JP5012530B2 - 半導体装置及び半導体基板、並びにモニタ装置の検査方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体基板、並びにモニタ装置の検査方法 Download PDF

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Description

本件は、各種素子の電気的特性の検査に供される半導体装置及び半導体基板、並びにモニタ装置の検査方法に関する。
通常、複数の半導体チップが形成された半導体基板には、例えば半導体チップ間のスクライブ領域に、試験用(モニタ用)のパターンを備えたモニタ装置が形成される。このモニタ装置では、半導体チップ内の各種パターンを形成する際に、これらと同時に同様のモニタ用パターンが作り込まれてなる素子を形成する。そして、パッドを介して素子の電気的特性を測定検査することにより、モニタ用パターンと対応する半導体チップの各種パターンの電気的特性の状態を推測判断する。
モニタ装置を用いた電気的検査を行うには、半導体基板に形成されたモニタ装置に接触させるプローブ針を有するプローブカードが用いられる。
電気的検査を行う際には、プローブカードのプローブ針をモニタ装置に設けられた試験用のパッドに接触させ、プローブカードを介してモニタ装置と測定機器とを接続させて素子の電気的特性を検査する。
特開平6−204304号公報 特開平8−29451号公報 特許第3416083号公報
上記したモニタ装置は、極めて幅狭で長手方向に延在するスクライブ領域に形成されるという場所的制約がある。そのため、例えば図12に示すように、従来のモニタ装置100では、各パッド101がスクライブ領域の長手方向に一列に配置され、配線102がこれらパッド101に近接するように上記の長手方向に沿って形成される。モニタ用パターンが作り込まれてなる素子105は、隣接するパッド101間の領域に形成される。
ところで、上記の電気的検査を行う際に用いられるプローブカードでは、プローブ針の作製の容易性及び隣接するプローブ針間の寄生容量の低減を考慮して、プローブ針同士を適宜離間させて配置している。そのため、例えば測定対象が図12のモニタ装置100のような形状の場合、隣接する複数のパッド101に対して図中左側及び右側から交互にプローブ針103,104をパッド101面に垂直な方向から傾斜させて、各パッド101に接触させる構成を採る。
ここで、上記の電気的検査を行う際に、モニタ装置のパッドにプローブ針を確実に接触させるには、プローブ針をパッド面に比較的強く圧接させることが必要である。この圧接により、プローブ針はパッド面における接触点から若干摺動することになる(以下、この状況をオーバードライブと言う。)。オーバードライブにより、プローブ針によるパッド面における針跡は摺動方向に若干伸びた楕円様形状となる。図12において、プローブ針103,104によるパッド101面の針跡をそれぞれ103a,104aとして、針跡103aにおける摺動方向を矢印A、針跡104aにおける摺動方向を矢印Bとしてそれぞれ図示する。
しかしながら、モニタ装置100では、配線102が複数のパッド101の片側(ここでは左側)に近接するように延在しているため、プローブ針104のオーバードライブにより針跡104aが配線102と接触してショートが発生し、正確な検査結果が得られないという問題がある。
この点、特許文献1には、プローブ針に工夫を凝らし、パッド面への接触時にプローブ針の根元方向へオーバードライブし、プローブ針と回路パターンとの接触を回避する構成が開示されている。ところがこの場合、回路パターンのショートを防止するために、プローブカードにおけるプローブ針の形状を変更するという精緻な手間を要する。
また、特許文献2には、半導体基板に形成された半導体チップの電気的特性を検査する際に、プローブ針の摺動方向を避けて配線を形成する構成が開示されている。ところがこの技術は、上記のモニタ装置の検査とは異なり、飽くまで半導体基板に形成された半導体チップの検査を対象としており、配線のレイアウトには比較的余裕があるため、その形成部位の選択の余地は広い。従って、上記のモニタ装置の場合と異なり、プローブ針の摺動方向を避けて配線を適宜形成することは容易である。
本件は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、パッドに対する配線の形成位置に極めて強い制約がある場合において、検査装置の特殊なプローブ針を用いることなく、装置の占有面積を小さく抑え、プローブ針の作製の容易性及び隣接するプローブ針間の寄生容量の低減の要請を満たすも、簡易な構成でオーバードライブ時のプローブ針とパッドとのショートを確実に防止して、信頼性の高い検査を行うことができる半導体装置及び半導体基板、並びにモニタ装置の検査方法を提供することを目的とする。
本件では、電気的検査に供される半導体装置を対象とする。この半導体装置は、第1の方向に順次配置された複数のパッドと、隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線とを含み構成される。
本件では、電気的検査に供されるモニタ装置の検査方法を対象とする。この検査方法は、第1の方向に順次配置された複数のパッドと、隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線とを含むモニタ装置に対して、前記複数のパッドのそれぞれ左右方向のうちで前記第1の配線の存する側から、前記複数のパッドに交互に複数のプローブ針を接触させ、前記複数のプローブ針を介して前記複数の素子の電気的特性を検査する。
本件では、電気的検査に供される半導体基板を対象とする。この半導体基板は、第1の方向に順次配置された複数のパッドと、隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線とを含むモニタ装置が設けられて構成される。
本件によれば、パッドに対する配線の形成位置に極めて強い制約がある場合において、検査装置の特殊なプローブ針を用いることなく、装置の占有面積を小さく抑え、プローブ針の作製の容易性及び隣接するプローブ針間の寄生容量の低減の要請を満たすも、簡易な構成でオーバードライブ時のプローブ針とパッドとのショートを確実に防止して、信頼性の高い検査を行うことができる。
―本発明の基本骨子―
図12に示すモニタ装置100の改良態様としては、例えば以下のものが考えられる。
先ず、改良態様1を図1に示す。この改良態様1のモニタ装置200では、一対の配線113,114を平行に配置し、配線113の右側に隣接するように複数のパッド111を並べて配置し、配線114の左側に隣接するように複数のパッド112を並べて配置する。このとき、隣接するパッド111間にパッド112が位置するように、パッド111,112を交互に配置する。
改良態様1では、モニタ装置200の素子105の検査時において、プローブ針103をパッド111に、プローブ針104をパッド112に接触させる。この構成を採ることにより、パッド111,112面におけるプローブ針103,104のオーバードライブによる摺動方向A,Bには配線113,114が存しないため、プローブ針103,104の配線113,114とのショートは発生しない。
しかしながらこの場合、2本の配線113,114を配置することに伴って、モニタ装置200が増大する(モニタ装置100の約2倍となる。)。モニタ装置は、スクライブ領域という極めて幅狭の領域に設けられる。
次いで、改良態様2を図2に示す。この改良態様2では、モニタ装置としては図12のモニタ装置100と同様(但し、図示の例では、配線102が複数のパッド101の右側に隣接する場合を示す。)である。改良態様2では、プローブカードにおけるプローブ針を変更し、プローブ針104のみから構成して、プローブ針104を図12のプローブ針104の約2倍の密度で配置する。
改良態様2では、モニタ装置100の素子105の検査時において、プローブ針104をパッド102に接触させる。この構成を採ることにより、パッド101面におけるプローブ針104のオーバードライブによる摺動方向Bには配線102が存しないため、プローブ針104の配線102とのショートは発生しない。
しかしながらこの場合、プローブ針104を高密度に配置することを要するため、プローブ針104の作製が困難となり、更には隣接するプローブ針104間の寄生容量が増加して測定精度の低下を来たす。
本発明者は、上記の改良態様1,2の問題点を考慮して鋭意検討した結果、本発明に想到した。
(発明例1)
本発明によるモニタ装置及びこれを用いた電気的検査の一例を、発明例1として図3に示す。
発明例1では、モニタ装置10は、例えば半導体基板におけるスクライブ領域に設けられるものであり、一列に順次配置された複数のパッド1と、隣接するパッド1間の領域に配置された複数の素子3と、パッド1と素子3とを接続し、各パッド1を左右交互に迂回しながら一列方向に蛇行状に延在する、少なくとも1本の配線2(ここでは、説明の便宜上、配線2として1本のみ図示する。)とを備えて構成される。
素子3は、半導体チップの各種パターン、例えば各層の配線や当該配線間を接続する接続プラグ等に対応した各モニタパターンが形成されてなるものである。素子3は、パッド1と配線2との間の領域に配置される。
本発明に用いられるプローブカードでは、隣接する複数のパッド1に対して図中左側及び右側から交互にプローブ針11,12をパッド1面に垂直な方向から傾斜させて、各パッド1に接触させる構成を採る。
発明例1では、モニタ装置10の素子3の電気的特性の検査時において、プローブ針11,12を、各パッド1のそれぞれ左右方向のうちで配線2の存する側から、各パッド1に交互にプローブ針11,12を接触させる。この構成を採ることにより、パッド1面におけるプローブ針11,12のオーバードライブによる摺動方向A,Bには配線2が存しないため、オーバードライブによってプローブ針11,12の針跡11a,12aがパッド1から一部はみ出たとしても、プローブ針11,12の配線2とのショートは発生しない。
しかもモニタ装置10では、複数のパッド1は1列に配置され、隣接するパッド1間の領域を特に広く確保することを要しない。そのため、例えば図12のモニタ装置100と同様の幅狭にモニタ装置10を形成することができる。更に、図12のモニタ装置100と同様に、プローブ針11,12を高密度に配することを要さず、プローブ針11,12が適宜離間させて配置される。そのため、プローブ針11,12の作製の容易性及び隣接するプローブ針11,12間の寄生容量の低減の要請を満たすことができる。
即ち、発明例1によれば、モニタ装置10のパッド1に対する配線2の形成位置に極めて強い制約がある場合において、検査装置の特殊なプローブ針を用いることなく、装置の占有面積を小さく抑え、プローブ針11,12の作製の容易性及び隣接するプローブ針11,12間の寄生容量の低減の要請を満たすも、簡易な構成でオーバードライブ時のプローブ針11,12とパッド1とのショートを確実に防止して、信頼性の高い検査を行うことができる。
(発明例2)
本発明によるモニタ装置及びこれを用いた電気的検査の一例を、発明例2として図4に示す。
発明例2では、モニタ装置20は、発明例1のモニタ装置10の構成を踏襲するが、パッド1に代わって拡張パッド4が配置される。
即ち、モニタ装置20は、例えば半導体基板におけるスクライブ領域に設けられるものであり、一列に順次配置された複数の拡張パッド4と、隣接する拡張パッド4間の領域に配置された複数の素子3と、拡張パッド4と素子3とを接続し、各拡張パッド4を左右交互に迂回しながら一列方向に蛇行状に延在する、少なくとも1本の配線2(ここでは、説明の便宜上、配線2として1本のみ図示する。)とを備えて構成される。
拡張パッド4は、発明例1のパッド1に対して、それぞれ左右方向のうちで配線2の存しない方向にその領域が拡張されている。
発明例1,2のモニタ装置10,20の幅は、図3及び図4において蛇行する配線2の水平部分の幅で規定される。発明例1のモニタ装置10では、パッド1の幅に未だ余裕がある。発明例2では、この余裕部分を有効に活用し、例えば配線2の水平部分の幅を限度として、パッド幅を増加させた拡張パッド4を設ける。
発明例2によれば、発明例1で奏する諸効果に加え、装置の占有面積を増加させることなくパッド面積をプローブ針11,12の摺動方向に増加させ、検査時において、プローブ針11,12を拡張パッド4に更に安定且つ確実に接触させることができ、審査の信頼性が更に向上する。
―本発明を適用した好適な実施形態―
以下、上述した本発明の基本骨子を踏まえ、本発明を適用した好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図5は、本実施形態による半導体基板を示す概略平面図である。
この半導体基板は、表面に複数の半導体チップ32が行列状に形成されており、隣接する半導体チップ32間の領域であるスクライブ領域33に、モニタ装置30が形成されている。
モニタ装置30について、図6(a)にいわゆる2端子素子型のものを、図6(b)にいわゆる4端子素子型のものをそれぞれ例示する。
図6(a)に示す2端子素子型のモニタ装置30は、一列に順次配置された複数のパッド41と、隣接するパッド41間の領域に配置された複数の素子43と、パッド41と素子43とを接続し、各パッド41を左右交互に迂回しながら一列方向に蛇行状に延在する1本の配線42とを備えて構成される。
ここで、素子43は、半導体チップの各種パターン、例えば各層の配線や当該配線間を接続する接続プラグ等に対応した各モニタパターンが形成されてなるものである。素子43は、パッド1と配線2との間の領域に配置されており、パッド1と配線42の部分42aで接続され、配線42とはその部分42bで接続されている。
図6(b)に示す4端子素子型のモニタ装置30は、一列に順次配置された複数のパッド41と、隣接するパッド41間の領域に配置された複数の素子43と、パッド41と素子43の3つの端子とを接続し、各パッド41を左右交互に迂回しながら一列方向に蛇行状に延在する3本の配線44,45,46と、パッド41と素子43の残りの1つ端子とを接続する配線47とを備えて構成される。
ここで、素子43は、モニタパターンとして、ゲート43a、一対のソース/ドレイン領域43b及びウェル43cとを備えたMOSトランジスタが形成されてなるものである。素子43は、パッド1と配線2との間の領域に配置されている。素子43では、ゲート43aと配線45とが、ソース/ドレイン領域43bの一方と配線44とが、ソース/ドレイン領域43bの他方と配線47とが、ウェル43cと配線46とがそれぞれ接続されている。
以下、上記構成のモニタ装置30の形成方法について説明する。
形成工程ごとの概略平面を図7(2端子素子型)及び図8(4端子素子型)にそれぞれ示す。また、断面図として2端子素子型を例にとり、図6(a)の破線I−I'に沿った概略断面を図9に示す。図9には、素子43より上方の構成のみを示し、半導体基板及び素子の記載を省略する。また図9では、各層を埋め込む各層間絶縁膜を総括して「層間絶縁膜51」と記す。
モニタ装置30は、シリコン基板等の半導体基板上に、複数の半導体チップと共に、半導体チップの各パターンの工程を適宜利用して、当該工程で半導体チップの各パターンと同時に順次形成される。
先ず、図7(a)又は図8(a)に示すように、半導体基板上に素子43を形成する。図7(a)では、上部の素子43について、モニタパターンとして例えば接続プラグのパターン(コンタクト(ビア)パターン)を例示する。図8(a)では素子43としてMOSトランジスタを例示する。
続いて、図7(b),(c)又は図8(b),(c)、及び図9に示すように、Cu又はその合金からなる各Cu層であるCu1層〜Cu8層を順次積層形成してゆく。図7(b),(c)又は図8(b),(c)では、Cu1層及びCu2層のみを示す。
Cu1層〜Cu8層は、いわゆるシングルダマシン法又はデュアルダマシン法により適宜形成される。
シングルダマシン法では、層間絶縁膜51に配線溝及び開口等を形成し、当該配線溝及び開口等を埋め込むようにCu又はその合金をメッキ法により埋め込み形成する。そして、その表面を例えば化学機械研磨(CMP)により平坦化し、配線溝及び開口等をCu又はその合金で充填してなるCu層を形成する。
デュアルダマシン法では、層間絶縁膜51に配線溝及び開口等と、これらと一体となるビア孔とを同時形成し、当該配線溝及び開口等とビア孔とを埋め込むようにCu又はその合金をメッキ法により埋め込み形成する。そして、その表面を例えば化学機械研磨(CMP)により平坦化し、配線溝及び開口等とビア孔とCu又はその合金で充填してなるCu層を形成する。
続いて、図9に示すように、Cu8層と接続されるWプラグ52を形成する。
詳細には、層間絶縁膜51にCu8層の表面の一部を露出させるビア孔(不図示)を形成し、このビア孔の内壁面を覆うようにTiやTiNを堆積し、グルー膜(不図示)を形成する。そして、ビア孔をグルー膜を介して埋め込むように、CVD法等により導電物、ここではタングステン(W)を堆積する。その後、Wその表面を例えばCMPにより平坦化し、ビア孔をWで充填してなるWプラグ52が形成される。
続いて、図7(d)又は図8(d)、及び図9に示すように、パッド41及び配線42を形成する。
詳細には、Wプラグ52の上面が露出する層間絶縁膜51上に、アルミニウム又はその合金をスパッタ法等により堆積し、Al膜(不図示)を形成する。そして、このAl膜をリソグラフィー及びドライエッチングにより加工する。これにより、層間絶縁膜51上でWプラグ52と適宜接続されてなるパッド41及び配線42が形成される。
以下、上記構成のモニタ装置30を用いた検査方法について説明する。
図10(a)は、この検査で用いる検査装置(プロービング装置)の概略構成を示す模式図である。
電気的検査の対象は、複数の半導体チップと共にモニタ装置30が形成されてなる半導体基板31である。この電気的検査に用いられるプローブカード63は、矩形状のベースに複数のプローブホルダ64が設けられて構成されている。プローブホルダ64には、モニタ装置30のパッド41に対応して当該パッド41に接触する複数のプローブ針11,12が設けられている。詳細には、図10(b)に拡大して示すように、プローブホルダ64にはモニタ装置30の各パッド41に対応した複数のプローブ針11が図中右側から、プローブ針12が図中左側からそれぞれが設けられている。
本実施形態によるプロービング装置は、半導体基板基板31が載置固定されるウェーハステージ61と、例えばウェーハステージ61の下部に設けられ、プローブカード63のプローブ針11,12と電気的に接続されて電気的検査を行う検査部62とを備えて構成されている。
モニタ装置30の電気的検査を行うには、図11(a)に示すように、隣接する複数のパッド41に対して図中左側及び右側から交互にプローブ針11,12をパッド1面に垂直な方向から傾斜させて、各パッド41に接触させる。ここでは、プローブ針11,12を、各パッド41のそれぞれ左右方向のうちで配線42の存する側から、各パッド41に交互にプローブ針11,12を接触させ、検査部62により電気的特性を測定する。
この場合、図11(b)に示すように、パッド41面におけるプローブ針11,12のオーバードライブによる摺動方向A,Bには配線42が存しないため、オーバードライブによってプローブ針11,12の針跡11a,12aがパッド41から一部はみ出たとしても、プローブ針11,12の配線42とのショートは発生しない。
以上説明したように、本実施形態によれば、モニタ装置30のパッド41に対する配線42(又は44〜46)の形成位置に極めて強い制約がある場合において、検査装置の特殊なプローブ針を用いることなく、装置の占有面積を小さく抑え、プローブ針11,12の作製の容易性及び隣接するプローブ針11,12間の寄生容量の低減の要請を満たすも、簡易な構成でオーバードライブ時のプローブ針11,12とパッド41とのショートを確実に防止して、信頼性の高い検査を行うことができる。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)第1の方向に順次配置された複数のパッドと、
隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、
前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線と
を含むことを特徴とする半導体装置。
(付記2)前記パッド及び前記素子を接続する第2の配線と、前記第1の配線と前記素子とを接続する第3の配線を更に含むことを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)前記複数のパッドは、それぞれ左右方向のうちで前記第1の配線の存しない方向に拡張されていることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記4)第1の方向に順次配置された複数のパッドと、
隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、
前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線と
を含むモニタ装置が設けられてなることを特徴とする半導体基板。
(付記5)表面に複数の半導体チップが行列状に配置されており、
前記半導体チップ間のスクライブ領域に前記モニタ装置が配置されていることを特徴とする付記4に記載の半導体基板。
(付記6)前記モニタ装置において、前記パッドと前記素子とを接続する第2の配線と、前記素子と前記第1の配線とを接続する第3の配線とをさらに有することを特徴とする付記4又は5に記載の半導体基板。
(付記7)前記モニタ装置において、前記複数のパッドが、それぞれ左右方向のうちで前記第1の配線の存しない方向に拡張されていることを特徴とする付記4〜6のいずれか1項に記載の半導体基板。
(付記8)第1の方向に順次配置された複数のパッドと、
隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、
前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線と
を含むモニタ装置に対して、
前記複数のパッドのそれぞれ左右方向のうちで前記第1の配線の存する側から、前記複数のパッドに交互に複数のプローブ針を接触させ、前記複数のプローブ針を介して前記複数の素子の電気的特性を検査することを特徴とするモニタ装置の検査方法。
従来のモニタ装置の改良態様1を示す概略平面図である。 従来のモニタ装置の改良態様2を示す概略平面図である。 本発明のモニタ装置の発明例1を示す概略平面図である。 本発明のモニタ装置の発明例2を示す概略平面図である。 本実施形態による半導体基板を示す概略平面図である。 本実施形態によるモニタ装置の一部を拡大して示す概略平面図である。 本実施形態による2端子素子型のモニタ装置の形成工程の主要部分を示す概略平面図である。 本実施形態による4端子素子型のモニタ装置の形成工程の主要部分を示す概略平面図である。 図6(a)の破線I−I'に沿った概略断面図である。 検査装置(プロービング装置)の概略構成を示す模式図である。 モニタ装置の電気的検査を行う様子を示す模式図である。 従来のモニタ装置を示す概略平面図である。
符号の説明
1,41,101,111,112 パッド
2,42,44〜47,102,113,114 配線
3,43,105 素子
4 拡張パッド
10,20,30,100,200 モニタ装置
11,12,103,104 プローブ針
11a,12a,103a,104a 針跡
31 半導体基板
32 半導体チップ
33 スクライブ領域
51 層間絶縁膜
52 Wプラグ
61 ウェーハステージ
62 検査部
63 プローブカード
64 プローブホルダ

Claims (5)

  1. 第1の方向に順次配置された複数のパッドと、
    隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、
    前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線と
    を含むことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記パッド及び前記素子を接続する第2の配線と、前記第1の配線と前記素子とを接続する第3の配線を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記複数のパッドは、それぞれ左右方向のうちで前記第1の配線の存しない方向に拡張されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 第1の方向に順次配置された複数のパッドと、
    隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、
    前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線と
    を含むモニタ装置が設けられてなることを特徴とする半導体基板。
  5. 第1の方向に順次配置された複数のパッドと、
    隣接する前記パッド間の領域に配置された複数の素子と、
    前記複数のパッドを左右交互に迂回しながら前記第1の方向に蛇行状に延在する、第1の配線と
    を含むモニタ装置に対して、
    前記複数のパッドのそれぞれ左右方向のうちで前記第1の配線の存する側から、前記複数のパッドに交互に複数のプローブ針を接触させ、前記複数のプローブ針を介して前記複数の素子の電気的特性を検査することを特徴とするモニタ装置の検査方法。
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