JP2020155660A - 半導体装置および半導体装置の検査方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】1つの電極パッドを、それぞれ最適な状態で目的の異なる2つ以上の手段に用いることができる半導体装置および半導体装置の検査方法を提供すること。【解決手段】ソース電極11の、パッシベーション膜13の開口部13aに露出された部分がソースパッド21の一部として用いられる。ソースパッド21の第1部分21aは、ソース電極11よりも硬い材料で形成されためっき膜31を含む。ソースパッド21の第1部分21a上のめっき膜31に、スクリーニング時に金属接触子であるプローブ針が接触する。ソースパッド21の第2部分21bは、ソースパッド21の第1部分21aと異なる層構造を有し、半導体チップ10のおもて面に平行な第2方向Yにソースパッド21の第1部分21aに隣接して配置され電気的に接続されている。ソースパッド21の第2部分21bに、半導体チップ10の検査工程後にボンディングワイヤーがワイヤーボンディングされる。【選択図】図1

Description

この発明は、半導体装置および半導体装置の検査方法に関する。
従来の半導体装置の配線構造について、縦型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属−酸化膜−半導体の3層構造からなる絶縁ゲートを備えたMOS型電界効果トランジスタ)を例に説明する。図17は、従来の半導体装置を半導体チップのおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。
図18は、図17の切断線AA−AA’における断面構造を示す断面図である。図21は、図17の切断線AA−AA’における断面構造の別の一例を示す断面図である。図19,22は、それぞれ図18,21の半導体チップのスクリーニング時の状態を示す断面図である。図20,23は、それぞれ図18,21の半導体チップの実装後の状態を示す断面図である。
図17,18に示す従来の半導体装置120は、活性領域101において半導体チップ110のおもて面に、アルミニウム(Al)を材料とするソース電極111と、ソース電極111(太線で示す)の一部を含むソースパッド(電極パッド)121と、を備える。ソース電極111は、ポリイミド層(PI:polyimide)113(ドットのハッチング部分)で覆われている。
ソース電極111の、ポリイミド層113の開口部113aに露出された部分がソースパッド121に含まれる。ソースパッド121は、スクリーニング時に、金属接触子であるプローブ針141に所定圧力で押し付けられて接触し電気的に接続される。ソースパッド121にプローブ針141を介して所定条件で電圧を印加してソース・ドレイン間に電流を流すことで、従来の半導体装置120の電気的特性が測定される(図19)。
半導体チップ110での検査工程(スクリーニングを含む)後、ソースパッド121には、ピン状の配線部材(以下、端子ピンとする)133がはんだ層132を介して接合される(図20)。ソースパッド121は、表面をめっき膜131で覆われて、はんだ濡れ性を向上させた構造を有する。めっき膜131は、ニッケル(Ni)めっき膜および金(Au)めっき膜が順に積層されてなる。めっき膜131はプローブ針141との接触抵抗が低く、スクリーニング時に半導体チップ110に大電流を流すことが可能である。
図21に示す従来の半導体装置120’が図17,18に示す従来の半導体装置120と異なる点は、端子ピンに代えて、ソースパッド121’に、Alボンディングワイヤー133’(図23)がワイヤーボンディング(超音波接合)される点である。ソースパッド121’の表面はめっき膜で覆われておらず、Alボンディングワイヤー133’との密着性が高い。スクリーニング時、ソースパッド121’の表面にプローブ針141’が押し付けられて接触し電気的に接続される。
図21に示す従来の半導体装置120’では、ソースパッド121’の表面がめっき膜で覆われていないため、半導体チップ110に小電流を流してスクリーニングを行う、または、スクリーニングは行われない。図17には、ポリイミド層113の開口部113a,113bを太い破線で示す。図18〜23には、ゲートランナー114を図示省略する。符号102,112,122は、エッジ終端領域、ゲート金属層およびゲートパッドである。
このような従来の半導体装置の配線構造として、Al電極の表面にNiめっき膜およびAuめっき膜が順に設けられ、これらのめっき膜を介してAl電極にリードフレームを接合した構造が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。下記特許文献1では、Niめっき膜およびAuめっき膜によって、半導体チップの表面のAl電極とリードフレームとの間の接合部の信頼性を確保している。
また、従来の半導体装置の別の配線構造として、Alを金属材料とするソースパッドを複数に分割して、各ソースパッドの表面にそれぞれ1本のAlワイヤーをボンディングした構造が提案されている(例えば、下記特許文献2参照。)。下記特許文献2では、パッケージング後に従来の半導体装置の抵抗を測定することにより、Alワイヤーのボンディング不良を検出している。
また、従来の半導体装置の別の配線構造として、ボンディング用の電極パッドとは別にバーイン検査用の電極パッドを設けた構造が提案されている(例えば、下記特許文献3参照。)。下記特許文献3では、バーイン検査時にはバーイン検査用の電極パッドを用いてバーイン検査を行うことによって、通常端子として用いられるボンディング用の電極パッドの表面の破損を防止している。
特開2011−174946号公報 特開2006−337247号公報 特開2006−234403号公報
半導体チップ110に大電流を流してスクリーニングを行うには、電極パッドの表面がめっき膜で覆われている必要がある。しかしながら、一般的なディスクリート品(仕様が統一された半導体部品)や、Alボンディングワイヤー133’を用いた従来の半導体装置120’(図21参照)など、端子ピン133(図20参照)を用いていない半導体装置では、電極パッドの表面がめっき膜で覆われていない。
その理由は、めっき膜とAlボンディングワイヤーとは密着性が悪いことで、Alボンディングワイヤーのボンディング強度が弱くなるからである。また、電極パッドの材料であるAlは、めっき膜の材料であるNiやAuと比べてやわらかい。このため、スクリーニング時、電極パッドがプローブ針に所定圧力で押し付けられたときに、プローブ針が電極パッドの下層の層間絶縁膜まで達すると、電極パッドにクラックが生じる虞がある。
このように、従来の半導体装置の(図17,18,21参照)は、1つのソースパッド121を、それぞれ最適な状態で目的の異なる2つ以上の手段に用いることができない。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、1つの電極パッドを、それぞれ最適な状態で目的の異なる2つ以上の手段に用いることができる半導体装置を提供することを目的とする。また、この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ボンディングワイヤーのボンディング強度を向上させることができるとともに、大電流を流して電気的特性を測定することができる半導体装置および半導体装置の検査方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体チップのおもて面側に、所定の素子構造が設けられている。前記半導体チップのおもて面に、前記素子構造に電気的に接続された第1電極が設けられている。保護膜は、前記第1電極を覆う。電極パッドは、前記保護膜の開口部に設けられている。第2電極は、前記半導体チップの裏面に設けられている。前記保護膜の開口部には、前記第1電極が露出されている。前記電極パッドは、前記第1電極を含み、前記半導体チップのおもて面に互いに隣接して配置され互いに電気的に接続された、互いに層構造の異なる部分を2つ以上有する。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記電極パッドの前記互いに層構造の異なる部分のうちの第1部分は、前記第1電極と、前記第1電極よりも硬い高硬度金属膜と、を有することを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記高硬度金属膜は、前記第1電極に接し、かつ前記半導体チップのおもて面に平行な方向に延在していることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1電極は、アルミニウムを含む金属膜である。前記高硬度金属膜は、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、タングステン、モリブデン、チタンまたはプラチナを含む金属膜、または、これらの金属を含む金属合金膜もしくは金属積層膜であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1電極は、アルミニウム単体膜、もしくは、シリコンまたは銅を含むアルミニウム合金膜であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記高硬度金属膜は、前記第1部分の表面に設けられていることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記高硬度金属膜は、前記第1部分の内部に設けられていることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記高硬度金属膜は、前記第1部分と前記半導体チップとの間に設けられていることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記高硬度金属膜は、前記半導体チップの中心を基準として前記半導体チップのおもて面に平行な少なくとも一方向に対称に配置されることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1部分は、前記素子構造の電気的特性を検査する際に前記半導体チップに所定電流を流すための金属接触子が接触するパッド部であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記電極パッドの前記互いに層構造の異なる部分のうちの、前記第1部分を除く第2部分は、前記第1電極のみを有することを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第2部分は、アルミニウムまたは銅を含むワイヤーが接合されるパッド部であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記ワイヤーは、複数の金属細線、または、リボン状の導電体であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記保護膜は、ポリイミド膜、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記半導体チップは、炭化珪素からなることを特徴とする。
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の検査方法は、上述した半導体装置の検査方法であって、次の特徴を有する。前記電極パッドの前記第1部分に金属接触子を接触させて電気的に接続し、前記金属接触子を介して前記半導体チップに電流を流して前記素子構造の電気的特性を検査する検査工程を含む。
また、この発明にかかる半導体装置の検査方法は、上述した発明において、前記検査工程では、前記半導体チップに300A/cm2以上の電流を流すことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の検査方法は、上述した発明において、前記素子構造は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの金属−酸化膜−半導体の3層構造からなる絶縁ゲート構造である。前記検査工程では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ領域とドリフト領域とのpn接合で形成された寄生ダイオードに順方向に電流を流すことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の検査方法は、上述した発明において、前記検査工程を複数回行うことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の検査方法は、上述した発明において、前記半導体チップは、炭化珪素からなることを特徴とする。
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の検査方法によれば、1つの電極パッドを、それぞれ最適な状態で目的の異なる2つ以上の手段に用いることができる。このため、例えば、1つの電極パッドにおいて、ボンディングワイヤーのボンディング強度を向上させることができるとともに、大電流を流して電気的特性を測定することができるという効果を奏する。
実施の形態1にかかる半導体装置を半導体チップのおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。 図1の切断線A1−A1’における断面構造を示す断面図である。 図1の半導体チップのスクリーニング時の状態を示す平面図である。 図3の切断線A2−A2’における断面構造を示す断面図である。 図1の半導体チップの実装後の状態を示す平面図である。 図5の切断線A3−A3’における断面構造を示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。 実施の形態2にかかる半導体装置の構造の一例を示す断面図である。 実施の形態2にかかる半導体装置の構造の一例を示す断面図である。 実施の形態3にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。 従来の半導体装置を半導体チップのおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。 図17の切断線AA−AA’における断面構造を示す断面図である。 図18の半導体チップのスクリーニング時の状態を示す断面図である。 図18の半導体チップの実装後の状態を示す断面図である。 図17の切断線AA−AA’における断面構造の別の一例を示す断面図である。 図21の半導体チップのスクリーニング時の状態を示す断面図である。 図21の半導体チップの実装後の状態を示す断面図である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の検査方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(実施の形態1)
実施の形態1にかかる半導体装置の構造について、縦型MOSFETを例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置を半導体チップ(半導体基板)のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図3は、図1の半導体チップのスクリーニング時の状態を示す平面図である。図5は、図1の半導体チップの実装後の状態を示す平面図である。図2,4,6は、それぞれ図1の切断線A1−A1’、図3の切断線A2−A2’および図5の切断線A3−A3’における断面構造を示す断面図である。
図1〜6には、パッシベーション膜(保護膜)13をドット状のハッチングで示し、めっき膜31,32を斜線のハッチングで示す(図12〜16においても同様)。図1,3,5には、ソース電極(第1電極)11およびゲート金属層12を太線で示し、パッシベーション膜13の開口部13a,13bを太い破線で示す(図16においても同様)。図2,4,6では、半導体チップ10内の素子構造、および、半導体チップ10とソース電極11との間に設けられた層間絶縁膜を図示省略する(図7〜13においても同様)。
図1,2に示す実施の形態1にかかる半導体装置20は、活性領域1において半導体チップ10のおもて面に、ソース電極11の一部を含むソースパッド(電極パッド)21と、ゲート金属層12の一部を含むゲートパッド(電極パッド)22と、を備える。活性領域1は、MOSFETがオン状態のときに主電流が流れる領域である。活性領域1には、MOSFETの単位セル(素子の構成単位)が配置されている。
活性領域1の周囲は、エッジ終端領域2に囲まれている。エッジ終端領域2は、活性領域1と半導体チップ10の側面との間の領域であり、半導体チップ10のおもて面側の電界を緩和して耐圧を保持する。エッジ終端領域2には、ポリシリコン(poly−Si)からなるゲートランナー14や、所定の耐圧構造(不図示)が配置される。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。
半導体チップ10の半導体材料は、例えば、シリコン(Si)であってもよいし、炭化珪素(SiC)であってもよい。活性領域1において半導体チップ10のおもて面側には、MOSFETの一般的なMOSゲート構造(不図示)が設けられている。半導体チップ10のおもて面の全面に、層間絶縁膜(不図示)が設けられている。層間絶縁膜は、MOSゲート構造を構成するゲート電極(不図示)を覆う。
ソース電極11およびゲート金属層12は、層間絶縁膜上に互いに離れて設けられている。ソース電極11は、層間絶縁膜を深さ方向に貫通するコンタクトホール(不図示)を介して、MOSゲート構造を構成するソース領域およびベース領域に電気的に接続されている。ソース電極11は、活性領域1のうち、ゲート金属層12が配置された部分を除く部分に配置され、活性領域1の大半の面積を占める。
ソース電極11は、例えば、略矩形状の平面形状を有するゲート金属層12の3辺を囲むように一部を内側(半導体チップ10の中央側)へ凹ませた略矩形状の平面形状を有する。ソース電極11およびゲート金属層12は、例えば同一の積層構造で同一階層に配置されている。ソース電極11およびゲート金属層12は、アルミニウム(Al)を含む金属層である。図2には「Al」と示す(図4,6,7〜15においても同様)。
具体的には、ソース電極11およびゲート金属層12の材料は、例えば、アルミニウムシリコン(AlSi)やアルミニウムシリコン銅(AlSiCu)、アルミニウム銅(AlCu)などのアルミニウム(Al)を含むAl合金であってもよいし、純度99.9%以上の純Alであってもよい。ソース電極11およびゲート金属層12は、パッシベーション膜13で覆われている。ソース電極11とゲート金属層12とは、パッシベーション膜13により電気的に絶縁されている。
ソース電極11の、パッシベーション膜13の開口部13aに露出された部分がソースパッド21の一部として用いられる。ゲート金属層12の、パッシベーション膜13の開口部13aに露出された部分がゲートパッド22として用いられる。パッシベーション膜13の材料は、例えば、ポリイミド(PI)や窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO2)であってもよく、好ましくは、ソースパッド21を形成する際の製造工程の容易さの観点からSiNおよびSiO2であることがよい。
ソースパッド21は、ソース電極11の平面形状と同じ形状で、ソース電極11よりも表面積の小さい平面形状を有していてもよい。図1には、半導体チップ10のおもて面に平行な方向(以下、第1方向とする)Xへ伸びる後述する1つの第1部分21aと、第1部分21aに異なる位置で連結されて、半導体チップ10のおもて面に平行な方向でかつ第1方向Xと直交する方向(以下、第2方向とする)Yに平行に同一方向へ延びる後述する2つの第2部分21bと、で形成される略C字状の平面形状を有するソースパッド21を示す。
ソースパッド21の一部(以下、第1部分とする)21aは、ソース電極11よりも硬い材料で形成された金属膜を含む。当該金属膜は、ソースパッド21の第1部分21aの全域にわたって、半導体チップのおもて面に平行な方向に延在する。具体的には、ソースパッド21の第1部分21aは、ソース電極11よりも硬い材料で形成された金属膜として、例えば当該第1部分21aの表面全体を覆うめっき膜31を有する。ソースパッド21の第1部分21a上のめっき膜31には、スクリーニング時に金属接触子であるプローブ針41が接触する(図3,4)。
「硬さ」とは、プローブ針41を押し込んだときに生じた凹みの深さ(押し込み深さ)や面積、また、プローブ針41を所定の押し込み深さとなるまで押し込んだときの荷重等であらわされる「押し込み硬さ」であり、凹みにくさや、下層の構造(層間絶縁膜やシリコン部等)へのダメージの少なさをあらわしている。好ましくは、「硬さ」とは、例えば、四角錐のダイヤモンドを測定対象に押し付けて生じたくぼみの対角線に基づいて算出された表面積で荷重を除算して得られた商であらわされる「ビッカース硬さ」である。
めっき膜31は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)またはプラチナ(Pt)を含む金属膜、または、これらの金属を含む金属合金膜もしくは金属積層膜であってもよい。めっき膜31が積層膜である場合、めっき膜31は、例えば、Niめっき膜上に、酸化しにくい金属(例えばAu)のめっき膜が積層された積層膜であってもよい。めっき膜31に代えて、例えばスパッタリングや化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)による堆積膜としてもよい。
めっき膜31には、プローブ針41を押し込んだときに生じた凹み(針痕)がプローブ針41を接触させた回数と同じ個数だけ残る。検査工程の後の組立工程は、ソースパッド21の第1部分21aの表面にめっき膜31がそのまま露出された状態で行ってもよいし、スクリーニング後にめっき膜31の表面をポリイミド膜で覆ってから行ってもよい。このポリイミド膜は、例えばインクジェット方式によりめっき膜31の表面にポリイミドを塗布することで形成されてもよい。
ソースパッド21の、第1部分21a以外の部分(以下、第2部分とする)21bは、ソースパッド21の第1部分21aと異なる層構造を有する。具体的には、ソースパッド21の第2部分21bは、ボンディングワイヤー33との密着性が高い材料で形成されたソース電極11のみを含み、その表面をめっき膜で覆われていない。ソースパッド21の第2部分21bには、半導体チップ10の検査工程後にボンディングワイヤー33がワイヤーボンディング(超音波接合)される(図5,6)。
ソースパッド21の第1,2部分21a,21bは、パッシベーション膜13の1つの開口部13aで互いに隣接して配置され互いに電気的に接続されており、パッシベーション膜13で分離されていない。すなわち、ソースパッド21は、パッシベーション膜13の1つの開口部13aにおいて、半導体チップ10のおもて面に平行な方向(第1,2方向X,Y:図1では第2方向Y)に、互いに層構造の異なる2つの金属層(第1,2部分21a,21b)を互いに隣接させて互いに電気的に接続した構造を有する。
ソースパッド21の第1部分21aのめっき膜31は、パッシベーション膜13の1つの開口部13a内において、半導体チップ10の中心を基準として半導体チップ10のおもて面に平行な少なくとも一方向(第1方向Xまたは第2方向Y、もしくはその両方)に対称に配置されることが好ましい。図1には、第1方向Xに対称にめっき膜31を配置した場合を示す。半導体チップ10の第1,2方向X,Yに対称にめっき膜31を配置することで、半導体チップ10面内に流れる電流のアンバランスを解消することができるため、特に半導体チップ10に大電流が流れる場合に有用である。
ゲートパッド22は、ゲート金属層12の平面形状と同じ形状で、ゲート金属層12よりも表面積の小さい平面形状を有していてもよい。例えば、図1には、略矩形状の平面形状を有するゲートパッド22を示す。ゲートパッド22は、ゲート金属層12の材料よりも硬い材料を含む。具体的には、ゲートパッド22は、表面全体をめっき膜32で覆われている。めっき膜32の構成は、例えば、めっき膜31と同様である。スクリーニング時、ゲートパッド22のめっき膜32にプローブ針42が接触して電気的に接続される。
活性領域1のうち、ゲートパッド22の直下は、例えば、MOSFETとして機能しない領域であり、MOSFETの単位セルが配置されていない。ゲートパッド22には、ゲート金属層12を介してゲートランナー14が電気的に接続されている。ゲートランナー14は、エッジ終端領域2と活性領域1との境界に沿ってエッジ終端領域2に設けられ、活性領域1の周囲を囲む。ゲートランナー14には、MOSゲート構造を構成するゲート電極が電気的に接続されている。半導体チップ10の裏面には、ドレインパッドを兼ねるドレイン電極(第2電極:不図示)が設けられている。
次に、実施の形態1にかかる半導体装置20の製造方法(以下、第1の製造方法とする)について説明する。図7,8は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図7,8には、半導体ウエハ(半導体基板)10’のうち、ダイシング(切断)後に半導体チップ10(図1参照)となる領域(以下、チップ領域とする)のソースパッド21付近を示す(図9〜13においても同様)。ソースパッド21付近以外の構成は図1を参照して説明する。
まず、半導体ウエハ10’の各チップ領域の活性領域1において、半導体ウエハ10’のおもて面側に、MOSゲート構造(不図示)を形成し、エッジ終端領域2において、半導体ウエハ10’のおもて面上に、フィールド酸化膜(不図示)を介してゲートランナー14を形成する。このとき、ゲートランナー14は、MOSゲート構造を構成するゲート電極が電気的に接続される。
次に、半導体ウエハ10’のおもて面に層間絶縁膜(不図示)を形成して、MOSゲート構造を構成するゲート電極(不図示)およびゲートランナー14を覆う。次に、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを埋め込むように、層間絶縁膜上にソース電極11を形成する。このとき、ソース電極11は、MOSゲート構造を構成するソース領域およびベース領域に電気的に接続される。
また、層間絶縁膜上に、ゲート金属層12を形成する。ゲート金属層12は、ゲートランナー14に電気的に接続される。ソース電極11およびゲート金属層12は、例えば層間絶縁膜上に形成した同一の金属膜(Al合金膜またはAl膜)をパターニングして分離することで同時に形成される。
次に、図7に示すように、半導体ウエハ10’のおもて面全面に、電極パッド(ソース電極11およびゲート金属層12)の表面全体を覆うように、当該電極パッドの材料よりも硬い金属材料でめっき膜51を形成する。めっき膜51に代えて、例えばスパッタリングやCVDにより堆積膜を形成してもよい。
次に、図8に示すように、フォトリソグラフィおよび例えばウエットエッチングにより、めっき膜51を選択的に除去して、めっき膜51のうち、めっき膜31,32となる部分のみを残す。具体的には、めっき膜51の、ソースパッド21の第1部分21aの表面全体を覆う部分をめっき膜31としてソース電極11上に残す。めっき膜51のうち、ゲートパッド22の表面全体を覆う部分をめっき膜32としてゲート金属層12上に残す。
次に、半導体ウエハ10’のおもて面全面をパッシベーション膜13で覆う。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、パッシベーション膜13を選択的に除去して、パッシベーション膜13に開口部13a,13bを形成する。このパッシベーション膜13の開口部13aにソースパッド21の第1部分21a(めっき膜31)および第2部分21bを露出させ、開口部13bにゲートパッド22(めっき膜32)を露出させる。
次に、半導体ウエハ10’をダイシング(切断)して個々のチップ(半導体チップ10)状に個片化することで、実施の形態1にかかる半導体装置20が完成する。
次に、半導体チップ10の電気的特性や良・不良の有無を確認する検査工程(スクリーニングを含む)を行う。具体的には、検査装置の導電性のステージ(不図示)に半導体チップ10を載置し、プローブ針41,42にそれぞれソースパッド21の第1部分21aおよびゲートパッド22を所定圧力で押し付けて接触させることで電気的に接続する。
そして、プローブ針41,42を介してソースパッド21およびゲートパッド22にそれぞれ所定条件で電圧を印加してソース・ドレイン間に例えば300A/cm2以上の電流を流すことで、MOSFETの電気的特性(例えばオン電圧Von)を測定する(図3,4)。例えば、スクリーニング前後にそれぞれMOSFETのオン電圧Vonを測定することで、MOSFETのオン電圧Vonの経時変化量ΔVonを算出してもよい。
電極パッド(ソースパッド21およびゲートパッド22)のプローブ針41,42との接触箇所は、電極パッドの材料よりも硬い材料で形成されためっき膜31,32で覆われている。このため、プローブ針41,42が電極パッドを貫通して下層(層間絶縁膜等)まで達することを防止することができる。また、プローブ針41,42とめっき膜31,32とは接触抵抗が低いため、半導体チップ10に大電流を流すことができる。
例えば、半導体チップ10の材料が炭化珪素(SiC)である場合、半導体チップ10に大電流を流してスクリーニングを行う必要があるが、チップサイズが小さいことで、ソースパッド21に押し付けるプローブ針41の個数を増やしにくい。このため、ソースパッド21の第1部分21aの表面に設けられためっき膜31が有用である。
また、MOSFETのベース領域とドリフト領域とのpn接合で形成される寄生ダイオードに電流を流して、寄生ダイオードの順方向劣化を確認してもよい。半導体チップ10の材料がSiCである場合、寄生ダイオードの順方向劣化を確認するためのサンプル(試料)のスクリーニング時に、半導体チップ10に定格電流の1倍〜5倍の電流を流す。このため、ソースパッド21の第1部分21aの表面に設けられためっき膜31が有用である。
半導体チップ10の材料がシリコン(Si)である場合においても、半導体チップ10に大電流を流してスクリーニングを行う場合、ソースパッド21の第1部分21aの表面に設けられためっき膜31が有用である。ソースパッド21の第1部分21aに、複数のプローブ針41を接触させてもよい。半導体ウエハ10’の状態で検査工程を行ってもよい。この検査工程以降、製品出荷までの所定のタイミングでさらに検査工程を行ってもよい。
次に、一般的な組立工程により、半導体チップ10を実装基板の回路パターン上に実装する。次に、半導体チップ10のおもて面のソースパッド21の第2部分21bにボンディングワイヤー33をワイヤーボンディングして、ソースパッド21と例えばリードフレーム(不図示)とを電気的に接続する(図5,6)。
ボンディングワイヤー33は、例えば、AlSiやAlSiCu、AlCuなどのAl合金またはCu合金を含む金属細線であってもよいし、純度99.9%以上の純Alまたは純Cuを含む金属細線であってもよい。ボンディングワイヤー33に代えて、ボンディングワイヤーよりも幅広のリボンワイヤー(リボン状の導電体)を用いてもよい。複数のボンディングワイヤー33を用いるか、リボンワイヤーを用いることで、実施の形態1にかかる半導体装置20に大電流が流れる構造のモジュールを作製することができる。
その後、半導体チップ10を封止することで、実施の形態1にかかる半導体装置20を実装したモジュールが完成する。
次に、実施の形態1にかかる半導体装置20の製造方法の別の一例(以下、第2の製造方法とする)について説明する。図9〜11は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。第2の製造方法においては、まず、第1の製造方法と同様に、半導体ウエハ10’の各チップ領域に、ソース電極11およびゲート金属層12を形成するまでの工程を順に行う。
次に、図9に示すように、半導体ウエハ10’上に、ソースパッド21の第1部分21aおよびゲートパッド22の形成領域を開口したレジストマスク52を形成する。次に、図10に示すように、例えばスパッタリングにより、半導体ウエハ10’のおもて面全面に、電極パッド(ソース電極11およびゲート金属層12)よりも硬い材料で金属膜53を形成する。
CVDにより金属膜53を形成した場合、レジストマスク52の開口部内およびレジストマスク52の表面に形成される(図10)。めっき処理により金属膜53を形成した場合、レジストマスク52の表面にはめっきされないため、レジストマスク52の開口部に露出された電極パッドの表面にのみ金属膜53が形成される。以下、CVDにより金属膜53を形成した場合を例に説明する。
次に、図11に示すように、レジストマスク52を除去して、レジストマスク52とともに、レジストマスク52上の金属膜53を除去する(リフトオフ)。これによって、金属膜53のうち、めっき膜31,32となる部分のみがそれぞれソースパッド21の第1部分21aの表面およびゲートパッド22の表面に残る。その後、第1の製造方法と同様に、パッシベーション膜13の形成以降の工程を順に行うことで、実施の形態1にかかる半導体装置20を実装したモジュールが完成する。
次に、実施の形態1にかかる半導体装置20の製造方法の別の一例(以下、第3の製造方法とする)について説明する。図12,13は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。第3の製造方法が第1の製造方法と異なる点は、パッシベーション膜13の材料をSiNまたはSiO2に限定した点である。
第3の製造方法においては、パッシベーション膜13の材料を、例えば1000℃以上の耐熱性を有し、レジストの現像や剥離液等によって除去されない化学的に安定なSiNまたはSiO2を材料とする。このため、製造工程の順序の自由度が高くなる。具体的には、パッシベーション膜13とめっき膜31,32との形成工程を入れ替え可能である。
より具体的には、まず、第1の製造方法と同様に、半導体ウエハ10’の各チップ領域に、ソース電極11およびゲート金属層12を形成するまでの工程を順に行う。次に、図12に示すように、半導体ウエハ10’のおもて面全面に、SiNを材料としてパッシベーション膜13を形成する。
次に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより、パッシベーション膜13を選択的に除去して、パッシベーション膜13に開口部13a,13bを形成する。パッシベーション膜13の開口部13a,13bには、それぞれソースパッド21およびゲートパッド22を露出させる。
次に、図13に示すように、半導体ウエハ10’のおもて面に、めっき膜54を形成する。めっき膜54に代えて、例えばスパッタリングやCVDにより堆積膜を形成してもよい。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりめっき膜54を選択的に除去して、めっき膜51のうち、めっき膜31,32となる部分のみを残す。
その後、第1の製造方法と同様に、半導体ウエハ10’のダイシング以降の工程を順に行うことで、実施の形態1にかかる半導体装置20を実装したモジュールが完成する。
以上、説明したように、実施の形態1によれば、パッシベーション膜の1つの開口部に露出されたソースパッドが、目的に応じて構成された互いに層構造の異なる第1,2部分を有する。このため、1つのソースパッドを、それぞれ最適な状態で互いに目的の異なる2つ以上の手段に用いることができる。例えば、ソースパッドを、ソース電極の表面にめっき膜を設けることで他の部分よりも硬くした第1部分と、第1部分と層構造が異なり、ソース電極のみを含む第2部分と、を有する構造とすることができる。
ソースパッドの第1部分は、検査工程時に検査装置のプローブ針が接触する検査用パッド部として用いられる。ソースパッドの第1部分にはソース電極よりも硬いめっき膜が設けられているため、ソースパッドの第1部分に接触したプローブ針が下層の層間絶縁膜に達することを防止することができる。また、ソースパッドの第1部分のめっき膜はプローブ針との接触抵抗が低く、検査工程時に半導体チップに大電流を流すことができるため、大電流が流れる仕様の製品において不良チップの流出を防止することができる。
ソースパッドの第2部分は、組立工程時にボンディングワイヤーが接合される電極パッドとして用いられる。ソースパッドの第2部分は、ボンディングワイヤーとの密着性の高い金属で形成されたソース電極のみを含む。これにより、ソースパッドとボンディングワイヤーとのボンディング強度を向上させることができる。このため、ソースパッドの表面全体にめっき膜が設けられた従来構造(図17参照)と比べて、パワーサイクル試験等の寿命を向上させることができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の構造について説明する。図14,15は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造の一例を示す断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置60が実施の形態1にかかる半導体装置20と異なる点は、ソースパッド21の第1部分21aの表面にめっき膜を設けることに代えて、ソースパッド21の第1部分21aの内部または下層に、ソース電極11よりも硬い材料で形成された金属膜61,61’を設けた点である。
具体的には、実施の形態2においては、図14に示すように、ソースパッド21の第1部分21aは、ソース電極11’の一部と、半導体チップ10とソース電極11’との間の金属膜61と、を有する。ソースパッド21の第2部分21bは、ソース電極11’の一部のみを有し、金属膜61を有していない。この場合、実施の形態2にかかる半導体装置60の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置20の製造方法において、ソース電極11’の形成前に、半導体チップ10のおもて面上に金属膜61を形成し、金属膜61を覆うようにソース電極11’を形成すればよい。
また、図15に示すように、ソースパッド21の第1部分21aは、ソース電極11の一部と、ソース電極11上に順に積層された、ソース電極11よりも硬い金属膜61’と、アルミニウムを含む金属膜62と、を有していてもよい。ソースパッド21の第2部分21bは、ソース電極11のみ、もしくはソース電極11および金属膜62を有し、金属膜61’を有していない。この場合、実施の形態2にかかる半導体装置60の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置20の製造方法において、ソース電極11上に金属膜61’,62を形成すればよい。
金属膜61,61’の材料は、例えば、実施の形態1のめっき膜31の材料と同じである。金属膜62の材料は、例えば、AlSiやAlSiCu、AlCuなどのAl合金であってもよいし、純度99.9%以上の純Alであってもよい。図示省略するが、ゲートパッド22は、ソースパッド21の第1部分21aと同様に、金属膜61または金属膜61’,62を含む積層構造として、ソースパッド21の第1部分21aと同時に形成されてもよい。
以上、説明したように、実施の形態2によれば、ソース電極よりも硬い材料で形成された金属膜を、ソースパッドの第1部分の内部または下層に設けた場合においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3にかかる半導体装置の構造について説明する。図16は、実施の形態3にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態3にかかる半導体装置20’が実施の形態1にかかる半導体装置20と異なる点は、ソースパッド21’が、パッシベーション膜13の1つの開口部13aにおいて、半導体チップ10のおもて面に平行な方向(第1,2方向X,Y:図1では第2方向Y)に、互いに層構造の異なる3つ以上の金属層を互いに隣接させて互いに電気的に接続した構造を有する点である。
例えば、ソースパッド21’が互いに層構造の異なる3つの金属層(第1〜3部分21a〜21c)を有する場合を例に説明する。図16には、第1方向Xへ伸びる後述する1つの第3部分21cと、第3部分21cに異なる位置で連結されて第2方向Yに平行に同一方向へ延びる後述する第1,2部分21a,21bと、で形成される略C字状の平面形状を有するソースパッド21’を示す。
ソースパッド21’の第1部分21aの表面には、ソース電極11よりも硬い材料(例えばNiまたはW)を材料としためっき膜31’が設けられている。ソースパッド21’の第1部分21a上のめっき膜31’には、実施の形態1と同様に、スクリーニング時にプローブ針41が接触して電気的に接続される。
ソースパッド21’の第2部分21bの層構造および機能は、実施の形態1と同様である。ソースパッド21’の第2部分21bには、例えば、半導体チップ10内の所定点に電圧(または電流)を強制印加(フォース)して生じる電流(または電圧)を測定(センス)するためのシグナル線となるボンディングワイヤー33がワイヤーボンディングされる。
ソースパッド21’の第3部分21cは、ソースパッド21’の、第1,2部分21a,21b以外の部分であり、例えばソースパッド21’の第1,2部分21a,21bよりも表面積が大きい。ソースパッド21’の第3部分21cの表面には、例えばCu、AuまたはNiを材料とした堆積膜が設けられている。
ソースパッド21’の第3部分21cには、半導体チップ10での検査工程(スクリーニングを含む)後に、ピン状の配線部材(端子ピン:不図示)が半導体チップ10のおもて面に対して略垂直に立てた状態ではんだ接合される。端子ピンは、ソースパッド21’の電位を外部に取り出すための例えば丸棒状(円柱状)の外部接続用端子である。
以上、説明したように、実施の形態3によれば、互いに層構造の異なる3つ以上の金属層を有するソースパッドにおいても、実施の形態1,2と同様の効果を得ることができる。
以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した各実施の形態では、ソースパッドの第1部分を検査工程時にプローブ針を接触させる検査用のパッド部として用い、ソースパッドの第2部分を組立工程でワイヤーが接合されるパッド部として用いる場合を例に説明したが、ソースパッドの第1,2部分をこれらの目的以外の互いに異なる手段に用いてもよい。
また、上述した各実施の形態では、半導体チップにMOSFETが形成された場合を例に説明しているが、半導体チップに、MOSFETに代えて、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等の他のMOS型半導体装置や、ダイオードが形成されていてもよい。また、同一の半導体チップに、複数の半導体素子が形成されていてもよい。
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の検査方法は、大電流が流れる半導体装置に有用であり、特にSiCを半導体材料とする半導体装置に適している。
1 活性領域
2 エッジ終端領域
10 半導体チップ
10' 半導体ウエハ
11 ソース電極
12 ゲート金属層
13 パッシベーション膜
13a,13b パッシベーション膜の開口部
14 ゲートランナー
20,20',60 半導体装置
21,21' ソースパッド
21a ソースパッドの第1部分(第2部分よりも硬い部分)
21b ソースパッドの第2部分
21c ソースパッドの第3部分
22 ゲートパッド
31,31',32,51,54 めっき膜
33 ボンディングワイヤー
41,42 プローブ針
52 レジストマスク
53,61,61',62 金属膜
X 半導体チップのおもて面に平行な方向(第1方向)
Y 半導体チップのおもて面に平行な方向でかつ第1方向と直交する方向(第2方向)
Z 厚さ方向
特開2005−51084号公報 特開2010−16103号公報 特開平11−163067号公報
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体チップのおもて面側に、所定の素子構造が設けられている。前記半導体チップのおもて面に、前記素子構造に電気的に接続された第1電極が設けられている。保護膜は、前記第1電極を覆う。電極パッドは、前記保護膜の開口部に設けられている。第2電極は、前記半導体チップの裏面に設けられている。前記保護膜の開口部には、前記第1電極が露出されている。前記電極パッドは、前記第1電極を含み、前記半導体チップのおもて面に配置され互いに電気的に接続された、互いに層構造の異なる部分を2つ以上有する。

Claims (20)

  1. 半導体チップのおもて面側に設けられた所定の素子構造と、
    前記半導体チップのおもて面に設けられ、前記素子構造に電気的に接続された第1電極と、
    前記第1電極を覆う保護膜と、
    前記保護膜の開口部に設けられた電極パッドと、
    前記半導体チップの裏面に設けられた第2電極と、
    を備え、
    前記保護膜の開口部には、前記第1電極が露出されており、
    前記電極パッドは、前記第1電極を含み、前記半導体チップのおもて面に互いに隣接して配置され互いに電気的に接続された、互いに層構造の異なる部分を2つ以上有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記電極パッドの前記互いに層構造の異なる部分のうちの第1部分は、前記第1電極と、前記第1電極よりも硬い高硬度金属膜と、を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記高硬度金属膜は、前記第1電極に接し、かつ前記半導体チップのおもて面に平行な方向に延在していることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1電極は、アルミニウムを含む金属膜であり、
    前記高硬度金属膜は、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、タングステン、モリブデン、チタンまたはプラチナを含む金属膜、または、これらの金属を含む金属合金膜もしくは金属積層膜であることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。
  5. 前記第1電極は、アルミニウム単体膜、もしくは、シリコンまたは銅を含むアルミニウム合金膜であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  6. 前記高硬度金属膜は、前記第1部分の表面に設けられていることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。
  7. 前記高硬度金属膜は、前記第1部分の内部に設けられていることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。
  8. 前記高硬度金属膜は、前記第1部分と前記半導体チップとの間に設けられていることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。
  9. 前記高硬度金属膜は、前記半導体チップの中心を基準として前記半導体チップのおもて面に平行な少なくとも一方向に対称に配置されることを特徴とする請求項2〜8のいずれか一つに記載の半導体装置。
  10. 前記第1部分は、前記素子構造の電気的特性を検査する際に前記半導体チップに所定電流を流すための金属接触子が接触するパッド部であることを特徴とする請求項2〜9のいずれか一つに記載の半導体装置。
  11. 前記電極パッドの前記互いに層構造の異なる部分のうちの、前記第1部分を除く第2部分は、前記第1電極のみを有することを特徴とする請求項2〜10のいずれか一つに記載の半導体装置。
  12. 前記第2部分は、アルミニウムまたは銅を含むワイヤーが接合されるパッド部であることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
  13. 前記ワイヤーは、複数の金属細線、または、リボン状の導電体であることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記保護膜は、ポリイミド膜、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の半導体装置。
  15. 前記半導体チップは、炭化珪素からなることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一つに記載の半導体装置。
  16. 請求項2に記載の半導体装置の検査方法であって、
    前記電極パッドの前記第1部分に金属接触子を接触させて電気的に接続し、前記金属接触子を介して前記半導体チップに電流を流して前記素子構造の電気的特性を検査する検査工程を含むことを特徴とする半導体装置の検査方法。
  17. 前記検査工程では、前記半導体チップに300A/cm2以上の電流を流すことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の検査方法。
  18. 前記素子構造は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの金属−酸化膜−半導体の3層構造からなる絶縁ゲート構造であり、
    前記検査工程では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ領域とドリフト領域とのpn接合で形成された寄生ダイオードに順方向に電流を流すことを特徴とする請求項16または17に記載の半導体装置の検査方法。
  19. 前記検査工程を複数回行うことを特徴とする請求項16〜18のいずれか一つに記載の半導体装置の検査方法。
  20. 前記半導体チップは、炭化珪素からなることを特徴とする請求項16〜19のいずれか一つに記載の半導体装置の検査方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022202060A1 (ja) * 2021-03-26 2022-09-29 ローム株式会社 検査用半導体構造
WO2022264270A1 (ja) * 2021-06-15 2022-12-22 三菱電機株式会社 寿命診断装置および電力変換装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11393692B2 (en) * 2017-08-17 2022-07-19 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor package electrical contact structures and related methods

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05166894A (ja) * 1991-12-18 1993-07-02 Kawasaki Steel Corp 半導体集積回路およびその検査用プローブカード
JP2002090422A (ja) * 2000-09-13 2002-03-27 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2009010120A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Central Res Inst Of Electric Power Ind 炭化珪素バイポーラ型半導体装置
JP2009231805A (ja) * 2008-02-29 2009-10-08 Renesas Technology Corp 半導体装置
JP2011103334A (ja) * 2009-11-10 2011-05-26 Renesas Electronics Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
WO2015025422A1 (ja) * 2013-08-23 2015-02-26 三菱電機株式会社 半導体装置
JP6104363B2 (ja) * 2013-03-19 2017-03-29 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置の製造方法および通電検査装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11163067A (ja) 1997-12-01 1999-06-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP4344560B2 (ja) 2003-07-30 2009-10-14 富士電機ホールディングス株式会社 半導体チップおよびこれを用いた半導体装置
JP2006234403A (ja) 2005-02-22 2006-09-07 Seiko Epson Corp 半導体素子の特性評価方法。
JP5011661B2 (ja) 2005-06-03 2012-08-29 富士電機株式会社 半導体素子の試験方法
JP2010016103A (ja) 2008-07-02 2010-01-21 Panasonic Corp 半導体装置
JP2011174946A (ja) 2011-06-02 2011-09-08 Fuji Electric Co Ltd 半導体素子の試験方法
JP6578795B2 (ja) * 2015-08-04 2019-09-25 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6604183B2 (ja) * 2015-12-16 2019-11-13 富士電機株式会社 半導体モジュール
JP2020123597A (ja) * 2017-05-30 2020-08-13 シャープ株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2020004821A (ja) * 2018-06-27 2020-01-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP7427996B2 (ja) * 2020-02-13 2024-02-06 富士電機株式会社 半導体装置の試験方法
KR20220042705A (ko) * 2020-09-28 2022-04-05 삼성전자주식회사 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05166894A (ja) * 1991-12-18 1993-07-02 Kawasaki Steel Corp 半導体集積回路およびその検査用プローブカード
JP2002090422A (ja) * 2000-09-13 2002-03-27 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2009010120A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Central Res Inst Of Electric Power Ind 炭化珪素バイポーラ型半導体装置
JP2009231805A (ja) * 2008-02-29 2009-10-08 Renesas Technology Corp 半導体装置
JP2011103334A (ja) * 2009-11-10 2011-05-26 Renesas Electronics Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6104363B2 (ja) * 2013-03-19 2017-03-29 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置の製造方法および通電検査装置
WO2015025422A1 (ja) * 2013-08-23 2015-02-26 三菱電機株式会社 半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022202060A1 (ja) * 2021-03-26 2022-09-29 ローム株式会社 検査用半導体構造
WO2022264270A1 (ja) * 2021-06-15 2022-12-22 三菱電機株式会社 寿命診断装置および電力変換装置

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