(57)【要約】【課題】電流のリーク箇所をより確実に検出可能な、電流のリーク箇所の検出方法を提案する。【解決手段】  一実施形態に係る電流のリーク箇所の検出方法は、半導体素子２０に液晶４０を塗布する工程Ｓ１と、液晶４０が塗布された半導体素子２０の温度が液晶４０の相転移温度未満となるように冷却装置３４により半導体素子２０を冷却しながら、半導体素子２０に電力を供給した状態において、液晶４０のうち相転移が生じた相転移領域４０ａを、電流のリーク箇所として検出する工程と、とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子に液晶を塗布する工程と、
前記液晶が塗布された前記半導体素子の温度が前記液晶の相転移温度未満となるように冷却装置により前記半導体素子を冷却しながら、前記半導体素子に電力を供給した状態において、前記液晶のうち相転移が生じた相転移領域を、電流のリーク箇所として検出する工程と、
を備える、電流のリーク箇所の検出方法。
【請求項２】
前記冷却装置は、ペルチェ素子を含む、
請求項１記載の電流のリーク箇所の検出方法。
【請求項３】
前記半導体素子に含まれる半導体材料の熱伝導率は、シリコンの熱伝導率よりも高い、
請求項１又は２記載の電流のリーク箇所の検出方法。
【請求項４】
前記半導体素子に含まれる半導体材料がＳｉＣである、請求項１〜３の何れか一項記載の電流のリーク箇所の検出方法。
【請求項５】
前記半導体素子はＭＯＳ−ＦＥＴ又はダイオードである、
請求項１〜４の何れか一項記載の電流のリーク箇所の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流がリークしている箇所を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の不良箇所を特定する手法として特許文献１に開示されているような、液晶をした方法（以下、液晶法と称す）が知られている。特許文献１に記載の技術では、次のようにして、電流のリーク箇所（すなわち、不良箇所）を特定する。
【０００３】
まず、半導体装置のパッケージの蓋を取り、露出した半導体素子（半導体チップ）の表面に液晶を塗布する。次に、液晶が塗布された半導体素子を駆動する。液晶表面の所定領域を、その所定領域の温度が液晶の相転移温度直下になるように加熱器で加熱する。この加熱される所定領域を移動させながら、電流のリーク箇所における発熱によって液晶に相転移が生じる箇所を偏光顕微鏡で観察する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３９４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶法を利用する場合、不良箇所、すなわち、電流のリーク箇所に対応する液晶領域のみ相転移が生じる必要がある。しかしながら、半導体素子に含まれる半導体材料の熱伝導率の影響により、例えば、電流のリーク箇所の発熱がリーク箇所以外の領域に容易に伝導する。この場合、相転移領域が広範囲になり、結果として、リーク箇所の特定ができない場合が生じ得る。
【０００６】
本発明は、電流のリーク箇所をより確実に検出可能な、電流のリーク箇所の検出方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る、電流のリーク箇所の検出方法は、半導体素子に液晶を塗布する工程と、液晶が塗布された半導体素子の温度が液晶の相転移温度未満となるように冷却装置により半導体素子を冷却しながら、半導体素子に電力を供給した状態において、液晶のうち相転移が生じた相転移領域を、電流のリーク箇所として検出する工程と、を備える。
【０００８】
この方法では、リーク箇所の検出するために、半導体素子に電力が供給される際、半導体素子の温度が冷却装置により相転移温度未満に下げられている。そのため、リーク箇所で生じた熱が、半導体素子におけるリーク箇所以外の領域に伝導されても、その領域の半導体素子の温度は相転移温度を超えず、リーク箇所のみの温度が相転移温度以上にすることが可能である。その結果、リーク箇所をより確実に検出可能である。
【０００９】
一実施形態において、上記冷却装置は、ペルチェ素子を含んでもよい。
【００１０】
ペルチェ素子は、電源で容易に温度制御ができるので、半導体素子の温度調整が容易である。
【００１１】
一実施形態において、半導体素子に含まれる半導体材料の熱伝導率は、シリコンの熱伝導率よりも高くてもよい。
【００１２】
シリコンの熱伝導率より高い熱伝導率を有する半導体材料を利用した半導体素子では、リーク箇所で生じた熱が、その周囲により伝導され易いので、上記方法がより有効である。
【００１３】
一実施形態において、半導体素子に含まれる半導体材料がＳｉＣであってもよい。
【００１４】
ＳｉＣの熱伝導率は、Ｓｉよりも高い。そのため、リーク箇所で生じた熱が、リーク箇所から周囲により伝導され易いので、上記方法が有効である。
【００１５】
一実施形態において、半導体素子はＭＯＳ−ＦＥＴ又はダイオードであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電流のリーク箇所をより確実に検出可能な、電流のリーク箇所の検出方法が提案される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係る電流のリーク箇所の検出方法が適用される半導体装置を模式的に示す平面図である。
【図２】リーク箇所の検出のための装置の模式図である。
【図３】電流のリーク箇所の検出方法を示すフローチャートである。
【図４】一部に相転移が生じた場合の液晶の平面図である。
【図５】半導体素子を冷却装置により冷却しなかった場合における半導体素子の温度と相転移温度との関係を模式的に示す図面である。
【図６】冷却装置を利用して半導体素子を相転移温度未満に冷却しながらリーク箇所の検出を行う場合の半導体素子の温度と相転移温度との関係を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、一実施形態に係る電流のリーク箇所の検出方法が適用される半導体装置を模式的に示す平面図である。図１に示される半導体装置１０は、いわゆるディスクリート型の半導体装置である。半導体装置１０の一例は、電力用半導体装置である。
【００２０】
半導体装置１０は、ダイパッド１２と、リード１４，１６，１８と、半導体素子２０とを備える。
【００２１】
ダイパッド１２は、半導体素子２０が搭載されるチップ搭載基板である。ダイパッド１２は、半導体素子２０と電気的に接続され得る。ダイパッド１２の平面視形状（板厚方向から見た形状）の例は長方形である。ダイパッド１２の材料の例は、銅（Ｃｕ）及び銅合金等の金属を含む。ダイパッド１２には、貫通孔２２が形成され得る。貫通孔２２は、例えば螺子によって半導体装置１０を他の部材に固定する際に、螺子を通すための孔である。
【００２２】
リード１４，１６，１８は並列に配置されている。リード１４は、リード１６とリード１８との間に位置している。リード１４，１６，１８及びダイパッド１２は、リードフレームを構成し得る。リード１４の内側端部は、ダイパッド１２に機械的（換言すれば、物理的）に一体的に連結されている。ダイパッド１２は導電性を有するので、リード１４とダイパッド１２とは電気的に接続されている。リード１４の材料の例はダイパッド１２の材料と同じ材料を含む。リード１６，１８の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。
【００２３】
半導体素子２０は、ダイパッド１２上の所定位置に搭載される。半導体素子２０の例はＭＯＳ−ＦＥＴ及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のトランジスタ、サイリスタ並びにダイオードを含む。以下の説明では、特に断らない限り、半導体素子２０は、ＭＯＳ−ＦＥＴである。半導体素子２０の半導体材料の例は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）及びダイヤモンドを含む。半導体素子２０の大きさの例は、１ｍｍ角〜６ｍｍ角である。半導体素子２０の平面視形状は、正方形に限定されない。例えば、半導体素子２０の平面視形状は、長方形であってもよい。
【００２４】
半導体素子２０は、ゲート電極パッドＧＰと、ソース電極パッドＳＰと、ドレイン電極ＤＰ（図２参照）とを有する。ゲート電極パッドＧＰとソース電極パッドＳＰとは、下部電極としてのドレイン電極ＤＰと反対側に配置されている。
【００２５】
半導体素子２０のドレイン電極ＤＰは、ダイパッド１２に電気的に接続されるように、ダイパッド１２に実装されている。例えば、ドレイン電極ＤＰは、導電性を有する接着層を介してダイパッド１２に実装される。これにより、半導体素子２０は、ダイパッド１２に電気的に接続されると共に、ドレイン電極ＤＰと、リード１４とが電気的に接続される。この場合、リード１４はドレイン電極端子に対応する。
【００２６】
ゲート電極パッドＧＰは、配線２４を介してリード１６に接続される。よって、リード１６はゲート電極端子に対応する。ソース電極パッドＳＰは、配線２６を介してリード１８に接続される。よって、リード１８はソース電極端子に対応する。配線２４,２６は、ワイヤ又はリボンであってもよい。
【００２７】
ダイパッド１２及び半導体素子２０は、樹脂部２８によって封止され、パッケージ化され得る。従って、半導体装置１０は、樹脂封止型の半導体装置である。図１では、説明の便宜のため、樹脂部２８を破線で示している。リード１４，１６，１８の内側端部は、樹脂部２８に固定される。樹脂部２８の外形形状の一例は、略直方体である。樹脂部２８の材料の例は熱可塑性樹脂を含む。熱可塑性樹脂の例は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）及び液晶ポリマーを含む。樹脂部２８は、ダイパッド１２及び半導体素子２０を熱可塑性樹脂でモールドすることによって形成され得る。樹脂部２８には、ダイパッド１２の貫通孔２２の中心軸線を中心軸線とする貫通孔３０が形成されている。貫通孔３０は、貫通孔２２と同様に螺子止めなどの際などに螺子が通される孔である。貫通孔３０の直径は、貫通孔２２の直径より小さい。
【００２８】
上記半導体装置１０では、リード１４，１６，１８を介して半導体素子２０に電力を供給可能である。従って、リード１４，１６，１８を介して半導体素子２０に電力を供給することによって、半導体装置１０、すなわち、半導体素子２０を駆動可能である。
【００２９】
図１に示した半導体装置１０に故障が生じた場合の不良解析（又は故障解析）の一つの手法として、液晶を利用した方法（液晶法）がある。液晶法は、液晶の相転移を利用して不良箇所を特定する方法である。すなわち、半導体装置１０が有する半導体素子２０に不良箇所が生じていると、不良箇所にリーク電流が生じる。その結果、リーク電流が生じている箇所が発熱する。液晶法では、リーク電流による発熱に起因して、半導体素子２０に塗布された液晶に生じた相転移領域を特定することによって、半導体素子２０の電流のリーク箇所、すなわち、不良箇所を特定する。
【００３０】
一実施形態に係る電流のリーク箇所の検出方法について説明する。図２は、電流のリーク箇所を検出するための装置（以下、不良箇所検出装置と称す）の概略構成を示す図面である。電流のリーク箇所の検出により不良箇所が検出されるので、電流のリーク箇所の検出方法は、不良箇所の検出方法（又は解析方法）であり得る。
【００３１】
不良箇所検出装置は、図２に示したように、相転移検出装置としての顕微鏡３２と、冷却装置としてのペルチェ素子３４とを備える。顕微鏡３２の例は、実体顕微鏡及び偏光顕微鏡を含む。顕微鏡３２は、リーク箇所検出部としての観察部３６と、解析対象である半導体装置１０が載置されるステージ（基台）３８とを備える。顕微鏡３２は、観察部３６が有する対物レンズ３６ａで半導体素子２０の像を取得できるように、観察部３６とステージ３８との３次元的な位置関係が調整できるような機構を適宜備える。図２では、液晶法を実施するために、ステージ３８上に半導体装置１０が載置された状態が示されている。図２中の半導体装置１０は、半導体素子２０が露出された（樹脂部２８の一部が取り除かれ）状態で示されている。図２では、半導体素子２０に液晶４０が塗布された状態が模式的に示されている。
【００３２】
ペルチェ素子３４はステージ３８上に載置される。ペルチェ素子３４は、ペルチェ素子３４に電流を流すための電源４２に電気的に接続される。ペルチェ素子３４とステージ３８との間には、放熱板４４が設けられてもよい。放熱板４４の材料の例は銅である。
【００３３】
図３は、電流のリーク箇所の検出方法のフローチャートである。図２及び図３を参照して、半導体素子２０における電流のリーク箇所の検出方法について具体的に説明する。
【００３４】
半導体装置１０が有する半導体素子２０に液晶４０を塗布する（液晶塗布工程Ｓ１）。この工程の一例を具体的に説明する。半導体装置１０では，半導体素子２０が樹脂部２８で封止されているので、液晶４０を塗布する前に、半導体素子２０が露出するように樹脂部２８の一部を取り除く。次いで、露出した半導体素子２０の上面（ダイパッド１２と反対側の面）に液晶４０を塗布する。塗布する液晶４０の例は、相転移温度が２５℃〜４０℃の液晶である。塗布する液晶４０の一例は、メルク株式会社製ＢＤＨ−Ｋ１８（相転移温度：２９.３℃）である。
【００３５】
次に、不良箇所検出装置を利用して、電流のリーク箇所の検出を行う（リーク箇所検出工程Ｓ２）。この工程の一例を具体的に説明する。液晶塗布工程Ｓ１を経た半導体装置１０を、ステージ３８上のペルチェ素子３４上に載置する。ペルチェ素子３４上に載置された半導体装置１０のリード１４，１６，１８を、半導体装置１０の駆動源４６に電気的に接続する。この際、リード１４，１６，１８は、図２に示したように、ソケット４８を介して駆動源４６に電気的に接続されてもよい。駆動源４６は、リード１４，１６，１８を介して半導体素子２０に電力を供給できる装置であればよい。例えば、駆動源４６は、電圧源であってもよいし、電圧を印加しながら半導体素子２０に流れる電流値を測定可能な装置であるカーブトレーサでもよい。次に、ペルチェ素子３４によって、半導体素子２０の温度が液晶４０の相転移温度（例えば、２９．３℃）未満となるように半導体素子２０を冷却する。半導体装置１０を載置した後には、半導体素子２０が対物レンズ３６ａの視野内に入るように、適宜、観察部３６とステージ３８との相対位置を調整する。このような調整は、リーク箇所を検出する前に行っておけばよい。
【００３６】
ペルチェ素子３４で冷却された半導体素子２０の温度（ベース温度）の例は、５℃〜１５℃である。このようにペルチェ素子３４で半導体素子２０を冷却しながら、駆動源４６により半導体素子２０に電力を供給し、半導体素子２０を駆動する。一実施形態では、駆動源４６により半導体素子２０のゲート電極パッドＧＰ、ソース電極パッドＳＰ及びドレイン電極ＤＰに電圧を印加する。半導体素子２０の半導体材料がＳｉＣである場合、例えば、半導体素子２０に数ｍＷ程度のリーク電流による電力が発生するように、半導体素子２０に電圧を供給する。
【００３７】
半導体素子２０の駆動によって不良箇所にリーク電流が生じると、そのリーク電流による発熱で液晶４０に相転移が生じる。
【００３８】
図４は、一部に相転移が生じた場合の液晶の平面図である。図４において、液晶４０のうち破線で囲んだ領域が、相転移領域４０ａである。液晶４０において相転移が生じた相転移領域４０ａを、観察部３６で観察又は取得することで、電流のリーク箇所（不良箇所）を特定する。観察部３６による相転移位置の確認は、例えば、目視で行っても良いし、半導体素子２０に塗布された液晶４０を撮影し、撮影画像に基づいて行ってもよい。
【００３９】
本実施形態におけるリーク箇所の検出方法の作用効果について、図５及び図６を利用して説明する。図５は、半導体素子を冷却しなかった場合における半導体素子の温度と相転移温度との関係を模式的に示す図面である。図６は、冷却装置を利用して半導体素子を相転移温度未満に冷却しながらリーク箇所の特定を行う場合の半導体素子の温度と相転移温度との関係を模式的に示す図面である。
【００４０】
図５及び図６中の破線は、電力供給前（例えば、電圧印加前）の半導体素子の素子温度（ベース温度）を示している。図５及び図６中の実線は、電力供給後（例えば、電圧印加後）の半導体素子の素子温度を示している。リーク箇所を特定する際には、半導体素子には液晶が塗布されているので、図５及び図６中の素子温度は、半導体素子に塗布された液晶の温度に対応する。図５及び図６における縦軸は、温度（℃）を示しており、横軸は、図４におけるＡ−Ａ線上の位置を示している。
【００４１】
液晶法では、半導体素子に生じるリーク電流起因の発熱で液晶の特定箇所に相転移が生じることを利用して、電流のリーク箇所が特定される。しかしながら、半導体素子の材料の熱伝導率が高い場合などには、電圧印加により、図５の実線で示したように、半導体素子の広範囲にわたって相転移温度を越える場合があり得る。これは、半導体素子の材料の熱伝導率が高いことにより、リーク箇所で生じた熱が周囲に伝導しやすいためである。このように半導体素子の広範囲の領域で相転移温度を越えると、リーク箇所を特定できない。
【００４２】
更に、Ｓｉを利用した半導体素子に対して液晶法を利用して故障箇所を特定する場合、半導体素子の温度を液晶の相転移温度近傍まで加熱する場合もある。このような手法を熱伝導率がＳｉ（熱伝導率：１．５Ｗ／ｃｍＫ）より十分高いワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣ、より具体的には４Ｈ−ＳｉＣ（熱伝導率：４．９Ｗ／ｃｍＫ）又はワイドバンドギャップ半導体であるダイヤモンド（熱伝導率：２０Ｗ／ｃｍＫ）を含む半導体素子に適用すると、図５に示したようにリーク電流箇所（不良箇所）が特定できない場合がより生じやすい。
【００４３】
これに対して、本実施形態で説明したように、冷却装置としてのペルチェ素子３４を利用して電力供給前に半導体素子２０の素子温度を相転移温度未満（例えば、５℃〜１５℃）に下げておけば、リーク箇所の発熱が他の領域に伝導して素子温度（すなわち、液晶全体の温度）が上昇しても、発熱源であるリーク箇所以外で相転移温度を超えない状態を実現できる。その結果、不良箇所であるリーク箇所を、より確実に特定可能である。従って、例えば、半導体素子２０の材料がＳｉＣ又はダイヤモンドであっても、半導体素子２０におけるリーク箇所をより確実に検出可能である。
【００４４】
ベース温度を下げているため、リーク箇所で相転移を生じさせるためには、ベース温度を下げない場合より、多くの電流が流れるように、半導体素子２０に電力を供給する必要がある。ＳｉＣ又はダイヤモンドを利用した半導体素子２０は、パワーデバイスに採用されるので、電流容量が例えばＳｉを利用した半導体素子より大きいと共に、耐圧特性を有する。従って、パワーデバイスに採用される半導体素子２０における不良解析（故障解析）に、図２及び図３を利用して説明した、電流のリーク箇所の検出方法は有効である。
【００４５】
半導体素子２０を冷却する冷却装置としてペルチェ素子３４を使用する場合には、電源４２によって半導体素子２０の素子温度を容易に調整可能である。
【００４６】
ペルチェ素子３４によって、半導体素子２０（又は液晶）の温度を下げる場合、電力供給前のベース温度（素子温度）と、相転移温度との差は、電力供給により半導体素子２０の温度が上昇した際に、リーク箇所のみで相転移温度を越えるように設定されればよい。一実施形態において、このようなベース温度の例は、液晶４０の相転移温度から１４℃〜２５℃下の温度であり得る。他の実施形態において、ベース温度の例は、室温（例えば、２０℃〜２５℃）より低い温度であってもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４８】
半導体素子２０を含み不良解析される半導体装置として、図１に示したディスクリート型の半導体装置１０を例示した。しかしながら、上述した、電流のリーク箇所の検出方法は、半導体素子２０を含む半導体装置であれば適用され得る。
【００４９】
例えば、上記検出方法は、ＣＭＯＳ技術により製造される半導体装置やＬＳＩといった半導体装置の不良解析に適用されてもよい。具体的には、ＣＭＯＳ技術により製造される半導体装置やＬＳＩといった半導体装置内の複数の半導体素子における電流のリーク箇所の検出にも適用されてもよい。複数の半導体素子を有する半導体装置に適用する場合には、複数の半導体素子を露出させて、それらに液晶を塗布すると共に、複数の半導体素子を冷却装置で冷却しながらリーク箇所を検出すればよい。
【００５０】
前述したように、半導体素子２０の材料がＳｉＣ又はダイヤモンドである場合に上記検出方法は有効である。しかしながら、半導体素子２０の材料は、ＳｉＣ又はダイヤモンドに限定されず、半導体材料がＳｉである半導体素子にも適用されてもよい。ただし、Ｓｉより高い熱伝導率を有する半導体材料を用いた半導体素子に対して、上記方法は有効であり得る。
【００５１】
冷却装置は、例示したペルチェ素子３４に限定されず、炭酸ガスを利用した装置又はコンプレッサ利用した装置でもよい。ただし、ペルチェ素子３４を利用することによって、温度を容易に下げられると共に、温度調整が容易である。半導体素子２０の素子温度をモニタ−するために、温度センサ（例えば、サーミスタ）が用いられてもよい。炭酸ガスを利用した装置又はコンプレッサ利用した装置を冷却装置として利用する場合には、電力供給前の半導体素子の素子温度を調整するために、温度センサと、ヒータとを更に備えてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…半導体装置、２０…半導体素子、３４…ペルチェ素子（冷却装置）、４０…液晶、４０ａ…相転移領域。
【図１】
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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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【図６】
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