半導体デバイスの製造方法、半導体デバイス
【課題】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半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板をレーザ照射装置にセットし、半導体基板を移動させつつレーザビームを照射する。この時、レーザビームは、集光用レンズ（集光手段）によって集光点（焦点）が半導体基板の一面から数十μｍ程度深い位置になるように集光される。これにより、半導体基板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。
【解決手段】半導体基板をレーザ照射装置にセットし、半導体基板を移動させつつレーザビームを照射する。この時、レーザビームは、集光用レンズ（集光手段）によって集光点（焦点）が半導体基板の一面から数十μｍ程度深い位置になるように集光される。これにより、半導体基板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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造方法、および半導体デバイスに係り、半導体デバイスに対してゲッタリングサイトを短時間で容易に形成することが可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラ等の大幅な薄型化に伴って、これらの機器へ内蔵する半導体デバイス、例えば半導体メモリの薄型化が進んでいる。こうした半導体メモリは、例えばシリコン単結晶からなるシリコン基板（シリコンウェーハ）の一面にデバイスを形成することにより製造される。半導体メモリを薄型化するためには、シリコン基板の表面側にデバイスを形成した後、シリコン基板の裏面側を削って、例えば５０μｍ程度まで厚みを薄厚化する。
【０００３】
このような、半導体デバイスの薄厚化工程において、シリコン基板への重金属の混入が懸念されている。シリコン基板に重金属などの不純物が混入すると、リーク電流などにより、デバイス特性が著しく劣化する。このため、シリコン基板の薄厚化工程後におけるデバイス形成領域の重金属の分散を抑制することが重要になっている。
【０００４】
シリコン基板から重金属を除去する方法として、従来から、ゲッタリング法が一般的に知られている。これは、シリコン基板にゲッタリングサイトと呼ばれる重金属の捕捉領域を形成し、アニール処理などによってこのゲッタリングサイトに重金属を集めることによって、素子形成領域の重金属を低減させるものである。こうしたゲッタリングサイトをシリコン基板に形成する方法として、例えば、シリコン基板に酸素析出物を形成するＩＧ（イントリンシックゲッタリング）法（例えば、特許文献１）、シリコン基板の裏面側にバックサイドダメージなどのゲッタリングサイトを形成するＥＧ（エキシントリックゲッタリング）法（例えば、特許文献２）などが知られている。
【特許文献１】特開平６−３３８５０７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から行われていたＩＧ法は、シリコン基板にデバイスを形成する前工程で用いられるものであり、シリコン基板に拡散した重金属を除去するために、６００℃以上の熱処理温度が必要である。しかしながら、シリコン基板にデバイスを形成した後に行われる熱処理温度は４００℃以下が殆どであり、デバイス形成後の薄厚化工程において混入した重金属を充分に捕捉できないという課題があった。
【０００６】
また、近年の半導体デバイスの薄厚化の進行によって、その厚みが５０〜４０μｍ以下、更には３０μｍ程度が要求される。このようなレベルの厚みでは、薄厚化工程において、シリコン基板に形成したゲッタリングシンクの大部分が削り取られてしまうため、充分なゲッタリング能力が得られないという課題があった。
【０００７】
一方、シリコン基板の裏面側にバックサイドダメージなどのゲッタリングサイトを形成するＥＧ法では、近年主流となりつつある３００ｍｍウェーハなどの大口径基板の場合、両面研磨されているために、裏面側にゲッタリングシンクを形成すること自体が困難である。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、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。
【０００９】
また本発明は、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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は次のような半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスを提供する。
すなわち、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ビームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、該微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成する工程と、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ことを特徴とする。
【００１１】
前記レーザビームは、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、前記レーザビームを集光させることが好ましい。前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであることが好ましい。
【００１２】
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。
【００１３】
また、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てなることを特徴とする。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なることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
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ビームを集光させることによって、半導体基板の内部の微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造だけを変化させたゲッタリングシンクを容易に、かつ短時間で形成することが可能になる。
【００１５】
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、製造コストを低減することができる。また、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。
【００１６】
また、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、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。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
図１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）１は、ｐ＋型の半導体基板２と、この半導体基板２の一面２ａに形成された第一の絶縁膜３とを備える。また、第一の絶縁膜３の一面３ａには、フローティングゲート５、第二の絶縁膜６、コントロールゲート７が、順に重ねて形成されている。
【００１９】
また、半導体基板２の一面２ａ側における、フローティングゲート５の形成領域の周囲には、ｎ＋型のソース領域８、ドレイン領域９がそれぞれ形成される。そして、半導体基板２におけるデバイスの形成領域Ｓと重なる位置、例えば、フローティングゲート５、第二の絶縁膜６、コントロールゲート７等が積層された領域にに重なる位置に、半導体基板２の重金属を捕捉するゲッタリングシンク４が形成されている。
【００２０】
半導体基板２は、例えば、シリコン単結晶ウェーハであればよい。また、第一の絶縁膜３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６は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜であればよい。
【００２１】
ゲッタリングシンク４は、シリコン単結晶の一部をアモルファス化させた（アモルファスライク）構造であればよい。ゲッタリングシンク４は、その結晶構造中に僅かな歪みが存在するだけで重金属を捕捉する能力があり、ごく一部をアモルファス化するだけでゲッタリングシンクとしての役割を果たすことができる。なお、こうしたゲッタリングシンク４は、レーザビームの集光により、半導体基板２の一部に多光子吸収過程を生じさせて結晶構造を改質する事によって形成される。このようなゲッタリングシンク４の形成方法は、後ほど半導体デバイスの製造方法にて詳述する。
【００２２】
ゲッタリングシンク４は、少なくとも個々のデバイスの形成領域Ｓと重なる位置に形成されていればよい。例えば、１つのゲッタリングシンク４は、直径Ｒが５０〜１５０μｍ、厚みＴが１０〜１５０μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。また、ゲッタリングシンク４の形成深さＤは、半導体基板２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。
【００２３】
以上のような構成のＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１は、コントロールゲート７に制御電圧が印加されると、ｐ＋型の半導体基板２から第一の絶縁膜３をトンネルしてフローティングゲート５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。このフローティングゲート５は、第一の絶縁膜３や第二の絶縁膜６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。
【００２４】
一方、ｐ＋型の半導体基板２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５に保持されていた電子は、絶縁膜３をトンネルして半導体基板２に向けて移動する。これによって、データの消去状態となる。電子が注入される。
【００２５】
このようなＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１は、半導体基板２に形成されたゲッタリングシンク４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１の特性を低下させる要因であるリーク電流を抑制することができる。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１を実現することができる。
【００２６】
なお、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。
【００２７】
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２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２を用意する（図２（ａ）参照）。半導体基板２は、例えば、シリコン単結晶インゴットをスライスして製造されたシリコン単結晶ウェーハであればよい。
【００２８】
次に、この半導体基板２の一面２ａに第一の絶縁膜３を形成する（図２（ｂ）参照）。この第一の絶縁膜３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。こうしたシリコン酸化膜３の形成にあたっては、例えば、アニール装置を用いて、半導体基板の２を所定温度まで加熱して、その表面を酸化させれば良い。
【００２９】
次に、例えば、フォトリソグラフィ等によって、半導体基板２の一面２ａにフローティングゲート５、第二の絶縁膜６、コントロールゲート７、およびソース領域８、ドレイン領域９などからなるデバイス（ＮＡＮＤメモリ素子）を形成する（図２（ｃ）参照）。
【００３０】
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）２ｂ側からレーザービームを照射して、ゲッタリングシンク４を形成する（図２（ｄ）参照）。図３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の一例を示す模式図である。レーザー照射装置２０は、レーザビームＱ１をパルス発振するレーザ発生装置１５、レーザビームＱ１のパルス等を制御するパルス制御回路（Ｑスイッチ）１６、レーザビームＱ１を反射してレーザビームＱ１の進行方向を半導体基板２に向けて９０°変換させるビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ａ、ビームスプリッタ１７ａで反射されたレーザビームＱ１を集光する集光用レンズ（集光手段）１１を備えている。
【００３１】
また、デバイスを形成した半導体基板２を載置するステージ４０を備える。このステージ４０は、集光されたレーザビームＱ２を半導体基板２の任意の位置で集光させて焦点を合わせるために、ステージ制御回路４５によって、鉛直方向Ｙおよび水平方向Ｘに移動可能に制御される。
【００３２】
レーザ発生装置１５およびパルス制御回路１６は、特に限定はされないが、半導体基板の内部における任意の位置の結晶構造を改質してゲッタリングシンクを形成できるレーザビームを照射できれば良く、半導体基板を透過可能な波長域で、かつ短パルス周期での発振が可能なチタンサファイヤレーザが好適である。なお、表１に、一般的な半導体基板、およびシリコン基板のそれぞれにおいて、好適なレーザ照射条件の具体例を示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
レーザ発生装置１５で発生させたレーザビームＱ１は、集光用レンズ１１により光路幅を収束され、この収束されたレーザビームＱ２が半導体基板２０の任意の深さ位置Ｇで焦点を結像する（集光される）ように、ステージ４０が鉛直方向Ｙで制御される。集光用レンズ１１は、例えば倍率が１０〜３００倍、Ｎ．Ａが０．３〜０．９、レーザビームの波長に対する透過率が３０〜６０％の範囲が好ましい。
【００３５】
レーザー照射装置２０は、さらに可視光レーザ発生装置１９、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂ、ＣＣＤカメラ３０、ＣＣＤカメラ制御回路３５、結像用レンズ１２、中央制御回路５０、および表示手段５１とを備えている。
【００３６】
可視光レーザ発生装置１９で発生させた可視光レーザビームＱ３は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、半導体基板２に達する。そして、半導体基板２の表面（他面２ｂ側）で反射され、集光用レンズ１１およびビームスプリッタ１７ａおよび１７ｂを透過して結像用レンズ１２に到達する。結像用レンズ１２に到達した可視光レーザＱ３は、半導体基板２の表面画像としてＣＣＤカメラ３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路３５に入力される。入力された撮像データに基づいて、ステージ制御回路４５はステージ４０の水平方向Ｘの移動量を制御する。
【００３７】
次に、デバイスを形成した半導体基板２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２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４０に対して他面２ｂ側が上面（レーザー入射面）になるように半導体基板２を載置する。そして、レーザ発生装置１５から出射されたレーザビームＱ１を集光用レンズ（集光手段）１１によって収束させる。収束されたレーザビームＱ２は、シリコンに対して透過可能な波長域であるため、半導体基板２の他面２ｂに達した後、反射せずにそのまま入射する。
【００３８】
一方、半導体基板２は、レーザビームＱ２の集光点（焦点）が半導体基板２の一面２ａから所定の深さＤになるように位置決めされる。これにより、レーザビームＱ２の集光点（焦点）だけ、半導体基板２は多光子吸収過程が生じる。
【００３９】
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、半導体基板２の内部の任意の領域にレーザビームを集光させることによって、この集光点（焦点）において、単結晶構造の半導体ウェーハを改質し、部分的にアモルファスライクな結晶構造を生じさせる。こうした結晶構造の改質は、重金属の捕捉作用が生じる程度、即ち、結晶構造に僅かな歪を生じさせる程度で良い。
【００４０】
以上のように、半導体基板２の内部の任意の微小領域にレーザビームＱ１を収束させたレーザビームＱ２の集光点（焦点）を設定し、この微小領域の結晶構造を改質することによって、半導体基板２の任意の微小領域にゲッタリングシンク４を形成することができる。
【００４１】
ゲッタリングシンク４を形成するためのレーザビームは、レーザビームが集光点（焦点）に至るよりも前の光路においては、半導体基板２の結晶構造を改質することなく、レーザビームが確実に透過可能な条件とすることが重要である。こうしたレーザビームの照射条件は、半導体材料の基礎物性値である禁制帯（エネルギーバンドギャップ）により決定される。例えば、シリコン半導体の禁制帯は、１．１ｅＶであるため入射波長が１０００ｎｍ以上の場合、透過性が顕著となる。このようにしてレーザビームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定することができる。
【００４２】
レーザビームの発生装置としては、ＹＡＧレーザのような高出力レーザでは、所定の深さ位置だけではなく、その周辺領域にも熱エネルギーが伝達する虞があるため、低出力レーザを用いることが好ましい。低出力レーザとしては、例えば、フェムト秒レーザのような超短パルスレーザが好適である。
【００４３】
この超短パルスレーザは、半導体レーザなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザ結晶）を励起することによって、レーザビームの波長を任意の範囲に設定することができる。超短パルスレーザは、励起レーザビームのパルス幅を１．０×１０−１５フェムト秒以下にすることができるため、その他のレーザと比較して励起によって生じる熱エネルギーの拡散を抑制でき、レーザビームの集光点（焦点）のみに光エネルギーを集中させることができる。
【００４４】
多光子吸収過程により結晶構造を改質して形成したゲッタリングシンク４は、おそらくアモルファスライクな結晶構造になっているものと推定される。このようなアモルファスライクの結晶構造を得るには、レーザビームが集光点（焦点）Ｇを局部的に急速加熱・急速冷却する必要がある。表１に示したような特性を持つ超短パルスレーザは、エネルギー量の小さいレーザであるが、集光用レンズ１１を用い集光することによって、半導体基板２０を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザビームが集光点（焦点）Ｇの温度は９９００〜１００００Ｋの高温に達する。また、集光されているために入熱範囲が大変狭く、半導体基板２を載置したステージの移動、あるいはレーザビームの走査によって集光点（焦点）が移動すると、移動前の集光点（焦点）における入熱量は急激に減少し、急速冷却効果が得られる。
【００４５】
また、表１に示した超短パルスレーザのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、半導体基板２に対する透過性が高められ、ゲッタリングシンク４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、レーザビームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質することができる。この結晶構造の改質部分が半導体基板２のゲッタリングシンク４として好適に利用できる。なお、レーザビームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザビームエネルギー）が低くなる。このため、レーザビームを集光させても半導体基板内部の改質に十分な光子エネルギーを得ることができない虞があり、レーザビームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４６】
レーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置、すなわち半導体基板２にゲッタリングシンク４を形成する位置は、ステージを上下動させることによって制御できる。なお、ステージを上下動以外にも、集光手段（集光用レンズの）位置を制御することでもレーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置を制御できる。
【００４７】
一例として、半導体基板の表面から２μｍの位置を改質してゲッタリングシンク４を形成する場合には、レーザビームの波長を１０８０ｎｍに設定し、透過率が６０％の集光用レンズ（倍率５０倍)を用いて表面から２μｍの位置にレーザビームを結像（集光）させ、多光子吸収過程を生じさせることにより改質部分（ゲッタリングシンク）を形成することができる。
【００４８】
このように、半導体基板２の微小領域の結晶構造を改質して得られるゲッタリングシンク４は、例えば、直径Ｒが５０〜１５０μｍ、厚みＴが１０〜１５０μｍの大きさの円盤状に形成されればよい。また、ゲッタリングシンク４の形成深さＤは、半導体基板２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。
【００４９】
それぞれのゲッタリングシンク４は、半導体基板２の素子形成領域Ｓと重なる位置に少なくとも形成されていればよい。ゲッタリングシンク４は、例えば、形成ピッチが０．１〜１０μｍの間隔で形成されればよい。なお、ゲッタリングシンク４は、上述したように間欠的に形成されている以外にも、例えば、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。
【００５０】
図４は、半導体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４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、レーザビームＱがデバイスを形成した半導体基板２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、レーザビームＱを所定の条件で照射していけば、半導体基板２の全体にゲッタリングシンク４，４・・を形成することができる。
【００５１】
こうしたゲッタリングシンク４の形成密度は、レーザビームＱの走査ピッチＢによって設定することができる。ゲッタリングシンク４の形成密度は、例えば、１．０×１０５〜１．０×１０６個／ｃｍ２の範囲が好適である。こうしたゲッタリングシンク４の形成密度は、断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による観察で得られた酸素析出物の個数によって検証できる。
【００５２】
以上のようにしてゲッタリングシンク４が形成された半導体基板２は、更にアニール装置８０によって所定の温度まで加熱される（図２（ｅ）参照）。これにより、半導体基板２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク４に集められ、素子形成部分に重金属が極めて少ない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。
【００５３】
なお、こうしたアニール装置によるゲッタリングシンク４への重金属の捕捉は、半導体基板２を他面２ｂ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することができる。
【００５４】
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ビームを集光させることによって、半導体基板の内部の微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造だけを変化させたゲッタリングシンクを容易に、かつ短時間で形成することが可能になる。
【００５５】
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、また、薄厚化工程しても重金属を確実に取り除くことができる。また、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。
【実施例】
【００５６】
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（半導体基板）に対して、表２に示す条件のレーザビームを照射し、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。
【００５７】
【表２】
【００５８】
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。
また、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。
【００５９】
そして、上記した実施例、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。そして、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。
【００６０】
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。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。
【００６１】
また、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。
【００６２】
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。また、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。
【００６３】
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。
以上の結果から、本発明のように、レーザ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ことを確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の半導体デバイスの一例を示した断面図である。
【図２】本発明の半導体デバイスの製造方法の一例を示す断面図である。
【図３】ゲッタリングシンクの形成に用いられるレーザ照射装置の一例を示す模式図である。
【図４】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。
【符号の説明】
【００６５】
１ 半導体デバイス、２ 半導体基板、３ 第一の絶縁膜（絶縁膜）、４ ゲッタリングシンク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造方法、および半導体デバイスに係り、半導体デバイスに対してゲッタリングサイトを短時間で容易に形成することが可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラ等の大幅な薄型化に伴って、これらの機器へ内蔵する半導体デバイス、例えば半導体メモリの薄型化が進んでいる。こうした半導体メモリは、例えばシリコン単結晶からなるシリコン基板（シリコンウェーハ）の一面にデバイスを形成することにより製造される。半導体メモリを薄型化するためには、シリコン基板の表面側にデバイスを形成した後、シリコン基板の裏面側を削って、例えば５０μｍ程度まで厚みを薄厚化する。
【０００３】
このような、半導体デバイスの薄厚化工程において、シリコン基板への重金属の混入が懸念されている。シリコン基板に重金属などの不純物が混入すると、リーク電流などにより、デバイス特性が著しく劣化する。このため、シリコン基板の薄厚化工程後におけるデバイス形成領域の重金属の分散を抑制することが重要になっている。
【０００４】
シリコン基板から重金属を除去する方法として、従来から、ゲッタリング法が一般的に知られている。これは、シリコン基板にゲッタリングサイトと呼ばれる重金属の捕捉領域を形成し、アニール処理などによってこのゲッタリングサイトに重金属を集めることによって、素子形成領域の重金属を低減させるものである。こうしたゲッタリングサイトをシリコン基板に形成する方法として、例えば、シリコン基板に酸素析出物を形成するＩＧ（イントリンシックゲッタリング）法（例えば、特許文献１）、シリコン基板の裏面側にバックサイドダメージなどのゲッタリングサイトを形成するＥＧ（エキシントリックゲッタリング）法（例えば、特許文献２）などが知られている。
【特許文献１】特開平６−３３８５０７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から行われていたＩＧ法は、シリコン基板にデバイスを形成する前工程で用いられるものであり、シリコン基板に拡散した重金属を除去するために、６００℃以上の熱処理温度が必要である。しかしながら、シリコン基板にデバイスを形成した後に行われる熱処理温度は４００℃以下が殆どであり、デバイス形成後の薄厚化工程において混入した重金属を充分に捕捉できないという課題があった。
【０００６】
また、近年の半導体デバイスの薄厚化の進行によって、その厚みが５０〜４０μｍ以下、更には３０μｍ程度が要求される。このようなレベルの厚みでは、薄厚化工程において、シリコン基板に形成したゲッタリングシンクの大部分が削り取られてしまうため、充分なゲッタリング能力が得られないという課題があった。
【０００７】
一方、シリコン基板の裏面側にバックサイドダメージなどのゲッタリングサイトを形成するＥＧ法では、近年主流となりつつある３００ｍｍウェーハなどの大口径基板の場合、両面研磨されているために、裏面側にゲッタリングシンクを形成すること自体が困難である。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、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。
【０００９】
また本発明は、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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は次のような半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスを提供する。
すなわち、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ビームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、該微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成する工程と、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ことを特徴とする。
【００１１】
前記レーザビームは、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、前記レーザビームを集光させることが好ましい。前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであることが好ましい。
【００１２】
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。
【００１３】
また、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てなることを特徴とする。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なることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
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ビームを集光させることによって、半導体基板の内部の微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造だけを変化させたゲッタリングシンクを容易に、かつ短時間で形成することが可能になる。
【００１５】
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、製造コストを低減することができる。また、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。
【００１６】
また、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、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。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
図１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）１は、ｐ＋型の半導体基板２と、この半導体基板２の一面２ａに形成された第一の絶縁膜３とを備える。また、第一の絶縁膜３の一面３ａには、フローティングゲート５、第二の絶縁膜６、コントロールゲート７が、順に重ねて形成されている。
【００１９】
また、半導体基板２の一面２ａ側における、フローティングゲート５の形成領域の周囲には、ｎ＋型のソース領域８、ドレイン領域９がそれぞれ形成される。そして、半導体基板２におけるデバイスの形成領域Ｓと重なる位置、例えば、フローティングゲート５、第二の絶縁膜６、コントロールゲート７等が積層された領域にに重なる位置に、半導体基板２の重金属を捕捉するゲッタリングシンク４が形成されている。
【００２０】
半導体基板２は、例えば、シリコン単結晶ウェーハであればよい。また、第一の絶縁膜３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６は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜であればよい。
【００２１】
ゲッタリングシンク４は、シリコン単結晶の一部をアモルファス化させた（アモルファスライク）構造であればよい。ゲッタリングシンク４は、その結晶構造中に僅かな歪みが存在するだけで重金属を捕捉する能力があり、ごく一部をアモルファス化するだけでゲッタリングシンクとしての役割を果たすことができる。なお、こうしたゲッタリングシンク４は、レーザビームの集光により、半導体基板２の一部に多光子吸収過程を生じさせて結晶構造を改質する事によって形成される。このようなゲッタリングシンク４の形成方法は、後ほど半導体デバイスの製造方法にて詳述する。
【００２２】
ゲッタリングシンク４は、少なくとも個々のデバイスの形成領域Ｓと重なる位置に形成されていればよい。例えば、１つのゲッタリングシンク４は、直径Ｒが５０〜１５０μｍ、厚みＴが１０〜１５０μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。また、ゲッタリングシンク４の形成深さＤは、半導体基板２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。
【００２３】
以上のような構成のＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１は、コントロールゲート７に制御電圧が印加されると、ｐ＋型の半導体基板２から第一の絶縁膜３をトンネルしてフローティングゲート５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。このフローティングゲート５は、第一の絶縁膜３や第二の絶縁膜６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。
【００２４】
一方、ｐ＋型の半導体基板２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５に保持されていた電子は、絶縁膜３をトンネルして半導体基板２に向けて移動する。これによって、データの消去状態となる。電子が注入される。
【００２５】
このようなＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１は、半導体基板２に形成されたゲッタリングシンク４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１の特性を低下させる要因であるリーク電流を抑制することができる。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１を実現することができる。
【００２６】
なお、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。
【００２７】
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２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２を用意する（図２（ａ）参照）。半導体基板２は、例えば、シリコン単結晶インゴットをスライスして製造されたシリコン単結晶ウェーハであればよい。
【００２８】
次に、この半導体基板２の一面２ａに第一の絶縁膜３を形成する（図２（ｂ）参照）。この第一の絶縁膜３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。こうしたシリコン酸化膜３の形成にあたっては、例えば、アニール装置を用いて、半導体基板の２を所定温度まで加熱して、その表面を酸化させれば良い。
【００２９】
次に、例えば、フォトリソグラフィ等によって、半導体基板２の一面２ａにフローティングゲート５、第二の絶縁膜６、コントロールゲート７、およびソース領域８、ドレイン領域９などからなるデバイス（ＮＡＮＤメモリ素子）を形成する（図２（ｃ）参照）。
【００３０】
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）２ｂ側からレーザービームを照射して、ゲッタリングシンク４を形成する（図２（ｄ）参照）。図３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の一例を示す模式図である。レーザー照射装置２０は、レーザビームＱ１をパルス発振するレーザ発生装置１５、レーザビームＱ１のパルス等を制御するパルス制御回路（Ｑスイッチ）１６、レーザビームＱ１を反射してレーザビームＱ１の進行方向を半導体基板２に向けて９０°変換させるビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ａ、ビームスプリッタ１７ａで反射されたレーザビームＱ１を集光する集光用レンズ（集光手段）１１を備えている。
【００３１】
また、デバイスを形成した半導体基板２を載置するステージ４０を備える。このステージ４０は、集光されたレーザビームＱ２を半導体基板２の任意の位置で集光させて焦点を合わせるために、ステージ制御回路４５によって、鉛直方向Ｙおよび水平方向Ｘに移動可能に制御される。
【００３２】
レーザ発生装置１５およびパルス制御回路１６は、特に限定はされないが、半導体基板の内部における任意の位置の結晶構造を改質してゲッタリングシンクを形成できるレーザビームを照射できれば良く、半導体基板を透過可能な波長域で、かつ短パルス周期での発振が可能なチタンサファイヤレーザが好適である。なお、表１に、一般的な半導体基板、およびシリコン基板のそれぞれにおいて、好適なレーザ照射条件の具体例を示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
レーザ発生装置１５で発生させたレーザビームＱ１は、集光用レンズ１１により光路幅を収束され、この収束されたレーザビームＱ２が半導体基板２０の任意の深さ位置Ｇで焦点を結像する（集光される）ように、ステージ４０が鉛直方向Ｙで制御される。集光用レンズ１１は、例えば倍率が１０〜３００倍、Ｎ．Ａが０．３〜０．９、レーザビームの波長に対する透過率が３０〜６０％の範囲が好ましい。
【００３５】
レーザー照射装置２０は、さらに可視光レーザ発生装置１９、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂ、ＣＣＤカメラ３０、ＣＣＤカメラ制御回路３５、結像用レンズ１２、中央制御回路５０、および表示手段５１とを備えている。
【００３６】
可視光レーザ発生装置１９で発生させた可視光レーザビームＱ３は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、半導体基板２に達する。そして、半導体基板２の表面（他面２ｂ側）で反射され、集光用レンズ１１およびビームスプリッタ１７ａおよび１７ｂを透過して結像用レンズ１２に到達する。結像用レンズ１２に到達した可視光レーザＱ３は、半導体基板２の表面画像としてＣＣＤカメラ３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路３５に入力される。入力された撮像データに基づいて、ステージ制御回路４５はステージ４０の水平方向Ｘの移動量を制御する。
【００３７】
次に、デバイスを形成した半導体基板２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２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４０に対して他面２ｂ側が上面（レーザー入射面）になるように半導体基板２を載置する。そして、レーザ発生装置１５から出射されたレーザビームＱ１を集光用レンズ（集光手段）１１によって収束させる。収束されたレーザビームＱ２は、シリコンに対して透過可能な波長域であるため、半導体基板２の他面２ｂに達した後、反射せずにそのまま入射する。
【００３８】
一方、半導体基板２は、レーザビームＱ２の集光点（焦点）が半導体基板２の一面２ａから所定の深さＤになるように位置決めされる。これにより、レーザビームＱ２の集光点（焦点）だけ、半導体基板２は多光子吸収過程が生じる。
【００３９】
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、半導体基板２の内部の任意の領域にレーザビームを集光させることによって、この集光点（焦点）において、単結晶構造の半導体ウェーハを改質し、部分的にアモルファスライクな結晶構造を生じさせる。こうした結晶構造の改質は、重金属の捕捉作用が生じる程度、即ち、結晶構造に僅かな歪を生じさせる程度で良い。
【００４０】
以上のように、半導体基板２の内部の任意の微小領域にレーザビームＱ１を収束させたレーザビームＱ２の集光点（焦点）を設定し、この微小領域の結晶構造を改質することによって、半導体基板２の任意の微小領域にゲッタリングシンク４を形成することができる。
【００４１】
ゲッタリングシンク４を形成するためのレーザビームは、レーザビームが集光点（焦点）に至るよりも前の光路においては、半導体基板２の結晶構造を改質することなく、レーザビームが確実に透過可能な条件とすることが重要である。こうしたレーザビームの照射条件は、半導体材料の基礎物性値である禁制帯（エネルギーバンドギャップ）により決定される。例えば、シリコン半導体の禁制帯は、１．１ｅＶであるため入射波長が１０００ｎｍ以上の場合、透過性が顕著となる。このようにしてレーザビームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定することができる。
【００４２】
レーザビームの発生装置としては、ＹＡＧレーザのような高出力レーザでは、所定の深さ位置だけではなく、その周辺領域にも熱エネルギーが伝達する虞があるため、低出力レーザを用いることが好ましい。低出力レーザとしては、例えば、フェムト秒レーザのような超短パルスレーザが好適である。
【００４３】
この超短パルスレーザは、半導体レーザなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザ結晶）を励起することによって、レーザビームの波長を任意の範囲に設定することができる。超短パルスレーザは、励起レーザビームのパルス幅を１．０×１０−１５フェムト秒以下にすることができるため、その他のレーザと比較して励起によって生じる熱エネルギーの拡散を抑制でき、レーザビームの集光点（焦点）のみに光エネルギーを集中させることができる。
【００４４】
多光子吸収過程により結晶構造を改質して形成したゲッタリングシンク４は、おそらくアモルファスライクな結晶構造になっているものと推定される。このようなアモルファスライクの結晶構造を得るには、レーザビームが集光点（焦点）Ｇを局部的に急速加熱・急速冷却する必要がある。表１に示したような特性を持つ超短パルスレーザは、エネルギー量の小さいレーザであるが、集光用レンズ１１を用い集光することによって、半導体基板２０を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザビームが集光点（焦点）Ｇの温度は９９００〜１００００Ｋの高温に達する。また、集光されているために入熱範囲が大変狭く、半導体基板２を載置したステージの移動、あるいはレーザビームの走査によって集光点（焦点）が移動すると、移動前の集光点（焦点）における入熱量は急激に減少し、急速冷却効果が得られる。
【００４５】
また、表１に示した超短パルスレーザのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、半導体基板２に対する透過性が高められ、ゲッタリングシンク４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、レーザビームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質することができる。この結晶構造の改質部分が半導体基板２のゲッタリングシンク４として好適に利用できる。なお、レーザビームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザビームエネルギー）が低くなる。このため、レーザビームを集光させても半導体基板内部の改質に十分な光子エネルギーを得ることができない虞があり、レーザビームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４６】
レーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置、すなわち半導体基板２にゲッタリングシンク４を形成する位置は、ステージを上下動させることによって制御できる。なお、ステージを上下動以外にも、集光手段（集光用レンズの）位置を制御することでもレーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置を制御できる。
【００４７】
一例として、半導体基板の表面から２μｍの位置を改質してゲッタリングシンク４を形成する場合には、レーザビームの波長を１０８０ｎｍに設定し、透過率が６０％の集光用レンズ（倍率５０倍)を用いて表面から２μｍの位置にレーザビームを結像（集光）させ、多光子吸収過程を生じさせることにより改質部分（ゲッタリングシンク）を形成することができる。
【００４８】
このように、半導体基板２の微小領域の結晶構造を改質して得られるゲッタリングシンク４は、例えば、直径Ｒが５０〜１５０μｍ、厚みＴが１０〜１５０μｍの大きさの円盤状に形成されればよい。また、ゲッタリングシンク４の形成深さＤは、半導体基板２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。
【００４９】
それぞれのゲッタリングシンク４は、半導体基板２の素子形成領域Ｓと重なる位置に少なくとも形成されていればよい。ゲッタリングシンク４は、例えば、形成ピッチが０．１〜１０μｍの間隔で形成されればよい。なお、ゲッタリングシンク４は、上述したように間欠的に形成されている以外にも、例えば、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。
【００５０】
図４は、半導体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４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、レーザビームＱがデバイスを形成した半導体基板２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、レーザビームＱを所定の条件で照射していけば、半導体基板２の全体にゲッタリングシンク４，４・・を形成することができる。
【００５１】
こうしたゲッタリングシンク４の形成密度は、レーザビームＱの走査ピッチＢによって設定することができる。ゲッタリングシンク４の形成密度は、例えば、１．０×１０５〜１．０×１０６個／ｃｍ２の範囲が好適である。こうしたゲッタリングシンク４の形成密度は、断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による観察で得られた酸素析出物の個数によって検証できる。
【００５２】
以上のようにしてゲッタリングシンク４が形成された半導体基板２は、更にアニール装置８０によって所定の温度まで加熱される（図２（ｅ）参照）。これにより、半導体基板２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク４に集められ、素子形成部分に重金属が極めて少ない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。
【００５３】
なお、こうしたアニール装置によるゲッタリングシンク４への重金属の捕捉は、半導体基板２を他面２ｂ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することができる。
【００５４】
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ビームを集光させることによって、半導体基板の内部の微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造だけを変化させたゲッタリングシンクを容易に、かつ短時間で形成することが可能になる。
【００５５】
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、また、薄厚化工程しても重金属を確実に取り除くことができる。また、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。
【実施例】
【００５６】
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（半導体基板）に対して、表２に示す条件のレーザビームを照射し、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。
【００５７】
【表２】
【００５８】
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。
また、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。
【００５９】
そして、上記した実施例、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。そして、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。
【００６０】
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。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。
【００６１】
また、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。
【００６２】
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。また、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。
【００６３】
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。
以上の結果から、本発明のように、レーザ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ことを確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の半導体デバイスの一例を示した断面図である。
【図２】本発明の半導体デバイスの製造方法の一例を示す断面図である。
【図３】ゲッタリングシンクの形成に用いられるレーザ照射装置の一例を示す模式図である。
【図４】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。
【符号の説明】
【００６５】
１ 半導体デバイス、２ 半導体基板、３ 第一の絶縁膜（絶縁膜）、４ ゲッタリングシンク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ビームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、該微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成する工程と、
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ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記レーザビームは、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、前記レーザビームを集光させることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板は単結晶シリコンからなり、前記ゲッタリングシンクは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を特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
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を特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれ１項に記載の半導体デバイスの製造方法により製造されてなることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項７】
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なることを特徴とする請求項６記載の半導体デバイス。
【請求項１】
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ビームを入射させ、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、該微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成する工程と、
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ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記レーザビームは、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、前記レーザビームを集光させることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板は単結晶シリコンからなり、前記ゲッタリングシンクは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を特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
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を特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれ１項に記載の半導体デバイスの製造方法により製造されてなることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項７】
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なることを特徴とする請求項６記載の半導体デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−９８１０６（Ｐ２０１０−９８１０６Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６７３４２（Ｐ２００８−２６７３４２）
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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