特許7192757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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
H01L 21/20 20060101AFI20221213BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20221213BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20221213BHJP
H01L 27/06 20060101ALI20221213BHJP
C30B 29/06 20060101ALI20221213BHJP
C30B 25/20 20060101ALI20221213BHJP
C23C 16/24 20060101ALI20221213BHJP
H01L 31/08 20060101ALI20221213BHJP
H01L 31/10 20060101ALI20221213BHJP
H01L 31/0248 20060101ALI20221213BHJP
G01T 1/24 20060101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
H01L21/20
H01L21/205
H01L27/06 102A
C30B29/06 504Z
C30B25/20
C23C16/24
H01L31/00 A
H01L31/10 A
H01L31/08 F
G01T1/24
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019229694
(22)【出願日】2019-12-19
(65)【公開番号】P2021100012
(43)【公開日】2021-07-01
【審査請求日】2021-12-20
(73)【特許権者】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165696
【弁理士】
【氏名又は名称】川原 敬祐
(74)【代理人】
【識別番号】100179903
【弁理士】
【氏名又は名称】福井 敏夫
(72)【発明者】
【氏名】古賀 祥泰
【審査官】桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－２１９８３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０３２６６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１５３７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－３２６３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１３０９２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２０
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４
Ｃ３０Ｂ ２９／０６
Ｃ３０Ｂ ２５／２０
Ｃ２３Ｃ １６／２４
Ｈ０１Ｌ ３１／０８
Ｈ０１Ｌ ３１／１０
Ｈ０１Ｌ ３１／０２４８
Ｇ０１Ｔ １／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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／ｃｍ３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。
【請求項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、請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項3】
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。
【請求項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、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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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。
【請求項7】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１１／１１１７５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
＜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／ｃｍ３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。
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／ｃｍ３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。
【0009】
＜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。
【0010】
＜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。
【0011】
＜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。
【0012】
＜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。
【0013】
＜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。
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。
【0014】
＜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。
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。
【発明の効果】
【0015】
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。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。
【0018】
（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／ｃｍ３以下である。以下、各構成の詳細を順次説明する。
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／ｃｍ３以下である。以下、各構成の詳細を順次説明する。
【0019】
＜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。
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。
【0020】
＜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。
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。
【0021】
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。
【0022】
＜＜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。
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。
【0023】
－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。
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。
【0024】
－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。
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。
【0025】
－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。
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。
【0026】
＜＜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／ｃｍ３である。キャリア濃度Ｃ１は１．３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、１．３×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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／ｃｍ３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／ｃｍ３以下であることが好ましく、２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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／ｃｍ３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。
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／ｃｍ３である。キャリア濃度Ｃ１は１．３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、１．３×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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／ｃｍ３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／ｃｍ３以下であることが好ましく、２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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／ｃｍ３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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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／ｃｍ３以上５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましく、より好ましくは４．３×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上４．３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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。
【0031】
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／ｃｍ３以上５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましく、より好ましくは１．３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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。
【0032】
（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。
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。
【0033】
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（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）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。
【0034】
（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。
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。
【0035】
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。
【実施例】
【0036】
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。
【0037】
［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／ｃｍ３、抵抗率：１００Ω・ｃｍ、酸素濃度：２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）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／ｃｍ３ 、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／ｃｍ３ 、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。
（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／ｃｍ３、抵抗率：１００Ω・ｃｍ、酸素濃度：２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）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／ｃｍ３ 、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／ｃｍ３ 、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。
【0038】
（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／ｃｍ３（抵抗率：１０Ω・ｃｍ）としていたところ、これを２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（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。
発明例１－１ではｎ型Ｓｉ層のキャリア濃度を４．３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（抵抗率：１０Ω・ｃｍ）としていたところ、これを２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（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。
【0039】
（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
【0040】
（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
【0041】
（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／ｃｍ３（抵抗率：１０Ω・ｃｍ）としていたところ、これを５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（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。
発明例１－１ではｎ型Ｓｉ層のキャリア濃度を４．３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（抵抗率：１０Ω・ｃｍ）としていたところ、これを５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（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。
【0042】
（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。
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。
【0043】
（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
【0044】
（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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／ｃｍ３（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。
【0045】
（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／ｃｍ２）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。
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／ｃｍ２）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。
【0046】
【表1】
【0047】
［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。
（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。
【0048】
（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／ｃｍ３、抵抗率：１００Ω・ｃｍ、酸素濃度：３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）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。
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／ｃｍ３、抵抗率：１００Ω・ｃｍ、酸素濃度：３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）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。
【0049】
（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／ｃｍ３であったところ、これを５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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。
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／ｃｍ３であったところ、これを５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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。
【0050】
（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／ｃｍ３であったところ、これを７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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。
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／ｃｍ３であったところ、これを７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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。
【0051】
（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／ｃｍ３ 、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。
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／ｃｍ３ 、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。
【0052】
（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。
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。
【0053】
（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。
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。
【0054】
【表2】
【0055】
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。
【0056】
［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。
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。
【0057】
（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。
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。
【0058】
（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。
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。
【0059】
（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。
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【符号の説明】
【0062】
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
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】