CN104777335A - 电流施加装置以及半导体元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供电流施加装置以及半导体元件的制造方法。该电流施加装置在对半导体元件施加检查电流时能够提高接触体的突起与表面电极的电接触性。在该半导体元件的制造方法中，利用该电流施加装置适当地进行了检查。电流施加装置(1)具备接触体(2)和按压体(3)。接触体(2)具有多个突起(21)，用于与半导体元件(22)的表面电极(22a)接触从而施加检查电流。按压体(3)将接触体(2)按压到半导体元件(22)上，以使各突起(21)贯穿被覆膜并与表面电极(22a)接触。接触体(2)具有设置在形成为弯曲形状的面(4)上的多个突起(21)，通过按压体(3)的按压，弯曲形状的面(4)变形成平面状。

Description

电流施加装置以及半导体元件的制造方法

技术领域

本发明涉及对半导体元件施加检查电流的电流施加装置以及利用该电流施加装置进行检查的半导体元件的制造方法。

背景技术

一般来讲，用于半导体元件检查的半导体元件检查装置具备电流施加装置。该电流施加装置对半导体元件施加用于检查半导体元件电力特性的检查电流。在现有技术中，作为这种电流施加装置已知有经由具有突起群的接触体(探测体)施加检查电流的一种装置，所述突起群由以固定间隔配置的多个突起构成(例如，参照专利文献1)。

在这种电流施加装置中，利用弹簧将接触体按压到半导体元件上，使得构成突起群的各突起与半导体元件的主动区(active area)内的接触区接触，并同时施加检查电流。这时，各突起的顶端贯穿包覆半导体元件的表面电极的电气绝缘膜与该表面电极接触，由此能够对半导体元件施加检查电流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－218675号公报

发明要解决的课题

在按照上述方法进行上述检查时，为了更为准确地检查半导体元件的电力特性，接触体的突起需要很好地与表面电极接触。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在对半导体元件施加检查电流时能够提高接触体的突起与表面电极的电接触性的电流施加装置以及一种b利用该电流施加装置适当地进行了检查的半导体元件的制造方法。

本发明的电流施加装置是对半导体元件施加检查电流的电流施加装置，该半导体元件的表面电极的至少一部分被电气绝缘的被覆膜包覆，该电流施加装置的特征在于具有：接触体和按压体，所述接触体具有多个突起，为了对所述半导体元件施加检查电流，所述多个突起贯穿所述被覆膜与所述表面电极接触，所述按压体将所述接触体按压到所述半导体元件上，使得所述突起贯穿所述被覆膜从而与所述表面电极接触，所述接触体在形成为弯曲形状的面上具有所述多个突起，通过所述按压体的按压，所述弯曲形状的面变形成平面状。

在本发明的电流施加装置中，由于多个突起形成于接触体的弯曲形状的面上，多个突起当中，在弯曲形状面上的与半导体元件的表面大致平行的区域上设置的突起朝向由按压体进行按压的方向，在弯曲形状的面上的相对半导体元件表面倾斜的区域上设置的突起朝向相对所述按压方向倾斜的方向。这里，突起的朝向是指突起基端的中心位置向顶端的方向。

于是，在对构成检查对象的半导体元件施加检查电流时，当通过按压体将接触体的弯曲面按压到半导体元件的表面上，接触体的面从弯曲形状变形到平面状。设置在接触面的弯曲形状的面上的、相对半导体元件的表面是倾斜的区域上的突起由于其朝向向按压方向上变化，突起在刮去半导体元件的被覆膜的同时贯穿该被覆膜从而与表面电极接触。这时，由于半导体元件上的与突起顶端接触的区域部分的被覆膜被突起顶端刮去，对应于该被刮去部分，表面电极较大地外露。

所以，本发明的电流施加装置与现有技术中的电流施加装置相比，由于半导体元件的表面电极较大地外露，在对半导体元件施加检查电流时，接触体的突起与该表面电极的电接触性得到提高。由此，本发明的电流施加装置能够准确地检查半导体元件的电力特性。

另外，在对半导体元件施加检查电流时，由于在半导体元件周边部份会产生电流集中，所以，期望在所述周边部提高电接触性从而降低接触电阻。

因此，在本发明的电流施加装置中，优选是所述接触体的具有所述多个突起的面弯曲成：中心部向与所述半导体元件的相反一侧突出，同时周缘部向所述半导体元件一侧突出。

在这种情况下，在接触体保持为弯曲形状这一通常状态下，设置在所述接触部周缘部的突起朝向相对按压体的按压方向倾斜的方向倾斜，突起越离开所述接触体中心部从而靠近周缘部，相对所述按压方向倾斜越大。

因此，在进行检查时，当将所述接触体按压到半导体元件上从而使得接触体的面从弯曲形状变形成平面状时，由于越是靠近接触体的周缘部的位置设置的突起，朝向变化成按压方向时的变位越大，这些突起顶端的移动距离变大。因此，半导体元件越靠近周缘部的区域被突起顶端刮去的被覆膜越多，接触区外露得较大。

所以，即使在半导体元件的周缘部也能够提高接触体的突起与表面电极的电接触性，从而降低接触电阻。

另外，在本发明的电流施加装置中，所述突起可以构成为锥体形，更优选是构成为锥台形。突起构成为锥体形时，半导体元件的被覆膜因锥体形的顶端的顶点的移动而被刮去。另一方面，突起构成为锥台形时，所述被覆膜因锥体形上端面的移动而被刮去，因而相比锥体形的情形，被刮去的被覆膜更多。所以，在突起构成为锥台形时，表面电极的外露面积进一步增大，能够进一步提高电接触性，从而降低接触电阻。

此外，优选是所述突起构成为四角锥台形，所述四角锥台形的一边的长度比所述半导体元件的凹凸表面的算术平均粗糙度大。在这种情况下，突起的顶端面跨越半导体元件的凹部，从而能够让突起的顶端面与半导体元件的表面电极接触，所以能够进一步提高电接触性。

另外，本发明的半导体元件的制造方法的特征在于具备：形成步骤，形成半导体元件，该半导体元件的表面电极的至少一部分被电气绝缘被覆膜包覆；电流施加步骤，通过将在形成为弯曲形状的面上具有多个突起的接触体按压到通过所述形成步骤形成的半导体元件上，使所述接触体的弯曲形状的面变形成平面状，由所述突起刮去所述被覆膜的同时，让所述突起贯穿所述被覆膜并与所述表面电极接触，从而施加检查电流；以及，判定步骤，基于所述检查电流判定在所述电流施加步骤中被施加了检查电流的半导体元件是否满足规定性能。

在本发明的半导体元件的制造方法中，首先在形成步骤中形成表面电极的至少一部分被电气绝缘被覆膜包覆的半导体元件。

接着，在电流施加步骤中，通过将接触体按压到在形成步骤中形成的半导体元件上，让突起贯穿半导体元件的被覆膜并与表面电极接触，从而施加检查电流。

在将接触体按压到半导体元件上时，接触体的弯曲形状的面变形成平面状。伴随该变形，在接触体的弯曲形状的面上的与半导体元件的表面大致平行的区域上设置的突起的朝向向按压方向改变，从而让该突起刮去半导体元件的被覆膜的同时贯穿该被覆膜，并与表面电极接触。这时，由于半导体元件上的与突起顶端接触的区域部分的被覆膜被突起顶端刮去，对应于该被刮去部分，表面电极较大地外露。其结果，在对半导体元件施加检查电流时，能够提高接触体的突起与该表面电极的电接触性，从而能够更为准确地检查半导体元件的电力特性。

并且，在判定步骤中，基于该检查电流判定通过所述电流施加步骤被施加了检查电流的半导体元件是否满足规定性能。

所以，根据本发明的半导体元件的制造方法，在所述电流施加步骤中，由于能够更为准确地检查半导体元件的电力特性，能够制造适当地进行了检查的半导体元件。

另外，在本发明的半导体元件的制造方法中，优选是所述多个突起设置于所述接触体上的位置越离开所述接触体中心部从而靠近周缘部，刮去所述被覆膜的距离越大。由此，半导体元件越靠近周缘部，被覆膜被突起的顶端刮去的越多，从而接触区域外露得较多。所以，即使在半导体元件的周缘部也能够提高接触体的突起与表面电极的电接触性，从而能够降低接触电阻。

附图说明

图1是本发明一实施方式的电流施加装置的斜视图。

图2是图1的电流施加装置的分解斜视图。

图3是图1的电流施加装置上的接触体和被施加检查电流的半导体元件的截面图。

图4是图1的电流施加装置的一部分接触体的放大图。

图5A和图5B是表示图3的接触体上设置的突起的一例的图，图5A是正视图，图5B是平面图。

图6表示由图1的电流施加装置施加检查电流的半导体元件的平面图。

图7表示图3的接触体上设置的突起的顶点在半导体元件表面上移动的图。

图8A-8C是表示突起的变形例的图，图8A是正视图，图8B是平面图，图8C是表示突起的顶端面在半导体元件表面上移动的图。

图9是表示通过图1的电流施加装置进行了适当的检查后的半导体元件的制造方法的步骤的流程图。

具体实施方式

以下，结合附图说明本发明的实施方式。实施方式中的电流施加装置适用于功率(power)半导体元件的检查。该功率半导体元件用于将检查电流施加到半导体元件上，特别是用于400～2000(A)的大电流开关。所述检查电流从外部电源供给，该检查电流用于检查半导体元件。作为半导体元件例如可以是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和功率MOSFET(场效应管)。该半导体元件的表面电极至少一部分通过电气绝缘膜被绝缘。在本实施方式中，对在与表面电极的电气绝缘膜相反一侧具有主动区及接触区的半导体元件的情形进行说明。但是，并不仅限于该形态。

如图1及图2所示，电流施加装置1具备圆盘状的接触体2和按压体3。接触体2与外部电源(未图示)连接，并被供给施加给受检查的半导体元件的检查电流。按压体3保持接触体2并将接触体2按压到所述半导体元件。

接触体2在配置受检查的半导体元件的一侧(以下简称“元件一侧”)具有设置了后述的突起群的接触面4。按压体3近乎圆筒形状，其内部保持接触体2。按压体3以使接触面4与该圆筒形状的轴线方向(以下简称“轴线方向”)几乎成垂直的方式对接触体2进行保持，并沿轴线方向将接触体2按压到半导体元件上。

如图2所示，按压体3具备圆盘状的基部5、大量带弹簧销6、圆盘状的导向支承体7、环状的安装体8、绝缘板9以及圆筒销10。所述大量带弹簧销6在基部5的元件一侧的面上沿纵横以具有一定间隔的方式排列。所述导向支承体7将带弹簧销6保持在与轴线方向垂直的方向上，并沿轴线方向对带弹簧销6进行导向。所述安装体8用于将接触体2安装到导向支承体7的元件一侧。绝缘板9使接触体2与安装体8绝缘。所述圆筒销10在轴线方向上对接触体2进行导向。

导向支承体7通过固定螺丝11以相对基部5平行的方式固定在该基部5上。基部5上设置定位孔12和与固定螺丝11螺合的螺丝孔13。定位孔12用于插入圆筒销10的与元件一侧成相反一侧的端部并对圆筒销定位。

导向支承体7上设置导向孔群14、作为通孔的导向孔15和圆筒状的突出部16。导向孔群14由与带弹簧销6数量相同的通孔构成，在与轴线方向垂直的方向上支承各带弹簧销6，并同时在轴线方向上对带弹簧销6进行导向。导向孔15在与轴线方向垂直的方向上支承圆筒销10，并同时在轴线方向上对圆筒销10进行导向。突出部16竖立设置在导向支承体7的元件一侧的面上。

在导向支承体7的外周上设置用于将安装体8固定到导向支承体7的外螺纹。导向孔群14的排列为在导向支承体7的元件一侧的面上构成与接触体2的接触面4对应的矩形模式(pattern)。即，接触体2的与接触面4相反一侧的面通过受导向孔群14导向的各带弹簧销6被支承在正好与接触面4对应的区域上。

导向孔15和突出部16位于该矩形模式的相向两边的外侧上。在接触体2上的与导向孔15及突出部16对应的位置上设置通孔17和通孔18。接触体2的构成接触面4的部分经由台阶部向元件一侧伸出，并形成由矩形台状部构成的多角形状的区域。

绝缘板9上设置开孔19和开口部20。开孔19受导向支承体7的突出部16插入。开口部20受构成接触面4的台状部插入。绝缘板9具有能够容纳于安装体8的内壁内的外径。安装体8的内壁上设置与导向支承体7的外螺纹对应的内螺纹。安装体8的元件一侧的端面上具有比绝缘板9的外径略小的内径的开口。

如图3所示，接触体2是例如在纵向长1(cm)、横向长1(cm)、厚度650(μm)的Ni板2a上形成例如厚度是50(μm)的硬质Ni膜2b，硬质Ni膜2b构成与半导体元件22相对的接触面4。接触体2弯曲成其中心部向与半导体元件22相反一侧(Ni板2a一侧)突出，且周缘部向半导体元件22一侧(Ni膜2b一侧)突出。弯曲的高度H例如形成为15(μm)。

如图4所示，上述接触体2的形成为弯曲形状的接触面4上设置由多个突起21构成的突起群。突起21以规定的间隔D、例如是大约0.5(mm)的间隔在接触面4上配置成行列状。提供给接触部2的检查电流经由各突起21流入构成检查对象的半导体元件22的表面电极22a。

如图3所示，在多个突起21当中，在接触面4上的与半导体元件22的表面大致平行的区域上设置的突起21a朝向由按压体3按压的方向(图中由箭头表示的方向)。接触面4上的相对半导体元件22的表面倾斜的区域上设置的突起21b，21c朝向相对所述按压方向倾斜的方向。这里，如图5(A)所示，突起21的朝向是指突起21的基端中心位置向顶端的方向。突起21越离开接触面4的中心部从而靠近周缘部相对所述按压方向的倾斜越大。即，突起21按突起21a，21b，21c的顺序倾斜依次增大。

接触面4上的突起群被按压到构成检查对象的半导体元件22的表面上时，突起21的顶端贯穿图3所示的半导体元件22表面化膜，并与表面电极22a良好地接触。通过这种方式，能够经由表面电极22a对主动区23内侧的接触区24施加检查电流。

图5A是表示一个突起21的形状的正视图，图5B是其平面图。如图5A所示，突起21形成为例如纵向长10(μm)、横向长10(μm)、高度5(μm)的四角锥形状。

电流施加装置1可以通过以下方式进行组装。即，首先将带弹簧销6填装到导向支承体7的导向孔群14内，再用两根固定螺丝11将导向支承体7安装到基部5上。接着，将圆筒销10插入到导向支承体7的导向孔15内，进一步将圆筒销10的端部插入到基部5的定位孔12内。

然后，以圆筒销10和导向支承体7的突出部16分别插入到接触体的通孔17和通孔18中的方式，将接触体2配置在导向支承体7的元件一侧。接着，通过下述方式将绝缘板9配置到接触体2的元件一侧：把构成接触体2的接触面4的台状部插入到绝缘板9的开口部20内且从接触体2的通孔18突出的导向支承体7的突出部16插入到开孔19内。

并且，通过将安装体8的内螺纹紧固到导向支承体7的外螺纹上，从而将安装体8固定到导向支承体7上。由此，完成电流施加装置1的组装，接触体2与按压体3形成图1所示的状态。

在该状态下，接触体2的与接触面4相反一侧的面上的与接触面4对应的区域在受大量带弹簧销6施力而被推向元件一侧的同时被支承在基部5上。另外，接触体2因圆筒销10及突出部16而在与轴线方向垂直的方向上被定位，并且接触体2以在轴线方向上多少能够进行移动的方式被导向。

因此，接触体2多少能够产生倾斜，从而使得当接触体2被按压到受检查的半导体元件22的表面上时，在该表面与接触面4之间的倾斜存在差异的情况下，能够消除该差异。

图6是表示由电流施加装置1施加检查电流的半导体元件22的平面图。如图6所示，半导体元件22具有配置了其多个单元(cell)的主动区23。在主动区23的内侧设定有接触区24。接触区24是进行半导体元件22检查时由电流施加装置1施加检查电流的部分。

在施加检查电流时，电流施加装置1的接触面4上的各突起21分别与接触区24内的多个接触点25接触，并从各突起21向与之对应的接触点25的附近流入电流。

在对半导体元件22施加检查电流时，通过内置有电流施加装置1的半导体检查装置，电流施加装置1被定位成相对半导体元件22处于规定位置。在该位置上，按压体3通过带弹簧销6的排列将接触体2例如以2.17(MPa)的压力按压到半导体元件22上，使得接触面4上的突起群与表面电极22a接触。

这时，由于接触体2通过圆筒销10及突出部16以能够稍微产生倾斜的方式被导向，接触面4相对半导体元件22表面的稍许倾斜能够因各带弹簧销6的收缩量差异而被吸收。由此，接触面4的各突起21几乎以均等的推压力与半导体元件22表面接触。

并且，通过按压体3将接触体2的接触面4按压到半导体元件22上时，接触面4由弯曲形状变形成平面形状。这时，如图3所示，设置在接触面4中心部的按压前朝向按压方向的突起21a在保持其朝向的同时贯穿被覆膜从而与表面电极22a接触。

另一方面，设置在接触面4的周缘部的、按压前朝向相对按压方向是倾斜的方向的突起21b，21c伴随接触面4的变形，其朝向向按压方向发生变化。由此，突起21b，21c在刮去所述被覆膜的同时贯穿该被覆膜，从而与表面电极22a接触。这时，如图7所示，设置在接触面4周缘部的突起21b，21c伴随其顶端沿四角形的对角线方向从位置P1移动到P2，刮去突起21b，21c的顶端接触的区域部分的被覆膜，因此表面电极22a较大地外露。另外，如图7所示，突起21b，21c伴随其顶端沿四角形对角线方向的移动，四角形的底面变化成沿对角线方向延展的形状。

如上所述，本实施方式的电流施加装置1与现有技术中的电流施加装置相比，由于半导体元件22的表面电极22a较大地外露，在对半导体元件22施加检查电流时，接触体2的突起21的顶端与半导体元件22的表面电极22a的电接触性得到提高。由此能够准确地检查半导体元件22的电力特性。

特别是由于突起21越离开接触面4的中心部从而靠近周缘部，按压前相对按压方向的倾斜越大，因而在被按压后朝向变化时的变位越大，突起21顶端的移动距离变大。例如，突起21离开接触体2中心部的距离分别是0、0，3(cm)、0.5(cm)、0.6(cm)时，被按压后的突起21的顶端的移动距离分别是0、1(μm)、7(μm)、9(μm)。其结果，突起21越离开接触面4的中心部从而靠近周缘部，越能够刮去半导体元件22的被覆膜，即使在半导体元件22的周缘部也能够提高接触体2的突起21与表面电极22a的电接触性。

例如，现有技术中具有平面状的接触体的电流施加装置中，接触面中心部的突起和周缘部的突起的接触电阻(contact resistance)是20～200(Ω)范围，特别是在周缘部的突起处会产生接触不良。然而，采用本实施方式的电流施加装置1时，所述接触电阻能够被控制在20～40(Ω)的范围，消除了周缘部的突起21处的接触不良，能够从整体上降低接触电阻。

在本实施方式的电流施加装置1中，突起21形成为四角锥形状。但是，突起21优选是如图8A及图8B所示的顶部呈平坦的四角锥台形。而且，当突起21是四角锥形时，顶端面的一边的长度比半导体元件22的凹凸表面的算术平均粗糙度(arithmeticaverage roughness)Ra大。

当突起21c是四角锥形时，如图7所述，四角锥形的顶端的顶点从位置P1移动到位置P2，半导体元件22的被覆膜因此被刮去。另外，当突起21c具有四角锥台形状时，如图8C所示，四角形顶端面沿对角线方向从位置P3向位置P4移动。半导体元件22的被覆膜因所述顶端面的移动而被刮去，因此与突起21是四角锥形的情形相比，表面电极22a的外露面积进一步变大，电接触性进一步得到提高。

另外，当突起21的顶端面的一边具有比半导体元件22的凹凸表面的算术平均粗糙度Ra大的尺寸时，突起21的顶端面跨越半导体元件22的凹部，从而能够让突起21的顶端面与半导体元件22的表面电极22a接触，所以能够进一步提高电接触性。

另外，突起21的形状只要是以上述方式来进行良好的接触从而能够确保导通的形状即可，并不限定为多角锥形或多角锥台形，也可以是圆锥形或圆锥台形。

最后，说明本发明的半导体元件的制造方法。

如图9所示，实施方式的制造方法具备：步骤ST1，形成半导体元件；试验步骤ST2，为了判定通过步骤ST1形成的半导体元件的优良与否，利用上述电流施加装置1施加检查电流进行试验；步骤ST3，判别在所述试验步骤ST2中被施加了检查电流的半导体元件是否被破坏；步骤ST4，根据所述步骤ST3的判别结果判定优良品；以及，步骤ST5，判定为不良品。

这里，试验步骤ST2相当于本发明的制造方法中的电流施加步骤，判别步骤ST3至ST5相当于本发明的制造方法中判定半导体元件是否满足规定性能的判定步骤。

在上述实施方式中，在形成步骤ST1中，以通过公知的制造技术制造的半导体元件为检查对象，在步骤ST2中进行电流施加试验。该试验例如是在日本特开2006－284490号公报中披露的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的RBSOA(反向偏置安全运行区)耐量评价中所使用的试验方法。RBSOA表示IGBT的关闭伴随的集电极-发射极(collector-emitter)间电压和集极电流(collector current)的非破坏运行范围。该范围越大，相对反向偏置的非破坏性能越高。

所以，在试验步骤ST2中，利用电流施加装置1对作为检查对象的半导体元件施加大电流。例如，在RBSOA的设计值(额定电流)是500安培时，施加1000安培的电流。并通过验证被施加了检查电流的半导体元件是否满足规定性能，来判别该半导体元件是否被破坏(步骤ST3)。其结果，半导体元件未被破坏时则判定为优良品(步骤ST4)，半导体元件被破坏时则判定为不良品(步骤ST5)。

根据本实施方式的方法，能够制造如上所述的利用下述电流施加装置适当地进行了检查的半导体元件。该电流施加装置在接触体的突起与半导体元件的表面电极22a之间具有优异的电接触性。

Claims (7)

1.一种电流施加装置，其对半导体元件施加检查电流，所述半导体元件的表面电极的至少一部分被电气绝缘的被覆膜包覆，该电流施加装置的特征在于，具有接触体和按压体，

所述接触体具有多个突起，为了对所述半导体元件施加检查电流，所述多个突起贯穿所述被覆膜而与所述表面电极接触，

所述按压体将所述接触体按压到所述半导体元件上，使得所述突起贯穿所述被覆膜，从而与所述表面电极接触，

所述接触体在形成为弯曲形状的面上具有所述多个突起，通过所述按压体的按压，所述弯曲形状的面变形成平面状。

2.根据权利要求1所述的电流施加装置，其特征在于，

所述接触体的具有所述多个突起的面弯曲成：中心部向与所述半导体元件相反的一侧突出，同时周缘部向所述半导体元件的一侧突出。

3.根据权利要求1所述的电流施加装置，其特征在于，所述突起构成为锥体形。

4.根据权利要求1所述的电流施加装置，其特征在于，所述突起构成为锥台形。

5.根据权利要求4所述的电流施加装置，其特征在于，所述突起构成为四角锥台形，所述四角锥台形的一边的长度比所述半导体元件的凹凸表面的算术平均粗糙度大。

6.一种半导体元件的制造方法，其特征在于，具备：

形成步骤，形成半导体元件，该半导体元件的表面电极的至少一部分被电气绝缘的被覆膜包覆；

电流施加步骤，通过将在形成为弯曲形状的面上具有多个突起的接触体按压到通过所述形成步骤形成的半导体元件上，使所述接触体的弯曲形状的面变形成平面状，由所述突起刮去所述被覆膜的同时，让所述突起贯穿所述被覆膜而与所述表面电极接触，从而施加检查电流；以及

判定步骤，基于所述检查电流判定在所述电流施加步骤中被施加了检查电流的半导体元件是否满足规定的性能。

7.根据权利要求6所述的半导体元件的制造方法，其特征在于，所述多个突起设置于所述接触体上的位置越离开所述接触体的中心部而靠近周缘部，刮去所述被覆膜的距离就越大。