(57)【要約】【課題】  ワイドギャップ半導体素子に適した試験方法を提供する。【解決手段】  ワイドギャップ半導体素子の試験方法が開示される。この試験方法は、熱サイクル試験とパワーサイクル試験を含む。熱サイクル試験では、半導体素子を外部から加熱し、その後に放熱させることによって、半導体素子に熱履歴を与える。パワーサイクル試験では、半導体素子に電流を通電し、その後に放熱させることによって、半導体素子に熱履歴を与える。熱サイクル試験では、半導体素子を放熱させるときに、半導体素子の上面温度がその下面温度よりも高温に維持される。また、上面温度及び下面温度のそれぞれについて、熱サイクル試験における放熱時の温度勾配は、パワーサイクル試験における放熱時の温度勾配の最大値よりも小さく、最小値よりも大きい。【選択図】図４
2018124165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイドギャップ半導体素子の不良品を選別するための試験方法であって、
前記ワイドギャップ半導体素子を外部から加熱し、その後に前記ワイドギャップ半導体素子を放熱させることによって、前記ワイドギャップ半導体素子に熱履歴を与える熱サイクル試験と、
前記ワイドギャップ半導体素子に電流を通電し、その後に前記ワイドギャップ半導体素子を放熱させることによって、前記ワイドギャップ半導体素子に熱履歴を与えるパワーサイクル試験と、を含み、
前記熱サイクル試験では、前記ワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、前記ワイドギャップ半導体素子の上面温度が、前記ワイドギャップ半導体素子の下面温度よりも高温に維持されるとともに、
前記上面温度及び前記下面温度のそれぞれについて、前記熱サイクル試験における放熱時の温度勾配は、前記パワーサイクル試験における放熱時の温度勾配の最大値よりも小さく、最小値よりも大きい範囲に維持される、
試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、半導体素子の試験方法に関し、特に、ワイドギャップ（又はワイドバンドギャップ）半導体素子の試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造では、完成した半導体素子に対して各種の試験を実施して、不良品を選別するスクリーニングが行われている。一般に、半導体素子に実施される試験には、熱サイクル試験やパワーサイクル試験が含まれる。ここでいう熱サイクル試験とは、半導体素子を外部から加熱し、その後に半導体素子を放熱させることによって、半導体素子に摸擬的な熱履歴を与える試験を意味する。パワーサイクル試験とは、半導体素子に電流を通電し、その後に放熱させることによって、半導体素子に摸擬的な熱履歴を与える試験を意味する。熱サイクル試験とパワーサイクル試験のいずれにおいても、半導体素子へ熱履歴を与えた後に、半導体素子の外観や電気的特性（例えば断線や短絡など）を検査することによって、不良品の半導体素子をスクリーニングする。
【０００３】
通常、先ずは熱サイクル試験が実施され、熱サイクル試験を通過した半導体素子を用いて、半導体パッケージの製造が行われる。その後、半導体パッケージに組み込まれた半導体素子に対して、パワーサイクル試験が実施される。半導体パッケージの製造に先立って、単体の半導体素子に熱サイクル試験を実施することにより、不良品を早期にスクリーニングすることができ、不良品を用いて半導体パッケージを製造するという無駄を避けることができる。但し、パワーサイクル試験は、半導体素子が半導体パッケージに組み込まれる前に、単体の半導体素子に対して実施されてもよい。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１に、半導体素子が組み込まれた半導体パッケージの試験方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７９５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、ワイドギャップ半導体素子の採用が進められている。ワイドギャップ半導体素子とは、シリコン（Ｓｉ）よりもバンドギャップの大きい半導体、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）といったＩＩＩ−Ｖ族半導体等を用いた半導体素子である。ワイドギャップ半導体素子の製造においても、熱サイクル試験やパワーサイクル試験といった試験を実施することによって、不良品を選別するスクリーニングが必要とされる。しかしながら、シリコン半導体素子等で採用されていた従来の熱サイクル試験を、ワイドギャップ半導体素子にそのまま採用しても、不良品を正しく選別することができないことが判明した。即ち、従来の熱サイクル試験を通過したワイドギャップ半導体素子が、その後のパワーサイクル試験やその他の試験を通過することができず、不良品として選別されるという事象が多く確認された。
【０００７】
上述の実情を鑑み、本明細書は、ワイドギャップ半導体素子に適した試験方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ワイドギャップ半導体素子は、耐圧に優れることから、シリコン半導体素子と比較して、ドリフト層を薄く形成することができ、その結果、基板層が比較的に厚く設けられている。このような構造によると、半導体素子の厚み方向において、ドリフト層は半導体素子の上面側に偏って位置することになり、半導体素子に電流を通電したときに、半導体素子の上面側が下面側よりも高温となる偏った温度分布が生じる。しかしながら、従来の熱サイクル試験では、半導体素子の上面側と下面側との間で差を設けず、均等な熱履歴を与えていたことから、ワイドギャップ半導体素子に特有の温度分布を正しく摸擬することができていなかった。
【０００９】
上記の知見に基づいて、本明細書では、ワイドギャップ半導体素子の不良品を選別するための試験方法が開示される。この試験方法は、熱サイクル試験とパワーサイクル試験を含む。熱サイクル試験では、ワイドギャップ半導体素子を外部から加熱し、その後にワイドギャップ半導体素子を放熱させることによって、ワイドギャップ半導体素子に熱履歴を与える。パワーサイクル試験では、ワイドギャップ半導体素子に電流を通電し、その後にワイドギャップ半導体素子を放熱させることによって、ワイドギャップ半導体素子に熱履歴を与える。熱サイクル試験では、ワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、ワイドギャップ半導体素子の上面温度が、ワイドギャップ半導体素子の下面温度よりも高温に維持される。加えて、上面温度及び下面温度のそれぞれについて、熱サイクル試験における放熱時の温度勾配は、パワーサイクル試験における放熱時の温度勾配の最大値よりも小さく、最小値よりも大きい範囲に維持される。ここでいう温度勾配とは、温度の時間変化率（微分値）の大きさを意味する。
【００１０】
上記した試験方法では、熱サイクル試験においてワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、ワイドギャップ半導体素子の上面温度が、その下面温度よりも高温に維持される。これにより、熱サイクル試験において、ワイドギャップ半導体素子に特有の温度分布を正しく摸擬することができ、不良品のワイドギャップ半導体素子をより確実に選別することができる。また、上面温度と下面温度のそれぞれについて、熱サイクル試験における放熱時の温度勾配は、パワーサイクル試験における放熱時の温度勾配の最大値よりも小さく、最小値よりは大きい範囲に制限される。これにより、半導体素子に過剰な熱ストレスが与えられることが防止される。なお、パワーサイクル試験は、半導体素子単体で行われてもよいし、半導体素子が半導体パッケージ等に組み込まれた後に行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１−３に係る試験方法の流れを示すフローチャート。
【図２】ワイドギャップ半導体の特徴的な構造を説明する図。
【図３】実施例１に係る試験方法で利用する熱処理装置１０を模式的に示す図。
【図４】実施例１の熱サイクル試験における熱履歴の一例を示すグラフ。
【図５】実施例１のパワーサイクル試験における熱履歴の一例を示すグラフ。
【図６】実施例１に係る試験方法で利用する熱処理装置２０を模式的に示す図。
【図７】実施例２の熱サイクル試験における熱履歴の一例を示すグラフ。
【図８】実施例２のパワーサイクル試験における熱履歴の一例を示すグラフ。
【図９】実施例３に係る試験方法で利用する熱処理装置３０を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本技術の一実施形態では、熱サイクル試験においてワイドギャップ半導体素子を放熱させる期間の全体に亘って、ワイドギャップ半導体素子の上面温度がその下面温度よりも高温に維持されてもよい。但し、他の実施形態として、上面温度が下面温度よりも高温に維持される期間は、ワイドギャップ半導体素子を放熱させる期間の例えば５０パーセント以上であってもよいし、あるいは７５パーセント以上であってもよい。
【００１３】
本技術の一実施形態では、熱サイクル試験においてワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、ワイドギャップ半導体素子の上面に接触する接触物の温度が、ワイドギャップ半導体素子の下面に接触する接触物の温度よりも高くてもよい。このような構成によると、ワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、ワイドギャップ半導体素子の上面温度を、ワイドギャップ半導体素子の下面温度よりも高温に維持することができる。
【００１４】
本技術の一実施形態では、熱サイクル試験においてワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、ワイドギャップ半導体素子の上面に接触する接触物の熱伝導率が、ワイドギャップ半導体素子の下面に接触する接触物の熱伝導率よりも小さくてもよい。このような構成によっても、ワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、ワイドギャップ半導体素子の上面温度が、ワイドギャップ半導体素子の下面温度よりも高温に維持される。
【００１５】
上記した各実施形態において、例えば、ワイドギャップ半導体素子の上面に接触する接触物が気体であり、下面に接触する接触物が金属であってもよい。なお、上面に接触する接触物に対して、下面に接触する接触物の熱伝導率が１０倍以上であると、ワイドギャップ半導体素子の上面と下面との間で効果的に温度差を与えることができる。
【００１６】
上記した実施形態において、ワイドギャップ半導体素子の上面に接触する気体は、不活性ガス又は還元性ガスであってよい。これにより、半導体素子の劣化（例えば電極の酸化）を防止することができる。
【００１７】
本技術の一実施形態では、熱サイクル試験においてワイドギャップ半導体素子を加熱するときのピーク温度を、ワイドギャップ半導体素子の使用時に想定される最大到達温度よりも高くするとよい。これにより、ワイドギャップ半導体素子に要求される性能を満たさない不良品をより確実に選別することができる。
【００１８】
本技術の一実施形態では、熱サイクル試験においてワイドギャップ半導体素子を放熱させるときに、ワイドギャップ半導体素子の上面温度と下面温度の少なくとも一方について、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御が実施されてもよい。これにより、ワイドギャップ半導体素子に所望の熱履歴を正確に与えることができる。
【００１９】
本技術の一実施形態では、熱サイクル試験において、ワイドギャップ半導体素子の加熱時には、ワイドギャップ半導体素子の下面から放熱部材（例えば金属トレー）を熱的に切断し、ワイドギャップ半導体素子の放熱時にはワイドギャップ半導体素子の下面に放熱部材を熱的に接続してもよい。この場合、放熱部材には、冷却水といった冷媒を循環させてもよいし、一又は複数の放熱フィンが設けられてもよい。
【００２０】
本技術の一実施形態では、熱サイクル試験において、ワイドギャップ半導体素子の加熱及び放熱のサイクルが繰り返し実施されてもよい。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）図面を参照して、実施例１の試験方法について説明する。本実施例の試験方法は、ワイドギャップ半導体素子２の製造において、不良品を選別するために実施される。ここでいうワイドギャップ半導体素子２とは、シリコン（Ｓｉ）よりもバンドギャップの大きい半導体、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）といったＩＩＩ−Ｖ族半導体等を用いた半導体素子を意味する。特に、本実施例の試験方法は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の素子構造を有するワイドギャップ半導体素子２に対して好適に採用することができる。以下では、ワイドギャップ半導体素子２を、単に半導体素子２と称することがある。本実施例で説明する試験は、製造された半導体素子２の全数に対して行われてもよいし、製造された半導体素子２の一部に対して（即ち、抜き取り検査として）行われてもよい。
【００２２】
図１は、本実施例の試験方法の流れを示すフローチャートである。図１に示すように、半導体素子２の試験方法には、概して、熱サイクル試験（Ｓ１２〜Ｓ２０）とパワーサイクル試験（Ｓ２２〜Ｓ３０）とが含まれる。本実施例では、先ず熱サイクル試験が行われ、熱サイクル試験を通過した半導体素子２に対して、パワーサイクル試験が実施される。図１では図示省略するが、熱サイクル試験を通過した半導体素子２は、半導体パッケージに組み込まれ、パワーサイクル試験は、半導体パッケージ内の半導体素子２に対して実施される。但し、他の実施形態として、パワーサイクル試験は、半導体素子２が半導体パッケージに組み込まれる前に、単体の半導体素子２に対して実施されてもよい。
【００２３】
熱サイクル試験では、半導体素子２を外部から加熱し（Ｓ１２）、その後に半導体素子２を放熱させることによって（Ｓ１４）、半導体素子２に摸擬的な熱履歴を与える。半導体素子２の加熱（Ｓ１２）及び放熱（Ｓ１４）のサイクルは、一又は複数の規定回数だけ実施される（Ｓ１６）。この段階で、製造上の不良箇所を有する不良品には、亀裂、断線、短絡といった損傷が生じる。従って、半導体素子２の外観の検査（Ｓ１８）や半導体素子２の電気的特性の検査（Ｓ２０）を行うことによって、不良品の半導体素子２を選別することができる。半導体素子２が半導体パッケージに組み込まれる前に熱サイクル試験を実施することによって、不良品の半導体素子２を用いて半導体パッケージを製造するという無駄を避けることができる。
【００２４】
パワーサイクル試験では、半導体素子２に電流を通電して加熱し（Ｓ２２）、その後に半導体素子２を放熱させることによって（Ｓ２４）、半導体素子２に摸擬的な熱履歴を与える。パワーサイクル試験においても、半導体素子２の通電（Ｓ２２）及び放熱（Ｓ２４）のサイクルは、一又は複数の規定回数だけ実施される（Ｓ２６）。この段階で、製造上の不良箇所を有する不良品には、亀裂、断線、短絡といった損傷が生じる。従って、半導体素子２（又は半導体パッケージ）の外観の検査（Ｓ２８）や半導体素子２（又は半導体パッケージ）の電気的特性の検査（Ｓ３０）を行うことによって、不良品の半導体素子２が選別される。パワーサイクル試験では、熱サイクル試験とは異なる熱履歴であって、特に、半導体素子２の使用時に近い熱履歴が与えられる。従って、パワーサイクル試験では、熱サイクル試験では選別できなかった不良品を、より確実に選別することができる。
【００２５】
本実施例における熱サイクル試験では、半導体素子２を放熱させるとき（図１のＳ１４）に、半導体素子２の上面２ａの温度を、半導体素子２の下面２ｂの温度よりも高温に維持する。その理由は、以下の通りである。図２に示すように、ワイドギャップ半導体素子２（一例として、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ）は、耐圧に優れることから、シリコン半導体素子３（一例として、Ｓｉ−ＩＧＢＴ）と比較して、ドリフト層４を薄く形成することができ、その結果、基板層６が比較的に厚く設けられている。このような構造によると、半導体素子２の厚み方向において、ドリフト層４を含む素子構造は、半導体素子２の上面２ａ側に偏って位置する。従って、半導体素子２に電流を通電したときに、半導体素子２の上面２ａ側が下面２ｂ側よりも高温となる偏った温度分布が生じる。そのことから、仮に半導体素子２の上面２ａ側と下面２ｂ側との間で差を設けず、均等な熱履歴を与えてみても、ワイドギャップ半導体素子２に特有の温度分布を正しく摸擬することができない。それに対して、熱サイクル試験において半導体素子２を放熱させるときに、半導体素子２の上面２ａの温度を下面２ｂの温度よりも高温に維持すると、ワイドギャップ半導体素子２に特有の温度分布を正しく摸擬することができる。以上の説明から明らかなように、本明細書が開示する試験方法は、上面２ａと下面２ｂとの間に電流の経路が形成される縦型のパワー半導体素子２を主な対象とする。
【００２６】
上記した温度差を実現するために、一例ではあるが、図３に示す熱処理装置１０を利用して、熱サイクル試験を実施することができる。この熱処理装置１０は、恒温槽１２と、恒温槽１２内において半導体素子２を支持するステージ１４と、ステージ１４上の半導体素子２を加熱するヒータ１６と、ステージ１４を介して半導体素子２と熱的に接続される放熱部材１８とを備える。恒温槽１２は、例えば窒素といった不活性ガス又は水素といった還元性ガスによって満たされる。放熱部材１８は、ステージ１４に接触する位置Ａと、ステージ１４から離間する位置Ｂとの間を移動可能に構成されている。また、放熱部材１８には、冷却水が循環するように構成されている。なお、図３では一つの半導体素子２が図示されているが、通常は、ステージ１４に複数の半導体素子２を載置して、複数の半導体素子２の試験を同時に実施することができる。また、放熱部材１８には、冷却水の循環に加えて、又は代えて、一又は複数の放熱フィンが設けられていてもよい。
【００２７】
図４は、熱処理装置１０を用いた熱サイクル試験によって半導体素子２に与える熱履歴の一例を示す。先ず、ステージ１４上の半導体素子２をヒータ１６によって加熱して、半導体素子２の温度を上昇させる。このとき、放熱部材１８は、ステージ１４から離間する位置Ｂに配置され、半導体素子２から熱的に切断されている。これにより、図４に示すように、半導体素子２の上面２ａの温度Ｔ１及び下面２ｂの温度Ｔ２は上昇する。半導体素子２の温度（例えば、上面２ａの温度Ｔ１）が目標温度に達したら、一定時間、半導体素子２の温度を目標温度に維持する。この目標温度（即ち、熱サイクル試験において半導体素子２を加熱するときのピーク温度）は、半導体素子２の使用時に想定される最大到達温度よりも高くするとよい。これにより、半導体素子２に要求される性能を満たさない不良品をより確実に選別することができる。
【００２８】
次いで、ヒータ１６による加熱を終了し、半導体素子２を放熱させることによって、半導体素子２の温度を低下させる。このとき、放熱部材１８は、ステージ１４に接触する位置Ａに配置され、半導体素子２の下面２ｂにステージ１４を介して熱的に接続される。なお、放熱部材１８は、半導体素子２の下面２ｂに接触して、ステージ１４を介さずに半導体素子２の下面２ｂへ熱的に接続される構成であってもよい。この状態では、半導体素子２の上面２ａに、恒温槽１２内を満たす気体が接触しており、半導体素子２の下面２ｂに、ステージ１４又は放熱部材１８が接触している。恒温槽１２内を満たす気体の温度は、ステージ１４及び放熱部材１８の温度よりも高い。このように、半導体素子２の上面２ａに接触する接触物の温度が、半導体素子２の下面２ｂに接触する接触物の温度よりも高いと、図４に示すように、半導体素子２の上面２ａの温度Ｔ１は下面２ｂの温度Ｔ２よりも高くなる。これにより、前述したワイドギャップ半導体素子２に特有の温度分布が摸擬される。
【００２９】
ここで、ステージ１４又は放熱部材１８を構成する材料は特に限定されないが、例えば金属といった熱伝導性に優れた材料であることが好ましい。半導体素子２の上面２ａに接触する接触物（ここでは気体）の熱伝導率が、半導体素子２の下面２ｂに接触する接触物の熱伝導率よりも小さいと、半導体素子２の上面２ａの温度Ｔ１と下面２ｂの温度Ｔ２との間に、より有意な温度差を与えることができる。特に、気体の熱伝導率に対して、金属の熱伝導率は１０倍以上であることから、半導体素子２の上面２ａと下面２ｂとの間に、温度差を効果的に与えることができる。
【００３０】
図５は、パワーサイクル試験において半導体素子２に与える熱履歴の一例を示す。図４と図５を比較して理解されるように、熱サイクル試験によって半導体素子２に与える熱履歴は、パワーサイクル試験において半導体素子２に与える熱履歴に類似している。熱サイクル試験における熱履歴が、パワーサイクル試験における熱履歴に類似しているほど、半導体素子２が半導体パッケージに組み込まれる前に、熱サイクル試験においてより多くの不良品を選別することができる。
【００３１】
ここで、半導体素子２の上面２ａの温度及び下面２ｂの温度のそれぞれについて、熱サイクル試験における放熱時の温度勾配は、パワーサイクル試験における放熱時の温度勾配の最大値よりも小さく、最小値よりも大きい範囲に維持されることが好ましい。ここでいう温度勾配とは、温度の時間変化率の大きさ（絶対値）を意味する。即ち、図５に示すように、パワーサイクル試験における上面２ａの温度勾配の最大値及び最小値をそれぞれ｜ｄＴｈ１/ｄｔ｜及び｜ｄＴｌ１/ｄｔ｜とし、パワーサイクル試験における下面２ｂの温度勾配の最大値及び最小値をそれぞれ｜ｄＴｈ２/ｄｔ｜及び｜ｄＴｌ２/ｄｔ｜とする。この場合、熱サイクル試験における上面２ａの温度勾配｜ｄＴ１／ｄｔ｜は、｜ｄＴｌ１/ｄｔ｜＜｜ｄＴ１／ｄｔ｜＜｜ｄＴｈ１/ｄｔ｜の関係を満たし、熱サイクル試験における下面２ｂの温度勾配｜ｄＴ２／ｄｔ｜は、｜ｄＴｌ２/ｄｔ｜＜｜ｄＴ２／ｄｔ｜＜｜ｄＴｈ２/ｄｔ｜の関係を満たす。このような関係が満たされていると、熱サイクル試験において、半導体素子２に過剰な熱ストレスが与えられることが防止される。また、このような関係が満たされるように、熱サイクル試験において半導体素子２を放熱させるときに、半導体素子２の上面２ａの温度Ｔ１と下面２ｂの温度Ｔ２の少なくとも一方について、ＰＩＤ制御やその他のフィードバック制御を実施してもよい。
【００３２】
（実施例２）図６−図８を参照して、実施例２の試験方法について説明する。本実施例の試験方法は、実施例１の試験方法と比較して、熱サイクル試験で利用する熱処理装置２０が異なる。その他の点については、実施例１の試験方法と共通しており、実施例２の試験方法もまた、図１に示すフローチャートの流れに沿って実施される。実施例１の試験方法と共通する点については、実施例１の説明を援用することとし、ここでは重複する説明は省略する。
【００３３】
図６に示すように、熱処理装置２０は、半導体素子２が載置されるトレー２２と、ステージ２４とを備える。トレー２２を構成する材料は、特に限定されないが、金属又はカーボン素材（例えばグラファイト）といった熱導電性に優れた材料で構成することができる。ステージ２４は、例えば金属で形成されており、比較的に大きな熱容量を有する。ステージ２４は、半導体素子２を放熱させるための放熱部材の一例である。本実施例の熱サイクル試験では、先ず半導体素子２が載置されたトレー２２を図示しない加熱炉内に配置して、半導体素子２を加熱する。このとき、加熱炉内には、水素といった還元性ガスを充満させるとよく、それによって半導体素子２の劣化を防止することができる。その後、半導体素子２が載置されたトレー２２を、熱処理装置２０内のステージ２４上に載置する。このとき、熱処理装置２０には、窒素といった不活性ガスを充満させるとよく、それによって半導体素子２の劣化を防止することができる。
【００３４】
トレー２２をステージ２４上に載置することで、半導体素子２の下面２ｂが熱容量の大きいステージ２４と熱的に接続される。この状態では、半導体素子２の上面２ａに、熱処理装置２０内を満たす気体が接触しており、半導体素子２の下面２ｂに、トレー２２を介してステージ２４が接触している。半導体素子２の上面２ａに接触する接触物（ここでは気体）の熱伝導率が、半導体素子２の下面２ｂに接触する接触物（ここではトレー２２）の熱伝導率よりも小さいことから、半導体素子２の上面２ａの温度Ｔ１を、下面２ｂの温度Ｔ２よりも低くすることができる。これにより、ワイドギャップ半導体素子２に特有の温度分布が摸擬される。
【００３５】
図７は、本実施例の熱サイクル試験において半導体素子２に与える熱履歴の一例を示し、図８は、本実施例のパワーサイクル試験において半導体素子２に与える熱履歴の一例を示す。図７と図８を比較して理解されるように、熱サイクル試験によって半導体素子２に与える熱履歴は、パワーサイクル試験において半導体素子２に与える熱履歴に類似している。従って、実施例１と同様に、半導体素子２が半導体パッケージに組み込まれる前に、熱サイクル試験においてより多くの不良品を選別することができる。また、本実施例においても、半導体素子２の上面２ａの温度及び下面２ｂの温度のそれぞれについて、熱サイクル試験における放熱時の温度勾配は、パワーサイクル試験における放熱時の温度勾配の最大値よりも小さく、最小値よりも大きい範囲に維持される。即ち、｜ｄＴｌ１/ｄｔ｜＜｜ｄＴ１／ｄｔ｜＜｜ｄＴｈ１/ｄｔ｜の関係、及び、｜ｄＴｌ２/ｄｔ｜＜｜ｄＴ２／ｄｔ｜＜｜ｄＴｈ２/ｄｔ｜の関係が満たされる。
【００３６】
本実施例では、半導体素子２を放熱させるときに、加熱後の半導体素子２をステージ２４上に載置するだけで、半導体素子２の上面２ａの温度Ｔ１を下面２ｂの温度Ｔ２よりも低くすることができる。即ち、ワイドギャップ半導体素子２に特有の温度分布を、比較的に簡単な構成によって容易に摸擬することができる。
【００３７】
（実施例３）図９を参照して、実施例３の試験方法について説明する。本実施例の試験方法は、実施例１の試験方法と比較して、熱サイクル試験で利用する熱処理装置３０が異なる。その他の点については、実施例１の試験方法と共通しており、実施例３の試験方法もまた、図１に示すフローチャートの流れに沿って実施される。実施例１の試験方法と共通する点については、実施例１の説明を援用することとし、ここでは重複する説明は省略する。
【００３８】
図３に示すように、熱処理装置３０は、通路状に伸びる処理室３２と、処理室３２の長手方向に沿って伸びるコンベア３４と、コンベア３４によって搬送されるステージ３６を備える。試験対象の半導体素子２は、ステージ３６上に載置され、コンベア３４によって処理室３２内を一方向に搬送される。ステージ３６を構成する材料は、特に限定されないが、例えば金属又はカーボン素材（例えばグラファイト）といった熱伝導性に優れた材料であるとよい。なお、半導体素子２は、下面２ｂがステージ３６と接触するように、ステージ３６上に載置される。また、処理室３２内は、例えば窒素といった不活性ガスで満たされるとよい。
【００３９】
熱処理装置３０は、コンベア３４の搬送方向に沿って、昇温部４１、温度保持部４２、降温部４３、外観検査部４４及び電特評価部４５を有する。ステージ３６上の半導体素子２は、先ず、昇温部４１に送られる。昇温部４１にはヒータ５１が設けられており、半導体素子２はヒータ５１によって加熱されて、その温度が上昇する。この段階は、図１のフローチャートにおけるステップＳ１２に相当する。ここで、昇温部４１では、コンベア３４の搬送方向に沿って、ヒータ５１による半導体素子２の加熱量を変化させてもよい。これにより、半導体素子２が加熱されるときの温度勾配を、所望する態様に調整することができる。
【００４０】
次いで、ステージ３６上の半導体素子２は、温度保持部４２に送られる。温度保持部４２では、加熱された半導体素子２の温度が、一定時間に亘って維持される。温度保持部４２には、必要に応じて、ヒータ５１の一部が設けられてもよい。なお、温度保持部４２は必ずしも必要とされず、熱処理装置３０の変形例として、温度保持部４２は省略されてもよい。次いで、ステージ３６上の半導体素子２は、降温部４３に送られる。降温部４３には、放熱部材５３が設けられている。放熱部材５３は、ステージ３６に接触することで、半導体素子２の下面２ｂにステージ３６を介して熱的に接続される。これにより、半導体素子２を放熱させることによって、半導体素子２の温度を低下させる。この段階は、図１のフローチャートにおけるステップＳ１４に相当する。放熱部材５３は、例えば実施例１で説明した放熱部材１８のように、冷却水が循環されてもよいし、一又は複数の放熱フィンが設けられていてもよい。
【００４１】
上記した構成により、降温部４３では、半導体素子２の放熱が、主に半導体素子２の下面２ｂから行われる。これにより、半導体素子２が放熱するときに、半導体素子２の上面２ａの温度が、半導体素子２の下面２ｂの温度よりも高温に維持される。即ち、実施例１と同様に、図４に示すような熱履歴を半導体素子２に与えることができる。このように、実施例３の熱処理装置３０によっても、熱サイクル試験において、ワイドギャップ半導体素子２に特有の温度分布を摸擬することができる。
【００４２】
次いで、ステージ３６上の半導体素子２は、外観検査部４４に送られる。外観検査部４４には、例えばカメラ５４といった光学機器が設けられており、熱履歴を受けた半導体素子２の外観が検査される。この段階は、図１のフローチャートにおけるステップＳ１８に相当する。外観の検査は、カメラ５４による撮影画像を作業者によって確認してもよいし、画像処理装置を用いて確認してもよい。次いで、ステージ３６上の半導体素子２は、電特評価部４５に送られる。電特評価部４５には、例えばオートプローバ５５が設けられており、半導体素子２の各電極に所定の電圧又は電流を供給することによって、断線や短絡といった電気的な不具合が検出される。この段階は、図１のフローチャートにおけるステップＳ２０に相当する。
【００４３】
本実施例の熱処理装置３０によると、加熱、放熱及び検査を含む一連の熱サイクル試験を自動で行うことができ、多数の半導体素子２の熱サイクル試験を短時間で効率的に行うことができる。なお、昇温部４１、温度保持部４２、降温部４３、外観検査部４４及び電特評価部４５の具体的な構成は特に限定されず、試験対象の半導体素子２やそれに求められる性能に応じて、適宜変更することができる。また、昇温部４１、温度保持部４２及び必要に応じて温度保持部４２を繰り返し設けることで、半導体素子２の加熱及び放熱のサイクルを繰り返し実施する構成としてもよい。
【００４４】
以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４５】
２：ワイドギャップ半導体素子（半導体素子）
２ａ：半導体素子の上面
２ｂ：半導体素子の下面
３：シリコン半導体素子
４：ドリフト層
６：基板層
１０、２０、３０：熱処理装置
１２：恒温槽
１４、２４、３６：ステージ
１６、５１：ヒータ
１８、５３：放熱部材
２０：熱処理装置
２２：トレー
２４：ステージ
３２：処理室
３４：コンベア
４１：昇温部
４２：温度保持部
４３：降温部
４４：外観検査部
４５：電特評価部
５４：カメラ
５５：オートプローバ
【図１】
2018124165.tif 000003
【図２】
2018124165.tif 000004
【図３】
2018124165.tif 000005
【図４】
2018124165.tif 000006
【図５】
2018124165.tif 000007
【図６】
2018124165.tif 000008
【図７】
2018124165.tif 000009
【図８】
2018124165.tif 000010
【図９】
2018124165.tif 000011