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KR20210065043A - Silicon single crystal substrate for solid-state image sensing device, silicon epitaxial wafer and solid-state image sensing device - Google Patents

Silicon single crystal substrate for solid-state image sensing device, silicon epitaxial wafer and solid-state image sensing device Download PDF

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KR20210065043A
KR20210065043A KR1020200155158A KR20200155158A KR20210065043A KR 20210065043 A KR20210065043 A KR 20210065043A KR 1020200155158 A KR1020200155158 A KR 1020200155158A KR 20200155158 A KR20200155158 A KR 20200155158A KR 20210065043 A KR20210065043 A KR 20210065043A
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silicon
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타카오 아베
츠요시 오츠키
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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

Provided are a silicon single crystal substrate for a solid-state imaging device capable of suppressing the afterimage characteristic of the solid-state imaging device, and a silicon epitaxial wafer. The silicon single crystal substrate for a solid-state imaging device is obtained by slicing a silicon single crystal produced by a CZ method, is a p-type silicon single crystal substrate in which a main dopant is Ga, and has B concentration of 5×1014 atoms/cm^3.

Description

고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼, 그리고 고체촬상소자 {SILICON SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE FOR SOLID-STATE IMAGE SENSING DEVICE, SILICON EPITAXIAL WAFER AND SOLID-STATE IMAGE SENSING DEVICE}SILICON SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE FOR SOLID-STATE IMAGE SENSING DEVICE, SILICON EPITAXIAL WAFER AND SOLID-STATE IMAGE SENSING DEVICE}

본 발명은, 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼, 그리고 고체촬상소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon single crystal substrate and a silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device, and to a solid-state imaging device.

스마트폰을 비롯한 모바일 기기에, 고체촬상소자가 사용되고 있다. 고체촬상소자는, 광에 의해 발생한 캐리어를 PN접합부의 공핍층 영역(포토다이오드)에서 포착함으로써, 광정보를 전자정보로 변화시켜 화상을 얻고 있다(광전변환). 최근, 화소수의 증가와 함께, 캐시 메모리를, 포토다이오드 근방에 설치함으로써, 단시간에 다수의 화상을 취득할 수 있도록 되어 있어, 고화질에 더하여, 종래는 포착하기 어려웠던, 순간순간의 사진을 찍는 것이 가능해지고 있다. 이것은, 포토다이오드로부터 단시간에 데이터를 읽게 된다.A solid-state image sensor is used in mobile devices including smartphones. A solid-state image sensor converts optical information into electronic information by capturing carriers generated by light in a depletion layer region (photodiode) of a PN junction to obtain an image (photoelectric conversion). In recent years, with the increase in the number of pixels, by installing a cache memory near a photodiode, it is possible to acquire a large number of images in a short time. it is becoming possible This will read data from the photodiode in a short time.

이때에 문제가 되는 것이, 잔상 특성이다. 이것은, 광전효과로 발생한 캐리어가 트랩된 후에, 일정 시간 경과 후에 재방출됨으로써, 이 캐리어의 영향으로 상이 남은 것처럼 보이는 현상이다. 고기능화로, 단시간에 다수의 데이터를 취득할 때에는, 이 잔상이 있으면, 앞서의 촬영데이터의 영향이 남는 것을 의미한다. 잔상특성의 원인으로는, 기판 중의 보론과 산소의 복합체라고 여겨지고 있다(비특허문헌 1, 2, 및, 특허문헌 1, 2 참조).What becomes a problem at this time is an afterimage characteristic. This is a phenomenon in which carriers generated by the photoelectric effect are trapped and then re-emitted after a certain period of time, so that an image appears to remain under the influence of these carriers. When a large number of data is acquired in a short time with high functionality, if there is this afterimage, it means that the influence of the previous image|photography data remains. It is considered that the cause of the afterimage characteristic is a complex of boron and oxygen in the substrate (see Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Documents 1 and 2).

또한, 최근 자동운전에 대한 기대가 높아지고 있어, 이를 위한 센서(눈; 目)로서, LiDAR이 주목되고 있다. 이것은 적외선을 광원으로 하여 조사하고, 반사광을 센서로 포착하여 주위의 상황(거리)을 측정하는 기술이며, 종래는, 항공기나 산지계측 등의 분야에서 사용되어 왔다. 밀리파와 조합함으로써, 자동운전에 요구되는 높은 정밀도의 측정이 가능해진다고 여겨지고 있다. 이 LiDAR 시스템 중에서, 센서가 되는 부분에 고체촬상소자가 사용된다. 이 중에는, 감도를 높이는 궁리(工夫)로서, 광자가 1개 포토다이오드에 입사되었을 때, 다이오드의 애벌란시 항복(사태 항복)을 이용하여, 생성 캐리어량을 배증시켜 고감도화하는 등의 방법이 검토되고 있다. 이 분야에서도, 조금 전의 잔상 특성이 발생하면, 정밀도의 저하(본래 광이 없는데도, 광이 있다고 감지. 또한, 잔상을 회피하기 위해, 지연시간을 마련함으로써, 시간분해능이 저하되는 등)의 가능성이 있다.In addition, recently, expectations for automatic driving are increasing, and LiDAR is attracting attention as a sensor (eye; 目) for this purpose. This is a technique for irradiating infrared light as a light source, capturing reflected light with a sensor, and measuring the surrounding situation (distance), and has been conventionally used in the fields of aircraft and mountain range measurement. It is believed that by combining it with the millimeter wave, the high-precision measurement required for automatic operation becomes possible. In this LiDAR system, a solid-state image sensor is used for the part to be a sensor. Among these, methods for increasing sensitivity by doubling the amount of generated carriers using the avalanche breakdown (avalanche breakdown) of the diode when a photon is incident on one photodiode are considered as an invention to increase the sensitivity. is becoming Even in this field, if an afterimage characteristic occurs a while ago, there is a possibility of a decrease in precision (the presence of light is sensed even when there is no original light. In addition, the temporal resolution is lowered by providing a delay time to avoid the afterimage) have.

고체촬상소자는, 상기의 자동운전 이외에도, 예를 들어, 산업용 로봇에 설치되는 시인센서나, 외과수술 등에 이용하는 의료용도 등, 많은 분야에서의 이용이 기대된다.The solid-state imaging device is expected to be used in many fields other than the automatic operation described above, such as, for example, a visual sensor installed in an industrial robot, a medical application used in a surgical operation, and the like.

이들 포토다이오드를 포함하는 고체촬상소자는, 실리콘 기판을 이용하여 제작되는 점에서, 잔상특성을 억제할 수 있는 기판의 개발은 매우 중요하다.Since the solid-state imaging device including these photodiodes is manufactured using a silicon substrate, it is very important to develop a substrate capable of suppressing the afterimage characteristic.

일본특허공개 2019-9212호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2019-9212 일본특허공개 2019-79834호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2019-79834 일본특허 제3679366호Japanese Patent No. 3679366

제77회 응용물리학회 추계학술강연회 강연예고집 14p-P6-10 카네다 쯔바사,오타니 아키라 「CMOS이미지센서의 잔상현상 메커니즘의 해명 1」77th Applied Physics Society Fall Conference Lecture Preliminary 14p-P6-10 Kaneda Tsubasa, Otani Akira 「Elucidation of the mechanism of afterimage phenomenon in CMOS image sensor 1」 제77회 응용물리학회 추계학술강연회 강연예고집 14p-P6-11 오타니 아키라,카네다 쯔바사 「CMOS이미지센서의 잔상현상 메커니즘의 해명 2」77th Applied Physics Society Fall Conference Lecture Preliminary 14p-P6-11 Akira Otani, Tsubasa Kaneda「Elucidation of the mechanism of afterimage phenomenon in CMOS image sensor 2」

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고체촬상소자의 잔상 특성을 억제할 수 있는 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a silicon single crystal substrate and a silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device capable of suppressing the residual image characteristics of the solid-state imaging device.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, CZ법에 의해 제작된 실리콘 단결정을 슬라이스하여 얻어지는 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판으로서, 상기 실리콘 단결정 기판은 주도펀트가 Ga인 p형 실리콘 단결정 기판이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a silicon single crystal substrate for a solid-state image pickup device obtained by slicing a silicon single crystal produced by the CZ method, wherein the silicon single crystal substrate is a p-type silicon single crystal substrate in which the main pant is Ga, Further, there is provided a silicon single crystal substrate for a solid-state imaging device, characterized in that the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less.

이렇게, 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판으로서, CZ(초크랄스키)법에 의해 제작된 실리콘 단결정을 슬라이스하여 얻어지는 p형 실리콘 단결정 기판의 주도펀트가, 일반적으로 이용되고 있는 B(보론)를 대신하여 Ga(갈륨)이며, 또한, 기판 중의 B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것이면, 잔상 특성의 원인이 되는 B농도를 낮출 수 있으므로, 격자간 산소농도에 관계없이, 잔상 특성을 억제할 수 있다.In this way, as a silicon single crystal substrate for a solid-state image sensor, a main p-type silicon single crystal substrate obtained by slicing a silicon single crystal produced by the CZ (Czochralski) method is used instead of the commonly used B (boron). If it is Ga (gallium) and the B concentration in the substrate is 5×10 14 atoms/cm 3 or less, the B concentration that causes the afterimage characteristic can be lowered, so that the afterimage characteristic is suppressed regardless of the interstitial oxygen concentration. can do.

게다가 CZ기판이므로, 기판강도, 게터링능력, 기판직경사이즈 등의 면에서, FZ(플로팅 존)기판보다 우수한 것으로 할 수 있다.Furthermore, since it is a CZ substrate, it can be made superior to a FZ (floating zone) substrate in terms of substrate strength, gettering ability, substrate diameter size, and the like.

한편, 「주도펀트」란, 실리콘 단결정 기판의 도전형을 결정하는 최대농도의 도펀트를 의미하고 있다.On the other hand, the "main dopant" means a dopant with a maximum concentration that determines the conductivity type of a silicon single crystal substrate.

또한, 상기 p형 실리콘 단결정 기판 중의 격자간 산소농도가 1ppma 이상 15ppma 이하인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the interstitial oxygen concentration in the p-type silicon single crystal substrate is 1 ppma or more and 15 ppma or less.

15ppma 이하이면, 광이 입사되어 있지 않음에도 불구하고, 산소가 공핍층 중에서 발생중심이 되어 전자정공쌍이 생성되어 전하가 발생하는 현상(백색 결함, 또는 암전류라고 부른다)의 발생확률을 줄일 수 있다. 한편, 1ppma 이상이면, 기판강도의 저하나 중금속 오염에 대한 게터링능력 부족이 문제가 되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.If it is 15 ppma or less, even though no light is incident, oxygen becomes the center of generation in the depletion layer, and electron hole pairs are generated to generate charges (called a white defect or dark current). On the other hand, if it is 1 ppma or more, it is possible to more reliably prevent a decrease in substrate strength or insufficient gettering ability against heavy metal contamination from becoming a problem.

한편, 상기 격자간 산소농도의 값은 JEIDA(JEITA)규격에 따른 것이다. JEIDA는, 사단법인 일본전자공업진흥회의 약칭으로서, JEIDA가 정한 환산계수를 이용하여 격자간 산소농도를 산출하고 있는 것을 나타내고 있다. 현재, JEIDA는 JEITA(사단법인 전자정보기술산업협회)로 개칭되어 있다.On the other hand, the value of the interstitial oxygen concentration is in accordance with the JEIDA (JEITA) standard. JEIDA is an abbreviation of the Japan Electronics Industry Promotion Association, and indicates that the interstitial oxygen concentration is calculated using the conversion factor determined by JEIDA. Currently, JEIDA is renamed JEITA (Electronic Information Technology Industry Association).

나아가, 본 발명은, 포토다이오드부와, 메모리부와, 연산부를 갖는 고체촬상소자로서, 적어도 상기 포토다이오드부는, 상기 본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자를 제공한다.Further, the present invention provides a solid-state image pickup device having a photodiode section, a memory section, and an arithmetic section, wherein at least the photodiode section is formed on the silicon single crystal substrate for the solid-state image pickup device of the present invention. provides

고체촬상소자는, 적어도 포토다이오드부, 메모리부, 연산부를 갖고 있는데, 잔상 특성이 발생하는 것은 포토다이오드부이므로, 적어도 포토다이오드부가 형성되는 기판으로서, 주도펀트가 Ga이며, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 p형 실리콘 단결정 기판을 이용함으로써, 잔상 특성이 억제된 고체촬상소자를 제작할 수 있다.The solid-state imaging device has at least a photodiode unit, a memory unit, and an operation unit. Since it is the photodiode unit that generates afterimage characteristics, at least a substrate on which the photodiode unit is formed, wherein the main pant is Ga and the B concentration is 5×10. By using a p-type silicon single crystal substrate of 14 atoms/cm 3 or less, it is possible to manufacture a solid-state imaging device in which the afterimage characteristic is suppressed.

나아가, 본 발명은, 실리콘 단결정 기판의 표면에 실리콘 에피택셜층을 갖는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼로서, 상기 실리콘 에피택셜층은, 주도펀트가 Ga인 p형 에피택셜층이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a silicon epitaxial wafer for a solid-state image pickup device having a silicon epitaxial layer on the surface of a silicon single crystal substrate, wherein the silicon epitaxial layer is a p-type epitaxial layer in which the mainpant is Ga, and further, A silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device is provided, wherein the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less.

실리콘 에피택셜 웨이퍼를 이용하여 고체촬상소자를 제작하는 경우, 포토다이오드가 형성되는 실리콘 에피택셜층(간단히 에피택셜층이라고도 한다)에는 산소가 거의 포함되지 않으므로, 종래와 같이 에피택셜층의 주도펀트가 B여도, 잔상특성의 원인이 되는 B와 산소의 복합체는 형성되지 않을 것이다. 그러나, 에피택셜층의 퇴적이나 디바이스 제작 프로세스 중의 열처리에 의해, 종래품에서는 실리콘 단결정 기판 중의 산소가 에피택셜층에 확산되어 잔상 특성이 발생하는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에서는, 에피택셜층 중의 주도펀트가 Ga이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하이므로, 기판으로부터의 산소의 확산에 관계없이, 잔상 특성을 억제할 수 있다. 더 나아가, 설령 실리콘 단결정 기판 중에 B도 포함되어 있어, 그 B가 에피택셜층에 확산되었다고 해도, 에피택셜층 중의 원래의 B농도가 상기와 같이 매우 낮으므로, 역시 잔상 특성을 억제할 수 있다.In the case of manufacturing a solid-state imaging device using a silicon epitaxial wafer, the silicon epitaxial layer (also simply referred to as an epitaxial layer) on which the photodiode is formed contains almost no oxygen. Even with B, the complex of B and oxygen, which causes the afterimage characteristic, will not be formed. However, in conventional products, oxygen in the silicon single crystal substrate diffuses into the epitaxial layer due to deposition of the epitaxial layer or heat treatment during the device manufacturing process, resulting in residual image characteristics in some cases. However, in the present invention, since the main pant in the epitaxial layer is Ga and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less, the afterimage characteristic can be suppressed regardless of diffusion of oxygen from the substrate. Furthermore, even if B is also contained in the silicon single crystal substrate and the B is diffused into the epitaxial layer, the original B concentration in the epitaxial layer is very low as described above, so that the afterimage characteristic can be suppressed.

또한, 상기 실리콘 단결정 기판은, 주도펀트가 Ga인 p형 실리콘 단결정 기판이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것으로 할 수 있다.In addition, the silicon single crystal substrate may be a p-type silicon single crystal substrate in which the main pant is Ga, and the B concentration may be 5×10 14 atoms/cm 3 or less.

에피택셜층을 형성하는 실리콘 단결정 기판에 B와 산소가 포함되어 있는 경우, 그들 농도와 실리콘 단결정 기판이 받는 열처리에 따라서는, 종래품에서는 양방의 원소가 에피택셜층에 확산되어 잔상 특성이 발생하는 경우가 있다. 이에, 실리콘 단결정 기판 중의 주도펀트를 Ga로 하고, 또한, B농도를 5×1014atoms/cm3 이하로 함으로써, 잔상특성을 보다 확실하게 억제할 수 있다.When the silicon single crystal substrate forming the epitaxial layer contains B and oxygen, depending on their concentration and the heat treatment applied to the silicon single crystal substrate, in conventional products, both elements diffuse into the epitaxial layer, resulting in afterimage characteristics. There are cases. Accordingly, by using Ga as the main dopant in the silicon single crystal substrate and setting the B concentration to 5×10 14 atoms/cm 3 or less, the afterimage characteristic can be more reliably suppressed.

또한, 상기 실리콘 단결정 기판은, 주도펀트가 B이며, B농도가 1×1018atoms/cm3 이상인 p+형 실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다. In addition, the silicon single crystal substrate may be a p + type silicon single crystal substrate in which the main dopant is B and the B concentration is 1×10 18 atoms/cm 3 or more.

이러한 p+형 실리콘 단결정 기판이면, 에피택셜층의 퇴적이나 디바이스 제작 프로세스의 열처리에 의해 발생하는 경우가 있는 금속불순물 등의 게터링능력을 보다 높일 수 있다. 이 경우, p+형 실리콘 단결정 기판으로부터 에피택셜층에 B가 확산될 우려가 있으나, 상술한 바와 같이 에피택셜층 중에는 산소가 거의 포함되어 있지 않으므로, 잔상 특성의 원인이 되는 B와 산소의 복합체의 형성을 억제할 수 있다.With such a p + type silicon single crystal substrate, it is possible to further increase the gettering ability of metal impurities or the like that may be generated by deposition of an epitaxial layer or heat treatment in a device manufacturing process. In this case, there is a possibility that B may diffuse from the p + type silicon single crystal substrate to the epitaxial layer, but as described above, since oxygen is hardly contained in the epitaxial layer, the complex of B and oxygen that causes the afterimage characteristic formation can be inhibited.

또한, 상기 실리콘 단결정 기판은, 주도펀트가 B이며, B농도가 1×1016atoms/cm3 이하인 p-형 실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다. In addition, the silicon single crystal substrate may be a p − type silicon single crystal substrate in which the main dopant is B and the B concentration is 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

이러한 p-형이면, 에피택셜층의 퇴적이나 디바이스 제작 프로세스의 열처리에 의해 에피택셜층 중에 확산되는 B는 한정적이므로, 에피택셜층 중에서의 B와 산소의 복합체의 형성을 억제하고, 또한, 실리콘 단결정 기판의 격자간 산소농도를 높임으로써, 게터링능력이나 기판강도를 높일 수 있다.In such a p type, B diffused into the epitaxial layer by deposition of the epitaxial layer or heat treatment in the device manufacturing process is limited, so the formation of a complex of B and oxygen in the epitaxial layer is suppressed, and a silicon single crystal By increasing the interstitial oxygen concentration of the substrate, it is possible to increase the gettering ability and the substrate strength.

또한, 상기 실리콘 단결정 기판은, n형 실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다.Further, the silicon single crystal substrate may be an n-type silicon single crystal substrate.

n형 실리콘 단결정 기판이면 B가 거의 포함되어 있지 않으므로, 기판으로부터의 산소의 확산에 관계없이, 잔상특성을 억제할 수 있다.Since the n-type silicon single crystal substrate contains almost no B, the afterimage characteristic can be suppressed regardless of diffusion of oxygen from the substrate.

n형 실리콘 단결정 기판의 경우도 p-형 실리콘 단결정 기판과 마찬가지로, 에피택셜층 중에서의 B와 산소의 복합체의 형성을 억제하고, 또한, 실리콘 단결정 기판의 격자간 산소농도를 높임으로써, 게터링능력이나 기판강도를 높일 수 있다.In the case of the n-type silicon single crystal substrate, as in the case of the p type silicon single crystal substrate, the formation of a complex of B and oxygen in the epitaxial layer is suppressed and the interstitial oxygen concentration of the silicon single crystal substrate is increased, so that the gettering ability Alternatively, the strength of the substrate can be increased.

나아가, 본 발명은, 포토다이오드부와, 메모리부와, 연산부를 갖는 고체촬상소자로서, 적어도 상기 포토다이오드부는, 상기 본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 상기 실리콘 에피택셜층에 형성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a solid-state imaging device having a photodiode unit, a memory unit, and an arithmetic unit, wherein at least the photodiode unit is formed in the silicon epitaxial layer of the silicon epitaxial wafer for the solid-state imaging device of the present invention. It provides a solid-state imaging device, characterized in that.

고체촬상소자는, 적어도 포토다이오드부, 메모리부, 연산부를 갖고 있는데, 잔상특성이 발생하는 것은 포토다이오드부이므로, 적어도 포토다이오드부가 형성되는 에피택셜층으로서, 주도펀트가 Ga이며, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 p형 에피택셜층을 이용함으로써, 잔상 특성이 억제된 고체촬상소자를 제작할 수 있다.The solid-state imaging device has at least a photodiode unit, a memory unit, and an operation unit. Since it is the photodiode unit that generates afterimage characteristics, at least the photodiode unit is formed as an epitaxial layer, wherein the main pant is Ga, and the B concentration is 5. By using the p-type epitaxial layer of x10 14 atoms/cm 3 or less, it is possible to manufacture a solid-state imaging device in which the afterimage characteristic is suppressed.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 고체촬상소자의 잔상 특성을 억제할 수 있는 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판 및 고체촬상소자를 제공할 수 있다. 또한, 고체촬상소자의 잔상 특성을 억제할 수 있는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼 및 고체촬상소자를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a silicon single crystal substrate for a solid-state imaging device and a solid-state imaging device capable of suppressing the afterimage characteristic of the solid-state imaging device. Further, it is possible to provide a silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device and a solid-state imaging device capable of suppressing the afterimage characteristic of the solid-state imaging device.

도 1은 본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 CZ법에 따른 단결정 인상장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 고체촬상소자의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 4는 잔상특성 평가장치의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 5는 반도체 기판의 평가방법의 측정시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1의 잔상특성평가의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 일례를 나타내는 개략도이다.
1 is a schematic diagram showing an example of a silicon single crystal substrate for a solid-state image pickup device of the present invention.
2 is a schematic diagram showing an example of a single crystal pulling apparatus according to the CZ method.
3A is a schematic diagram showing an example of the solid-state image pickup device of the present invention.
3B is a schematic diagram showing an example of a method for manufacturing a solid-state image pickup device of the present invention.
4 is a block diagram showing an example of an afterimage characteristic evaluation device.
5 is a diagram showing an example of a measurement sequence of a method for evaluating a semiconductor substrate.
6 is a graph showing the results of afterimage characteristic evaluation of Example 1 and Comparative Example 1. Referring to FIG.
7 is a schematic diagram showing an example of a silicon epitaxial wafer for a solid-state image pickup device of the present invention.

본 발명들은, 고체촬상소자의 잔상특성을 억제하는 것을 예의 검토한 결과, 특히는, 잔상 특성과 관계가 있다고 여겨지고 있는 B와 산소의 복합체에 착안하여, 이를 저감하기 위해, p형의 주도펀트로서 B 대신에 Ga를 이용하는 것을 발상하였다.As a result of intensive studies on suppressing the afterimage characteristic of a solid-state image sensor, the present invention focuses on the complex of B and oxygen, which is considered to be related to the afterimage characteristic, and, in order to reduce this, as a p-type main pant. Instead of B, the idea was to use Ga.

한편, p형 도펀트로서 B 대신에 Ga를 이용하는 예는, 태양전지용의 실리콘 단결정으로서 이용하는 것이 알려져 있다(특허문헌 3).On the other hand, it is known that an example in which Ga is used instead of B as a p-type dopant is used as a silicon single crystal for solar cells (Patent Document 3).

그러나, 태양전지와 고체촬상소자에서는 제조공정이나 제조업체가 상이하여, 기술분야가 상이하다고 할 수 있다.However, solar cells and solid-state imaging devices are different in manufacturing processes and manufacturers, and thus technical fields are different.

더불어, 태양전지용에서는 광열화를 억제하는 효과를 얻는 것을 목적으로 하고 있는 것에 반해, 고체촬상소자용에서는 잔상특성을 억제하는 효과를 얻는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 목적으로 하는 효과의 면에서도 전혀 상이하다.In addition, in the case of solar cells, the purpose is to obtain an effect of suppressing photodegradation, whereas in the case of a solid-state image sensor, since the purpose is to obtain an effect of suppressing the afterimage characteristic, it is completely different in terms of the intended effect. Do.

그러므로, 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판으로서 Ga가 주도펀트인 p형 실리콘 단결정 기판이 사용된 실례는 지금까지는 전무하며, 그 발상조차 없었다.Therefore, there have been no examples so far in which a p-type silicon single crystal substrate in which Ga is a main pant is used as a silicon single crystal substrate for a solid-state image sensor, and there has been no such idea.

또한, 잔상 특성과 관계가 있다고 여겨지고 있는 B와 산소의 복합체의 형성을 억제하는 것이라면, 산소농도를 저감시키는 것을 겨냥하여, FZ기판(FZ법에 의해 제작되며, 산소를 거의 포함하지 않는 실리콘 단결정으로부터 슬라이스하여 얻어진 실리콘 단결정 기판)을 이용하는 것이 생각된다.In addition, if the formation of a complex of B and oxygen, which is considered to be related to the afterimage characteristic, is suppressed, it aims to reduce the oxygen concentration, and is made from a FZ substrate (a silicon single crystal produced by the FZ method and containing little oxygen). It is conceivable to use a silicon single crystal substrate obtained by slicing).

그러나, 고체촬상소자용으로서 FZ기판을 이용한 경우, 1)산소를 거의 포함하지 않으므로 기판강도가 낮은 점, 및 산소석출물에 의한 게터링능력도 얻어지는 점, 2)기판강도를 높이기 위해 질소가 도프되므로, 질소도너의 발생에 의해 저항률이 변화하여 포토다이오드부의 공핍층 폭이 변화하여 소자특성에 영향을 미치는 점, 3)CZ기판에 비해 직경이 1세대 작은 점(양산 레벨에서의 현재의 최대직경은, CZ기판은 300mm, FZ기판은 200mm) 등의 결점이 있으므로, 고체촬상소자용으로서 FZ기판이 이용되는 경우는 거의 없었다.However, when an FZ substrate is used for a solid-state imaging device, 1) the substrate strength is low because it contains almost no oxygen, and the gettering ability is obtained by oxygen precipitates, 2) nitrogen is doped to increase the substrate strength. , the fact that the resistivity changes due to the generation of nitrogen donors and the width of the depletion layer of the photodiode part changes and affects the device characteristics, 3) the diameter is one generation smaller than the CZ substrate (the current maximum diameter at the mass production level is , CZ substrate is 300 mm, FZ substrate is 200 mm), etc., so there are few cases in which the FZ substrate is used for a solid-state image pickup device.

이상으로부터, 주도펀트가 Ga인 p형의 CZ실리콘 단결정 기판이며, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하라는 낮은 값의 것이면, 고체촬상소자의 잔상특성이나 기판강도 등이 좋은 점을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다. 또한, Ga, B에 대해 동일한 실리콘 에피택셜층을 갖는 실리콘 에피택셜 웨이퍼이면, 고체촬상소자의 잔상특성이 좋은 점을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.From the above, it has been found that if the main substrate is a p-type CZ silicon single crystal substrate with Ga, and the B concentration is as low as 5×10 14 atoms/cm 3 or less, the solid-state image sensor has good afterimage characteristics and substrate strength. Thus, the present invention was completed. In addition, it was discovered that a silicon epitaxial wafer having the same silicon epitaxial layer for Ga and B has good residual image characteristics of a solid-state image pickup device, thereby completing the present invention.

이하, 본 발명에 대해, 실시태양의 일례로서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail, referring drawings as an example of embodiment, this invention is not limited to this.

본 발명에 있어서의 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판의 모식도를 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 기판(10)은, 주도펀트가 Ga인 p형의 CZ실리콘 단결정 기판이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하이다.1 is a schematic diagram of a silicon single crystal substrate for a solid-state imaging device in the present invention. As shown in Fig. 1, the silicon single crystal substrate 10 of the present invention is a p-type CZ silicon single crystal substrate in which the main pant is Ga, and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less.

우선, CZ법에 의해 제작된 실리콘 단결정 기판이므로, 예를 들어, 산소를 거의 포함하지 않는 FZ실리콘 단결정 기판에 비해 기판강도가 높은 점, 산소석출물에 의한 게터링능력을 얻을 수 있는 점, 기판직경이 1세대 큰 점 등의 이점이 있다. 한편, 기판직경은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 300mm 이상, 더 나아가450mm 이상으로 할 수 있다.First, since it is a silicon single crystal substrate produced by the CZ method, for example, the substrate strength is higher than that of an FZ silicon single crystal substrate containing almost no oxygen, the gettering ability by oxygen precipitates can be obtained, and the substrate diameter There are advantages such as this first-generation big point. On the other hand, the diameter of the substrate is not particularly limited, but may be, for example, 300 mm or more, and further, 450 mm or more.

또한, 주도펀트, 즉 기판의 도전형을 결정하는 도펀트가, 종래의 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판에서 도프되어 있는 B가 아니라 Ga이다. 게다가, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하라는 낮은 값이다. 이 때문에, 주도펀트가 B의 종래품에서는 고체촬상소자를 제조한 경우에 문제가 되고 있던, BO2복합체에 의한 잔상 특성을 억제할 수 있어, 격자간 산소농도에 관계없이, 잔상 특성에 관하여, 종래보다 우수한 품질의 고체촬상소자를 제공가능한 실리콘 단결정 기판이 된다.Note that the main dopant, that is, the dopant that determines the conductivity type of the substrate, is Ga, not B, which is doped in the conventional silicon single crystal substrate for a solid-state image pickup device. In addition, the B concentration is a low value of 5×10 14 atoms/cm 3 or less. For this reason, it is possible to suppress the residual image characteristics caused by the BO 2 complex, which has been a problem when the solid-state imaging device is manufactured in the case of the conventional product of the master pant B, regardless of the interstitial oxygen concentration, regarding the residual image characteristics, A silicon single-crystal substrate capable of providing a solid-state imaging device of superior quality than that of the prior art.

Ga농도는 특별히 한정되지 않고, 원하는 저항률 등에 따라 적당히 결정할 수 있다.The Ga concentration is not particularly limited and can be appropriately determined depending on a desired resistivity or the like.

또한 B농도의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 단결정 제조시에 불가피적으로 혼입될 가능성이 있으나, 상기 BO2복합체의 발생을 방지하기 위해, 적으면 적을수록 바람직하다.In addition, the lower limit of B concentration is not specifically limited. There is a possibility of unavoidable incorporation during the production of single crystals, but in order to prevent the generation of the BO 2 complex, the smaller the number, the more preferable.

한편, 도펀트에 관해서는 상기 조건을 만족하면 되고, Ga, B 외에 다른 도펀트가 섞여 있어도 된다.On the other hand, as for the dopant, the above conditions may be satisfied, and other dopants other than Ga and B may be mixed.

또한, 실리콘 단결정 기판(10)의 산소농도로는, 예를 들어, 1ppma 이상 15ppma 이하로 할 수 있다.The oxygen concentration of the silicon single crystal substrate 10 may be, for example, 1 ppma or more and 15 ppma or less.

15ppma 이하이면, 광이 입사되어 있지 않음에도 불구하고, 산소가 공핍층 중에서 발생중심이 되어 전자정공쌍이 생성되어 전하가 발생한 백색 결함(또는 암전류)의 발생확률을 줄일 수 있다.If it is 15 ppma or less, even though no light is incident, oxygen becomes a center of generation in the depletion layer and electron hole pairs are generated, thereby reducing the probability of occurrence of a white defect (or dark current) in which an electric charge is generated.

또한 1ppma 이상이면, 기판강도의 저하나 중금속 오염에 대한 게터링능력 부족이 문제가 되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.In addition, when it is 1 ppma or more, it is possible to more reliably prevent a decrease in substrate strength or lack of gettering ability against heavy metal contamination from becoming a problem.

한편, 10ppma 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 5ppma 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, it is more preferable to set it as 10 ppma or less, and 5 ppma or less is still more preferable.

이러한 본 발명의 실리콘 단결정 기판(10)의 제조방법의 일례에 대해, 이하, 상세하게 설명한다. 우선, CZ법에 따른 단결정 인상장치의 구성예를 도 2를 참조하여 나타낸다.An example of the manufacturing method of the silicon single crystal substrate 10 of this invention is demonstrated in detail below. First, a configuration example of a single crystal pulling apparatus according to the CZ method is shown with reference to FIG. 2 .

단결정 인상장치(20)는 원료를 용융하는 도가니(201)를 수용하는 바텀 챔버(202)와, 인상한 단결정(단결정봉)(203)을 수용하여 취출하는 톱 챔버(204)로 구성되어 있다. 그리고 톱 챔버(204)의 상부에는 단결정을 인상하기 위한 와이어 권취기구(205)가 구비되어 있고, 단결정의 육성에 따라 와이어(206)를 감아내리거나, 감아올리거나 하는 조작을 행하고 있다. 그리고, 이 와이어(206)의 선단에는, 실리콘 단결정을 인상하기 위해 종결정(207)이 종홀더(208)에 부착되어 있다.The single crystal pulling apparatus 20 includes a bottom chamber 202 for accommodating a crucible 201 for melting a raw material, and a top chamber 204 for accommodating and taking out the pulled single crystal (single crystal rod) 203 . And a wire winding mechanism 205 for pulling up a single crystal is provided on the top of the top chamber 204, and the wire 206 is wound up or rolled up according to the growth of the single crystal. A seed crystal 207 is attached to a longitudinal holder 208 at the tip of the wire 206 for pulling up a silicon single crystal.

한편, 바텀 챔버(202) 내의 도가니(201)는 내측이 석영도가니(209), 외측을 흑연도가니(210)로 구성되어 있고, 이 도가니(201)의 주위에는 도가니 내에 투입된 다결정 실리콘원료를 녹이기 위한 히터(211)가 배치되어 있고, 또한 히터는 단열재(212)로 둘러싸여 있다. 그리고 도가니(201)의 내부에는 히터로 가열됨으로써 용해된 실리콘 융액(216)이 채워져 있다. 그리고, 이 도가니(201)는 회전동, 상하동하는 것이 가능한 지지축(213)에 의해 지지되어 있고, 그를 위한 구동장치(214)가 바텀 챔버(202)의 하부에 부착되어 있다. 그 외에, 로(爐) 내에 도입되는 불활성 가스를 정류하기 위한 정류통(215)을 이용할 수도 있다.On the other hand, the crucible 201 in the bottom chamber 202 is composed of a quartz crucible 209 on the inside and a graphite crucible 210 on the outside. A heater 211 is disposed, and the heater is surrounded by a heat insulating material 212 . And the inside of the crucible 201 is filled with the melted silicon melt 216 by heating with a heater. And, the crucible 201 is supported by a support shaft 213 capable of rotating and moving vertically, and a driving device 214 for this is attached to the lower portion of the bottom chamber 202 . In addition, a rectifying tube 215 for rectifying the inert gas introduced into the furnace may be used.

다음에, 상기 장치를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 대해 설명한다. 우선 처음에, 다결정 실리콘원료와 도프제인 Ga를 도가니(201) 내에 넣고, 히터(211)로 가열하여 원료를 용융한다. 본 형태에서는 Ga를 다결정 실리콘원료와 함께 용융 전에 도가니에 넣었으나, 양산에 있어서는 정세한 농도조정이 필요시 되는 점에서, 고농도의 Ga 도프 실리콘 단결정을 제작하고, 그것을 잘게 부수어 도프제를 제작하고, 이것을 다결정 실리콘원료를 용융한 후에 원하는 농도가 되도록 조정하여 투입하는 것이 바람직하다.Next, a method for producing a silicon single crystal using the above apparatus will be described. First, a polycrystalline silicon raw material and Ga as a dope are put in a crucible 201 and heated with a heater 211 to melt the raw material. In this form, Ga is put into the crucible together with the polycrystalline silicon raw material before melting, but since precise concentration control is required in mass production, a high concentration Ga-doped silicon single crystal is produced, and a dope is produced by crushing it, After melting the polycrystalline silicon raw material, it is preferable to adjust it to the desired concentration and then add it.

다음에, 다결정 실리콘원료가 모두 녹으면, 와이어 권취기구(205)의 와이어(206)의 선단에 단결정봉을 육성하기 위한 종결정(207)을 부착하고, 와이어(206)를 조용히 감아내려 종결정(207)의 선단을 실리콘 융액(216)에 접촉시킨다. 이때 도가니(201)와 종결정(207)은 서로 역방향으로 회전하고 있으며, 또한 인상기 내부는 감압상태에 있어 로 내 상부로부터 흘려진, 예를 들어 아르곤 등의 불활성 가스로 채워진 상태에 있다.Next, when all of the polycrystalline silicon raw material is melted, a seed crystal 207 for growing a single crystal rod is attached to the tip of the wire 206 of the wire winding mechanism 205, and the wire 206 is quietly wound down. The tip of 207 is brought into contact with the silicone melt 216 . At this time, the crucible 201 and the seed crystal 207 rotate in opposite directions to each other, and the inside of the pulling machine is in a state of being filled with an inert gas such as argon, which is flowed from the upper part of the furnace in a reduced pressure state.

종결정(207)의 주위의 온도가 안정되면, 종결정(207)과 도가니(201)를 서로 역방향으로 회전시키면서 조용히 와이어(206)를 권취하여 종결정(207)의 인상을 개시한다. 그리고, 종결정(207)에 발생하고 있는 슬립전위를 소멸시키기 위한 넥킹을 실시한다. 넥킹을 슬립전위가 소멸하는 굵기, 길이까지 행하면, 서서히 직경을 확대하여 단결정(203)의 콘부를 제작하고, 원하는 직경까지 확경한다. 소정 직경까지 콘직경이 넓어졌을 때, 단결정봉의 정경부(定徑部)(직동부)의 제작으로 이행한다. 이때, 도가니의 회전속도, 인상속도, 챔버 내의 불활성 가스압력, 유량 등은, 육성하는 단결정에 포함되는 산소농도에 맞추어 적당히 조정한다. 또한, 결정직경은, 온도와 인상속도를 조정함으로써 제어된다.When the temperature around the seed crystal 207 is stabilized, the wire 206 is quietly wound while rotating the seed crystal 207 and the crucible 201 in opposite directions to start pulling the seed crystal 207 . Then, necking is performed to eliminate slip dislocations generated in the seed crystal 207 . When necking is performed to the thickness and length at which the slip dislocation disappears, the diameter is gradually enlarged to produce a cone portion of the single crystal 203, and the diameter is enlarged to the desired diameter. When the cone diameter is widened to a predetermined diameter, the process shifts to production of a fixed diameter portion (straight body portion) of the single crystal rod. At this time, the rotation speed of the crucible, the pulling speed, the inert gas pressure in the chamber, the flow rate, etc. are appropriately adjusted according to the oxygen concentration contained in the single crystal to be grown. Further, the crystal diameter is controlled by adjusting the temperature and the pulling rate.

단결정 직동부를 소정의 길이 인상하면, 이번에는 결정직경을 축경하여 테일부를 제작한 후, 테일 선단을 실리콘 융액면으로부터 잘라내고, 육성한 실리콘 단결정을 톱 챔버(204)까지 감아올려, 결정이 냉각되는 것을 기다린다. 단결정봉이 취출가능한 온도까지 냉각되면, 인상기로부터 취출하고, 결정을 웨이퍼로 가공하는 공정으로 이행한다.When the single crystal straight body is pulled up to a predetermined length, this time, the crystal diameter is reduced to produce a tail, the tip of the tail is cut off from the silicon melt surface, and the grown silicon single crystal is wound up to the top chamber 204, and the crystal is cooled. waiting to be When the single-crystal rod is cooled to a temperature at which it can be taken out, it is taken out from the pulling machine, and the process proceeds to processing the crystal into a wafer.

가공공정에서는, 우선 콘부와 테일부를 절단하여 단결정봉의 주위를 원통연삭하고, 적당한 크기의 블록으로 절단가공한다. 그리고, 이 적당한 크기로 한 단결정 블록을 슬라이서에 의해 슬라이스하여, 웨이퍼상으로 한 후, 필요에 따라 면취(面取), 래핑 등을 실시하고, 추가로 에칭에 의해 가공변형을 제거하여 기판이 되는 웨이퍼를 제작한다.In the machining step, first, the cone and the tail are cut and the periphery of the single crystal rod is cylindrically ground, and then cut into blocks of an appropriate size. Then, the single crystal block made into an appropriate size is sliced with a slicer to form a wafer, then chamfered, lapping, etc. are performed as necessary, and further processing deformation is removed by etching to form a substrate. fabricate the wafer.

상기 예에서는, 의도적으로 Ga만 도프하는 예를 들었으나, 도프제는 이것으로 한정되지 않는다. 도전형을 결정하는 주도펀트로서 Ga가 도프되고, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하가 되도록 하면 된다.In the above example, an example of intentionally doping only Ga was given, but the doping agent is not limited thereto. What is necessary is just to dope Ga as a main pant which determines a conductivity type, and to make B concentration 5x10 14 atoms/cm 3 or less.

원하는 저항률 등에 따라 적당히 결정할 수 있다.It can be suitably determined according to a desired resistivity etc.

고체촬상소자용으로서의 저항률은, 예를 들어, 0.1~20Ωcm의 범위인 것이 바람직하다.It is preferable that the resistivity for a solid-state image sensor is, for example, in the range of 0.1-20 ohm-cm.

도 3a에 본 발명의 고체촬상소자의 일례를 나타낸다. 여기서는, 이면(裏面)조사형의 고체촬상소자를 예로 드는데, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.Fig. 3A shows an example of the solid-state image pickup device of the present invention. Here, a back-illuminated solid-state image sensor is exemplified, but the present invention is not limited thereto.

고체촬상소자(30)는, 포토다이오드부(303), 메모리부 및 연산부(304)를 갖고 있다. 고체촬상소자(30)는 제1의 기판(301)(본 발명의 실리콘 단결정 기판(10))과 제2의 기판(302)의 각각에 각종 소자를 형성하여 붙여 합친 것(貼り合わされた, 혹은 첩합(貼合))이다.The solid-state imaging device 30 includes a photodiode unit 303 , a memory unit and an arithmetic unit 304 . The solid-state imaging device 30 is formed by forming various elements on each of the first substrate 301 (the silicon single crystal substrate 10 of the present invention) and the second substrate 302 and bonding them together. conjugation).

제1의 기판, 즉 포토다이오드부(303)가 형성되는 쪽은, 본 발명의 실리콘 단결정 기판(10)과 같이, 주도펀트가 Ga인 p형의 CZ실리콘 단결정 기판이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것이다.The first substrate, i.e., the side on which the photodiode portion 303 is formed, is a p-type CZ silicon single crystal substrate in which the main pant is Ga, as in the silicon single crystal substrate 10 of the present invention, and the B concentration is 5 ×10 14 atoms/cm 3 or less.

한편, 제2의 기판은, 예를 들어, CZ실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다. 제1의 기판과 같이 주도펀트가 Ga가 아니어도 되고, 적당히 결정할 수 있다.On the other hand, the second substrate can be, for example, a CZ silicon single crystal substrate. Like the first substrate, the main pant may not be Ga, but may be appropriately determined.

이러한 고체촬상소자(30)이면, 잔상특성이 발생하는 것은 포토다이오드부(303)이므로, 적어도 제1의 기판(301)에 주도펀트가 Ga인 p형의 CZ실리콘 단결정 기판이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것을 이용함으로써, 잔상 특성이 억제된 고체촬상소자가 된다.In such a solid-state imaging device 30, since it is the photodiode unit 303 that generates an afterimage characteristic, at least the first substrate 301 is a p-type CZ silicon single-crystal substrate in which the main pant is Ga, and also has a B concentration. A solid-state image pickup device in which the afterimage characteristic is suppressed is obtained by using a value of 5×10 14 atoms/cm 3 or less.

이러한 고체촬상소자(30)의 제조방법의 일례를 도 3b에 나타낸다.An example of the manufacturing method of such a solid-state image sensor 30 is shown in FIG. 3B.

우선, 본 발명의 기판인 제1의 기판(301), 제2의 기판(302)을 준비한다.First, a first substrate 301 and a second substrate 302, which are substrates of the present invention, are prepared.

이들 기판에 대하여, 게이트 산화막(305) 등을 형성하여 각종 소자(포토다이오드부(303)(수광소자), 메모리부 및 연산부(304))를 형성하는 것 외에, STI(소자분리)(306), 배선(307), 층간절연막(308) 등을 형성한다.On these substrates, in addition to forming a gate oxide film 305 and the like to form various elements (photodiode portion 303 (light receiving element), memory portion and arithmetic portion 304), STI (element isolation) 306 , a wiring 307 , an interlayer insulating film 308 , and the like are formed.

그 후, 각종 소자를 형성한 제1의 기판(301), 제2의 기판(302)을 붙여 합쳐서(첩합하여), 고체촬상소자(30)를 제작한다.Thereafter, the first substrate 301 and the second substrate 302 on which various elements are formed are pasted together (bonded together) to fabricate the solid-state image sensor 30 .

또한, 상기의 실리콘 단결정 기판을 이용한 고체촬상소자와는 다른 태양인, 잔상 특성을 억제가능한 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 이용한 고체촬상소자에 대해 이하에 설명한다.In addition, a solid-state imaging device using a silicon epitaxial wafer capable of suppressing an afterimage characteristic, which is an aspect different from the solid-state imaging device using the silicon single crystal substrate described above, will be described below.

우선, 본 발명에 있어서의 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 모식도를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼(70)는, 실리콘 단결정 기판(702)의 표면에, 주도펀트가 Ga이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 p형의 실리콘 에피택셜층(701)을 갖고 있다. 이러한 것이면, 실리콘 에피택셜층(701) 중의 원래의 B농도가 매우 낮고, 산소도 거의 포함되지 않으므로, 설령 실리콘 단결정 기판(702)으로부터 산소나 B가 확산되어 왔다 해도, 산소와 B의 복합체의 형성은 억제되어, 잔상 특성을 억제가능하다.First, Fig. 7 shows a schematic diagram of a silicon epitaxial wafer for a solid-state image pickup device in the present invention. As shown in FIG. 7 , in the silicon epitaxial wafer 70 of the present invention, on the surface of the silicon single crystal substrate 702 , the main dopant is Ga, and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less p It has a silicon epitaxial layer 701 of the same type. In this case, the original concentration of B in the silicon epitaxial layer 701 is very low and hardly contains oxygen, so even if oxygen and B have diffused from the silicon single crystal substrate 702, a complex of oxygen and B is formed. is suppressed, and the afterimage characteristic can be suppressed.

또한, 실리콘 단결정 기판(702) 자체(예를 들어 주도펀트 등)는 한정되지 않고, 적당히 결정할 수 있다. 이하에 실리콘 단결정 기판(702)의 예를 든다.In addition, the silicon single crystal substrate 702 itself (for example, a master pant etc.) is not limited, It can determine suitably. An example of the silicon single crystal substrate 702 is given below.

실리콘 단결정 기판(702)은, 예를 들어, 주도펀트가 Ga이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 p형 실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다. 이러한 p형 실리콘 단결정 기판이면, 실리콘 단결정 기판이 받는 열처리에 의해, B와 산소가 실리콘 에피택셜층(701)에 확산되어 잔상 특성이 발생하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.The silicon single crystal substrate 702 can be, for example, a p-type silicon single crystal substrate in which the main dopant is Ga and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less. With such a p-type silicon single crystal substrate, it is possible to more reliably suppress the occurrence of an afterimage characteristic by diffusion of B and oxygen into the silicon epitaxial layer 701 by the heat treatment applied to the silicon single crystal substrate.

또한, 실리콘 단결정 기판(702)은, 예를 들어, 주도펀트가 B이며, B농도가 1×1018atoms/cm3 이상인 p+형 실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다. 이러한 p+형 실리콘 단결정 기판이면, 실리콘 에피택셜층(701)의 퇴적이나 디바이스 제작 프로세스의 열처리에 의해 발생하는 경우가 있는 금속불순물 등의 게터링능력을 보다 높일 수 있다. 이 경우, p+형 실리콘 단결정 기판으로부터 에피택셜층에 B가 확산될 우려가 있으나, 에피택셜층 중에는 산소가 거의 포함되어 있지 않으므로, 잔상특성의 원인이 되는 B와 산소의 복합체의 형성을 억제할 수 있다. B농도의 상한은 특별히 한정되지 않고, 많으면 많을수록 좋으나, 예를 들어, 실리콘 단결정에 대한 B의 고용한계까지로 할 수 있다.In addition, the silicon single crystal substrate 702 can be, for example, a p + type silicon single crystal substrate in which the main dopant is B and the B concentration is 1×10 18 atoms/cm 3 or more. With such a p + type silicon single crystal substrate, it is possible to further increase the gettering ability of metal impurities that may be generated by deposition of the silicon epitaxial layer 701 or heat treatment in a device manufacturing process. In this case, there is a possibility that B may diffuse from the p + type silicon single crystal substrate to the epitaxial layer, but since oxygen is hardly contained in the epitaxial layer, the formation of a complex of B and oxygen that causes afterimage characteristics can be suppressed. can The upper limit of the concentration of B is not particularly limited, the more the concentration is, the better, for example, it can be up to the limit of the solid solution of B in the silicon single crystal.

이때, 이 p+형 실리콘 단결정 기판의 격자간 산소농도는 한정되지 않으나, p+형 실리콘 단결정 기판으로부터 에피택셜층에의 산소의 확산을 보다 확실하게 방지하기 위해, 격자간 산소농도를 20ppma 이하로 하는 것이 바람직하고, 15ppma 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.At this time, the p + interstitial oxygen concentration of a-type silicon single crystal substrate include, but not limited to, p + type in order to prevent the diffusion of oxygen in the epitaxial layer more reliably from the silicon single crystal substrate, and the interstitial oxygen concentration to less than 20ppma It is preferable to set it as 15 ppma or less, and it is more preferable to set it as 15 ppma or less.

또한, 실리콘 단결정 기판(702)은, 예를 들어, 주도펀트가 B이며, B농도가 1×1016atoms/cm3 이하인 p-형 실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다. 이러한 p-형 실리콘 단결정 기판이면, 에피택셜층의 퇴적이나 디바이스 제작 프로세스의 열처리에 의해 에피택셜층 중에 확산되는 B는 한정적이므로, 에피택셜층 중에서의 B와 산소의 복합체의 형성을 보다 확실하게 억제하고, 또한, 실리콘 단결정 기판의 격자간 산소농도를 높임으로써, 게터링능력이나 기판강도를 높일 수 있다. B농도의 하한은 특별히 한정되지 않고, 적으면 적을수록, B와 산소의 복합체의 형성을 억제할 수 있다.Further, the silicon single crystal substrate 702 may be, for example, a p − type silicon single crystal substrate in which the main pentrant is B and the B concentration is 1×10 16 atoms/cm 3 or less. With such a p - type silicon single crystal substrate, B diffused into the epitaxial layer by deposition of the epitaxial layer or heat treatment in the device manufacturing process is limited, so the formation of a complex of B and oxygen in the epitaxial layer is more reliably suppressed. In addition, by increasing the interstitial oxygen concentration of the silicon single crystal substrate, it is possible to increase the gettering ability and the substrate strength. The lower limit of the concentration of B is not particularly limited, and as it is smaller, the formation of a complex of B and oxygen can be suppressed.

또한, 실리콘 단결정 기판(702)은, 예를 들어 n형 실리콘 단결정 기판으로 할 수 있다. n형 실리콘 단결정 기판이면 B가 거의 포함되어 있지 않으므로, p-형 실리콘 단결정 기판과 마찬가지로, 에피택셜층 중에서의 B와 산소의 복합체의 형성을 보다 확실하게 억제하고, 또한, 실리콘 단결정 기판의 격자간 산소농도를 높임으로써, 게터링능력이나 기판강도를 높일 수 있다.Note that the silicon single crystal substrate 702 can be, for example, an n-type silicon single crystal substrate. Since the n-type silicon single crystal substrate contains almost no B, as in the p type silicon single crystal substrate, the formation of a complex of B and oxygen in the epitaxial layer is more reliably suppressed, and the interstitial space of the silicon single crystal substrate is further suppressed. By increasing the oxygen concentration, it is possible to increase the gettering ability and the substrate strength.

이러한 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 방법에 대해 설명한다.A method for manufacturing the silicon epitaxial wafer of the present invention will be described.

우선, 실리콘 단결정 기판(702)은, 예를 들어, 도 2에 나타내는 것과 같은 CZ법의 단결정 인상장치(20)를 이용하여 제조하고, 슬라이스하고, 면취(面取り) 등을 행하여 얻을 수 있다. 한편, B를 의도적으로 도프하는 경우에 대해서는, 단결정 인상시에, B도프제를 원하는 농도만큼 원료와 함께 용융해 두면 된다.First, the silicon single crystal substrate 702 can be obtained by, for example, manufacturing, slicing, chamfering, etc. using a CZ method single crystal pulling apparatus 20 as shown in FIG. 2 . On the other hand, in the case of intentionally doping B, at the time of pulling up a single crystal, the B dope agent may be melted together with the raw material to a desired concentration.

그리고, 제조한 실리콘 단결정 기판(702) 상에 실리콘 에피택셜층(701)을 적층한다. 이 경우, 사용하는 에피택셜 장치는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 종래와 동일한 것을 이용할 수 있다. 로 내의 서셉터(サセプタ) 상에 실리콘 단결정 기판(702)을 배치하고, 로 내를 가열함과 함께, 캐리어가스, 원료가스로서 트리클로로실란 등을 로 내에 흐르게 함과 동시에, Ga 도프를 위해 예를 들어 염화갈륨을 포함하는 가스도 함께 흐르게 한다. 이에 따라, 주도펀트가 Ga인 p형이며, 게다가, B가 불가피적으로 혼입되었다고 해도 5×1014atoms/cm3 이하의 농도(적으면 적을수록 좋다)로 억제된 에피택셜층(701)을 적층할 수 있어, 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼(70)를 제조할 수 있다.Then, a silicon epitaxial layer 701 is laminated on the manufactured silicon single crystal substrate 702 . In this case, the epitaxial apparatus to be used is not specifically limited, For example, the thing similar to the prior art can be used. A silicon single crystal substrate 702 is placed on a susceptor in the furnace, the inside of the furnace is heated, and trichlorosilane as a carrier gas and raw material gas flows into the furnace, and at the same time, it is used for Ga doping. For example, a gas containing gallium chloride is also allowed to flow. Accordingly, the epitaxial layer 701 is suppressed to a concentration of 5×10 14 atoms/cm 3 or less (the smaller the number is, the better) even if the main pant is Ga p-type, and B is unavoidably mixed. It can be laminated, so that the silicon epitaxial wafer 70 of the present invention can be manufactured.

한편, Ga 도프의 방법은 상기로 한정되지 않고, 원하는 농도 등에 따라 적당히 결정할 수 있다.In addition, the method of Ga doping is not limited to the above, According to a desired density|concentration, etc., it can determine suitably.

다음에, 이러한 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 이용한 고체촬상소자에 대해 설명하는데, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.Next, a solid-state image pickup device using such a silicon epitaxial wafer will be described, but the present invention is not limited thereto.

상술한 도 3a의 실리콘 단결정 기판을 이용한 고체촬상소자(30)와 마찬가지로, 포토다이오드부, 메모리부 및 연산부를 갖는 고체촬상소자이다. 단, 도 3a의 예에서는, 포토다이오드부(303)가 형성되는 제1의 기판(301)이 본 발명의 실리콘 단결정 기판(10)이었으나, 여기서는 상기의 실리콘 에피택셜 웨이퍼(70)로 치환한 것이 된다.Like the solid-state imaging device 30 using the silicon single crystal substrate of FIG. 3A described above, it is a solid-state imaging device having a photodiode unit, a memory unit, and an arithmetic unit. However, in the example of FIG. 3A , the first substrate 301 on which the photodiode portion 303 is formed is the silicon single crystal substrate 10 of the present invention, but in this case, the silicon epitaxial wafer 70 is replaced with the above-mentioned silicon epitaxial wafer 70 . do.

포토다이오드부가 형성되는 실리콘 에피택셜층에서는, 적어도 실리콘 에피택셜층 중의 주도펀트가 Ga이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하이며, 잔상 특성에 관하여, 종래보다 우수한 품질의 고체촬상소자가 된다.In the silicon epitaxial layer in which the photodiode portion is formed, at least the main dopant in the silicon epitaxial layer is Ga, and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less, and with respect to afterimage characteristics, a solid having superior quality than before. become an imaging device.

이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

(실시예 1)(Example 1)

도 2의 장치를 이용하여 CZ실리콘 단결정을 인상하고, 슬라이스하여 주도펀트가 Ga인 본 발명의 고체촬상소자용의 p형의 실리콘 단결정 기판을 제작하였다. 제작에 있어, 구체적인 파라미터는 이하와 같다. 한편, Ga는 의도적으로 도프하였으나, B는 불가피적으로 혼입된 것으로 생각된다.Using the apparatus shown in Fig. 2, a CZ silicon single crystal was pulled up and sliced to prepare a p-type silicon single crystal substrate for a solid-state image pickup device of the present invention in which the main pant was Ga. In production, specific parameters are as follows. On the other hand, Ga was intentionally doped, but B is considered to be unavoidably mixed.

직경 300mm, 결정방위<100>, 산소농도: 3.4~10.5ppma, 저항률 5Ωcm, Ga농도: 3×1015atoms/cm3, B농도: 5×1013atoms/cm3 이하(SIMS에 의한 하한값 이하)Diameter 300mm, crystal orientation <100>, oxygen concentration: 3.4 to 10.5 ppma, resistivity 5Ωcm, Ga concentration: 3×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 13 atoms/cm 3 or less (below the lower limit by SIMS )

(비교예 1)(Comparative Example 1)

주도펀트가 B인 종래의 고체촬상소자용의 p형의 실리콘 단결정 기판을 제작하였다. 제작에 있어, 구체적인 파라미터는 이하와 같다. 그 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 제작하였다.A p-type silicon single-crystal substrate for a conventional solid-state image pickup device having a main principal of B was fabricated. In production, specific parameters are as follows. Other than that, it carried out similarly to Example 1, and produced it.

직경 300mm, 결정방위<100>, 산소농도: 3.4~10.5ppma, 저항률 10Ωcm, B농도: 1×1015atoms/cm3 Diameter 300mm, crystal orientation <100>, oxygen concentration: 3.4~10.5ppma, resistivity 10Ωcm, B concentration: 1×10 15 atoms/cm 3

실시예 1, 비교예 1의 기판을 이용하여, PN접합을 형성하고, 잔상 특성의 산소농도 의존성을 기판 레벨에서 비교하였다(450℃, 75시간 어닐 후의 「광조사 전후의 리크전류비」로 평가). 평가장치, 방법에 대해 이하에 상세히 기술한다.Using the substrates of Example 1 and Comparative Example 1, a PN junction was formed, and the oxygen concentration dependence of the afterimage characteristic was compared at the substrate level (evaluated by "leak current ratio before and after light irradiation" after annealing at 450°C for 75 hours. ). The evaluation apparatus and method will be described in detail below.

구체적인 평가방법을 설명하기 위해, 도 4에, 잔상 특성 평가장치(40)의 일례를 나타낸다. 이 평가장치는, PN접합구조(401)를 갖는 반도체 기판(402)에 대하여, 광조사를 행하는 장치(조명)(403), 광 화이버(ファイバㅡ)(404) 및 광의 광량을 측정하는 장치(조도계)(405), 켈빈프로브(ケルビンプロㅡプ)(406)를 구비한 전류측정기(SMU)(407)로 이루어진다. 그리고 기판을 설치하여, 반도체 기판(402)의 표면에 소정 조도의 광조사를 소정 시간 행한 후(광조사를 행하는 공정), 광조사를 오프로 한 후의 광조사 후의 발생캐리어량을 측정하는 공정을 행한다.In order to demonstrate a specific evaluation method, an example of the afterimage characteristic evaluation apparatus 40 is shown in FIG. This evaluation device includes a device (illumination) 403 for irradiating a semiconductor substrate 402 having a PN junction structure 401, an optical fiber 404, and a device for measuring the amount of light ( illuminometer) 405 and a current meter (SMU) 407 equipped with a Kelvin probe 406 . Then, after installing the substrate, irradiating the surface of the semiconductor substrate 402 with light of a predetermined illuminance for a predetermined time (a step of performing light irradiation), and after turning off the light irradiation, a step of measuring the amount of carriers generated after light irradiation; do

여기서, 광조사는, 백색광의 LED를 사용하였다. 또한, 측정시의 광량인데, 500럭스로 하였다. 또한, 광조사의 시간은, 10초로 하였다.Here, for light irradiation, a white light LED was used. In addition, although it is the light quantity at the time of measurement, it was set as 500 lux. In addition, the time of light irradiation was made into 10 second.

이렇게 하여 형성된 PN접합의 발생캐리어량을 측정한다. 구체적인 광조사와 측정의 타이밍 개념도를 도 5에 나타낸다. 도 5는, 반도체 기판의 평가방법의 측정 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다.The amount of carriers generated in the thus formed PN junction is measured. Fig. 5 shows a conceptual diagram of specific timing of light irradiation and measurement. 5 is a diagram showing an example of a measurement sequence of a method for evaluating a semiconductor substrate.

광조사에 의한 캐리어의 발생량은, 반도체 기판(402)의 종류나 반도체 기판(402)에 포함되는 경원소, 특히 탄소의 영향을 받는다. 그러므로, 광조사에 의해 원래 발생하는 캐리어량의 차이가, 잔상특성에 영향을 주는 것을 회피하기 위해, 도 5에 나타내는 바와 같이, 광조사를 하면서 한번 발생캐리어량(광조사 중의 발생캐리어량)을 측정하였다. 이렇게 하여, 원래 발생하는 캐리어량의 차이를 고려하여 반도체 기판을 평가하였다.The amount of carriers generated by light irradiation is affected by the type of the semiconductor substrate 402 and the light element contained in the semiconductor substrate 402 , particularly carbon. Therefore, in order to avoid that the difference in the amount of carriers originally generated by light irradiation affects the afterimage characteristic, as shown in Fig. 5, the amount of carriers generated once during light irradiation (the amount of carriers generated during light irradiation) measured. In this way, the semiconductor substrate was evaluated in consideration of the difference in the amount of carriers originally generated.

또한, 광조사를 오프로 하고 나서의 광조사 후의 발생 캐리어량의 측정시간을 1초간으로 하였다.In addition, the measurement time of the amount of generated carriers after light irradiation after turning off light irradiation was made into 1 second.

또한 도 5에 있어서, 광조사를 오프로 한 후의 발생 캐리어량의 측정을 행하기 전에, 한번 측정을 정지하는 것은, 광조사를 오프로 했을 때의 노이즈를 보다 확실하게 피하기 위함이다.In addition, in Fig. 5 , the reason for stopping the measurement once before measuring the amount of generated carriers after turning off light irradiation is to more reliably avoid noise when light irradiation is turned off.

그리고, 잔상 특성을, 광조사 온오프시의 캐리어측정 프로브의 전류값의 비로부터 평가하였다. 예를 들어, 광조사 오프 후의 전류값이 높다는 것은, 그 만큼 캐리어가 트랩되어 있는 것을 나타내는 것이며, 잔상특성이 나쁜 것을 추측할 수 있다.And the afterimage characteristic was evaluated from the ratio of the current value of the carrier measurement probe at the time of light irradiation on-off. For example, a high current value after light irradiation is off indicates that carriers are trapped by that much, and it can be inferred that the afterimage characteristic is bad.

실제의 고체촬상소자의 예에서도, 셔터를 연 경우에 입사되는 광에 의해 생성된 전자·정공쌍에 의해 전하가 발생하고, 이것을 취입함으로써 화상으로서 구축되나, 셔터를 닫은 후에는, 신속하게 전자·정공쌍이 배출되는 것이 중요하며, 이것이 늦으면 잔상으로서, 다음의 프레임에 영향을 미친다.Even in the example of an actual solid-state image sensor, when the shutter is opened, an electric charge is generated by an electron-hole pair generated by incident light, and an image is formed by taking this in. However, after closing the shutter, the electron/hole pair is rapidly generated. It is important that hole pairs are ejected, which, if delayed, is an afterimage, which affects the next frame.

(실시예 1과 비교예 1의 평가결과)(Evaluation results of Example 1 and Comparative Example 1)

도 6에 평가결과를 나타낸다. 비교예 1(B 주도프)의 경우, 어느 산소농도[Oi]에 있어서도 실시예 1(Ga 주도프)에 비해 광조사 전후의 전류비가 크고, 잔상특성이 뒤떨어지는 것을 알 수 있다. 구체적으로는 광조사 전후의 전류비는, 비교예 1은 2.7~5.2, 실시예 1은 1.2~1.6이었다. 450℃에서 75시간 어닐하면, BO2결함이 생성되는 B 도프 결정의 비교예 1에서는 전류값이 변화하는데, Ga 도프 결정의 실시예 1에서는 BO2형성이 억제되므로, 전류값 변화(잔상특성 변화)가 억제된다. 또한, 비교예 1에서는 산소농도가 증가함에 따라 전류비가 커지고 있어, 산소농도의 증가와 함께 잔상 특성이 열화되어 가는 경향이 있는 것을 알 수 있다.6 shows the evaluation results. It can be seen that, in the case of Comparative Example 1 (B main dope), the current ratio before and after light irradiation is larger than in Example 1 (Ga main dope) at any oxygen concentration [Oi], and the afterimage characteristic is inferior. Specifically, the current ratio before and after light irradiation was 2.7 to 5.2 in Comparative Example 1, and 1.2 to 1.6 in Example 1. When annealing at 450° C. for 75 hours, the current value changes in Comparative Example 1 of the B-doped crystal in which BO 2 defects are generated, but in Example 1 of the Ga-doped crystal, BO 2 formation is suppressed, so the current value changes (change in afterimage characteristics) ) is suppressed. Further, in Comparative Example 1, it can be seen that the current ratio increases as the oxygen concentration increases, and the afterimage characteristic tends to deteriorate with the increase in the oxygen concentration.

한편, 실시예 1의 경우, 산소농도가 증가해도 광조사 전후의 전류비는 낮은 값(1에 가까운 값)으로 거의 일정하며, 잔상 특성이 양호하다고 판단할 수 있다.On the other hand, in the case of Example 1, even when the oxygen concentration is increased, the current ratio before and after light irradiation is almost constant at a low value (a value close to 1), and it can be determined that the afterimage characteristic is good.

(실시예 2)(Example 2)

도 2의 장치를 이용하여 CZ실리콘 단결정을 인상하고, 슬라이스하여 주도펀트가 Ga인 본 발명의 고체촬상소자용의 p형의 실리콘 단결정 기판을 제작하였다. 제작에 있어, 구체적인 파라미터는 이하와 같다. 한편, Ga 외에, B를 의도적으로 미량 도프하여 제작하였다.Using the apparatus shown in Fig. 2, a CZ silicon single crystal was pulled up and sliced to prepare a p-type silicon single crystal substrate for a solid-state image pickup device of the present invention having a main pant of Ga. In production, specific parameters are as follows. On the other hand, it was produced by intentionally doping a small amount of B in addition to Ga.

직경 300mm, 결정방위<100>, 산소농도: 5ppma, 저항률 4Ωcm, Ga농도: 3×1015atoms/cm3, B농도: 5×1014atoms/cm3 Diameter 300mm, crystal orientation <100>, oxygen concentration: 5ppma, resistivity 4Ωcm, Ga concentration: 3×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 14 atoms/cm 3

그리고, 실시예 1과 동일하게 하여 잔상 특성의 평가를 행하였다.And it carried out similarly to Example 1, and evaluated the afterimage characteristic.

(실시예 2의 평가결과)(Evaluation result of Example 2)

광조사 전후의 전류비는 약 1.6이며, 잔상 특성이 양호하다고 판단할 수 있다.The current ratio before and after light irradiation is about 1.6, and it can be determined that the afterimage characteristic is good.

(실시예 3)(Example 3)

본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제작하기 위해, 우선, 도 2의 장치를 이용하여 CZ실리콘 단결정을 인상하고, 슬라이스하여 주도펀트가 Ga인 p형의 실리콘 단결정 기판을 제작하고, 이 기판 상에, 주도펀트가 Ga인 p형 에피택셜층을 형성하였다. 제작에 있어, 구체적인 파라미터는 이하와 같다.In order to manufacture a silicon epitaxial wafer for a solid-state image pickup device of the present invention, first, a CZ silicon single crystal is pulled up using the apparatus shown in FIG. 2 and sliced to prepare a p-type silicon single crystal substrate having a main pant of Ga, On this substrate, a p-type epitaxial layer in which the main dopant is Ga was formed. In production, specific parameters are as follows.

(실리콘 단결정 기판)(Silicon single crystal substrate)

직경 300mm, 결정방위<100>, 산소농도: 15ppma, 저항률 4Ωcm, Ga농도: 3×1015atoms/cm3, B농도: 5×1013atoms/cm3 이하(SIMS에 의한 하한값 이하)Diameter 300mm, crystal orientation <100>, oxygen concentration: 15ppma, resistivity 4Ωcm, Ga concentration: 3×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 13 atoms/cm 3 or less (below the lower limit by SIMS)

(실리콘 에피택셜층)(Silicon epitaxial layer)

에피택셜층 막두께: 5μm, 저항률 10Ωcm, Ga농도: 1×1015atoms/cm3, B농도: 5×1013atoms/cm3 이하(SIMS에 의한 하한값 이하)Epitaxial layer thickness: 5 μm, resistivity 10 Ωcm, Ga concentration: 1×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 13 atoms/cm 3 or less (below the lower limit by SIMS)

그리고, 실시예 1과 동일하게 하여 잔상 특성의 평가를 행하였다.And it carried out similarly to Example 1, and evaluated the afterimage characteristic.

(실시예 3의 평가결과)(Evaluation result of Example 3)

광조사 전후의 전류비는 약 1.8이며, 잔상특성이 양호하다고 판단할 수 있다.The current ratio before and after light irradiation is about 1.8, and it can be judged that the afterimage characteristic is good.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실리콘 에피택셜층의 도펀트로서 Ga 대신에 B를 이용한 것(에피택셜층에서의 B농도: 1×1015atoms/cm3) 이외는, 실시예 3과 동등한 조건으로 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 실시예 1과 동일하게 하여 잔상 특성의 평가를 행하였다.A silicon epitaxial wafer was produced under the same conditions as in Example 3 except that B was used instead of Ga as a dopant for the silicon epitaxial layer (B concentration in the epitaxial layer: 1×10 15 atoms/cm 3 ), It carried out similarly to Example 1, and evaluated the afterimage characteristic.

(비교예 2의 평가결과)(Evaluation result of Comparative Example 2)

광조사 전후의 전류비는 약 8.2로 실시예 3에 비해 커져 있어, 잔상특성이 뒤떨어져 있는 것을 알 수 있다.The current ratio before and after light irradiation is about 8.2, which is large compared to Example 3, and it can be seen that the afterimage characteristic is inferior.

(실시예 4)(Example 4)

본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제작하기 위해, 우선, 도 2의 장치를 이용하여 CZ실리콘 단결정을 인상하고, 슬라이스하여 주도펀트가 B인 p+형의 실리콘 단결정 기판을 제작하고, 이 기판 상에, 주도펀트가 Ga인 p형 에피택셜층을 형성하였다. 제작에 있어, 구체적인 파라미터는 이하와 같다.In order to manufacture a silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device of the present invention, first, a CZ silicon single crystal is pulled up using the apparatus shown in FIG. 2 and sliced to prepare a p + type silicon single crystal substrate having a main pant B. , on this substrate, a p-type epitaxial layer in which the main dopant is Ga was formed. In production, specific parameters are as follows.

(실리콘 단결정 기판)(Silicon single crystal substrate)

직경 300mm, 결정방위<100>, 산소농도: 10ppma, 저항률 0.01Ωcm, B농도: 8.5×1018atoms/cm3 Diameter 300mm, crystal orientation <100>, oxygen concentration: 10ppma, resistivity 0.01Ωcm, B concentration: 8.5×10 18 atoms/cm 3

(실리콘 에피택셜층)(Silicon epitaxial layer)

에피택셜층 막두께: 5μm, 저항률 10Ωcm, Ga농도: 1×1015atoms/cm3, B농도: 5×1013atoms/cm3 이하(SIMS에 의한 하한값 이하)Epitaxial layer thickness: 5 μm, resistivity 10 Ωcm, Ga concentration: 1×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 13 atoms/cm 3 or less (below the lower limit by SIMS)

그리고, 실시예 1과 동일하게 하여 잔상특성의 평가를 행하였다.And it carried out similarly to Example 1, and evaluated the afterimage characteristic.

(실시예 4의 평가결과)(Evaluation result of Example 4)

광조사 전후의 전류비는 약 2.1이며, 잔상특성이 양호하다고 판단할 수 있다.The current ratio before and after light irradiation is about 2.1, and it can be judged that the afterimage characteristic is good.

(실시예 5)(Example 5)

본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제작하기 위해, 우선, 도 2의 장치를 이용하여 CZ실리콘 단결정을 인상하고, 슬라이스하여 주도펀트가 B인 p-형의 실리콘 단결정 기판을 제작하고, 이 기판 상에, 주도펀트가 Ga인 p형 에피택셜층을 형성하였다. 제작에 있어, 구체적인 파라미터는 이하와 같다.In order to fabricate a silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device of the present invention, first, a CZ silicon single crystal is pulled up using the apparatus shown in FIG. 2 and sliced to prepare a p - type silicon single crystal substrate having a main pant B. , on this substrate, a p-type epitaxial layer in which the main dopant is Ga was formed. In production, specific parameters are as follows.

(실리콘 단결정 기판)(Silicon single crystal substrate)

직경 300mm, 결정방위<100>, 산소농도: 15ppma, 저항률 10Ωcm, B농도: 1×1015atoms/cm3 Diameter 300mm, crystal orientation <100>, oxygen concentration: 15ppma, resistivity 10Ωcm, B concentration: 1×10 15 atoms/cm 3

(실리콘 에피택셜층)(Silicon epitaxial layer)

에피택셜층 막두께: 5μm, 저항률 10Ωcm, Ga농도: 1×1015atoms/cm3, B농도: 5×1013atoms/cm3 이하(SIMS에 의한 하한값 이하)Epitaxial layer thickness: 5 μm, resistivity 10 Ωcm, Ga concentration: 1×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 13 atoms/cm 3 or less (below the lower limit by SIMS)

그리고, 실시예 1과 동일하게 하여 잔상특성의 평가를 행하였다.And it carried out similarly to Example 1, and evaluated the afterimage characteristic.

(실시예 5의 평가결과)(Evaluation result of Example 5)

광조사 전후의 전류비는 약 2.2이며, 잔상특성이 양호하다고 판단할 수 있다.The current ratio before and after light irradiation is about 2.2, and it can be determined that the afterimage characteristic is good.

(실시예 6)(Example 6)

본 발명의 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제작하기 위해, 우선, 도 2의 장치를 이용하여 CZ실리콘 단결정을 인상하고, 슬라이스하여 주도펀트가 Ga인 p형의 실리콘 단결정 기판을 제작하고, 이 기판 상에, 주도펀트가 Ga인 p형 에피택셜층을 형성하였다. 제작에 있어, 구체적인 파라미터는 이하와 같다. 한편, 에피택셜층에는 Ga 외에, B를 의도적으로 미량 도프하여 제작하였다.In order to manufacture a silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device of the present invention, first, a CZ silicon single crystal is pulled up using the apparatus shown in FIG. 2, and sliced to prepare a p-type silicon single crystal substrate having a main pant of Ga, On this substrate, a p-type epitaxial layer in which the main dopant is Ga was formed. In production, specific parameters are as follows. On the other hand, the epitaxial layer was prepared by intentionally doping a small amount of B in addition to Ga.

(실리콘 단결정 기판)(Silicon single crystal substrate)

직경 300mm, 결정방위<100>, 산소농도: 15ppma, 저항률 4Ωcm, Ga농도: 3×1015atoms/cm3, B농도: 5×1013atoms/cm3 이하(SIMS에 의한 하한값 이하)Diameter 300mm, crystal orientation <100>, oxygen concentration: 15ppma, resistivity 4Ωcm, Ga concentration: 3×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 13 atoms/cm 3 or less (below the lower limit by SIMS)

(실리콘 에피택셜층)(Silicon epitaxial layer)

에피택셜층 막두께: 5μm, 저항률 8Ωcm, Ga농도: 1×1015atoms/cm3, B농도: 5×1014atoms/cm3 Epitaxial layer thickness: 5 μm, resistivity 8 Ωcm, Ga concentration: 1×10 15 atoms/cm 3 , B concentration: 5×10 14 atoms/cm 3

그리고, 실시예 1과 동일하게 하여 잔상 특성의 평가를 행하였다.And it carried out similarly to Example 1, and evaluated the afterimage characteristic.

(실시예 6의 평가결과)(Evaluation result of Example 6)

광조사 전후의 전류비는 약 2.3이며, 잔상특성이 양호하다고 판단할 수 있다.The current ratio before and after light irradiation is about 2.3, and it can be judged that the afterimage characteristic is good.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The above-mentioned embodiment is an illustration, and any thing which has substantially the same structure as the technical idea described in the claim of this invention, and shows the same operation and effect is included in the technical scope of this invention.

10… p형 실리콘 단결정 기판
20… 단결정 인상장치
201… 도가니
202… 바텀 챔버
203… 단결정
204… 톱 챔버
205… 와이어 권취기구
206… 와이어
207… 종결정
208… 종홀더
209… 석영도가니
210… 흑연도가니
211… 히터
212… 단열재
213… 지지축
214… 구동장치
215… 정류통(整流筒)
216… 실리콘 융액
30… 고체촬상소자
301… 제1의 기판
302… 제2의 기판
303… 포토다이오드부
304… 메모리부 및 연산부
305… 게이트 산화막
306… STI(소자분리)
307… 배선
308… 층간절연막
40… 잔상 특성 평가장치
401… PN접합
402… 기판
403… 조명
404… 광 화이버
405… 조도계
406… 켈빈 프로브
407… 전류측정기(SMU)
70… 실리콘 에피택셜 웨이퍼
701… p형 실리콘 에피택셜층
702… 실리콘 단결정 기판
10… p-type silicon single crystal substrate
20… single crystal pulling device
201… Crucible
202… bottom chamber
203... single crystal
204… top chamber
205… wire winding mechanism
206... wire
207... seed crystal
208… bell holder
209... quartz crucible
210… graphite crucible
211… heater
212... insulator
213... support shaft
214... drive
215... Rectification tube (整流筒)
216... silicone melt
30… solid-state imaging device
301… the first substrate
302... second substrate
303… photodiode part
304… memory and arithmetic
305… gate oxide film
306… STI (Element Isolation)
307... Wiring
308… interlayer insulating film
40… Afterimage characteristic evaluation device
401... PN junction
402... Board
403... light
404... optical fiber
405... light meter
406... Kelvin probe
407... Current Meter (SMU)
70… Silicon epitaxial wafer
701… p-type silicon epitaxial layer
702… Silicon single crystal substrate

Claims (9)

CZ법에 의해 제작된 실리콘 단결정을 슬라이스하여 얻어지는 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판으로서,
상기 실리콘 단결정 기판은, 주도펀트가 Ga인 p형 실리콘 단결정 기판이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판.
A silicon single crystal substrate for a solid-state imaging device obtained by slicing a silicon single crystal produced by the CZ method, comprising:
The silicon single crystal substrate is a p-type silicon single crystal substrate in which the main pant is Ga, and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less.
제1항에 있어서, 
상기 p형 실리콘 단결정 기판 중의 격자간 산소농도가 1ppma 이상 15ppma 이하인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판.
According to claim 1,
A silicon single crystal substrate for a solid-state imaging device, wherein the interstitial oxygen concentration in the p-type silicon single crystal substrate is 1 ppma or more and 15 ppma or less.
포토다이오드부와, 메모리부와, 연산부를 갖는 고체촬상소자로서,
적어도 상기 포토다이오드부는, 제1항 또는 제2항에 기재된 고체촬상소자용의 실리콘 단결정 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
A solid-state imaging device having a photodiode unit, a memory unit, and an arithmetic unit, comprising:
A solid-state image pickup device, characterized in that at least the photodiode portion is formed on the silicon single crystal substrate for the solid-state image pickup device according to claim 1 or 2.
실리콘 단결정 기판의 표면에 실리콘 에피택셜층을 갖는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼로서,
상기 실리콘 에피택셜층은, 주도펀트가 Ga인 p형 에피택셜층이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
A silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device having a silicon epitaxial layer on a surface of a silicon single crystal substrate, the silicon epitaxial wafer comprising:
The silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device, wherein the silicon epitaxial layer is a p-type epitaxial layer in which the main pant is Ga, and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less.
제4항에 있어서, 
상기 실리콘 단결정 기판은, 주도펀트가 Ga인 p형 실리콘 단결정 기판이며, 또한, B농도가 5×1014atoms/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
5. The method of claim 4,
The silicon single crystal substrate is a p-type silicon single crystal substrate in which the main pant is Ga, and the B concentration is 5×10 14 atoms/cm 3 or less.
제4항에 있어서,
상기 실리콘 단결정 기판은, 주도펀트가 B이며, B농도가 1×1018atoms/cm3 이상인 p+형 실리콘 단결정 기판인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
5. The method of claim 4,
The silicon single crystal substrate is a silicon epitaxial wafer for a solid-state image pickup device , wherein the silicon single crystal substrate is a p + type silicon single crystal substrate having a main dopant of B and a B concentration of 1×10 18 atoms/cm 3 or more.
제4항에 있어서, 
상기 실리콘 단결정 기판은, 주도펀트가 B이며, B농도가 1×1016atoms/cm3 이하인 p-형 실리콘 단결정 기판인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
5. The method of claim 4,
The silicon single crystal substrate is a silicon epitaxial wafer for a solid state image pickup device , wherein the silicon single crystal substrate is a p − type silicon single crystal substrate having a main dopant of B and a B concentration of 1×10 16 atoms/cm 3 or less.
제4항에 있어서,  
상기 실리콘 단결정 기판은, n형 실리콘 단결정 기판인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
5. The method of claim 4,
The silicon epitaxial wafer for a solid-state imaging device, wherein the silicon single crystal substrate is an n-type silicon single crystal substrate.
포토다이오드부와, 메모리부와, 연산부를 갖는 고체촬상소자로서,
적어도 상기 포토다이오드부는, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 고체촬상소자용의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 상기 실리콘 에피택셜층에 형성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
A solid-state imaging device having a photodiode unit, a memory unit, and an arithmetic unit, comprising:
At least the photodiode portion is formed in the silicon epitaxial layer of the silicon epitaxial wafer for a solid-state image pickup device according to any one of claims 4 to 8.
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제77회 응용물리학회 추계학술강연회 강연예고집 14p-P6-11 오타니 아키라,카네다 쯔바사 「CMOS이미지센서의 잔상현상 메커니즘의 해명 2」

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