JP2016161333A - 半導体基板の温度検査方法、半導体装置の製造方法及び半導体基板の温度検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で正確に温度検査を実行する技術を提供する。【解決手段】 加熱しながら半導体基板に通電する温度検査プロセスを有する半導体装置の製造方法であって、前記温度検査プロセスが、半導体基板を加熱する工程と、第１特性を測定する工程と、第２特性を測定する工程を有する。第１特性を測定する工程では、複数のプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に第１電流を流すことによって、第１特性を測定する。第２特性を測定する工程では、前記第１特性の測定後に、前記第１特性の測定に用いた前記プローブの数よりも多いプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に前記第１電流よりも大きい第２電流を流すことによって、第２特性を測定する。【選択図】図５

Description

本明細書が開示する技術は、半導体基板の温度検査及びこれを用いる半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１に、多数のプローブを半導体基板に接触させて、半導体基板の特性を検査する技術が開示されている。このようにパッケージング前の段階で半導体基板の特性を検査する技術が、半導体装置の分野では広く用いられている。通常は、一度の検査で半導体基板の複数の特性が測定される。

特開２０１３−０９６８３７号公報

加熱しながら半導体基板の特性を検査する温度検査が行われる場合がある。温度検査では、加熱されている状態の半導体基板に対して多数のプローブを接触させ、半導体基板に電流を流す。これによって、高温状態で、半導体基板の複数の特性を測定することができる。

半導体基板に接触させるための各プローブは、半導体基板の電極に正確に接触させるために細長い形状を有している。このため、検査前に各プローブが待機位置（半導体基板に接触しない位置）にセットされていると、各プローブは大気との熱交換によって冷却される。その後の検査において各プローブが高温の半導体基板に接触すると、半導体基板が冷却され、半導体基板の温度が一時的に低下する。したがって、半導体基板の温度が安定するまで待ってから半導体基板の特性を測定する必要がある。このため、従来の温度検査では、特性の測定を開始するまでに時間がかかるという問題があった。したがって、本明細書では、より短時間で温度検査を実行する技術を提供する。

本明細書が開示する第１の温度検査方法は、加熱しながら半導体基板に通電する。この温度検査方法は、前記半導体基板を加熱する工程と、第１特性を測定する工程と、第２特性を測定する工程を有している。前記第１特性を測定する工程では、複数のプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に第１電流を流すことによって、前記第１特性を測定する。前記第２特性を測定する工程では、前記第１特性の測定後に、前記第１特性の測定に用いた前記プローブの数よりも多いプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に前記第１電流よりも大きい第２電流を流すことによって、前記第２特性を測定する。前記第１特性の温度に対する変化率が前記第２特性の温度に対する変化率よりも大きい。

なお、上記の半導体基板は、半導体層を有する基板である。したがって、半導体層の表面に電極や絶縁層が形成されている場合には、半導体層と電極と絶縁層の全体が半導体基板である。また、半導体基板は、円盤状の半導体ウエハであってもよいし、半導体ウエハをチップ状に分割した半導体チップであってもよい。

また、本明細書において、特性の温度に対する変化率は、半導体基板の温度が単位温度変化したときに特性が変化する割合を意味する。すなわち、半導体基板の温度が単位温度変化したときの特性の変化量を変化前の特性の絶対値で除算した値を意味する。

この温度検査方法では、半導体基板に小さい第１電流を流すことで第１特性を測定し、半導体基板に大きい第２電流を流すことで第２特性を測定する。第１特性の温度に対する変化率が大きいので、第１特性の測定時には半導体基板の温度を正確に制御する必要がある。他方、第２特性の温度に対する変化率が小さいので、第２特性の測定時には半導体基板の温度をそれほど正確に制御する必要はない。この温度検査方法では、第１特性を第２特性よりも先に測定する。第１特性の測定では、少数のプローブを加熱された半導体基板に接触させる。少数のプローブを半導体基板に接触させるので、接触時における半導体基板の温度低下が小さい。このため、短時間で半導体基板の温度が安定する。したがって、第１特性の測定を開始するまでの待機時間を短くすることができる。このように、この方法によれば、短い待機時間で第１特性を正確に測定することができる。また、第２特性の測定では、多数のプローブを半導体基板に接触させる。第２特性の測定で流す第２電流は大きいが、多数のプローブを半導体基板に接触させることで、各プローブに分散して第２電流を流すことができる。これによって、各プローブに流れる電流を低減することができる。また、多数のプローブを半導体基板に接触させるので、接触時における半導体基板の温度低下が大きい。しかしながら、第２特性の温度に対する変化率が小さいので、第２特性の測定時の温度はそれほど正確に制御する必要はない。このため、プローブを接触させてから第２特性の測定を開始するまでの待機時間を短くすることができる。待機時間が短くても、第２特性を十分な精度で測定することができる。以上に説明したように、この方法によれば、第１特性と第２特性を十分な精度で測定することができる。また、この方法によれば、第１特性を測定するための待機時間と第２特性を測定するための待機時間を短くすることができる。このような構成によれば、第１特性測定用の待機時間と第２特性測定用の待機時間を合わせた合計待機時間を、従来の測定方法における待機時間よりも短くすることができる。すなわち、この方法によれば、従来よりも短時間で第１特性と第２特性を測定することができる。

本明細書が開示する第２の温度検査方法は、加熱しながら半導体基板に通電する。この温度検査方法は、前記半導体基板を加熱する工程と、第１特性を測定する工程と、第２特性を測定する工程を有する。前記第１特性を測定する工程では、複数のプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に第１電流を流すことによって、前記第１特性を測定する。前記第２特性を測定する工程では、前記第１特性の測定後に、前記第１特性の測定に用いた前記プローブの数よりも多いプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に前記第１電流よりも大きい第２電流を流すことによって、前記第２特性を測定する。前記半導体基板が、半導体層と、前記半導体層上に絶縁膜を介して積層されているダイオードを有している。前記第１特性が、前記ダイオードの順方向電圧降下である。

ダイオードの順方向電圧降下は温度に応じて変化する。このため、半導体層上に積層されているダイオードは、半導体層の温度を測定するための温度センサとして使用される。半導体層の温度を測定するための温度センサとして使用されるダイオードの順方向電圧降下には、高い精度が要求される。このため、温度検査方法において、ダイオードの順方向電圧降下を高い精度で測定する必要がある。したがって、ダイオードの順方向電圧降下（すなわち、第１特性）の測定時には半導体基板の温度を正確に制御する必要がある。他方、大きい第２電流によって測定される第２特性は、第１特性（ダイオードの順方向電圧降下）とは異なる特性であり、それほど高い精度は要求されない。このため、第２特性の測定時には半導体基板の温度をそれほど正確に制御する必要はない。この検査方法では、第１特性（ダイオードの順方向電圧降下）の測定時に少数のプローブを半導体基板に接触させ、第２特性の測定時に多数のプローブを半導体基板に接触させる。このため、第１の温度検査方法と同様に、短時間で第１特性と第２特性を十分な精度で測定することができる。

また、本明細書では、温度検査に使用可能な温度検査装置を提供する。この温度検査装置は、加熱しながら半導体基板に通電する。この温度検査装置は、前記半導体基板が載置されるステージと、前記ステージに載置される前記半導体基板を加熱するヒータと、プローブカードを有する。プローブカードは、複数の第１プローブと複数の第２プローブを有する。プローブカードは、前記各第１プローブの先端と前記各第２プローブの先端が前記ステージ側を向くように前記ステージの上部に配置可能とされている。前記プローブカードが前記ステージの上部に配置されたときに、前記各第１プローブの前記先端が前記各第２プローブの前記先端よりも前記ステージ側に位置する。

この温度検査装置は、プローブカードがステージの上部に配置されたときに、各第１プローブの先端が各第２プローブの先端よりもステージ側に位置する。したがって、第１特性の測定時に、ステージ上の半導体基板に対して第２プローブを接触させずに第１プローブを接触させることができる。第２特性の測定時には、ステージ上の半導体基板に対して第１プローブと第２プローブを接触させることができる。この温度検査装置によれば、短時間で第１特性と第２特性を正確に測定することができる。

半導体チップ１０の平面図。 図１のＡ−Ａ線における半導体チップ１０の縦断面図。 温度検査装置４０の説明図であって、図１のＢ−Ｂ線における半導体チップ１０と各プローブ５０の位置関係を示す図。 温度検査方法を示すフローチャート。 図３に対応する説明図であって、第１プローブ５０ａが半導体チップ１０に接触している状態を示す図。 図１に対応する平面図であって、第１プローブ５０ａの接触点をドットにより示す図。 図３に対応する説明図であって、第１プローブ５０ａと第２プローブ５０ｂが半導体チップ１０に接触している状態を示す図。 図１に対応する平面図であって、第１プローブ５０ａと第２プローブ５０ｂの接触点をドットにより示す図。 Ｌ負荷スイッチング特性の測定回路の回路図。 Ｌ負荷スイッチング特性の測定時におけるゲート電圧Ｖｇｅ、コレクタ‐エミッタ間電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃの波形を示すグラフ。

実施形態の温度検査方法では、図１、２に示す半導体チップ１０を検査する。半導体チップ１０は、シリコンによって構成されている半導体層１２を有している。半導体層１２内には、ＩＧＢＴ７０が形成されている。また、半導体層１２の表面１２ａの一部に、層間絶縁膜３０が形成されている。層間絶縁膜３０上に、ポリシリコン層３２が形成されている。ポリシリコン層３２は、ｐ型不純物がドープされたアノード領域３２ａとｎ型不純物がドープされたカソード領域３２ｂを有している。アノード領域３２ａとカソード領域３２ｂによって、ダイオード３４が形成されている。ダイオード３４は、層間絶縁膜３０によって半導体層１２から絶縁されている。ダイオード３４に通電する際の順方向電圧降下は、温度によって変化する。すなわち、ダイオード３４の順方向電圧降下は、温度に対する変化率が高い。なお、温度に対する変化率は、温度が単位温度変化したときの特性の変化量を変化前の特性の絶対値で除算した値を意味する。例えば、常温において順方向電圧降下が０．６Ｖ程度であり、ダイオード３４の温度が５０℃上昇することで順方向電圧降下が０．５５Ｖ程度にまで低下する場合には、順方向電圧降下の温度に対する変化率（すなわち、温度１℃あたりの順方向電圧降下の変化率）は、約０．１７％である。ダイオード３４の温度は、半導体層１２の温度と略一致する。したがって、ダイオード３４の順方向電圧降下を測定することで、半導体層１２の温度を測定することができる。すなわち、ダイオード３４は、半導体層１２の温度を検出するための温度センスダイオードである。このように、ダイオード３４は温度を検出するためのセンサとして用いられる。このため、ダイオード３４の順方向電圧降下に求められる精度は極めて高い。ダイオード３４の表面は、図示しない配線部を除いて層間絶縁膜３６に覆われている。

半導体層１２の裏面１２ｂには、ＩＧＢＴのコレクタ電極１４が形成されている。半導体層１２の表面１２ａには、ＩＧＢＴのエミッタ電極１６が形成されている。エミッタ電極１６は、層間絶縁膜３６によってダイオード３４から絶縁されている。図１に示すように、エミッタ電極１６は、半導体層１２の表面１２ａの大部分を占めている。エミッタ電極１６の下部の半導体層１２に、ＩＧＢＴ７０が形成されている。エミッタ電極１６の隣には、複数の電極パッド１８〜２６が形成されている。

アノード電極パッド１８は、層間絶縁膜上に形成されており、半導体層１２から絶縁されている。アノード電極パッド１８は、配線によってダイオード３４のアノード領域３２ａに接続されている。

カソード電極パッド２０は、層間絶縁膜上に形成されており、半導体層１２から絶縁されている。カソード電極パッド２０は、配線によってダイオード３４のカソード領域３２ｂに接続されている。

ゲート電極パッド２２は、層間絶縁膜上に形成されており、半導体層１２から絶縁されている。ゲート電極パッド２２は、図示しない配線によって、ＩＧＢＴ７０のゲート電極に接続されている。

電流センス電極パッド２４の下部の半導体層１２には、電流検出用のセンスＩＧＢＴが形成されている。センスＩＧＢＴのサイズは、エミッタ電極１６の下部のＩＧＢＴ７０のサイズよりも小さい。電流センス電極パッド２４は、センスＩＧＢＴのエミッタに接続されている。また、センスＩＧＢＴのコレクタは、コレクタ電極１４に接続されている。センスＩＧＢＴのゲート電極は、図示しない配線によってゲート電極パッド２２に接続されている。

電極パッド２６は、エミッタ電圧測定用のケルビン端子である。

図３は、半導体チップ１０を加熱しながら検査する温度検査装置４０を示している。温度検査装置４０は、ステージ４２、ヒータ４４、制御装置６０及びプローブカード４８を有している。ステージ４２には、検査対象の半導体チップ１０が載置される。ステージ４２は、導体によって構成されており、電極を兼ねている。ステージ４２によって、半導体チップ１０の裏面のコレクタ電極１４の電位を制御することができる。ヒータ４４は、ステージ４２の内部に設置されている。ヒータ４４は、ステージ４２上に載置された半導体チップ１０を加熱する。ステージ４２は、ヒータ４４と共に横方向に移動可能とされている。ステージ４２は、図３に示すようにプローブカード４８の真下の位置（検査位置）と図示しない待機位置（検査位置から離れた位置）の間を移動することができる。

プローブカード４８は、いわゆる垂直型のプローブカードであり、上下方向（すなわち、ステージ４２に対して略垂直な方向）に伸びる多数のプローブ５０を有している。プローブカード４８は、固定プレート５４とガイドプレート５６を有している。各プローブ５０は、固定プレート５４に固定されている。ガイドプレート５６は、固定プレート５４の下側に配置されている。ガイドプレート５６と固定プレート５４の間には間隔が形成されている。ガイドプレート５６は、多数のガイド孔を有しており、各ガイド孔内にプローブ５０が挿通されている。各プローブ５０は、ガイドプレート５６には固定されておらず、ガイドプレート５６に対して摺動することができる。なお、プローブ５０には、ガイドプレート５６から下方向に突出する突出部５２の長さが長い第１プローブ５０ａと、突出部５２の長さが短い第２プローブ５０ｂが含まれる。各プローブ５０は、固定プレート５４とガイドプレート５６の間に可撓部５１を有している。プローブカード４８は、ステージ４２に対して進退動することができる。プローブカード４８を図３に示す位置からステージ４２に向かって移動させることで、例えば図７に示すように、プローブ５０を半導体チップ１０に接触させることができる。図７に示すように、各プローブ５０の先端が半導体チップ１０に接触すると、可撓部５１が撓む。

制御装置６０は、ステージ４２及びプローブカード４８の動きを制御する。また、制御装置６０は、図示しない配線によって各プローブ５０に接続されている。制御装置６０は、温度検査装置４０の各部を制御して、温度検査を実行する。

次に、温度検査装置４０を用いた温度検査方法について説明する。温度検査装置４０は、半導体装置の製造工程において使用される。つまり、半導体装置の製造工程では、半導体ウエハに対して所定の加工を行い、その半導体ウエハをダイシングすることで、半導体チップ１０が製造される。その後、半導体チップ１０に対して温度検査工程が行われる。温度検査工程をパスした半導体チップ１０は、リードフレームに実装されるとともに樹脂によって封止される。これによって、半導体装置が完成する。すなわち、半導体装置は、温度検査工程を経て製造される。温度検査装置４０は、半導体チップ１０に対する温度検査工程で使用される。温度検査装置４０の制御装置６０が図４に示す処理を実行することで、半導体チップ１０に対する温度検査工程が実施される。

なお、図４に示す温度検査は、温度検査装置４０によって繰り返し実施される。前回の温度検査おいてプローブカード４８の各プローブ５０を半導体チップに接触させると、半導体チップによって各プローブ５０が加熱される。しかしながら、前回の温度検査が終了して各プローブ５０が半導体チップから離れると、大気によってプローブ５０が冷却される。次の温度検査が開始するまでのインターバルにおいて、各プローブ５０の温度は、１０℃程度低下する。

図４の処理の開始時において、ステージ４２は待機位置（すなわち、プローブカード４８の真下ではない位置）に配置されている。また、ヒータ４４は既に動作しており、ステージ４２が加熱されている。ステップＳ２において、図示しない搬送装置によってステージ４２上に半導体チップ１０が載置される。これによって、半導体チップ１０が加熱され始める。次に、制御装置６０は、ステージ４２を待機位置から検査位置（すなわち、図３に示すプローブカード４８の真下の位置）に移動させる。ステージ４２を移動させている間に、半導体チップ１０はヒータ４４によって加熱される。ステージ４２が検査位置に到着した段階で、半導体チップ１０の温度は約１５０℃で安定している。

次に、制御装置６０は、ステップＳ６〜Ｓ１４によって構成される小電流検査を実行する。小電流検査では、制御装置６０は、半導体チップ１０に比較的小さい電流を流して、各種の特性を測定する。

ステップＳ６では、制御装置６０は、プローブカード４８をステージ４２に向かって移動させる。そして、図５に示すように、突出量が大きい第１プローブ５０ａが半導体チップ１０に接触し、突出量が小さい第２プローブ５０ｂが半導体チップ１０に接触しない位置で、プローブカード４８を停止させる。ここでは、図６においてドットで示されるように、電極パッド１８〜２６のそれぞれに、１つの第１プローブ５０ａを接触させる。また、エミッタ電極１６に、４つの第１プローブ５０ａを接触させる。

上述したように、温度検査のインターバル中に各プローブ５０は大気との熱交換によって冷却されており、半導体チップ１０よりも低温となっている。このため、各第１プローブ５０ａを高温の半導体チップ１０に接触させると、第１プローブ５０ａによって半導体チップ１０が冷却される。しかしながら、ステップＳ６では、半導体チップ１０に接触させる第１プローブ５０ａの数が少ないので、半導体チップ１０の温度低下量は極めて小さい。このため、温度低下した後に、ヒータ４４の加熱によって半導体チップ１０の温度が短時間で元の温度（約１５０℃）に戻る。本実施形態では、制御装置６０は、第１プローブ５０ａが半導体チップ１０に接触してから約５秒待機する。この待機時間の間（すなわち、接触から５秒以内）に半導体チップ１０の温度が元の温度と略等しい温度に戻る。

ステップＳ８では、制御装置６０は、アノード電極パッド１８とカソード電極パッド２０の間にアノード電極パッド１８が高電位となる電圧を印加する。これによって、ダイオード３４に一定の基準電流を流す。制御装置６０は、前記基準電流が流れるときのアノード電極パッド１８とカソード電極パッド２０間の電位差（すなわち、ダイオード３４の順方向電圧降下）を測定する。上述したように、ダイオード３４の順方向電圧降下は、温度検出用に使用される。このため、順方向電圧降下に要求される精度は極めて高い。したがって、順方向電圧降下の測定時に、半導体チップ１０の温度を正確に制御する必要がある。また、順方向電圧降下は、温度によって変化しやすい。すなわち、順方向電圧降下は、温度に対する変化率が大きい。この点でも、順方向電圧降下の測定時に、半導体チップ１０の温度を正確に管理する必要がある。上記の通り、ステップＳ８の開始時に半導体チップ１０の温度は約１５０℃で安定している。したがって、ステップＳ８で、約１５０℃に加熱されたダイオード３４の順方向電圧降下を正確に測定することができる。

次に、制御装置６０は、ステップＳ１０においてＩＧＢＴのゲート閾値電圧を測定する。すなわち、コレクタ電極１４とエミッタ電極１６の間に一定の順方向電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴのコレクタ電流を測定しながら、ゲート電極パッド２２の電圧（すなわち、ＩＧＢＴのゲート電圧）を徐々に上昇させる。そして、コレクタ電流が基準値に達したときのゲート電圧を、ゲート閾値電圧として測定する。ゲート閾値電圧の測定時において半導体チップ１０の温度は約１５０℃で安定しているので、半導体チップ１０が約１５０℃に加熱されたときのゲート閾値電圧を正確に測定することできる。

次に制御装置６０は、ステップＳ１２においてコレクタ遮断電流を測定する。ここでは、制御装置６０は、エミッタ電極１６とゲート電極パッド２２に同電位を印加した状態（すなわち、ＩＧＢＴをオフさせた状態）で、コレクタ電極１４に所定の高電位を印加する。これによって、ＩＧＢＴに流れる漏れ電流（すなわち、コレクタ遮断電流）を測定する。コレクタ遮断電流の測定時において半導体チップ１０の温度は約１５０℃で安定しているので、半導体チップ１０が約１５０℃に加熱されたときのコレクタ遮断電流を正確に測定することできる。

次に、制御装置６０は、ステップＳ１４においてゲート漏れ電流を測定する。ここでは、制御装置６０は、コレクタ電極１４とエミッタ電極１６に同電位を印加した状態で、ゲート電極パッド２２に所定の高電位を印加する。これによって、ＩＧＢＴに流れる漏れ電流（すなわち、ゲート漏れ電流）を測定する。ゲート漏れ電流の測定時において半導体チップ１０の温度は約１５０℃で安定しているので、半導体チップ１０が約１５０℃に加熱されたときのゲート漏れ電流を正確に測定することできる。

ステップＳ６〜Ｓ１４の小電流検査が完了すると、制御装置６０は、ステップＳ１６〜Ｓ２４の大電流検査を実行する。大電流検査では、半導体チップ１０に比較的大きい電流を流して、半導体チップ１０の各種の特性を検査する。

ステップＳ１６では、制御装置６０は、プローブカード４８を図５の位置からさらにステージ４２に向かって移動させる。そして、図７に示すように、突出量が小さい第２プローブ５０ｂを半導体チップ１０に接触させる。すなわち、第１プローブ５０ａと第２プローブ５０ｂの全てを半導体チップ１０に接触させる。これによって、図８においてドットで示されるように、多数のプローブ５０がエミッタ電極１６に接触する。第２プローブ５０ｂの温度は、半導体チップ１０に接触していない状態では半導体チップ１０の温度よりも低い。ステップＳ１６で第２プローブ５０ｂを半導体チップ１０に接触させると、半導体チップ１０の温度が低下する。ステップＳ１６では、多数の第２プローブ５０ｂを半導体チップ１０に接触させるので、半導体チップ１０の温度が大きく低下する。その後に待機すれば、ヒータ４４の加熱によって半導体チップ１０の温度は元の温度（１５０℃）に戻るが、これには長時間（例えば、約３０秒）を要する。制御装置６０は、半導体チップ１０の温度が元の温度に戻るのを待つことなく、ステップＳ１８を実行する。すなわち、制御装置６０は、第２プローブ５０ｂを半導体チップ１０に接触させると即座にステップＳ１８を実行する。

ステップＳ１８では、制御装置６０は、ＩＧＢＴのオン電圧を測定する。すなわち、ＩＧＢＴに所定の負荷を接続し、ＩＧＢＴと負荷の直列回路に一定の順方向電圧を印加する。そして、ゲート電極パッド２２にゲート閾値電圧より高い一定の電圧を印加して、ＩＧＢＴをオンさせる。これによって、ＩＧＢＴにコレクタ電流を流し、この時のコレクタ電極１４とエミッタ電極１６の間の電圧（すなわち、オン電圧）を測定する。上述したように、制御装置６０は、第２プローブ５０ｂを半導体チップ１０に接触させるとすぐにオン電圧の測定を実行する。したがって、オン電圧の測定時における半導体チップ１０の温度は正確には管理されていない。しかしながら、オン電圧にはそれほど高い精度は要求されない。すなわち、オン電圧に対して許容される規格範囲は、ダイオード３４の順方向電圧降下に対して許容される規格範囲よりも広い。したがって、オン電圧の測定時に、半導体チップ１０の温度をそれほど正確に管理する必要はない。すなわち、オン電圧の測定時における半導体チップ１０の温度をそれほど正確に管理しなくても、十分な精度でオン電圧を測定することができる。また、ステップＳ１８では、エミッタ電極１６に多数のプローブ５０を接触させているので、電流が複数のプローブに分散して流れる。このため、ＩＧＢＴ７０に大きいコレクタ電流が流れても特に問題は生じない。

次にステップＳ２０において、制御装置６０は、ＩＧＢＴのＬ負荷スイッチング特性を測定する。Ｌ負荷スイッチング特性は、図９に示す回路によって測定される。ＩＧＢＴ７０のコレクタにコイル７２の一端が接続される。コイルの他端は、高電位Ｖｃｃに接続される。ＩＧＢＴ７０のエミッタは、グランド電位に接続される。また、コイル７２に対して並列に、別のＩＧＢＴ７４が接続される。各ＩＧＢＴ７０、７４に対して逆並列に、ダイオードが接続される。このように回路を構成した状態で、ＩＧＢＴ７０のゲートとＩＧＢＴ７４のゲートに交互にパルス状の電圧を繰り返し印加する。すなわち、ＩＧＢＴ７０とＩＧＢＴ７４を交互にオンさせる。すると、図１０に示すように、ＩＧＢＴ７０のゲート電圧Ｖｇｅ、コレクタ‐エミッタ間電圧Ｖｃｅ、及び、コレクタ電流Ｉｃが変化する。制御装置６０は、コレクタ‐エミッタ間電圧Ｖｃｅとコレクタ電流Ｉｃの波形から、ＩＧＢＴ７０のターンオン速度及びターンオフ速度（すなわち、Ｌ負荷スイッチング特性）を測定する。Ｌ負荷スイッチング特性の測定は、ステップＳ１８のオン電圧の測定の直後に行われるので、Ｌ負荷スイッチング特性の測定時における半導体チップ１０の温度は正確には管理されていない。しかしながら、Ｌ負荷スイッチング特性にはそれほど高い精度は要求されない。したがって、Ｌ負荷スイッチング特性の測定時に、半導体チップ１０の温度をそれほど正確に管理する必要はない。すなわち、Ｌ負荷スイッチング特性の測定時における半導体チップ１０の温度をそれほど正確に管理しなくても、十分な精度でＬ負荷スイッチング特性を測定することができる。また、Ｌ負荷スイッチング特性は、温度に対する変化率が小さい。この点でも、Ｌ負荷スイッチング特性の測定時に、半導体チップ１０の温度をそれほど正確に管理する必要はない。すなわち、測定時の温度をそれほど正確に管理しなくても、Ｌ負荷スイッチング特性を十分な精度で測定することができる。また、ステップＳ２０では、エミッタ電極１６に多数のプローブ５０を接触させているので、ＩＧＢＴ７０に大きいコレクタ電流が流れても特に問題は生じない。

次に、ステップＳ２２において、Ｒ負荷スイッチング特性を測定する。また、ステップＳ２４において、ゲート入力電荷を測定する。これらの特性は、半導体チップ１０に比較的大きい電流を流すことで測定される。ステップＳ２２、Ｓ２４では、エミッタ電極１６に多数のプローブ５０を接触させているので、半導体チップ１０に大きい電流が流れても特に問題は生じない。また、Ｒ負荷スイッチング特性及びゲート入力電荷は、それほど高い精度は要求されず、また、温度に対する変化率が小さい。したがって、これらの特性の測定時にそれほど正確に温度を管理しなくても、十分な精度で測定が可能である。

ステップＳ２４が終了すると、温度検査が完了する。制御装置６０は、測定された全ての検査項目が規格範囲内にある場合には、半導体チップ１０を次の工程に搬送する。また、制御装置６０は、何れかの検査項目が規格範囲内にない場合には、半導体チップ１０を製造ラインから除外する。制御装置６０は、図４に示す処理を繰り返し実行することで、多数の半導体チップ１０を検査する。上記の通り、小電流検査では大電流検査よりも少ないプローブ５０を半導体チップ１０に接触させることで、半導体チップ１０の温度低下を抑制する。このため、プローブ５０を接触させた後に短時間で半導体チップ１０の温度が安定する。したがって、プローブ５０を接触させた後の待機時間を短くしても、ダイオード３４の順方向電圧降下を正確に測定することができる。また、短い待機時間によって小電流検査に要する時間の短縮化が図られている。また、大電流検査では多数のプローブ５０を半導体チップ１０に接触させ、その後に半導体チップ１０の温度が安定するのを待つことなく、オン電圧、Ｌ負荷スイッチング特性、Ｒ負荷スイッチング特性及びゲート入力電荷の測定を開始する。これらの特性には、それほど高い精度は要求されない。また、Ｌ負荷スイッチング特性、Ｒ負荷スイッチング特性及びゲート入力電荷は、温度に対する変化率がそれほど高くない。このため、待機時間を短くしても（すなわち、測定時の温度をそれほど正確に制御しなくても）、これらの特性を十分な精度で測定することができる。また、短い待機時間によって大電流検査に要する時間の短縮化が図られている。したがって、この温度検査方法によれば、短時間で半導体チップ１０を検査することができる。

また、上記の実施形態においては、ＩＧＢＴのゲート閾値電圧、コレクタ遮断電流及びゲート漏れ電流を、少数のプローブ５０ａで測定した。しかしながら、これらの特性に要求される精度は、ダイオード３４の順方向電圧降下ほど高くない。また、これらの特性の温度に対する変化率は、ダイオード３４の順方向電圧降下ほど大きくない。したがって、これらの特性を、大電流検査と同様に多数のプローブ５０ａ、５０ｂで測定してもよい。

また、上述した大電流検査では、オン電圧、Ｌ負荷スイッチング特性、Ｒ負荷スイッチング特性及びゲート入力電荷を測定したが、必ずしもこれらの全てを測定する必要はない。これらのうちの１または複数の特性を測定してもよい。また、他の大電流時の特性を大電流検査で測定してもよい。

また、上記の実施形態においては、小電流検査においてダイオード３４の順方向電圧降下を測定した。しかしながら、ダイオード３４の順方向電圧降下以外の特性であって、大電流検査で測定される特性のいずれかよりも温度に対する変化率が高い特性を小電流検査で測定してもよい。

また、上記の実施形態においては、半導体チップ１０を検査した。しかしながら、半導体チップ１０に分割する前の半導体ウエハを、上記の方法によって検査してもよい。

上記の実施形態の各構成要素と請求項の各構成要素の関係について以下に説明する。実施形態のダイオード３４の順方向電圧降下は、請求項の第１特性の一例である。実施形態のＬ負荷スイッチング特性、Ｒ負荷スイッチング特性及びゲート入力電荷は、請求項の第２特性であって、第１特性の温度に対する変化率が第２特性の温度に対する変化率よりも大きいという関係を満たす第２特性の一例である。実施形態のオン電圧、Ｌ負荷スイッチング特性、Ｒ負荷スイッチング特性及びゲート入力電荷は、請求項の第２特性であって、ダイオードの順方向電圧降下の後に測定される特性（すなわち、要求される精度がそれほど高くない特性）の一例である。実施形態の固定プレート５４及びガイドプレート５６は、請求項の支持体の一例である。

本明細書が開示する技術要素について、説明する。本明細書が開示する一例の方法では、プローブカードを使用する。前記プローブカードが、支持体と、前記支持体から突出する複数の第１プローブ及び複数の第２プローブを有している。前記各第１プローブが前記各第２プローブよりも大きく突出している。第１特性の測定では、半導体基板に、前記各第１プローブを接触させるとともに前記各第２プローブを接触させない。第２特性の測定では、半導体基板に、前記各第１プローブと前記各第２プローブを接触させる。

この方法によれば、容易に第１特性と第２特性を測定することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０ ：半導体チップ
１２ ：半導体層
１２ａ ：表面
１２ｂ ：裏面
１４ ：コレクタ電極
１６ ：エミッタ電極
１８ ：アノード電極パッド
２０ ：カソード電極パッド
２２ ：ゲート電極パッド
２４ ：電流センス電極パッド
２６ ：電極パッド
３０ ：層間絶縁膜
３２ ：ポリシリコン層
３２ａ ：アノード領域
３２ｂ ：カソード領域
３４ ：ダイオード
３６ ：層間絶縁膜
４０ ：温度検査装置
４２ ：ステージ
４４ ：ヒータ
４８ ：プローブカード
５０ ：プローブ
５０ａ ：第１プローブ
５０ｂ ：第２プローブ
５４ ：固定プレート
５６ ：ガイドプレート
６０ ：制御装置

Claims (6)

1. 加熱しながら半導体基板に通電する温度検査方法であって、
   前記半導体基板を加熱する工程と、
   複数のプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に第１電流を流すことによって、第１特性を測定する工程と、
   前記第１特性の測定後に、前記第１特性の測定に用いた前記プローブの数よりも多いプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に前記第１電流よりも大きい第２電流を流すことによって、第２特性を測定する工程、
   を有し、
   前記第１特性の温度に対する変化率が前記第２特性の温度に対する変化率よりも大きい温度検査方法。
2. 加熱しながら半導体基板に通電する温度検査方法であって、
   前記半導体基板を加熱する工程と、
   複数のプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に第１電流を流すことによって、第１特性を測定する工程と、
   前記第１特性の測定後に、前記第１特性の測定に用いた前記プローブの数よりも多いプローブを加熱された前記半導体基板に接触させるとともに前記半導体基板に前記第１電流よりも大きい第２電流を流すことによって、第２特性を測定する工程、
   を有し、
   前記半導体基板が、半導体層と、前記半導体層上に絶縁膜を介して積層されているダイオードを有しており、
   前記第１特性が、前記ダイオードの順方向電圧降下である、
   温度検査方法。
3. 請求項１または２の温度検査方法において、プローブカードを使用し、
   前記プローブカードが、支持体と、前記支持体から突出する複数の第１プローブ及び複数の第２プローブを有しており、
   前記各第１プローブが前記各第２プローブよりも大きく突出しており、
   前記第１特性の測定では、前記半導体基板に、前記各第１プローブを接触させるとともに前記各第２プローブを接触させず、
   前記第２特性の測定では、前記半導体基板に、前記各第１プローブと前記各第２プローブを接触させる、
   温度検査方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項の温度検査方法によって前記半導体基板を検査する工程を経て半導体装置を製造する方法。
5. 加熱しながら半導体基板に通電する温度検査装置であって、
   前記半導体基板が載置されるステージと、
   前記ステージに載置される前記半導体基板を加熱するヒータと、
   複数の第１プローブと複数の第２プローブを有し、前記各第１プローブの先端と前記各第２プローブの先端が前記ステージ側を向くように前記ステージの上部に配置可能とされており、前記ステージの上部に配置されたときに前記各第１プローブの前記先端が前記各第２プローブの前記先端よりも前記ステージ側に位置するプローブカード、
   を有する温度検査装置。
6. 第１特性の測定と第２特性の測定を順に行う制御装置をさらに有し、
   前記制御装置が、
   前記第１特性の測定では、前記ステージ上の前記半導体基板に前記各第１プローブを接触させるとともに前記各第２プローブを接触させずに、前記半導体基板に第１電流を流すことによって前記第１特性を測定し、
   前記第２特性の測定では、前記ステージ上の前記半導体基板に前記各第１プローブと前記各第２プローブを接触させて、前記半導体基板に前記第１電流よりも大きい第２電流を流すことによって前記第２特性を測定する、
   請求項５の温度検査装置。

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