JP7192757B2 - Epitaxial silicon wafer, manufacturing method thereof, and X-ray detection sensor - Google Patents

Epitaxial silicon wafer, manufacturing method thereof, and X-ray detection sensor Download PDF

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本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法並びにX線検出センサに関する。 The present invention relates to an epitaxial silicon wafer, its manufacturing method, and an X-ray detection sensor.

X線は手荷物検査、食品異物検査、医療、天体観測などの種々の分野で利用されている。感光性フィルムを用いてX線を検出することがかつては一般的であったものの、その利用拡大に伴い、X線を高速かつ高感度に測定するために、シリコンなどの半導体ウェーハを用いて作製した光電変換素子から構成されるX線検出センサが近年では着目されている。 X-rays are used in various fields such as baggage inspection, food foreign substance inspection, medical care, and astronomical observation. In the past, it was common to detect X-rays using a photosensitive film, but with the expansion of its use, semiconductor wafers such as silicon are used to measure X-rays at high speed and with high sensitivity. In recent years, attention has been paid to an X-ray detection sensor composed of photoelectric conversion elements.

例えば特許文献1に開示されるX線検出センサでは、支持基板を兼ねるシリコン単結晶からなるn型半導体層上に、シリコン酸化膜からなる埋め込み酸化層及びp型半導体層が積層されたSOI(Silicon on Insulator)基板が利用されている。例えば、このSOI基板を用いて作製されたX線検出センサでは、支持基板がX線センサ部(X線受光部)に使用される。これは、シリコン単結晶によるX線の吸収率を考慮すると、X線センサ部には十分な厚さが必要となるからである。また、p型半導体層にはX線検出センサ部から伝達される信号を処理するCMOS回路などのデバイスが形成される。 For example, in the X-ray detection sensor disclosed in Patent Document 1, an SOI (Silicon I) layer is formed by stacking a buried oxide layer made of a silicon oxide film and a p-type semiconductor layer on an n-type semiconductor layer made of a silicon single crystal that also serves as a support substrate. on Insulator) substrate is used. For example, in an X-ray detection sensor manufactured using this SOI substrate, the support substrate is used as an X-ray sensor section (X-ray light receiving section). This is because the X-ray sensor must have a sufficient thickness in consideration of the X-ray absorption rate of the silicon single crystal. A device such as a CMOS circuit for processing signals transmitted from the X-ray detection sensor is formed in the p-type semiconductor layer.

国際公開第2011/111754号WO2011/111754

ところで、SOIウェーハの埋め込み絶縁層(BOX層とも呼ばれる)は、上記のとおり酸化シリコンからなるため、その熱伝導率は小さい。そのため、特許文献1などに記載されるSOIウェーハを用いて作製されたX線検出センサでは、その使用中にp型半導体層に形成されたCMOS回路が自己発熱して高温化し、デバイスの動作不良を生じてしまうおそれがある。 By the way, since the buried insulating layer (also called BOX layer) of the SOI wafer is made of silicon oxide as described above, its thermal conductivity is low. Therefore, in the X-ray detection sensor manufactured using the SOI wafer described in Patent Document 1, etc., the CMOS circuit formed in the p-type semiconductor layer self-heats during use, causing the device to malfunction. There is a risk that

そこで本発明者は、X線検出センサを作製するための半導体ウェーハとして、SOIウェーハに替えてエピタキシャルシリコンウェーハを使用することを着想した。エピタキシャルシリコンウェーハは酸化シリコンを有しないため、その熱伝導率はSOIウェーハよりも高く、放熱性に優れるからである。そこで、支持基板となるシリコンウェーハ上に2層構造のシリコンエピタキシャル層を形成して、支持基板直上のシリコンエピタキシャル層を実質的な絶縁層として機能させることにより、SOIウェーハに代替するエピタキシャルシリコンウェーハを作製することを想起した。エピタキシャルシリコンウェーハがこうした絶縁機能を有すれば、これをX線検出センサの用途に供することができる。そこで本発明は、X線検出センサに適用可能な、エピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、このエピタキシャルシリコンウェーハを用いたX線検出センサを提供することを目的とする。 Accordingly, the present inventor has conceived of using epitaxial silicon wafers instead of SOI wafers as semiconductor wafers for fabricating X-ray detection sensors. This is because an epitaxial silicon wafer does not contain silicon oxide, and thus has a higher thermal conductivity than an SOI wafer and is excellent in heat dissipation. Therefore, by forming a silicon epitaxial layer having a two-layer structure on a silicon wafer serving as a supporting substrate and making the silicon epitaxial layer directly above the supporting substrate function as a substantial insulating layer, an epitaxial silicon wafer substituting for an SOI wafer can be obtained. I remembered making it. If an epitaxial silicon wafer has such an insulating function, it can be used as an X-ray detection sensor. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an epitaxial silicon wafer and a method for manufacturing the same, which are applicable to X-ray detection sensors. A further object of the present invention is to provide an X-ray detection sensor using this epitaxial silicon wafer.

本発明者は、上記課題を解決すべく検討した。そして、支持基板となるシリコンウェーハ及びその上に形成する第1及び第2のシリコンエピタキシャル層の導電型、キャリア濃度及び厚さの関係を適正化することにより、第1のシリコンエピタキシャル層を絶縁層として機能させることを着想した。この場合、シリコンウェーハは高抵抗のp型基板を用い、かつ、シリコンウェーハがX線を検出するセンサ部として使用されることになる。本発明者は、このシリコンウェーハを用いるとデバイス構造部を作製するときの熱処理に伴い抵抗変動が生じるおそれがあることと、センサ部として使用する場合の高感度化への対処が必要であることがさらなる課題であるとも認識した。そこで本発明者は、使用するシリコンウェーハをさらに検討し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の要旨構成は以下のとおりである。 The present inventor has made studies to solve the above problems. Then, by optimizing the relationship between the conductivity type, carrier concentration, and thickness of the silicon wafer serving as the supporting substrate and the first and second silicon epitaxial layers formed thereon, the first silicon epitaxial layer is converted into an insulating layer. I came up with the idea to function as In this case, a p-type substrate with high resistance is used as the silicon wafer, and the silicon wafer is used as a sensor section for detecting X-rays. The inventors of the present invention have found that the use of this silicon wafer may cause resistance fluctuations due to heat treatment when fabricating the device structure, and that it is necessary to deal with high sensitivity when used as a sensor section. was also recognized as a further issue. Accordingly, the present inventors have further studied silicon wafers to be used, and have completed the present invention. That is, the gist and configuration of the present invention are as follows.

<1>シリコンウェーハと、
前記シリコンウェーハの表面に設けられたシリコンエピタキシャル層と、
を備えるエピタキシャルシリコンウェーハであって、
前記シリコンエピタキシャル層は、前記シリコンウェーハの表面に設けられた第1のシリコンエピタキシャル層及びその表面に設けられた第2のシリコンエピタキシャル層からなり、
前記シリコンウェーハはp型であり、前記第1のシリコンエピタキシャル層はn型であり、前記第2のシリコンエピタキシャル層はp型であって、前記シリコンウェーハ並びに前記第1及び第2のシリコンエピタキシャル層の各厚さ及び各キャリア濃度が下記式(1)~(3):
d1>d3>d2 ・・・(1)
C3>C2>C1 ・・・(2)
C3・(d3/10)≧C2・d2 ・・・(3)
(前記式(1)~(3)中、d1、d2及びd3はそれぞれ前記シリコンウェーハ、前記第1のシリコンエピタキシャル層及び前記第2のシリコンエピタキシャル層の厚さを表し;C1、C2及びC3はそれぞれ前記シリコンウェーハ、前記第1のシリコンエピタキシャル層及び前記第2のシリコンエピタキシャル層のキャリア濃度を表す)
を満足し、
前記シリコンウェーハは、抵抗率が100Ω・cm以上であり、かつ酸素濃度が5.0×1017atoms/cm以下である、
ことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
<1> a silicon wafer;
a silicon epitaxial layer provided on the surface of the silicon wafer;
An epitaxial silicon wafer comprising
The silicon epitaxial layer comprises a first silicon epitaxial layer provided on the surface of the silicon wafer and a second silicon epitaxial layer provided on the surface thereof,
The silicon wafer is p-type, the first silicon epitaxial layer is n-type, the second silicon epitaxial layer is p-type, and the silicon wafer and the first and second silicon epitaxial layers are Each thickness and each carrier concentration of the following formulas (1) to (3):
d1>d3>d2 (1)
C3>C2>C1 (2)
C3·(d3/10)≧C2·d2 (3)
(In the above formulas (1) to (3), d1, d2 and d3 represent the thicknesses of the silicon wafer, the first silicon epitaxial layer and the second silicon epitaxial layer, respectively; C1, C2 and C3 are represents the carrier concentrations of the silicon wafer, the first silicon epitaxial layer and the second silicon epitaxial layer, respectively)
satisfies the
The silicon wafer has a resistivity of 100 Ω·cm or more and an oxygen concentration of 5.0 × 10 17 atoms/cm 3 or less.
An epitaxial silicon wafer characterized by:

<2>前記第1のシリコンエピタキシャル層は空乏層である、前記<1>に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 <2> The epitaxial silicon wafer according to <1>, wherein the first silicon epitaxial layer is a depletion layer.

<3>前記シリコンウェーハの厚さd1が100μm以上である、前記<1>又は<2>に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 <3> The epitaxial silicon wafer according to <1> or <2>, wherein the silicon wafer has a thickness d1 of 100 μm or more.

<4>前記シリコンウェーハはFZウェーハ又はMCZウェーハである、前記<1>~<3>のいずれかに記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 <4> The epitaxial silicon wafer according to any one of <1> to <3>, wherein the silicon wafer is an FZ wafer or an MCZ wafer.

<5>前記シリコンウェーハはCOPを含まない、前記<1>~<4>のいずれかに記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 <5> The epitaxial silicon wafer according to any one of <1> to <4>, wherein the silicon wafer does not contain COPs.

<6>前記<1>~<5>のいずれかに記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコンウェーハの表面に前記第1のシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1のシリコンエピタキシャル層の表面に前記第2のシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
<6> The method for producing an epitaxial silicon wafer according to any one of <1> to <5>,
forming the first silicon epitaxial layer on the surface of the silicon wafer;
forming the second silicon epitaxial layer on the surface of the first silicon epitaxial layer;
A method for producing an epitaxial silicon wafer, comprising:

<7>前記<1>~<5>のいずれか1項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハを用いて形成されたX線検出センサであって、
前記シリコンウェーハにX線検出部が設けられ、
前記第2のシリコンエピタキシャル層にMOS型トランジスタ部が設けられることを特徴とするX線検出センサ。
<7> An X-ray detection sensor formed using the epitaxial silicon wafer according to any one of <1> to <5>,
An X-ray detection unit is provided on the silicon wafer,
An X-ray detection sensor, wherein a MOS transistor section is provided in the second silicon epitaxial layer.

本発明によれば、X線検出センサに供して好適なエピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法を提供することができる。さらに本発明によれば、このエピタキシャルシリコンウェーハを用いたX線検出センサを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an epitaxial silicon wafer suitable for an X-ray detection sensor and a method for producing the same. Furthermore, according to the present invention, an X-ray detection sensor using this epitaxial silicon wafer can be provided.

本発明の一実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハを説明する模式断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic cross section explaining the epitaxial silicon wafer by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハにおけるシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャル層の厚さ及びキャリア濃度の関係を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the relationship between the thickness of the silicon wafer and silicon epitaxial layer and the carrier concentration in the epitaxial silicon wafer according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing method of the epitaxial silicon wafer by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるX線検出センサを説明する模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an X-ray detection sensor according to one embodiment of the present invention; FIG. TZDB測定に用いた耐圧測定用TEGを説明する模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a TEG for withstand voltage measurement used for TZDB measurement;

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、図1及び図3~図5では図面の簡略化のため、シリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャル層の厚さについて、実際の厚さの割合と異なり誇張して示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In principle, the same constituent elements are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In FIGS. 1 and 3 to 5, the thicknesses of the silicon wafer and the silicon epitaxial layer are exaggerated in order to simplify the drawings.

(エピタキシャルシリコンウェーハ)
図1を参照する。本発明の一実施形態に従うエピタキシャルシリコンウェーハ100は、シリコンウェーハ110と、シリコンウェーハ110の表面に設けられたシリコンエピタキシャル層120と、を備える。そして、このシリコンエピタキシャル層120は、シリコンウェーハ110の表面に設けられた第1のシリコンエピタキシャル層121及びその表面に設けられた第2のシリコンエピタキシャル層122からなる。ここで、シリコンウェーハ110はp型であり、第1のシリコンエピタキシャル層121はn型であり、第2のシリコンエピタキシャル層122はp型である。そして、シリコンウェーハ110並びに第1のシリコンエピタキシャル層121及び第2のシリコンエピタキシャル層122の各厚さ及び各キャリア濃度が下記式(1)~(3):
d1>d3>d2 ・・・(1)
C3>C2>C1 ・・・(2)
C3・(d3/10)≧C2・d2 ・・・(3)
(上記式(1)~(3)中、d1、d2及びd3はそれぞれシリコンウェーハ110、第1のシリコンエピタキシャル層121及び第2のシリコンエピタキシャル層122の厚さを表し;C1、C2及びC3はそれぞれシリコンウェーハ110、第1のシリコンエピタキシャル層121及び第2のシリコンエピタキシャル層122のキャリア濃度を表す)を満足する。さらに、シリコンウェーハ110は、抵抗率が100Ω・cm以上であり、かつ酸素濃度が5.0×1017atoms/cm以下である。以下、各構成の詳細を順次説明する。
(epitaxial silicon wafer)
Please refer to FIG. An epitaxial silicon wafer 100 according to one embodiment of the present invention comprises a silicon wafer 110 and a silicon epitaxial layer 120 provided on the surface of the silicon wafer 110 . This silicon epitaxial layer 120 consists of a first silicon epitaxial layer 121 provided on the surface of the silicon wafer 110 and a second silicon epitaxial layer 122 provided on that surface. Here, the silicon wafer 110 is p-type, the first silicon epitaxial layer 121 is n-type, and the second silicon epitaxial layer 122 is p-type. Then, each thickness and each carrier concentration of the silicon wafer 110 and the first silicon epitaxial layer 121 and the second silicon epitaxial layer 122 are calculated by the following formulas (1) to (3):
d1>d3>d2 (1)
C3>C2>C1 (2)
C3·(d3/10)≧C2·d2 (3)
(In the above formulas (1) to (3), d1, d2 and d3 represent the thicknesses of the silicon wafer 110, the first silicon epitaxial layer 121 and the second silicon epitaxial layer 122, respectively; C1, C2 and C3 are represent the carrier concentrations of the silicon wafer 110, the first silicon epitaxial layer 121 and the second silicon epitaxial layer 122). Furthermore, the silicon wafer 110 has a resistivity of 100 Ω·cm or more and an oxygen concentration of 5.0×10 17 atoms/cm 3 or less. Details of each configuration will be described below.

<シリコンウェーハ>
シリコンウェーハ110は、シリコンエピタキシャル層120を支持する支持基板である。シリコンウェーハ110は、別途のエピタキシャル層が設けられていない、いわゆるバルクのシリコン単結晶ウェーハを用いる。エピタキシャルシリコンウェーハ100を用いてX線検出センサを作製する場合、シリコンウェーハ110にセンサ部が形成されることになる。
<Silicon wafer>
Silicon wafer 110 is a support substrate that supports silicon epitaxial layer 120 . As the silicon wafer 110, a so-called bulk silicon single crystal wafer without a separate epitaxial layer is used. When the epitaxial silicon wafer 100 is used to fabricate an X-ray detection sensor, a sensor portion is formed on the silicon wafer 110 .

<シリコンエピタキシャル層>
シリコンエピタキシャル層120は第1のシリコンエピタキシャル層121及び第2のシリコンエピタキシャル層122からなる。図1に示すとおり、第1のシリコンエピタキシャル層121がシリコンウェーハ110の表面に設けられ、第2のシリコンエピタキシャル層122が第1のシリコンエピタキシャル層121の表面に設けられる。なお、製造工程上不可避な不純物を除き、その他の構成をシリコンエピタキシャル層120は有さない。
<Silicon epitaxial layer>
The silicon epitaxial layer 120 consists of a first silicon epitaxial layer 121 and a second silicon epitaxial layer 122 . As shown in FIG. 1 , a first silicon epitaxial layer 121 is provided on the surface of the silicon wafer 110 and a second silicon epitaxial layer 122 is provided on the surface of the first silicon epitaxial layer 121 . It should be noted that the silicon epitaxial layer 120 does not have other structures except for impurities that are unavoidable in the manufacturing process.

第1及び第2のシリコンエピタキシャル層121、122は導電型及びキャリア濃度が互いに異なる2層構造のシリコンエピタキシャル層である。ここでいう第1及び第2のシリコンエピタキシャル層121、122のキャリア濃度は、各層の厚さ方向において製造上不可避な誤差を除いて実質的に均一である。例えば、いわゆるn+層/n-層のように、導電型が同じであってもキャリア濃度が厚さ方向において2倍以上変化する層が設けられている場合は、本明細書において当該n+層及びn-層はそれぞれ別の層であるとみなす。 The first and second silicon epitaxial layers 121 and 122 are two-layer structure silicon epitaxial layers having different conductivity types and different carrier densities. The carrier concentrations of the first and second silicon epitaxial layers 121 and 122 referred to here are substantially uniform in the thickness direction of each layer, except for inevitable manufacturing errors. For example, when layers having the same conductivity type but having a carrier concentration that changes twice or more in the thickness direction are provided, such as the so-called n+ layer/n- layer, the n+ layer and the n- layer Each n-layer is considered a separate layer.

<<各構成の導電型及びキャリア濃度並びに厚さ>>
前述のとおり、シリコンウェーハ110、第1のシリコンエピタキシャル層121及び第2のシリコンエピタキシャル層122の各構成の導電型はそれぞれp型、n型、p型である。導電型をこの順にする理由は、第1のシリコンエピタキシャル層121を空乏化させて高抵抗にさせるためである。そして、SOIウェーハにおける埋め込み酸化膜(BOX層)の代替層として第1のシリコンエピタキシャル層121が絶縁層として機能するよう、エピタキシャルシリコンウェーハ100の各構成の厚さ及びキャリア濃度が上述の式(1)~(3)を満足する。以下、図2の概略図を参照しつつ、各式を定めた理由を述べる。
<<Conductivity type, carrier concentration and thickness of each configuration>>
As described above, the conductivity types of the silicon wafer 110, the first silicon epitaxial layer 121, and the second silicon epitaxial layer 122 are p-type, n-type, and p-type, respectively. The reason why the conductivity types are arranged in this order is that the first silicon epitaxial layer 121 is depleted to have a high resistance. Then, the thickness and carrier concentration of each component of the epitaxial silicon wafer 100 are set to the above formula (1 ) to (3) are satisfied. Hereinafter, the reasons for defining each formula will be described with reference to the schematic diagram of FIG.

-厚さの関係:式(1)-
上述のとおり、d1、d2及びd3はそれぞれシリコンウェーハ110、第1のシリコンエピタキシャル層121及び第2のシリコンエピタキシャル層122の厚さを表し、これら各厚さは上記式(1)に従ってd1>d3>d2の関係を満足する。シリコンウェーハ110は、シリコンエピタキシャル層120を支持し、かつ、シリコンエピタキシャル層120をエピタキシャル成長させるため、シリコンウェーハ110の厚さd1は、第1及び第2のシリコンエピタキシャル層121、122の厚さd2、d3よりも大きい。また、エピタキシャルシリコンウェーハ100をX線検出センサに適用する場合、シリコンウェーハ110にセンサ部が設けられるため、シリコン単結晶によるX線の吸収効率を考慮して厚さd1を十分に大きくする必要もある。さらに、第1のシリコンエピタキシャル層121の全体を空乏化して絶縁層として機能させるため、第1のシリコンエピタキシャル層の厚さd2を、第2のシリコンエピタキシャル層の厚さd3よりも小さくする。
- Thickness relationship: formula (1) -
As described above, d1, d2 and d3 represent the thicknesses of the silicon wafer 110, the first silicon epitaxial layer 121 and the second silicon epitaxial layer 122, respectively, and each of these thicknesses satisfies d1>d3 according to the above equation (1). >d2 is satisfied. Since the silicon wafer 110 supports the silicon epitaxial layer 120 and epitaxially grows the silicon epitaxial layer 120, the thickness d1 of the silicon wafer 110 is equal to the thickness d2 of the first and second silicon epitaxial layers 121, 122, greater than d3. Further, when the epitaxial silicon wafer 100 is applied to an X-ray detection sensor, the silicon wafer 110 is provided with a sensor portion, so the thickness d1 needs to be sufficiently large in consideration of the X-ray absorption efficiency of the silicon single crystal. be. Further, the thickness d2 of the first silicon epitaxial layer is made smaller than the thickness d3 of the second silicon epitaxial layer in order to deplete the entire first silicon epitaxial layer 121 to function as an insulating layer.

-キャリア濃度の関係:式(2)-
上述のとおり、C1、C2及びC3はそれぞれシリコンウェーハ110、第1のシリコンエピタキシャル層121及び第2のシリコンエピタキシャル層122のキャリア濃度を表し、これら各キャリア濃度は上記式(2)に従ってC3>C2>C1の関係を満足する。エピタキシャルシリコンウェーハ100をX線検出センサに適用する場合、上記のとおりシリコンウェーハ110にセンサ部が設けられるためそのキャリア濃度C1を十分に小さくして抵抗率を高くする必要がある。またこの場合、第2のシリコンエピタキシャル層122にはMOS型トランジスタ部が設けられるため、キャリア濃度を高くして抵抗率を下げる必要がある。そして、第1のシリコンエピタキシャル層121の全体を空乏化して絶縁層として機能させるため、上述の導電型及び上記式(3)と併せてそのキャリア濃度C2を、C3よりも小さく、かつ、C1よりも大きくする。
-Relationship between carrier concentrations: Equation (2)-
As described above, C1, C2 and C3 represent the carrier concentrations of the silicon wafer 110, the first silicon epitaxial layer 121 and the second silicon epitaxial layer 122, respectively, and each of these carrier concentrations satisfies C3>C2 according to equation (2) above. > satisfies the relationship of C1. When the epitaxial silicon wafer 100 is applied to an X-ray detection sensor, the sensor portion is provided on the silicon wafer 110 as described above, so the carrier concentration C1 must be sufficiently reduced to increase the resistivity. Further, in this case, since the second silicon epitaxial layer 122 is provided with a MOS transistor portion, it is necessary to increase the carrier concentration to lower the resistivity. Then, in order to deplete the entire first silicon epitaxial layer 121 to function as an insulating layer, the carrier concentration C2 is set to be smaller than C3 and smaller than C1 in combination with the above conductivity type and the above formula (3). also increase.

-厚さ及びキャリア濃度の関係:式(3)-
そして、第1のシリコンエピタキシャル層121の厚さd2及びキャリア濃度C2と、第2のシリコンエピタキシャル層の厚さd3及びキャリア濃度C3との関係は上記式(3)に従ってC3・(d3/10)≧C2・d2の関係を満足する。ここで、C3とd3との積の1/10の値を、C2とd2との積の値以上とする理由は、第1のシリコンエピタキシャル層121を空乏化させて高抵抗にさせるためである。こうすることで、第1のシリコンエピタキシャル層121を絶縁層として機能させることが可能となる。
-Relationship between thickness and carrier concentration: Equation (3)-
The relationship between the thickness d2 and carrier concentration C2 of the first silicon epitaxial layer 121 and the thickness d3 and carrier concentration C3 of the second silicon epitaxial layer is C3·(d3/10) according to the above equation (3). It satisfies the relationship ≧C2·d2. Here, the reason why the value of 1/10 of the product of C3 and d3 is made equal to or greater than the value of the product of C2 and d2 is to deplete the first silicon epitaxial layer 121 and increase the resistance. . This allows the first silicon epitaxial layer 121 to function as an insulating layer.

<<シリコンウェーハ条件>>
また、上述のとおり、シリコンウェーハ110は上記式(1)~(3)の関係を満足するものを採用するため、抵抗率が100Ω・cm以上のp型基板が用いられる。シリコンウェーハ110をp型にするためのドーパントは任意であり、例えばボロン(B)を用いればよい。なお、抵抗率100Ω・cmは、キャリア濃度C1に換算すると1.3×1014atoms/cmである。キャリア濃度C1は1.3×1014atoms/cm以下であることがより好ましく、1.3×1013atoms/cm以下であることがさらに好ましい。また抵抗率が100Ω・cm以上であるから高抵抗の基板が用いられるため、シリコン単結晶インゴットを育成するときに必然的に混入する酸素の影響によって、センサ部及びMOS型トランジスタ部などのデバイス素子構造部を作製する際の熱処理に伴う抵抗変動が懸念される。そこで、シリコンウェーハ110の酸素濃度を5.0×1017atoms/cm以下に制限する。この目的では、シリコンウェーハ110の酸素濃度は少ないほど好ましく、酸素濃度が3.0×1017atoms/cm以下であることが好ましく、2.0×1017atoms/cm以下であることがより好ましい。酸素濃度の下限は限定されないが、工業的生産性を考慮すると下限の一例は1.0×1015atoms/cmである。こうした酸素濃度の条件を満たすシリコンウェーハ110は、MCZ(Magnetic field applied Czochralski)法で育成された単結晶シリコンインゴットから得られるMCZウェーハであることが好ましい。酸素濃度に関して同様の理由により、シリコンウェーハ110は、FZ(Floating Zone)法で育成された単結晶シリコンインゴットから得られるFZウェーハであることも好ましい。なお、シリコンウェーハの酸素濃度はASTM F121-1979に準拠し、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR:Fourier Transform Infrared Spectrometer)を用いて測定した値を採用する。
<<Silicon wafer conditions>>
As described above, since the silicon wafer 110 satisfies the relationships of the above formulas (1) to (3), a p-type substrate having a resistivity of 100 Ω·cm or more is used. Any dopant may be used to make the silicon wafer 110 p-type, and for example, boron (B) may be used. Note that the resistivity of 100 Ω·cm is 1.3×10 14 atoms/cm 3 when converted to the carrier concentration C1. The carrier concentration C1 is more preferably 1.3×10 14 atoms/cm 3 or less, even more preferably 1.3×10 13 atoms/cm 3 or less. In addition, since a substrate with a high resistance is used because the resistivity is 100 Ω·cm or more, device elements such as a sensor section and a MOS transistor section are affected by oxygen that is inevitably mixed when growing a silicon single crystal ingot. There is concern about resistance fluctuations due to heat treatment when fabricating the structure. Therefore, the oxygen concentration of the silicon wafer 110 is limited to 5.0×10 17 atoms/cm 3 or less. For this purpose , it is preferable that the oxygen concentration of the silicon wafer 110 is as low as possible. more preferred. Although the lower limit of the oxygen concentration is not limited, one example of the lower limit is 1.0×10 15 atoms/cm 3 in consideration of industrial productivity. Silicon wafers 110 satisfying such oxygen concentration conditions are preferably MCZ wafers obtained from single-crystal silicon ingots grown by the MCZ (Magnetic field applied Czochralski) method. For the same reason regarding the oxygen concentration, the silicon wafer 110 is also preferably an FZ wafer obtained from a single crystal silicon ingot grown by the FZ (Floating Zone) method. The oxygen concentration of the silicon wafer conforms to ASTM F121-1979 and employs a value measured using a Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR).

以上のとおり、本発明の一実施形態に従うエピタキシャルシリコンウェーハ100は、各構成の導電型及びキャリア濃度並びに厚さが上記式(1)~(3)の関係を満足するため、第1のシリコンエピタキシャル層121は絶縁層として機能する。さらに、シリコンウェーハ110は、抵抗率及び酸素濃度が制限されているため、X線検出センサのセンサ部に適用することが可能である。なお、エピタキシャルシリコンウェーハ100をX線検出センサの作製用途に用いることが特に好ましいものの、第1のシリコンエピタキシャル層121を絶縁層として利用するものであれば、その用途が制限されることはない。 As described above, the epitaxial silicon wafer 100 according to one embodiment of the present invention satisfies the relationships of the above formulas (1) to (3) in terms of the conductivity type, carrier concentration and thickness of each component, so that the first silicon epitaxial Layer 121 functions as an insulating layer. Furthermore, since the silicon wafer 110 has limited resistivity and oxygen concentration, it can be applied to the sensor portion of the X-ray detection sensor. Although it is particularly preferable to use the epitaxial silicon wafer 100 for manufacturing an X-ray detection sensor, its use is not limited as long as the first silicon epitaxial layer 121 is used as an insulating layer.

以下、本発明に適用して好適なエピタキシャルシリコンウェーハ100の具体的態様を説明する。 Specific aspects of the epitaxial silicon wafer 100 suitable for application to the present invention will be described below.

X線センサのセンサ部に適用するため、シリコンウェーハ110は、COPを含まないシリコンウェーハであることが好ましい。なお、本明細書における「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ってCOPが検出されないシリコンウェーハを意味する。すなわち、まず、CZ法により育成された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-Tenchor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(LPD:Light Point Defect)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(AFM:Atomic Force Microscope)を用いて、COPか否かを評価する。なお、FZ法により育成された場合は、シリコンウェーハ110にCOPは形成されない。また、シリコンウェーハ110の厚さd1は100μm以上であることが好ましく、300μm以上であることがさらに好ましい。厚さd1の上限は特に制限されないが、例えば直径300mmのウェーハであればその厚さ775μm±25μmが厚さd1の上限の一例となる。 The silicon wafer 110 is preferably a silicon wafer containing no COPs in order to apply it to the sensor portion of the X-ray sensor. In this specification, the term "silicon wafer containing no COPs" means a silicon wafer in which COPs are not detected by observation and evaluation described below. That is, first, a silicon wafer cut out from a single crystal silicon ingot grown by the CZ method is subjected to SC-1 cleaning (that is, ammonia water, hydrogen peroxide water, and ultrapure water at 1:1:15 ), and the surface of the silicon wafer after cleaning is observed and evaluated using Surfscan SP-2 manufactured by KLA-Tenchor as a surface defect inspection device, and a bright spot defect presumed to be a surface pit (LPD: Light Point Defect). At that time, the observation mode shall be the oblique mode (oblique incidence mode), and the surface pits shall be estimated based on the detection size ratio of the Wide Narrow channel. An atomic force microscope (AFM) is used to evaluate whether or not the LPD identified in this manner is COP. Note that COPs are not formed on the silicon wafer 110 when grown by the FZ method. Also, the thickness d1 of the silicon wafer 110 is preferably 100 μm or more, more preferably 300 μm or more. Although the upper limit of the thickness d1 is not particularly limited, for a wafer with a diameter of 300 mm, the thickness 775 μm±25 μm is an example of the upper limit of the thickness d1.

第1のシリコンエピタキシャル層121は、空乏層となることが好ましい。また、その厚さd2及びキャリア濃度C2は上述の式(1)~(3)を満足すれば特に制限されない。例えば、厚さd2は1μm以上10μm以下であることが好ましい。また、キャリア濃度C2は2.0×1013atoms/cm以上5.0×1015atoms/cm以下であることが好ましく、より好ましくは4.3×1013atoms/cm以上4.3×1014atoms/cm以下(抵抗率に換算して10Ω・cm以上100Ω・cm以下)である。また、第1のシリコンエピタキシャル層121をn型にするためのドーパントは任意であり、例えばリン(P)、ヒ素(As)等を用いればよい。 The first silicon epitaxial layer 121 preferably serves as a depletion layer. Also, the thickness d2 and the carrier concentration C2 are not particularly limited as long as the above formulas (1) to (3) are satisfied. For example, the thickness d2 is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. Further, the carrier concentration C2 is preferably 2.0×10 13 atoms/cm 3 or more and 5.0×10 15 atoms/cm 3 or less, more preferably 4.3×10 13 atoms/cm 3 or more. It is 3×10 14 atoms/cm 3 or less (10 Ω·cm or more and 100 Ω·cm or less in terms of resistivity). Any dopant may be used to make the first silicon epitaxial layer 121 n-type, and phosphorus (P), arsenic (As), or the like may be used.

第2のシリコンエピタキシャル層122の厚さd3及びキャリア濃度C3も、上述の式(1)~(3)を満足すれば特に制限されない。例えば、厚さd3は1μm以上15μm以下であることが好ましい。また、キャリア濃度C3は1.0×1015atoms/cm以上5.0×1016atoms/cm以下であることが好ましく、より好ましくは1.3×1015atoms/cm以上1.6×1016atoms/cm以下(抵抗率に換算して1Ω・cm以上10Ω・cm以下)である。また、第2のシリコンエピタキシャル層122をp型にするためのドーパントは任意であり、シリコンウェーハ100のドーパントと同様にボロン等を用いればよい。 The thickness d3 and carrier concentration C3 of the second silicon epitaxial layer 122 are also not particularly limited as long as the above equations (1) to (3) are satisfied. For example, the thickness d3 is preferably 1 μm or more and 15 μm or less. Further, the carrier concentration C3 is preferably 1.0×10 15 atoms/cm 3 or more and 5.0×10 16 atoms/cm 3 or less, more preferably 1.3×10 15 atoms/cm 3 or more. It is 6×10 16 atoms/cm 3 or less (1 Ω·cm or more and 10 Ω·cm or less in terms of resistivity). Any dopant may be used to make the second silicon epitaxial layer 122 p-type, and boron or the like may be used as the dopant for the silicon wafer 100 .

(エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法)
次に、これまで説明してきた本発明のエピタキシャルシリコンウェーハ100を製造する方法の一実施形態を、図3を参照して説明する。本発明の一実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハ100の製造方法は、シリコンウェーハ110の表面に第1のシリコンエピタキシャル層121を形成する工程(S110、S120参照)と、第1のシリコンエピタキシャル層121の表面に第2のシリコンエピタキシャル層122を形成する工程(S130参照)と、を含む。シリコンエピタキシャル層120が第1及び第2のシリコンエピタキシャル層121、122からなることは既述のとおりであり、シリコンウェーハ110並びに第1及び第2のシリコンエピタキシャル層121、122の各構成の導電型及びキャリア濃度並びに厚さも、既述の条件を満足する。
(Method for manufacturing epitaxial silicon wafer)
Next, one embodiment of the method for manufacturing the epitaxial silicon wafer 100 of the present invention described so far will be described with reference to FIG. A method for manufacturing an epitaxial silicon wafer 100 according to an embodiment of the present invention includes steps of forming a first silicon epitaxial layer 121 on the surface of a silicon wafer 110 (see S110 and S120), and and forming a second silicon epitaxial layer 122 (see S130). As described above, the silicon epitaxial layer 120 is composed of the first and second silicon epitaxial layers 121 and 122, and the conductivity type of each component of the silicon wafer 110 and the first and second silicon epitaxial layers 121 and 122 And the carrier concentration and thickness also satisfy the conditions described above.

シリコンエピタキシャル層120の各層は、一般的な条件により形成すればよい。例えば、水素(H)をキャリアガスとして、ジクロロシラン(SiHCl)、トリクロロシラン(SiHCl)等のソースガスをチャンバ内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、概ね1000~1200℃の温度範囲の温度でCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、各シリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させればよい。また、各層を形成する際に使用するドーパントも既述のとおりである。 Each layer of the silicon epitaxial layer 120 may be formed under general conditions. For example, using hydrogen (H) as a carrier gas, a source gas such as dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) or trichlorosilane (SiHCl 3 ) is introduced into the chamber. Each silicon epitaxial layer may be epitaxially grown by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method at a temperature in the range of 1000 to 1200.degree. Also, the dopant used for forming each layer is as described above.

(X線検出センサ)
これまで説明してきたエピタキシャルシリコンウェーハ100を用いてX線検出センサを形成することができる。このX線検出センサは、シリコンウェーハ100にX線検出部が設けられ、第2のシリコンエピタキシャル層122にMOS型トランジスタ部が設けられる。絶縁層として機能する第1のシリコンエピタキシャル層121は単結晶シリコンからなるため、熱伝導率が酸化シリコンよりも優れる。したがって、特許文献1等に開示されるSOIウェーハを用いて形成されたX線検出センサに比べて、本発明に従うX線検出センサは放熱性の点で優れる。
(X-ray detection sensor)
An X-ray detection sensor can be formed using the epitaxial silicon wafer 100 described so far. This X-ray detection sensor has an X-ray detection section provided on the silicon wafer 100 and a MOS transistor section provided on the second silicon epitaxial layer 122 . Since the first silicon epitaxial layer 121 functioning as an insulating layer is made of single crystal silicon, its thermal conductivity is superior to that of silicon oxide. Therefore, the X-ray detection sensor according to the present invention is superior in heat dissipation to the X-ray detection sensor formed using the SOI wafer disclosed in Patent Document 1 and the like.

エピタキシャルシリコンウェーハ100を用いて形成されるX線検出センサの一具体例を、図4を参照して説明する。図4に記載のX線検出センサ200は、シリコンウェーハ100由来で、高濃度n型拡散領域214がその表層部に設けられたp型シリコン層210と、第1エピタキシャル層由来で絶縁層として機能するn型シリコン層221と、第2シリコンエピタキシャル層122由来で、n型拡散領域224及びp型拡散領域225が設けられたp型シリコン層222とをこの順に備える。なお、n型拡散領域224及びp型拡散領域225の間には絶縁領域が形成される。また、AlやCu等からなる導電体250でp型シリコン層210の裏面並びに高濃度n型拡散領域214、n型拡散領域224及びp型拡散領域225が接続される。p型シリコン層210がX線検出部に相当し、p型シリコン層222がMOS型トランジスタ部に相当する。なお、このX線検出センサ200はp型シリコン層210の裏面(導電体250が設けられた側)をX線の入射面とする。なお、X線検出効率を上げるため、図4に示すように、高濃度n型拡散領域214の下方ではp型シリコン層210の裏面が露出するよう、導電体250に開口部290を設けることも好ましい。 A specific example of an X-ray detection sensor formed using the epitaxial silicon wafer 100 will be described with reference to FIG. The X-ray detection sensor 200 shown in FIG. 4 includes a p-type silicon layer 210 derived from the silicon wafer 100 and having a high-concentration n-type diffusion region 214 provided on the surface thereof, and a first epitaxial layer derived from the p-type silicon layer 210 and functioning as an insulating layer. and a p-type silicon layer 222 derived from the second silicon epitaxial layer 122 and provided with an n-type diffusion region 224 and a p-type diffusion region 225 in this order. An insulating region is formed between the n-type diffusion region 224 and the p-type diffusion region 225 . A conductor 250 made of Al, Cu, or the like connects the rear surface of the p-type silicon layer 210 to the high-concentration n-type diffusion region 214, the n-type diffusion region 224, and the p-type diffusion region 225. FIG. The p-type silicon layer 210 corresponds to the X-ray detection section, and the p-type silicon layer 222 corresponds to the MOS transistor section. In this X-ray detection sensor 200, the rear surface of the p-type silicon layer 210 (the side on which the conductor 250 is provided) is used as the X-ray incident surface. In order to increase the X-ray detection efficiency, as shown in FIG. 4, an opening 290 may be provided in the conductor 250 so that the back surface of the p-type silicon layer 210 is exposed under the high-concentration n-type diffusion region 214. preferable.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below using examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実験例1]
(発明例1-1)
支持基板としてFZ単結晶から得たp型シリコンウェーハ(厚さ:750μm、ドーパント種類:ボロン、キャリア濃度:1.3×1014atoms/cm、抵抗率:100Ω・cm、酸素濃度:2×1016atoms/cm)を用意した。次いで、このシリコンウェーハを枚葉式エピタキシャル成長装置(アプライドマテリアルズ社製)内に搬送し、水素をキャリアガス、トリクロロシランをソースガスとして1150℃でCVD法により、シリコンウェーハ上に厚さ5.0μmのn型シリコンエピタキシャル層(ドーパント:リン、キャリア濃度:4.3×1014atoms/cm 抵抗率:10Ω・cm)を成長させた(以下、n型Si層と略記する)。次いで、このn型層の表面に、厚さ10.0μmのp型シリコンエピタキシャル層(ドーパント:ボロン、キャリア濃度:1.4×1016atoms/cm 抵抗率:1Ω・cm)を成長させ(以下、p型Si層と略記する)、発明例1-1に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
[Experimental example 1]
(Invention Example 1-1)
A p-type silicon wafer obtained from FZ single crystal as a support substrate (thickness: 750 μm, dopant type: boron, carrier concentration: 1.3×10 14 atoms/cm 3 , resistivity: 100 Ω·cm, oxygen concentration: 2× 10 16 atoms/cm 3 ) were prepared. Next, this silicon wafer was transported into a single-wafer epitaxial growth apparatus (manufactured by Applied Materials), and a 5.0 μm thick film was formed on the silicon wafer by CVD at 1150° C. using hydrogen as a carrier gas and trichlorosilane as a source gas. was grown (hereinafter abbreviated as n-type Si layer) (dopant: phosphorus, carrier concentration: 4.3×10 14 atoms/cm 3 , resistivity: 10 Ω·cm). Next, a 10.0 μm thick p-type silicon epitaxial layer (dopant: boron, carrier concentration: 1.4×10 16 atoms/cm 3 , resistivity: 1 Ω·cm) was grown on the surface of this n-type layer. (hereinafter abbreviated as p-type Si layer), an epitaxial silicon wafer according to Invention Example 1-1 was produced.

(発明例1-2)
発明例1-1ではn型Si層のキャリア濃度を4.3×1014atoms/cm(抵抗率:10Ω・cm)としていたところ、これを2.0×1015atoms/cm(抵抗率:2.3Ω・cm)に変えた以外は発明例1-1と同様にして発明例1-2に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Invention Example 1-2)
In Invention Example 1-1, the carrier concentration of the n-type Si layer was set to 4.3×10 14 atoms/cm 3 (resistivity: 10 Ω·cm), but this was changed to 2.0×10 15 atoms/cm 3 (resistance An epitaxial silicon wafer according to Invention Example 1-2 was produced in the same manner as in Invention Example 1-1, except that the ratio was changed to 2.3 Ω·cm.

(発明例1-3)
発明例1-1ではn型Si層の厚さを5.0μm、キャリア濃度を4.3×1014atoms/cm(抵抗率:10Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを10.0μm、キャリア濃度を1.4×1016atoms/cm(抵抗率:1Ω・cm)としていたところ、n型Si層の厚さを2.3μm、そのキャリア濃度を8.0×1014atoms/cm(抵抗率:1Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを3.0μm、そのキャリア濃度を1.0×1016atoms/cm(抵抗率:0.77Ω・cm)にした以外は発明例1-1と同様にして発明例1-3に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Invention Example 1-3)
In Invention Example 1-1, the thickness of the n-type Si layer is 5.0 μm, the carrier concentration is 4.3×10 14 atoms/cm 3 (resistivity: 10 Ω·cm), and the thickness of the p-type Si layer is 10 μm. 0 μm and a carrier concentration of 1.4×10 16 atoms/cm 3 (resistivity: 1 Ω·cm), the n-type Si layer has a thickness of 2.3 μm and a carrier concentration of 8.0×10 14 . atoms/cm 3 (resistivity: 1 Ω·cm), the thickness of the p-type Si layer is 3.0 μm, and the carrier concentration is 1.0×10 16 atoms/cm 3 (resistivity: 0.77 Ω·cm). An epitaxial silicon wafer according to Invention Example 1-3 was produced in the same manner as in Invention Example 1-1, except that it was changed.

(発明例1-4)
発明例1-1ではn型Si層の厚さを5.0μm、キャリア濃度を4.3×1014atoms/cm(抵抗率:10Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを10.0μm、キャリア濃度を1.4×1016atoms/cm(抵抗率:1Ω・cm)としていたところ、n型Si層の厚さを3.0μm、そのキャリア濃度を3.0×1014atoms/cm(抵抗率:14.5Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを12.0μm、そのキャリア濃度を1.0×1015atoms/cm(抵抗率:13.3Ω・cm)にした以外は発明例1-1と同様にして発明例1-4に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Invention Example 1-4)
In Invention Example 1-1, the thickness of the n-type Si layer is 5.0 μm, the carrier concentration is 4.3×10 14 atoms/cm 3 (resistivity: 10 Ω·cm), and the thickness of the p-type Si layer is 10 μm. 0 μm and a carrier concentration of 1.4×10 16 atoms/cm 3 (resistivity: 1 Ω·cm), the n-type Si layer has a thickness of 3.0 μm and a carrier concentration of 3.0×10 14 . The thickness of the p-type Si layer is 12.0 μm, and the carrier concentration is 1.0×10 15 atoms/cm 3 ( resistivity: 13.3 Ω·cm). cm), an epitaxial silicon wafer according to Invention Example 1-4 was produced in the same manner as in Invention Example 1-1.

(比較例1-1)
発明例1-1ではn型Si層のキャリア濃度を4.3×1014atoms/cm(抵抗率:10Ω・cm)としていたところ、これを5.0×1015atoms/cm(抵抗率:1.0Ω・cm)に変えた以外は発明例1-1と同様にして比較例1-1に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Comparative Example 1-1)
In Invention Example 1-1, the carrier concentration of the n-type Si layer was set to 4.3×10 14 atoms/cm 3 (resistivity: 10 Ω·cm), but this was changed to 5.0×10 15 atoms/cm 3 (resistance An epitaxial silicon wafer according to Comparative Example 1-1 was produced in the same manner as in Invention Example 1-1, except that the ratio was changed to 1.0 Ω·cm.

(比較例1-2)
発明例1-1ではn型Si層の厚さを5.0μmとしていたところ、これを40μmに変えた以外は発明例1-1と同様にして比較例1-2に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Comparative Example 1-2)
An epitaxial silicon wafer according to Comparative Example 1-2 was produced in the same manner as in Invention Example 1-1 except that the thickness of the n-type Si layer was changed to 40 μm instead of 5.0 μm in Invention Example 1-1. did.

(比較例1-3)
発明例1-1ではn型Si層の厚さを5.0μm、キャリア濃度を4.3×1014atoms/cm(抵抗率:10Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを10.0μm、キャリア濃度を1.4×1016atoms/cm(抵抗率:1Ω・cm)としていたところ、n型Si層の厚さを2.0μm、そのキャリア濃度を7.5×1015atoms/cm(抵抗率:0.7Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを5.0μm、そのキャリア濃度を2.0×1016atoms/cm(抵抗率:0.77Ω・cm)にした以外は発明例1-1と同様にして比較例1-3に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Comparative Example 1-3)
In Invention Example 1-1, the thickness of the n-type Si layer is 5.0 μm, the carrier concentration is 4.3×10 14 atoms/cm 3 (resistivity: 10 Ω·cm), and the thickness of the p-type Si layer is 10 μm. 0 μm and a carrier concentration of 1.4×10 16 atoms/cm 3 (resistivity: 1 Ω·cm), the n-type Si layer has a thickness of 2.0 μm and a carrier concentration of 7.5×10 15 . atoms/cm 3 (resistivity: 0.7Ω·cm), the thickness of the p-type Si layer is 5.0 μm, and the carrier concentration is 2.0×10 16 atoms/cm 3 (resistivity: 0.77Ω·cm). cm), an epitaxial silicon wafer according to Comparative Example 1-3 was produced in the same manner as in Invention Example 1-1.

(比較例1-4)
発明例1-1ではn型Si層の厚さを5.0μm、キャリア濃度を4.3×1014atoms/cm(抵抗率:10Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを10.0μm、キャリア濃度を1.4×1016atoms/cm(抵抗率:1Ω・cm)としていたところ、n型Si層の厚さを10.0μm、そのキャリア濃度を5.5×1015atoms/cm(抵抗率:0.9Ω・cm)とし、p型Si層の厚さを10.0μm、そのキャリア濃度を3.0×1015atoms/cm(抵抗率:4.5Ω・cm)にした以外は発明例1-1と同様にして比較例1-4に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Comparative Example 1-4)
In Invention Example 1-1, the thickness of the n-type Si layer is 5.0 μm, the carrier concentration is 4.3×10 14 atoms/cm 3 (resistivity: 10 Ω·cm), and the thickness of the p-type Si layer is 10 μm. 0 μm and a carrier concentration of 1.4×10 16 atoms/cm 3 (resistivity: 1 Ω·cm), the n-type Si layer has a thickness of 10.0 μm and a carrier concentration of 5.5×10 15 . atoms/cm 3 (resistivity: 0.9 Ω·cm), the thickness of the p-type Si layer is 10.0 μm, and the carrier concentration is 3.0×10 15 atoms/cm 3 (resistivity: 4.5 Ω·cm). cm), an epitaxial silicon wafer according to Comparative Example 1-4 was produced in the same manner as in Invention Example 1-1.

(評価1:n型Si層の絶縁性)
n型Si層が絶縁層として機能することを確認するため、TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown)測定を実施した。図5を参照して、TZDB測定に用いた耐圧測定用TEG(Test Element Group)300を説明する。p型Si層322及びn型Si層321をエッチングすることで溝370を形成し、島状の孤立素子を作製した。次いで支持基板350の裏面及び孤立素子のp型層321表面に配線350を形成した。このTEG300を用いて、裏面電極を0Vとした(接地)上で、表面電極へ0Vから10Vまで電圧を印加して、その際に流れる電流値を測定することでn型Si層321の絶縁性を評価した。なお、今回の実験装置において、測定下限値は1×10-10(A/cm)である。結果を下記表1に記載する。本評価結果から、発明例1-1から発明例1-4ではn型Si層が絶縁層として機能することが確認された一方、比較例1-1から比較例1-4ではn型Si層が絶縁層として機能するには不十分であることが確認された。
(Evaluation 1: Insulation of n-type Si layer)
In order to confirm that the n-type Si layer functions as an insulating layer, TZDB (Time Zero Dielectric Breakdown) measurement was performed. A TEG (Test Element Group) 300 for withstand voltage measurement used for the TZDB measurement will be described with reference to FIG. A groove 370 was formed by etching the p-type Si layer 322 and the n-type Si layer 321 to produce an island-shaped isolated element. Next, a wiring 350 was formed on the back surface of the support substrate 350 and the surface of the p-type layer 321 of the isolated element. Using this TEG 300, the insulating property of the n-type Si layer 321 was measured by applying a voltage from 0 V to 10 V to the front electrode with the back electrode set to 0 V (grounded) and measuring the value of the current flowing at that time. evaluated. Note that the lower limit of measurement is 1×10 −10 (A/cm 2 ) in the experimental apparatus used this time. The results are listed in Table 1 below. From this evaluation result, it was confirmed that the n-type Si layer functions as an insulating layer in Invention Examples 1-1 to 1-4, while the n-type Si layer in Comparative Examples 1-1 to 1-4 was found to be insufficient to function as an insulating layer.

Figure 0007192757000001
Figure 0007192757000001

[実験例2]
(発明例2-1)
実験例1における発明例1-1と同様にして、発明例2-1に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
[Experimental example 2]
(Invention Example 2-1)
An epitaxial silicon wafer according to Invention Example 2-1 was produced in the same manner as Invention Example 1-1 in Experimental Example 1.

(発明例2-2)
発明例2-1ではFZウェーハを用いていたところ、これをMCZ単結晶から得たp型シリコンウェーハ(厚さ:750μm、ドーパント種類:ボロン、キャリア濃度:1.3×1014atoms/cm、抵抗率:100Ω・cm、酸素濃度:3.0×1017atoms/cm)に変えた以外は発明例2-1と同じ条件で、発明例2-2にかかるエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Invention Example 2-2)
While the FZ wafer was used in Invention Example 2-1, this was a p-type silicon wafer (thickness: 750 μm, dopant type: boron, carrier concentration: 1.3×10 14 atoms/cm 3 ) obtained from MCZ single crystal. , resistivity: 100 Ω·cm, oxygen concentration: 3.0×10 17 atoms/cm 3 ). .

(発明例2-3)
発明例2-2のp型シリコンウェーハの酸素濃度は3.0×1017atoms/cmであったところ、これを5.0×1017atoms/cmに変えた以外は発明例2-2と同じ条件で、発明例2-2にかかるエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Invention Example 2-3)
Although the oxygen concentration of the p-type silicon wafer of Invention Example 2-2 was 3.0×10 17 atoms/cm 3 , Invention Example 2- was changed to 5.0×10 17 atoms/cm 3 . An epitaxial silicon wafer according to Invention Example 2-2 was produced under the same conditions as in Example 2.

(比較例2-1)
発明例2-2のp型シリコンウェーハの酸素濃度は3.0×1017atoms/cmであったところ、これを7.0×1017atoms/cmに変えた以外は発明例2-2と同じ条件で、比較例2-1にかかるエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Comparative Example 2-1)
Although the oxygen concentration of the p-type silicon wafer of Invention Example 2-2 was 3.0×10 17 atoms/cm 3 , Invention Example 2- was changed to 7.0×10 17 atoms/cm 3 . An epitaxial silicon wafer according to Comparative Example 2-1 was produced under the same conditions as in 2.

(比較例2-2)
発明例2-1で用いたのと同様のFZシリコンウェーハに、厚さ5.0μmのシリコン酸化膜を成膜した。次いで、これを、当該シリコン酸化膜を介してp型のシリコンウェーハ(ドーパント:ボロン、キャリア濃度:1.4×1016atoms/cm 抵抗率:1Ω・cm)と貼合せた。そして、p型のシリコンウェーハを研削及び研磨して厚さが10.0μmのp型シリコン単結晶層(説明の便宜状、発明例1-1等に準じてp型Si層と称する)を形成した。こうして、比較例2-2に係るSOIウェーハを作製した。
(Comparative Example 2-2)
A silicon oxide film having a thickness of 5.0 μm was formed on the same FZ silicon wafer as used in Invention Example 2-1. Next, this was bonded to a p-type silicon wafer (dopant: boron, carrier concentration: 1.4×10 16 atoms/cm 3 , resistivity: 1 Ω·cm) through the silicon oxide film. Then, the p-type silicon wafer is ground and polished to form a p-type silicon single crystal layer having a thickness of 10.0 μm (for convenience of explanation, referred to as a p-type Si layer according to Invention Example 1-1, etc.). did. Thus, an SOI wafer according to Comparative Example 2-2 was produced.

(評価2-1:I-V測定試験)
発明例2-1、2-2、2-3及び比較例2-1に係るそれぞれのエピタキシャルシリコンウェーハ及び比較例2-2に係るSOIウェーハに対し、p型Si層へAl電極をパターニングし、エピタキシャルシリコンウェーハの表面(p型Si層)から裏面(シリコンウェーハ裏面)へ流れる電流をI-V測定により評価した。具体的には、ウェーハ裏面をグランドに設定した状態でAl電極へ、0Vから10Vまで電圧を印加し、その際に流れる電流を測定した。流れた電流がリーク電流である。測定結果を表2に記載する。
(Evaluation 2-1: IV measurement test)
patterning an Al electrode on the p-type Si layer of each of the epitaxial silicon wafers according to Invention Examples 2-1, 2-2, 2-3 and Comparative Example 2-1 and the SOI wafer according to Comparative Example 2-2; A current flowing from the front surface (p-type Si layer) of the epitaxial silicon wafer to the back surface (back surface of the silicon wafer) was evaluated by IV measurement. Specifically, a voltage ranging from 0 V to 10 V was applied to the Al electrode while the back surface of the wafer was grounded, and the current flowing at that time was measured. The current that flows is the leakage current. Table 2 shows the measurement results.

(評価2-2:抵抗変動評価)
発明例2-1、2-2、2-3及び比較例2-1に係るそれぞれのエピタキシャルシリコンウェーハ及び比較例2-2に係るSOIウェーハに対し、さらにデバイス作製プロセスを想定して、450℃、10時間の熱処理を窒素雰囲気下で行った。熱処理前後でのシリコンウェーハの裏面側の抵抗率を、4短針法により評価した。結果を表2に記載する。
(Evaluation 2-2: Resistance fluctuation evaluation)
Further, assuming a device manufacturing process, the epitaxial silicon wafers according to Invention Examples 2-1, 2-2, 2-3 and Comparative Example 2-1 and the SOI wafer according to Comparative Example 2-2 were heated to 450 ° C. , 10 hours of heat treatment was carried out under a nitrogen atmosphere. The resistivity of the back side of the silicon wafer before and after the heat treatment was evaluated by the 4-point needle method. The results are listed in Table 2.

Figure 0007192757000002
※1:支持基板は発明例2-1と同様のFZウェーハである。比較例2-2はSOIウェーハである。
Figure 0007192757000002
*1: The support substrate is an FZ wafer similar to Invention Example 2-1. Comparative Example 2-2 is an SOI wafer.

評価2-1及び評価2-2より、発明例2-1、2-2、2-3及び比較例2-1に係るエピタキシャルシリコンウェーハは、いずれも比較例2-2に係るSOIウェーハと同程度のリーク電流であることが確認された。しかしながら、酸素濃度が高い比較例2-1では、熱処理に伴い抵抗変動することが確認された。 From Evaluation 2-1 and Evaluation 2-2, the epitaxial silicon wafers according to Invention Examples 2-1, 2-2, 2-3 and Comparative Example 2-1 are all the same as the SOI wafer according to Comparative Example 2-2. It was confirmed that the leakage current was about the same. However, in Comparative Example 2-1 with a high oxygen concentration, it was confirmed that the resistance varied with the heat treatment.

[実験例3]
エピタキシャルウェーハとSOIウェーハの熱伝導率の相違を確認するため、以下の実験を行った。
[Experimental example 3]
In order to confirm the difference in thermal conductivity between the epitaxial wafer and the SOI wafer, the following experiment was conducted.

(サンプル1)
発明例2-1と同条件でFZウェーハ表面にn型Si層を形成した。なお、n型Si層表面上にp型Si層は形成していない。
(Sample 1)
An n-type Si layer was formed on the surface of the FZ wafer under the same conditions as in Invention Example 2-1. No p-type Si layer was formed on the surface of the n-type Si layer.

(サンプル2)
比較例2-2と同条件でFZウェーハ表面にシリコン酸化膜を形成した。なお、シリコン酸化膜表面上にp型Si層は形成していない。
(Sample 2)
A silicon oxide film was formed on the surface of the FZ wafer under the same conditions as in Comparative Example 2-2. No p-type Si layer was formed on the surface of the silicon oxide film.

(評価3:熱伝導率)
サンプル1、2にかかるウェーハの熱伝導率を、改良非定常平面熱源法(Modified transient plane source)を用いるC-Thermtechnology社製TCiを用いて評価した。サンプル2の熱伝導率は、サンプル1の熱伝導率の40%であり、シリコン酸化膜によって放熱性が悪化することが確認される。
(Evaluation 3: thermal conductivity)
The thermal conductivities of the wafers of Samples 1 and 2 were evaluated using a C-Thermtechnology TCi using a modified transient plane source method. The thermal conductivity of sample 2 is 40% of the thermal conductivity of sample 1, and it is confirmed that the silicon oxide film deteriorates the heat dissipation.

以上の実験例1~3より、本発明条件を満たすエピタキシャルシリコンウェーハではn型Si層が絶縁層として機能し、かつ、デバイス作製プロセスに伴う熱処理を経ても抵抗変動することがないことが確認された。したがって、本発明に従うエピタキシャルシリコンウェーハは、X線検出センサに供して好適である。 From Experimental Examples 1 to 3 above, it was confirmed that in the epitaxial silicon wafers satisfying the conditions of the present invention, the n-type Si layer functions as an insulating layer, and that the resistance does not change even after the heat treatment associated with the device fabrication process. rice field. Therefore, the epitaxial silicon wafer according to the present invention is suitable for X-ray detection sensors.

本発明によれば、X線検出センサに供して好適なエピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法を提供することができる。さらに本発明によれば、このエピタキシャルシリコンウェーハを用いたX線検出センサを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an epitaxial silicon wafer suitable for an X-ray detection sensor and a method for producing the same. Furthermore, according to the present invention, an X-ray detection sensor using this epitaxial silicon wafer can be provided.

100 エピタキシャルシリコンウェーハ
110 シリコンウェーハ
120 シリコンエピタキシャル層
121 第1のシリコンエピタキシャル層
122 第2のシリコンエピタキシャル層
200 X線検出センサ
210 p型シリコン層
214 高濃度n型拡散領域
221 n型シリコン層
222 p型シリコン層
224 n型拡散領域
225 p型拡散領域
250 導電体
300 耐圧測定用TEG
100 epitaxial silicon wafer 110 silicon wafer 120 silicon epitaxial layer 121 first silicon epitaxial layer 122 second silicon epitaxial layer 200 X-ray detection sensor 210 p-type silicon layer 214 high concentration n-type diffusion region 221 n-type silicon layer 222 p-type Silicon layer 224 n-type diffusion region 225 p-type diffusion region 250 conductor 300 TEG for withstand voltage measurement

Claims (7)

シリコンウェーハと、
前記シリコンウェーハの表面に設けられたシリコンエピタキシャル層と、
を備えるエピタキシャルシリコンウェーハであって、
前記シリコンエピタキシャル層は、前記シリコンウェーハの表面に設けられた第1のシリコンエピタキシャル層及びその表面に設けられた第2のシリコンエピタキシャル層からなり、
前記シリコンウェーハはp型であり、前記第1のシリコンエピタキシャル層はn型であり、前記第2のシリコンエピタキシャル層はp型であって、前記シリコンウェーハ並びに前記第1及び第2のシリコンエピタキシャル層の各厚さ及び各キャリア濃度が下記式(1)~(3):
d1>d3>d2 ・・・(1)
C3>C2>C1 ・・・(2)
C3・(d3/10)≧C2・d2 ・・・(3)
(前記式(1)~(3)中、d1、d2及びd3はそれぞれ前記シリコンウェーハ、前記第1のシリコンエピタキシャル層及び前記第2のシリコンエピタキシャル層の厚さを表し;C1、C2及びC3はそれぞれ前記シリコンウェーハ、前記第1のシリコンエピタキシャル層及び前記第2のシリコンエピタキシャル層のキャリア濃度を表す)
を満足し、
前記シリコンウェーハは、抵抗率が100Ω・cm以上であり、かつ酸素濃度が5.0×1017atoms/cm以下である、
ことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
a silicon wafer;
a silicon epitaxial layer provided on the surface of the silicon wafer;
An epitaxial silicon wafer comprising
The silicon epitaxial layer comprises a first silicon epitaxial layer provided on the surface of the silicon wafer and a second silicon epitaxial layer provided on the surface thereof,
The silicon wafer is p-type, the first silicon epitaxial layer is n-type, the second silicon epitaxial layer is p-type, and the silicon wafer and the first and second silicon epitaxial layers are Each thickness and each carrier concentration of the following formulas (1) to (3):
d1>d3>d2 (1)
C3>C2>C1 (2)
C3·(d3/10)≧C2·d2 (3)
(In the above formulas (1) to (3), d1, d2 and d3 represent the thicknesses of the silicon wafer, the first silicon epitaxial layer and the second silicon epitaxial layer, respectively; C1, C2 and C3 are represents the carrier concentrations of the silicon wafer, the first silicon epitaxial layer and the second silicon epitaxial layer, respectively)
satisfies the
The silicon wafer has a resistivity of 100 Ω·cm or more and an oxygen concentration of 5.0 × 10 17 atoms/cm 3 or less.
An epitaxial silicon wafer characterized by:
前記第1のシリコンエピタキシャル層は空乏層である、請求項1に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 2. The epitaxial silicon wafer of claim 1, wherein said first silicon epitaxial layer is a depletion layer. 前記シリコンウェーハの厚さd1が100μm以上である、請求項1又は2に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 3. The epitaxial silicon wafer according to claim 1, wherein the thickness d1 of said silicon wafer is 100 [mu]m or more. 前記シリコンウェーハはFZウェーハ又はMCZウェーハである、請求項1~3のいずれか1項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 The epitaxial silicon wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein said silicon wafer is an FZ wafer or an MCZ wafer. 前記シリコンウェーハはCOPを含まない、請求項1~4のいずれか1項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。 The epitaxial silicon wafer according to any one of claims 1 to 4, wherein said silicon wafer does not contain COPs. 請求項1~5のいずれか1項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコンウェーハの表面に前記第1のシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1のシリコンエピタキシャル層の表面に前記第2のシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
The method for producing an epitaxial silicon wafer according to any one of claims 1 to 5,
forming the first silicon epitaxial layer on the surface of the silicon wafer;
forming the second silicon epitaxial layer on the surface of the first silicon epitaxial layer;
A method for producing an epitaxial silicon wafer, comprising:
請求項1~5のいずれか1項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハを用いて形成されたX線検出センサであって、
前記シリコンウェーハにX線検出部が設けられ、
前記第2のシリコンエピタキシャル層にMOS型トランジスタ部が設けられることを特徴とするX線検出センサ。
An X-ray detection sensor formed using the epitaxial silicon wafer according to any one of claims 1 to 5,
An X-ray detection unit is provided on the silicon wafer,
An X-ray detection sensor, wherein a MOS transistor section is provided in the second silicon epitaxial layer.
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