(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性の検査において、検査装置を複雑化させることなく、簡易な構成でウエハ裏面に対するケルビン接続を実現することが可能な半導体ウエハ及び半導体検査方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハ２の表面に、ウエハ裏面に電気的に接続されて裏面の電位測定に供される裏面電位測定用電極５を設け、この裏面電位測定用電極５と裏面とを半導体ウエハ２を貫通して導通する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に半導体回路が形成される半導体ウエハであって、
その裏面に電気的に接続されて裏面の電位測定に供される裏面電位測定用電極を、その表面に備え、
前記裏面電位測定用電極と前記裏面とが、前記半導体ウエハを貫通して導通されることを特徴とする半導体ウエハ。
【請求項２】
前記裏面電位測定用電極が、前記半導体ウエハを貫通してその裏面に至ることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエハ。
【請求項３】
前記裏面電位測定用電極が、前記半導体ウエハの表面に形成されるチップ領域内に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウエハ。
【請求項４】
前記裏面電位測定用電極が、前記半導体ウエハの表面に形成されるチップ領域外に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウエハ。
【請求項５】
前記裏面電位測定用電極が、前記半導体ウエハの表面に形成される複数のチップ領域間のストリート領域に形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエハ。
【請求項６】
半導体ウエハの表面に形成されたチップの電気的特性を検査する半導体検査方法において、
前記チップ上の測定部位に第１のフォース端子を、前記半導体ウエハの裏面に第２のフォース端子を接触させ、
前記測定部位に第１のセンス端子を接触させ、
前記半導体ウエハの表面に設けられた該ウエハの裏面に電気的に接続される裏面電位測定用電極であって、この裏面電位測定用電極と前記半導体ウエハの裏面とが前記半導体ウエハを貫通して導通する裏面電位測定用電極に第２のセンス端子を接触させて、
前記フォース端子及び前記センス端子を前記測定部位及び前記裏面にケルビン接続することを特徴とする半導体検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性の検査に関し、特に半導体ウエハに形成されたチップ等の表面電極とウエハ裏面との間に検査電流を流してこのとき現れる表面電極とウエハ裏面の間の電圧を測定する電気的特性の検査に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ上に形成された半導体チップを検査して不良チップを発見し、不良チップについては後の組立工程を行なわないようにすることで製造効率を向上させている。このような検査には各半導体チップの電気的な特性の検査が含まれており、この電気的特性の検査では半導体チップの表面電極とウエハ裏面との間に検査電流を流してこのとき現れる表面電極とウエハ裏面との間の電圧も測定される（このように測定される電圧を、本明細書における以下の説明で「被測定電圧」と記す）。このような被測定電圧としては、例えば、表面に電界効果型トランジスタのゲート及びソースが形成され、他方の面に対応するドレインが形成された半導体ウエハでは、ウエハ表面に形成されたゲート電極とウエハ裏面との間の順方向電圧（オン抵抗）が測定される。
【０００３】
図１の（Ａ）は上記被測定電圧測定を行う従来の半導体検査方法の説明図である。図１の（Ａ）に示すとおり、半導体検査装置１は、ウエハ２を保持するウエハチャック（試料台）１０と、ウエハ２上に形成されたチップ（図示せず）に設けられたパッド（電極）３に接触してパッド３に検査電流を流し電圧測定を行うためのプローブ（針）３１ｆ及び３１ｓを備えたプローブカード３０と、チップのパッド３から裏面へ検査電流を流してそのときの電圧を測定するテスタ回路４０と、を備えている。なお、半導体検査装置１としては、プローブカード３０を備えないプローブヘッド形式のものも使用される。
【０００４】
プローブカード３０に設けられるプローブ３１ｆ及び３１ｓは、これらプローブとパッドとの間の接触抵抗に起因する電圧降下分が測定電圧に影響しないように、フォース用プローブ３１ｆとセンス用プローブ３１ｓとに別個に設けられ、下記特許文献１等に開示されようにケルビン接続が採用されている。
テスタ回路４０は、電源４２によってフォース用プローブ３１ｆを介してパッド３からウエハ２の裏面へと検査電流を流す一方で、そのときにパッド３とウエハ２の裏面との間に生じる電圧を、センス用プローブ３１ｓを介して電圧計４１で測定することにより、半導体チップの表面電極と裏面電極との間に現れる上記被測定電圧を得る。
テスタ４０内の電圧計４１には、電圧計自身の抵抗値による電圧降下を防ぐためにハイインピーダンスの内部抵抗Ｒｉが直列に接続されており、検査電流は殆ど電圧計４１を通らない。このためにセンス用プローブ３１ｓとパッド３との間の接触抵抗の影響を被ることなく測定値を得ることが可能である。
【０００５】
図１の（Ｂ）は図１（Ａ）の半導体検査装置１による検査回路の等価回路図である。図１の（Ｂ）において、Ｒ１ｆはフォース用プローブ３１ｆとパッド３との間の接触抵抗を示し、Ｒ１ｓはセンス用プローブ３１ｓとパッド３との間の接触抵抗を示し、Ｒ２はウエハ２の裏面側の接触抵抗を示す。
図１の（Ｂ）から分かるとおり、従来の半導体検査装置１の構成では、電圧計４１とパッド３及びウエハ２とを接続する直列回路には、検査電流が流れるウエハ２の裏面側の接触抵抗Ｒ２が含まれる。このために接触抵抗Ｒ２により生じる電圧降下分が測定結果に含まれることにより測定精度が劣化する問題があった。
【０００６】
この問題を解決するため、下記特許文献２に開示する半導体検査装置では、ウエハを保持するウエハステージに複数の貫通穴を設けて、そのそれぞれにコンタクトピンを配置し背面側からの押圧によってピンの先端がステージ表面からわずかに突出してウエハ裏面に当接するように構成する。一方でステージ裏側にはコンタクトピンを押し上げるためのフォース用コンタクト片及びセンス用コンタクト片を設け、これらコンタクト片が検査対象のチップの直下に移動してそれぞれ別個にコンタクトピンを押圧し、フォース用コンタクト片に接触するピンとセンス用コンタクト片に接触するピンとを別々にウエハ裏面に当接させることにより、ウエハ裏面においてもケルビン接続を実現する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−６４３８５号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１７９９号公報
【特許文献３】特開平２００３−３２２３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２の構成ではウエハに配置される各チップの裏面に、フォース用及びセンス用のピンが少なくとも１つずつ当接することが望まれるため、細かなピッチで多数のコンタクトピンを、背面から押圧された場合にステージ表面に突出しつつ背面から脱落しないように配置する必要がある。また、コンタクトピンを押し上げるコンタクト片を各チップのそれぞれの直下まで移動させる駆動機構をステージに組み込む必要がある。このため、上記特許文献２の構成ではステージ機構が非常に複雑となる問題があった。
【０００９】
上記問題に鑑み、本発明は半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性の検査において、検査装置を複雑化させることなく、簡易な構成でウエハ裏面に対するケルビン接続を実現することが可能な半導体ウエハ及び半導体検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、半導体ウエハの表面に、ウエハ裏面に電気的に接続されて裏面の電位測定に供される裏面電位測定用電極を設ける。裏面電位測定用電極と裏面とは半導体ウエハを貫通して導通される。
そして、この半導体ウエハの表面に形成されたチップの電気的特性を検査する際には、チップ上の測定部位に第１のフォース端子を、半導体ウエハの裏面に第２のフォース端子を接触させる。一方で上記測定部位に第１のセンス端子を接触させ、上記裏面電位測定用電極に第２のセンス端子を接触させる。このようにフォース端子及びセンス端子を測定部位、裏面及び裏面電位測定用電極に接触させることにより、これらフォース端子及びセンス端子を測定部位及び裏面にケルビン接続する。
【００１１】
なお、裏面電位測定用電極は、裏面電位測定用電極自身が半導体ウエハを貫通してその裏面に至るように設けてよい。
さらに、裏面電位測定用電極は、半導体ウエハの表面に形成されるチップ領域内に形成してよく、チップ領域外に形成してもよく、複数のチップ領域間のストリート領域に形成してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、簡易な構成でウエハ裏面に対するケルビン接続を実現する半導体ウエハ及び半導体検査方法が実現される。これによって安価な構成によってチップの電気的特性の検査の精度向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図２は、本発明の実施例に係る半導体ウエハの電気的特性の検査の様子を示す図である。図２に示すとおり、半導体検査装置１には、ＸＹ可動テーブル２０と、テーブル２０上に設けられ半導体ウエハ２を保持する真空チャックなどのウエハチャック（試料台）１０が設けられる。
チャック１０の上方には、チャック１０上に保持されるウエハ２表面に形成されたチップ４上のパッド３に接触してパッド３をテスタ回路４０に電気的に接続するためのプローブ３１ｆ及び３１ｓを備えたプローブカード３０が設けられる。なお、半導体検査装置１を、プローブカード３０を備えないプローブヘッド形式としてもよい。
【００１４】
プローブカード３０に設けられたプローブ３１ｆは、パッド３からウエハ２の裏面へ検査電流を流すために、テスタ回路４０内の電源４２に電気的に接続されパッド３に電圧を印加するためのフォース用プローブであり、プローブ３１ｓは、パッド３とウエハ２の裏面との間の電圧（チップ４に関する上記被測定電圧）を測定するために電圧計４１の一方の端子にパッド３を接続する第１センス用プローブである。テスタ回路４０内の電圧計４１にはハイインピーダンスの内部抵抗Ｒｉが直列に接続されており、半導体検査装置１は、これらフォース用プローブ３１ｆ及び第１センス用プローブ３１ｓとパッド３との間をケルビン接続する。
ここに、プローブカード３０に設けられたフォース用プローブ３１ｆは本願の特許請求の範囲に係る第１のフォース端子を成し、プローブカード３０に設けられた第１センス用プローブ３１ｓは本願の特許請求の範囲に係る第１のセンス端子を成す。
【００１５】
一方でウエハチャック１０の表面は、ウエハ２の裏面に接触してウエハ２の裏面をテスタ回路４０の電源４２に接続されることによってフォース用端子をなす。ウエハチャック１０の表面は、フォース用プローブ３１ｆと共にパッド３とウエハ２の裏面との間に電圧を印加することにより、パッド３とウエハ２の裏面との間に検査電流を流す。したがってウエハチャック１０の表面は、本願の特許請求の範囲に係る第２のフォース端子を成す。
【００１６】
さらに、ウエハ２の表面には、ウエハ２の裏面の電気的に接続される裏面電位測定用電極５が設けられる。裏面電位測定用電極５については以下に詳述する。一方でプローブカード３０には、裏面電位測定用電極５に接触する第２センス用プローブ３２ｓが設けられる。第２センス用プローブ３２ｓは、テスタ回路４０内の電圧計４１の他方の端子に接続される。上記第１センス用プローブ３１ｓによってパッド３が電圧計４１の一方の端子に電気的に接続され、第２センス用プローブ３２ｓによってウエハ２の裏面が電圧計４１の他方の端子に電気的に接続されることにより、パッド３とウエハ２の裏面との間の電位差が測定される。ここに、第２センス用プローブ３２ｓは本願の特許請求の範囲に係る第２のセンス端子を成す。
【００１７】
図３の（Ａ）は、本発明の実施例に係る半導体検査方法の基本的な原理を説明する図である。裏面電位測定用電極５は、半導体ウエハ２を貫通する接続部５１によってウエハ２の裏面に導通されウエハ２の裏面と同一電位となる。このような接続部５１は、ウエハ２の当該部分にドナーやアクセプタをドーピングしてこの部分の導電率を高めることによって形成してもよく、またはウエハ２を穿孔した後に良導体を埋め込んで形成してもよい。
一方、フォース用プローブ３１ｆからパッド３に流れ込む検査電流Ｉｆの大部分は、ウエハチャック１０の表面で集電されて電源４２に帰還する。したがって第２センス用プローブ３２ｓへは検査電流Ｉｆの流入が無くなるため、ウエハ２の裏面に対してもフォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓによるケルビン接続が実現する。
【００１８】
図３の（Ｂ）は図３の（Ａ）の等価回路図である。図１の（Ｂ）に示した従来の等価回路図との対比によって理解されるように、ウエハチャック１０の表面及び第２センス用プローブ３２ｓによるウエハ２の裏面に対するケルビン接続が実現することによって、電源４２によってパッド３からウエハ２の裏面に電流を流すフォース用回路Ｃｆと、電圧計４１によってパッド３とウエハ２の裏面との間の電圧を測定するセンス用回路Ｃｓとが分離される。ここに、図３に示す抵抗Ｒ２はウエハ２裏面とウエハチャック１０の表面の間の接触抵抗であり、抵抗Ｒ２ｓは第２センス用プローブ３２ｓとウエハ２裏面との間の接触抵抗である。
このため、図１の（Ｂ）に示す等価回路を参照して上述した、従来生じていたウエハ裏面の接触抵抗Ｒ２に起因する電圧降下分の測定電圧への重畳が防止され、測定精度を向上することが可能となる。
【００１９】
図３の（Ａ）に示すように、裏面電位測定用電極５の電位が、半導体ウエハ２の表面の電位や、半導体ウエハ２の表面から裏面へ貫通する貫通孔の裏面に至る途中部分の内壁の電位に影響されることを防ぐために、裏面電位測定用電極５と半導体ウエハ２の表面との間や、裏面電位測定用電極５及び接続部５１と上記貫通口の途中部分の内壁との間を絶縁する絶縁膜などの絶縁手段５２を設けてもよい。
なお、裏面電位測定用電極５がパッド３から遠くに設けられている場合には、裏面電位測定用電極５が導通するウエハ２の裏面部分とパッド３との間の電圧降下分が測定値に影響を及ぼすことになるが、ウエハ２の裏面は抵抗の低い半導体であり、また、検査電流Ｉｆはウエハチャック１０の表面に集電されていて、裏面電位測定用電極５が導通するウエハ２の裏面部分とパッド３との間には殆ど電流が流れないために、影響は軽微で問題とならない。
さらに図３の（Ａ）において、裏面電位測定用電極５は、半導体ウエハ２を貫通する接続部５１によってウエハ２の裏面に導通されることとしたが、裏面電位測定用電極５自身を、半導体ウエハ２を貫通してその裏面に至るように設けてもよい。
【００２０】
図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、裏面電位測定用電極５の様々な配置例を示す図である。図４の（Ａ）に示す例では、半導体ウエハ２の表面に形成される各チップ４毎に、各チップ領域内に裏面電位測定用電極５が形成される。
図４の（Ｂ）に示す例では、半導体ウエハ２の表面に形成される各チップ４毎に、各チップ領域外に裏面電位測定用電極５が形成される。このとき裏面電位測定用電極５を、チップ領域４の間のストリート領域に設けてもよい。
【００２１】
図４の（Ａ）及び図４の（Ｂ）に示すように、各チップ４毎に、そのチップ領域内及びチップ領域付近に裏面電位測定用電極５を設けることにより、検査対象のチップ４に近い裏面電位を測定することが可能となり、より精度の高い測定が可能となる。
なお、複数のチップに対してそのうちの１つのチップのみに裏面電位測定用電極５を設けてもよい。またチップ間のストリート領域に設けられる裏面電位測定用電極５を、そのストリートを挟む２つのチップで共用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性の検査に利用可能であり、特に半導体ウエハに形成されたチップ等の表面電極とウエハ裏面との間に検査電流を流してこのとき現れるチップ等の表面電極とウエハ裏面の間の電圧を測定する電気的特性の検査に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は半導体ウエハに形成されたチップ等の表面電極とウエハ裏面との間に検査電流を流してこのとき現れる電圧の測定を行う従来の半導体検査方法の説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す半導体検査装置による検査回路の等価回路図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体ウエハの電気的特性の検査の様子を示す図である。
【図３】（Ａ）は本発明の実施例に係る半導体検査方法の基本的な原理を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の等価回路図である。
【図４】裏面電位測定用電極の配置例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    半導体検査装置
２    ウエハ
４    チップ
５    裏面電位測定用電極
１０    ウエハチャック
２０    ステージ
３０    プローブカード
３１ｆ    フォース用プローブ
３１ｓ、３２ｓ    センス用プローブ
４０    テスタ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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