JP2007085735A - 半導体装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハ上に形成された半導体装置の電極端子に探針を接触させて該半導体装置を検査する際に、電極端子と探針間の接触抵抗を正確に測定できる半導体装置の検査方法を提供する。
【解決手段】レギュレータ回路２を駆動して電極端子３へ出力電圧を印加させた状態で、その電極端子３に対し電流源８から２種類の電流Ｉ１、Ｉ２を１本の接触探針４を介して印加し、電極端子３に発生する電圧Ｖ１、Ｖ２を電圧計９によりそれぞれ測定し、これらの２種類の電流値と電圧値から電極端子３と接触探針４間の接触抵抗１０の抵抗値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の検査方法に関する。

最近、例えばＤＲＡＭやフラッシュメモリのようなメモリデバイスとロジック集積回路を同時に搭載したＬＳＩが開発されるようになってきている。これらのＬＳＩにおいては、例えば互いに動作電圧領域や電圧マージンが異なるメモリとロジックが同時に搭載されるため、両者に共通の電圧を与える電源の変動が厳しく制限される場合があり、高精度のレギュレータ回路を組み込むことが要求されている。

以下、ウェハ上に形成された半導体装置に内蔵されるレギュレータ回路の出力電圧を検査するための従来の方法について、図面を交えて説明する。図４は、従来の半導体装置の検査システムの概略構成を示す図である。また図５は、従来の半導体装置の検査システムにおける接触探針と電極端子の接触の態様を示す平面図である。但し、図４では、ウェハ上に多数形成された半導体装置のうちの任意の１個を示している。

図４、５において、１は半導体装置、２は半導体装置１に内蔵されたレギュレータ回路、３は半導体装置１上に形成された電極端子を示す。レギュレータ回路２はスイッチング機能を搭載しており、所定の出力電流能力を有する。電極端子３は、アルミニウムを主成分とする合金膜からなる。レギュレータ回路２は電極端子３に接続される。

また、４−１はレギュレータ回路の出力電圧測定用の接触探針、４−２は接触抵抗測定用の接触探針、５はプローブカード、６はＬＳＩテスタ、７−１、７−２は導線、８はＬＳＩテスタ６に内蔵される電流源、９はＬＳＩテスタ６に内蔵される電圧計を示す。また、１０−１は電極端子３と接触探針４−１間の接触抵抗、１０−２は電極端子３と接触探針４−２間の接触抵抗、１１は接触探針４−２を接地するためのスイッチを示す。

プローブカード５に固定された接触探針４−１は、導線７−１を介して、電流源８と電圧計９に接続される。また、プローブカード５に固定された接触探針４−２は、導線７−２を介して、スイッチ１１に接続される。

図４に示すように、半導体装置１に内蔵されたレギュレータ回路２の出力電圧Ｖｏがそのまま出力される電極端子３には、接触抵抗１０−１を介してプローブカード５の接触探針４−１が接続され、導線７−１を介して電流源８と電圧計９に接続される。一方、プローブカード５の接触探針４−２は、スイッチ１１により接地されるとともに、接触抵抗１０−２を介して電極端子３と接触接続される。

この従来の検査システムでは、レギュレータ回路２の出力電圧を検査するに際し、図５に示すように、接触探針４−１と接触探針４−２の２本の探針を半導体装置１の電極端子３に同時に接触させる。

以下、従来の半導体装置の検査方法について説明する。
まず、レギュレータ回路２が電極端子３に電圧出力しない状態で、且つ接触探針４−２がスイッチ１１で接地された状態で、ＬＳＩテスタ６内の電流源８から任意の電流Ｉｂを、導線７−１→接触探針４−１→接触抵抗１０−１→電極端子３→接触抵抗１０−２→接触探針４−２→導線７−２→スイッチ１１を介して接地へ流しこみ、電圧Ｖｂを電圧計９で測定する。

次に、電流Ｉｂおよび電圧Ｖｂより、接触抵抗１０−１と接触抵抗１０−２の抵抗値の総和Ｒｂ（＝Ｖｂ／Ｉｂ）を算出し、この総和Ｒｂが予め決めた規定値Ｒｍａｘ未満であれば、レギュレータ回路２を駆動して電極端子３へ出力電圧Ｖｏを印加させた状態で、且つスイッチ１１を開放した状態で、電流源９から任意の電流Ｉａを、導線７−１→接触探針４−１→接触抵抗１０−１→電極端子３を介してレギュレータ回路２へ流し込み、電圧Ｖａを電圧計１０で測定する。この測定値Ｖａをレギュレータ回路２の出力電圧値とし、測定値Ｖａが半導体装置１の内部回路動作に要求される電圧範囲内にあるかどうかを判定することで、レギュレータ回路２の良否判定を行う。

一方、接触抵抗１０−１と接触抵抗１０−２の抵抗値の総和Ｒｂが、規定値Ｒｍａｘ以上であれば、接触抵抗による測定誤差が基準外であると判定して、測定をストップする。このように、従来は、探針２本を用いて、ウェハ上に形成された半導体装置のボンディングパッドに代表される電極端子とプローブ針に代表される接触探針間の接触抵抗に起因する測定誤差によるレギュレータ回路の良品／不良品の誤判定を防止していた（例えば、特許文献１参照。）。つまり、こうしたレギュレータ回路の出力電圧検査を行う場合、半導体装置のボンディングパッドとテスタ側のプローブ針との接触抵抗による出力電圧の測定誤差が問題となるが、レギュレータ回路の出力電圧検査前に接触抵抗の良否判断を実施し、接触抵抗が規定値以下の接触探針を用いた出力電圧測定を行うことで、接触抵抗に起因する測定誤差によるレギュレータ回路の良品／不良品の誤判定を防止していた。

しかしながら、近年、プロセスの微細化が進行し半導体装置のサイズ縮小化、半導体装置の機能拡張による回路の大規模化に伴う電極端子の増加等により、電極端子サイズの縮小化が進んでいる。例えば、従来の電極端子の短辺は１００μｍ〜１２０μｍであったが、最近は５０μｍ〜６０μｍに縮小しており、１つの電極端子に複数の接触探針を割り当てることが難しくなってきた。

さらに、近年、プロセスの微細化に伴い半導体装置に内蔵されるトランジスタの駆動電圧が低下（１．５Ｖ）してきた。一方、半導体装置を用いるセットでは、従来の高い電圧（５Ｖや３Ｖ）を使用する製品が多いため、近年、多くの半導体装置では、内部トランジスタへの電源供給のためにセットから供給された高い電圧（３Ｖ）を降圧（１．５Ｖ）する正確なレギュレータ回路を搭載しなければならないことが多くなってきている。

しかしながら、上記した従来の検査方法では、電極端子３と出力電圧測定用の接触探針４−１間の接触抵抗１０−１の抵抗値と、電極端子３と接触抵抗測定用の接触探針４−２間の接触抵抗１０−２の抵抗値を分離して測定できず、接触抵抗による電圧降下分を考慮に入れたレギュレータ回路の出力電圧測定ができないので、電源として使用するため分解能１０ｍＶ程度の高精度な出力電圧測定が要求されるレギュレータ回路の測定には不向きであった。
特開平１１−１３３０７５号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、レギュレータ回路に接続する電極端子に対して１本の探針から２種類の電流を印加し、電極端子に発生する電圧をそれぞれ測定し、これらの２種類の電流値と電圧値から探針と電極端子間の接触抵抗の抵抗値を算出することにより、電極端子サイズが小さくなったとしても接触抵抗値を正確に測定でき、接触抵抗の良否判断を行うことができるとともに、この接触抵抗値を用いることでレギュレータ回路の出力電圧の高精度な測定結果を取得でき、出力電圧に関する誤判定も防止することができるようになる半導体装置の検査方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の半導体装置の検査方法は、レギュレータ回路と、前記レギュレータ回路に接続する電極端子を備えた半導体装置の検査方法であって、前記レギュレータ回路を駆動させるステップと、前記電極端子に１本の探針を接触させるステップと、前記探針を介して前記電極端子へ第１の電流を印加し前記電極端子の第１の電圧を測定するステップと、前記探針を介して前記電極端子へ第２の電流を印加し前記電極端子の第２の電圧を測定するステップと、前記第１および第２の電流の値と前記第１および第２の電圧の値から前記探針と前記電極端子間の接触抵抗の値を算出するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の請求項２記載の半導体装置の検査方法は、請求項１記載の半導体装置の検査方法であって、前記接触抵抗が所定の値以上である場合に検査を停止して前記探針のクリーニングを行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項３記載の半導体装置の検査方法は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の半導体装置の検査方法であって、前記第１の電流の値と前記第１の電圧の値と前記接触抵抗の値、あるいは前記第２の電流の値と前記第２の電圧の値と前記接触抵抗の値から前記レギュレータ回路の出力電圧を算出するステップをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明の請求項４記載の半導体装置の検査方法は、請求項３記載の半導体装置の検査方法であって、前記算出した前記レギュレータ回路の出力電圧を所定の電圧範囲と比較し、前記レギュレータ回路の良・不良を判定するステップをさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、従来のように電極端子上に探針を２本接触させる必要がなくなり、電極端子サイズが小さくなったとしても接触抵抗の良否判断を行うことができる。また、電極端子と探針間の接触抵抗の抵抗値を正確に測定できるので、接触抵抗の良否判断の誤判定を防止できる。さらに、この接触抵抗値を用いることでレギュレータ回路の出力電圧を正確に算出でき、出力電圧に関する誤判定も防止することができるようになる。

以下、図面を交えて本発明の実施の形態における半導体装置の検査方法について説明する。図１は、本実施の形態における半導体装置の検査システムの概略構成を示す図である。また図２は、接触探針と電極端子の接触の態様を示す平面図である。但し、図１では、ウェハ上に多数形成された半導体装置のうちの任意の１個を示している。

図１、２において、１は半導体装置、２は半導体装置１に内蔵されたレギュレータ回路、３は半導体装置１上に形成された電極端子を示す。レギュレータ回路２は所定の出力電流能力を有する。電極端子３はアルミニウムを主成分とする合金膜からなる。レギュレータ回路２は電極端子３に接続される。

また、４は接触探針、５はプローブカード、６はＬＳＩテスタ、７は導線、８はＬＳＩテスタ６に内蔵される電流源、９はＬＳＩテスタ６に内蔵される電圧計を示す。プローブカード５に固定された接触探針４は、導線７を介して、電流源８と電圧計９に接続される。また、１０は電極端子３と接触探針４間の接触抵抗を示す。

図１に示すように、半導体装置１に内蔵されたレギュレータ回路２の出力電圧Ｖｏがそのまま出力される電極端子３には、接触抵抗１０を介してプローブカード５の接触探針４が接続され、導線７を介して電流源８と電圧計９に接続される。本システムでは、レギュレータ回路２の出力電圧を検査するに際し、図２に示すように、１本の接触探針４を半導体装置１の電極端子３に接触させる。

続いて、図３を用いて動作を説明する。まず、半導体装置１に内蔵されたレギュレータ回路２を駆動して、電極端子３にレギュレータ回路２の出力電圧Ｖｏを発生させる（ステップＳ３０１）。

次に、ＬＳＩテスタ６に内蔵される電流源８から第１の電流Ｉ１（８ｍＡ）を、導線７→接触探針４→接触抵抗１０を介して、電極端子３に印加してレギュレータ回路２へ流し込み、これにより電極端子３に発生する第１の電圧Ｖ１を電圧計９で測定する（ステップＳ３０２）。同様に、電流源８から第２の電流Ｉ２（１ｍＡ）を電極端子３に印加してレギュレータ回路２へ流し込み、これにより電極端子３に発生する第２の電圧Ｖ２を電圧計９で測定する（ステップＳ３０３）。

次に、この２条件の印加電流から得られる電圧差（Ｖ１−Ｖ２）から、接触抵抗１０の値Ｒ（＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ２−Ｉ１））を算出する（ステップＳ３０４）。次に、この接触抵抗１０の値Ｒと予め決められた閾値とを比較することで、接触抵抗の良否を判断する（ステップＳ３０５）。具体的には、レギュレータ回路２の出力電圧に影響を与えないと判断できる最大抵抗値（Ｒｍａｘ＝２０Ω）以上か否かを判定する。

その結果、最大抵抗値（閾値）以上の場合は、精度の高い出力電圧測定が不可能なため測定を停止し（ステップＳ３０６）、その後、探針のクリーニングを行い（ステップＳ３０７）、接触抵抗の値ＲがＲｍａｘを下回るようにする。探針のクリーニングは、具体的には、接触探針をクリーニングシート表面に当接させ上下方向に動作させて、探針の針先表面とクリーニングシート表面を摩擦させることで行う。

一方、最大抵抗値（Ｒｍａｘ＝２０Ω）未満であった場合、レギュレータ回路の出力電圧値として、電流源８から電流Ｉ２を印加したときに電圧計９で測定された測定値Ｖ２に対して接触抵抗１０による電圧降下分（Ｉ２×Ｒ）を加算することで得られる電圧（Ｖ２＋Ｉ２×Ｒ）を算出する（ステップＳ３０８）。

この電圧値（Ｖ２＋Ｉ２×Ｒ）は接触抵抗１０を考慮した値であるので、電極端子３に発生しているレギュレータ回路２の出力電圧Ｖｏに近い値となり、これをレギュレータ回路２の出力電圧値とすることで高精度の結果を得ることができる。

なお、電流源８から電流Ｉ１を印加したときに電圧計９で測定された測定値Ｖ１に対して接触抵抗１０による電圧降下分（Ｉ１×Ｒ）を加算することで得られる電圧（Ｖ１＋Ｉ１×Ｒ）を算出してもよい。

レギュレータ回路の出力電圧Ｖｏを算出した後、その算出値を所定の電圧範囲と比較して、出力電圧Ｖｏが半導体装置１の内部回路動作に要求される範囲内にあるかどうか、つまり規格内かどうかを判定することで、レギュレータ回路の良品、不良品を判定して（ステップＳ３０９）、検査を終了する。

以上のように、１本の探針を半導体装置に形成された電極端子に接触させるだけで正確に接触抵抗を測定することができる。したがって電極端子サイズが縮小されても接触抵抗の測定が可能となる。

さらに、ウェハ上に形成された半導体装置の電極端子と接触探針間の接触抵抗の影響による接触抵抗の良否判断の誤判定やレギュレータ回路の良否判定の誤判定を防止できる。また、接触抵抗の電圧降下分を反映させた高精度な測定結果を取得できる。特にメモリデバイスやロジック回路など異なる機能の回路を１個のチップに搭載したために電源電圧や基準電圧の許容範囲が狭くなり高精度の電圧が要求される半導体装置に適用した場合に有効である。

本発明にかかる半導体装置の検査方法は、探針１本で接触抵抗を測定することができ、探針１本で接触抵抗を測定しなければならない検査であれば半導体装置に限らず有用である。

本発明の実施の形態における半導体装置の検査システムの概略構成を示す図 同実施の形態の半導体装置の検査システムにおける接触探針と電極端子の接触の態様を示す平面図 同実施の形態における半導体装置の検査方法を表すフロー図 従来の半導体装置の検査システムの概略構成を示す図 従来の半導体装置の検査システムにおける接触探針と電極端子の接触の態様を示す平面図

符号の説明

１ 半導体装置
２ レギュレータ回路
３ 電極端子
４、４−１、４−２ 接触探針
５ プローブカード
６ ＬＳＩテスタ
７、７−１、７−２ 導線
８ 電流源
９ 電圧計
１０、１０−１、１０−２ 接触抵抗
１１ スイッチ

Claims (4)

1. レギュレータ回路と、前記レギュレータ回路に接続する電極端子を備えた半導体装置の検査方法であって、
   前記レギュレータ回路を駆動させるステップと、
   前記電極端子に１本の探針を接触させるステップと、
   前記探針を介して前記電極端子へ第１の電流を印加し前記電極端子の第１の電圧を測定するステップと、
   前記探針を介して前記電極端子へ第２の電流を印加し前記電極端子の第２の電圧を測定するステップと、
   前記第１および第２の電流の値と前記第１および第２の電圧の値から前記探針と前記電極端子間の接触抵抗の値を算出するステップと、
   を含むことを特徴とする半導体装置の検査方法。
2. 前記接触抵抗が所定の値以上である場合に検査を停止して前記探針のクリーニングを行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の検査方法。
3. 請求項１もしくは２のいずれかに記載の半導体装置の検査方法であって、前記第１の電流の値と前記第１の電圧の値と前記接触抵抗の値、あるいは前記第２の電流の値と前記第２の電圧の値と前記接触抵抗の値から前記レギュレータ回路の出力電圧を算出するステップをさらに含むことを特徴とする半導体装置の検査方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の検査方法であって、前記算出した前記レギュレータ回路の出力電圧を所定の電圧範囲と比較し、前記レギュレータ回路の良・不良を判定するステップをさらに含むことを特徴とする半導体装置の検査方法。
   

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