JP4079865B2 - 電気部品の電気的特性の検査方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置等の電気部品のリード端子間の電気的特性を検査するための検査方法及び装置に関し、さらに詳細には、上記リード端子間におけるエレクトロマイグレーションの発生の有無を検査し、エレクトロマイグレーションが発生したとき、その状態を保持させるようにした電気部品のリード端子間の電気的特性の検査方法および装置に関するものである。

エレクトロマイグレーションにより、配線や接続部が劣化したり、配線が断線するといった現象が生じたり、あるいは、リード端子間の絶縁劣化が生じ、短絡状態になるといった現象が発生することが知られている。
特に、半導体装置の集積度の向上に伴い、上記エレクトロマイグレーションの問題は、半導体装置の信頼性を確保する上で、重要視されるようになってきている。
このため、半導体装置の受け入れ、出荷段階ではエレクトロマイマイグレーション試験を行い、エレクトロマイグレーションが発生する半導体装置を摘出し、半導体メーカや半導体製造部門にフィードバックして、品質改善を図っている。

従来からエレクトロマイグレーションを評価するための手法は種々提案されており、例えば、特許文献１には、金属配線サンプルに直列に可変抵抗を接続するとともに、金属配線サンプルに並列に電圧計を接続して、金属配線サンプル間の電圧を測定し、金属配線サンプルの抵抗値の増大に伴い、上記抵抗値を減少させて金属配線に一定の電流を流すことで、エレクトロマイグレーションを評価する半導体測定装置が提案されている。
実開平６−７０２３７号公報

前記したようにエレクトロマイグレーションにより、半導体装置のリード端子間の絶縁状態が劣化したり短絡することがある。これは、半導体装置などのパッケージの有機リンなどが原因で生ずるものと考えられる。
上記エレクトロマイグレーションの発生を検査するため、現状では、図８に示すように、リード端子Ｔ１，Ｔ２間に直列に負荷抵抗（例えば５０ｋΩ）Ｒと電源Ｅ（例えば５Ｖ）を接続するとともに、リード端子間に並列に電圧計ＶＭを接続し、電圧計ＶＭでリード端子間の電圧を測定して、リード端子間の電圧の低下を検出している。
ところで、上記のようにリード端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧を電圧計ＶＭにより観測していると、エレクトロマイグレーションが発生した場合、上記測定電圧が０Ｖになったり、電源電圧 (５Ｖ）になったりする現象が、連続的に繰り返し、かつ頻繁に発生することがわ
かった。
測定電圧が０Ｖになる場合は、リード端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値が０（Ω）になっている状態（状態１という）であり、エレクトロマイグレーションが完全に形成されている状態である。また、測定電圧が例えば５Ｖになる場合は、リード端子Ｔ１，Ｔ２間の抵抗値が∞（Ω）になっている状態（状態２という）であり、エレクトロマイグレーションが完全に形成されていない状態である。上記状態１、状態２は、数十ｍｓの間隔で繰り返し現れた。

前記したように、エレクトロマイグレーションが発生すると、エレクトロマイグレーションが発生した半導体装置を半導体メーカや半導体製造部門にフィードバックして、品質改善を図っている。しかし、上記のようにエレクトロマイグレーションの形成された状態、形成されていない状態が繰り返し交互に現れると、前記検査の段階でエレクトロマイグレーションが発生することがわかっても、半導体メーカや半導体製造部門にフィードバックして障害調査を行う際には、必ずしもリード端子間が短絡状態になっていない場合もあり、上記障害調査の段階でエレクトロマイグレーションが形成されていることを確認できない場合が生ずる。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、エレクトロマイグレーションの形成を維持した状態でリード端子間への電圧の供給を停止して前記検査を停止することにより、半導体メーカや半導体製造部門での障害調査で、エレクトロマイグレーションが形成されていることを確実に確認できるようにすることである。

上記課題を解決するため、本発明においては、図１（ａ）に示すように、測定点Ｔ１，Ｔ２と直列に抵抗器Ｒと電源Ｅを接続し、測定点Ｔ１，Ｔ２に並列に電圧計ＶＭを接続した測定回路において、抵抗Ｒの値を切り換え可能にする。そして、エレクトロマイグレーションにより上記測定点Ｔ１，Ｔ２間に電流が流れ、測定点Ｔ１，Ｔ２間の電圧が減少したとき、上記抵抗器の抵抗値を増大させ、エレクトロマイグレーションを維持させた状態で上記電源から電圧の印加を停止し検査を終了する。
エレクトロマイグレーションは、図１（ａ）に模式的に示すように＋側端子から成長して、−側端子に至り測定点間が短絡状態（前記した状態１）になるが、測定点間が短絡状態となり測定点間に流れる電流が増大すると、エレクトロマイグレーションによる短絡状態が解消され、測定点間は再び絶縁状態（前記した状態２）となる現象を繰り返し、前記したように状態１、状態２が繰り返し交互に現れるものと考えられる。
そこで、上記のように、抵抗Ｒの値を測定点間の電圧に応じて切り換えることで、エレクトロマイグレーションの形成状態を維持することができる。
図１（ｂ）は、上記電圧計ＶＭによりモニタされる測定点Ｔ１，Ｔ２の電圧の変化を示す図であり、横軸は時間ｔである。なお、横軸には時間ｔとともに測定点Ｔ１，Ｔ２間の内部抵抗を示している。
同図のＢに示すように、測定点Ｔ１，Ｔ２間の内部抵抗は、ある値（同図では５０（ｋΩ））を越えると急激に低下するが、このとき、上記抵抗Ｒの値を５０（ｋΩ）→７０（ｋΩ）→９０（ｋΩ）のように増大させることで、同図のＡに示すように測定点Ｔ１，Ｔ２間の内部抵抗の減少率を小さくし、エレクトロマイグレーションの形成状態を維持させることができる。
前記したように、状態１、状態２は数十ｍｓの間隔で繰り返し現れるため、エレクトロマイグレーションが形成された状態で検査を終了しようとしても、検査を終了するタイミングを決定するのが難しく、また、数十ｍｓ以下の間隔でデータを取得すると情報量が膨大となるが、上記のように抵抗Ｒの値を増大させることで、エレクトロマイグレーションの形成状態をある程度の時間維持させることができ、エレクトロマイグレーションが形成された状態で測定点間への電圧の印加を停止して試験を終了するタイミングを比較的容易に決めることができる。また、エレクトロマイグレーションが形成された状態を維持させることで、データの取得も比較的容易になる。
また、半導体装置の複数のリード端子間に電源と抵抗器の直列回路を接続し、上記複数のリード端子間の電圧をそれぞれ測定する電圧測定手段を設け、上記電圧測定手段により測定されたそれぞれの測定電圧を予め設定された判定値と比較し、上記測定電圧のうちのうち少なくとも１つの測定電圧が上記判定値より小さくなったとき、上記判定値を変更するように構成し、測定電圧が上記判定値より小さくなった測定点間の電圧および判定値を出力するようにしてもよい。
これにより、半導体装置のリード端子間の内、最も電圧の低下が大きいリード端子間の電圧の推移を観測することができ、また、全測定点間の測定電圧を出力する場合と比べ、出力されるデータも少なく、データの整理、分析が容易となる。

本発明においては、上記のようにエレクトロマイグレーションにより測定点間の電圧が低下したとき、測定点間に直列に接続された抵抗器の抵抗値を増大させ、エレクトロマイグレーションを維持させた状態で上記電源から電圧の印加を停止し検査を終了するようにしたので、エレクトロマイグレーションが形成された状態で検査を終了することが可能となり、半導体メーカや半導体製造部門での障害調査で、エレクトロマイグレーションが形成されていることを確実に確認することができる。
このため、半導体装置などの受け入れ、出荷時の検査ではエレクトロマイグレーションが発生したにもかかわらず、半導体メーカや半導体製造部門にフィードバックして、障害調査を行う際、エレクトロマイグレーションを確認できないといった問題が生ずることがなく、エレクトロマイグレーション発生の原因の調査等を確実に行うことができる。
また、上記電圧測定手段により測定されたそれぞれの測定電圧を予め設定された判定値と比較し、上記測定電圧のうちのうち少なくとも１つの測定電圧が上記判定値より小さくなったとき、上記判定値を変更するように構成し、測定電圧が上記判定値より小さくなった測定点間の電圧および判定値を出力することで、半導体装置のリード端子間の内、最も電圧の低下が大きいリード端子間の電圧の推移を観測することができ、また、出力されるデータも少ないので、データの整理、分析が容易となる。

図２は、本発明の実施例の測定回路の構成例を示す図である。同図において、Ｄ１〜Ｄｍは、被検査対象となる半導体装置であり、半導体装置Ｄ１〜Ｄｍのリード端子１１〜１ｎ，ｍ１〜ｍｎには、それぞれ並列に電圧計ＶＭ１１〜ＶＭ１ｎ，ＶＭｍ１〜ＶＭｍｎが接続され、半導体装置Ｄ１〜Ｄｍのリード端子１１〜１ｎ，ｍ１〜ｍｎには直列に、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，スイッチＳＷｍ１〜ＳＷｍｎと、これらのスイッチにより切換接続される抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、電源Ｅが接続されている。上記抵抗Ｒ１の抵抗値は、例えば５０ｋΩ、７０ｋΩ、９０ｋΩであり、電源Ｅの電圧は例えば５Ｖである。
上記スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，スイッチＳＷｍ１〜ＳＷｍｎは、前記したように、上記電圧計ＶＭ１１〜ＶＭ１ｎ，ＶＭｍ１〜ＶＭｍｎにより測定された測定電圧に応じて切り換えられ、上記リード端子１１〜１ｎ，ｍ１〜ｍｎに直列に接続される抵抗は、抵抗Ｒ１→抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ３となる。

図３は、上記スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，スイッチＳＷｍ１〜ＳＷｍｎの切換を制御するとともに検査結果を記録する検査制御システムの構成例を示す図である。
上記電圧計ＶＭ１１〜ＶＭ１ｎ，ＶＭｍ１〜ＶＭｍｎにより測定された各半導体装置Ｄ１〜Ｄｍのリード端子間の測定電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎ，Ｖｍ１〜Ｖｍｎは、ＡＤ変換器２０により、デジタル信号に変換され、所定のサンプリング周期で処理装置３０に取り込まれる。
処理装置３０は、後述するように、各リード端子の測定電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎ，Ｖｍ１〜Ｖｍｎを予め設定された判定値と比較し、この判定値より各半導体装置の測定電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎ、Ｖｍ１〜Ｖｍｎの内の、少なくともひとつのリード端子の電圧が小さくなると、そのときの測定電圧、判定値及び検査を開始してから経過した時間（経過時間という）を、検査結果を記録するファイル５０に出力し、これと同時に上記判定値を測定電圧の値から所定の値（例えば０．１Ｖ）だけ小さい値とする。
また、所定時間（例えば６０秒）経過する毎に、上記判定値を初期値（例えば４．９Ｖ）に戻し、ついで、判定値を直前の値にする。
上記処理を繰り返し、上記測定電圧が第１の設定値（例えば３．０Ｖ）より小さくなると、出力インタフェース４０を介して、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，スイッチＳＷｍ１〜ＳＷｍｎの切換信号を出力し、測定電圧が第１の設定値より小さくなったリード端子に直列に接続される抵抗の値を増大させ（例えば５０ｋΩから７０ｋΩする）、さらに、第２の設定値（例えば２．５Ｖ）より小さくなると、上記スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，スイッチＳＷｍ１〜ＳＷｍｎを切り替えて、測定電圧が第２の設定値より小さくなったリード端子に直列に接続される抵抗の値をさらに増大させる（例えば７０ｋΩから９０ｋΩする）。
そして、上記測定電圧が第３の設定値（例えば、２．０Ｖ）より小さくなると、上記スイッチスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，スイッチＳＷｍ１〜ＳＷｍｎの内、測定電圧が第３の設定値より小さくなったスイッチをオフ状態に切り替える。また、上記測定電圧が第１〜第３の設定値より小さくなったときの経過時間、そのときの測定電圧、および判定値を上記ファイル５０に出力する。

図４は、上記処理装置３０の処理内容を示す機能ブロック図、図５は処理装置３０における処理内容を示すフローチャートであり、図４、図５により、上記処理装置３０における処理を説明する。なお、図４ではひとつの半導体装置Ｄ１について示しているが、被検査対象となる半導体装置が複数ある場合は、他の半導体装置についても同様の処理が行われる。
まず、図４に示す第１のタイマ３６、第２のタイマ３７をスタートさせる（図５のステップＳ１）。なお、第１のタイマ３６は、検査開始時にスタートし、検査終了時間がくるとタイムアップ（例えば検査を開始してから４８時間後にタイムアップ）するタイマであり、第２のタイマ３７は例えば６０秒毎にタイムアップするタイマである。
次に、半導体素子Ｄ１のリード端子間の電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎを経過時間とともに出力する（図５のステップＳ２）。すなわち、図４に示す測定値／判定値記録手段３８は、電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎと時間を、検査結果を格納するファイル５０に出力する。

図４に示す第１の比較手段３１は、半導体素子のリード端子間の電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎと判定値（初期値は例えば４．９Ｖ）とを比較し、Ｐ／Ｆ判定手段３２は上記電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎの内のいずれか一つの電圧が上記判定値より小さいとＦＡＩＬと判定し、電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎのどれもが上記判定値より大きければ、ＰＡＳＳと判定する（図５のステップＳ３）。なお、被検査対象となる半導体装置が複数ある場合には、各半導体装置について、上記ＦＡＩＬ、ＰＡＳＳの判定が行われる。
Ｐ／Ｆ判定手段３２でＦＡＩＬと判定されると、測定値／判定値記録手段３８は、ＦＡＩＬと判定されたリード端子のそのときの測定電圧、判定値および時間をファイル５０に出力する（図５のステップＳ４）。
また、判定値変更手段３３は判定値３１ａを変更し、そのときの測定電圧−０．１Ｖを新しい判定値とする（図５のステップＳ５）。また、Ｐ／Ｆ判定手段３２でＰＡＳＳと判定された場合には、何もせずに図６のステップＳ６に行く。
図５のステップＳ６で、タイマ３７をスタートしてから６０秒を経過したかを判定する。６０秒経過すると、判定値変更手段３３は、判定値を初期値（４．９Ｖ）に戻し、上記と同様、Ｆ／Ｐ判定手段３２でＦＡＩＬかＰＡＳＳかの判定を行う（図５のステップＳ１３，Ｓ１４）。そして、ＦＡＩＬであれば、ＦＡＩＬと判定されたリード端子のそのときの測定値、判定値及び時間を出力し（ステップＳ１５）、判定値変更手段３３は判定値を上記初期値に戻す前の値に戻す（ステップＳ１６）。また、タイマ３７は計数を再スタートする（ステップＳ１７）。

図４に示す第２の比較手段３４は、リード端子間の電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎと、抵抗値の切り換えを行う電圧を設定した第１、第２の設定値（例えば３．０Ｖ，２．５Ｖ）、電源オフにする電圧を設定した電源オフ設定値（例えば２．０Ｖ）と比較する（図５のステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９）。
そして、上記電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎが第１の抵抗切り換え設定値（３．０Ｖ）より小さくなると、スイッチ操作手段３５は、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎの内、電圧が上記設定値（３．０Ｖ）より小さくなったリード端子に接続されたスイッチを切り換え、該リード端子に接続された抵抗の値を７０ｋΩにする。
また、上記電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎが第２の抵抗切り換え設定値（２．５Ｖ）より小さくなると、スイッチ操作手段３５は、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎの内、電圧が上記設定値（２．５Ｖ）より小さくなったリード端子に接続されたスイッチを切り換え、該リード端子に接続された抵抗の値を９０ｋΩにする。
さらに、上記電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎが電源オフ設定値（２．０Ｖ）より小さくなると、スイッチ操作手段３５は、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎの内、電圧が上記設定値（２．０Ｖ）より小さくなったリード端子に接続されたスイッチをオフ状態にし、上記リード端子への電圧の印加を停止する。
以上の動作を第１のタイマ３６がタイムアップするまで繰り返し、タイマ３６がタイムアップすると、リード端子に接続されすべてのスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎをオフにして、検査を終了する。

本実施例では、上記のように、半導体装置のリード端子間の電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎのうちのうち少なくとも１つのリード端子間の測定電圧が判定値より小さくなったとき、判定値を所定値（例えば０．１Ｖ）だけ小さくし、そのときの測定電圧と判定値および時間を出力するようにしたので、半導体装置のリード端子間の内、最も電圧の低下が大きいリード端子間の電圧の推移を観測することができる。特に、判定値を所定の値ずつ低下させながら、上記動作を繰り返し、測定電圧と判定値および時間を出力するようにしているので、リード端子間の電圧低下率の大きさにかかわらず、一定量のデータを取得することができる。
例えば、一定時間毎にリード端子間の電圧を取得して記録する場合には、リード端子間の電圧低下率が大きいときにも十分なデータ量を得ようとすると、電圧を記録する頻度を多くする必要があり、記録されるデータ量も膨大となるが、上記のように、判定値を所定の値ずつ低下させながら測定電圧と判定値および時間を出力することで、記録されるデータ量を少なくすることができ、事後にデータを整理して検証する際の作業も容易となる。 また、半導体装置のリード端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎの内のいずれか一つの電圧が上記判定値より小さいとＦＡＩＬと判定し、測定電圧、判定値、および時間を記録するようにしたので、測定電圧が最も低いリード端子に着目してリード端子の電圧推移を記録することがでる。
さらに、第２のタイマ３７に設定された時間（例えば６０秒）毎に、判定値を初期値に戻しているので、測定電圧が最も低いリード端子以外のリード端子の電圧を観測して、記録することができる。

図６は、本実施例の検査装置により得られる半導体装置のリード端子間の測定電圧及び判定値（測定データ）の時間推移を示す図である。同図の○印は上記測定データを出力する時点を示し、×では測定データを出力しない。
同図に示すように、測定開始時に測定電圧、そのときの判定値を出力した後、所定のサンプリング周期で測定電圧を処理装置に取り込んで前記したようにＦＡＩＬ、ＰＡＳＳ判定を行い、測定電圧が判定値より小さくなる毎に、測定データを出力し、判定値をそのときの測定電圧より−０．１Ｖ低い電圧に変更する。また、６０秒経過する毎に判定値を４．９Ｖに戻して、そのとき測定電圧が４．９Ｖより小さいとき、そのリード端子の測定電圧を出力する。
図７は、複数の半導体装置を検査した場合に出力される測定データの時間的推移を示す図である。
同図に示すように、測定開始時点では、全リード端子間の測定電圧を出力し、その後は、各半導体装置についてＦＡＩＬ判定される毎にリード端子間の測定データを出力する。そして、リード端子間の電圧が２．０Ｖより小さくなると、そのリード端子への電圧の印加を停止する。また、リード端子間の電圧が２．０Ｖより小さくならない場合には、上記測定データの出力を繰り返し、例えば４８時間経過すると、検査を終了する。

本発明の概要を説明する図である。 本発明の実施例の測定回路の構成例を示す図である。 本発明の実施例の検査制御システムの構成例を示す図である。 図３に示した処理装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 図３に示した処理装置における処理フローを示す図である。 本実施例の検査装置により得られる半導体装置のリード端子間の測定電圧、判定値の時間推移を示す図である。 複数の半導体装置を検査した場合に出力される測定データの時間的推移を示す図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

Ｄ１〜Ｄｍ 半導体装置
１１〜１ｎ，ｍ１〜ｍｎ リード端子
ＶＭ１１〜ＶＭ１ｎ 電圧計
ＶＭｍ１〜ＶＭｍｎ 電圧計
ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ スイッチ
ＳＷｍ１〜ＳＷｍｎ スイッチ
２０ ＡＤ変換器
３０ 処理装置
５０ ファイル
４０ 出力インタフェース

Claims (3)

1. 電気部品の測定点間で生ずるエレクトロマイグレーションの発生の有無を検査する電気部品の電気的特性の検査方法であって、
   上記測定点間に電源と抵抗器の直列回路を接続し、該測定点間の電圧を測定することにより、エレクトロマイグレーションの発生の有無を検査し、
   エレクトロマイグレーションにより上記測定点間の内部抵抗が小さくなったとき、上記抵抗器の抵抗値を増大させ、エレクトロマイグレーションが発生した状態で上記電源から電圧の印加を停止し、エレクトロマイグレーション発生した状態を保持させる
   ことを特徴とする電気部品の電気的特性の検査方法。
2. エレクトロマイグレーションの発生の有無を検査する検査装置であって、
   上記電気部品の測定点間に接続された電源と抵抗器の直列回路と、測定点間の電圧を測定する電圧測定手段と、
   エレクトロマイグレーションの発生により、上記電圧測定手段により測定された電圧が予め設定された第１の値より小さくなったとき、上記抵抗器の抵抗値を増大する手段と、
   上記測定された電圧が、予め設定された第２の値より小さくなったとき、上記測定点間への電圧の印加を停止し、エレクトロマイグレーションが発生した状態を保持させる手段とを備えた
   ことを特徴とする電気部品の電気的特性の検査装置。
3. エレクトロマイグレーションの発生の有無を検査する半導体装置の検査装置であって、
   上記半導体装置の複数のリード端子間に接続された電源と抵抗器の直列回路と、
   上記複数のリード端子間の電圧をそれぞれ測定する電圧測定手段と、
   上記電圧測定手段により測定されたそれぞれの測定電圧を予め設定された判定値と比較し、上記測定電圧が判定値より小さくなったとき出力を発生する判定手段と、
   上記測定電圧のうちのうち少なくとも１つの電圧が上記判定値より小さくなったとき、上記判定値を変更する判定値変更手段と、
   エレクトロマイグレーションの発生により、上記測定電圧が予め設定された第１の値より小さくなったとき、当該リード端子に直列に接続された上記抵抗器の抵抗値を増大する手段と、
   上記測定電圧が、予め設定された第２の値より小さくなったとき、当該リード端子への電圧の印加を停止し、エレクトロマイグレーションが発生した状態を保持させる手段と、
   上記判定手段が出力を発生したときの判定値、および判定手段が出力を発生したときの上記電圧測定手段により測定されたリード端子間の電圧を記録する記録手段を備えた
   ことを特徴とする半導体装置の検査装置。

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