーザー照射欠陥の密度が、1.0×105〜1.0×107個／cm2の範囲であることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１９】
（９）前記第１レーザー光線及び第２レーザー光線の照射は、窒素、アルゴン、水素又はこれらの混合ガス雰囲気で行われることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００２０】
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたシリコンウェーハを基板として使用し、該基板上にエピタキシャル膜を形成してなることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【００２１】
（１１）上記（１０）の製造方法によって製造されたエピタキシャルウェーハに、埋め込み型フォトダイオードを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に従うシリコンウェーハの製造方法によって、(ａ)第１レーザー光線が照射されているシリコンウェーハの状態、(ｂ)第１レーザー光線照射後のシリコンウェーハの状態、(ｃ)第２レーザー光線照射後のシリコンウェーハの状態、(ｄ) 第２レーザー光線照射後のシリコンウェーハの状態、を模式的に示した断面図である。
【図２】シリコンウェーハに照射するレーザー光線の走査方向を、レーザー光線の照射側から示した図である。
【図３】従来のシリコンウェーハの製造方法によって、レーザー光線が照射された後のシリコンウェーハの状態を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に従うシリコンウェーハの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１(ａ)及び(ｂ)は、本発明に従うシリコンウェーハの製造方法によって、レーザー光線を照射した前後のシリコンウェーハの状態を模式的に示したものである。
【００２５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、図１(ａ)〜(ｄ)に示すように、シリコンウェーハ１０の表面１０ａから所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線２０及び短波長である第２レーザー光線３０を順次照射する工程（図１(ａ)、(ｃ)）を具え、前記第１レーザー光線２０は、前記ウェーハ１０の所定の深さ位置Ａに集光し、重金属を捕獲するための加工変質層１１を形成し（図１(ｂ)）、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面１０ａ近傍（表層部分１０ｂ）に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させる（図１(ｄ)）ことを特徴とする。
【００２６】
上記構成を採用すれば、前記第１レーザー光線２０の照射によって、ゲッタリングサイトである加工変質層１１を容易かつ短時間に形成できる（図１(ａ)、(ｂ)）。また、前記前記第1レーザー光線２０照射の熱衝撃によってシリコンウェーハ１０の内部に応力が発生し、該内部応力に起因した欠陥１３がシリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂまで伸展する結果（図１(ｂ)）、シリコンウェーハのデバイス特性を悪化させる恐れがあるが、第１レーザー光線２０の後に第２レーザー光線３０を照射すること（図１(ｃ)）によって、前記ウェーハ１０の溶融・再結晶化した領域１２については、第１レーザー光線２０の前記転位１３を消失させることができ（図１(ｄ)）、高品質のデバイス領域を得ること可能となる。
【００２７】
従来のレーザー光線の照射によって加工変質層１１の形成を行った場合、図３(ａ)に示すように、前記前記第1レーザー光線２０照射による内部応力の発生に起因した転位１３がシリコンウェーハ表層部分１０ｂにまで達する結果、デバイスの特性劣化を引き起こすこととなる。また、前記第２レーザー光線３０の照射を、前記第1レーザー光線２０の照射前に行った場合も、図３(ｂ)に示すように、前記再結晶化した領域１２に前記転位１３が達することとなり、同様にデバイス特性の劣化を引き起こすことになる。
【００２８】
なお、前記加工変質層１１とは、前記シリコンウェーハ１０の一部に前記第１レーザー光線２０を照射することによって、多光子吸収過程を生じ、前記第1レーザー光線２０の焦点近傍領域が溶融・再結晶化した結果生じる変質層のことであり、重金属を捕獲するゲッタリングシンクとして作用する。
【００２９】
また、前記加工変質層１１は、その平均直径が50〜150μmの範囲であり、平均厚さが10〜150μmの範囲であることが好ましい。前記平均直径が50μm未満の場合又は前記平均厚さが10μm未満の場合、前記加工変質層１１の大きさが十分でないため、ゲッタリングシンクとしての効果を十分に発揮することができない恐れがあるからであり、一方、前記平均直径が150μm超え又は前記平均厚さが150超えの場合、前記加工変質層１１が大きくなりすぎるため、転位が表面近傍まで伝播し、デバイス特性に悪影響を与える恐れがあるからである。なお、前記加工変質層１１の直径とは、前記シリコンウェーハ１０の直径方向と平行に延びる前記加工変質層１１の長さのことをいい、前記平均直径とは、任意の数箇所（例えば１０箇所）の直径を計測した平均をいう。前記加工変質層１１の厚さとは、前記シリコンウェーハ１０の厚さ方向と平行に延びる前記加工変質層１１の長さのことをいい、前記平均厚さとは、任意の数箇所（例えば１０箇所）の厚さを計測した平均をいう。
【００３０】
さらに、前記加工変質層１１は、ライトエッチング後の光学顕微鏡で観察されるレーザー照射欠陥の密度が、1.0×105〜1.0×107個／cm2の範囲であることが好ましい。前記レーザー照射欠陥の密度が1.0×105個／cm2未満の場合、前記加工変質層１１のゲッタリングサイトとしての効果が十分に発揮できない恐れがあるからであり、一方、密度が1.0×107個／cm2を超えると、密度が大きすぎるため、発生した欠陥がデバイス特性に悪影響を与える恐れがあるからである。なお、前記ライトエッチングとは、本発明では、クロム酸溶液による化学エッチングのことをいう。
【００３１】
前記第１レーザー光線２０とは、前記第２レーザー光線３０に比べて長い波長を有するレーザー光線のことである。長波長のレーザーを用いることで、前記シリコンウェーハ１０の所定の深さ位置Ａに集光し、多光子吸収過程を生じさせることで、加工変質層１１を形成することができる。ここで、前記長波長とは、1000μm以下の厚みのシリコン単結晶を透過可能なレーザー光線の波長のことをいい、具体的には、600〜1200nmの範囲であることが好ましい。600nm未満の場合、波長が短すぎるため、所定の深さ位置Ａまでレーザー光線が到達しない恐れや、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂに影響を与える恐れがあり、一方、1200nmを超えると、波長が長すぎるため、レーザーの照射によって前記加工変質層１１を形成することができない恐れがあるからである。
【００３２】
また、具体的には、前記第１レーザーは、超短パルスレーザーであることが好ましい。超短パルスレーザーは、その波長が1000ｎｍ以上であることから透過性が高く、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂの結晶組織に影響を与えることなく、加工変質層１１を形成することができるためである。
【００３３】
さらに、前記第１レーザー光線２０は、前記シリコンウェーハ１０の所定の深さ位置に集光できるように、必要に応じて、集光レンズ（図示せず）等の集光手段を用いることができる。この集光手段を調整することによって、同じレーザー光線２０であっても、所望の深さ位置Ａに集光するように調整を図ることが可能となる。
【００３４】
また、前記第１レーザー光線２０が集光する所定の深さ位置Ａとは、前記ウェーハ表面１０ａから1〜1000μmの深さ範囲であることが好ましい。1μm未満の場合、前記シリコンウェーハの表面１０ａに近すぎるため、レーザー照射にともなう表面ダメージ形成の恐れがあるからであり、一方、1000μmを超えると、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂから離れすぎているため、ゲッタリングの効果が低下する恐れがあるからである。
【００３５】
さらに、前記第１レーザー光線２０のエネルギー密度が、1×10−6〜1×10−3 J／pulseの範囲であることが好ましい。エネルギー密度が1×10−6 J／pulse未満の場合、エネルギーが小さすぎるため、前記加工変質層１１を十分に形成することができない恐れがあるからであり、一方、エネルギー密度が1×10−3 J／pulseを超えると、エネルギーが大きすぎるため、前記ウェーハの表面近傍での光吸収が大きくなり、所定の深さ位置Ａまでレーザー光線２０が到達しない恐れがあるからである。
【００３６】
なお、前記第１レーザー光線２０の照射時間については、レーザー２０の波長やエネルギー密度の大きさによって種々の値をとることができるが、1×10−12〜1×10−6秒の範囲であることが好ましい。1×10−12秒未満の場合、照射時間が短いため、加工変質層１１を十分に形成することができない恐れがあるからであり、一方、1×10−6秒を超えると、照射時間が長すぎるため、シリコン単結晶に過剰なダメージを形成し転位発生の恐れがあるからである。
【００３７】
前記第２レーザー光線３０とは、前記第１レーザー光線２０に比べて短い波長を有するレーザー光線のことである。短波長のレーザーを用いることで、前記シリコンウェーハ１０の表面近傍（表層部分１０ｂ）に集光し、該集光部分を溶融し、再結晶化させることができる。ここで、前記短波長とは、本発明では500nm以下の波長のことをいい、より詳細には、100〜500nmの範囲であることが好ましい。100nm未満の場合、波長が短すぎるため、シリコンウェーハ１０の最表面層での光エネルギーの吸収が強く、前記表層部分１０ｂに過剰なダメージを形成する恐れがあり、一方、500nmを超えると、波長が長すぎるため、レーザーの照射によって前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂを溶融し、再結晶化させることができない恐れがあるからである。
【００３８】
なお、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂとは、デバイス層として必要なシリコンウェーハ１０の表面１０ａから一定の深さ位置までのウェーハの部分をいい、前記シリコンウェーハ１０の表面１０ａから、およそ0.2〜2μmの範囲の深さ位置までのウェーハ部分であることが好ましい。0.2μm未満では、表層部分が薄すぎるため、所望のデバイス層が得られない恐れがあり、一方、2μmを超えると、表層部分１０ｂを溶融するために必要なエネルギーが大きくウェーハ表面１０ａにダメージが発生する恐れがあるからである。
【００３９】
また、前記第２レーザーは、上述の寸法又は形状を満たしていれば、特に限定されることはなく、その種類については、例えば、エキシマレーザー等のパルスレーザーを用いることが可能であるが、ＹＬＦ又はＹＡＧレーザーを用いることがより好ましい。ＹＬＦ又はＹＡＧレーザーは、光ポンピング可能な半導体レーザーであり、さらに、固体レーザーであるため、レーザー装置本体を小型化できる結果、経済的である。
【００４０】
さらに、前記第２レーザー光線は、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂに集光できるように、必要に応じて、集光レンズ（図示せず）等の集光手段を用いることができる。この集光手段を調整することによって、同じレーザー光線を用いたであっても、所望の深さ位置に集光するように調整を図ることが可能となる。
【００４１】
さらに、前記第２レーザー光線３０のエネルギー密度が、1×10−3〜1×10−2 J／pulseの範囲であることが好ましい。エネルギー密度が1×10−3 J／pulse未満の場合、エネルギーが小さすぎるため、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂを十分に溶融させることができない恐れがあるからであり、一方、エネルギー密度が1×10−2 J／pulseを超えると、エネルギーが大きすぎるため過剰なダメージが形成され、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂに転位が多く発生する恐れがあるからである。
【００４２】
また、前記第２レーザー光線３０の照射は、前記第１レーザー光線２０の照射後に行うが、前記第１レーザー２０の照射後、1×10−6秒以内に行うことが好ましい。1×10−6秒を超えると、照射間隔が大きくなりすぎるため、スループットを低下させる恐れがあるからである。
【００４３】
なお、前記第２レーザー光線３０の照射時間については、レーザー３０の波長やエネルギー密度の大きさによって種々の値をとることができるが、1×10−9〜1×10−6秒の範囲であることが好ましい。1×10−9秒未満の場合、照射時間が短いため、十分に前記表層部分１０ｂを溶融し、再結晶化させることができないからであり、一方、1×10−6秒を超えると、照射時間が長すぎるため、シリコンウェーハ表層部分１０ｂにダメージを与える恐れがあるからである。
【００４４】
また、前記第１レーザー光線２０及び前記第２レーザー光線３０の照射する方法については、上述の条件を満たせば特に限定はしないが、図２に示すような方向（矢印方向）に、レーザー光線２０、３０を走査しながら照射することができる。技術上、前記レーザー光線２０、３０の照射領域は小さいため、レーザー光線２０、３０を走査させることで多くのデバイスを得ることができるためである。
なお、シリコンウェーハ１０の中に示した矢印は、レーザー光線２０、３０の走査方向を示しており、各矢印の間隔、すなわち走査のピッチは任意に設定することができ、レーザー光線２０、３０をシリコンウェーハの内部に、部分的または全面にわたって照射することができる。
【００４５】
また、前記第１及び第２レーザー光線２０、３０の発生装置については、有効に前記レーザー光線２０、３０を発生できるものであれば、特に限定はせず、従来用いられている装置を使用することができる。
【００４６】
さらに、前記第１レーザー光線２０及び第２レーザー光線３０の照射は、窒素、アルゴン、水素又はこれらの混合ガス雰囲気で行われることが好ましい。レーザー照射装置内で生じたパーティクルなどが、前記シリコンウェーハ１０の表面１０ａに吸着するのを抑制するためである。
【００４７】
なお、前記第１レーザー２０及び前記第２レーザー３０を照射する工程以外の工程については、従来行われているシリコンウェーハの製造工程を行えばよい。例えば、前記レーザー２０、３０を照射する工程の前に、所望のシリコンウェーハ１０を得るための工程として、シリコン単結晶インゴットの引上げ工程、シリコン単結晶インゴットをスライスする工程、スライスされたウェーハを研削する工程、研削されたウェーハを研磨する工程等を行うことができる。また、必要に応じて、前記レーザー２０、３０を照射する工程の後に、再度、シリコンウェーハ１０を研磨する工程を行うことも可能である。
【００４８】
また、本発明に係る製造によって製造されたシリコンウェーハ１０を基板として使用し、該基板上にエピタキシャル膜を形成することで、エピタキシャル膜の直下にゲッタリング層を形成したエピタキシャルウェーハを製造することも可能である。
【００４９】
さらに、エピタキシャルウェーハに、任意の埋め込み型フォトダイオードを形成することで、固体撮像素子を製造することもできる。この方法によって製造された固体撮像素子は、前記加工変質層１１がゲッタリングサイトとして作用するため、重金属汚染が低減され、さらにデバイス領域に転位の伸展もなく、デバイス特性の劣化についても抑制された高性能のフォトダイオードが得られる。
【００５０】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００５１】
（実施例１）
実施例１及び２は、図１(ａ)〜(ｄ)に示すように、ウェーハ径が200mm、厚さが725μmのシリコンウェーハに対して、重金属を捕獲するための加工変質層１１を形成するための、長波長である第１レーザー光線２０を照射して（図１(ａ)）1×10−6秒経過後に、シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂを溶融、再結晶化させるための、短波長である第２レーザー光線３０を照射する図１(ｃ)ことで、サンプルとなるシリコンウェーハ１０を作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５２】
（実施例２）
実施例２は、上述の実施例１で得られたシリコンウェーハを基板として用い、該基板上にエピタキシャル膜（膜厚：4μm）を形成することによって、サンプルとなるエピタキシャルウェーハを作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５３】
（比較例１）
比較例１は、前記第２レーザー光線３０を照射しないこと以外は、実施例１と同様の条件でサンプルとなるシリコンウェーハを作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５４】
（比較例２）
比較例２は、前記第１レーザー光線２０を照射しないこと以外は、実施例１と同様の条件でサンプルとなるシリコンウェーハを作製した。
なお、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５５】
（比較例３）
比較例３は、前記第１レーザー光線２０と前記第２レーザー３０の照射順序を逆にして、前記第２レーザー３０照射後に、前記第１レーザー２０を照射したこと以外は、実施例１と同様の条件でサンプルとなるシリコンウェーハを作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５６】
（評価方法）
各実施例及び比較例で得られたシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハについて、以下の評価項目（１）、（２）に従って評価を行った。
【００５７】
（１）転位密度
各実施例及び各比較例のサンプルについて、ＴＥＭを用いて、シリコンウェーハ中の任意の20箇所における、シリコンウェーハの表面から1μmまでに存在する転位密度（個／cm3）を計測した。観察結果については、以下の基準に従って評価を行い、評価結果を表１に示す。
○：転位密度が1000個／cm3以下
×：転位密度が1000個／cm3超え
【００５８】
（２）ゲッタリング能力
各実施例及び各比較例のサンプルについて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ニッケルで1.0×1012atoms／cm2程度表面汚染させた後、縦型熱処理炉において1000℃で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）によりサンプル表面をエッチングし、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）を測定した。なお、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。評価については、以下の基準に従って行い、評価結果を表１に示す。
◎：エッチピット密度が、1.0×103個／cm2以下（測定限界以下）
○：エッチピット密度が、1.0×103個／cm2超え、1.0×105個／cm2未満
×：エッチピット密度が、1.0×105個／cm2以上
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１の結果から、実施例１のシリコンウェーハ及び実施例３のエピタキシャルウェーハは、いずれも、加工変質層を形成した効果によって、高いゲッタリング能力を有し、さらに、転位密度が小さく、第１レーザー光線の照射に伴った転位の発生が抑制できていることがわかった。一方、比較例１のサンプルは、高いゲッタリング能力を有するものの、加工変質層の形成に起因してシリコンウェーハの表層部分に転位が発生していることがわかった。また、比較例２のサンプルは、加工変質層を形成していないため、ゲッタリング能力が低いことがわかった。さらに、比較例３のサンプルは、比較例１のサンプルと同様に、シリコンウェーハの表層部分に転位が発生していることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この発明によれば、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法の提供が可能になった。
【符号の説明】
【００６２】
１０ シリコンウェーハ
１１ 加工変質層
１２ 再結晶化した領域
１３ 転位
２０ 第１レーザー光線
３０ 第２レーザー光線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法、特に、所定のレーザー光線を照射することで、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラは半導体を用いた高性能固体撮像素子が搭載され、画素数などの性能も飛躍的に向上している。民生用の固体撮像素子に期待される性能としては、高画素でかつ動画の撮像を可能とする性能があり、さらに、小型化が要求されている。ここで、動画の撮像を実現するためには、高速演算素子およびメモリ素子との結合が必要となるため、System on Chip（SoC）が容易なCMOSイメージセンサが用いられ、CMOSイメージセンサの微細化が伸展している。
【０００３】
固体撮像素子の撮像特性を劣化させる因子として、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。この暗時リーク電流の原因は、主にブロセス工程における重金属汚染である。そのため、重金属汚染を抑制すべく、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サイトを形成することが一般的である。
【０００４】
半導体ウェーハの内部にゲッタリングサイトを形成する手段としては、例えば非特許文献１に開示されているように、半導体ウェーハに熱処理を施し、ウェーハ内部に酸素析出部を形成する方法（ＩＧ法）が挙げられる。しかしながら、この方法は、所定の酸素析出部を形成するのに長時間の熱処理を必要とし、製造コストの増加および熱処理工程での重金属汚染が懸念される。
【０００５】
また、半導体ウェーハの裏面にゲッタリングサイトを形成する手段としては、例えば非特許文献１に開示されているように、半導体ウェーハの裏面に多結晶シリコン膜を形成し、裏面をゲッタリングサイトとする方法（ＰＢＳ法）が挙げられる。しかしながら、特に半導体ウェーハが３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハである場合には、大口径ウェーハは通常、両面研磨ウェーハであるため、半導体ウェーハの裏面にゲッタリングサイトを形成することは困難である。
【０００６】
また近年、直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハのような両面研磨ウェーハにおいても、長時間の熱処理などを必要とせず、半導体ウェーハの内部にゲッタリングサイトを形成する方法として、例えば特許文献１に開示されているように、半導体ウェーハの表面から低出力のレーザー光線をシリコンウェーハの内部に照射して、該ウェーハの所定の深さ位置のみに多光子吸収過程を生じさせることにより加工変質層を形成し、この加工変質層をゲッタリングサイトとして活用する方法が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−０８６３９３号公報
【非特許文献１】ＵＣＳ半導体基盤技術研究会編集、「シリコンの科学」、株式会社リアライズ社、1996年6月28日、p585−590
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法によって、ゲッタリングを形成した場合、前記レーザー光線を照射した箇所が瞬時に高温に達するため、その近傍に熱衝撃波が生じ、内部応力が局在することとなり、これらの内部応力が、デバイス工程などの熱プロセスにより緩和される結果、加工変質層から転位が伸展し、デバイスの特性劣化を引き起こすという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、シリコンウェーハに対して２種類のレーザー光線を順次照射することで、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、シリコンウェーハの表面から所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線及び短波長である第２レーザー光線を順次照射する工程を具え、前記第１レーザー光線は、前記ウェーハの所定の深さ位置に集光し、重金属を捕獲するための加工変質層を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面近傍に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させるようにすることで、前記第１レーザー光線によってゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成できることに加えて、その後に照射する第２レーザー光線により、加工変質層の形成に伴う内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できることを見出した。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）シリコンウェーハの表面から所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線及び短波長である第２レーザー光線を順次照射する工程を具え、前記第１レーザー光線は、前記ウェーハの所定の深さ位置に集光し、重金属を捕獲するための加工変質層を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面近傍に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【００１２】
（２）前記第２レーザー光線の照射は、前記第１レーザー光線の照射後、1×10−6秒以内に行うことを特徴とする上記（１）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１３】
（３）前記第１レーザー光線の波長が、600〜1200nmの範囲であり、前記第２レーザー光線の波長が、100〜500nmの範囲であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１４】
（４）前記第１レーザーは、超短パルスレーザーであり、前記第２レーザーは、ＹＬＦ又はＹＡＧレーザーであることを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１５】
（５）前記第１レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−6〜1×10−3 J／pulseの範囲であり、前記第２レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−3〜1×10−2 J／pulseの範囲であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１６】
（６）前記第１レーザー光線の集光する所定の深さ位置は、ウェーハ表面から1〜1000μmの深さ範囲であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１７】
（７）前記加工変質層は、その平均直径が50〜150μmの範囲であり、平均厚さが10〜150μmの範囲であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１８】
（８）前記加工変質層は、ライトエッチング後の光学顕微鏡で観察されるレーザー照射欠陥の密度が、1.0×105〜1.0×107個／cm2の範囲であることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１９】
（９）前記第１レーザー光線及び第２レーザー光線の照射は、窒素、アルゴン、水素又はこれらの混合ガス雰囲気で行われることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００２０】
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたシリコンウェーハを基板として使用し、該基板上にエピタキシャル膜を形成してなることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【００２１】
（１１）上記（１０）の製造方法によって製造されたエピタキシャルウェーハに、埋め込み型フォトダイオードを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に従うシリコンウェーハの製造方法によって、(ａ)第１レーザー光線が照射されているシリコンウェーハの状態、(ｂ)第１レーザー光線照射後のシリコンウェーハの状態、(ｃ)第２レーザー光線照射後のシリコンウェーハの状態、(ｄ) 第２レーザー光線照射後のシリコンウェーハの状態、を模式的に示した断面図である。
【図２】シリコンウェーハに照射するレーザー光線の走査方向を、レーザー光線の照射側から示した図である。
【図３】従来のシリコンウェーハの製造方法によって、レーザー光線が照射された後のシリコンウェーハの状態を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に従うシリコンウェーハの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１(ａ)及び(ｂ)は、本発明に従うシリコンウェーハの製造方法によって、レーザー光線を照射した前後のシリコンウェーハの状態を模式的に示したものである。
【００２５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、図１(ａ)〜(ｄ)に示すように、シリコンウェーハ１０の表面１０ａから所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線２０及び短波長である第２レーザー光線３０を順次照射する工程（図１(ａ)、(ｃ)）を具え、前記第１レーザー光線２０は、前記ウェーハ１０の所定の深さ位置Ａに集光し、重金属を捕獲するための加工変質層１１を形成し（図１(ｂ)）、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面１０ａ近傍（表層部分１０ｂ）に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させる（図１(ｄ)）ことを特徴とする。
【００２６】
上記構成を採用すれば、前記第１レーザー光線２０の照射によって、ゲッタリングサイトである加工変質層１１を容易かつ短時間に形成できる（図１(ａ)、(ｂ)）。また、前記前記第1レーザー光線２０照射の熱衝撃によってシリコンウェーハ１０の内部に応力が発生し、該内部応力に起因した欠陥１３がシリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂまで伸展する結果（図１(ｂ)）、シリコンウェーハのデバイス特性を悪化させる恐れがあるが、第１レーザー光線２０の後に第２レーザー光線３０を照射すること（図１(ｃ)）によって、前記ウェーハ１０の溶融・再結晶化した領域１２については、第１レーザー光線２０の前記転位１３を消失させることができ（図１(ｄ)）、高品質のデバイス領域を得ること可能となる。
【００２７】
従来のレーザー光線の照射によって加工変質層１１の形成を行った場合、図３(ａ)に示すように、前記前記第1レーザー光線２０照射による内部応力の発生に起因した転位１３がシリコンウェーハ表層部分１０ｂにまで達する結果、デバイスの特性劣化を引き起こすこととなる。また、前記第２レーザー光線３０の照射を、前記第1レーザー光線２０の照射前に行った場合も、図３(ｂ)に示すように、前記再結晶化した領域１２に前記転位１３が達することとなり、同様にデバイス特性の劣化を引き起こすことになる。
【００２８】
なお、前記加工変質層１１とは、前記シリコンウェーハ１０の一部に前記第１レーザー光線２０を照射することによって、多光子吸収過程を生じ、前記第1レーザー光線２０の焦点近傍領域が溶融・再結晶化した結果生じる変質層のことであり、重金属を捕獲するゲッタリングシンクとして作用する。
【００２９】
また、前記加工変質層１１は、その平均直径が50〜150μmの範囲であり、平均厚さが10〜150μmの範囲であることが好ましい。前記平均直径が50μm未満の場合又は前記平均厚さが10μm未満の場合、前記加工変質層１１の大きさが十分でないため、ゲッタリングシンクとしての効果を十分に発揮することができない恐れがあるからであり、一方、前記平均直径が150μm超え又は前記平均厚さが150超えの場合、前記加工変質層１１が大きくなりすぎるため、転位が表面近傍まで伝播し、デバイス特性に悪影響を与える恐れがあるからである。なお、前記加工変質層１１の直径とは、前記シリコンウェーハ１０の直径方向と平行に延びる前記加工変質層１１の長さのことをいい、前記平均直径とは、任意の数箇所（例えば１０箇所）の直径を計測した平均をいう。前記加工変質層１１の厚さとは、前記シリコンウェーハ１０の厚さ方向と平行に延びる前記加工変質層１１の長さのことをいい、前記平均厚さとは、任意の数箇所（例えば１０箇所）の厚さを計測した平均をいう。
【００３０】
さらに、前記加工変質層１１は、ライトエッチング後の光学顕微鏡で観察されるレーザー照射欠陥の密度が、1.0×105〜1.0×107個／cm2の範囲であることが好ましい。前記レーザー照射欠陥の密度が1.0×105個／cm2未満の場合、前記加工変質層１１のゲッタリングサイトとしての効果が十分に発揮できない恐れがあるからであり、一方、密度が1.0×107個／cm2を超えると、密度が大きすぎるため、発生した欠陥がデバイス特性に悪影響を与える恐れがあるからである。なお、前記ライトエッチングとは、本発明では、クロム酸溶液による化学エッチングのことをいう。
【００３１】
前記第１レーザー光線２０とは、前記第２レーザー光線３０に比べて長い波長を有するレーザー光線のことである。長波長のレーザーを用いることで、前記シリコンウェーハ１０の所定の深さ位置Ａに集光し、多光子吸収過程を生じさせることで、加工変質層１１を形成することができる。ここで、前記長波長とは、1000μm以下の厚みのシリコン単結晶を透過可能なレーザー光線の波長のことをいい、具体的には、600〜1200nmの範囲であることが好ましい。600nm未満の場合、波長が短すぎるため、所定の深さ位置Ａまでレーザー光線が到達しない恐れや、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂに影響を与える恐れがあり、一方、1200nmを超えると、波長が長すぎるため、レーザーの照射によって前記加工変質層１１を形成することができない恐れがあるからである。
【００３２】
また、具体的には、前記第１レーザーは、超短パルスレーザーであることが好ましい。超短パルスレーザーは、その波長が1000ｎｍ以上であることから透過性が高く、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂの結晶組織に影響を与えることなく、加工変質層１１を形成することができるためである。
【００３３】
さらに、前記第１レーザー光線２０は、前記シリコンウェーハ１０の所定の深さ位置に集光できるように、必要に応じて、集光レンズ（図示せず）等の集光手段を用いることができる。この集光手段を調整することによって、同じレーザー光線２０であっても、所望の深さ位置Ａに集光するように調整を図ることが可能となる。
【００３４】
また、前記第１レーザー光線２０が集光する所定の深さ位置Ａとは、前記ウェーハ表面１０ａから1〜1000μmの深さ範囲であることが好ましい。1μm未満の場合、前記シリコンウェーハの表面１０ａに近すぎるため、レーザー照射にともなう表面ダメージ形成の恐れがあるからであり、一方、1000μmを超えると、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂから離れすぎているため、ゲッタリングの効果が低下する恐れがあるからである。
【００３５】
さらに、前記第１レーザー光線２０のエネルギー密度が、1×10−6〜1×10−3 J／pulseの範囲であることが好ましい。エネルギー密度が1×10−6 J／pulse未満の場合、エネルギーが小さすぎるため、前記加工変質層１１を十分に形成することができない恐れがあるからであり、一方、エネルギー密度が1×10−3 J／pulseを超えると、エネルギーが大きすぎるため、前記ウェーハの表面近傍での光吸収が大きくなり、所定の深さ位置Ａまでレーザー光線２０が到達しない恐れがあるからである。
【００３６】
なお、前記第１レーザー光線２０の照射時間については、レーザー２０の波長やエネルギー密度の大きさによって種々の値をとることができるが、1×10−12〜1×10−6秒の範囲であることが好ましい。1×10−12秒未満の場合、照射時間が短いため、加工変質層１１を十分に形成することができない恐れがあるからであり、一方、1×10−6秒を超えると、照射時間が長すぎるため、シリコン単結晶に過剰なダメージを形成し転位発生の恐れがあるからである。
【００３７】
前記第２レーザー光線３０とは、前記第１レーザー光線２０に比べて短い波長を有するレーザー光線のことである。短波長のレーザーを用いることで、前記シリコンウェーハ１０の表面近傍（表層部分１０ｂ）に集光し、該集光部分を溶融し、再結晶化させることができる。ここで、前記短波長とは、本発明では500nm以下の波長のことをいい、より詳細には、100〜500nmの範囲であることが好ましい。100nm未満の場合、波長が短すぎるため、シリコンウェーハ１０の最表面層での光エネルギーの吸収が強く、前記表層部分１０ｂに過剰なダメージを形成する恐れがあり、一方、500nmを超えると、波長が長すぎるため、レーザーの照射によって前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂを溶融し、再結晶化させることができない恐れがあるからである。
【００３８】
なお、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂとは、デバイス層として必要なシリコンウェーハ１０の表面１０ａから一定の深さ位置までのウェーハの部分をいい、前記シリコンウェーハ１０の表面１０ａから、およそ0.2〜2μmの範囲の深さ位置までのウェーハ部分であることが好ましい。0.2μm未満では、表層部分が薄すぎるため、所望のデバイス層が得られない恐れがあり、一方、2μmを超えると、表層部分１０ｂを溶融するために必要なエネルギーが大きくウェーハ表面１０ａにダメージが発生する恐れがあるからである。
【００３９】
また、前記第２レーザーは、上述の寸法又は形状を満たしていれば、特に限定されることはなく、その種類については、例えば、エキシマレーザー等のパルスレーザーを用いることが可能であるが、ＹＬＦ又はＹＡＧレーザーを用いることがより好ましい。ＹＬＦ又はＹＡＧレーザーは、光ポンピング可能な半導体レーザーであり、さらに、固体レーザーであるため、レーザー装置本体を小型化できる結果、経済的である。
【００４０】
さらに、前記第２レーザー光線は、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂに集光できるように、必要に応じて、集光レンズ（図示せず）等の集光手段を用いることができる。この集光手段を調整することによって、同じレーザー光線を用いたであっても、所望の深さ位置に集光するように調整を図ることが可能となる。
【００４１】
さらに、前記第２レーザー光線３０のエネルギー密度が、1×10−3〜1×10−2 J／pulseの範囲であることが好ましい。エネルギー密度が1×10−3 J／pulse未満の場合、エネルギーが小さすぎるため、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂを十分に溶融させることができない恐れがあるからであり、一方、エネルギー密度が1×10−2 J／pulseを超えると、エネルギーが大きすぎるため過剰なダメージが形成され、前記シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂに転位が多く発生する恐れがあるからである。
【００４２】
また、前記第２レーザー光線３０の照射は、前記第１レーザー光線２０の照射後に行うが、前記第１レーザー２０の照射後、1×10−6秒以内に行うことが好ましい。1×10−6秒を超えると、照射間隔が大きくなりすぎるため、スループットを低下させる恐れがあるからである。
【００４３】
なお、前記第２レーザー光線３０の照射時間については、レーザー３０の波長やエネルギー密度の大きさによって種々の値をとることができるが、1×10−9〜1×10−6秒の範囲であることが好ましい。1×10−9秒未満の場合、照射時間が短いため、十分に前記表層部分１０ｂを溶融し、再結晶化させることができないからであり、一方、1×10−6秒を超えると、照射時間が長すぎるため、シリコンウェーハ表層部分１０ｂにダメージを与える恐れがあるからである。
【００４４】
また、前記第１レーザー光線２０及び前記第２レーザー光線３０の照射する方法については、上述の条件を満たせば特に限定はしないが、図２に示すような方向（矢印方向）に、レーザー光線２０、３０を走査しながら照射することができる。技術上、前記レーザー光線２０、３０の照射領域は小さいため、レーザー光線２０、３０を走査させることで多くのデバイスを得ることができるためである。
なお、シリコンウェーハ１０の中に示した矢印は、レーザー光線２０、３０の走査方向を示しており、各矢印の間隔、すなわち走査のピッチは任意に設定することができ、レーザー光線２０、３０をシリコンウェーハの内部に、部分的または全面にわたって照射することができる。
【００４５】
また、前記第１及び第２レーザー光線２０、３０の発生装置については、有効に前記レーザー光線２０、３０を発生できるものであれば、特に限定はせず、従来用いられている装置を使用することができる。
【００４６】
さらに、前記第１レーザー光線２０及び第２レーザー光線３０の照射は、窒素、アルゴン、水素又はこれらの混合ガス雰囲気で行われることが好ましい。レーザー照射装置内で生じたパーティクルなどが、前記シリコンウェーハ１０の表面１０ａに吸着するのを抑制するためである。
【００４７】
なお、前記第１レーザー２０及び前記第２レーザー３０を照射する工程以外の工程については、従来行われているシリコンウェーハの製造工程を行えばよい。例えば、前記レーザー２０、３０を照射する工程の前に、所望のシリコンウェーハ１０を得るための工程として、シリコン単結晶インゴットの引上げ工程、シリコン単結晶インゴットをスライスする工程、スライスされたウェーハを研削する工程、研削されたウェーハを研磨する工程等を行うことができる。また、必要に応じて、前記レーザー２０、３０を照射する工程の後に、再度、シリコンウェーハ１０を研磨する工程を行うことも可能である。
【００４８】
また、本発明に係る製造によって製造されたシリコンウェーハ１０を基板として使用し、該基板上にエピタキシャル膜を形成することで、エピタキシャル膜の直下にゲッタリング層を形成したエピタキシャルウェーハを製造することも可能である。
【００４９】
さらに、エピタキシャルウェーハに、任意の埋め込み型フォトダイオードを形成することで、固体撮像素子を製造することもできる。この方法によって製造された固体撮像素子は、前記加工変質層１１がゲッタリングサイトとして作用するため、重金属汚染が低減され、さらにデバイス領域に転位の伸展もなく、デバイス特性の劣化についても抑制された高性能のフォトダイオードが得られる。
【００５０】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００５１】
（実施例１）
実施例１及び２は、図１(ａ)〜(ｄ)に示すように、ウェーハ径が200mm、厚さが725μmのシリコンウェーハに対して、重金属を捕獲するための加工変質層１１を形成するための、長波長である第１レーザー光線２０を照射して（図１(ａ)）1×10−6秒経過後に、シリコンウェーハ１０の表層部分１０ｂを溶融、再結晶化させるための、短波長である第２レーザー光線３０を照射する図１(ｃ)ことで、サンプルとなるシリコンウェーハ１０を作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５２】
（実施例２）
実施例２は、上述の実施例１で得られたシリコンウェーハを基板として用い、該基板上にエピタキシャル膜（膜厚：4μm）を形成することによって、サンプルとなるエピタキシャルウェーハを作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５３】
（比較例１）
比較例１は、前記第２レーザー光線３０を照射しないこと以外は、実施例１と同様の条件でサンプルとなるシリコンウェーハを作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５４】
（比較例２）
比較例２は、前記第１レーザー光線２０を照射しないこと以外は、実施例１と同様の条件でサンプルとなるシリコンウェーハを作製した。
なお、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５５】
（比較例３）
比較例３は、前記第１レーザー光線２０と前記第２レーザー３０の照射順序を逆にして、前記第２レーザー３０照射後に、前記第１レーザー２０を照射したこと以外は、実施例１と同様の条件でサンプルとなるシリコンウェーハを作製した。
なお、第１レーザー光線２０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、第２レーザー光線３０の波長（nm）、エネルギー密度（J／pulse）及び集光する深さ位置（μm）、並びに、レーザー光線が照射されたときのガス雰囲気、の条件については表１に示す。
【００５６】
（評価方法）
各実施例及び比較例で得られたシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハについて、以下の評価項目（１）、（２）に従って評価を行った。
【００５７】
（１）転位密度
各実施例及び各比較例のサンプルについて、ＴＥＭを用いて、シリコンウェーハ中の任意の20箇所における、シリコンウェーハの表面から1μmまでに存在する転位密度（個／cm3）を計測した。観察結果については、以下の基準に従って評価を行い、評価結果を表１に示す。
○：転位密度が1000個／cm3以下
×：転位密度が1000個／cm3超え
【００５８】
（２）ゲッタリング能力
各実施例及び各比較例のサンプルについて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ニッケルで1.0×1012atoms／cm2程度表面汚染させた後、縦型熱処理炉において1000℃で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）によりサンプル表面をエッチングし、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）を測定した。なお、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。評価については、以下の基準に従って行い、評価結果を表１に示す。
◎：エッチピット密度が、1.0×103個／cm2以下（測定限界以下）
○：エッチピット密度が、1.0×103個／cm2超え、1.0×105個／cm2未満
×：エッチピット密度が、1.0×105個／cm2以上
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１の結果から、実施例１のシリコンウェーハ及び実施例３のエピタキシャルウェーハは、いずれも、加工変質層を形成した効果によって、高いゲッタリング能力を有し、さらに、転位密度が小さく、第１レーザー光線の照射に伴った転位の発生が抑制できていることがわかった。一方、比較例１のサンプルは、高いゲッタリング能力を有するものの、加工変質層の形成に起因してシリコンウェーハの表層部分に転位が発生していることがわかった。また、比較例２のサンプルは、加工変質層を形成していないため、ゲッタリング能力が低いことがわかった。さらに、比較例３のサンプルは、比較例１のサンプルと同様に、シリコンウェーハの表層部分に転位が発生していることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この発明によれば、ゲッタリングサイトを容易かつ短時間に形成でき、さらに、内部応力に起因した転位の発生を有効に抑制できるシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法の提供が可能になった。
【符号の説明】
【００６２】
１０ シリコンウェーハ
１１ 加工変質層
１２ 再結晶化した領域
１３ 転位
２０ 第１レーザー光線
３０ 第２レーザー光線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハの表面から所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線及び短波長である第２レーザー光線を順次照射する工程を具え、
前記第１レーザー光線は、前記ウェーハの所定の深さ位置に集光し、重金属を捕獲するための加工変質層を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面近傍に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第２レーザー光線の照射は、前記第１レーザー光線の照射後、1×10−6秒以内に行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１レーザー光線の波長が、600〜1200nmの範囲であり、前記第２レーザー光線の波長が、100〜500nmの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記第１レーザーは、超短パルスレーザーであり、前記第２レーザーは、ＹＬＦ又はＹＡＧ固体レーザーであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記第１レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−6〜1×10−3 J／pulseの範囲であり、前記第２レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−3〜1×10−2 J／pulseの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記第１レーザー光線の集光する所定の深さ位置は、ウェーハ表面から1〜1000μmの深さ範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記加工変質層は、その平均直径が50〜150μmの範囲であり、平均厚さが10〜150μmの範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記加工変質層は、ライトエッチング後の光学顕微鏡で観察されるレーザー照射欠陥の密度が、1.0×105〜1.0×107個／cm2の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記第１レーザー光線及び第２レーザー光線の照射は、窒素、アルゴン、水素又はこれらの混合ガス雰囲気で行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたシリコンウェーハを基板として使用し、該基板上にエピタキシャル膜を形成してなることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０の製造方法によって製造されたエピタキシャルウェーハに、埋め込み型フォトダイオードを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１】
シリコンウェーハの表面から所定の深さ位置に対して、長波長である第１レーザー光線及び短波長である第２レーザー光線を順次照射する工程を具え、
前記第１レーザー光線は、前記ウェーハの所定の深さ位置に集光し、重金属を捕獲するための加工変質層を形成し、前記第２レーザー光線は、前記ウェーハの表面近傍に集光し、該集光部分を溶融させた後、再結晶化させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第２レーザー光線の照射は、前記第１レーザー光線の照射後、1×10−6秒以内に行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１レーザー光線の波長が、600〜1200nmの範囲であり、前記第２レーザー光線の波長が、100〜500nmの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記第１レーザーは、超短パルスレーザーであり、前記第２レーザーは、ＹＬＦ又はＹＡＧ固体レーザーであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記第１レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−6〜1×10−3 J／pulseの範囲であり、前記第２レーザー光線のエネルギー密度が、1×10−3〜1×10−2 J／pulseの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記第１レーザー光線の集光する所定の深さ位置は、ウェーハ表面から1〜1000μmの深さ範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記加工変質層は、その平均直径が50〜150μmの範囲であり、平均厚さが10〜150μmの範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記加工変質層は、ライトエッチング後の光学顕微鏡で観察されるレーザー照射欠陥の密度が、1.0×105〜1.0×107個／cm2の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記第１レーザー光線及び第２レーザー光線の照射は、窒素、アルゴン、水素又はこれらの混合ガス雰囲気で行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたシリコンウェーハを基板として使用し、該基板上にエピタキシャル膜を形成してなることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０の製造方法によって製造されたエピタキシャルウェーハに、埋め込み型フォトダイオードを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１５９６８７（Ｐ２０１１−１５９６８７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８２８２（Ｐ２０１０−１８２８２）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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