JPH01122133A - 接合型半導体基板の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体基板の検査方法に係り、特に２枚の半導
体基板を密着して一体として得られる接合型半導体基板
に適用するものである。

（従来の技術） 半導体素子の製造に当っては単結晶半導体基板に気相成
長法により特定の導電型を持つ半導体層を形成後ここに
機能素子を設置する手法で広く使用されており、この気
相成長法では下地となる半導体基板から外方拡散する不
純物層の混入を避けるために種々の工夫が加えられ多く
の特許出願が行われているのが実状である。

このように不純物濃度の異なる半導体層を気相成長法に
よって形成する際には表面不純物濃度を正確に制御する
のが難しく、更に堆積法を利用するのでその厚さを大き
くすることも難しい。

一方最近の市場要求は耐圧の大きい素子も要求されてお
り、この観点からすると前記気相成長法は必ずしも満足
できる技術とは言えない、ところで複数の半導体基板を
密着して接合する技術はすでに公知事項であり、具体的
には鏡面研磨したシリコン基板を清浄な雰囲気内に相対
向して配置した上で前述のように両者を密着した結果機
械的強度も十分にあって単一のシリコン基板として利用
でき、その上この基板に導入した不純物により形成する
ＰＮ−接合を適用する機能素子は電気的にも十分実用可
能であることも確認されている。

その工程としては、半導体基板表面を研磨して形成する
鏡面を水洗後説水処理を施して過剰な水分を除去してか
ら前述のように清浄な雰囲気内に相対向して配置した上
で両者を密着接合して接合型半導体基板を形成する。

この接合技術ではその境界面にボイド（Ｖｏｉｄ）の発
生を避けるために気泡の抱込みを無くす他に、ゴミが積
もらないような清浄雰囲気が必要となり、更にこのよう
な接合工程を終えた接合型半導体基板はその接合面にお
ける欠陥の有無を検査してその信頼性を向上しており、
その方法を第５図により説明する。

赤外照明装置を構成するハロゲンランプ５０から発生す
る赤外線５１は全反射ミラー５２により反射して接合型
半導体基板５３に到達し、保有する特定の波長領域を透
過の上透過赤外線５４として光電変換装置５５に達し、
接合型半導体基板５３の境界に存在する欠陥の有無を検
査する方法を採用している。

（発明が解決しようとする問題点） このような検査方法では下記の問題点がある。

（１）接合する２枚の半導体基板材料としてＳｉを使用
する場合はこのＳｉ製半導体基板表面に形成する鏡面に
存在する欠陥部の濃度が大きくかつ欠陥部寸法が大きい
と前述の検査方法でもこの欠陥部の検出が可能であるが
、しかし前記欠陥部の濃度が小さくかつ欠陥部寸法が小
さいと前記光電変換装置５５に設置するＴＶモニターに
写出される画像ではこの欠陥部が目視できない。

（２）前記接合用半導体基板の一方もしくは双方表面に
酸化膜を形成した場合にはこの接合界面となる酸化膜鏡
面は前記Ｓｉ製半導体基板表面に形成する鏡面に存在す
る欠陥部の濃度より小さいことが判明した。従って第５
図に示すハロゲンランプ５０の光量を増したり、前記光
電変換装置５５の感度を高くしたが前記欠陥部を明瞭に
表示するのには依然として困難であった。このように欠
陥部の濃度が小さい場合は自動的な検査ができず、極端
な場合は不良品を良品として次工程に供給する事態を招
来している。

本発明は上記難点を除去する新規な接合型半導体基板の
検査方法に関し、特にその接合境界面に発生する欠陥部
濃度が小さくても検出可能な検査方法を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するのに本発明では透過赤外線を検査す
る光電変換部と接合型半導体基板間に、この半導体基板
の保有する禁制帯幅（エネルギーギャップ）に相当する
波長域を持つフィルターを設置して透過赤外線により前
記接合部の欠陥有無を検査する手法を採用する。

（作　用） このように本発明は接合型半導体基板に不可欠な鏡面を
酸化物で構成するとその鏡面に包含される欠陥部濃度が
Ｓｉ製半導体基板表面に形成する鏡面に存在する欠陥部
濃度より小さいとの事実を基に完成したものである。し
かも接合用半導体基板の保有する禁制帯幅に相当する波
長領域近傍のフィルターを接合型半導体基板と光電変換
装置間に配置して、特定の波長成分を通過させるので、
半導体基板に必要な照射光量の増加ならびに光電変換装
置の検出感度の上昇を図らなくても前記欠陥部の検出限
界を大幅に向上した。

（実施例） 第１図乃至第４図により本発明を詳述するが、従来の技
術と重複する記載が都合により出てくるが新しい番号を
付けて説明する。

この接合型半導体基板の検査方法の説明に入る前に実施
される接合工程を予め記載して本願の理解を得やすくす
る。実際の接合工程以前の前処理としては鏡面研磨、水
洗ならびに洗浄工程を経るが以下類に説明する。

２枚のシリコン半導体基板を用意し、その被接合面を鏡
面研磨して表面粗さ５００Å以上に形成する。この時前
記シリコン半導体基板の表面状態によってはＨ２０□＋
Ｈ２ＳＯ，→ＨＦ→稀旺処理に続いて脱脂処理及び前記
シリコン半導体基板の表面付近に被着するスティンフィ
ルムを除去する０次に、前記シリコン半導体基板鏡面を
清浄な水−純水で数分程度洗浄後室温下でスピンナー処
理のような脱水処理を行う。

この処理工程は前記シリコン半導体基板鏡面に吸着して
いると想定される水分をそのまま残して過剰な水分を除
去するもので、この吸着水分が殆ど揮散する１００℃以
上の加熱乾燥は避ける。このような工程を終えた前記シ
リコン半導体基板はその表面に形成した鏡面を相対向し
て密着して前述のように２枚のシリコン半導体基板を接
合してあたかも単独のシリコン半導体基板として機能可
能な機械的強度を保有する。

しかもこの接合境界面には元（Ｂｕｌｋ）の結晶組織と
多少違うそれが層状に形成されるが、これは気相成長法
により半導体基板との境界に形成する結晶組織と同様に
以後の工程で加える熱負荷によりその位置が多少変るこ
とも発生する。更にこの結晶組織はこの半導体基板に形
成するｐｎ接合や電気的処理に何等の影響も与えないこ
とも確認されている。

ところで本発明では光電変換装置（赤外線ＴＶカメラ）
１と接合型半導体基板２の間にフィルタ（バンドパスフ
ィルタ：ＢＰＦ）３を設置して後述する検査方法を接合
型半導体基板２に施す。

第１図に示すように、Ｓｉ半導体基板（今後の記載では
前述の接合工程を終えたものを意味する）２には赤外照
明装置ハロゲンランプ４から光を放射後金反射ミラー５
により全反射して入射赤外線６が照射され、このＳｉ半
導体基板２の特徴に応じてこの入射赤外線６は吸収、反
射ならびに透過して透過赤外線７となる。

前記フィルタ３はこの透過赤外線７の中から特定波長領
域帯だけを通過する機能を持っているので検出赤外線８
が得られる。第２図では赤外線を照射した前記半導体基
板２における欠陥部の状態を表わしており、入射赤外線
６を照射した前記半導体基板２に前記欠陥部Ａ１．Ａ、
、Ａ３、Ａ４が存在するとここで反射して透過しないこ
とになり反射赤外線９として放射されこの状態を第２図
ａに示す。

この結果として第２図すに示すように前記欠陥部ＡいＡ
２、Ａ１、Ａ４は正常に接合した部分に比較して暗くな
り目視によっても判別可能になる。

第３図にはＳｉ製半導体基板の吸収特性を表わし、横軸
に光エネルギーを縦軸に吸収の割合いを示した。

ところで半導体基板に光が入射すると吸収が起りその程
度は光の波長とその性質により定まる。

ここで半導体基板としてＳｉを想定するとこの半導体基
板を照射する光の波長により吸収率が影響されることに
なり、この光が長波長でかつ光エネルギーが禁制帯幅Ｅ
ｇより小さいと前記半導体基板に入射する光の大部分は
これを透過して殆どは吸収されない。

これに対して光エネルギーが禁制帯幅Ｅｇより大きくな
るような短波長の時は波長が短くなると共に吸収は急激
に増加する。しかしある程度以下の波長になると吸収に
は変化が起きず光は半導体基板を透過しなくなる。

このような光吸収特性を示す前記半導体基板２の検査方
法として本発明では第２図に示し、しかも前に述べたよ
うに光電変換装置１と前記半導体基板２の中間位置にフ
ィルタ３を設置している。

このフィルタ３の選定に当たっては３種類のフィルタと
して １、中心波長λ＝１０５９（ｎｍ）領域幅＝１００（ｎ
ｍ）を透過するバンドパスフィルタ ２、中心波長λ＝　１０１０９９（ｎ領域幅＝　２００
（ｎｍ）を透過するバンドパスフィルタ ３、中心波長λ＝　７２０（ｎｍ）領域幅＝　２００　
（ｎｍ）の可視カットフィルタ を使用して効果を比較し、夫々を第４図（ａ）、第４図
（ｂ）ならびに第４図（ｃ）に示した。即ち各回とも横
軸に波長を、縦軸には透過率を採りその関係を示してお
り、第４図（ｃ）の特性をもつ可視カットフィルタを利
用した場合、前記半導体基板２を透過してくる透過赤外
線７を検出した画像特性と同程度である。

一方第４図（ｂ）の特性を持つバンドパスフィルタ３を
適用すると前述の可視カットフィルタに比較して画像特
性が向上し、接合型半導体基板の接合部に存在する欠陥
部濃度が小さくても識別可能であった。

しかし第２図（ｂ）に示すように欠陥部Ａ工〜Ａ４が隣
接している場合にはその境界部分の画像特性が鮮明に得
られないが、第４図（ａ）に示すバンドパスフィルタを
利用するとこの問題も解消でき、鮮明で解像度の良い画
像特性が得られる。

このように半導体基板の禁制帯幅Ｅｇにほぼ相当する波
長領域を透過するバンドパスフィルタを利用することに
よって鮮明な欠陥部が安定して抽出可能になる。Ｓｉの
禁制帯幅Ｅｇは約１　、１　（ｅＶ）であり波長に換算
すると１１００（ｎ＋ａ）となり実験に使用したバンド
パスフィルタの１００９〜１１ｌ１０９（ｎの波長領域
内に包含されている。

尚光学フィルタの設置方法としてこの実施例では光電変
換装置１と接合型半導体基板２の中間に設置する方式に
ついて説明したが、この光電変換装置１の特性ならびに
この検査装置を設置する環境を考慮して光電変換装置１
に形成する光学鏡筒部に直接光学フィルタを設置しても
同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

このように本発明に係る接合型半導体基板の検査方法に
よると、Ｓｉ半導体基板の鏡面同志もしくは一方にＳＬ
酸化膜を形成した半導体基板を接合して得られる接合型
半導体基板の接合面に存在する欠陥部濃度が小さくても
この半導体基板の禁制帯幅Ｅｇに相当する波長領域帯付
近のバンドパスフィルタを光電変換装置とこの接合型半
導体基板間に配置すると、このバンドパスフィルタでは
特定の波長成分を通過できるので正常な検出感度が増大
し、照射光量の増加や光電変換装置の検出感度を上げな
くてもよい。

更に半導体基板を透過した赤外線のノイズ成分が除去さ
れてＳ／Ｎ比も向上し、このために半導体基板に存在す
る前記欠陥部は鮮明にかつ安定して抽出できるので自動
化にも多大な貢献を果たすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る検査方法の説明図、第２図ａ、ｂ
は半導体基板の接合面に存在する欠陥部と透過赤外線の
関係を示す図、第３図はＳｉ半導体基板の吸収特性図、
第４図ａ　’＝　８は本発明に係る光学フィルタの透過
特性図、第５図は従来方法の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板表面に形成する鏡面を清浄な雰囲気内に相
   対向して配置後、この両鏡面を密着して接合層を形成し
   て一体としてからこの両半導体基板を透過する赤外線を
   検出して前記接合部に存在する欠陥の有無を検査するに
   当り、透過赤外線を検査する光電変換部と前記半導体基
   板間に、前記半導体基板の保有する禁制帯幅（エネルギ
   ーギャップ）に相当する波長領域を持つフィルタを設置
   してこれからの透過赤外線により前記接合部の欠陥有無
   を検査することを特徴とする接合型半導体基板の検査方
   法