(57)【要約】【課題】実際の実装状態に近い状態で、半導体デバイスの信頼性を評価する。【解決手段】半導体評価装置は、ＤＵＴ１1〜１nが実装される実装されるマウント部および該マウント部に実装されたＤＵＴと接続される周辺回路がそれぞれ設けられた被験体実装基板２と、マウント部に実装されたＤＵＴに電力を供給する可変電源６と、マウント部に実装されたＤＵＴにクロックを供給する可変クロック発生回路７と、マウント部に実装されたＤＵＴにテストパターンを供給するとともに、該ＤＵＴの出力を測定するテストパターン発生／測定回路８と、可変電源６および可変クロック発生部７をそれぞれ制御する制御部１０とを有する。【選択図】図１
2007232620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体である半導体デバイスが実装される少なくとも１つのマウント部および該マウント部に実装された半導体デバイスと接続される周辺回路がそれぞれ設けられた被験体実装用基板と、
前記マウント部に実装された半導体デバイスに電力を供給するための可変電源と、
前記マウント部に実装された半導体デバイスにクロックを供給するための、出力クロックの周波数が可変のクロック発生部と、
前記マウント部に実装された半導体デバイスに、該半導体デバイスを動作させるためのテストパターンを供給するとともに、該半導体デバイスの出力を測定するテストパターン発生／測定回路と、
前記可変電源の出力電圧および前記クロック発生部の出力クロックの周波数をそれぞれ制御する制御部と、を有する、半導体評価装置。
【請求項２】
前記マウント部は、前記被験体実装用基板上に複数設けられており、
前記テストパターン発生／測定回路と複数の前記マウント部に実装された半導体デバイスのそれぞれとの接続を選択的に切り替えるスイッチと、をさらに有し、
前記制御部は、前記スイッチを制御して、複数の前記マウント部に実装された半導体デバイスのいずれかを選択する、請求項１に記載の半導体評価装置。
【請求項３】
前記被験体実装用基板の、前記マウント部が形成された領域を収容する恒温槽をさらに有する、請求項１または２に記載の半導体評価装置。
【請求項４】
前記半導体デバイスが、前記マウント部に実装される側の面に第１の金属バンプが設けられたチップであり、
前記マウント部は、前記チップに設けられた第１の金属バンプと接合される第２の金属バンプを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体評価装置。
【請求項５】
半導体デバイスを評価する装置に用いられる被験体実装用基板であって、
被験体である半導体デバイスが実装される少なくとも１つのマウント部と、
前記マウント部に実装された半導体デバイスと接続される周辺回路と、を有する、被験体実装用基板。
【請求項６】
前記マウント部が形成された領域を収容する恒温槽をさらに有する、請求項５に記載の被験体実装用基板。
【請求項７】
前記半導体デバイスが、前記マウント部に実装される側の面に第１の金属バンプが設けられたチップであり、
前記マウント部は、前記チップに設けられた第１の金属バンプと接合される第２の金属バンプを有する、請求項５または６に記載の被験体実装用基板。
【請求項８】
被験体である半導体デバイスが実装される少なくとも１つのマウント部および該マウント部に実装された半導体デバイスと接続される周辺回路がそれぞれ設けられた被験体実装用基板を用いる半導体評価方法であって、
前記マウント部に実装された半導体デバイスに電圧およびクロックを供給するとともに、該電圧およびクロックの一方を段階的に変化させるステップと、
前記マウント部に実装された半導体デバイスに、該半導体デバイスを動作させるためのテストパターンを供給して、前記段階的に変化させた電圧または周波数毎に、該半導体デバイスの出力を測定するステップと、を含む、半導体評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体デバイス、特に、チップから基板へのリード線の引き出しを必要としないフリップチップ実装が可能な半導体デバイスの信頼性を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源電圧や動作周波数などのパラメータを変化させて半導体デバイスの信頼性を評価することのできる装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置は、スタート値、変化量、ストップ値の試験条件データの設定が可能なテスタＣＰＵと、このテスタＣＰＵにて設定された試験条件データを保持するレジスタ部と、このレジスタ部で保持された試験条件データに基づいて、被験体に供給すべきデータを生成するデータ生成部と、このデータ生成部で生成したデータを被験体に供給するためのピンエレクトロニクスとを有する。この装置によれば、被験体である半導体デバイスをピンエレクトロニクスに接続することで、動作周波数を一定として電源電圧を段階的に変化させて、各電圧での半導体デバイスの動作状態を確認したり、また、電源電圧を一定として動作周波数を段階的に変化させて、各動作周波数での半導体デバイスの動作状態を確認したりすることができる。
【特許文献１】特開平９−３１８７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体デバイスを搭載した装置上で、実際の動作を行っているうちに、半導体デバイスの動作不良を生じるケースが増加している。このため、半導体デバイスの信頼性評価も、実際の実装形態により近い状態で行うことが要求されるようになってきた。例えば、パーソナルコンピュータや携帯電話機などの電子機器においては、半導体デバイスが搭載されるプリント基板上に、その半導体デバイスと接続される周辺回路（例えば、メモリや各種インターフェース）が一緒に搭載されることが多く、そのような場合は、半導体デバイスと周辺回路をプリント基板上に一緒に搭載した状態で、半導体デバイスの評価を行うことが要求される。特に、フリップチップ実装により半導体デバイスを基板上に搭載する最近の電子機器においては、高機能化や高速化が図られたことにより、半導体デバイスと一緒に周辺回路を搭載した状態で評価を行う必要性がより高いものとなっている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、被験体である半導体デバイスの端子（例えば電源端子）を単にピンエレクトロニクスに接続する構成であるため、実際の実装形態に近い状態で半導体デバイスを評価することは困難である。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題を解決し、実際の実装状態に近い状態で、半導体デバイスの信頼性を評価することのできる半導体デバイス評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、被験体である半導体デバイスが実装される少なくとも１つのマウント部および該マウント部に実装された半導体デバイスと接続される周辺回路がそれぞれ設けられた被験体実装用基板と、前記マウント部に実装された半導体デバイスに電力を供給するための可変電源と、前記マウント部に実装された半導体デバイスにクロックを供給するための、出力クロックの周波数が可変のクロック発生部と、前記マウント部に実装された半導体デバイスに、該半導体デバイスを動作させるためのテストパターンを供給するとともに、該半導体デバイスの出力を測定するテストパターン発生／測定回路と、前記可変電源の出力電圧および前記クロック発生部の出力クロックの周波数をそれぞれ制御する制御部と、を有する、ことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、周辺回路を備えた被験体実装用基板上に半導体デバイスを実装して試験を行うので、実際の製品に搭載される形態により近い状態で半導体デバイスの評価を行うことが可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、実際の製品に搭載される形態により近い状態での試験が可能であるので、従来よりも信頼性の高い半導体デバイスの評価結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態である半導体評価装置の概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の半導体評価装置は、被測定デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test )１1〜１nが実装される被験体実装基板２、可変電源６、可変クロック発生回路７、テストパターン発生／測定回路８、スイッチ９、制御部１０、および恒温槽１１からなる。
【００１１】
被験体実装基板２は、実装されるＤＵＴ１1〜１nと接続される周辺回路が予め設けられている。可変電源６は、被験体搭載基板２上のＤＵＴ１1〜１nおよび周辺回路に電圧を供給するためのものであって、その出力電圧は、制御部１０からの制御信号に従って変化する。可変電源６の出力電圧の可変範囲は、ＤＵＴの動作最低電圧から動作最大電圧の範囲を含む。可変クロック発生回路７は、被験体搭載基板２上のＤＵＴ１1〜１nにクロックを供給するためのものであって、その出力クロックの周波数は、制御部１０からの制御信号に従って変化する。可変クロック発生回路７の出力クロックの周波数の可変範囲は、ＤＵＴの動作最低周波数から動作最大周波数の範囲を含む。
【００１２】
スイッチ９は、テストパターン発生／測定回路８とＤＵＴ１1〜１nとの間の接続を切り替えるスイッチである。テストパターン発生／測定回路８は、ＤＵＴ１1〜１nを動作させるためのテストパターンを発生したり、そのテストパターンを供給したＤＵＴの出力を測定したりする。テストパターン発生／測定回路８で発生したテストパターンは、スイッチ９を介してＤＵＴ１1〜１nのいずれかに供給される。ＤＵＴ１1〜１nの出力は、スイッチ９を介してテストパターン発生／測定回路８に供給されている。恒温槽１１は、被験体実装基板２のＤＵＴ１1〜１nが実装される領域を収納するように構成されており、槽内の温度を制御部１０によって指定された温度に維持することが可能である。
【００１３】
制御部１０は、可変電源６、可変クロック発生回路７、テストパターン発生／測定回路８、スイッチ９および恒温槽１１の各部の動作を制御する。
【００１４】
図２に、被験体実装基板２の構成を示す。図２に示すように、被験体実装基板２は、プリント基板であって、ＤＵＴ１1〜１nが実装される領域２ａと、周辺回路２０が実装された領域２ｂとを有する。領域２ａには、ＤＵＴ１1〜１nのそれぞれが実装されるマウント部２1〜２nが設けられている。
【００１５】
周辺回路２０は、マウント部２1〜２n上に実装されたＤＵＴと接続される周辺回路である。周辺回路２０としては、半導体メモリ（例えばＤＲＡＭ）や各種インタフェースなどが挙げられる。
【００１６】
ＤＵＴ１1〜１nのそれぞれは、マウント部に実装される側の面に金属バンプを備えた半導体チップであり、マウント部２1〜２nのそれぞれには、実装されるＤＵＴのバンプと対応する位置に、金属バンプが設けられている。図３は、マウント部２1の構成を示す模式図である。図３に示すように、ＤＵＴ１1は、マウント部２1上に互いの金属バンプが接合されるように実装される（フリップチップ実装）。恒温槽１１は、領域２ａを収容するように設けられる。
【００１７】
なお、図２には示されていないが、被験体実装基板２には、ＤＵＴを周辺回路２０とともに動作させて評価を行うのに必要な配線が設けられている。配線としては、例えば、可変電源６からマウント部２1〜２n上に実装されたＤＵＴに電力を供給するための配線、可変クロック発生回路７からのクロックをマウント部２1〜２n上に実装されたＤＵＴに供給するための配線、マウント部２1〜２n上に実装されたＤＵＴに対してデータの入出力を行うための配線などがある。周辺回路２０が電力を必要とする回路である場合は、その電力を供給するための電源や配線を別途設ける。
【００１８】
次に、本実施形態の半導体評価装置の動作を説明する。
【００１９】
図４に、半導体デバイスの動作周波数と動作電圧の関係を示す。図４に示すように、半導体デバイスの動作周波数は、動作電圧が高いほど高くなる。このような特性を有する半導体デバイスの信頼性の評価における試験条件としては、動作電圧が一定で、周波数を可変とする第１の試験条件と、動作周波数が一定で、動作電圧を可変とする第２の試験条件とが考えられる。
【００２０】
本実施形態の半導体評価装置では、第１または第２の試験条件で、ＤＵＴと周辺回路を一緒に動作させた状態で、ＤＵＴの評価を行うことができる。
【００２１】
第１の試験条件で評価を行う場合は、制御部１０は、可変電源６の出力電圧を一定となるように制御し、可変クロック発生回路７の出力クロックの周波数を段階的に変化させる。さらに、制御部１０は、テストパターン発生／測定回路８で生成したテストパターンが、被験体実装基板２上の指定されたＤＵＴに供給されるとともに、そのＤＵＴの出力がテストパターン発生／測定回路８に供給されるように、スイッチ９を制御する。テストパターン発生／測定回路８が、テストパターンとして、例えば、ＤＵＴが周辺回路であるＤＲＡＭにデータに対してデータの書き込みおよび読み出しを行うようなパターンを生成すれば、ＤＵＴと周辺回路を一緒に動作させることができる。出力クロックの周波数は、最初に推奨周波数に設定し、そこから例えば１０ＭＨｚずつ上げる。
【００２２】
第２の試験条件で評価を行う場合は、制御部１０は、可変クロック発生回路７の出力クロックの周波数を一定となるように制御し、可変電源６の出力電圧を段階的に変化させる。さらに、制御部１０は、テストパターン発生／測定回路８で生成したテストパターンが、被験体実装基板２上の指定されたＤＵＴに供給されるとともに、そのＤＵＴの出力がテストパターン発生／測定回路８に供給されるように、スイッチ９を制御する。出力電圧は、最初に推奨電圧に設定し、そこから例えば０．１Ｖずつ下げる。
【００２３】
以下、第１の試験条件で評価を行う場合を例に挙げて本実施形態の半導体評価装置の動作を具体的に説明する。
【００２４】
図５に、第１の試験条件の評価における制御部１０による処理の流れを示す。まず、可変電源６の出力電圧を所定の電圧(推奨電圧)に設定する（ステップ１０１）。次いで、可変クロック発生回路７の出力クロックの周波数を所定の動作周波数(推奨周波数)に設定する（ステップ１０２）。次いで、テストパターン発生／測定回路８にてテストパターンを発生させ、そのテストパターンが供給されたＤＵＴの出力を測定させる（ステップ１０３）。次いで、テストパターン発生／測定回路８による測定結果に基づいて、デバイス動作に問題がないかを判断する（ステップ１０４）。デバイス動作に問題がなかった場合は、可変クロック発生回路７の出力クロックの周波数を上げて（ステップ１０５）、ステップ１０３に移行する。デバイス動作に問題があった場合は、そのときの電圧、周波数を不図示の記憶部に格納し（ステップ１０６）、処理を終了する。なお、ステップ１０６の情報記録において、恒温槽の条件(温度、湿度、サイクル数)などの他の情報を一緒に記憶部に格納してもよい。
【００２５】
記憶部に格納した測定データを別途参照することで、信頼性試験を行った前後で、半導体デバイスの劣化が、どの程度発生しているのかを把握することが可能である。なお、ＤＵＴのみで動作するようなテストパターンを生成することで、ＤＵＴ単体での試験を行うこともできる。
【００２６】
以上説明した本実施形態の半導体評価装置によれば、周辺回路を備えた被験体実装基板２上にＤＵＴを実装して試験を行うので、実際の製品に搭載される形態により近い状態での試験が可能である。特に、フリップチップ実装により半導体デバイスを基板上に搭載する最近の電子機器においては、半導体デバイスの評価を行う場合、半導体デバイスと周辺回路を一緒に動作させた状態での評価が必要とされていることから、本実施形態の半導体評価装置は、同一基板上に、フリップチップ実装の半導体デバイスおよび周辺回路を有するので、そのような電子機器における半導体デバイスの評価において特に大きな効果を奏する。
【００２７】
また、電源およびクロックを可変させることが可能なので、電源およびクロックをそれぞれ可変させたときのダイナミックなデバイスの動作確認を行うことが可能である。
【００２８】
さらに、被験体実装基板は複数のＤＵＴを搭載することができ、スイッチで選択したＤＵＴを周辺回路と一緒に動作させて評価することができるので、評価のたびに、一々、ＤＵＴを取り替える必要がない。よって、作業効率も向上する。
【００２９】
さらに、測定系や電源、クロック源は恒温槽の外部に置き、ＤＵＴのみで試験可能なので、ＤＵＴ単体での信頼性試験が可能である。
【００３０】
さらに、ＤＵＴのみを恒温槽に収容した構成により、ＤＵＴを測定や制御が行われる系と切り離すことができ、実際の評価に関係ない部分の影響を受けずに、ＤＵＴの評価を行うことができる。これにより、評価結果の信頼性がさらに向上する。
【００３１】
また、チップの状態で試験が可能なので、アッセンブリする手間が無い。
【００３２】
また、ＤＵＴ単体での評価およびＤＵＴと周辺回路を含めた状態での評価が可能であることから、通常の信頼性試験とチップスピードの劣化を同時に調べることが可能である。
【００３３】
なお、上述した実施形態では、フリップチップ実装の半導体デバイスの評価を行うものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の実装手法、例えば基板に直接チップを実装するベアチップ実装を行う半導体デバイスの評価にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態である半導体評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す被験体実装基板の構成を示す平面図である。
【図３】図２に示すマウント部の一例を示す模式図である。
【図４】半導体デバイスの動作周波数と動作電圧の関係を示す図である。
【図５】動作電圧が一定で、周波数を可変とする試験条件で、半導体デバイスを評価する場合の制御部による処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１1〜１n  被測定デバイス（ＤＵＴ)
２  被験体実装基板
６  可変電源
７  可変クロック発生回路
８  テストパターン発生／測定回路
９  スイッチ
１０  制御部
１１  恒温槽
【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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