(57)【要約】【課題】積層ＬＳＩの貫通電極の全ての部分の接続状態の検査を漏れなく行う。【解決手段】本発明は、積層された複数のＬＳＩ１０が貫通電極２０により互いに接続された積層ＬＳＩ１１の接続状態を検査する方法である。本発明の検査方法は、積層ＬＳＩ１１の貫通電極２０に給熱又は排熱し、貫通電極２０を通じて熱を移動させる工程と、前記熱の移動時に、積層ＬＳＩ１１の最上面の貫通電極２０表面の温度を測定する工程と、貫通電極２０表面の温度に基づいて、積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出する工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数のＬＳＩが貫通電極により互いに接続された積層ＬＳＩの接続状態を検査する方法であって、
貫通電極に対し給熱又は排熱し、当該貫通電極を通じて熱を移動させる工程と、
前記熱の移動時に、積層ＬＳＩの最上面の貫通電極表面の温度を測定する工程と、
貫通電極表面の温度に基づいて、積層ＬＳＩの接続不良を検出する工程と、を有する積層ＬＳＩの接続状態の検査方法。
【請求項２】
前記熱の移動時に積層ＬＳＩの最上面の貫通電極表面の温度分布を測定し、当該温度分布に基づいて、積層ＬＳＩの接続不良を検出する、請求項１に記載の積層ＬＳＩの接続状態の検査方法。
【請求項３】
前記温度分布に基づいて、貫通電極の接続不良部分を特定する、請求項２に記載の積層ＬＳＩの接続状態の検査方法。
【請求項４】
積層ＬＳＩが積層された基板に設けられた給熱部材又は排熱部材を作動させて貫通電極に対し給熱又は排熱する、請求項１〜３のいずれかに記載の積層ＬＳＩの接続状態の検査方法。
【請求項５】
積層ＬＳＩに設けられた所定の内部回路を作動させ発熱させて貫通電極に対し給熱する、請求項１〜３のいずれかに記載の積層ＬＳＩの接続状態の検査方法。
【請求項６】
積層された複数のＬＳＩが貫通電極により互いに接続された積層ＬＳＩの接続状態を検査する装置であって、
貫通電極に対し給熱又は排熱する手段と、
積層ＬＳＩの最上面の貫通電極表面の温度を測定する手段と、
貫通電極表面の温度に基づいて、積層ＬＳＩの接続不良を検出する手段と、
を備える、積層ＬＳＩの接続状態の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層された複数のＬＳＩが貫通電極により互いに接続された積層ＬＳＩにおける該接続状態を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高集積化を図るため、基板上に複数のＬＳＩを積層して実装する３次元実装の半導体装置がある。この３次元実装の半導体装置において、各層を貫通したビアが縦方向直線上に互いに整列して接合されてなるいわゆる貫通電極により、積層ＬＳＩを最下層から最上層まで貫き縦方向に接続する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−００４５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記３次元実装の半導体装置の良、不良を検討する上で、貫通電極による積層ＬＳＩの接続状態を検査することがある。
【０００５】
接続状態は、貫通電極を構成する各層のビアに発生するボイドや、上下ビア間のバンプ接合の状態に左右され、その検査は、電気的測定により行うか、断面観察などの破壊検査により行うことができる。しかしながら、これら手法では、通電させた又は断面観察した貫通電極の一部箇所についてのみ検査が行われ、最下層から最上層までの全範囲での貫通電極に対する状態検査を行うことはできなかった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、積層ＬＳＩの各層を繋ぐ貫通電極の全ての部分の接続状態の検査を漏れなく行うことができる、方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、積層された複数のＬＳＩが貫通配線により互いに接続された積層ＬＳＩの接続状態を検査する方法であって、貫通電極に対し給熱又は排熱し、当該貫通電極を通じて熱を移動させる工程と、前記熱の移動時に、積層ＬＳＩの最上面の貫通電極表面の温度を測定する工程と、貫通電極表面の温度に基づいて、前記積層ＬＳＩの接続不良を検出する工程と、を有する積層ＬＳＩの接続状態の検査方法である。
【０００８】
本発明によれば、貫通電極を通じて熱を移動させ、その熱の移動中に積層ＬＳＩの最上面の貫通電極表面の温度を測定し、当該温度に基づいて積層ＬＳＩの接続不良を検出するので、積層ＬＳＩの貫通電極の全ての部分について検査を行うことができる。
【０００９】
上記積層ＬＳＩの接続状態の検査方法において、前記熱の移動時の積層ＬＳＩの最上面の貫通電極表面の温度分布を測定し、当該温度分布に基づいて前記積層ＬＳＩの接続不良を検出するようにしてもよい。かかる場合、より正確に積層ＬＳＩの接続不良を検出できる。
【００１０】
前記温度分布に基づいて、貫通電極の接続不良部分を特定するようにしてもよい。かかる場合、貫通電極の接続不良部分を簡単に特定できる。
【００１１】
積層ＬＳＩが実装された基板に設けられた給熱部材又は排熱部材を作動させて貫通電極に対し給熱又は排熱してもよい。
【００１２】
積層ＬＳＩに設けられた所定の内部回路を作動させ発熱させて前記貫通電極に対し給熱してもよい。かかる場合、積層ＬＳＩの内部回路を用いて貫通電極に給熱するので、検査装置側に給熱のための装置を設ける必要がなく、検査装置の構成を簡略化できる。
【００１３】
また上記目的と達成するために、本発明は、積層された複数のＬＳＩが貫通電極により互いに接続された積層ＬＳＩの接続状態を検査する装置であって、貫通電極に対し給熱又は排熱する手段と、積層ＬＳＩの最上面の貫通電極表面の温度を測定する手段と、貫通電極表面の温度に基づいて、積層ＬＳＩの接続不良を検出する手段と、を備える、積層ＬＳＩの接続状態の検査装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】半導体装置と検査装置の構成を示す模式図である。
【図２】接続不良がない場合の貫通電極表面の温度分布の一例を示す。
【図３】貫通電極にボイドがある場合の貫通電極表面の温度分布の一例を示す。
【図４】バンプにボイドがある場合の貫通電極表面の温度分布の一例を示す。
【図５】バンプにはみ出し部分がある場合の貫通電極表面の温度分布の一例を示す。
【図６】インターポーザにペルチェ素子を設けた場合の半導体装置と検査装置の構成を示す模式図である。
【図７】ＬＳＩチップにＪＴＡＧ回路を設けた場合の半導体装置と検査装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、検査の対象となる積層ＬＳＩを３次元実装した３Ｄ−ＳｉＰ（System-in-package）などの半導体装置１と、貫通電極による積層ＬＳＩの接続状態を検査する検査装置２の構成の概略を示す模式図である。
【００１６】
図１の半導体装置１は、積層された複数のＬＳＩ１０チップからなる積層ＬＳＩ１１と、積層ＬＳＩ１１を一方の面、ここでは上面に実装した基板としてのインターポーザ１２と、インターポーザ１２の反対側の面、ここでは下面に設けられた外部端子としてのソルダボール１３とを有している。
【００１７】
積層ＬＳＩ１１は、各層のＬＳＩ１０チップを縦方向に貫通しインターポーザ１２の電極に接続される貫通電極２０を有している。貫通電極２０は、各ＬＳＩチップ１０内を上下に貫通するＴＳＶ(Through silicon via)などのビア３０が縦方向直線上に互いに整列し、上下層間でバンプ３１に接合されて構成されている。最下層のビア３０は、最下層のバンプ３１を介してインターポーザ１２の電極に接続されている。
【００１８】
また、ＬＳＩチップ１０同士の隙間と、最下層のＬＳＩ１０とインターポーザ１２の隙間には、絶縁性があり熱伝導性が低いアンダーフィル樹脂４０が充填されている。
【００１９】
検査装置２は、例えば、積層ＬＳＩ１１の最上面に露出する貫通電極２０表面、つまり最上層のビア３０表面の温度分布を測定する温度分布測定装置６０と、半導体装置１を載置しソルダボール１３を通じて半導体装置１に電気信号を送信する検査基板６１と、温度分布測定装置６０及び検査基板６１と通信し、これらを制御する検査制御装置６２を有している。
【００２０】
温度分布測定装置６０は、例えばサーモグラフィーであり、積層ＬＳＩ１１の最上面の貫通電極２０表面の温度分布を検出できる。
【００２１】
検査基板６１は、例えば検査用回路を有する基板であり、その上面には、半導体装置１のソルダボール１３と接続される複数の外部電極６１ａが形成されている。
【００２２】
検査基板６１には、インターポーザ１２を介して積層ＬＳＩ１１の貫通電極２０に給熱して温度勾配を形成するための手段としての発熱素子５０が設けられている。この発熱素子５０は、例えば検査装置２の給電により作動する。なお、発熱素子５０は、給熱のみ行うことのできる部材に限らず、排熱も可能なペルチェ素子などを用いても良い。本実施の形態では、発熱素子としてペルチェ素子５０を用いる。
【００２３】
検査制御装置６２は、例えばコンピュータであり、検査基板６１に対し電気信号を送り、検査基板６１を作動させることができる。検査基板６１は、ペルチェ素子５０に給電し、ペルチェ素子５０を作動させることができる。また、検査制御装置６２は、検査基板６１の作動と同期させ、温度分布測定装置６０を作動させることができる。検査制御装置６２は、温度分布測定装置６０から測定結果を取得し、その測定結果の貫通電極２０表面の温度分布に基づいて積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出し、さらに貫通電極２０の接続不良部分を特定することができる。
【００２４】
次に、以上のように構成された検査装置２を用いて半導体装置１の接続状態を検査する方法について説明する。
【００２５】
先ず、積層ＬＳＩ１１の貫通電極２０に給熱し貫通電極２０内に温度勾配を形成して、貫通電極２０を通じて熱を移動させる。具体的には、例えば先ず、検査制御装置６２により検査基板６１のペルチェ素子５０に給電し、ペルチェ素子５０を作動させ、ペルチェ素子５０の発熱により、インターポーザ１２を介して積層ＬＳＩ１１に給熱され、半導体装置１の全体を一定の温度に安定させる。次に、ペルチェ素子５０により積層ＬＳＩ１１の貫通電極２０の熱を吸収し、貫通電極２０に温度勾配を形成して、貫通電極２０を通じて熱を移動させる。
【００２６】
熱を移動させている間、つまり熱による温度の過渡応答中に、温度分布測定装置６０により積層ＬＳＩ１１の最上面の貫通電極２０、つまり最上層のビア３０表面の温度分布が測定される。なお、この温度分布の測定は、一回行われてもよいし、断続的に複数回行われてもよいし、連続的に行われてもよい。この測定して得られた温度分布の情報は、検査制御装置６２に出力される。
【００２７】
次に、検査制御装置６２により、貫通電極２０表面の温度分布に基づいて積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出する。例えば、温度分布測定装置６０により測定された貫通電極２０表面の面内温度分布と、予め取得されている接続良時の貫通電極２０表面の温度分布とが比較される。そして、測定された貫通電極２０表面の温度分布と、接続良時の貫通電極２０表面の温度分布が、所定の閾値よりも異なっている場合には、積層ＬＳＩ１１が接続不良と判定される。これは、積層ＬＳＩ１１の貫通電極２０に接続不良がある場合には、正常時に比べて貫通電極２０の熱抵抗が増大し、貫通電極２０を通じた熱の移動が妨げられ、貫通電極２０表面の温度が影響されることによる。
【００２８】
また、測定された貫通電極２０表面の温度分布により、積層ＬＳＩ１１の貫通電極２０の接続不良部分が特定される。例えば、予め取得しておいた貫通電極２０の各部分、例えばビア３０やバンプ３１の接続不良時の温度分布パターンに基づいて、貫通電極２０の接続不良部分が特定される。例えば貫通電極２０に接続不良がない場合には、図２に示すように均一な温度分布となるが、ビア３０に接続不良であるボイドがある場合には、図３に示すようにボイドのある一部の温度が高くなり、バンプ３１にボイドがある場合には、図４に示すようにボイドのある一部の温度が高くなる。また、バンプ３１に他の接続不良であるはみ出し部分がある場合には、図５に示すように温度が低い部分が貫通電極２０の表面の円形からはみ出した形で表れる。このように、それぞれの接続不良部分に応じて、貫通電極２０表面の温度分布が異なるので、貫通電極２０表面の温度分布を測定することにより接続不良部分を特定できる。なお、以上の図２〜図５は、実際にサーモグラフィーにより撮像された貫通電極２０表面の温度分布である。
【００２９】
本実施の形態によれば、貫通電極２０を通じて熱を移動させ、その熱の移動中に積層ＬＳＩ１１の最上面の貫通電極２０表面の温度を測定し、当該温度に基づいて積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出する。貫通電極２０表面の温度は、貫通電極２０の全ての部分の接続不良、つまり熱抵抗を引き起こす接続状態の影響を受けるので、積層ＬＳＩ１１の最下層から最上層までの全範囲での貫通電極２０について検査を行うことができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、積層ＬＳＩ１１の最上面の貫通電極２０面内の温度分布を測定し、当該温度分布に基づいて積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出するので、貫通電極２０上面の一点或いは平均の温度で接続不良を検出する場合に比べて、より正確に積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出できる。
【００３１】
また、貫通電極２０面内の温度分布に基づいて貫通電極２０の接続不良部分、例えばビア３０やバンプ３１を特定するので、貫通電極２０の接続不良部分を簡単に特定できる。これにより、その接続不良部分の製造条件等を調整して、接続不良を改善できる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、ペルチェ素子５０により、積層ＬＳＩ１１に給熱した後排熱して貫通電極２０の熱を移動させていたが、他の方法を用いて熱を移動させてもよい。例えば積層ＬＳＩ１１を初期状態として室温で安定させておき、その後、検査基板（ホットプレート）６１から積層ＬＳＩ１１に給熱を行って、熱を移動させてもよい。
【００３３】
また、以上の実施の形態では、貫通電極２０の最上面の面内の温度分布に基づいて、積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出していたが、貫通電極２０の最上面の温度変動（過渡温度）により、接続不良を検出してもよい。かかる場合、例えば定常温度状態の積層ＬＳＩ１１に給熱し、温度が安定するまでの間、貫通電極２０の最上面の過渡温度を測定する。そして、測定された過渡温度を、予め取得されている正常品のものと比較する。接続不良のものは正常品に比べて温度変動が遅くなるため、かかる過渡温度の測定により、積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出できる。ところで、例えば接続不良で熱抵抗が高い場合には、正常品に比べて定常状態の貫通電極２０面内の温度が低くなるが、不良部分が小さい（たとえば径が数十ミクロン）場合には、この温度差はほとんど分からないことがある。不良部分が小さい場合であっても、接続不良のものは、温度上昇または下降速度が正常品よりも確実に遅くなるので、本例のように過渡温度を測定することにより接続不良を確実に検出できる。また、接続不良のものと正常品の温度差分をとることにより、繰り返し計測によって積分回数を増やし、検出感度を高めることができる。
【００３４】
上記実施の形態では、ペルチェ素子５０などの給熱部材又は排熱部材を検査基板６１に設けていたが、図６に示すようにインターポーザ１２に設けてもよい。かかる場合、インターポーザ１２に設けられたペルチェ素子５０を作動させて貫通電極２０に対し給熱又は排熱できるので、簡単な構成で効率的に貫通電極２０の熱を流動できる。
【００３５】
以上の実施の形態において、積層ＬＳＩ１１に設けられた所定の内部回路を作動させ発熱させて貫通電極２０に給熱してもよい。かかる場合、例えば図７に示すように各ＬＳＩチップ１０に、給電により作動して発熱するＪＴＡＧ(Joint Test Action Group)回路７０が設けられる。ＪＴＡＧ回路７０は、例えば検査基板６１から各ＬＳＩチップ１０への給電により作動する。かかる場合、例えば各層のＬＳＩチップ１０のＪＴＡＧ回路７０を所定の順番で作動させ、その都度、温度分布測定装置６０により貫通電極２０表面の温度を測定してもよい。このとき、下の層から上の層に向けて順番にＪＴＡＧ回路７０を作動させてもよいし、上の層から下の層に向けて順番にＪＴＡＧ回路７０を作動させてもよい。また総ての層のＪＴＡＧ回路７０を同時に作動させてもよい。この例によれば、積層ＬＳＩ１１の内部回路を用いて貫通電極２０に給熱するので、検査装置２側に給熱装置を設ける必要がなく、検査装置２の構成を簡略化できる。
【００３６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３７】
例えば以上の実施の形態において、貫通電極２０表面の温度分布や過渡温度に基づいて積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出していたが、貫通電極２０表面の単なる温度に基づいて積層ＬＳＩ１１の接続不良を検出してもよい。かかる場合、測定された貫通電極２０表面の温度と、予め取得しておいた接続良時の温度を比較し、その差が所定の閾値を超えた場合に、貫通電極２０の接続不良としてもよい。
【００３８】
また、貫通電極２０への給熱又は排熱を検査基板６１やインターポーザ１２のペルチェ素子５０やＪＴＡＧ回路７０により行っていたが、半導体装置１の外部の給熱部材又は排熱部材により貫通電極２０に給熱又は排熱してもよい。例えばレーザ光照射装置によるレーザ光の照射、加熱プレートによる加熱、冷却プレートによる冷却等により貫通電極２０に給熱又は排熱してもよい。また、半導体装置１の構成は、以上の例に限られず、貫通電極による接続された積層ＬＳＩを有する他の構成の半導体装置にも本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  半導体装置
２  検査装置
１０  ＬＳＩチップ
１１  積層ＬＳＩ
１２  インターポーザ
２０  貫通電極
３０  ビア
３１  バンプ
６０  温度分布測定装置
６１  検査基板
６２  検査制御装置
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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