JP2016011862A - 半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試験時に半導体デバイスに悪影響を与えることなく、比較的大きな直流電流を通電でき、通電後の半導体デバイスの電極に生じる傷を低減できる半導体試験装置を得る。
【解決手段】半導体デバイス１は裏面が冷却板２の表面に接する態様で冷却板２の表面上に載置され、半導体デバイス１の表面上に複数の金属箔の積層によりなる積層金属箔２０が設けられる。加圧用シャフト４、加圧板保持板１０等の加圧機構による加圧処理の実行時に、加圧板３の裏面である加圧面が積層金属箔２０を介して半導体デバイス１を表面から押圧し、通電部８より冷却板２，加圧板３間に直流電流が供給される。
【選択図】図１

Description

この発明は、チップ状の半導体デバイスの半導体試験装置に関するものであり、特に半導体デバイスとしてパワー半導体デバイスに直流の大電流を通電する通電評価装置に関する。

半導体デバイスの評価は、計測器に接続されたステージとプローブ針を用い、ステージ上にのせたチップ状の半導体デバイスの表面電極（上面電極）にプローブ針を接触させて行うのが一般的である。

近年、パワー半導体デバイスの大容量化が進んでおり、試験時の通電電流値が大きくなってきている。しかしながら、前述のような評価方法では、プローブ針の大きさや配置可能なピッチにより、半導体デバイスの表面電極に落とせるプローブ数が制限されるため、プローブ針−半導体デバイス間の抵抗を低減できず、通電可能な電流値が制限されるといった第１の問題点がある。

また、ステージ−半導体デバイス間の接触は通常吸着により行われるが、半導体デバイスに反りがあると適切な吸着が行えず、ステージ−半導体デバイス間が上手く接触しないため、通電時に発生する多量の熱をステージへ逃がせず、半導体デバイスが破損等により動作不良となる第２の問題点があった。

また、ステージ−半導体デバイス間の接触を強化するため、プローブ針による半導体デバイスに対する荷重を大きくすると、プローブ針が接触する半導体デバイスの領域が機械的に破壊されるといった第３の問題点があった。

上記第１の問題点に対処するために、特許文献１では、プローブ針の変わりに複数の可動自在な分割電極からなる接触子を電極面に接触させる方法を提案している。

また、特許文献２ではプローブ針の変わりに、電極材に空隙を持たせることによってやわらかくした材料を平坦な面を有する外形に形成した接触子を電極面に接触させる方法を提案している。

また、特許文献３では、圧接型半導体装置において、接触電気抵抗や熱抵抗を低減するために、半導体素子と電極部材の間に金属箔とその隙間に粉末金属を挟み込む方法が開示されている。

特開平１０−９６７４６号公報 特開２００６−３３７２４７号公報 特許第４０８５５３６号公報

しかしながら、特許文献１で開示された方法では、分割電極のエッジ部分が半導体デバイスの表面電極に押し当てられるため、上記第３の問題点は解消することはできない。

また、特許文献２で開示された方法では、接触子が空隙を有するため、バルクの電極材と比較すると比抵抗が大きくなること、また、電極面に接触する面積が小さくなることから、バルクの電極材と比較すると上記第１の問題点による電流値の制約を大きく受けることになる。

さらに、特許文献３で開示された方法は、半導体デバイスの電極表面に傷をつけるだけでなく、粉末金属が半導体デバイスの電極内に入り込み、さらに荷重が大きくなると半導体デバイスを破壊するといった問題があるため、通電試験装置を適用することはできない。

このように、特許文献１〜特許文献３で開示された方法を用いても、上記第１〜第３の問題点を全て解決することはできていない。

本発明は、上記第１〜第３の問題点を解決するためになされたものであり、試験時に半導体デバイスに悪影響を与えることなく、比較的大きな直流電流を通電でき、通電後の半導体デバイスの電極に生じる傷を低減できる半導体試験装置を得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載の半導体試験装置は、一方主面及び他方主面上に一方電極及び他方電極を有する半導体デバイスにおける一方電極，他方電極間に電流を流して前記半導体デバイスを試験する半導体試験装置であって、前記半導体デバイスの他方電極に電気的に接続しつつ前記半導体デバイスを載置し、導電性及び冷却機能を有する冷却板と、前記半導体デバイスの一方電極上に設けられた複数の金属箔と、前記半導体デバイスの一方主面の上方に配置され、一方主面と対向する加圧面を有し、導電性を具備する加圧部と、動作時において、前記半導体デバイスの一方主面に向かう第１の方向に前記加圧部を加圧する加圧処理を実行する加圧機構と、前記冷却板と前記加圧部との間に直流電流を流す電流供給部とを備え、前記加圧処理の実行時に、前記加圧部の加圧面は、前記複数の金属箔を介して前記半導体デバイスの一方電極と電気的に接続され、かつ、一方主面側から前記半導体デバイスを押圧することを特徴とする。

請求項１記載の本願発明である半導体試験装置における加圧部の加圧面は、加圧処理の実行時に、一方主面側から半導体デバイスを押圧する。この際、複数の金属箔を挟み込むことによって金属箔間の横滑りが可能となり、加圧処理時における半導体デバイスの一方電極の表面に生じる傷を低減することができる効果を奏する。

また、半導体デバイスの一方主面と対向する加圧面が複数の金属箔を介して半導体デバイスの一方電極と電気的に接続されるため、冷却板及び加圧部を介して半導体デバイス１における一方電極，他方電極間の間に比較的大きな直流電流を流すことができる。

さらに、半導体デバイスの一方主面と対向する加圧面により、一方主面側から半導体デバイスを押圧するため、半導体デバイスに反りを生じさせることなく冷却板と半導体デバイスの他方主面とを密着性良く接触させることにより、冷却板による冷却効果を高めることができる。この際、半導体デバイスに悪影響を与えることもない。

この発明の実施の形態１である通電評価装置の構成を示す説明図である。 実施の形態１の変形例である通電評価装置の構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態２である通電評価装置の構成を示す説明図である。 半導体デバイスの平面構造の第１の態様を示す平面図である。 半導体デバイスの平面構造の第２の態様を示す平面図である。 半導体デバイスの平面構造の第３の態様を示す平面図である。 加圧処理時における加圧用テラス構造の加圧面と表面電極との接触面の状態を模式的に示す説明図である。 加圧用テラス構造の高さと表面電極に接する加圧面との関係を示すグラフである。 加圧用テラス構造の断面形状を模式的に示す断面図である。 半導体デバイスの加圧状態を模式的に示す説明図である。 半導体デバイスの加圧状態を模式的に示す説明図である。 加圧用テラス構造の変形構造（第１の態様）を模式的に示す説明図である。 加圧用テラス構造の変形構造（第２の態様）を模式的に示す説明図である。 第１の態様の加圧板テラス構造を用いた場合の効果を示す説明図である。 第２の態様の加圧板テラス構造を用いた場合の効果を示す説明図である。 この発明の実施の形態３である通電評価装置の構成を示す説明図である。 半導体デバイスの平面構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態３の通電評価装置の変形例の構成を示す説明図である。 通電後の半導体デバイスの裏面電極について、Ｎｉピーク強度の比較を行った結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態４である通電評価装置の構成を示す説明図である。 図２０で示した加圧ピンの構造を示す説明図である。

＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である通電評価装置の構成を示す説明図である。同図に示すように、半導体試験装置である通電評価装置１０１は、冷却板２、加圧板３、加圧用シャフト４、通電部８、加圧板保持板１０、シャフト１１、位置決め板１３及び積層金属箔２０から構成される。

半導体デバイス１は評価（試験）の対象物であり、少なくとも表面（一方主面）及び裏面（他方主面）に表面電極（一方電極）及び裏面電極（他方電極）を有している。半導体デバイス１として、例えば、炭化珪素を用いたショットキーバリアダイオードやＭＯＳＦＥＴなどが考えられる。このような半導体デバイス１に対し、通電部８から加圧板３及び冷却板２を介して、半導体デバイス１の表面電極，裏面電極間に直流電流を流して、半導体デバイス１の電気的特性を評価するのが通電評価装置１０１である。

冷却板２は、半導体デバイス１の裏面電極側に設けられ、その表面が半導体デバイス１の裏面（裏面電極を含む）に接する態様で半導体デバイス１を載置するとともに、通電部８の電極端子Ｐ２（電源の正極または負極の一方の電極が接続される端子）に接続されている。そして、冷却板２は、通電部８による通電時に裏面電極から半導体デバイス１の冷却を行う冷却機能を有している。

冷却板２の材質は銅やアルミニウムなどの金属やカーボンなど熱伝導率の高く、導電性を有する物質であればよい。また、冷却板２の内部に水路を設け、チラーなどによって冷却水などの媒体を流して、熱交換が行えるようにしても良く、あるいは半導体デバイス１の裏面と接する表面（図中上側の面）と反対側の裏面（図中下側の面）に、スリット状の構造など空気と効率よく熱交換する構造を設け、ファンなどによって空気等を流して、熱交換を行えるようにしても良い。

ただし、どのような構造にするかは、通電部８による通電による発熱量によって、選択する必要があり、概ね、発熱量１００Ｗ以下の場合は空冷を、それを超える場合は水冷を選択すればよい。半導体デバイス１の裏面と接する冷却板２の表面は、チップ状の半導体デバイス１との接触を均一に行うべく、研磨を行い、表面粗さＲａが５μｍ以下になるように、特に、２μｍ以下にすることが望ましい。

図１に示すように、冷却板２の表面上に中央に開口部を有する位置決め板１３が設けられる。位置決め板１３は半導体デバイス１を冷却板２の表面上の適切な位置に設置できるように開口部を有している。

したがって、半導体デバイス１は通電評価時に位置決め板１３の開口部内に位置決めされた状態で、冷却板２の表面上に載置することができる。この半導体デバイス１の表面上に複数の金属箔の積層によりなる積層金属箔２０が設けられる。

また、シャフト１１は位置決め板１３の貫通口を貫通して冷却板２の表面上に立設されている。シャフト１１は少なくとも４本で構成されている。図１において、図示された２本のシャフト１１以外のシャフトは紙面垂直方向（紙面を突き抜ける方向）の位置に隠れているため、図示を省略している（他の図面（図２，図３、図１６，図１８，図２０）も同様に省略している）。以下、説明の都合上、４本のシャフト１１が冷却板２の表面上において位置決め板１３の４つの貫通口を貫通して、平面視矩形状の４頂点上に設けられているものとする。

加圧板保持板１０は平面視矩形状を呈しており、４隅の貫通口が４本のシャフト１１を貫通することにより、４本のシャフト１１に対して上下動可能に取り付けられる。なお、加圧板保持板１０の上下動は加圧用シャフト４の上下動によって実現され、加圧用シャフト４は油圧ジャッキ等により一定圧力で加圧できるように設けられる。

また、加圧板保持板１０は冷却板２と加圧板３とを電気的に絶縁するために、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン，polyetheretherketone）材やポリイミド材、テフロン（登録商標）材、アルミナに代表されるセラミックなどの絶縁体で全部ないし一部が構成されている。

上述したように、加圧板保持板１０は容易に上下動できるように調整されており、加圧用シャフト４を介して一定圧力で冷却板２上の半導体デバイス１に対し加圧板３を押し当てることができる。

この加圧板保持板１０の裏面に、導電性及び冷却機能を有し加圧部となる加圧板３の表面が固定され、加圧板３の裏面が半導体デバイス１を表面から加圧する加圧面となる。

このように、加圧用シャフト４、加圧板保持板１０及びシャフト１１は、加圧用シャフト４を駆動して、４本のシャフト１１に取り付けられた加圧板保持板１０を半導体デバイス１の表面（表面電極を含む）に向かう下方向（第１の方向）に、加圧板３を加圧する加圧処理を実行する加圧機構として機能する。すなわち、上記加圧機構による上記加圧処理の実行時に、加圧板３の裏面である加圧面（図１の下方の面）が積層金属箔２０を介して半導体デバイス１を表面から押圧する。

加圧板保持板１０及び位置決め板１３は共にその貫通口に４本のシャフト１１に取り付けられているため、４本のシャフト１１を介して間接的に加圧板保持板１０と位置決め板１３との相対的位置関係が固定されることになる。

なお、シャフト１１を用いる方法以外で位置決め板１３と冷却板２との相対的な位置を決定しても良い。例えば、シャフト１１及び加圧用シャフト４を設けることなく、別途、固定したロボットアームを用いて、加圧板保持板１０を、位置決め板１３、冷却板２との相対的な位置関係が一定になるように下方に押しつけて加圧処理を実行するようにしても良い。この場合、ロボットアームと加圧板保持板１０とにより加圧機構が構成されることになる。

加圧部となる加圧板３は、通電部８の電極端子Ｐ３に接続される。電極端子Ｐ３は電極端子Ｐ２が接続された通電部８の電源の電極と反対の極性の電極に接続されている端子である。したがって、通電部８は、冷却板２と加圧板３との間に直流電流を流す電流供給部として機能する。

加圧板３は、半導体デバイス１への通電のため、積層金属箔２０を介して半導体デバイス１の表面電極と電気的に接続される。加圧板３の材質はアルミないし銅、ＳＵＳ（ステンレス鋼材）などの金属かカーボンなどを用いるのが望ましい。また、加圧板３の材質が銅の場合、加圧面は、通電時の発熱による酸化を抑制するために、貴金属でコーティングするのが望ましい。

また、積層金属箔２０は、半導体デバイス１の表面と加圧板３の加圧面との間に設置されている。積層金属箔２０は、各々が厚さ１０〜５００μｍの銅ないしアルミ箔の複数の金属箔で構成されている。具体的には、複数の金属箔のうち、半導体デバイス１の表面と接する最下層の金属箔であるデバイス接触金属箔の厚さは５０μｍm以下、上記デバイス接触金属箔を除く他の金属箔（少なくとも一つの金属箔）それぞれの厚さが１００μｍ以上に設定されることを特徴としている。

積層金属箔２０を複数の金属箔で構成する理由は、積み重なる金属箔間での横滑りを許容することによって、通電時の複数の金属箔の変形による半導体デバイス１の表面電極への加傷を低減するためである。

また、金属箔の材質として銅あるいはアルミ箔が望ましいのは、電気伝導度が高く、表面電極３２の材質として一般的なアルミと同じないし同程度にわらかい金属であるからである。

上述したように、実施の形態１の通電評価装置１０１は、加圧処理の実行時に、加圧板３の加圧面が複数の金属箔からなる積層金属箔２０を介して半導体デバイス１を表面側から押圧している。この際、複数の金属箔を挟み込むことによって金属箔間の横滑りが可能となり、加圧処理時における半導体デバイス１の表面電極の表面に生じる傷を低減することができる効果を奏する。

また、半導体デバイス１の表面と対向する比較的広い平面形状を有する加圧板３の加圧面が積層金属箔２０を介して半導体デバイス１の表面電極と接触することにより、半導体デバイス１の表面電極と電気的に接続されるため、通電部８により、冷却板２及び加圧板３を介して半導体デバイス１における表面電極，裏面電極間の間に比較的大きな直流電流を流すことができる。

具体的には、加圧板３によって積層金属箔２０を加圧することによって、積層金属箔２０が弾性変形し一部接触、通電後の自己発熱によって、積層金属箔２０の変形が進み、半導体デバイス１における表面電極，裏面電極間に安定した通電が行える。

さらに、プローブ針でなく、半導体デバイス１の表面に対応する加圧面を有する加圧板３によって半導体デバイス１を加圧することにより、半導体デバイス１の表面と加圧板３の加圧面との間、半導体デバイス１の裏面と冷却板２の表面との間に隙間が生じにくいため、冷却板２及び加圧板３からの冷却効率を高めることができる。

このように、通電評価装置１０１は半導体デバイス１の表面電極，裏面電極間を安定した通電を行い、半導体デバイス１に悪影響を与えることなく電気的特性の評価を行うことができるため、評価される半導体デバイス１の長寿命化及び歩留まり向上を図ることができる。

なお、加圧用シャフト４による加圧の範囲は特に制限されないが、半導体デバイス１がＳｉＣデバイスの場合、冷却板２及び加圧板３を半導体デバイス１の裏面及び表面に隙間無く接触させるために、面積１ｃｍ^２あたり３０ｋｇ重以上の荷重を加えるのが望ましく、また、半導体デバイス１を破壊しないために面積１ｃｍ^２あたり５０ｋｇ重以下に荷重を抑えることが望ましい。

さらに、積層金属箔２０における複数の金属箔を、電気伝導率が高く、比較的柔らかい金属であるアルミあるいは銅を用いることにより、上記加圧処理の実行時における半導体デバイス１の表面電極の表面に生じる傷をさらに低減することができる。

加えて、積層金属箔２０においてデバイス接触金属箔以外の他の金属箔の厚さを１００μｍ以上で比較的厚く設定することにより、複数の金属箔によって半導体デバイスの表面電極と加圧板３と間の隙間を埋めることができ、半導体デバイス１の表面，加圧板３間及び半導体デバイス１の裏面，冷却板２間それぞれの密着性をより高め、比抵抗の低下、冷却効率の向上を図ることができる。

さらに、厚さが５０μｍ以下の比較的薄い積層金属箔２０の最下層のデバイス接触金属箔を半導体デバイス１の表面電極に接触させることによって、他の金属箔（少なくとも一つの金属箔）によって生じる恐れがある加傷を効果的に抑制することができ、半導体デバイス１の表面電極の表面における傷をさらに低減することができる。

図２は実施の形態１の変形例である通電評価装置の構成を示す説明図である。同図に示すように、実施の形態１の他の態様の通電評価装置１０１Ｂは、冷却板２の表面と半導体デバイス１の裏面との間に下部緩衝板２１を設けている。下部緩衝板２１の形成に伴い、位置決め板１３は下部緩衝板２１上に形成される。なお、下部緩衝板２１は厚さ１０〜５００μｍの銅ないしアルミ板を用いるのが望ましい。なお、説明の都合上、図２を含め、以降の図面（図３、図１６，図１８，図２０）では通電部８の図示を省略する。

このように、通電評価装置１０１Ｂは、冷却板２の表面と半導体デバイス１の裏面との間に下部緩衝板２１を設けることにより、冷却板２の表面と半導体デバイス１の裏面との下部緩衝板２１を介した密着性を高めることができる。その結果、通電時に発生する多量の熱を冷却板２から効果的に放熱することができるため、通電評価装置１０１は、通電評価装置１０１以上に冷却板２による冷却効果を高めることができる。

＜実施の形態２＞
図３はこの発明の実施の形態２である通電評価装置１０２の構成を示す説明図である。同図に示すように、通電評価装置１０２における加圧部となる加圧板３Ａは、半導体デバイス１の表面電極に含まれる一部領域（電極内部領域）に平面視対応する領域が、他の領域より半導体デバイス１に突出した加圧用テラス構造４０を有し、この加圧用テラス構造４０の突出面（下面）が加圧面となる。他の構成は、図１で示した実施の形態１の通電評価装置１０１と同様である。

図４〜図６は半導体デバイスの平面構造の第１〜第３の態様を示す平面図である。図４に示すように、第１の態様では、半導体デバイス１Ａは基板３０の表面上に表面電極３２Ａを形成しており、表面電極３２Ａの外周に高電界発生抑制用のポリイミド層３１が形成されている。

図５で示す第２の態様では、基板３０上の上部中央部にゲート電極３６が選択的に設けられ、ゲート電極３６を除く基板３０上の大部分上に表面電極３２Ｂが設けられ、ゲート電極３６及び表面電極３２Ｂの外周にポリイミド層３１が形成されている。

図６で示す第３の態様では、基板３０上の上部中央部にゲート電極３６が設けられ、ゲート電極３６を除く基板３０上の大部分上に２つに分離した表面電極３２Ｃが設けられ、ゲート電極３６及び表面電極３２Ｃ，３２Ｃの外周にポリイミド層３１が形成されている。

このような、半導体デバイス１Ａ〜１Ｃに対し、加圧処理時に加圧板３Ａによりポリイミド層３１が変形したり傷ついたりしないように、以下に示す平面形状の加圧面４１Ａ〜４１Ｃを有する加圧用テラス構造４０が加圧板３Ａに設けられる。

図４に示すように、第１の態様の半導体デバイス１Ａに対し、加圧用テラス構造４０の加圧面４１Ａの形状は、表面電極３２Ａに含まれる電極内部領域に平面視対応する領域となるように設定される。

図５に示すように、第２の態様の半導体デバイス１Ｂに対し、加圧用テラス構造４０の加圧面４１Ｂの形状は、表面電極３２Ｂに含まれる電極内部領域に平面視対応する領域となるように設定される。

図６に示すように、第３の態様の半導体デバイス１Ｃに対し、加圧用テラス構造４０の加圧面４１Ｃの形状は、２つの表面電極３２Ｃそれぞれに含まれる２つの電極内部領域に平面視対応する領域となるように設定される。

このように、加圧用テラス構造４０の加圧面４１（４１Ａ〜４１Ｃ）は、半導体デバイス１（１Ａ〜１Ｃ）の表面電極３２（３２Ａ〜３２Ｃ）にのみに接触するように形成される。また、加圧用テラス構造４０の高さは０．５ｍｍ以上が望ましい。

図７は加圧処理時における加圧用テラス構造４０の加圧面４１と表面電極３２との接触面の状態を模式的に示す説明図である。同図(a) は加圧用テラス構造４０の加圧面４１が表面電極３２の表面に接触する直前の状態を示しており、同図(b) は接触中の状態を示している。なお、図７では積層金属箔２０の存在を省略している。

図７(b) に示すように、加圧処理時において、加圧用テラス構造４０は表面電極３２の表面形状に沿うように変形する。

図８は加圧用テラス構造４０の高さと表面電極に接する加圧面との関係を示すグラフである。同図に示すように、加圧用テラス構造４０の高さ（突出長）が低すぎる（短すぎる）と、加圧用テラス構造４０と表面電極３２との接触が完全には行えなくなる。

図９は加圧用テラス構造４０の断面形状を模式的に示す断面図である。同図に示すように、加圧用テラス構造４０の断面形状は横長の矩形状を呈している。

図１０及び図１１は半導体デバイス１Ａの加圧状態を模式的に示す説明図である。同図において、ハッチングされている領域により加圧痕が生じる擦過痕領域７１が示されており、ハッチング密度が加圧痕の大きさを示している。

加圧用テラス構造４０を有する加圧板３Ａを用いた場合あるいは後述する実施の形態４の通電評価装置１０４における接触板３５を用いた場合、加圧用テラス構造４０（あるいは後述する接触板３５；以下、加圧用テラス構造４０を代表させて説明する）が、図９に示す断面形状を有すると、図１０に示すように、加圧用テラス構造４０が積層金属箔２０を介して表面電極３２に接する部分に摩擦による擦過痕領域７１と、加圧用テラス構造４０のエッジ部分が積層金属箔２０を介して表面電極３２にあたる部分に線状の加圧傷６１が発生する。擦過痕領域７１を低減するためには、積層金属箔２０を介した加圧用テラス構造４０の加圧面と半導体デバイス１の表面との接触を均一に行う必要があり、加圧面に研磨を行い、加圧面の表面粗さＲａが５μｍ以下になるように、望ましくは、２μｍ以下にするのが望ましい。このように、加圧用テラス構造４０の表面粗さを低く設定することにより、半導体デバイス１の表面電極３２に与える傷は、図１１に示すように、加圧用テラス構造４０のエッジ部分が表面電極３２にあたる部分に線状の加圧傷６２発生するものの、擦過痕領域７２の擦過度合いを大幅に低減することができる。

図１２及び図１３は加圧用テラス構造４０の変形構造を模式的に示す説明図である。図１２で示す第１の態様の加圧用テラス構造４０Ａはそのエッジ部分が第１接触円Ｃ１により丸められた丸め端部４６を有している。

一方、図１３で示す第２の態様の加圧用テラス構造４０Ｂはそのエッジ部分が加圧用テラス構造４０Ａと同様に第１接触円Ｃ１により丸められた丸め端部４６を有し、さらにエッジ部分から中心方向にかけてなだらかな曲面を有する周辺曲面領域４７を有している。周辺曲面領域４７は第１接触円Ｃ１より大きい半径の第２接触円Ｃ２により曲面が設定されている。加圧用テラス構造４０Ｂは、例えば、加圧用テラス構造４０Ａを得た後、周辺曲面領域４７をさらに形成する処理を行うことにより得られる。

第１接触円Ｃ１の半径は２０μｍ以上にする必要がある。第１接触円Ｃ１の半径を大きくしすぎると、加圧用テラス構造４０Ａの表面が半導体デバイス１の裏面との接触面積が確保できなくなるため、おおよそ、１００μｍ以下にするのが望ましい。

一方、第２接触円Ｃ２は、曲面を設ける対象がエッジ部より大きいため、１００μｍ以上にする必要がある。第２接触円Ｃ２の半径を大きくしすぎると、加圧用テラス構造４０Ｂの加圧面が積層金属箔２０を介した半導体デバイス１の表面との接触面積が確保できなくなるため、おおよそ、５００μｍ以下にするのが望ましい。

図１４及び図１５は、図１２及び図１３で示した加圧用テラス構造４０Ａ及び４０Ｂを用いた場合の効果を示す説明図である。同図において、加圧傷６３，６４の線の太さが細く、線の本数が少ない程、傷の度合いが小さいことを示している。

図１４に示すように、丸め端部４６を有する加圧用テラス構造４０Ａを用いることにより、半導体デバイス１の表面電極３２において、加圧用テラス構造４０Ａのエッジ部分が積層金属箔２０を介して表面電極３２にあたる部分に発生する線状の加圧傷６３を図１０，図１１で示した加圧傷６１，６２以上に抑制することができる。

図１５に示すように、丸め端部４６及び周辺曲面領域４７を有する加圧用テラス構造４０Ｂを用いることにより、半導体デバイス１の表面電極３２において、加圧用テラス構造４０Ｂのエッジ部分が積層金属箔２０を介して表面電極３２にあたる部分に発生する線状の加圧傷６４を加圧傷６１〜６３以上に抑制することができる。

このような構成の実施の形態２の通電評価装置１０２は、実施の形態１の通電評価装置１０１と同様の効果に加え、以下の効果を奏する。

実施の形態２の通電評価装置１０２において、加圧用テラス構造４０の加圧面の形状は、半導体デバイス１の表面電極に含まれる電極内部領域に平面視対応する領域になるように設定される。

したがって、実施の形態２の通電評価装置１０２では、半導体デバイス１の表面電極３２の周辺にポリイミド層３１が形成されている場合において、加圧用テラス構造４０の突出面である加圧面が積層金属箔２０を介してポリイミド層３１に接触する現象を確実に回避することができるため、ポリイミド層３１に影響を与えることなく、上記加圧処理を行うことができる。

さらに、通電評価装置１０２において、加圧用テラス構造４０の加圧面は表面粗さが５μｍ以下になるように形成されるため、加圧処理時において、半導体デバイスの一方電極に生じる恐れのある擦過痕を大幅に低減することができる。

また、加圧用テラス構造４０の形成高さを加圧面の表面電極に対する接触が支障なく行える高さに設定することにより、加圧処理時における擦過痕の発生を抑制することができる。

さらに、加圧用テラス構造４０を加圧用テラス構造４０Ａ及び４０Ｂのように丸め端部４６を設けることにより、半導体デバイス１の表面電極に生じる恐れのある線状の加圧傷を大幅に低減することができる。

＜実施の形態３＞
図１６はこの発明の実施の形態３である通電評価装置１０３の構成を示す説明図である。同図に示すように、通電評価装置１０３における冷却板２Ａは、半導体デバイス１の裏面（他方主面）に平面視対応する領域が他の領域より上方（半導体デバイス１側）に突出した冷却用テラス構造５０を有している。そして、冷却用テラス構造５０が形成されていない冷却板２Ａの表面上に冷却板２Ａとは異なる金属層５が設けられ、金属層５は、その表面高さが冷却用テラス構造５０の表面高さと一致するように設けられる。

一方、加圧板３Ａは、実施の形態２と同様、半導体デバイス１の表面電極に含まれる一部領域（電極内部領域）に平面視対応する領域が、他の領域より半導体デバイス１に突出した加圧用テラス構造４０を有し、この加圧用テラス構造４０の突出面（下面）が加圧面となる。

他の構成は、シャフト１１及び位置決め板１３が冷却板２Ａ上に金属層５を介して設けられている点を除き、図１で示した実施の形態１の通電評価装置１０１と同様である。

実施の形態３の通電評価装置１０３は、通電部８（図１参照）による冷却板２Ａ，加圧板３Ａ間で半導体デバイス１の表面電極，裏面電極間を通電させる際、半導体デバイス１の面内温度分布を均一にするために、冷却板２Ａはその表面の一部に冷却用テラス構造５０を有している。

図１７は、半導体デバイス１の内部構造を模式的に示す説明図である。同図に示すように、半導体デバイス１の基板３０の内部領域である電流領域Ｒ３０が、半導体デバイス１に電流が流れる領域となる。

図１７で示すような内部構造を有する半導体デバイス１に対し、通電評価装置１０３の冷却板２Ａにおける冷却用テラス構造５０の平面形状は、電流領域Ｒ３６の直下には必ず冷却用テラス構造５０の表面が存在するように、電流領域Ｒ３０と同じか電流領域Ｒ３０より大きく、基板３０のサイズの１２０％以下にするのが望ましい。冷却用テラス構造５０の平面形状を電流領域Ｒ３０よりも小さくなると、冷却用テラス構造５０からはみ出した電流領域Ｒ３０の温度が上昇し、通電時の半導体デバイス１の平面位置によって温度に偏りを有する面内温度分布が発生してしまう。上述したサイズ関係を満たすべく、基板３０と冷却用テラス構造５０の表面の平面形状は相似関係を有することが望ましい。

また、基板３０のサイズの１２０％よりも冷却用テラス構造５０の平面形状を大きくすると、冷却用テラス構造５０の横方向（図１７の基板３０の外周方向）への放熱作用により、半導体デバイス１の周辺領域の温度が中央領域より低下するため、冷却用テラス構造５０による通電時の半導体デバイス１の面内温度分布の均一化が十分でなくなる。

図１８は実施の形態３の通電評価装置１０３の変形例である通電評価装置１０３Ｂの構成を示す説明図である。同図に示すように、冷却用テラス構造５０の周りに金属層５を設けない代わりに、位置決め板１３の膜厚を厚く形成して、冷却用テラス構造５０の表面よりも、位置決め板１３の表面が高くなるように形成している。

図１９は通電後の半導体デバイス１の裏面電極３７について、測定点ＰＡ〜ＰＤにけるオージェ分光によるＮｉピーク強度の比較を行った結果を示す説明図である。

半導体デバイス１の裏面電極３７は、通常、Ｎｉ（ニッケル）の上にＡｕ（金）が積層された構造を有しており、オージェ分光によるＮｉのピークは現れないが、加熱されると、Ａｕ中をＮｉ原子が拡散して、Ａｕ表面に現れる。このため、オージェ分光によるＮｉピーク強度を比較することにより、通電時の半導体デバイス１の面内温度分布の均一性を確認することができる。

図１９の黒丸印は、銅製の冷却板が冷却板テラス構造を有してない場合（図１，図２の通電評価装置１０１，１０１Ｂ等）、三角印は高さ１ｍｍ、大きさが基板３０のサイズの冷却板テラス構造を冷却板は有し、その周りを冷却板と異なる第２の金属からなる金属層５としてステンレスで取り囲まれた銅製の冷却板を用いた場合（図１６の通電評価装置１０３）、菱形印は高さ１ｍｍ、大きさが基板３０のサイズの冷却板テラス構造を有する銅製の冷却板のみを用いた場合（図１８の通電評価装置１０３Ｂ）の結果を示している。

同図に示すように、冷却用テラス構造５０を有さない場合、半導体デバイス１の裏面電極中央の温度が高くなり、Ｎｉの拡散が進んでいることがわかる。これに対して、冷却用テラス構造５０を有する場合は、全面でＮｉの拡散が抑制されており、面内の温度分布が均一化されていることがわかる。

また、冷却板２の酸化を抑制するため、表面を貴金属、特に白金でコーティングすると良い。ただし、半導体デバイス１の裏面電極３７の表面がＡｕであり、図２で示した通電評価装置１０１Ｂのように下部緩衝板２１を用いない場合、冷却板２Ａの表面をＡｕでコーティングすると、通電時の発熱によって、冷却板２と裏面電極３７が密着するため、Ａｕを用いてはならない。

このような構成の実施の形態３の通電評価装置１０３（１０３Ｂ）は、実施の形態１の通電評価装置１０１と同様の効果に加え、以下の効果を奏する。

実施の形態３の通電評価装置１０３（１０３Ｂ）は、冷却板２Ａに冷却用テラス構造５０を設けることにより、半導体デバイス１に対し表面電極，裏面電極間を通電させる際、半導体デバイス１の面内温度分布の均一化を図ることができる。その結果、半導体デバイス１に対する通電評価を所望の設定温度（例えば、２００℃程度）で精度良く行うことができる。

また、通電評価装置１０３は、実施の形態２と同様に、加圧用テラス構造４０を有する冷却板２Ａを設けることにより、半導体デバイス１の表面電極の周辺にポリイミド層３１が形成されている場合においても、ポリイミド層３１に影響を与えることなく、上記加圧処理を行うことができる。

＜実施の形態４＞
図２０はこの発明の実施の形態４である通電評価装置１０４の構成を示す説明図である。同図に示すように、実施の形態４では、加圧板３（加圧板３Ａ）に替えて、加圧部３Ｂを設けたことを特徴としている。

加圧部３Ｂは、加圧基体３３、複数の加圧ピン３４及び接触板３５により構成される。なお、加圧部３Ｂ以外の構造は、図１８で示した実施の形態３の変形例である通電評価装置１０３Ｂと同様である。

加圧基体３３は、加圧板保持板１０の裏面に取り付けられ、下方（半導体デバイス１側）に取付面３３ｓを有している。

複数の加圧ピン３４は加圧基体３３の取付面３３ｓから、下方に（半導体デバイス１向かって）延びて形成され、各々が先端部３４ｂを有している。

図２１は加圧ピン３４の構造を示す説明図である。同図に示すように、加圧ピン３４は軸部３４ａ及び先端部３４ｂから構成され、軸部３４ａの下方端部に先端部３４ｂが設けられる構造を呈している。

加圧ピン３４は加圧用シャフト４の加圧に耐えるためにステンレスで形成するのが望ましい。また、その表面は金などの貴金属でコーティングするのが望ましい。加圧ピン３４の本数と太さおよび長さは、試験時に通電する電流量と半導体デバイス１の面積に依存している。７ｍｍ□サイズの半導体デバイス１に１５０Ａ通電する場合、軸部３４ａの軸太さＤ１（軸径）は０．６ｍｍφ、長さ２０ｍｍ、先端部３４ｂの先端太さＤ２（先端径）は１．５ｍｍφ、先端長Ｌ２は５ｍｍ（全長Ｌ１＝２５ｍｍ）、最先端形状が半球となる１６本（４×４（本）の正方形状に配置）の加圧ピン３４を設けることが望ましい。

一方、１０ｍｍ□サイズの半導体デバイス１に２５０Ａ通電する場合、軸部３４ａの軸太さＤ１は０．６ｍｍφ、長さ２０ｍｍ、先端部３４ｂの先端太さＤ２が１．５ｍｍφ、先端長Ｌ２は５ｍｍ（全長Ｌ１＝２５ｍｍ）、先端形状が半球となる３６本（６×６（本）の正方形状に配置）の加圧ピン３４を用いれば良い。したがって、上述した、軸太さＤ１が０．６ｍｍφ、長さが２０ｍｍ、先端太さＤ２が１．５ｍｍφ、先端長Ｌ２が５ｍｍ、最先端形状半球の加圧ピン３４を用いる場合、加圧ピン３４の１本当たりおよそ９Ａ通電可能であれば十分となる。なお、上述した数値は、半導体デバイス１の電極形状、通電する電流値、ピンを並べる場合の最小ピッチ等から算出しており、上述した加圧ピン３４の場合、１本あたり最大９．５Ａ(空冷する場合)、ピッチが１．８ｍｍの場合を想定して決定している。

各々が図２１で示す構造を有する複数の加圧ピン３４は、軸部３４ａの端部が取付面３３ｓに設置され、先端部３４ｂが下方になるように、加圧基体３３に固定される。

図２０に戻って、加圧部３Ｂは、複数の加圧ピン３４の先端部３４ｂより下方（半導体デバイス１側）に設けられ、複数の加圧ピン３４の先端部３４ｂと対向する表面と加圧面となる裏面とを有する接触板３５をさらに有している。

加圧処理時に複数の加圧ピン３４の先端部３４ｂにより接触板３５の表面を押圧することにより、接触板３５の裏面を半導体デバイス１の表面電極に対する加圧面とすることができる。なお、接触板３５の加圧面は、実施の形態２の通電評価装置１０２の加圧用テラス構造４０の加圧面と同様、半導体デバイス１の表面電極に含まれる電極内部領域に平面視対応する領域に設けられる。

接触板３５は厚さ２ｍｍ以上の銅板あるいはアルミ板を用いるのが望ましい。厚さが２ｍｍより薄いと、加圧処理を繰り返すことによって、接触板３５が容易に反って劣化する。また、接触板３５に銅板を用いる場合は、表面を貴金属でコーティングするのが望ましい。

このように、実施の形態４の通電評価装置１０４は、実施の形態２の通電評価装置１０２における加圧用テラス構造４０を有する加圧板３Ａに替えて、加圧基体３３、複数の加圧ピン３４及び接触板３５の組み合わせにより設けられる加圧部３Ｂを設け、複数の加圧ピン３４の先端部３４ｂによって接触板３５を押さえつける構造を採用している。

なお、図２０には示していないが、図示しないファンによる強制空冷で複数の加圧ピン３４を冷却する構造にしても良い。

このような構成の実施の形態４の通電評価装置１０４は、実施の形態１の通電評価装置１０１と同様の効果に加え、以下の効果を奏する。

通電評価装置１０４は、実施の形態３と同様、冷却用テラス構造５０を有する冷却板２Ａを設けることにより、半導体デバイス１の面内温度分布の均一化を図る結果、半導体デバイス１に対する通電評価を所望の設定温度で精度良く行うことができる。

実施の形態４の通電評価装置１０４は、加圧基体３３と接触板３５との間に複数の加圧ピン３４を設けているため、通電部８による通電時に、半導体デバイス１と金属箔２０を介して接触している接触板３５からの熱拡散が生じる際、接触板３５の複数の加圧ピン３４との熱抵抗が高いため、接触板３５の温度をより高い温度で保持することができる。

したがって、実施の形態４の通電評価装置１０４は、上述した冷却板２Ａを用いることによる半導体デバイス１の面内温度分布の均一化を、加圧部３Ｂによってさらに高めることができるため、所望の評価温度（試験温度，例えば、２００℃程度）を保持しながら、半導体デバイス１の通電評価（試験）をより精度良く行うことができる効果を奏する。

さらに、実施の形態４の通電評価装置１０４において、接触板３５の加圧面の形状は、半導体デバイス１の表面電極に含まれる電極内部領域に平面視対応する領域になるように設定される。

このため、実施の形態４の通電評価装置１０４では、実施の形態２の通電評価装置１０２と同様、半導体デバイス１の表面電極３２の周辺にポリイミド層３１が形成されている場合において、接触板３５の裏面である加圧面が積層金属箔２０を介してポリイミド層３１に接触する現象を確実に回避することができるため、ポリイミド層３１に影響を与えることなく、上記加圧処理を行うことができる。

さらに、通電評価装置１０４において、実施の形態２の加圧用テラス構造４０と同様、接触板３５の加圧面の表面粗さを５μｍ以下になるように形成することにより、加圧処理時において、半導体デバイス１の表面電極に生じる恐れのある擦過痕を大幅に低減することができる。

また、接触板３５の形成高さを加圧面の表面電極に対する接触が支障なく行える高さに設定することにより、加圧処理時における擦過痕の発生を抑制することができる。

さらに、図１２及び図１３で示した加圧用テラス構造４０Ａ及び４０Ｂのように、接触板３５のエッジ部分に丸め端部を設けたり、周辺曲面領域を設けたりすることにより、半導体デバイス１の表面電極に生じる恐れのある線状の加圧傷を大幅に低減することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１，１Ａ〜１Ｃ 半導体デバイス、２，２Ａ 冷却板、３，３Ａ，３Ｂ 加圧板、５ 金属層、８ 通電部、１３ 位置決め板、２０ 積層金属箔、２１ 下部緩衝板、３０ 基板、３１ ポリイミド層、３２，３２Ａ〜３２Ｃ 表面電極、３３ 加圧基体、３４ 加圧ピン、３５ 接触板、４０ 加圧用テラス構造、４１，４１Ａ〜４１Ｃ 加圧面、５０ 冷却用テラス構造、１０１，１０１Ｂ，１０２，１０３，１０３Ｂ，１０４ 通電評価装置。

Claims (8)

1. 一方主面及び他方主面上に一方電極及び他方電極を有する半導体デバイスにおける一方電極，他方電極間に電流を流して前記半導体デバイスを試験する半導体試験装置であって、
   前記半導体デバイスの他方電極に電気的に接続しつつ前記半導体デバイスを載置し、導電性及び冷却機能を有する冷却板と、
   前記半導体デバイスの一方電極上に設けられた複数の金属箔と、
   前記半導体デバイスの一方主面の上方に配置され、一方主面と対向する加圧面を有し、導電性を具備する加圧部と、
   動作時において、前記半導体デバイスの一方主面に向かう第１の方向に前記加圧部を加圧する加圧処理を実行する加圧機構と、
   前記冷却板と前記加圧部との間に直流電流を流す電流供給部とを備え、
   前記加圧処理の実行時に、前記加圧部の加圧面は、前記複数の金属箔を介して前記半導体デバイスの一方電極と電気的に接続され、かつ、一方主面側から前記半導体デバイスを押圧することを特徴とする、
   半導体試験装置。
2. 請求項１記載の半導体試験装置であって、
   前記複数の金属箔それぞれの材質は、アルミあるいは銅であることを特徴とする、
   半導体試験装置。
3. 請求項２記載の半導体試験装置であって、
   前記複数の金属箔は、前記加圧処理の実行時に前記半導体デバイスの一方電極に接触するデバイス接触金属箔と、前記デバイス接触金属箔以外の少なくとも一つの金属箔とを含み、
   前記デバイス接触金属箔の厚さは５０μｍm以下、前記少なくとも一つの金属箔それぞれの厚さが１００μｍ以上に設定されることを特徴とする、
   半導体試験装置。
4. 請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載の半導体試験装置であって、
   前記冷却板は前記半導体デバイスの他方主面に平面視対応する領域が他の領域より前記半導体デバイス側に突出した冷却用テラス構造を有することを特徴とする、
   半導体試験装置。
5. 請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載の半導体試験装置であって、
   前記加圧部は、前記半導体デバイスの一方電極に含まれる電極内部領域に平面視対応する領域が、他の領域より前記半導体デバイス側に突出した加圧用テラス構造を有し、前記加圧用テラス構造の突出面が前記加圧部の前記加圧面となる、
   半導体試験装置。
6. 請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載の半導体試験装置であって、
   前記加圧部は、
   前記半導体デバイス側に取付面を有する加圧基体と、
   前記加圧基体の取付面から、前記半導体デバイスに向かう方向に延びて形成され、各々が先端部を有する複数の加圧ピンと、
   前記複数の加圧ピンより前記半導体デバイス側に設けられ、前記複数の加圧ピンの先端部と対向する一方主面と前記加圧面となる他方主面とを有する接触板とを備え、
   前記接触板は、前記半導体デバイスの一方電極に含まれる電極内部領域に平面視対応する領域に設けられ、前記加圧処理時に前記複数の加圧ピンの先端部により前記接触板の一方主面を押圧することを特徴とする、
   半導体試験装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の半導体試験装置であって、
   前記加圧部の前記加圧面は表面粗さが５μｍ以下になるように形成される、
   半導体試験装置。
8. 請求項５から請求項７のうち、いずれか１項に記載の半導体試験装置であって、
   前記加圧部の前記加圧面は半径２０μｍ以上、かつ半径１００μｍ以下で端部が丸められた丸め端部を有することを特徴とする、
   半導体試験装置。

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