(57)【要約】  ＭＥＭＳデバイスを構成する下部電極と上部電極との間で絶縁耐圧の低下が生じなくなる上部電極の下限の動作回数を求め、検査電圧を決定し、そして下部電極と上部電極との間の基準絶縁耐圧を決定した後、検査電圧を印加して上部電極の下限の動作回数以上、上部電極を動作させる。その後、基準絶縁耐圧以下で、下部電極と上部電極との間の絶縁耐圧を測定し、得られた絶縁耐圧を用いて半導体装置の良品／不良品の判定を行う。
2009154015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極上に、上面から見て前記下部電極と重なるように形成された空洞部と、
前記空洞部上に、上面から見て前記空洞部と重なるように形成された上部電極と、
前記下部電極と前記空洞部との間および前記空洞部と前記上部電極との間にそれぞれ形成された絶縁膜とを有し、
前記下部電極と前記上部電極との間に電位差を与えることで、機械的に前記上部電極が動作するデバイスを有する半導体装置の検査方法であって、
（ａ）前記下部電極と前記上部電極との間に絶縁耐圧の低下が生じなくなる前記上部電極の下限の動作回数を求める工程と、
（ｂ）検査電圧を決定する工程と、
（ｃ）前記下部電極と前記上部電極との間の基準絶縁耐圧を決定する工程と、
（ｄ）前記（ｂ）工程で決定した前記検査電圧を印加して、前記（ａ）工程で求めた前記上部電極の下限の動作回数以上、前記上部電極を動作させる工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後、前記下部電極と前記上部電極との間の絶縁耐圧を測定する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程で得られた前記下部電極と前記上部電極との間の絶縁耐圧を用いて前記半導体装置の良否判断を行う工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記下部電極と前記上部電極との間に静電容量を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記検査電圧は、交流電圧と直流電圧とを含むことを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の検査方法において、前記交流電圧は、前記デバイスの容量−電圧カーブを測定し、前記容量−電圧カーブのシフト量から決定されることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項５】
請求項３記載の半導体装置の検査方法において、前記交流電圧は、前記下部電極と前記上部電極とが前記絶縁膜を介して接触するときに、前記下部電極と前記上部電極との間に印加される交流電圧よりも小さいことを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項６】
請求項３記載の半導体装置の検査方法において、前記直流電圧は、前記下部電極と前記前記上部電極とが前記絶縁膜を介して接触するときに、前記下部電極と前記上部電極との間に印加される直流電圧の７割〜９割であることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記基準絶縁耐圧は、前記下部電極と前記上部電極との間に直流電圧を印加して、前記下部電極と前記上部電極との間の電流を測定することにより決定されることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記（ｅ）工程では、前記検査電圧以上、前記基準絶縁耐圧以下の所定の電圧まで前記検査電圧をスイープさせて得られる電流値から、前記下部電極と前記上部電極との間の絶縁耐圧を測定することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記（ｅ）工程では、前記検査電圧以上、前記基準絶縁耐圧以下の電圧範囲で前記検査電圧を所定時間印加した後、前記下部電極と前記上部電極との間の絶縁破壊の有無をチェックすることにより、前記下部電極と前記上部電極との間の絶縁耐圧を測定することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記上部電極の平面形状は六角形であることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記デバイスの構造がメンブレン型であることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記デバイスの構造が片持ち梁型であることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項１３】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記デバイスは、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されていることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小機械構造体を有する半導体装置の検査方法に関し、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造されたデバイスを有する半導体装置の検査方法に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセスを利用したＭＥＭＳ技術が、半導体製品または製造検査装置などに付加価値を与える基盤技術として注目されている。すでにＭＥＭＳ技術を用いて製造されたデバイス（以下、単にＭＥＭＳデバイスと記す）は、様々な電子機器に搭載されており、例えば圧力センサ、加速度センサ、流量センサなどの各種センサや、プロジェクタに搭載されている光学素子の一種であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）や、インクジェットプリンタのヘッド部にある微小ノズルなどに利用されている。【０００３】
ところで、ＭＥＭＳデバイスは電気的な制御回路と機械的な駆動部とから構成されており、この特徴的な構成のため、ＭＥＭＳデバイスの不良や故障の原因が、従来の半導体デバイスとは異なるメカニズムによる場合が多い。そのため、半導体デバイスの検査方法とは異なるＭＥＭＳデバイスの検査方法を確立することが、ＭＥＭＳデバイスを搭載した半導体製品の信頼性を向上させる重要な課題の１つとなっている。【０００４】
特に、機械的な駆動特性を担う可動部や空洞部の製造工程における加工ばらつきは、ＭＥＭＳデバイスの特性に大きく影響を与えるばかりでなく、ＭＥＭＳデバイスの初期不良や摩耗故障の原因となっている。従って、製造工程の早い段階で、ＭＥＭＳデバイスの不良品を選別して除去することが、ＭＥＭＳデバイスを搭載した半導体製品の製品コストを低減し、信頼性を向上させる効果的な対策となると考えられる。また、出荷する際の良品／不良品の判定方法を確立することも、安価で信頼度の高いＭＥＭＳデバイスを搭載した半導体製品を得ることのできる有効な対策となる。【０００５】
例えば、特開２００７−４０８９６号公報（特許文献１）には、微小構造体において、予め想定される使用条件などからＭＥＭＳデバイスに要求される特性を算出し、その特性を満たしているか否かに基づいて、良品／不良品を判定する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−４０８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、半導体製品を出荷する際には良品／不良品の判定が必要となる。半導体製品において選別すべき不良や故障には、主として以下の３つがある。（１）デバイスを製造した直後の初期不良、（２）デバイス寿命までの間に一定の確率で生じる偶発故障、（３）デバイス寿命の時期に頻繁にみられる経年劣化による摩耗故障である。半導体製品を出荷する前にその全数を検査することが理想的ではあるが、検査数が増加すると製品コストも増加するため、半導体製品の全数を検査することは難しい。そこで、現在は拭き取り検査を実施し、得られた結果を基に半導体製品の信頼度を保証している。【０００７】
ＭＥＭＳデバイスを搭載した半導体装置の検査方法としては、前述の特許文献１に記載された初期故障に対する良品／不良品の判定方法が実施されている。しかしながら、偶発故障や経年劣化による摩耗故障に対する有効な良品／不良品の判定方法は、未だ技術的なメカニズムの解明を含めて確立されていない。例えば偶発故障や経年劣化による摩耗故障に対して、保証されるべき時間までＭＥＭＳデバイスを実際に機械的に駆動させて、良品／不良品の判定を行うことは可能ではある。しかし、この判定方法は膨大な検査時間を要するため、検査時間の増加に伴う製造コストの増加を招いてしまう。また、製造コストを下げるために検査数を少なくすると、ＭＥＭＳデバイスを搭載する半導体装置の信頼度を保証することができなくなってしまう。【０００８】
本発明の目的は、ＭＥＭＳデバイスを搭載する半導体装置の信頼度を向上させることのできる技術を提供することにある。【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００１１】
この実施の形態は、ＭＥＭＳデバイスを搭載する超音波トランスデューサの検査方法である。まず、ＭＥＭＳデバイスを構成する下部電極と上部電極との間で絶縁耐圧の低下が生じなくなる上部電極の下限の動作回数を求め、検査電圧を決定し、そして下部電極と上部電極との間の基準絶縁耐圧を決定する。次に、検査電圧を印加して上部電極の下限の動作回数以上、上部電極を動作させる。次に、基準絶縁耐圧以下で、下部電極と上部電極との間の絶縁耐圧を測定し、得られた絶縁耐圧を用いて半導体装置の良品／不良品の判定を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００１３】
ＭＥＭＳデバイスを搭載する半導体装置の信頼度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態による超音波トランスデューサを構成する半導体チップの全体平面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す要部平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による超音波トランスデューサに搭載されたＭＥＭＳデバイスの要部断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態による超音波トランスデューサの容量−電圧特性を示すグラフ図である。
【図５】本発明の一実施の形態による超音波トランスデューサに搭載されたＭＥＭＳデバイスを構成する下部電極と上部電極との間の絶縁膜の絶縁耐圧を説明するグラフ図である。（ａ）は電圧が印加される前の下部電極と上部電極との間の電流−電圧の測定結果を示すグラフ図、（ｂ）は電圧が印加された後の下部電極と上部電極との間の電流−電圧の測定結果を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施の形態による超音波トランスデューサの検査方法のフローチャート図である。
【図７】本発明の一実施の形態による容量−電圧カーブのシフト量と交流電圧（Ｖp-p）との関係を示すグラフ図である。
【図８】本発明の一実施の形態による不良率と絶縁耐圧との関係を示すグラフ図である。
【図９】本発明の一実施の形態による基準絶縁耐圧とメンブレンの振動回数との関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の一実施の形態による絶縁耐圧とメンブレンの振動回数との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  半導体チップ
２  センサ素子アレイ領域
３，４  ボンディングパッド
５  下部電極配線
５ａ  下部電極
６  上部電極配線
６ａ  上部電極
７  ＭＥＭＳデバイス
８  半導体基板
９  第１絶縁膜
１０  第２絶縁膜
１１  空洞部
１２  第３絶縁膜
１３  第４絶縁膜
１４  第５絶縁膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。【００１７】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。【００１８】
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。【００１９】
本発明の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスを搭載する半導体装置の検査方法について以下に説明する。本発明の実施の形態では、本発明者らによってなされた発明を、その背景となった利用分野であるＭＥＭＳデバイスを搭載する超音波トランスデューサの検査方法に適用した場合について説明する。【００２０】
まず、本発明の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスを搭載する超音波トランスデューサの構造について図１〜図３を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態による超音波トランスデューサを構成する半導体チップの全体平面図、図２は前記図１の一部を拡大して示す要部平面図、図３は本発明の実施の形態による超音波トランスデューサに搭載されたセンサ素子（ＭＥＭＳデバイス）の要部断面図である。【００２１】
図１に示すように、半導体チップ１には、センサ素子アレイ領域２と、複数のボンディングパッド３，４とが配置されている。また、センサ素子アレイ領域２には、複数の下部電極配線と、これに直交する複数の上部電極配線とが配置されている。【００２２】
図２に示すように、複数の下部電極配線５はそれぞれ半導体チップ１の第１方向（長辺方向、図１および図２中のＹ方向）に沿って形成されており、半導体チップ１の第１方向と直交する第２方向（短辺方向、図１および図２中のＸ方向）に、例えば１６チャネル（channel）並んで配置されている。複数の下部電極配線５はそれぞれボンディングパッド３と電気的に接続されている。ボンディングパッド３は、センサ素子アレイ領域２の外周部の半導体チップ１の第２方向に沿って複数並んで配置されている。【００２３】
複数の上部電極配線６はそれぞれ半導体チップ１の第２方向に沿って形成されており、半導体チップ１の第１方向に、例えば１９２チャネル並んで配置されている。複数の上部電極配線６はそれぞれボンディングパッド４と電気的に接続されている。ボンディングパッド４は、センサ素子アレイ領域２の外周部の半導体チップ１の第１方向に沿って複数並んで配置されている。【００２４】
ＭＥＭＳデバイス７は、例えば静電型可変容量素子であり、下部電極配線５と上部電極配線６との交点に配置されている。すなわち、複数のＭＥＭＳデバイス７がセンサ素子アレイ領域２内にアレイ状に規則的に並んで配置されている。ＭＥＭＳデバイス７の形状は六角形であり、センサ素子アレイ領域２内の下部電極配線５と上部電極配線６との交点には、例えば１２個のＭＥＭＳデバイス７がハニカム状に配置されている。【００２５】
図３に示すように、ＭＥＭＳデバイス７は、半導体基板８の主面上に第１絶縁膜９を介して下部電極５ａと上部電極６ａとが対向し、下部電極５ａと上部電極６ａとの間に第２絶縁膜１０、空洞部１１および第３絶縁膜１２が介在した構造となる。すなわち、ＭＥＭＳデバイス７は、下部電極５ａと、下部電極５ａ上に、上面から見て下部電極５ａと重なるように形成された空洞部１１と、空洞部１１上に、上面から見て空洞部１１と重なるように形成された上部電極６ａと、下部電極５ａと空洞部１１との間および空洞部１１と上部電極６ａとの間にそれぞれ形成された絶縁膜（第２絶縁膜１０および第３絶縁膜１２）とから構成される。【００２６】
下部電極５ａは前述の下部電極配線５の一部により形成されており、下部電極配線５のうち、上部電極配線６と平面的に重なる部分、すなわち上部電極配線６の下方に位置する部分となる。下部電極５ａを覆うように第２絶縁膜１０が形成されている。さらに、第２絶縁膜１０上には、空洞部１１を介して第３絶縁膜１２が形成されている。【００２７】
上部電極６ａは前述の上部電極配線６の一部により形成されており、上部電極配線６のうち、下部電極配線５と平面的に重なる部分、すなわち下部電極配線５の上方に位置する部分となる。上部電極６ａの平面形状は六角形である。【００２８】
第２絶縁膜１０は下部電極５ａと空洞部１１との間に配置され、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の絶縁耐性を確保する役目を有している。また、第３絶縁膜１２は空洞部１１と上部電極６ａとの間に配置され、第２絶縁膜１０とともに、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の絶縁耐性を確保する役目を有している。上部電極６ａを覆うように第４絶縁膜１３および第５絶縁膜１４が順次形成されている。なお、本実施の形態では、下部電極５ａと空洞部１１との間に第２絶縁膜１０を設け、さらに空洞部１１と上部電極６ａとの間に第３絶縁膜１２を設けたが、どちらか一方のみを設けてもよい。【００２９】
次に、本発明の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスを搭載する超音波トランスデューサの動作について図４および図５を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態による超音波トランスデューサの容量−電圧特性を示すグラフ図、図５は本発明の実施の形態による超音波トランスデューサに搭載されたＭＥＭＳデバイスを構成する下部電極と上部電極との間の絶縁膜の絶縁耐圧を説明するグラフ図である。【００３０】
超音波トランスデューサに搭載されたＭＥＭＳデバイス７においては、第３絶縁膜１２と上部電極６ａとがメンブレンを構成し、このメンブレンが振動する。下部電極５ａと上部電極６ａとの間に直流電圧および交流電圧を重畳印加すると、下部電極５ａと上部電極６ａとの間に静電気力が働き、空洞部１１上のメンブレンが、印加した交流電圧の周波数で半導体基板８と交差する方向に振動し、超音波を発信（送信）することができる。【００３１】
逆に、超音波を受信する場合は、センサ素子アレイ領域２の表面に到達した超音波の圧力により、各ＭＥＭＳデバイス７の空洞部１１上のメンブレンが振動する。この振動により、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の距離（間隔）が変化するので、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の電気容量の変化として超音波を検出することができる。すなわち、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の距離（間隔）が変化することにより、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の電気容量が変わり、交流電流が流れる。この電流を検知することにより超音波を検出することができる。【００３２】
超音波トランスデューサにおいては、超音波の送受信感度が大きいことが望ましい。超音波の送受信感度を大きくするには、送信の面から見ると、メンブレンの振動を大きくして高い送信音圧を得ることが必要となる。メンブレンは下部電極５ａと上部電極６ａとの間に印加した電圧により振動するので、印加電圧を大きくすると送信音圧が高くなる。つまり、送信音圧を高くするためには、例えばメンブレンの形状が直径６０μｍの円に内接する六角形で、第２絶縁膜１０および第３絶縁膜１２の厚さがそれぞれ２００ｎｍ、空洞部１１の厚さが１００ｎｍの場合、下部電極５ａと上部電極６ａとの間に１００Ｖ以上の高い電圧を印加することが必要となる。【００３３】
しかし、下部電極５ａと上部電極６ａとの間に電圧を印加した場合の空洞部１１を挟む第２絶縁膜１０と第３絶縁膜１２との距離（間隔）が、下部電極５ａと上部電極６ａとの間に電圧を印加していない場合の空洞部１１を挟む第２絶縁膜１０と第３絶縁膜１２との距離（間隔）の２／３程度になると、第２絶縁膜１０と第３絶縁膜１２とが接触して、メンブレンが動作することになる。このような第２絶縁膜１０と第３絶縁膜１２との接触は、以下に述べる２つの問題を引き起こす。【００３４】
一つ目の問題は、メンブレンが第２絶縁膜１０に接触すると送受信感度が低下することである。電圧が印加された状態でメンブレンが第２絶縁膜１０に接触すると、下部電極５ａと上部電極６ａとの間に高電界が印加され、第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２に電流が流れて、電荷が第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２のトラップに捕獲される。その結果、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の電気力線が第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２のトラップに捕獲された電荷に終端されて、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の実効的な電界が小さくなる。【００３５】
図４は、電荷蓄積が生じていない場合の容量−電圧カーブ（Ａ）の測定結果および電荷蓄積が生じている場合の容量−電圧カーブ（Ｂ）の測定結果を示すグラフ図である。第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２に電荷が蓄積されている場合の容量−電圧カーブ（Ｂ）は、第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２に電荷が蓄積されていない場合（電圧が印加される前）の容量−電圧カーブ（Ａ）と比べて全体的に高電圧側（図４に示すグラフ図の右側）にシフトしている。このことは、前述したように、下部電極５ａと上部電極６ａとの間に印加される電圧が実効的に小さくなっていることを意味している。また、容量−電圧カーブがシフトすることは、例えば図中の動作点Ｃでの送受信感度（容量−電圧カーブの傾きに相当）が低下することに相当し、メンブレンを第２絶縁膜１０に接触させて、ＭＥＭＳデバイス７を繰り返し動作させると、時間が経つにつれて送受信感度が低下することを意味している。【００３６】
二つ目の問題は、電圧が印加された状態で第２絶縁膜１０と第３絶縁膜１２とが接触すると第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２の絶縁耐圧が低下して、絶縁破壊に至ることである。【００３７】
図５（ａ）は電圧が印加される前の下部電極５ａと上部電極６ａとの間の電流−電圧の測定結果を示すグラフ図、図５（ｂ）はメンブレンが第２絶縁膜１０と接触する動作条件で繰り返し動作させた後の下部電極５ａと上部電極６ａとの間の電流−電圧の測定結果を示すグラフ図である。例えば下部電極５ａと上部電極６ａとの間に１００ｎＡ（１×１０−７Ａ）の電流が流れた時を絶縁破壊と定義すると、メンブレンが第２絶縁膜１０と接触する動作条件で繰り返し動作させた後は、明らかに絶縁耐圧が低下している。この絶縁耐圧の低下は、第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２への電荷の注入による絶縁耐性の劣化と、メンブレンと第２絶縁膜１０との接触による機械的衝撃による絶縁耐性の劣化が原因であると考えられる。【００３８】
前述した２つの問題を回避するためには、メンブレンを第２絶縁膜１０に接触させずに動作させることが望ましい。しかし、超音波トランスデューサにおいては、前述したように高い送受信感度を得ることも必要である。従って、超音波トランスデューサの実動作電圧としては、メンブレンが第２絶縁膜１０に接触しない電圧で、かつ第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２の絶縁耐性が劣化しない、できるだけ大きな電圧を選ぶことになる。【００３９】
超音波トランスデューサの検査においても、メンブレンと第２絶縁膜１０との接触、および第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２の耐圧劣化を考慮して、検査電圧を選ぶ必要がある。超音波トランスデューサでは、ＭＥＭＳデバイス７の空洞部１１の高さにばらつきを含んでいる。そのため、超音波トランスデューサの検査には、検査電圧に実動作電圧を用いて、メンブレンが第２絶縁膜１０に接触するか否かを確かめる検査が必要である。前述したように、メンブレンが第２絶縁膜１０に接触した場合、第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２に電荷が蓄積されるので、容量−電圧カーブを測定し、容量−電圧カーブのシフトの有無により上記接触の有無を確認することができる。しかしながら、超音波トランスデューサでは、微小容量の容量変化を１つ１つのＭＥＭＳデバイス７で測ることは困難である。そこで、本発明の背景となった超音波トランスデューサの検査方法では、メンブレンと第２絶縁膜１０との接触の有無により、第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２の絶縁耐圧が大きく変わることを利用して、超音波トランスデューサの良品／不良品を判断する。【００４０】
次に、本発明の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスを搭載する超音波トランスデューサの検査方法について図６〜図１０を用いて説明する。図６は本発明の実施の形態による超音波トランスデューサの検査方法のフローチャート図、図７は本発明の実施の形態による容量−電圧カーブのシフト量と交流電圧（Ｖp-p）との関係を示すグラフ図、図８は本発明の実施の形態による不良率と絶縁耐圧との関係を示すグラフ図、図９は本発明の実施の形態による基準絶縁耐圧とメンブレンの振動回数との関係を示すグラフ図、図１０は本発明の実施の形態による絶縁耐圧とメンブレンの振動回数との関係を示すグラフ図である。【００４１】
まず、メンブレンと第２絶縁膜１０とが接触しない検査電圧（交流電圧および直流電圧）を決定する。前述の図４の容量−電圧カーブを測定し、そのシフト量から検査電圧を決定する。図７は、容量−電圧カーブのシフト量と交流電圧（Ｖp-p）との関係の一例を示すグラフ図であり、交流電圧を０〜９６Ｖ（Ｖp-p）としてメンブレンを１０１０回振動させた時の測定結果である。直流電圧は、例えばメンブレンが第２絶縁膜１０に接触する電圧（コラプス電圧）の８割を中心値とする７割〜９割が適切な範囲であると考えられ（他の条件によってはこの範囲に限定されないことはもちろんである）、例えば９０Ｖとしている。図７から、約７０Ｖ（Ｖp-p）以上の交流電圧で容量−電圧カーブのシフトが起きており、この電圧がメンブレンと第２絶縁膜１０とが接触する電圧であることがわかる。この結果から、検査電圧を、隣接するＭＥＭＳデバイス７間のコラプス電圧のばらつき等を考慮して、メンブレンと第２絶縁膜１０とが接触する電圧である、約７０（Ｖp-p）よりも低い電圧、例えば６０Ｖと決定することができる。【００４２】
次に、判定基準となる基準絶縁耐圧を求める。まず、例えば前述の図５に示した超音波トランスデューサに搭載されたＭＥＭＳデバイス７を構成する下部電極５ａと上部電極６ａとの間の絶縁膜（例えば第２絶縁膜１０および第３絶縁膜１２）の電流と電圧との関係から、絶縁破壊が生じる絶縁耐圧を求める。続いて、得られた複数の測定結果を統計的に処理することにより、基準絶縁耐圧を求める。例えば図８に示すように、ワイプルプロットにより不良率と絶縁耐圧との関係をグラフ化し、ワイプルプロットを外挿して、検査において良品と定義する不良率、例えば０．１％の不良率における絶縁耐圧Ａを求め、これを基準絶縁耐圧とする。【００４３】
次に、メンブレンの振動回数を決定する。図９は、基準絶縁耐圧とメンブレンの振動回数との関係の一例を示したグラフ図である。メンブレンの振動回数が１０１０回までは、振動回数の増加とともに絶縁耐圧が劣化することがわかる。しかし、メンブレンの振動回数が１０１０回以上では、絶縁耐圧の劣化がほとんど認められない。メンブレンの振動回数が１０１０回以上において絶縁耐圧が劣化しなくなる理由としては、次のように推測することができる。すなわち、メンブレンが接触する条件でメンブレンが振動している場合は、電荷が第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２のトラップに捕獲される。その結果、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の電気力線が第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２の電荷に終端されて、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の実効的な電界が小さくなる。そのため、メンブレンは、繰り返し振動している間に第２絶縁膜１０と接触しなくなる。言い換えると、前述の図４において、容量−電圧カーブが高電圧側にシフトし、動作点Ｃでの容量が小さくなり、下部電極５ａと上部電極６ａとの間の距離（間隔）が広くなってメンブレンが第２絶縁膜１０と接触しなくなる。【００４４】
次に、このようにして得られた検査電圧（交流電圧および直流電圧）、基準絶縁耐圧およびメンブレン振動回数をまとめた結果から、交流電圧および直流電圧を超音波トランスデューサに重畳印加して、メンブレンに絶縁耐圧の低下が生じなくなる下限のメンブレン振動回数を求め、さらに、検査電圧（交流電圧および直流電圧）および基準絶縁耐圧を決定する。【００４５】
図１０に、検査電圧（交流電圧および直流電圧）、基準絶縁耐圧およびメンブレン振動回数をまとめた結果の一例を示す。図１０に示した結果から、例えばメンブレンに絶縁耐圧の低下が生じなくなる下限の回数を１０１０回と決定することができ、さらに、例えば検査電圧（実動作電圧）を１２０Ｖ（直流電圧９０Ｖ＋交流電圧６０×１／２Ｖ）および基準絶縁耐圧を１８０Ｖと決定することができる。【００４６】
次に、複数の超音波トランスデューサがその主面上に形成された半導体ウエハを準備する。そして、前述した方法により決定された検査電圧を、半導体ウエハの主面上に形成された全てまたは一部の超音波トランスデューサに重畳印加して、ＭＥＭＳデバイス７を所定回数（例えば１０１０回）駆動させる（図６の工程Ｐ１）。【００４７】
次に、全てまたは一部の超音波トランスデューサに対して、検査電圧（実動作電圧）以上（例えば１２０Ｖ以上）、基準絶縁耐圧以下（例えば１８０Ｖ以下）の所定の電圧まで直流電圧をスイープして、その際の電流値をモニタする。または、全てまたは一部の超音波トランスデューサに対して、検査電圧（実動作電圧）以上（例えば１２０Ｖ以上）、基準絶縁耐圧以下（例えば１８０Ｖ以下）の電圧範囲で直流電圧を所定時間印加して、絶縁破壊の有無をチェックする（図６の工程Ｐ２）。この様な絶縁特性の測定において、全てまたは一部の超音波トランスデューサに絶縁破壊が生ずるか否か（例えばＭＥＭＳデバイス７の第２絶縁膜１０または第３絶縁膜１２に絶縁破壊が生ずるか否か）の判定を行う（図６の工程Ｐ３）。その結果、絶縁破壊が生じなかった超音波トランスデューサは良品と判定され（図６の工程Ｐ４）、絶縁破壊が生じた超音波トランスデューサは不良品と判定される（図６の工程Ｐ５）。不良品と判定された超音波トランスデューサが形成されている半導体チップには、例えば不良のマーキングが打たれる。【００４８】
その後、半導体ウエハをダイシングして、半導体ウエハを半導体チップに個片化する。半導体ウエハのダイシングは、例えばダイヤモンド・ソーと呼ばれるダイヤモンド微粒を貼り付けた極薄の円形刃を用いて、半導体ウエハをスクライブラインに沿って縦、横にカットする。次に、前述した検査工程において良品と判定された半導体チップを、例えばモールド樹脂により保護し、そして製品規格に沿って半導体チップを選別する検査工程などの複数の工程を経て、製品が完成する。【００４９】
このように、本実施の形態によれば、半導体ウエハの主面上に形成された状態で、全部または一部の超音波トランスデューサの偶発故障や経年劣化による摩耗故障に起因する良品／不良品を短時間で判定することができる。これにより、超音波トランスデューサを製品実装する前の早い段階で、不良品を選別して除去することができるので、超音波トランスデューサの信頼度を向上させることができる。さらに、超音波トランスデューサの製品コストを低減することができる。【００５０】
また、本実施の形態では、半導体ウエハの主面上に形成された状態で、全部または一部の超音波トランスデューサの良品／不良品の判定を行ったが、超音波トランスデューサを出荷する際の製品の良品／不良品の判定に本願発明である検査方法を適用することもできる。これにより、製品の全数検査を短時間で行うことができるので、安価で信頼度の高い製品を提供することができる。【００５１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。【００５２】
例えば前記実施の形態では、本願発明をメンブレン構造の静電容量型ＭＥＭＳデバイスを搭載する超音波トランスデューサの検査方法に適用したが、これに限定されるものではなく、例えば片持ち梁構造の静電容量型ＭＥＭＳデバイスを搭載する超音波トランスデューサの検査方法に適用することもできる。また、その対象も超音波トランスデューサに限定されるものではなく、他用途向けのＭＥＭＳデバイスを搭載した半導体装置の検査方法に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスを搭載する半導体装置の検査方法に適用することができる。また、ＭＥＭＳデバイスを搭載する半導体装置を検査する検査装置の検査シーケンスとしても利用することができる。
【図１】
2009154015.tif 000003
【図２】
2009154015.tif 000004
【図３】
2009154015.tif 000005
【図４】
2009154015.tif 000006
【図５】
2009154015.tif 000007
【図６】
2009154015.tif 000008
【図７】
2009154015.tif 000009
【図８】
2009154015.tif 000010
【図９】
2009154015.tif 000011
【図１０】
2009154015.tif 000012
【国際調査報告】
2009154015.tif 000013
2009154015.tif 000014
2009154015.tif 000015
2009154015.tif 000016