JP2003264194A - レーザゲッタリング方法及び半導体基板 - Google Patents
レーザゲッタリング方法及び半導体基板Info
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- JP2003264194A JP2003264194A JP2002065918A JP2002065918A JP2003264194A JP 2003264194 A JP2003264194 A JP 2003264194A JP 2002065918 A JP2002065918 A JP 2002065918A JP 2002065918 A JP2002065918 A JP 2002065918A JP 2003264194 A JP2003264194 A JP 2003264194A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長
いレーザゲッタリング方法及び半導体基板を提供する。 【解決手段】 本発明に係るレーザゲッタリング方法
は、半導体基板１の内部に集光点Ｐを合わせて、集光点
Ｐにおけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）
以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを
照射し、半導体基板１の内部の集光点Ｐ近傍で多光子吸
収を発生させ、アモルファス領域を含む溶融処理領域３
を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリン
グ部５を形成することを特徴とする。
いレーザゲッタリング方法及び半導体基板を提供する。 【解決手段】 本発明に係るレーザゲッタリング方法
は、半導体基板１の内部に集光点Ｐを合わせて、集光点
Ｐにおけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）
以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを
照射し、半導体基板１の内部の集光点Ｐ近傍で多光子吸
収を発生させ、アモルファス領域を含む溶融処理領域３
を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリン
グ部５を形成することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造工程において重金属等の不純物を捕獲するために使
用されるレーザゲッタリング方法及び半導体基板に関す
る。
製造工程において重金属等の不純物を捕獲するために使
用されるレーザゲッタリング方法及び半導体基板に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
重金属等の不純物をデバイス活性領域から取り除くため
に、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を半導体基
板に形成するというゲッタリング方法が実施されてい
る。従来のゲッタリング方法としては、酸素析出欠陥を
ゲッタリング部とするイントリンシックゲッタリング
（ＩＧ）法や、加工ひずみをゲッタリング部とするエキ
シトリンシックゲッタリング（ＥＧ）法が一般的であ
る。
重金属等の不純物をデバイス活性領域から取り除くため
に、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を半導体基
板に形成するというゲッタリング方法が実施されてい
る。従来のゲッタリング方法としては、酸素析出欠陥を
ゲッタリング部とするイントリンシックゲッタリング
（ＩＧ）法や、加工ひずみをゲッタリング部とするエキ
シトリンシックゲッタリング（ＥＧ）法が一般的であ
る。
【０００３】ＥＧ法の１つにレーザゲッタリング方法が
あるが、特公昭６２−２９８９４号公報には、次のよう
なレーザゲッタリング方法が記載されている。すなわ
ち、半導体基板を透過する波長のレーザ光を半導体基板
の内部に集光して半導体基板の内部に損傷を形成し、こ
の損傷をゲッタリング部とするものである。
あるが、特公昭６２−２９８９４号公報には、次のよう
なレーザゲッタリング方法が記載されている。すなわ
ち、半導体基板を透過する波長のレーザ光を半導体基板
の内部に集光して半導体基板の内部に損傷を形成し、こ
の損傷をゲッタリング部とするものである。
【０００４】この公報に記載されたレーザゲッタリング
方法によれば、ゲッタリング部を半導体基板の内部に形
成することができるため、半導体基板の表面にゲッタリ
ング部を形成する場合に比べ、ゲッタリング効果（不純
物の捕獲率）及びゲッタリング効果の持続性を向上させ
ることが可能となる。
方法によれば、ゲッタリング部を半導体基板の内部に形
成することができるため、半導体基板の表面にゲッタリ
ング部を形成する場合に比べ、ゲッタリング効果（不純
物の捕獲率）及びゲッタリング効果の持続性を向上させ
ることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載されたレーザゲッタリング方法にあっては、例
えば半導体基板がシリコンウェハの場合、使用されるレ
ーザ光は、波長が１．５〜１５μｍであり出力が３×１
０2（Ｗ／ｃｍ2）であるため、形成されるゲッタリング
部は格子欠陥や転移による微小欠陥の集まりとなり、し
たがって、ゲッタリング効果及びその持続性の向上に限
界がある。
報に記載されたレーザゲッタリング方法にあっては、例
えば半導体基板がシリコンウェハの場合、使用されるレ
ーザ光は、波長が１．５〜１５μｍであり出力が３×１
０2（Ｗ／ｃｍ2）であるため、形成されるゲッタリング
部は格子欠陥や転移による微小欠陥の集まりとなり、し
たがって、ゲッタリング効果及びその持続性の向上に限
界がある。
【０００６】その一方で、近年の半導体デバイスの技術
分野においては、ゲッタリング効果及びその持続性の向
上がより図られたゲッタリング方法の実現が望まれてい
る。
分野においては、ゲッタリング効果及びその持続性の向
上がより図られたゲッタリング方法の実現が望まれてい
る。
【０００７】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、ゲッタリング効果が高く且つそ
の持続性が長いレーザゲッタリング方法及び半導体基板
を提供することを目的とする。
てなされたものであり、ゲッタリング効果が高く且つそ
の持続性が長いレーザゲッタリング方法及び半導体基板
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るレーザゲッタリング方法は、半導体基
板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体
基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成すること
で、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成する
ことを特徴とする。
に、本発明に係るレーザゲッタリング方法は、半導体基
板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体
基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成すること
で、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成する
ことを特徴とする。
【０００９】このレーザゲッタリング方法によれば、半
導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、
半導体基板の内部の集光点近傍に多光子吸収という現象
を発生させて改質領域を形成するため、この改質領域で
もって不純物を捕獲するためのゲッタリング部を半導体
基板の内部に形成することができる。この多光子吸収に
よる改質領域は、従来のような格子欠陥や転移による微
小な損傷の集まりに比べ、ゲッタリング効果が高いこと
が分かった。また、多光子吸収による改質領域は半導体
基板の内部に形成されるため、ゲッタリング効果の持続
性も長くなる。したがって、ゲッタリング効果が高く且
つその持続性が長いゲッタリングが可能となる。ここ
で、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことであ
る。
導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、
半導体基板の内部の集光点近傍に多光子吸収という現象
を発生させて改質領域を形成するため、この改質領域で
もって不純物を捕獲するためのゲッタリング部を半導体
基板の内部に形成することができる。この多光子吸収に
よる改質領域は、従来のような格子欠陥や転移による微
小な損傷の集まりに比べ、ゲッタリング効果が高いこと
が分かった。また、多光子吸収による改質領域は半導体
基板の内部に形成されるため、ゲッタリング効果の持続
性も長くなる。したがって、ゲッタリング効果が高く且
つその持続性が長いゲッタリングが可能となる。ここ
で、集光点とは、レーザ光が集光した箇所のことであ
る。
【００１０】なお、本発明に係るレーザゲッタリング方
法においては、半導体基板の内部に集光点を合わせて、
集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃ
ｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ
光を照射し、半導体基板の内部に改質領域を形成するこ
とで、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成す
ることができる。集光点におけるピークパワー密度が１
×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下
の条件でレーザ光を照射することで、半導体基板の内部
の集光点近傍で多光子吸収を発生させることができるか
らである。
法においては、半導体基板の内部に集光点を合わせて、
集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃ
ｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ
光を照射し、半導体基板の内部に改質領域を形成するこ
とで、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形成す
ることができる。集光点におけるピークパワー密度が１
×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下
の条件でレーザ光を照射することで、半導体基板の内部
の集光点近傍で多光子吸収を発生させることができるか
らである。
【００１１】また、本発明に係るレーザゲッタリング方
法は、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点に
おけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上
で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射
し、半導体基板の内部に溶融処理領域を含む改質領域を
形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリング
部を形成することを特徴とする。
法は、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点に
おけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上
で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射
し、半導体基板の内部に溶融処理領域を含む改質領域を
形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリング
部を形成することを特徴とする。
【００１２】このレーザゲッタリング方法によれば、半
導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピ
ークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパ
ルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射している。
よって、半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的
に加熱される。この加熱により半導体基板の内部に溶融
処理領域が形成される。この溶融処理領域は上述した改
質領域の一例であるので、このレーザゲッタリング方法
によっても、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が
長いゲッタリングが可能となる。なお、多光子吸収によ
る溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講
演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３
頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評
価」に記載されている。
導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピ
ークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパ
ルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射している。
よって、半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的
に加熱される。この加熱により半導体基板の内部に溶融
処理領域が形成される。この溶融処理領域は上述した改
質領域の一例であるので、このレーザゲッタリング方法
によっても、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が
長いゲッタリングが可能となる。なお、多光子吸収によ
る溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講
演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３
頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評
価」に記載されている。
【００１３】さらに、本発明に係るレーザゲッタリング
方法は、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点
におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以
上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射
し、半導体基板の内部にアモルファス領域を含む改質領
域を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリ
ング部を形成することを特徴とする。
方法は、半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点
におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以
上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射
し、半導体基板の内部にアモルファス領域を含む改質領
域を形成することで、不純物を捕獲するためのゲッタリ
ング部を形成することを特徴とする。
【００１４】このレーザゲッタリング方法によれば、半
導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピ
ークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパ
ルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射している。
よって、半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的
に加熱される。この加熱により半導体基板の内部の集光
点近傍が一旦溶融後再固化し、これによりアモルファス
領域が形成される。このアモルファス領域は上述した改
質領域の一例であるので、このレーザゲッタリング方法
によっても、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が
長いゲッタリングが可能となる。
導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピ
ークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパ
ルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射している。
よって、半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的
に加熱される。この加熱により半導体基板の内部の集光
点近傍が一旦溶融後再固化し、これによりアモルファス
領域が形成される。このアモルファス領域は上述した改
質領域の一例であるので、このレーザゲッタリング方法
によっても、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が
長いゲッタリングが可能となる。
【００１５】ところで、上記レーザゲッタリング方法の
発明は、半導体基板の視点から捉えると、以下のように
記述することができる。これらは上記レーザゲッタリン
グ方法の発明と同じ技術的思想に基づくものであり、そ
の解決手段も上記と同じ思想に基づくものである。
発明は、半導体基板の視点から捉えると、以下のように
記述することができる。これらは上記レーザゲッタリン
グ方法の発明と同じ技術的思想に基づくものであり、そ
の解決手段も上記と同じ思想に基づくものである。
【００１６】上記目的を達成するために、本発明に係る
半導体基板は、レーザ光の照射により当該レーザ光の集
光点の位置で形成される多光子吸収による改質領域でも
って、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に
形成されていることを特徴とする。
半導体基板は、レーザ光の照射により当該レーザ光の集
光点の位置で形成される多光子吸収による改質領域でも
って、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に
形成されていることを特徴とする。
【００１７】また、本発明に係る半導体基板は、集光点
におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以
上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の照
射により当該レーザ光の集光点の位置で形成される改質
領域でもって、不純物を捕獲するためのゲッタリング部
が内部に形成されていることを特徴とする。
におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以
上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の照
射により当該レーザ光の集光点の位置で形成される改質
領域でもって、不純物を捕獲するためのゲッタリング部
が内部に形成されていることを特徴とする。
【００１８】また、本発明に係る半導体基板は、集光点
におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以
上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の照
射により当該レーザ光の集光点の位置で形成される溶融
処理領域を含む改質領域でもって、不純物を捕獲するた
めのゲッタリング部が内部に形成されていることを特徴
とする。
におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以
上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の照
射により当該レーザ光の集光点の位置で形成される溶融
処理領域を含む改質領域でもって、不純物を捕獲するた
めのゲッタリング部が内部に形成されていることを特徴
とする。
【００１９】さらに、本発明に係る半導体基板は、集光
点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）
以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の
照射により当該レーザ光の集光点の位置で形成されるア
モルファス領域を含む改質領域でもって、不純物を捕獲
するためのゲッタリング部が内部に形成されていること
を特徴とする。
点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）
以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でのレーザ光の
照射により当該レーザ光の集光点の位置で形成されるア
モルファス領域を含む改質領域でもって、不純物を捕獲
するためのゲッタリング部が内部に形成されていること
を特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るレ
ーザゲッタリング方法においては、半導体基板の内部に
集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部
に多光子吸収による改質領域を形成する、というレーザ
加工を実施する。そこで、このレーザ加工における多光
子吸収について最初に説明する。
実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るレ
ーザゲッタリング方法においては、半導体基板の内部に
集光点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部
に多光子吸収による改質領域を形成する、というレーザ
加工を実施する。そこで、このレーザ加工における多光
子吸収について最初に説明する。
【００２１】材料の吸収のバンドギャップＥGよりも光
子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よ
って、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥGである。し
かし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大き
くするとｎｈν＞ＥGの条件（ｎ＝２，３，４，・・
・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収とい
う。多光子吸収が発生すると、材料の多光子吸収が発生
した領域には、後述するような種々の改質が生じた改質
領域が形成される。
子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よ
って、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥGである。し
かし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大き
くするとｎｈν＞ＥGの条件（ｎ＝２，３，４，・・
・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収とい
う。多光子吸収が発生すると、材料の多光子吸収が発生
した領域には、後述するような種々の改質が生じた改質
領域が形成される。
【００２２】なお、レーザ光の強度は、レーザ光がパル
ス波であれば、レーザ光の集光点のピークパワー密度
（Ｗ／ｃｍ2）で決まり、例えばピークパワー密度が１
×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上の条件で多光子吸収が生じ
る。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の
１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームス
ポット断面積×パルス幅）により求められる。また、レ
ーザ光の強度は、レーザ光が連続波であれば、レーザ光
の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ2）で決まる。
ス波であれば、レーザ光の集光点のピークパワー密度
（Ｗ／ｃｍ2）で決まり、例えばピークパワー密度が１
×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上の条件で多光子吸収が生じ
る。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の
１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームス
ポット断面積×パルス幅）により求められる。また、レ
ーザ光の強度は、レーザ光が連続波であれば、レーザ光
の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ2）で決まる。
【００２３】続いて、本実施形態に係るレーザゲッタリ
ング方法について、図１を参照して説明する。図１は、
本実施形態に係るレーザゲッタリング方法を説明するた
めの概念図である。本実施形態では、半導体基板１がシ
リコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）であ
り、多光子吸収による改質領域として溶融処理領域３が
形成される場合について説明する。
ング方法について、図１を参照して説明する。図１は、
本実施形態に係るレーザゲッタリング方法を説明するた
めの概念図である。本実施形態では、半導体基板１がシ
リコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）であ
り、多光子吸収による改質領域として溶融処理領域３が
形成される場合について説明する。
【００２４】図示するように、半導体基板１の内部にお
いて、重金属等の不純物を捕獲するためのゲッタリング
源となるゲッタリング部５を形成すべき所望の位置に、
レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせて、集光点Ｐにおける電
界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が
１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。なお、電界
強度の上限値は例えば１×１０12（Ｗ／ｃｍ2）が好ま
しく、パルス幅の下限値は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが
好ましい。
いて、重金属等の不純物を捕獲するためのゲッタリング
源となるゲッタリング部５を形成すべき所望の位置に、
レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせて、集光点Ｐにおける電
界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が
１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。なお、電界
強度の上限値は例えば１×１０12（Ｗ／ｃｍ2）が好ま
しく、パルス幅の下限値は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが
好ましい。
【００２５】本実施形態における具体的なレーザ光Ｌの
照射条件は次の通りである。 （Ａ）レーザ 光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ 波長：１０６４ｎｍ レーザ光スポット断面積：３．１４×１０-8ｃｍ2 発振形態：Ｑスイッチパルス 繰り返し周波数：１００ｋＨｚ パルス幅：３０ｎｓ 出力：２０μＪ／パルス レーザ光品質：ＴＥＭ00 偏光特性：直線偏光 （Ｂ）集光用レンズ 倍率：５０倍 Ｎ．Ａ．：０．５５
照射条件は次の通りである。 （Ａ）レーザ 光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ 波長：１０６４ｎｍ レーザ光スポット断面積：３．１４×１０-8ｃｍ2 発振形態：Ｑスイッチパルス 繰り返し周波数：１００ｋＨｚ パルス幅：３０ｎｓ 出力：２０μＪ／パルス レーザ光品質：ＴＥＭ00 偏光特性：直線偏光 （Ｂ）集光用レンズ 倍率：５０倍 Ｎ．Ａ．：０．５５
【００２６】上記レーザ光Ｌの照射によって、図１に示
すように、半導体基板１の内部の集光点Ｐ近傍では多光
子吸収が発生し、多光子吸収が発生した領域は局所的に
加熱される。この加熱により半導体基板１の内部に溶融
処理領域３が形成される。
すように、半導体基板１の内部の集光点Ｐ近傍では多光
子吸収が発生し、多光子吸収が発生した領域は局所的に
加熱される。この加熱により半導体基板１の内部に溶融
処理領域３が形成される。
【００２７】そして、半導体基板１に対するレーザ光Ｌ
の集光点Ｐの位置を矢印Ａ方向に移動させることによっ
て、半導体基板１内部の所望の位置に、溶融処理領域３
でもって所望の形状のゲッタリング部５を形成する。
の集光点Ｐの位置を矢印Ａ方向に移動させることによっ
て、半導体基板１内部の所望の位置に、溶融処理領域３
でもって所望の形状のゲッタリング部５を形成する。
【００２８】なお、本実施形態において、シリコン単結
晶構造である半導体基板１に形成された溶融処理領域３
は、多光子吸収により加熱されて一旦溶融した後、急冷
により再固化したため、アモルファス領域（非晶質シリ
コン構造）を含むものであった。
晶構造である半導体基板１に形成された溶融処理領域３
は、多光子吸収により加熱されて一旦溶融した後、急冷
により再固化したため、アモルファス領域（非晶質シリ
コン構造）を含むものであった。
【００２９】図２は、上記照射条件でのレーザ光Ｌの照
射により形成された溶融処理領域３を含む半導体基板１
の切断面の写真を示す図である。半導体基板１の内部に
のみ溶融処理領域３が形成されている。半導体基板１の
厚さが３５０μｍに対して、上記照射条件により形成さ
れた溶融処理領域３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程
度である。
射により形成された溶融処理領域３を含む半導体基板１
の切断面の写真を示す図である。半導体基板１の内部に
のみ溶融処理領域３が形成されている。半導体基板１の
厚さが３５０μｍに対して、上記照射条件により形成さ
れた溶融処理領域３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程
度である。
【００３０】ここで、溶融処理領域３が多光子吸収によ
り形成されたことを説明する。図３は、レーザ光の波長
とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフで
ある。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれ
の反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。
シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００
μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関
係を示した。
り形成されたことを説明する。図３は、レーザ光の波長
とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフで
ある。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれ
の反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。
シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００
μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関
係を示した。
【００３１】例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である
１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μ
ｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０
％以上透過することが分かる。図２に示す半導体基板１
の厚さは３５０μｍであるから、多光子吸収による溶融
処理領域３はシリコンウェハの中心付近、つまり表面か
ら１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率
は、厚さ２００μｍのシリコン基板を参考にすると９０
％以上なので、レーザ光は、半導体基板１の内部で吸収
されるのは僅かであってほとんどが透過する。このこと
は、半導体基板１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融
処理領域３が半導体基板１の内部に形成（つまりレーザ
光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたもの
ではなく、溶融処理領域３が多光子吸収により形成され
たことを意味する。
１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μ
ｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０
％以上透過することが分かる。図２に示す半導体基板１
の厚さは３５０μｍであるから、多光子吸収による溶融
処理領域３はシリコンウェハの中心付近、つまり表面か
ら１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率
は、厚さ２００μｍのシリコン基板を参考にすると９０
％以上なので、レーザ光は、半導体基板１の内部で吸収
されるのは僅かであってほとんどが透過する。このこと
は、半導体基板１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融
処理領域３が半導体基板１の内部に形成（つまりレーザ
光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたもの
ではなく、溶融処理領域３が多光子吸収により形成され
たことを意味する。
【００３２】上述した本実施形態に係るレーザゲッタリ
ング方法の作用・効果について説明する。
ング方法の作用・効果について説明する。
【００３３】本実施形態に係るレーザゲッタリング方法
においては、半導体基板１の内部に集光点Ｐを合わせて
レーザ光Ｌを照射して、半導体基板１の内部の集光点Ｐ
近傍に多光子吸収という現象を発生させてアモルファス
領域を含む溶融処理領域３を形成し、この溶融処理領域
３でもって不純物を捕獲するためのゲッタリング部５を
半導体基板１の内部に形成している。
においては、半導体基板１の内部に集光点Ｐを合わせて
レーザ光Ｌを照射して、半導体基板１の内部の集光点Ｐ
近傍に多光子吸収という現象を発生させてアモルファス
領域を含む溶融処理領域３を形成し、この溶融処理領域
３でもって不純物を捕獲するためのゲッタリング部５を
半導体基板１の内部に形成している。
【００３４】このゲッタリング部５を形成する溶融処理
領域３は、従来のような格子欠陥や転移による微小な損
傷の集まりに比べ、ゲッタリング効果が高いことが分か
った。また、溶融処理領域３でもって形成されるゲッタ
リング部５は半導体基板１の内部に形成されるため、ゲ
ッタリング効果の持続性も長くなる。したがって、本実
施形態に係るレーザゲッタリング方法によれば、ゲッタ
リング効果が高く且つその持続性が長いゲッタリングが
可能となる。
領域３は、従来のような格子欠陥や転移による微小な損
傷の集まりに比べ、ゲッタリング効果が高いことが分か
った。また、溶融処理領域３でもって形成されるゲッタ
リング部５は半導体基板１の内部に形成されるため、ゲ
ッタリング効果の持続性も長くなる。したがって、本実
施形態に係るレーザゲッタリング方法によれば、ゲッタ
リング効果が高く且つその持続性が長いゲッタリングが
可能となる。
【００３５】また、半導体基板１の内部における溶融処
理領域３の形成位置は、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせ
る位置を調節することにより制御可能であるため、半導
体基板１内部の所望の位置にゲッタリング部５を形成す
ることができる。したがって、例えば、デバイス活性領
域直下の半導体基板１の内部にゲッタリング部５を形成
すれば、拡散係数の小さい重金属不純物のゲッタリング
も可能となる。そして、半導体基板１上に形成されるデ
バイスパターンに応じて、効率のよい不純物の捕獲が可
能となるよう３次元にパターン化されたゲッタリング領
域５を半導体基板１の内部に形成することも可能とな
る。
理領域３の形成位置は、レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせ
る位置を調節することにより制御可能であるため、半導
体基板１内部の所望の位置にゲッタリング部５を形成す
ることができる。したがって、例えば、デバイス活性領
域直下の半導体基板１の内部にゲッタリング部５を形成
すれば、拡散係数の小さい重金属不純物のゲッタリング
も可能となる。そして、半導体基板１上に形成されるデ
バイスパターンに応じて、効率のよい不純物の捕獲が可
能となるよう３次元にパターン化されたゲッタリング領
域５を半導体基板１の内部に形成することも可能とな
る。
【００３６】さらに、レーザ光Ｌの繰り返し周波数や、
半導体基板１に対するレーザ光Ｌの集光点Ｐの移動速度
を調節して溶融処理領域３の形成密度を制御したり、或
いは、レーザ光Ｌの出力を調節して溶融処理領域３の大
きさ制御したりすれば、溶融処理領域３でもって形成さ
れるゲッタリング部５のゲッタリング効果を制御するこ
とができる。
半導体基板１に対するレーザ光Ｌの集光点Ｐの移動速度
を調節して溶融処理領域３の形成密度を制御したり、或
いは、レーザ光Ｌの出力を調節して溶融処理領域３の大
きさ制御したりすれば、溶融処理領域３でもって形成さ
れるゲッタリング部５のゲッタリング効果を制御するこ
とができる。
【００３７】最後に、従来の技術として既述した特公昭
６２−２９８９４号公報に記載されたレーザゲッタリン
グ方法と本実施形態に係るレーザゲッタリング方法との
比較結果について、図４を参照して説明する。図４は、
両者の比較結果を示す表である。
６２−２９８９４号公報に記載されたレーザゲッタリン
グ方法と本実施形態に係るレーザゲッタリング方法との
比較結果について、図４を参照して説明する。図４は、
両者の比較結果を示す表である。
【００３８】図示するように、特公昭６２−２９８９４
号公報に記載されたレーザゲッタリング方法は、シリコ
ンウェハの内部に集光点を合わせて、波長１．５〜１５
μｍ、出力３×１０2（Ｗ／ｃｍ2）という条件でレーザ
光を照射している。このような条件でのレーザ光の照射
では、シリコンウェハにおけるレーザ光の吸収過程は通
常吸収となり、よって、形成されるゲッタリング部は格
子欠陥や転移による微小欠陥の集まりとなる。
号公報に記載されたレーザゲッタリング方法は、シリコ
ンウェハの内部に集光点を合わせて、波長１．５〜１５
μｍ、出力３×１０2（Ｗ／ｃｍ2）という条件でレーザ
光を照射している。このような条件でのレーザ光の照射
では、シリコンウェハにおけるレーザ光の吸収過程は通
常吸収となり、よって、形成されるゲッタリング部は格
子欠陥や転移による微小欠陥の集まりとなる。
【００３９】一方、本実施形態に係るレーザゲッタリン
グ方法は、シリコンウェハの内部に集光点を合わせて、
波長１０６４ｎｍ、出力１×１０10（Ｗ／ｃｍ2）とい
う条件でレーザ光を照射している。このような条件での
レーザ光の照射では、シリコンウェハにおけるレーザ光
の吸収過程は主として多光子吸収となり、よって、形成
されるゲッタリング部はアモルファス領域を含む溶融処
理領域となる。
グ方法は、シリコンウェハの内部に集光点を合わせて、
波長１０６４ｎｍ、出力１×１０10（Ｗ／ｃｍ2）とい
う条件でレーザ光を照射している。このような条件での
レーザ光の照射では、シリコンウェハにおけるレーザ光
の吸収過程は主として多光子吸収となり、よって、形成
されるゲッタリング部はアモルファス領域を含む溶融処
理領域となる。
【００４０】したがって、特公昭６２−２９８９４号公
報に記載されたレーザゲッタリング方法と本実施形態に
係るレーザゲッタリング方法とはまったく構成を異にす
るものである。
報に記載されたレーザゲッタリング方法と本実施形態に
係るレーザゲッタリング方法とはまったく構成を異にす
るものである。
【００４１】そして、格子欠陥や転移による微小欠陥の
集まりであるゲッタリング部に比べ、アモルファス領域
を含む溶融処理領域でもって形成されたゲッタリング部
のゲッタリング効果は絶大であり、且つ、そのゲッタリ
ング効果の持続性も極めて長くなっており、したがっ
て、特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレーザ
ゲッタリング方法に比べ、本実施形態に係るレーザゲッ
タリング方法は極めて優れた効果を奏している。
集まりであるゲッタリング部に比べ、アモルファス領域
を含む溶融処理領域でもって形成されたゲッタリング部
のゲッタリング効果は絶大であり、且つ、そのゲッタリ
ング効果の持続性も極めて長くなっており、したがっ
て、特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレーザ
ゲッタリング方法に比べ、本実施形態に係るレーザゲッ
タリング方法は極めて優れた効果を奏している。
【００４２】以上、本発明の実施形態について詳細に説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは
いうまでもない。
明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは
いうまでもない。
【００４３】上記実施形態は、溶融処理領域がアモルフ
ァス領域を含むものである場合であったが、本発明に係
る溶融処理領域とは、このようなものに限られず、一旦
溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶
融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領
域や結晶構造が変化した領域ということもできる。ま
た、溶融処理領域とは、単結晶構造、非晶質構造、多結
晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域と
いうこともできる。つまり、例えば、単結晶構造から非
晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に
変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構
造を含む構造に変化した領域を意味する。
ァス領域を含むものである場合であったが、本発明に係
る溶融処理領域とは、このようなものに限られず、一旦
溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶
融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領
域や結晶構造が変化した領域ということもできる。ま
た、溶融処理領域とは、単結晶構造、非晶質構造、多結
晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域と
いうこともできる。つまり、例えば、単結晶構造から非
晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に
変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構
造を含む構造に変化した領域を意味する。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザゲッタリング方法によれば、半導体基板の内部に集光
点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部の集
光点近傍に多光子吸収という現象を発生させて改質領域
を形成するため、この改質領域でもって不純物を捕獲す
るためのゲッタリング部を半導体基板の内部に形成する
ことができる。この多光子吸収による改質領域は、従来
のような格子欠陥や転移による微小な損傷の集まりに比
べ、ゲッタリング効果が高いことが分かった。また、多
光子吸収による改質領域は半導体基板の内部に形成され
るため、ゲッタリング効果の持続性も長くなる。したが
って、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いゲ
ッタリングが可能となる。
ザゲッタリング方法によれば、半導体基板の内部に集光
点を合わせてレーザ光を照射し、半導体基板の内部の集
光点近傍に多光子吸収という現象を発生させて改質領域
を形成するため、この改質領域でもって不純物を捕獲す
るためのゲッタリング部を半導体基板の内部に形成する
ことができる。この多光子吸収による改質領域は、従来
のような格子欠陥や転移による微小な損傷の集まりに比
べ、ゲッタリング効果が高いことが分かった。また、多
光子吸収による改質領域は半導体基板の内部に形成され
るため、ゲッタリング効果の持続性も長くなる。したが
って、ゲッタリング効果が高く且つその持続性が長いゲ
ッタリングが可能となる。
【図１】本実施形態に係るレーザゲッタリング方法を説
明するための概念図である。
明するための概念図である。
【図２】本実施形態に係るレーザゲッタリング方法によ
り形成された溶融処理領域を含む半導体基板の切断面の
写真を示す図である。
り形成された溶融処理領域を含む半導体基板の切断面の
写真を示す図である。
【図３】レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図４】特公昭６２−２９８９４号公報に記載されたレ
ーザゲッタリング方法と本実施形態に係るレーザゲッタ
リング方法との比較結果示す表である。
ーザゲッタリング方法と本実施形態に係るレーザゲッタ
リング方法との比較結果示す表である。
１…半導体基板、３…溶融処理領域、５…ゲッタリング
部、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
部、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板の内部に集光点を合わせてレ
ーザ光を照射し、前記半導体基板の内部に多光子吸収に
よる改質領域を形成することで、不純物を捕獲するため
のゲッタリング部を形成することを特徴とするレーザゲ
ッタリング方法。 - 【請求項２】 半導体基板の内部に集光点を合わせて、
集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃ
ｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ
光を照射し、前記半導体基板の内部に改質領域を形成す
ることで、不純物を捕獲するためのゲッタリング部を形
成することを特徴とするレーザゲッタリング方法。 - 【請求項３】 半導体基板の内部に集光点を合わせて、
集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃ
ｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ
光を照射し、前記半導体基板の内部に溶融処理領域を含
む改質領域を形成することで、不純物を捕獲するための
ゲッタリング部を形成することを特徴とするレーザゲッ
タリング方法。 - 【請求項４】 半導体基板の内部に集光点を合わせて、
集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃ
ｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ
光を照射し、前記半導体基板の内部にアモルファス領域
を含む改質領域を形成することで、不純物を捕獲するた
めのゲッタリング部を形成することを特徴とするレーザ
ゲッタリング方法。 - 【請求項５】 レーザ光の照射により当該レーザ光の集
光点の位置で形成される多光子吸収による改質領域でも
って、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に
形成されていることを特徴とする半導体基板。 - 【請求項６】 集光点におけるピークパワー密度が１×
１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の
条件でのレーザ光の照射により当該レーザ光の集光点の
位置で形成される改質領域でもって、不純物を捕獲する
ためのゲッタリング部が内部に形成されていることを特
徴とする半導体基板。 - 【請求項７】 集光点におけるピークパワー密度が１×
１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の
条件でのレーザ光の照射により当該レーザ光の集光点の
位置で形成される溶融処理領域を含む改質領域でもっ
て、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に形
成されていることを特徴とする半導体基板。 - 【請求項８】 集光点におけるピークパワー密度が１×
１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の
条件でのレーザ光の照射により当該レーザ光の集光点の
位置で形成されるアモルファス領域を含む改質領域でも
って、不純物を捕獲するためのゲッタリング部が内部に
形成されていることを特徴とする半導体基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002065918A JP4298953B2 (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | レーザゲッタリング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002065918A JP4298953B2 (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | レーザゲッタリング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003264194A true JP2003264194A (ja) | 2003-09-19 |
| JP4298953B2 JP4298953B2 (ja) | 2009-07-22 |
Family
ID=29197988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002065918A Expired - Lifetime JP4298953B2 (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | レーザゲッタリング方法 |
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| Country | Link |
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| JP2010283220A (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Sumco Corp | 固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法、固体撮像素子の製造方法 |
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-
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