JP7415889B2 - Epitaxial wafer for X-ray sensor and X-ray sensor - Google Patents
Epitaxial wafer for X-ray sensor and X-ray sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP7415889B2 JP7415889B2 JP2020191198A JP2020191198A JP7415889B2 JP 7415889 B2 JP7415889 B2 JP 7415889B2 JP 2020191198 A JP2020191198 A JP 2020191198A JP 2020191198 A JP2020191198 A JP 2020191198A JP 7415889 B2 JP7415889 B2 JP 7415889B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- wafer
- ray
- region
- ray sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 130
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 130
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 130
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 46
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 46
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 18
- 238000005247 gettering Methods 0.000 claims description 9
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 126
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 32
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 25
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 15
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 9
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
本発明は、Ｘ線センサ向けエピタキシャルウェーハおよびＸ線センサに関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer for an X-ray sensor and an X-ray sensor.
従来、医療分野や産業分野において、検査対象を非破壊で検査することが可能なＸ線センサが使用されている。こうしたＸ線センサとして、受光したＸ線をシリコンやゲルマニウムなどの半導体の内部で光電効果やコンプトン散乱により発生した電子により、その全てまたは一部のエネルギーに応じた電子正孔対を生成させ、生成した電子正孔対を電界で加速して電極に集めて検出するものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in the medical and industrial fields, X-ray sensors capable of non-destructively inspecting objects have been used. In this type of X-ray sensor, the received X-rays are generated by electrons generated by the photoelectric effect or Compton scattering inside a semiconductor such as silicon or germanium, and electron-hole pairs are generated according to the energy of all or part of the received X-rays. There is a method that detects electron-hole pairs by accelerating them using an electric field and collecting them on an electrode.
例えば、非特許文献１には、Ｘ線検出素子と信号処理回路とを別々に作製し、両者が金属バンプを用いてボンディング接続して構成されている。しかし、非特許文献１に記載されたＸ線センサでは、Ｘ線検出素子および信号処理回路のそれぞれに対して高い歩留まりが要求され、また、微細化の際には、金属バンプについても小さくする技術の確立が必要となり、開発要素が多い問題があった。 For example, in Non-Patent Document 1, an X-ray detection element and a signal processing circuit are manufactured separately, and both are connected by bonding using metal bumps. However, in the X-ray sensor described in Non-Patent Document 1, a high yield is required for each of the X-ray detection element and the signal processing circuit, and when miniaturization is required, there is a technology to reduce the size of the metal bumps as well. It was necessary to establish the system, and there were problems with many development elements.
そこで近年、Ｘ線検出素子および信号処理回路の双方を一体に形成されたＸ線センサが提案されている。例えば、非特許文献２には、ＳＯＩウェーハを用い、絶縁酸化膜の一方側のバルクシリコン領域にＸ線検出素子が形成され、他方側のバルクシリコン領域に信号処理回路が形成され、それらが絶縁酸化膜に形成されたビアを介して電気的に接続されたＸ線センサが記載されている。 Therefore, in recent years, an X-ray sensor has been proposed in which both an X-ray detection element and a signal processing circuit are integrally formed. For example, in Non-Patent Document 2, using an SOI wafer, an X-ray detection element is formed in a bulk silicon region on one side of an insulating oxide film, a signal processing circuit is formed in a bulk silicon region on the other side, and these are insulated. An X-ray sensor is described that is electrically connected via a via formed in an oxide film.
非特許文献２に記載されたＳＯＩウェーハを用いたＸ線検出センサでは、ＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜の熱伝導率が低いため、Ｘ線の検出の際に生じた熱がセンサ内部に蓄積して自己発熱し、誤動作などを引き起こすおそれがある。 In the X-ray detection sensor using an SOI wafer described in Non-Patent Document 2, because the thermal conductivity of the insulating oxide film of the SOI wafer is low, the heat generated during X-ray detection accumulates inside the sensor. There is a risk of self-heating and malfunction.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウェーハ上にＸ線センサを形成した場合に、Ｘ線の検出の際に生じた熱がセンサ内部に蓄積するのを抑制することができるＸ線センサ向けウェーハを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to prevent heat generated during X-ray detection from accumulating inside the sensor when an X-ray sensor is formed on a wafer. An object of the present invention is to provide a wafer for an X-ray sensor that can suppress the
上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］Ｘ線センサ向けエピタキシャルウェーハであって、
１００μｍ以上の厚みと、１０００Ω・ｃｍ以上の抵抗率と、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度とを有し、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコンウェーハと、
前記シリコンウェーハの表面上に設けられ、２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度のデバイス形成領域を有するシリコンエピタキシャル層と、
を備えることを特徴とするＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハ。
The present invention for solving the above problems is as follows.
[1] An epitaxial wafer for X-ray sensors,
A silicon wafer having a thickness of 100 μm or more, a resistivity of 1000 Ω·cm or more, and an oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or less, and containing no COPs or dislocation clusters;
a silicon epitaxial layer provided on the surface of the silicon wafer and having a device formation region with an oxygen concentration of 2×10 16 atoms/cm 3 or less;
An epitaxial wafer for an X-ray sensor, comprising:
［２］前記シリコンウェーハがＸ線を検出するＸ線検出素子が形成されるＸ線検出素子形成領域を有し、前記シリコンエピタキシャル層における前記デバイス形成領域が前記Ｘ線検出素子からの信号を処理する回路が形成される信号処理回路形成領域を有する、前記［１］に記載のＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハ。 [2] The silicon wafer has an X-ray detection element formation region in which an X-ray detection element for detecting X-rays is formed, and the device formation region in the silicon epitaxial layer processes signals from the X-ray detection element. The epitaxial wafer for an X-ray sensor according to [1] above, which has a signal processing circuit formation region in which a circuit is formed.
［３］前記シリコンウェーハの裏面上に設けられたゲッタリングシンクをさらに備える、前記［１］または［２］に記載のＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハ。 [3] The epitaxial wafer for an X-ray sensor according to [1] or [2], further comprising a gettering sink provided on the back surface of the silicon wafer.
［４］前記［１］～［３］のいずれか一項に記載のＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハの前記シリコンウェーハに形成された、Ｘ線を受光して検出する複数のＸ線検出素子と、
前記複数のＸ線検出素子の各々について前記シリコンエピタキシャル層に形成された、前記Ｘ線検出素子からの信号を処理する信号処理回路と、
を備え、
前記Ｘ線検出素子および前記信号処理回路の対が互いに素子分離されていることを特徴とするＸ線センサ。
[4] A plurality of X-ray detection elements that receive and detect X-rays, formed on the silicon wafer of the epitaxial wafer for an X-ray sensor according to any one of [1] to [3] above;
a signal processing circuit for processing signals from the X-ray detection element, formed in the silicon epitaxial layer for each of the plurality of X-ray detection elements;
Equipped with
An X-ray sensor, wherein a pair of the X-ray detection element and the signal processing circuit are separated from each other.
本発明によれば、Ｘ線の検出の際に生じた熱がセンサ内部に蓄積するのを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress heat generated during X-ray detection from accumulating inside the sensor.
（Ｘ線センサ向けエピタキシャルウェーハ）
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明によるＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハは、１００μｍ以上の厚みと、１０００Ω・ｃｍ以上の抵抗率と、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度とを有し、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコンウェーハと、上記シリコンウェーハの表面上に設けられ、２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度のデバイス形成領域を有するシリコンエピタキシャル層とを備えることを特徴とする。
(Epitaxial wafer for X-ray sensor)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The epitaxial wafer for X-ray sensors according to the present invention has a thickness of 100 μm or more, a resistivity of 1000 Ω·cm or more, and an oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or less, and does not contain COPs or dislocation clusters. It is characterized by comprising a silicon wafer and a silicon epitaxial layer provided on the surface of the silicon wafer and having a device formation region with an oxygen concentration of 2×10 16 atoms/cm 3 or less.
上述のように、非特許文献２に記載されたＳＯＩウェーハを用いてＸ線センサが形成されており、ＳＯＩウェーハを用いることにより、良好な素子分離や寄生容量の低減などを行うことができる。しかしながら、絶縁酸化膜の熱伝導率が低いため、Ｘ線検出によって生じた熱がセンサ内に蓄積されて自己発熱し、誤動作などを引き起こすおそれがある。 As described above, an X-ray sensor is formed using the SOI wafer described in Non-Patent Document 2, and by using the SOI wafer, it is possible to achieve good element isolation and reduction of parasitic capacitance. However, since the thermal conductivity of the insulating oxide film is low, the heat generated by X-ray detection is accumulated within the sensor, causing self-heating, which may cause malfunction.
本発明者は、ＳＯＩウェーハよりもＸ線を検出した際に発生する熱の蓄積を抑制することができるウェーハについて鋭意検討した。その結果、ＳＯＩウェーハのような絶縁酸化膜を有しないエピタキシャルウェーハを用いることに想到した。そして、本発明者は、エピタキシャルウェーハを構成するシリコンウェーハを、Ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥（ＣＯＰおよび転位クラスター）がなく、低酸素濃度（１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）かつ高抵抗（１０００Ω・ｃｍ以上）であり、Ｘ線を検出するのに十分な厚み（１００μｍ以上）を有するように構成し、シリコンエピタキシャル層をＸ線検出素子からの信号を処理する信号処理回路を形成するのに十分な厚みの低酸素濃度（２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）の領域を有するように構成すれば、Ｘ線センサを形成した際に、内部に熱が蓄積するのを抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、各構成について説明する。 The inventors of the present invention have conducted intensive studies on wafers that can suppress the accumulation of heat generated when X-rays are detected, compared to SOI wafers. As a result, we came up with the idea of using an epitaxial wafer that does not have an insulating oxide film like an SOI wafer. The present inventor has developed a silicon wafer that constitutes an epitaxial wafer that is free from grown-in defects (COPs and dislocation clusters), has a low oxygen concentration (1×10 18 atoms/cm 3 or less), and has a high resistance (1000 Ω・cm 3 or less). (above), the silicon epitaxial layer is configured to have a sufficient thickness (100 μm or more) to detect X-rays, and the silicon epitaxial layer is thick enough to form a signal processing circuit that processes signals from the X-ray detection element. It was discovered that if the X-ray sensor is configured to have a region with a low oxygen concentration (2×10 16 atoms/cm 3 or less), heat accumulation inside the sensor can be suppressed, and the present invention was completed. Each configuration will be explained below.
図１は、本発明によるＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハの好適な一例を示している。図１に示したＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハ１は、シリコンウェーハ１１と、シリコンエピタキシャル層１２と、ゲッタリングシンク１３とを有する。シリコンエピタキシャル層１２は、シリコンウェーハ１１からの酸素が拡散した遷移領域１２ｂと、酸素が拡散されていないデバイス形成領域１２ａとを有する。
FIG. 1 shows a preferred example of an epitaxial wafer for an X-ray sensor according to the present invention. The epitaxial wafer 1 for an X-ray sensor shown in FIG. 1 includes a
シリコンウェーハ１１は、Ｘ線センサのＸ線検出素子を形成するための領域（Ｘ線検出素子形成領域）を有する。Ｘ線検出素子を形成するためには、シリコンウェーハ１１は、Ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥がなく、高抵抗であり、Ｘ線を検出するのに十分な厚みを有している必要がある。
The
まず、Ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥は、空孔が凝集して形成される空孔凝集欠陥（Crystal Originated Particle、ＣＯＰ）や、格子間シリコンが析出する転位クラスターなどを指し、製造されたシリコンウェーハ中に残留して、Ｘ線センサにおけるリーク電流の原因となり得る。そのため、シリコンウェーハ１１にはＧｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥がないことが必要である。
First, Grown-in defects refer to vacancy agglomerated defects (Crystal Originated Particles, COPs) formed by agglomeration of vacancies, dislocation clusters where interstitial silicon precipitates, etc., and remain in manufactured silicon wafers. This may cause leakage current in the X-ray sensor. Therefore, it is necessary that the
こうしたＣＯＰおよび転位クラスターのないシリコンウェーハ１１は、浮遊帯域溶融（Floating zone、ＦＺ）法により育成した単結晶シリコンインゴット（以下、「シリコン結晶」とも言う。）に対してウェーハ加工処理を施すことにより、得ることができる。 The silicon wafer 11 free of COPs and dislocation clusters is obtained by performing wafer processing on a single crystal silicon ingot (hereinafter also referred to as "silicon crystal") grown by the floating zone (FZ) method. ,Obtainable.
また、Ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥のないシリコンウェーハ１１は、チョクラルスキー（Czochralski、ＣＺ）法により育成した単結晶シリコンインゴットのうち、ＣＯＰおよび転位クラスターのない領域で構成されたシリコン結晶に対してウェーハ加工処理を施すことにより、得ることができる。 Further, the silicon wafer 11 without Grown-in defects is obtained by wafer processing on a silicon crystal composed of regions free of COPs and dislocation clusters among single crystal silicon ingots grown by the Czochralski (CZ) method. It can be obtained by processing.
ＣＺ法によりシリコン結晶を育成する際に、固液界面からシリコン結晶に導入される空孔および格子間シリコンの挙動は、ボロンコフのモデルによって説明されている（例えば、Ｖ．Ｖ．Ｖｏｒｏｎｋｏｖ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，５９，６２５（１９８２）参照）。すなわち、固液界面近傍での単結晶シリコンの引き上げ方向の温度勾配Ｇに対する結晶の引き上げ速度ｖの比ｖ／Ｇの値が臨界値（以下、「臨界ｖ／Ｇ」とも言う。）よりも大きい場合には、空孔が格子間シリコンより優勢に導入され、温度の低下中に対消滅反応により格子間シリコンが消滅し、空孔のみが生き残る。これに対して、ｖ／Ｇの値が臨界ｖ／Ｇよりも小さい場合には、格子間シリコンが空孔より優勢に導入され、温度の低下中に空孔は消滅し、格子間シリコンのみが生き残る。そして、ｖ／Ｇの値が臨界ｖ／Ｇの近傍で点欠陥濃度が欠陥発生の臨界過飽和度未満である場合には、ＣＯＰおよび転位クラスターのない無欠陥のシリコン結晶が得られる。 When growing a silicon crystal by the CZ method, the behavior of vacancies and interstitial silicon introduced into the silicon crystal from the solid-liquid interface is explained by Voronkov's model (for example, V.V. Voronkov, J. (See Crystal Growth, 59, 625 (1982)). That is, the ratio v/G of the crystal pulling speed v to the temperature gradient G in the pulling direction of single crystal silicon near the solid-liquid interface is larger than a critical value (hereinafter also referred to as "critical v/G"). In this case, the vacancies are introduced more predominately than the interstitial silicon, and during the temperature drop, the interstitial silicon disappears due to annihilation reactions, leaving only the vacancies. On the other hand, when the value of v/G is smaller than the critical v/G, interstitial silicon is introduced more predominately than vacancies, and the vacancies disappear while the temperature decreases, leaving only interstitial silicon. survive. When the value of v/G is near the critical v/G and the point defect concentration is less than the critical supersaturation level for defect generation, a defect-free silicon crystal without COPs and dislocation clusters can be obtained.
図２は、ｖ／Ｇの値とシリコン結晶内の欠陥分布との関係を示しており、横軸はシリコン結晶の直径方向の位置を示している。図２に示すように、シリコン結晶は、ｖ／Ｇの値が大きい順に、ＣＯＰが検出される結晶領域であるＣＯＰ発生領域４１、特定の酸化熱処理を施すとリング状のＯＳＦ領域として顕在化するＯＳＦ潜在核領域４２、酸素の析出が起きやすくＣＯＰが検出されない結晶領域である酸素析出促進領域（以下、「ＰＶ（１）領域」ともいう）４３、酸素析出物が存在しＣＯＰが検出されない結晶領域である酸素析出促進領域（以下、「ＰＶ（２）領域」ともいう）４４、酸素の析出が起きにくくＣＯＰが検出されない結晶領域である酸素析出抑制領域（以下、「ＰＩ領域」ともいう）４５、侵入型転位クラスターが検出される結晶領域である転位クラスター領域４６によって構成される。
FIG. 2 shows the relationship between the value of v/G and the defect distribution in the silicon crystal, and the horizontal axis shows the position in the diametrical direction of the silicon crystal. As shown in FIG. 2, silicon crystals are arranged in descending order of v/G value: a
ｖ／Ｇの値に応じて上述のような欠陥分布を示すシリコン結晶のうち、ＰＶ（１）領域４３、ＰＶ（２）領域４４、およびＰＩ領域４５の結晶領域のいずれか、あるいはそれらの組み合わせで構成されたものは、ＣＯＰおよび転位クラスターのないシリコン結晶となる。そこで、ＣＺ法によりシリコンウェーハを作製する場合には、ＰＶ（１）領域４３、ＰＶ（２）領域４４、およびＰＩ領域４５の結晶領域のいずれか、あるいはそれらの組み合わせで構成されたシリコン結晶に対してウェーハ加工処理を施すことにより、ＣＯＰおよび転位クラスターのない無欠陥のシリコンウェーハを得ることができる。
Among the silicon crystals showing the defect distribution as described above depending on the value of v/G, any of the crystal regions of the P V (1)
ここで、本発明における「ＣＯＰを含まないシリコンウェーハ」とは、以下に説明する観察評価により、ＣＯＰが検出されないシリコンウェーハを意味するものとする。すなわち、まず、単結晶シリコンインゴットから切り出し加工されたシリコンウェーハに対して、ＳＣ－１洗浄（すなわち、アンモニア水と過酸化水素水と超純水とを１：１：１５で混合した混合液による洗浄）を行い、洗浄後のシリコンウェーハ表面を、表面欠陥検査装置としてKLA-Tencor社製：Surfscan SP-2を用いて観察評価し、表面ピットと推定される輝点欠陥（Light Point Defect、ＬＰＤ）を特定する。その際、観察モードはＯｂｌｉｑｕｅモード（斜め入射モード）とし、表面ピットの推定は、Ｗｉｄｅ Ｎａｒｒｏｗチャンネルの検出サイズ比に基づいて行うものとする。こうして特定されたＬＰＤに対して、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope、ＡＦＭ）を用いて、ＣＯＰか否かを評価する。この観察評価により、ＣＯＰが観察されないシリコンウェーハを「ＣＯＰを含まないシリコンウェーハ」とする。 Here, the term "silicon wafer containing no COPs" in the present invention means a silicon wafer in which no COPs are detected by observation and evaluation described below. That is, first, a silicon wafer cut and processed from a single crystal silicon ingot is subjected to SC-1 cleaning (that is, with a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide solution, and ultrapure water in a ratio of 1:1:15). After cleaning, the surface of the silicon wafer was observed and evaluated using Surfscan SP-2 (manufactured by KLA-Tencor) as a surface defect inspection device. ). At this time, the observation mode is Oblique mode (oblique incidence mode), and the estimation of surface pits is performed based on the detected size ratio of the Wide and Narrow channels. The thus identified LPD is evaluated to determine whether it is a COP using an atomic force microscope (AFM). As a result of this observation and evaluation, a silicon wafer in which COPs are not observed is defined as a "silicon wafer containing no COPs."
また、エピタキシャルウェーハを用いた一般的なデバイス形成においては、シリコンウェーハ中の酸素を析出させてＢＭＤ（Bulk Micro Defect）を形成し、形成したＢＭＤをウェーハ中に混入した重金属をゲッタリングするためのゲッタリングサイトとして使用する場合がある。しかし、Ｘ線センサにおいてＢＭＤが存在するとリーク電流などの原因となり、デバイス性能を低下させる。そのため、シリコンウェーハ１１は低酸素濃度であることが必要であり、具体的には、酸素濃度は１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。なお、本発明において、酸素濃度は、ＡＳＴＭ Ｆ１２１－１９７９に規定される赤外吸収法に準拠して、フーリエ変換型赤外分光光度計（ＦＴ－ＩＲ）を用いて測定される酸素濃度である。
In addition, in general device formation using epitaxial wafers, oxygen in the silicon wafer is precipitated to form BMDs (Bulk Micro Defects), and the formed BMDs are used to getter the heavy metals mixed into the wafer. May be used as a gettering site. However, the presence of BMD in an X-ray sensor causes leakage current and the like, degrading device performance. Therefore, the
上述したＦＺ法により育成したシリコン結晶から得られるシリコンウェーハについては、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度を有するものとなる。一方、ＣＺ法は、石英ルツボにシリコン原料を充填して加熱溶融するため、石英ルツボの酸素が溶融シリコン中に拡散し、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の低酸素濃度とすることは困難であるが、磁場印加ＣＺ（Magnetic-field-applied Czochralski、ＭＣＺ）法などによって、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度を有するシリコン結晶を育成することができ、得られたシリコン結晶から１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度を有するシリコンウェーハを得ることができる。 A silicon wafer obtained from a silicon crystal grown by the above-mentioned FZ method has an oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or less. On the other hand, in the CZ method, silicon raw materials are filled into a quartz crucible and heated and melted, so oxygen in the quartz crucible diffuses into the molten silicon, making it difficult to achieve a low oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or less. However, by the magnetic-field-applied CZ (MCZ) method, etc., it is possible to grow silicon crystals with an oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or less, and from the obtained silicon crystals. A silicon wafer having an oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or less can be obtained.
また、Ｘ線を検出する際にはシリコンウェーハ１１に高い電圧が印加されるため、シリコンウェーハ１１は高抵抗である必要がある。そこで、本発明においては、シリコンウェーハ１１の抵抗率は１０００Ω・ｃｍ以上とする。
Further, since a high voltage is applied to the
シリコンウェーハ１１の厚みについて、Ｘ線を受光して検出するために電子－正孔対を十分に形成するためには、現状では１００μｍ程度必要である。そこで、本発明においては、シリコンウェーハ１１の厚みは１００μｍ以上とする。
Currently, the thickness of the
一方、シリコンエピタキシャル層１２は、Ｘ線検出素子からの信号を処理する回路を形成するための領域（デバイス形成領域）を構成する。シリコンエピタキシャル層１２は、例えばエピタキシャル成長装置を用いて、一般的な条件により形成することができる。例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをエピタキシャル成長装置のチャンバー内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、１０００～１２００℃程度の温度でＣＶＤ法によりシリコンウェーハ１１上にエピタキシャル成長させることができる。
On the other hand, the
その際、シリコンウェーハ１１が高温に晒されるため、シリコンウェーハ１１内の酸素がシリコンエピタキシャル層１２内に拡散する。その結果、シリコンエピタキシャル層１２のシリコンウェーハ１１の直上の領域には、酸素が拡散した遷移領域１２ｂが形成される。この遷移領域１２ｂ内の酸素はドナー化して抵抗率を変動させるなどの問題を引き起こす。そのため、遷移領域１２ｂを信号処理回路の形成に使用することはできない。
At this time, since the
そこで、本発明においては、シリコンエピタキシャル層１２の厚みを遷移領域１２ｂの厚み分だけ厚くし、シリコンエピタキシャル層１２の遷移領域１２ｂを除く領域１２ａを、信号処理回路を形成するためのデバイス形成領域とする。シリコンエピタキシャル層１２の酸素濃度は、通常２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるため、デバイス形成領域１２ａの酸素濃度は２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる。
Therefore, in the present invention, the thickness of the
シリコンエピタキシャル層１２のデバイス形成領域１２ａの厚みは、信号処理回路の設計に依存するが、例えば１～１５μｍとすることができる。上述のように、シリコンエピタキシャル層１２は、シリコンウェーハ１１から酸素が拡散した遷移領域１２ｂを有するため、シリコンエピタキシャル層１２の厚みは、上記デバイス形成領域１２ａの厚みに、遷移領域１２ｂの厚みを足し合わせた厚みとすることが好ましい。
The thickness of the
また、シリコンエピタキシャル層１２のデバイス形成領域１２ａの抵抗率は、１～１０Ω・ｃｍとすることが好ましい。
Further, the resistivity of the
なお、図１に示すように、エピタキシャルウェーハ１は、シリコンウェーハ１１の裏面上にゲッタリングシンク１３をさらに備えることが好ましい。上述のように、シリコンウェーハ１１は低酸素濃度（１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）を有するため、ＢＭＤを析出させてゲッタリングサイトとすることができない。そこで、シリコンウェーハ１１の裏面上にゲッタリングシンク１３を設けることにより、外部から浸入した重金属を捕獲することができる。
Note that, as shown in FIG. 1, it is preferable that the epitaxial wafer 1 further includes a
上記ゲッタリングシンク１３としては、シリコンウェーハ１１の裏面にポリシリコンを堆積してポリバックシール（ＰＢＳ）を形成したり、シリコンウェーハ１１の裏面を研削して歪み領域を形成したり、シリコンウェーハ１１の裏面に炭素などのイオンを注入して形成したりすることができる。
The
（Ｘ線センサ）
本発明によるＸ線センサは、上述した本発明によるＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハのシリコンウェーハに形成された、Ｘ線を受光して検出する複数のＸ線検出素子と、複数のＸ線検出素子の各々についてシリコンエピタキシャル層に形成された、Ｘ線検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備え、Ｘ線検出素子および信号処理回路の対が互いに素子分離されていることを特徴とする。
(X-ray sensor)
The X-ray sensor according to the present invention includes a plurality of X-ray detection elements that receive and detect X-rays formed on a silicon wafer of the epitaxial wafer for an X-ray sensor according to the present invention, and a plurality of X-ray detection elements. Each of the X-ray detection elements includes a signal processing circuit formed in a silicon epitaxial layer for processing signals from the X-ray detection element, and the pair of the X-ray detection element and the signal processing circuit are separated from each other.
上述のように、図１に示した本発明によるＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハ１は、Ｘ線検出の際に発生した熱を蓄積する原因となる絶縁酸化膜を有しておらず、シリコンウェーハ１１は、Ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥（ＣＯＰおよび転位クラスター）を有しておらず、低酸素濃度（１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）かつ高抵抗（１０００Ω・ｃｍ以上）であり、Ｘ線を検出するのに十分な厚み（１００μｍ以上）を有する。また、シリコンエピタキシャル層１２は、Ｘ線検出素子からの信号を処理する信号処理回路を形成するのに十分な厚みの低酸素濃度（２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）の領域を有する。そのため、エピタキシャルウェーハ１のシリコンウェーハ１１にＸ線検出素子を形成し、シリコンエピタキシャル層１２にＸ線検出素子からの信号を処理する信号処理回路を形成することにより、Ｘ線検出の際の熱を蓄積するのを抑制することができるＸ線センサを構成することができる。
As described above, the epitaxial wafer 1 for an X-ray sensor according to the present invention shown in FIG. does not have grown-in defects (COPs and dislocation clusters), has a low oxygen concentration (1×10 18 atoms/cm 3 or less) and high resistance (1000 Ω cm or more), and can detect X-rays. It has a sufficient thickness (100 μm or more) for Furthermore, the
図３は、本発明によるＸ線センサの一例を示している。図３に示したＸ線センサ１００は、図１に示したエピタキシャルウェーハ１のシリコンウェーハ１１内にＸ線を受光して検出する複数のＸ線検出素子２１が形成されており（図３では１つのＸ線検出素子のみが示されている。）、シリコンエピタキシャル層１２に複数のＸ線検出素子の各々についてＸ線検出素子からの信号を処理する信号処理回路２２が形成されている。Ｘ線検出素子２１、信号処理回路２２には、それぞれ第１の配線２３、第２の配線２４が接続されている。また、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）２５およびガードリング２６によって、Ｘ線検出素子２１および信号処理回路２２の対が互いに素子分離されている。
FIG. 3 shows an example of an X-ray sensor according to the invention. In the
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the examples.
＜熱伝導率の評価＞
熱伝導性に関して、従来例に対応するｎ型１０Ω・ｃｍのＣＺシリコンウェーハ上に熱酸化法により厚み５μｍの酸化膜を形成したウェーハサンプル、および発明例に対応する抵抗率が１０００Ω・ｃｍのｎ型ＦＺウェーハサンプルを作製した。これらサンプルの表面に熱を印加する前の抵抗値および熱を印加した後の抵抗値を測定することによって、熱伝導率を評価した。その結果、ＦＺウェーハサンプルについては熱抵抗率が２９１Ｗ／ｍＫ、酸化膜を形成したＣＺウェーハサンプルについては熱抵抗率が１２０Ｗ／ｍＫとなり、ＦＺウェーハサンプルの１／２未満であった。このように、酸化膜を含むＳＯＩウェーハにＸ線センサを形成すると、酸化膜を含まないウェーハにＸ線センサを形成した場合に比べて、放熱性が悪化することが予想される。
<Evaluation of thermal conductivity>
Regarding thermal conductivity, wafer samples were prepared by forming an oxide film with a thickness of 5 μm by thermal oxidation on an n-type 10 Ω cm CZ silicon wafer corresponding to the conventional example, and an n-type wafer sample with a resistivity of 1000 Ω cm corresponding to the invention example. A type FZ wafer sample was prepared. Thermal conductivity was evaluated by measuring the resistance value before applying heat to the surface of these samples and the resistance value after applying heat. As a result, the thermal resistivity of the FZ wafer sample was 291 W/mK, and the thermal resistivity of the CZ wafer sample with an oxide film was 120 W/mK, which was less than 1/2 of the FZ wafer sample. As described above, when an X-ray sensor is formed on an SOI wafer that includes an oxide film, it is expected that heat dissipation will be worse than when an X-ray sensor is formed on a wafer that does not include an oxide film.
（発明例１）
ＦＺ法によりｎ型（ドーパント：リン）の単結晶シリコンインゴットを作製し、得られた単結晶シリコンインゴットに対してウェーハ加工処理を施して、シリコンウェーハ（抵抗率：１０００Ω・ｃｍ、厚み：７５０μｍ、酸素濃度：６×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を得た。得られたシリコンウェーハ上にＣＶＤ法により１１５０℃でｐ型（ドーパント：ホウ素）のシリコンエピタキシャル層（抵抗率：１Ω・ｃｍ、厚み：７μｍ）を形成した。そして、シリコンウェーハの裏面上にＰＢＳ膜を形成した。こうして、発明例１によるエピタキシャルウェーハを得た。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Invention example 1)
An n-type (dopant: phosphorus) single crystal silicon ingot was produced by the FZ method, and the obtained single crystal silicon ingot was subjected to wafer processing to form a silicon wafer (resistivity: 1000 Ω cm, thickness: 750 μm, Oxygen concentration: 6×10 15 atoms/cm 3 ) was obtained. A p-type (dopant: boron) silicon epitaxial layer (resistivity: 1 Ω·cm, thickness: 7 μm) was formed on the obtained silicon wafer at 1150° C. by the CVD method. Then, a PBS film was formed on the back surface of the silicon wafer. In this way, an epitaxial wafer according to Invention Example 1 was obtained. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
（発明例２）
発明例１と同様に、発明例２によるエピタキシャルウェーハを得た。ただし、単結晶シリコンインゴットの作製はＭＣＺ法により行い、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の酸素濃度を有するシリコンウェーハを得た。その他については、発明例１と全て同じである。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Invention example 2)
In the same manner as Invention Example 1, an epitaxial wafer according to Invention Example 2 was obtained. However, the single crystal silicon ingot was produced by the MCZ method, and a silicon wafer having an oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 was obtained. Everything else is the same as Invention Example 1. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
（従来例）
発明例２と同様に、比較例１によるエピタキシャルウェーハを得た。ただし、シリコンエピタキシャル層の厚みを５μｍとした。その他については、発明例２と全て同じである。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Conventional example)
In the same manner as Invention Example 2, an epitaxial wafer according to Comparative Example 1 was obtained. However, the thickness of the silicon epitaxial layer was 5 μm. Everything else is the same as Invention Example 2. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
（比較例１）
発明例２と同様に、比較例１によるエピタキシャルウェーハを得た。ただし、単結晶シリコンインゴットの作製はＭＣＺ法により行い、４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の酸素濃度を有するシリコンウェーハを得た。その他については、発明例２と全て同じである。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Comparative example 1)
In the same manner as Invention Example 2, an epitaxial wafer according to Comparative Example 1 was obtained. However, the single crystal silicon ingot was produced by the MCZ method, and a silicon wafer having an oxygen concentration of 4×10 17 atoms/cm 3 was obtained. Everything else is the same as Invention Example 2. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
（比較例２）
発明例２と同様に、比較例２によるエピタキシャルウェーハを得た。ただし、単結晶シリコンインゴットの作製はＭＣＺ法により行い、７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の酸素濃度を有するシリコンウェーハを得た。その他については、発明例２と全て同じである。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Comparative example 2)
In the same manner as Invention Example 2, an epitaxial wafer according to Comparative Example 2 was obtained. However, the single crystal silicon ingot was produced by the MCZ method, and a silicon wafer having an oxygen concentration of 7×10 17 atoms/cm 3 was obtained. Everything else is the same as Invention Example 2. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
（比較例３）
発明例１と同様に、比較例３によるエピタキシャルウェーハを得た。ただし、シリコンウェーハの抵抗率を１０Ω・ｃｍとした。その他については、発明例１と全て同じである。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Comparative example 3)
In the same manner as Invention Example 1, an epitaxial wafer according to Comparative Example 3 was obtained. However, the resistivity of the silicon wafer was set to 10Ω·cm. Everything else is the same as Invention Example 1. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
（比較例４）
発明例１と同様に、比較例４によるエピタキシャルウェーハを得た。ただし、シリコンウェーハの抵抗率を１００Ω・ｃｍとした。その他については、発明例１と全て同じである。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Comparative example 4)
In the same manner as Invention Example 1, an epitaxial wafer according to Comparative Example 4 was obtained. However, the resistivity of the silicon wafer was set to 100Ω·cm. Everything else is the same as Invention Example 1. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
（発明例３）
発明例１と同様に、発明例３によるエピタキシャルウェーハを得た。ただし、シリコンウェーハの抵抗率を１００００Ω・ｃｍとした。その他については、発明例１と全て同じである。得られたエピタキシャルウェーハの詳細を表１に示す。
(Invention example 3)
In the same manner as Invention Example 1, an epitaxial wafer according to Invention Example 3 was obtained. However, the resistivity of the silicon wafer was set to 10,000 Ω·cm. Everything else is the same as Invention Example 1. Details of the obtained epitaxial wafer are shown in Table 1.
＜ｐｎ接合ダイオードの特性評価＞
発明例１～３、従来例、比較例１～４のエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層に、図４に示すｐｎ接合ダイオードを作製し、その特性評価を行った。具体的には、まずｐ型シリコンエピタキシャル層にｎ型のＷｅｌｌ領域を形成し、次いでｎ型Ｗｅｌｌ領域内にｐ型領域を形成してｐｎ接合領域を形成した。次に、シリコンエピタキシャル層上に層間絶縁膜およびＡｌ配線電極をパターニングして、ｐｎ接合の特性評価が可能なｐｎ接合ダイオードを作製した。作製したｐｎ接合ダイオードを流れる逆方向電流をＩＶ測定により評価した。その際、ｎ型Ｗｅｌｌ領域とシリコンウェーハ裏面を０Ｖに固定し、ｐ型領域に０Ｖから－１０Ｖまで電圧を印加して、ｐｎ接合領域を流れる電流を測定した。得られた結果を表１に示す。
<Characteristics evaluation of pn junction diode>
PN junction diodes shown in FIG. 4 were fabricated in the silicon epitaxial layers of the epitaxial wafers of Invention Examples 1 to 3, Conventional Examples, and Comparative Examples 1 to 4, and their characteristics were evaluated. Specifically, first, an n-type well region was formed in a p-type silicon epitaxial layer, and then a p-type region was formed within the n-type well region to form a pn junction region. Next, an interlayer insulating film and an Al wiring electrode were patterned on the silicon epitaxial layer to fabricate a pn junction diode capable of evaluating pn junction characteristics. The reverse current flowing through the manufactured pn junction diode was evaluated by IV measurement. At this time, the n-type well region and the back surface of the silicon wafer were fixed at 0V, a voltage from 0V to -10V was applied to the p-type region, and the current flowing through the pn junction region was measured. The results obtained are shown in Table 1.
表１に示すように、ＩＶ測定の結果、従来例については１×１０－４Ａ／ｃｍ２、発明例１～３、比較例３、４については１×１０－１０Ａ／ｃｍ２、比較例１、２については１×１０－８Ａ／ｃｍ２以上の電流が流れた。ＳＩＭＳ分析の結果、従来例では、酸素がシリコンウェーハからシリコンエピタキシャル層へ２μｍ拡散し、発明例１、２、比較例１、２においては２．５μｍ拡散していることが分かった。発明例１、２、比較例１、２においては従来例より２μｍ厚いシリコンエピタキシャル層が形成されているため、酸素によるリーク電流の増加が抑制されたと考えられる。 As shown in Table 1, the IV measurement results were 1×10 −4 A/cm 2 for the conventional example, 1×10 −10 A/cm 2 for Invention Examples 1 to 3 and Comparative Examples 3 and 4, and 1×10 −10 A/cm 2 for the comparative example. In Examples 1 and 2, a current of 1×10 −8 A/cm 2 or more flowed. As a result of SIMS analysis, it was found that in the conventional example, oxygen diffused from the silicon wafer to the silicon epitaxial layer by 2 μm, and in Invention Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, oxygen diffused by 2.5 μm. In Invention Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the silicon epitaxial layer was formed 2 μm thicker than in the conventional example, so it is thought that the increase in leakage current due to oxygen was suppressed.
＜Ｘ線センサの性能評価＞
発明例１～３、従来例、比較例１～４によるエピタキシャルウェーハにおいて、図３に示した構造を有するＸ線センサをシリコンウェーハ内に作製し、Ｘ線センサの受光特性を評価した。作製したＸ線センサに対して、Ｘ線をシリコンウェーハ裏面に照射し、シリコンウェーハを透過したＸ線の受光量を光電変換して電流値にて評価した。その際、第２の配線２４を０Ｖで固定し、第１の配線２３に電圧を印加した。Ｘ線を受光した場合には、Ｘ線検出素子２１において電子正孔対が発生し、第１の配線２３と第２の配線２４との間に電流が流れる。本評価においては、Ｘ線照射後に１×１０－３Ａ／ｃｍ２以上流れた場合にＸ線を受光したと判断して○と判定し、流れなかった場合にＸ線を受光できなかったと判断して×と判定した。得られた結果を表１に示す。
<Performance evaluation of X-ray sensor>
In the epitaxial wafers according to Invention Examples 1 to 3, Conventional Examples, and Comparative Examples 1 to 4, X-ray sensors having the structure shown in FIG. 3 were fabricated in silicon wafers, and the light receiving characteristics of the X-ray sensors were evaluated. For the manufactured X-ray sensor, X-rays were irradiated onto the back surface of the silicon wafer, and the amount of received X-rays that passed through the silicon wafer was photoelectrically converted and evaluated as a current value. At that time, the
表１に示すように、従来例および比較例１、２では、第１の配線２３と第２の配線２４との間に電圧を印加した状態かつＸ線を照射しない状態で、正常であれば配線間に電流が１×１０－１０Ａ／ｃｍ２しか流れないところを１×１０－６Ａ／ｃｍ２流れてしまい、Ｘ線センサとして機能させることができなかった。これは、ＣＺ法により作製したシリコンウェーハの内部に含有する格子間酸素が欠陥を形成してリーク電流源になったと考えられる。
As shown in Table 1, in the conventional example and comparative examples 1 and 2, when the voltage is applied between the
また、比較例３、４については、Ｘ線検出素子が形成された領域の抵抗率が低いために空乏層が十分に広がらず、Ｘ線を十分に検出できず、Ｘ線照射後に１×１０－３Ａ／ｃｍ２以上の電流は流れなかった。これに対して、発明例１～３については、Ｘ線照射後に１×１０－３Ａ／ｃｍ２以上の電流が流れ、照射したＸ線を検出することができた。 In addition, for Comparative Examples 3 and 4, the depletion layer did not spread sufficiently because the resistivity of the region where the X-ray detection element was formed was low, and X-rays could not be detected sufficiently. A current of -3 A/cm2 or more did not flow. On the other hand, in Invention Examples 1 to 3, a current of 1×10 −3 A/cm 2 or more flowed after X-ray irradiation, and the irradiated X-rays could be detected.
本発明によれば、Ｘ線の検出の際に生じた熱がセンサ内部に蓄積するのを抑制することができるため、半導体産業において有用である。 According to the present invention, it is possible to suppress heat generated during X-ray detection from accumulating inside the sensor, and therefore it is useful in the semiconductor industry.
１ エピタキシャルウェーハ
１１ シリコンウェーハ
１２ シリコンエピタキシャル層
１２ａ デバイス形成領域
１２ｂ 遷移領域
１３ ゲッタリングシンク
２１ Ｘ線検出素子
２２ 処理回路
２３ 第１の配線
２４ 第２の配線
２５ ＳＴＩ
２６ ガードリング
４１ ＣＯＰ発生領域
４２ ＯＳＦ潜在核領域
４３ 酸素析出促進領域
４４ 酸素析出促進領域
４５ 酸素析出抑制領域
４６ 転位クラスター領域
１００ Ｘ線センサ
1
26
Claims (4)
１００μｍ以上の厚みと、１０００Ω・ｃｍ以上の抵抗率と、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度とを有し、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコンウェーハと、
前記シリコンウェーハの表面上に設けられ、２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度のデバイス形成領域を有するシリコンエピタキシャル層と、
を備えることを特徴とするＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハ。 An epitaxial wafer for X-ray sensors,
A silicon wafer having a thickness of 100 μm or more, a resistivity of 1000 Ω·cm or more, and an oxygen concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or less, and containing no COPs or dislocation clusters;
a silicon epitaxial layer provided on the surface of the silicon wafer and having a device formation region with an oxygen concentration of 2×10 16 atoms/cm 3 or less;
An epitaxial wafer for an X-ray sensor, comprising:
前記複数のＸ線検出素子の各々について前記シリコンエピタキシャル層に形成された、前記Ｘ線検出素子からの信号を処理する信号処理回路と、
を備え、
前記Ｘ線検出素子および前記信号処理回路の対が互いに素子分離されていることを特徴とするＸ線センサ。
A plurality of X-ray detection elements that receive and detect X-rays, formed on the silicon wafer of the epitaxial wafer for an X-ray sensor according to any one of claims 1 to 3;
a signal processing circuit for processing signals from the X-ray detection element, formed in the silicon epitaxial layer for each of the plurality of X-ray detection elements;
Equipped with
An X-ray sensor, wherein a pair of the X-ray detection element and the signal processing circuit are separated from each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020191198A JP7415889B2 (en) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | Epitaxial wafer for X-ray sensor and X-ray sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020191198A JP7415889B2 (en) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | Epitaxial wafer for X-ray sensor and X-ray sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022080172A JP2022080172A (en) | 2022-05-27 |
| JP7415889B2 true JP7415889B2 (en) | 2024-01-17 |
Family
ID=81731632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020191198A Active JP7415889B2 (en) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | Epitaxial wafer for X-ray sensor and X-ray sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7415889B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009212353A (en) | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Sumco Corp | Silicon substrate and manufacturing method thereof |
| JP2011222667A (en) | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Shimadzu Corp | Two-dimensional image detector |
| JP2018032668A (en) | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Sumco | Silicon junction wafer manufacturing method |
| US20190280042A1 (en) | 2016-05-11 | 2019-09-12 | G-Ray Industries Sa | Monolithic silicon pixel detector, and systems and methods for particle detection |
-
2020
- 2020-11-17 JP JP2020191198A patent/JP7415889B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009212353A (en) | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Sumco Corp | Silicon substrate and manufacturing method thereof |
| JP2011222667A (en) | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Shimadzu Corp | Two-dimensional image detector |
| US20190280042A1 (en) | 2016-05-11 | 2019-09-12 | G-Ray Industries Sa | Monolithic silicon pixel detector, and systems and methods for particle detection |
| JP2018032668A (en) | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Sumco | Silicon junction wafer manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022080172A (en) | 2022-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8864907B2 (en) | Silicon substrate and manufacturing method of the same | |
| CN111508819A (en) | Silicon wafer and method for producing same | |
| TW200821417A (en) | Semiconductor substrate for solid state imaging device, solid state imaging device, and method for manufacturing them | |
| KR20090093854A (en) | Silicon substrate and manufacturing method thereof | |
| JP2009212354A (en) | Method of manufacturing silicon substrate | |
| JP2007273959A (en) | Light-detecting device and manufacturing method therefor | |
| KR101028683B1 (en) | Silicon substrate and manufacturing method thereof | |
| JP6442818B2 (en) | Silicon wafer and manufacturing method thereof | |
| JP7415889B2 (en) | Epitaxial wafer for X-ray sensor and X-ray sensor | |
| JPWO2009075257A1 (en) | Silicon substrate and manufacturing method thereof | |
| JPWO2009075288A1 (en) | Silicon substrate and manufacturing method thereof | |
| JP7192757B2 (en) | Epitaxial silicon wafer, manufacturing method thereof, and X-ray detection sensor | |
| Papakonstantinou et al. | Crystal surface defects and oxygen gettering in thermally oxidized bonded SOI wafers | |
| Ding et al. | On the source of silicon minority-carrier lifetime degradation during molecular beam heteroepitaxial growth of III-V materials | |
| JP4276764B2 (en) | Silicon single crystal substrate and manufacturing method thereof | |
| Yamamoto et al. | Selection of silicon wafer for power devices and the influence of crystal defects including impurities | |
| JP7331520B2 (en) | Epitaxial silicon wafer manufacturing method, epitaxial silicon wafer, silicon wafer manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method | |
| Zambelli et al. | Modification of the luminescence properties of CZT crystals around tellurium inclusions | |
| JP7318518B2 (en) | Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state imaging device, and solid-state imaging device | |
| KR100389250B1 (en) | Silicon Wafer and Method for Manufacturing the Same | |
| JP6665771B2 (en) | Method for manufacturing pn junction silicon wafer and pn junction silicon wafer | |
| Yatskiv et al. | Particle detectors based on semiconducting InP epitaxial layers | |
| JP2023167343A (en) | Silicon wafer and epitaxial silicon wafer | |
| Li et al. | Silicon | |
| Rai-Choudhury | Microinhomogeneities in melt and vapor grown silicon |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221117 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230801 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230906 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231218 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7415889 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |