JP2004347360A - 半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】精度良く加熱することにより信頼性の高い加熱評価試験が可能となると共に製造コストの低減と装置スペースの縮小化が可能な半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体装置は、シリコン基板と、このシリコン基板の裏面に形成された絶縁膜12と、この絶縁膜12上に形成された加熱用配線13と、この加熱用配線13及び絶縁膜12の上に形成された保護膜と、を具備し、前記加熱用配線13は電流を流すことにより前記シリコン基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明に係る半導体装置は、シリコン基板と、このシリコン基板の裏面に形成された絶縁膜12と、この絶縁膜12上に形成された加熱用配線13と、この加熱用配線13及び絶縁膜12の上に形成された保護膜と、を具備し、前記加熱用配線13は電流を流すことにより前記シリコン基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法に係わり、特に、精度良く加熱することにより信頼性の高い加熱評価試験が可能となると共に製造コストの低減と装置スペースの縮小化が可能な半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ICチップに対して熱加速試験を行う際は、高温ベーク炉などの加熱装置にICチップを入れて加熱しながら試験を行う方法、ICチップに熱風を吹き付けることにより加熱して試験を行う方法を用いていた。
また、プローブ検査においてはステージ上にウエハを保持し、ヒータによりステージを加熱して該ウエハを加熱しながら検査を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような加熱方法では、ICチップを高温雰囲気に置いて加熱するというように、ICチップを間接的に加熱することから、ICチップ自体の温度を正確に把握することが難しい。ICチップ自体の温度を正確に把握できないと、ICチップを正確な温度に加熱することも難しくなり、正確な温度に加熱できないと信頼性の高い熱加速試験を行うことも困難となる。
【0004】
また、加熱装置が高価であるため、製造コストが高くなる原因の一つとなる。また、加熱装置のサイズが大きいため、広い設置スペースが必要となる。従って、コストの低減や設置スペースの縮小化の妨げとなっていた。
【0005】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、精度良く加熱することにより信頼性の高い加熱評価試験が可能となると共に製造コストの低減と装置スペースの縮小化が可能な半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板の裏面に形成された加熱用配線と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0007】
上記半導体装置によれば、加熱用配線に電流を流して半導体装置そのものを直接加熱することにより、精度良く加熱することができる。このため、実機に近いストレス条件で評価試験が可能となると共に半導体装置の表面温度を高精度で類推することができ、信頼性の高い評価試験を行うこが可能となる。また、従来技術のように高価な加熱装置を使用する必要がなくなるため、製造コストを低減できると共に、大型の加熱装置が不要となるため装置スペースを縮小化することができる。
【0008】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板の能動面側に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された加熱用配線と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0009】
また、本発明に係る半導体装置において、前記半導体基板は半導体チップ又は半導体ウエハであることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置において、前記加熱用配線は櫛歯状のパターンを有していることも可能である。
【0010】
また、本発明に係る半導体装置において、前記加熱用配線は、Al膜からなる配線であって、前記半導体基板の大きさが縦1.0mm以上20mm以下、横1.0mm以上20mm以下、厚さ0.1mm以上2mm以下である場合、例えば加熱用配線の幅が0.1μm以上1000μm以下、厚さが0.1μm以上5.0μm以下、長さが1000μm以上であることも可能である。
【0011】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の裏面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記絶縁膜上に加熱用配線を形成する工程と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0012】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の能動面側に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記絶縁膜上に加熱用配線を形成する工程と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0013】
本発明に係る加熱評価方法は、半導体基板と、該半導体基板の裏面に形成された加熱用配線と、を具備する半導体装置を準備し、
前記加熱用配線に電流を流して前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行う。
【0014】
本発明に係る加熱評価方法は、半導体基板と、該半導体基板の能動面側に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された加熱用配線と、を具備する半導体装置を準備し、
前記加熱用配線に電流を流して前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行う。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係る第1の実施の形態による半導体装置(ICチップ)を裏面から視た平面図である。図2は、図1に示す2−2線に沿った断面図である。
図2に示すように、シリコン基板11の裏面(ICチップの裏面)上にはシリコン酸化膜などからなる絶縁膜12が形成されている。この絶縁膜12の上にはAl膜からなる加熱用配線13が形成されており、加熱用配線13及び絶縁膜12の上にはシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる保護膜14が形成されている。
【0016】
加熱用配線13のパターンは、図1に示すように櫛歯形状を有しており、該パターンの両端には電流を印加するための電極パッド13a〜13dが形成されている。保護膜14には開口部(図示せず)が形成されており、この開口部によって電極パッド13a〜13dそれぞれの表面が露出している。
尚、本実施の形態では、加熱用配線13にAl膜を用いているが、Al膜に限定されるものではなく、導電膜(導電性の薄膜)であれば他の材料からなる薄膜を加熱用配線13に用いることも可能である。
【0017】
次に、加熱用配線13の幅と厚さと長さを規定する方法について説明する。
加熱用配線13に電流を流すことにより、ICチップを直接加熱して所望の温度にICチップを加熱する際、加熱する温度に応じた熱量をICチップに加えることができればよい。その熱量は、加熱用配線に電流を流した際の消費電力(仕事量;W)によって決定する。仕事量(W)は熱量換算することができるからである。
【0018】
消費電力をP(W)とし、加熱用配線に流れる電流をI(A)とし、加熱用配線の抵抗をR(Ω)とし、加熱用配線の比抵抗をρ(Ω・m)とし、加熱用配線の長さをl(m)とし、加熱用配線の断面積をa(m2)とすると、
P=I2R ・・・(1)
R=ρl/a ・・・(2)
上記式(1)において、ICチップに加える熱量に応じた消費電力Pを加熱用配線に供給できるように、Iを可変することにより温度を可変出来るが、Alの許容電流密度を超える電流を流すとAlが断線(溶断)する不具合があるため、このような場合は、加熱用配線の抵抗Rを設定すれば良く、このような抵抗Rを有する加熱用配線となるように上記式(2)から加熱用配線の幅と厚さと長さを設定すれば良い。
【0019】
また、他の方法としては、ICチップ内の入力保護ダイオードの温度特性データより、実際の温度を精度良く類推することにより、加熱用配線の幅と厚さと長さを設定しても良いし、上記式(1)、(2)を用いた方法と併用して加熱用配線の幅と厚さと長さを設定しても良い。
【0020】
上述した方法で設定した加熱用配線のサイズの一例を挙げる。
ICチップの大きさが縦1.0mm以上20mm以下、横1.0mm以上20mm以下、厚さ0.1mm以上2mm以下である場合、Al膜からなる加熱用配線13は、例えば配線の幅が0.1μm以上1000μm以下、配線の厚さが0.1μm以上5.0μm以下、配線の長さが1000μm以上とすることも可能である。尚、Alの比抵抗は2.7〜4Ω・mである。
【0021】
次に、上記半導体装置を製造する方法について説明する。
ウエハ(シリコン基板11)の能動面(表面)に半導体素子、配線などを形成した後、ウエハの表面に適切な保護材として例えばポリイミドフィルム(図示せず)を貼り付ける。このポリイミドフィルムは、これから後の加工工程でウエハの能動面が機械的なストレスによって破壊されないようにするためのものである。
【0022】
次いで、ウエハの裏面にシリコン酸化膜などからなる絶縁膜12をCVD(chemical vapor deposition)法により形成する。次いで、この絶縁膜12の全面上にメッキ法又はスパッタ法により導電性の薄膜として例えばAl膜を堆積する。次いで、このAl膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、該Al膜上にはレジストパターンが形成される。
【0023】
次いで、このレジストパターンをマスクとしてAl膜をエッチングすることにより、Al膜がパターニングされ、図1に示すように絶縁膜12上にはAl膜からなる加熱用配線13及びその両端には電極パッド13a〜13dが形成される。次いで、レジストパターンを除去した後、加熱用配線13及び絶縁膜12の上にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる保護膜14をCVD法により形成する。次いで、この保護膜14をエッチングすることにより、該保護膜には開口部(図示せず)が形成され、この開口部により前記電極パッド13a〜13dそれぞれの一部が露出する。次いで、ウエハをスクライブラインで切断することにより、各々のICチップに分割する。このようにして図1に示すICチップが作製される。
【0024】
次に、上記半導体装置に対して熱加速試験又は高速動作試験を行う。
すなわち、ICチップの裏面の電極パッド13a〜13dから加熱用配線13に所定の電流を流すことにより、ICチップを直接加熱して所定の温度に保持しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うことにより、半導体装置に対して加熱評価を行う。
【0025】
このようにICチップそのものを加熱用配線13によって直接加熱するため、実機に近いストレス条件で評価試験が可能となると同時にICチップ表面の温度を高精度で類推することができ、信頼性の高い評価試験を行うこが可能となる。また、従来技術のように高価な加熱装置を使用する必要がなくなるため、製造コストを低減できると共に、大型の加熱装置が不要となるため装置スペースを縮小化することができる。
【0026】
尚、上記第1の実施の形態では、各々のICチップの裏面に加熱用配線13を形成しているが、ウエハの裏面に一体的に加熱用配線を形成することも可能である。これにより、加熱用配線に所定の電流を流してウエハ全体を所定の温度に保持することができる。この場合、ウエハの状態で熱加速試験を行っても良いし、プローブ試験を行うことによって高温動作試験を行っても良い。
【0027】
図3は、本発明に係る第2の実施の形態による半導体装置(ICチップ)を裏面から視た平面図である。
図示せぬシリコン基板の表面(ICチップの表面)上にはシリコン酸化膜などからなる第1の絶縁膜15が形成されている。第1の絶縁膜15の上には第1のAl合金配線16a,16bが形成されており、第1のAl合金配線及び第1の絶縁膜15の上には層間絶縁膜17が形成されている。
【0028】
層間絶縁膜17には第1のAl合金配線16a,16bそれぞれの上に位置する接続孔(ビアホール)が形成されており、これら接続孔内にはWプラグ16a,16bが埋め込まれている。Wプラグ及び層間絶縁膜17の上には第2のAl合金配線19a,19bが形成されている。第2のAl合金配線19aはWプラグ18aを介して第1のAl合金配線16aに電気的に接続されており、第2のAl合金配線19bはWプラグ18bを介して第1のAl合金配線16bに電気的に接続されている。
【0029】
第2のAl合金配線19a,19b及び層間絶縁膜17の上にはシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などからなる第2の絶縁膜20が形成されており、第2の絶縁膜20の上にはAl膜からなる加熱用配線21が形成されている。加熱用配線21のパターンは、櫛歯形状を有しており、該パターンの両端には電流を印加するための電極パッドが形成されている。尚、本実施の形態では、加熱用配線21にAl膜を用いているが、Al膜に限定されるものではなく、導電膜(導電性の薄膜)であれば他の材料からなる薄膜を加熱用配線21に用いることも可能である。
【0030】
本実施の形態による加熱用配線21の幅と厚さと長さを規定する方法については第1の実施の形態と同様の方法を用いることが可能であるため、説明を省略する。
【0031】
次に、上記半導体装置を製造する方法について図4を参照しつつ説明する。
図4(A)〜(C)は、図3に示す半導体装置を製造する方法を説明するための断面図である。
まず、図4(A)に示すように、シリコン基板(図示せず)の上方にシリコン酸化膜などの第1の絶縁膜15をCVD法により形成する。次いで、第1の絶縁膜15の上にバリアメタルとしてのTiN膜(図示せず)をスパッタリングにより堆積し、このTiN膜上に第1のAl合金膜をスパッタリングにより堆積する。次いで、この第1のAl合金膜上にキャップ膜を形成する。このキャップ膜は、Al合金配線上にスパッタリングにより形成されたTi膜と、このTi膜上にスパッタリングにより形成されたTiN膜と、から構成されている。
【0032】
次いで、このキャップ膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、キャップ膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてキャップ膜、第1のAl合金膜及びTiN膜をエッチングすることにより、第1の絶縁膜15の上には第1のAl合金配線16a,16bが形成される。次に、第1のAl合金配線16a,16bを含む全面上にプラズマCVD法により層間絶縁膜17を堆積する。
【0033】
この後、図4(B)に示すように、この層間絶縁膜17の表面をCMPで研磨することにより、層間絶縁膜17の表面を平坦化する。次に、この層間絶縁膜17の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、層間絶縁膜17の上には第1のAl合金配線16a,16bの上方に開口部を有するレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜17をエッチングする。これにより、層間絶縁膜17には第1のAl合金配線16a,16b上に位置するビアホール17a,17bが形成される。
【0034】
次に、図4(C)に示すように、前記レジストパターンを剥離した後、ビアホール17a,17b内及び層間絶縁膜17上にバリアメタルとしてのTiN膜をスパッタリングにより堆積し、このTiN膜上にW膜をスパッタリングにより堆積する。次いで、このW膜をエッチバックすることにより、層間絶縁膜17上に存在するW膜及びTiN膜を除去する。これにより、ビアホール17a,17b内にWプラグ18a,18bが埋め込まれる。
【0035】
次いで、このWプラグ18a,18b及び層間絶縁膜17の上にバリアメタルとしてのTiN膜をスパッタリングにより堆積し、このTiN膜の上に第2のAl合金膜をスパッタリングにより堆積する。次いで、この第2のAl合金膜の上にキャップ膜を形成する。このキャップ膜は、第2のAl合金膜上にスパッタリングにより形成されたTi膜と、このTi膜上にスパッタリングにより形成されたTiN膜と、から構成されている。
【0036】
次いで、このキャップ膜の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、キャップ膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてキャップ膜、第2のAl合金膜及びTiN膜をエッチングすることにより、Wプラグ18a,18b及び層間絶縁膜17の上には第2のAl合金配線19a,19bが形成される。第2のAl合金配線19a,19bはWプラグ18a,18bを介して第1のAl合金配線16a,16bに電気的に接続される。次いで、前記レジストパターンを剥離する。
【0037】
この後、図3に示すように、第2のAl合金配線16a,16b及び層間絶縁膜17の上にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などからなる第2の絶縁膜20をCVD法により堆積する。次いで、第2の絶縁膜20の上にAl膜をスパッタリングにより堆積し、このAl膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布する。次いで、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、Al膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてAl膜をエッチングすることにより、Al膜がパターニングされ、第2の絶縁膜20の上にはAl膜からなる加熱用配線21が形成される。
【0038】
この後は、公知の技術を用いてパッシベーション膜を形成する工程、パッシベーション膜に開口部を形成する工程などを行い、ウエハをスクライブラインで切断することにより、各々のICチップに分割する。このようにして図3に示すICチップが作製される。
【0039】
次に、上記半導体装置に対して熱加速試験又は高速動作試験を行う。
すなわち、前記加熱用配線21に所定の電流を流すことにより、ICチップを直接加熱して所定の温度に保持しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うことにより、半導体装置に対して加熱評価を行う。
【0040】
上記第2の実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、ICチップそのものを加熱用配線21によって直接加熱するため、実機に近いストレス条件で評価試験が可能となると同時にICチップ表面の温度を高精度で類推することができ、信頼性の高い評価試験を行うこが可能となる。また、従来技術のように高価な加熱装置を使用する必要がなくなるため、製造コストを低減できると共に、大型の加熱装置が不要となるため装置スペースを縮小化することができる。
【0041】
尚、上記第2の実施の形態では、各々のICチップの能動面側に加熱用配線21を形成しているが、ウエハの能動面側に一体的に加熱用配線を形成することも可能である。これにより、加熱用配線に所定の電流を流してウエハ全体を所定の温度に保持することができる。この場合、ウエハの状態で熱加速試験を行っても良いし、プローブ試験を行うことによって高温動作試験を行っても良い。
【0042】
また、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による半導体装置を裏面から視た平面図。
【図2】図1に示す2−2線に沿った断面図。
【図3】第2の実施の形態による半導体装置を裏面から視た平面図。
【図4】図3に示す半導体装置を製造する方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
11…シリコン基板、12…絶縁膜、13…加熱用配線、13a〜13d…電極パッド、14…保護膜、15…第1の絶縁膜、16a,16b…第1のAl合金配線、17…層間絶縁膜、18a,18b…Wプラグ、19a,19b…第2のAl合金配線、20…第2の絶縁膜、21…加熱用配線
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法に係わり、特に、精度良く加熱することにより信頼性の高い加熱評価試験が可能となると共に製造コストの低減と装置スペースの縮小化が可能な半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ICチップに対して熱加速試験を行う際は、高温ベーク炉などの加熱装置にICチップを入れて加熱しながら試験を行う方法、ICチップに熱風を吹き付けることにより加熱して試験を行う方法を用いていた。
また、プローブ検査においてはステージ上にウエハを保持し、ヒータによりステージを加熱して該ウエハを加熱しながら検査を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような加熱方法では、ICチップを高温雰囲気に置いて加熱するというように、ICチップを間接的に加熱することから、ICチップ自体の温度を正確に把握することが難しい。ICチップ自体の温度を正確に把握できないと、ICチップを正確な温度に加熱することも難しくなり、正確な温度に加熱できないと信頼性の高い熱加速試験を行うことも困難となる。
【0004】
また、加熱装置が高価であるため、製造コストが高くなる原因の一つとなる。また、加熱装置のサイズが大きいため、広い設置スペースが必要となる。従って、コストの低減や設置スペースの縮小化の妨げとなっていた。
【0005】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、精度良く加熱することにより信頼性の高い加熱評価試験が可能となると共に製造コストの低減と装置スペースの縮小化が可能な半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板の裏面に形成された加熱用配線と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0007】
上記半導体装置によれば、加熱用配線に電流を流して半導体装置そのものを直接加熱することにより、精度良く加熱することができる。このため、実機に近いストレス条件で評価試験が可能となると共に半導体装置の表面温度を高精度で類推することができ、信頼性の高い評価試験を行うこが可能となる。また、従来技術のように高価な加熱装置を使用する必要がなくなるため、製造コストを低減できると共に、大型の加熱装置が不要となるため装置スペースを縮小化することができる。
【0008】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、
前記半導体基板の能動面側に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された加熱用配線と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0009】
また、本発明に係る半導体装置において、前記半導体基板は半導体チップ又は半導体ウエハであることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置において、前記加熱用配線は櫛歯状のパターンを有していることも可能である。
【0010】
また、本発明に係る半導体装置において、前記加熱用配線は、Al膜からなる配線であって、前記半導体基板の大きさが縦1.0mm以上20mm以下、横1.0mm以上20mm以下、厚さ0.1mm以上2mm以下である場合、例えば加熱用配線の幅が0.1μm以上1000μm以下、厚さが0.1μm以上5.0μm以下、長さが1000μm以上であることも可能である。
【0011】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の裏面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記絶縁膜上に加熱用配線を形成する工程と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0012】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の能動面側に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記絶縁膜上に加熱用配線を形成する工程と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである。
【0013】
本発明に係る加熱評価方法は、半導体基板と、該半導体基板の裏面に形成された加熱用配線と、を具備する半導体装置を準備し、
前記加熱用配線に電流を流して前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行う。
【0014】
本発明に係る加熱評価方法は、半導体基板と、該半導体基板の能動面側に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された加熱用配線と、を具備する半導体装置を準備し、
前記加熱用配線に電流を流して前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行う。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係る第1の実施の形態による半導体装置(ICチップ)を裏面から視た平面図である。図2は、図1に示す2−2線に沿った断面図である。
図2に示すように、シリコン基板11の裏面(ICチップの裏面)上にはシリコン酸化膜などからなる絶縁膜12が形成されている。この絶縁膜12の上にはAl膜からなる加熱用配線13が形成されており、加熱用配線13及び絶縁膜12の上にはシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる保護膜14が形成されている。
【0016】
加熱用配線13のパターンは、図1に示すように櫛歯形状を有しており、該パターンの両端には電流を印加するための電極パッド13a〜13dが形成されている。保護膜14には開口部(図示せず)が形成されており、この開口部によって電極パッド13a〜13dそれぞれの表面が露出している。
尚、本実施の形態では、加熱用配線13にAl膜を用いているが、Al膜に限定されるものではなく、導電膜(導電性の薄膜)であれば他の材料からなる薄膜を加熱用配線13に用いることも可能である。
【0017】
次に、加熱用配線13の幅と厚さと長さを規定する方法について説明する。
加熱用配線13に電流を流すことにより、ICチップを直接加熱して所望の温度にICチップを加熱する際、加熱する温度に応じた熱量をICチップに加えることができればよい。その熱量は、加熱用配線に電流を流した際の消費電力(仕事量;W)によって決定する。仕事量(W)は熱量換算することができるからである。
【0018】
消費電力をP(W)とし、加熱用配線に流れる電流をI(A)とし、加熱用配線の抵抗をR(Ω)とし、加熱用配線の比抵抗をρ(Ω・m)とし、加熱用配線の長さをl(m)とし、加熱用配線の断面積をa(m2)とすると、
P=I2R ・・・(1)
R=ρl/a ・・・(2)
上記式(1)において、ICチップに加える熱量に応じた消費電力Pを加熱用配線に供給できるように、Iを可変することにより温度を可変出来るが、Alの許容電流密度を超える電流を流すとAlが断線(溶断)する不具合があるため、このような場合は、加熱用配線の抵抗Rを設定すれば良く、このような抵抗Rを有する加熱用配線となるように上記式(2)から加熱用配線の幅と厚さと長さを設定すれば良い。
【0019】
また、他の方法としては、ICチップ内の入力保護ダイオードの温度特性データより、実際の温度を精度良く類推することにより、加熱用配線の幅と厚さと長さを設定しても良いし、上記式(1)、(2)を用いた方法と併用して加熱用配線の幅と厚さと長さを設定しても良い。
【0020】
上述した方法で設定した加熱用配線のサイズの一例を挙げる。
ICチップの大きさが縦1.0mm以上20mm以下、横1.0mm以上20mm以下、厚さ0.1mm以上2mm以下である場合、Al膜からなる加熱用配線13は、例えば配線の幅が0.1μm以上1000μm以下、配線の厚さが0.1μm以上5.0μm以下、配線の長さが1000μm以上とすることも可能である。尚、Alの比抵抗は2.7〜4Ω・mである。
【0021】
次に、上記半導体装置を製造する方法について説明する。
ウエハ(シリコン基板11)の能動面(表面)に半導体素子、配線などを形成した後、ウエハの表面に適切な保護材として例えばポリイミドフィルム(図示せず)を貼り付ける。このポリイミドフィルムは、これから後の加工工程でウエハの能動面が機械的なストレスによって破壊されないようにするためのものである。
【0022】
次いで、ウエハの裏面にシリコン酸化膜などからなる絶縁膜12をCVD(chemical vapor deposition)法により形成する。次いで、この絶縁膜12の全面上にメッキ法又はスパッタ法により導電性の薄膜として例えばAl膜を堆積する。次いで、このAl膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、該Al膜上にはレジストパターンが形成される。
【0023】
次いで、このレジストパターンをマスクとしてAl膜をエッチングすることにより、Al膜がパターニングされ、図1に示すように絶縁膜12上にはAl膜からなる加熱用配線13及びその両端には電極パッド13a〜13dが形成される。次いで、レジストパターンを除去した後、加熱用配線13及び絶縁膜12の上にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる保護膜14をCVD法により形成する。次いで、この保護膜14をエッチングすることにより、該保護膜には開口部(図示せず)が形成され、この開口部により前記電極パッド13a〜13dそれぞれの一部が露出する。次いで、ウエハをスクライブラインで切断することにより、各々のICチップに分割する。このようにして図1に示すICチップが作製される。
【0024】
次に、上記半導体装置に対して熱加速試験又は高速動作試験を行う。
すなわち、ICチップの裏面の電極パッド13a〜13dから加熱用配線13に所定の電流を流すことにより、ICチップを直接加熱して所定の温度に保持しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うことにより、半導体装置に対して加熱評価を行う。
【0025】
このようにICチップそのものを加熱用配線13によって直接加熱するため、実機に近いストレス条件で評価試験が可能となると同時にICチップ表面の温度を高精度で類推することができ、信頼性の高い評価試験を行うこが可能となる。また、従来技術のように高価な加熱装置を使用する必要がなくなるため、製造コストを低減できると共に、大型の加熱装置が不要となるため装置スペースを縮小化することができる。
【0026】
尚、上記第1の実施の形態では、各々のICチップの裏面に加熱用配線13を形成しているが、ウエハの裏面に一体的に加熱用配線を形成することも可能である。これにより、加熱用配線に所定の電流を流してウエハ全体を所定の温度に保持することができる。この場合、ウエハの状態で熱加速試験を行っても良いし、プローブ試験を行うことによって高温動作試験を行っても良い。
【0027】
図3は、本発明に係る第2の実施の形態による半導体装置(ICチップ)を裏面から視た平面図である。
図示せぬシリコン基板の表面(ICチップの表面)上にはシリコン酸化膜などからなる第1の絶縁膜15が形成されている。第1の絶縁膜15の上には第1のAl合金配線16a,16bが形成されており、第1のAl合金配線及び第1の絶縁膜15の上には層間絶縁膜17が形成されている。
【0028】
層間絶縁膜17には第1のAl合金配線16a,16bそれぞれの上に位置する接続孔(ビアホール)が形成されており、これら接続孔内にはWプラグ16a,16bが埋め込まれている。Wプラグ及び層間絶縁膜17の上には第2のAl合金配線19a,19bが形成されている。第2のAl合金配線19aはWプラグ18aを介して第1のAl合金配線16aに電気的に接続されており、第2のAl合金配線19bはWプラグ18bを介して第1のAl合金配線16bに電気的に接続されている。
【0029】
第2のAl合金配線19a,19b及び層間絶縁膜17の上にはシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などからなる第2の絶縁膜20が形成されており、第2の絶縁膜20の上にはAl膜からなる加熱用配線21が形成されている。加熱用配線21のパターンは、櫛歯形状を有しており、該パターンの両端には電流を印加するための電極パッドが形成されている。尚、本実施の形態では、加熱用配線21にAl膜を用いているが、Al膜に限定されるものではなく、導電膜(導電性の薄膜)であれば他の材料からなる薄膜を加熱用配線21に用いることも可能である。
【0030】
本実施の形態による加熱用配線21の幅と厚さと長さを規定する方法については第1の実施の形態と同様の方法を用いることが可能であるため、説明を省略する。
【0031】
次に、上記半導体装置を製造する方法について図4を参照しつつ説明する。
図4(A)〜(C)は、図3に示す半導体装置を製造する方法を説明するための断面図である。
まず、図4(A)に示すように、シリコン基板(図示せず)の上方にシリコン酸化膜などの第1の絶縁膜15をCVD法により形成する。次いで、第1の絶縁膜15の上にバリアメタルとしてのTiN膜(図示せず)をスパッタリングにより堆積し、このTiN膜上に第1のAl合金膜をスパッタリングにより堆積する。次いで、この第1のAl合金膜上にキャップ膜を形成する。このキャップ膜は、Al合金配線上にスパッタリングにより形成されたTi膜と、このTi膜上にスパッタリングにより形成されたTiN膜と、から構成されている。
【0032】
次いで、このキャップ膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、キャップ膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてキャップ膜、第1のAl合金膜及びTiN膜をエッチングすることにより、第1の絶縁膜15の上には第1のAl合金配線16a,16bが形成される。次に、第1のAl合金配線16a,16bを含む全面上にプラズマCVD法により層間絶縁膜17を堆積する。
【0033】
この後、図4(B)に示すように、この層間絶縁膜17の表面をCMPで研磨することにより、層間絶縁膜17の表面を平坦化する。次に、この層間絶縁膜17の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、層間絶縁膜17の上には第1のAl合金配線16a,16bの上方に開口部を有するレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜17をエッチングする。これにより、層間絶縁膜17には第1のAl合金配線16a,16b上に位置するビアホール17a,17bが形成される。
【0034】
次に、図4(C)に示すように、前記レジストパターンを剥離した後、ビアホール17a,17b内及び層間絶縁膜17上にバリアメタルとしてのTiN膜をスパッタリングにより堆積し、このTiN膜上にW膜をスパッタリングにより堆積する。次いで、このW膜をエッチバックすることにより、層間絶縁膜17上に存在するW膜及びTiN膜を除去する。これにより、ビアホール17a,17b内にWプラグ18a,18bが埋め込まれる。
【0035】
次いで、このWプラグ18a,18b及び層間絶縁膜17の上にバリアメタルとしてのTiN膜をスパッタリングにより堆積し、このTiN膜の上に第2のAl合金膜をスパッタリングにより堆積する。次いで、この第2のAl合金膜の上にキャップ膜を形成する。このキャップ膜は、第2のAl合金膜上にスパッタリングにより形成されたTi膜と、このTi膜上にスパッタリングにより形成されたTiN膜と、から構成されている。
【0036】
次いで、このキャップ膜の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、キャップ膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてキャップ膜、第2のAl合金膜及びTiN膜をエッチングすることにより、Wプラグ18a,18b及び層間絶縁膜17の上には第2のAl合金配線19a,19bが形成される。第2のAl合金配線19a,19bはWプラグ18a,18bを介して第1のAl合金配線16a,16bに電気的に接続される。次いで、前記レジストパターンを剥離する。
【0037】
この後、図3に示すように、第2のAl合金配線16a,16b及び層間絶縁膜17の上にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などからなる第2の絶縁膜20をCVD法により堆積する。次いで、第2の絶縁膜20の上にAl膜をスパッタリングにより堆積し、このAl膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布する。次いで、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、Al膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてAl膜をエッチングすることにより、Al膜がパターニングされ、第2の絶縁膜20の上にはAl膜からなる加熱用配線21が形成される。
【0038】
この後は、公知の技術を用いてパッシベーション膜を形成する工程、パッシベーション膜に開口部を形成する工程などを行い、ウエハをスクライブラインで切断することにより、各々のICチップに分割する。このようにして図3に示すICチップが作製される。
【0039】
次に、上記半導体装置に対して熱加速試験又は高速動作試験を行う。
すなわち、前記加熱用配線21に所定の電流を流すことにより、ICチップを直接加熱して所定の温度に保持しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うことにより、半導体装置に対して加熱評価を行う。
【0040】
上記第2の実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、ICチップそのものを加熱用配線21によって直接加熱するため、実機に近いストレス条件で評価試験が可能となると同時にICチップ表面の温度を高精度で類推することができ、信頼性の高い評価試験を行うこが可能となる。また、従来技術のように高価な加熱装置を使用する必要がなくなるため、製造コストを低減できると共に、大型の加熱装置が不要となるため装置スペースを縮小化することができる。
【0041】
尚、上記第2の実施の形態では、各々のICチップの能動面側に加熱用配線21を形成しているが、ウエハの能動面側に一体的に加熱用配線を形成することも可能である。これにより、加熱用配線に所定の電流を流してウエハ全体を所定の温度に保持することができる。この場合、ウエハの状態で熱加速試験を行っても良いし、プローブ試験を行うことによって高温動作試験を行っても良い。
【0042】
また、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による半導体装置を裏面から視た平面図。
【図2】図1に示す2−2線に沿った断面図。
【図3】第2の実施の形態による半導体装置を裏面から視た平面図。
【図4】図3に示す半導体装置を製造する方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
11…シリコン基板、12…絶縁膜、13…加熱用配線、13a〜13d…電極パッド、14…保護膜、15…第1の絶縁膜、16a,16b…第1のAl合金配線、17…層間絶縁膜、18a,18b…Wプラグ、19a,19b…第2のAl合金配線、20…第2の絶縁膜、21…加熱用配線
Claims (9)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の裏面に形成された加熱用配線と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである半導体装置。 - 半導体基板と、
前記半導体基板の能動面側に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された加熱用配線と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである半導体装置。 - 前記半導体基板は半導体チップ又は半導体ウエハである請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記加熱用配線は櫛歯状のパターンを有している請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記加熱用配線は、Al膜からなる配線であって、前記半導体基板の大きさが縦1.0mm以上20mm以下、横1.0mm以上20mm以下、厚さ0.1mm以上2mm以下である場合、例えば加熱用配線の幅が0.1μm以上1000μm以下、厚さが0.1μm以上5.0μm以下、長さが1000μm以上である請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 半導体基板の裏面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記絶縁膜上に加熱用配線を形成する工程と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱ながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである半導体装置の製造方法。 - 半導体基板の能動面側に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をパターニングすることにより、前記絶縁膜上に加熱用配線を形成する工程と、
を具備し、
前記加熱用配線は電流を流すことにより前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行うものである半導体装置の製造方法。 - 半導体基板と、該半導体基板の裏面に形成された加熱用配線と、を具備する半導体装置を準備し、
前記加熱用配線に電流を流して前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行う加熱評価方法。 - 半導体基板と、該半導体基板の能動面側に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された加熱用配線と、を具備する半導体装置を準備し、
前記加熱用配線に電流を流して前記半導体基板を加熱しながら熱加速試験又は高温動作試験を行う加熱評価方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003142039A JP2004347360A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法 |
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JP2003142039A JP2004347360A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 半導体装置及びその製造方法、加熱評価方法 |
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JP2008508711A (ja) * | 2004-07-28 | 2008-03-21 | ジョウン テクノロジー カンパニー リミテッド | 熱回路を有するウェーハ及びその電気供給システム |
-
2003
- 2003-05-20 JP JP2003142039A patent/JP2004347360A/ja not_active Withdrawn
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