(57)【要約】【課題】内部に絶縁膜の形成不良が存在する半導体装置を確実に検出する半導体検査装置を提供する。【解決手段】半導体装置５０のエミッタ５６とゲート５８の夫々に、検査装置５０のエミッタ用探針１６とゲート用探針１８が接触する。主制御装置２４が、エミッタとゲートの間に所定の電圧を印加しながらエミッタに流れる漏れ電流を検出する。温度制御器２２が、ペルチェ素子２０を介して複数のエミッタ用探針１６の温度を個別に制御する。特定のエミッタ用探針の温度を他のエミッタ用探針よりも高くすると、半導体装置５０の局所に熱負荷と漏れ電流を増大させることができる。熱負荷と電気的負荷を局所的に増大させることによって、その局所に存在する絶縁不良箇所を確実に短絡させることができる。絶縁不良箇所を短絡させた半導体装置は漏れ電流が急増するのでそのようなチップを不良チップとして確実に特定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の電極に接触する複数の探針と、
夫々の探針の温度を個別に制御する温度制御器と、
を備えることを特徴とする半導体検査装置。
【請求項２】
温度制御器が、夫々の探針の温度を順次他の探針の温度よりも上昇させることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
【請求項３】
前記電極と探針との接触圧を探針ごとに制御する荷重制御器をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２の半導体検査装置。
【請求項４】
荷重制御器が、夫々の探針の接触圧を順次他の探針の接触圧よりも増大させることを特徴とする請求項３の半導体装置。
【請求項５】
荷重制御器は、夫々の探針の先端を半導体装置に対して個別に上下動させる駆動部を備えることを特徴とする請求項３又は４の半導体検査装置。
【請求項６】
探針の先端が半球状であることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の内部絶縁不良を検査する半導体検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造過程における検査は、パッケージする前に半導体チップの状態で実施されることが多い。
特許文献１には、半導体チップの電気特性（内部絶縁不良の有無）を検査する半導体検査装置が開示されている。この装置は、半導体チップの夫々の電極に探針を接触させ、その探針を介して検査用の電気信号を半導体チップに印加して電気特性を検査する。この装置は、探針を加熱・冷却する温度制御機構を備えており、探針を介して半導体チップ全体の温度を変化させることによって高温環境下（熱負荷を増加させた環境下）での検査を行うことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１５１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体チップ（半導体装置）に発生する内部絶縁不良の代表的なものに、酸化シリコン等で形成されているゲート絶縁膜などの絶縁膜の形成不良がある。
絶縁膜の形成不良を検出する検査は、具体的には、バイポーラ型の半導体装置の場合には、チップのゲート電極とエミッタ電極の間に所定の電圧を印加するとともに、ゲート電極からエミッタ電極に流れる電流を計測する。ユニポーラ型の半導体装置の場合には、チップのゲート電極とソース電極の間に所定の電圧を印加するとともに、ゲート電極からソース電極に流れる電流を計測する。以下では、バイポーラ型の半導体装置を例として説明するが、本発明はユニポーラ型の半導体装置にも適用することができる。以下の説明における「エミッタ」という語を「ソース」に置き換えることで、以下の説明はユニポーラ型の半導体装置に対してもそのまま該当する。
【０００５】
半導体チップの内部では、エミッタ領域とゲート領域の間はゲート絶縁膜によって絶縁されている。エミッタ電極とゲート電極の間に電圧を印加すると、ゲート絶縁膜を挟んでエミッタ領域とゲート領域の間に電位差が生じる。この電位差によって、ゲート絶縁膜を通して僅かながら電流が漏れ出る。この電流は「漏れ電流」と呼ばれている。ゲート絶縁膜が形成不良であると、絶縁膜が電気的負荷（絶縁膜の両側の電位差と絶縁膜を流れる漏れ電流の大きさによって定まる）に降伏して破壊され、エミッタ領域とゲート領域が短絡する。エミッタ領域とゲート領域が短絡すると、エミッタ電極とゲート電極の間に流れる電流が増大するので、両電極間に流れる電流が所定の閾値を超えた場合には、内部に絶縁膜の形成不良を有する不良チップであると特定することができる。
実際の検査では、半導体チップに電気的負荷とともに熱負荷或いは応力負荷を印加しながら漏れ電流を計測する場合がある。
【０００６】
漏れ電流は、絶縁膜が適正に形成されていても僅かながら流れる。また、絶縁膜の形成不良箇所を通して流れる漏れ電流は、印加される負荷に応じて増加する。
半導体チップに絶縁膜の形成不良箇所が複数存在する場合、特許文献１の検査装置のように半導体チップの全体の温度を上げていくと、複数の形成不良箇所の夫々から通常よりも多くの漏れ電流が同時に流れ始める。半導体チップの複数箇所での漏れ電流が同時に増大すると、結果的に半導体チップ全体としてゲート領域からエミッタ領域に流れる漏れ電流の総量が増加するので、絶縁膜の形成不良箇所の１箇所当たりに印加される電気的負荷が低下してしまう虞がある。形成不良箇所に印加される電気的負荷が低下してしまうと、絶縁膜の形成不良箇所が短絡にまで到らず、不良品であるにも関わらずに検査をパスしてしまう虞がある。
絶縁膜の形成不良を有する半導体装置を確実に検出する半導体検査装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
漏れ電流は、熱負荷が高いほど増大する傾向がある。本発明は、この傾向を利用する。半導体チップに局所的な熱負荷を印加すると、その箇所だけは漏れ電流が増大するが、他の部分では漏れ電流は増加しない。従って、半導体チップの全体としてはゲート領域からエミッタ領域に流れる漏れ電流の総量は僅かしか増加しない。その一方で熱負荷を印加した局所部分だけに、電気的負荷を集中することができる。その局所部分に絶縁膜の形成不良箇所が存在する場合、その形成不良箇所を確実に短絡させることができる。形成不良箇所を確実に検出することができる。
【０００８】
本発明は、半導体装置の電極に接触する複数の探針と、夫々の探針の温度を個別に制御する温度制御器を備える半導体検査装置に具現化することができる。温度制御器は、全ての探針の温度を個別に制御できる必要はなく、漏れ電流が流れる電極に接触する複数の探針に対して、温度を個別に制御できればよい。例えば、半導体装置のゲート電極とエミッタ電極の間に所定の電圧を印加したときにエミッタ電極に流れる漏れ電流を計測する検査装置の場合には、エミッタ電極に接触する複数の探針の温度を個別に制御できればよい。
温度制御器は、例えば、各探針にペルチェ素子を配置し、各ペルチェ素子に印加する電流を制御する装置で実現することができる。
温度制御器が特定の探針のみを高温にすることによって、その特定の探針が接触している箇所を高温にして局所的な熱負荷を半導体装置に印加することができる。夫々の探針を順次に他の探針よりも高温にすることによって、半導体装置全体に対して絶縁膜の形成不良箇所の検査を確実に行うことができる。
【０００９】
漏れ電流は、応力負荷が高いほど増大する傾向がある。そこで、本発明の半導体検査装置は、半導体装置の電極と探針との接触圧を探針ごとに制御する荷重制御器をさらに備えることが好ましい。熱負荷だけでなく、応力負荷をも局所的に印加することができる。夫々の探針の接触圧を順次に他の探針の接触圧よりも増大させることによって、半導体装置全体に順次に応力負荷を印加することできる。
荷重制御器は、例えば、夫々の探針の先端を半導体装置に対して個別に上下動させる駆動部によって接触圧を制御するものであってよい。或いは、探針の先端に接触している半導体装置の部位を局所的に探針に強く押し当てる駆動部であってもよい。駆動部としては、例えば電圧を印加すると伸長する圧電素子を採用すればよい。
探針の先端は、半球状であることが好ましい。接触圧を増大させる際に半導体装置にクラックなどの物理的なダメージを与えることがない。
【００１０】
本発明は、要するに、半導体装置を局所的に加熱することによって（さらに加えて局所的に応力を与えてもよい）、局所的に漏れ電流が増大する状態を創り出し、その局所に絶縁膜の形成不良箇所が存在すれば、その不良箇所に電流が集中的に流れることによって、その不良箇所が確実に破壊される現象を利用するものであればよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内部に絶縁膜の形成不良が存在する半導体装置を確実に検出する半導体検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施例の半導体検査装置の特徴を説明する。
半導体検査装置は、半導体装置のエミッタ電極に接触する複数のエミッタ用探針と、ゲート電極に接触するゲート用探針と、コレクタ電極に接触するコレクタ用探針を備えている。半導体検査装置は、ゲート用探針とエミッタ用端子の間に所定の電圧を印加するとともに、エミッタ電極に流れる電流をモニタする。半導体検査装置の温度制御器は、エミッタ用探針の温度を、探針ごとに個別に制御する。
さらに半導体検査装置は荷重制御器を備えており、荷重制御器は、エミッタ用探針とエミッタ電極の間の接触圧を、エミッタ用探針ごとに個別に制御する。荷重制御器は、他のエミッタ用探針よりも高温のエミッタ用探針の接触圧を、他のエミッタ用探針の接触圧よりも高くする。
【実施例】
【００１３】
（第１実施例）
本発明に係る半導体検査装置を図面を参照して説明する。図１は、半導体検査装置１０の模式図である。
半導体検査装置１０は、半導体チップ５０（半導体装置）を載置するテスタステージ１２、プローブベース１４、温度制御器２２、及び、主制御器２４を備える。図１には、半導体検査装置１０の主要部品のみを示してあり、例えばプローブベース１４を支持する部品等は図示を省略している。図１に示す破線は信号線を表している。
【００１４】
半導体検査装置１０で検査する半導体チップ５０は、ＩＧＢＴであり、多数のトランジスタ素子が基板５２に形成されている。基板５２の下面にコレクタ電極５４が形成されており、基板５２の上面にゲート電極５８と複数のエミッタ電極５６ａ−５６ｄが形成されている。
半導体チップ５０は、半導体検査装置１０のテスタステージ１２の上に載置される。テスタステージの上面にはコレクタ用プローブ１２ａが設けられており、そのコレクタ用プローブ１２ａが半導体チップ５０のコレクタ電極５４に接触する。
【００１５】
載置された半導体チップ５０の上面に対向する位置に、プローブベース１４が支持されている。プローブベース１４は、図示しない支持部材に支持されており、支持部材によって上下動することができる。
プローブベース１４の下面には、ゲート用プローブ１８と、複数のエミッタ用プローブ（探針）１６ａ−１６ｄが取り付けられている。
プローブベース１４が下降すると、ゲート用プローブ１８が半導体チップ５０のゲート電極５８に接触し、エミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄが、夫々エミッタ電極５６ａ−５６ｄに接触する。
夫々のエミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄの基部には、ペルチェ素子２０ａ−２０ｄが取り付けられている。ペルチェ素子は、一方向に電流を流すとその温度が上昇し、逆方向に電流を流すとその温度が低下する。ペルチェ素子２０ａ−２０ｄによって、エミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄを加熱又は冷却することができる。
ペルチェ素子に流す電流は、温度制御器２２によって制御される。温度制御器２２は、ペルチェ素子２０ａ−２０ｄに流す電流を個別に制御することができる。即ち、温度制御器２２によって、エミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄの温度を個別に制御することができる。
【００１６】
コレクタ用プローブ１２ａ、ゲート用プローブ１８、及びエミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄは、主制御器２４と電気的に接続されている。図２に、主制御器２４の模式的回路図を示す。図２は、図１に示したテスタステージ１２とプローブベース１４の図示を省略し、主制御器２４の内部の回路を図示したものである。また、図２では、図１において破線で示した信号線を実線で示している。
主制御器２４は、電流計測器２４ａと検査用電源２４ｂを備えている。検査用電源２４ｂが、エミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄとゲート用プローブ１８を介して、半導体チップ５０のエミッタ電極５６ａ−５６ｄとゲート電極５８の間に所定の電圧を印加する。
半導体チップ５０のゲート電極５８とエミッタ電極５６ａ−５６ｄの間に所定の電圧を印加すると、半導体チップ５０の内部でゲート電極５８とエミッタ電極５６ａ−５６ｄの間にわずかな漏れ電流が流れる。漏れ電流は、半導体チップ５０内でゲート層とエミッタ層を絶縁している絶縁膜（ゲート絶縁膜と呼ばれている）を流れる電流である。
電流計測器２４ａが、エミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄを介して、漏れ電流を計測する。
なお、コレクタ電極１２ａは主制御器２４内で接地されている。コレクタ電極１２ａを接地させるのは、半導体チップ５０内のコレクタ領域の電位をグランド電位に安定させるためである。
【００１７】
半導体チップ５０の検査について説明する。
半導体チップの内部の絶縁膜（ゲート絶縁膜）が適正に形成されていてもその絶縁膜を介してわずかな漏れ電流が流れる。絶縁膜が適正に形成されておらず、絶縁が不十分な場合には、漏れ電流は増大する。そして、絶縁膜が破壊されると、漏れ電流は急激に大きくなる。検査では、絶縁膜に電気的負荷（絶縁膜の両側の電位差と絶縁膜を流れる漏れ電流の積でその大きさが表される）を印加した状態で、熱負荷を局所的に増大させて絶縁膜が破壊して短絡するか否かを検査する。絶縁膜が破壊されたことは、漏れ電流が所定の閾値を超えたことで検出できる。即ち、この検査は、漏れ電流が所定の閾値を超えた半導体チップを不良チップとして特定する。
【００１８】
半導体検査装置５０は、半導体チップ５０のゲート電極５８とエミッタ電極５６ａ−５６ｄの間に所定の電圧を印加しておき、温度制御器２２によって、特定のエミッタ用プローブ（たとえばプローブ１６ａ）の温度を上昇させる。そうすると、エミッタ用プローブ１６ａに接触しているエミッタ電極５６ａが加熱されて、エミッタ電極５６ａの周辺（図２に記号「Ａ」で示す領域）に存在する絶縁膜の温度が他の領域より上昇する。半導体チップの温度が増大すると漏れ電流も増大する傾向がある。従って、領域Ａのみの温度を上昇させると、領域Ａに存在する絶縁膜を通じて流れる漏れ電流は他の領域に存在する絶縁膜を通じて流れる漏れ電流よりも大きくなる。即ち、領域Ａの温度を他の領域よりも高くすると、領域Ａの熱負荷とともに電気的負荷を増大させることができる。このとき、他の領域の電気的負荷と熱負荷を増大させることがない。従って、領域Ａに電気的負荷と熱負荷を集中することができる。
領域Ａに絶縁膜の形成不良箇所が存在する場合には、その不良箇所に電流が集中して流れるので、その不良箇所に印加される電気的負荷が増大する。他方、他の領域に絶縁膜の形成不良箇所が存在しても、他の領域は加熱されていないので、漏れ電流が増大することがなく、他の領域では電気的負荷が増大することがない。即ち、電気的負荷が分散することなく、加熱した領域Ａに電気的負荷を集中させることができる。
主制御器２４は、漏れ電流が閾値を超えたか否かをモニタしている。主制御器２４が漏れ電流をモニタしている間、温度制御器２２が、他のエミッタ用プローブ１６ｂ−１６ｄの温度を室温に維持しながら、エミッタ用プローブ１６ａの温度を所定温度に加熱する。温度制御器２２は、エミッタ用プローブ１６ａの温度を所定時間の間だけ高温に維持した後、エミッタ用プローブ１６ａの温度を室温まで低下させるとともに、エミッタ用プローブ１６ｂの温度を所定温度に加熱する。同様に、エミッタ用プローブ１６ｃ、１６ｄを個別に順次に昇温していく。
温度制御器２２がエミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄの温度を順次に昇温している間、主制御器２４は、漏れ電流が閾値を超えたことを検出するとその半導体チップ５０を不良品として特定する。
【００１９】
（第２実施例）
図３に、第２実施例に係る半導体検査装置１１０を示す。この半導体検査装置１１０は、第１実施例の半導体検査装置１０のペルチェ素子２０ａ−２０ｄと温度制御器２２に加えて圧電素子３０ａ−３０ｄと荷重制御器３２を備えている。なお、図３は、ペルチェ素子２０ａ−２０ｄと温度制御器２２の図示を省略している。図３では、図１に示した半導体検査装置１０が有する部品と同じ部品には同じ符号を付している。
圧電素子３０ａ−３０ｄの夫々は、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄの基部とプローブベース１４の間に取り付けられている。圧電素子３０ａ−３０ｄは、荷重制御器３２と電気的に接続されている。荷重制御器３２は、それぞれの圧電素子３０ａ−３０ｄに個別に電圧を印加することができる。圧電素子３０ａ−３０ｄは、電圧を印加することによって伸縮する。従って、荷重制御器３２が特定の圧電素子に所定の電圧を印加することによって、その圧電素子３０ａ−３０ｄに取り付けられているエミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄの先端を半導体チップ５０に対して独立に上下動させることができる。エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄがエミッタ電極５６ａ−５６ｄに接触している状態で、特定のエミッタ用プローブの先端を下降させることによって、その特定のエミッタ用プローブとエミッタ電極の間の接触圧を増大させることができる。即ち、荷重制御器３２によって、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄが接触しているエミッタ電極５６ａ−５６ｄの周辺に加わる応力を個別に増大させることができる。なお、荷重制御器３２は、温度制御器２２（図３では図示を省略している）が昇温したエミッタ用プローブの接触圧を他のエミッタ用プローブの接触圧よりも増大させる。
例えば、圧電素子３０ａを伸ばすことによって、エミッタ用プローブ１１６ａの先端を他のエミッタ用プローブ１１６ｂ−１１６ｄよりも強くエミッタ電極５６ａに押し当てることができる。エミッタ用プローブ１１６ａの接触圧を他のエミッタ用プローブの接触圧よりも増加させることによって、エミッタ電極５６ａの周辺領域に加わる応力を、他の領域に加わる応力よりも増大させることができる。換言すれば、エミッタ電極５６ａの周辺領域に存在する絶縁膜に局所的な応力負荷を印加することができる。エミッタ電極５６ａの周辺の温度は温度制御器２２によって昇温されているので、エミッタ電極５６ａの周辺領域には熱負荷とともに応力負荷が印加される。
【００２０】
なお、複数のコレクタ用プローブ１２ａが、半導体検査装置１１０のテスタステージ１２の上面から突出している。コレクタ用プローブ１２ａは、その軸線とエミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄの軸線が重ならないように、テスタステージ１２の上面に配置されている。コレクタ用プローブ１２ａのそのような配置によって、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄの先端が半導体チップ５０のエミッタ電極５６ａ−５６ｄを押圧したときに半導体チップ５０を撓み易くしている。
また、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄの先端、及びコレクタ用プローブ１２ａの先端は、略半球状に形成されている。これによって、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄが半導体チップ５０のエミッタ電極５６ａ−５６ｄを押圧したときに、半導体チップ５０にクラックなどのダメージを発生させないようにしている。
【００２１】
荷重制御器３２は、夫々のエミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄの接触圧を順次に他のエミッタ用プローブの接触圧よりも増大させる。荷重制御器３２が接触圧を増大させるエミッタ用プローブは、温度制御器２２（不図示）が昇温したエミッタ用プローブである。従って、夫々のエミッタ用プローブは、半導体チップ５０に対して熱負荷とともに応力負荷を局所的に印加する。
主制御器２４は、各エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄに順次に熱負荷と応力負荷が印加されている間、漏れ電流が増大するか否かをモニタする。
半導体チップ５０の絶縁膜に印加する応力負荷を増大させると、熱負荷を増大させるときと同様に、漏れ電流を増加させることができる。第２実施例の半導体検査装置１１０は、熱負荷とともに応力負荷を局所的に印加することができるので、第１実施例の半導体検査装置１０よりも一層に局所的に電気的負荷を集中させることができる。半導体チップ５０に局所的な電気的負荷と熱負荷と応力負荷を同時に印加することによって、その局所に絶縁膜の形成不良箇所が存在した場合に、その不良箇所で確実に短絡を生じさせることができる。半導体検査装置１１０は、絶縁不良を有する半導体チップ（半導体装置）を確実に検出することができる。
【００２２】
以上、本発明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。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００２３】
例えば、半導体検査装置は、漏れ電流を検出するためのエミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄ（１１６ａ−１１６ｄ）とは別個に加熱用の探針を備えてもよい。
また、温度制御器３２は、それぞれのエミッタ用プローブ１６ａ−１６ｄの温度を正弦波状に変化させることも好適である。ヒートサイクルを半導体装置に局所的に繰り返し印加することで、形成不良の絶縁膜を早く破壊することができる。
また、第２実施例の半導体検査装置１１０は、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄの基部とプローブベース１４の間に、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄを個別に上下させる圧電素子３０ａー３０ｄを備えている。エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄを個別に上下させる代わりに、テスタステージ１２の上面から突出する複数のコレクタ用プローブ１２ａを個別に上下動させてもよい。その場合は、複数のコレクタ用プローブ１２ａの基部に夫々圧電素子を取り付ければよい。半導体チップ５０は、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄとコレクタ用プローブ１２ａに挟持されているので、コレクタ用プローブ１２ａを個別に上下動させることによっても、半導体チップ５０に局所的に応力負荷を印加することができる。
また、第２実施例のテスタステージ１２は、その上面から突出する複数のコレクタ用プローブ１２ａを有している。コレクタ用プローブは、エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄに対向する部分に窪みを有する平面状のプローブであってもよい。エミッタ用プローブ１１６ａ−１１６ｄが夫々に半導体チップ５０を押圧したときに、プローブの窪みが半導体チップ５０を撓み易くするからである。
【００２４】
本明細書または図面に説明した技術要素は、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、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施例の半導体検査装置の模式図である。
【図２】第１実施例の半導体検査装置の模式的回路図である。
【図３】第２実施例の半導体検査装置の模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０、１１０：半導体検査装置
１２：テスタステージ
１２ａ：コレクタ用プローブ
１４：プローブベース
１６：エミッタ用プローブ
１８：ゲート用プローブ
２０：ペルチェ素子
２２：温度制御器
２４：主制御器
３０：圧電素子
３２：荷重制御器
５０：半導体チップ
【図１】
2008281466.tif 000003
【図２】
2008281466.tif 000004
【図３】
2008281466.tif 000005