JPH0480938A - Soi基板検査方法 - Google Patents

Soi基板検査方法

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JPH0480938A
JPH0480938A JP19401890A JP19401890A JPH0480938A JP H0480938 A JPH0480938 A JP H0480938A JP 19401890 A JP19401890 A JP 19401890A JP 19401890 A JP19401890 A JP 19401890A JP H0480938 A JPH0480938 A JP H0480938A
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JP
Japan
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soi substrate
voltage
semiconductor layer
substrate
type
Prior art date
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JP19401890A
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English (en)
Inventor
Shoji Usui
臼井 章二
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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】 〔概要〕 SOI基板検査方法、特に、高集積および高速半導体装
置用の半導体基板に適した貼り合わせSO■基板の、半
導体層と絶縁体層の接着状態の検査方法に関し、 基板の貼り合わせ面内に存在する微小な空隙でも非破壊
的に検査できる検査方法を提供することを目的とし、 貼り合わせSOI基板の両面に、時間的に変化する電圧
を印加し、該基板中の空隙内で発生する部分放電に起因
するパルス状電圧を観測することによって、該基板中に
存在する空隙の状態を試験するように構成した。
また、このSO■基板検査方法において、導電型が異な
る半導体層によって絶縁体層が挟まれている構造を有す
るSOI基板である場合、P型の半導体層が常にn型の
半導体層より高い電位になるように電圧を印加するよう
に構成した。
また、このSOI基板検査方法において、導電型が同じ
半導体層によって絶縁体層が挟まれている構造を有する
SOI基板である場合、厚い半導体層が常に薄い半導体
層の電位より、P型であれば高く、n型であれば低くな
るように電圧を印加するように構成した。
また、このSOI基板検査方法において、SO■基板を
絶縁性流体で覆った状態で試験をするように構成した。
また、このSOI基板検査方法において、SO■基板を
真空中においた状態で試験をするように構成した。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、SOI基板検査方法、特に、高集積および高
速半導体装置用の半導体基板に適した貼り合わせSOI
基板の半導体層と絶縁体層の接着状態の検査方法に関す
る。
近年、表面に酸化膜が形成されたSi半導体基板と、表
面に酸化膜が形成されていることを要しないSi半導体
基板を酸化膜を内側にして接触させ、熱処理を加えて貼
り合わせることによって形成するSOI基板は、ウェー
ハに酸素を高濃度にイオン注入してウェーハの中間に5
iOz層を形成するS IMOX等の他の方法で形成さ
れたSOI基板に比べてSiの結晶性が優れており、通
常の単結晶Si基板と同じ製造工程を用いて半導体装置
を製造することができるために多用されている。
〔従来の技術〕
この貼り合わせSOI基板を製造する場合、2枚の半導
体基板を完全に貼り合わせることは容易でなく、貼り合
わせ面内に空隙が発生することがあり、極端な場合には
、その後の製造工程において、貼り合わせた基板どうし
が剥がれたり、種々の不都合が生じるおそれがある。
そのため、従来、2枚のSt基板によって絶縁体層を挟
んで接着した後に、超音波、赤外線、X線等を用いて、
非破壊検査を行い空隙の有無を検査していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、従来の超音波および赤外線を用いた検査方法
によると、その波長より短い厚さの微小な空隙を検出す
ることは原理的に不可能であり、X線による検査では、
空隙のような吸収の少ない部分の検出が困難であった。
本発明は、上記の点に鑑み、基板の貼り合わせ面内に存
在する微小な空隙でも非破壊的に検査できる検査方法を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明にかかるSOI基板検査方法においては、貼り合
わせSOI基板の両面に、時間的に変化する電圧を印加
し、該基板中の空隙内で発生する部分放電に起因するパ
ルス状電圧を観測することによって、該基板中に存在す
る空隙の状態を試験することとした。
また、このSOI基板検査方法において、導電型が異な
る半導体層によって絶縁体層が挟まれている構造を有す
るSOI基板である場合、P型の半導体層が常にn型の
半導体層より高い電位になるように電圧を印加すること
とした。
また、このSOI基板検査方法において、導電型が同じ
半導体層によって絶縁体層が挟まれている構造を有する
SOI基板である場合、厚い半導体層が常に薄い半導体
層の電位より、P型であれば高く、n型であれば低くな
るように電圧を印加することとした。
また、このSoI基板検査方法において、SOI基板を
絶縁性流体で覆った状態で試験をすることとした。
そしてまた、このS6■基板検査方法において、SOI
基板を真空中においた状態で試験をすることとした。
〔作用〕
貼り合わせSOI基板の両面に電極を配置し、この間に
時間的に変化するある値以上の電圧を印加すると、SO
I基板に空隙がある場合、この空隙内で部分放電が発生
する。
この部分放電に伴うパルス状電圧の大きさにより空隙の
大きさが推定でき、また、パルス状電圧の量により空隙
の量が推定できる。
この部分放電が発生する電圧は、空隙の状態にもよるが
、1気圧の空気が空隙内を満たしている場合では、空隙
内の電界強度が3000V/mm以上である。
時間的に変化する電圧を交流電圧の形で印加する場合は
、その周波数は、部分放電に伴うパルス状電圧と分離す
る必要があるため、低い方が好ましく、商用周波数であ
る50Hzあるいは60H2を用いることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
(1)第1実施例 この実施例においては、絶縁油中で、絶縁体層が異なる
導電型の半導体層によって挟まれた構造のSOI基板を
検査する方法の例を示す。
第1図は、本発明のSOI基板検査方法の第1実施例の
説明図である。
この第1図において、1は半導体層、2は絶縁体層、3
は半導体層、4は導電性容器、5は電極、6は電極、7
はケーブル、8は絶縁油、HPFは遮断周波数100k
Hzの高域通過濾過器、LPFは遮断周波数1kHzの
低域通過濾波器、Rは100にΩの負荷抵抗、Elは5
0Hz、20Vの交流電源、E2は30Vの直流バイア
ス電源である。
この実施例においては、厚さ1μのSiO□からなる絶
縁体層2が、n型Si半導体層lと、P型Si半導体層
3によって挟まれた構造の貼り合わせSOI基板が、導
電性容器4の低部に設けられた電極5の上に載置され、
その上に電極6が置かれ、この電極6からシールド線か
らなるケーブル7によって電気的に引き出されており、
導電性容器4中に、絶縁油であるシリコンオイル8が満
たされている。
そして、SOI基板の両端に配置された電極5.6に、
ケーブル7を通じ、LPFを介して、直流電圧E2と交
流電圧E、を重畳した電圧が印加され、SOI基板中の
空隙に発生する部分放電によって発生するパルス状電圧
は、ケーブル7を通し、HPFを介して負荷抵抗Rに加
わり、この負荷抵抗の両端に生じるパルス状電圧はオシ
ロスコープ等の観測装置によって観測される。
この部分放電に伴うパルス状電圧を観測するには、基板
内の空気の状態、および、印加電圧等にもよるが、数μ
mの大きさの空隙がSOI基板中に発生している場合、
帯域20MHzクラスのオシロスコープで充分である。
第2図は、本発明のSOI基板検査方法におけるケーブ
ル7のA点で観測される電圧波形のモデルである。
この部分放電に伴うパルス状電圧波形の電圧から空隙の
大きさが推定でき、パルスの量から空隙の量が推定でき
る。
不純物の導電型が異なる2つの半導体層によって、絶縁
体層が挾まれる構造を有するSOI基板を検査する場合
は、印加電圧が変化しても、p型半導体層が常にn型半
導体層より高い電位になるようにバイアスする。
このようにすると、絶縁体層を挟んで順方向に電圧を印
加することになり、逆方向に電圧を印加する場合に生じ
る空乏層の拡がりがなく、半導体層での抵抗が減少し、
等価的に絶縁層両端に加わる電圧が上昇する。
さらに、その結果、部分放電によって発生するパルス状
電圧の減衰を抑えることができ、検出感度を上げること
ができる。
また、SOI基板を絶縁油中に置いて検査を行うことに
より、SOI基板の端部での部分放電、および沿面放電
を抑制でき、基板中で発生する部分放電によるパルス状
電圧だけを観測することができる。
(2)第2実施例 この実施例においては、真空中で、絶縁体層が同じ導電
型の半導体層によって挟まれた構造のSOI基板を検査
する方法の例を示す。
第3図は、本発明のSOI基板検査方法の第2実施例の
説明図である。
この図において、9が密閉された導電性真空容器である
こと、および、半導体層1がp型Si、半導体層3が厚
さ3000人程度0薄いP型Siであることの他は、第
1図において同符号を付して説明したものと同じである
そして、この場合に空隙の部分放電に伴うパルス状電圧
波形は、第2図に示されたものと同様である。
この実施例におけるように、SOI基板が、絶縁体層が
異なる導電型の2つの半導体層によって挾まれる構造を
有し、活性層側の半導体層3が研磨されて薄くなってい
る場合は、P型であれば、厚い半導体層1が常に薄い半
導体層3の電位より高くなるように電圧を印加する。
そして、n型であれば、厚い半導体層1が常に薄い半導
体層の電位より低くなるように電圧を印加する。
このように電圧を印加すると、厚い半導体層1には空乏
層ができないため、厚い半導体層1での抵抗が減少する
この場合、薄い半導体層3には空乏層ができるが、現在
、主に製造されている素子を形成する半導体層の厚さは
、約3000人程度であり、これに対し基板となる半導
体層1の厚さは600μm程度であるから、薄い半導体
層3の空乏層の影響は少ない。
このため、等価的に絶縁体層の両端に加わる電圧が上昇
し、さらに部分放電によって発生するパルス状電圧の減
衰も抑えることができ、検出感度を上げることができる
SOI基板を真空中に置いて検査を行うと、基板を汚染
することがなく、SOI基板の端部での部分放電を抑制
でき、基板内部で発生する部分放電によるパルス状電圧
の測定感度を上げることができる。
上記の対策を施した場合の測定感度は、通常数pC(ピ
コクーロン)である。
さらに、感度を上げるためには、ノイズを下げる必要が
ある。
さらに、測定感度を上げるためには、商用周波数のノイ
ズ、あるいはデジタル信号処理や放電現象を伴う機器か
ら発生するパルス性ノイズの影響を低減しなければなら
ないから、測定系全体を電波暗室内に設置する等の対策
を講じることが望ましい。
〔発明の効果〕
本発明によると、貼り合わせSOI基板の接合面に存在
する可能性がある空隙の有無およびその状態を非破壊的
に検査することができ、貼り合わせSo■基板を使用し
た半導体装置の信頼性を向上することができ、この技術
分野において貢献するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のSOI基板検査方法の第1実施例の
説明図、 第2図は、本発明のSOI基板検査方法におけるケーブ
ル7のA点で観測される電圧波形のモデル、 第3図は、本発明のSOI基板検査方法の第2実施例の
説明図である。 ■−・−半導体層、2−・・絶縁体層、3−半導体層、
4導電性容器、5−電極、6−電極、7−ケーブル、8
−絶縁油、9−・密閉された真空容器、HPF−−−遮
断周波数100kHzの高域通過濾過器、L P F−
一遮断周波数1kHzの低域通過濾波器、R−−−10
0kΩの負荷抵抗、E、・−50Hz、20■の交流電
源、E、−30Vの直流バイアス電源 特許出願人   冨士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 − 本発明の50 基板検量方法の第1実施例の説明図 第 図 時間 本発明のS○1基板検査方法にあけるケーブル7のA点
で観測される電圧波形のモデル 本発明のS○ 基板検査方法の第2実施例の説明図 第6図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、貼り合わせSOI基板の両面に、時間的に変化
    する電圧を印加し、該基板中の空隙内で発生する部分放
    電に起因するパルス状電圧を観測することによって、該
    基板中に存在する空隙の状態を試験することを特徴とす
    る貼り合わせSOI基板検査方法。
  2. (2)、導電型が異なる半導体層によって絶縁体層が挟
    まれている構造を有するSOI基板である場合、p型の
    半導体層が常にn型の半導体層より高い電位になるよう
    に電圧を印加することを特徴とする請求項1記載のSO
    I基板の検査方法。
  3. (3)、導電型が同じ半導体層によって絶縁体層が挟ま
    れている構造を有するSOI基板である場合、厚い半導
    体層が常に薄い半導体層の電位より、p型であれば高く
    、n型であれば低くなるように電圧を印加することを特
    徴とする請求項1記載のSOI基板の検査方法。
  4. (4)、SOI基板を絶縁性流体で覆った状態で試験を
    することを特徴とする請求項1記載のSOI基板の検査
    方法。
  5. (5)、SOI基板を真空中においた状態で試験をする
    ことを特徴とする請求項1記載のSOI基板の検査方法
JP19401890A 1990-07-24 1990-07-24 Soi基板検査方法 Pending JPH0480938A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7258209B2 (en) 2000-05-29 2007-08-21 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Brake drum and method for producing the same
JP2011209266A (ja) * 2010-03-08 2011-10-20 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の絶縁欠陥検出装置
US8905202B2 (en) 2011-03-07 2014-12-09 Tpr Co., Ltd. Brake drum
JP2019203820A (ja) * 2018-05-24 2019-11-28 三菱電機株式会社 絶縁基板の検査方法、検査装置

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US8905202B2 (en) 2011-03-07 2014-12-09 Tpr Co., Ltd. Brake drum
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