特許 7415889 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

(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】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/20 20060101AFI20240110BHJP

   H01L 21/322 20060101ALI20240110BHJP

   H01L 27/144 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H01L21/20

H01L21/322 P

H01L21/322 J

H01L21/322 M

H01L27/144 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020191198

(22)【出願日】2020-11-17

(65)【公開番号】P2022080172

(43)【公開日】2022-05-27

【審査請求日】2022-11-17

(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

(72)【発明者】

【氏名】古賀 祥泰

【審査官】小▲高▼ 孔頌

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０３２６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１２３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２２６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１３０２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２３５００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２８００４２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／３２２

Ｈ０１Ｌ ２７／１４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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、２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【請求項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、請求項１に記載のＸ線センサ向けエピタキシャルウェーハ。

【請求項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、請求項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。

【請求項4】

請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】２００７年度ＳＴＲＪ年度報告書、第９章、９－５－２.

【文献】鶴剛ほか、「トリガ出力可能な光子計数型Ｘ線ＣＭＯＳ－ＳＯＩピクセル検出器の開発」、第７９回応用物理学会秋季学術講演会 講演予稿集、２０１８、２１ｐ－２２４Ｂ－４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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、２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0009】

［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。

【0010】

［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。

【0011】

［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。

【発明の効果】

【0012】

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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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す図である。

【図2】チョクラルスキー法によりシリコン結晶を育成する際の結晶引き上げ方向の温度勾配に対する結晶引上げ速度の比と結晶欠陥分布との関係を説明する図である。

【図3】本発明によるＸ線センサの一例を示す図である。

【図4】実施例において使用したｐｎ接合ダイオードの構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（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、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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、２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0015】

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。

【0016】

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（１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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（２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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、「Ｐ_Ｖ（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、「Ｐ_Ｖ（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、「Ｐ_Ｉ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。

【0024】

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、Ｐ_Ｖ（１）領域４３、Ｐ_Ｖ（２）領域４４、およびＰ_Ｉ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、Ｐ_Ｖ（１）領域４３、Ｐ_Ｖ（２）領域４４、およびＰ_Ｉ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。

【0025】

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。

【0026】

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１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0027】

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、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であるため、デバイス形成領域１２ａの酸素濃度は２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となる。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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（１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0036】

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。

【0037】

（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。

【0038】

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（１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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（２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0039】

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。

【実施例】

【0040】

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。

【0041】

＜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。

【0042】

（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：６×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）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。

【0043】

【表1】

【0044】

（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、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0045】

（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。

【0046】

（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、４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0047】

（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、７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

【0048】

（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。

【0049】

（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。

【0050】

（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。

【0051】

＜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。

【0052】

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／ｃｍ^２、発明例１～３、比較例３、４については１×１０^－１０Ａ／ｃｍ^２、比較例１、２については１×１０^－８Ａ／ｃｍ^２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。

【0053】

＜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／ｃｍ^２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。

【0054】

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／ｃｍ^２しか流れないところを１×１０^－６Ａ／ｃｍ^２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。

【0055】

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／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

【産業上の利用可能性】

【0056】

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。

【符号の説明】

【0057】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】