JP5582209B1 - 半導体デバイスの製造方法及び検査方法 - Google Patents

半導体デバイスの製造方法及び検査方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5582209B1
JP5582209B1 JP2013040958A JP2013040958A JP5582209B1 JP 5582209 B1 JP5582209 B1 JP 5582209B1 JP 2013040958 A JP2013040958 A JP 2013040958A JP 2013040958 A JP2013040958 A JP 2013040958A JP 5582209 B1 JP5582209 B1 JP 5582209B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tsv
semiconductor chip
silicon substrate
test
tsvs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013040958A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014170803A (ja
Inventor
英明 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2013040958A priority Critical patent/JP5582209B1/ja
Priority to US14/196,045 priority patent/US9064761B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5582209B1 publication Critical patent/JP5582209B1/ja
Publication of JP2014170803A publication Critical patent/JP2014170803A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/30Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
    • H01L22/34Circuits for electrically characterising or monitoring manufacturing processes, e. g. whole test die, wafers filled with test structures, on-board-devices incorporated on each die, process control monitors or pad structures thereof, devices in scribe line
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

【課題】半導体チップを積層する前の個々の基板の製造過程において、製造不良の検出が可能な半導体デバイスの製造方法及び検査方法を提供する。
【解決手段】半導体チップ1のシリコン基板15において、シリコン基板15との境界面が絶縁膜11a,11bで覆われ、底面側がシリコン基板15から貫通しないよう形成された2つのTSV(Though-Silicon-Via)10a、10bを形成し、シリコン基板15内であってTSV10a、10bの底面側の周辺領域に形成された高濃度不純物領域13と、を設け、TSV10a、10bにテスト回路を接続して、一方のTSV10aからテスト信号を入力し、高濃度不純物領域13及び他方のTSV10bを介して出力されたテスト信号を検出することにより、半導体チップ1の良否を判断して、半導体チップの底面を薄化処理して高濃度不純物領域13を除去する。
【選択図】図1

Description

本発明は半導体デバイスの製造方法及びその検査方法に関する。
半導体デバイスにおいて、回路基板に貫通電極を設けておき、この回路基板を積層するTSV(Though-Silicon-Via)技術が知られている。
TSVでは、μ単位のオーダー間隔で接続用貫通電極を配列できる。また従来のワイヤ・ボンディングと比べて接続距離が短くなるため、ノイズを受けにくくなること、寄生容量や抵抗が小さくてすむため遅延や減衰、波形の劣化が少なくなること、増幅や静電破壊保護のための余分な回路が不要になること、これらによって、回路の高速動作と低消費電力化が実現されることなどの利点が得られる。
例えば、特許文献1には、2枚以上の基板に延在する連続導体で形成される貫通電極を有する半導体デバイスが記載されている。
特開2012−174826号公報
図6、図7は、半導体チップ100の製造工程を示す図である。
図6(a)は、半導体チップ100に、トランジスタ102とTSV110a、110bが形成された状態を示す図である。TSV110a、110bは、トランジスタ102が形成される際に形成される。
次に、図6(b)に示すように、半導体チップ100上に配線層103とウェハテスト用パッド104とが形成される。そして、ウェハテスト用パッド104を用いてトランジスタ102のテストが実行される。ここで、TSV110a、110bについては、シリコン基板に埋没して設けられ、閉回路に接続されていないため、導通をテストすることができない。
図7(a)は薄化された半導体チップ100を示す図である。半導体チップ100は薄化され、TSV110a、110bの下面にマイクロバンプ105が接続される。
図7(b)は積層された半導体チップ100を示す図である。半導体チップ100は、他の半導体チップ107と接続するためのマイクロバンプ105を用いて半導体チップ1
07の上に積層され、最終的に3次元LSIが完成する。
図6に示すような、TSVが貫通していない(以下ビアミドル方式という。)半導体チップでは、TSVの下部がシリコン基板115内に埋もれているため、ウェハテスト用パッド104を用いて不良を検出することができない。
また、積層工程における薄化処理後はTSVが貫通した状態になるが、マイクロバンプのピッチは非常に狭く、さらにウェハは非常に薄いために、ウェハテストは非常に困難である。
そのため、一般に、ビアミドル方式のTSVを有する半導体チップ100のテストを行う場合には、半導体チップ100が積層された後に、被積層である半導体チップ107のテスト回路等を用いてテストをする必要があった。
しかしながら、積層後にテストを行うと、積層されたチップのうち1つでもTSVに不良があった場合、積層されている他の半導体チップを含め積層型半導体装置全体が不良となり、結果として製造コストが増大するといった問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、積層する前に半導体チップの不良を検出する半導体デバイスの製造方法および検査方法を提供することを目的とする。
本発明にかかる半導体デバイスの製造方法は、半導体チップのシリコン基板において、シリコン基板との境界面が絶縁膜で覆われ、底面側がシリコン基板から貫通しないよう形成された2つのTSV(Though-Silicon-Via)と、シリコン基板内であってTSVの底面側の周辺領域に形成された高濃度不純物領域を設け、TSVにテスト回路を接続して、一方のTSVからテスト信号を入力し、高濃度不純物領域及び他方のTSVを介して出力されたテスト信号を検出することにより、半導体チップの良否を判断して、半導体チップの底面を薄化処理して高濃度不純物領域を除去し、薄化した半導体チップを複数積層するものである。
本発明にかかる半導体デバイスの検査方法は、半導体チップのシリコン基板において、シリコン基板との境界面が絶縁膜で覆われ、底面側がシリコン基板から貫通しないよう設けられた2つのTSV(Though-Silicon-Via)と、シリコン基板内であってTSVの底面側の周辺領域に形成された高濃度不純物領域を設け、TSVにテスト回路を接続して、一方のTSVからテスト信号を入力し、高濃度不純物領域及び他方のTSVを介して出力されたテスト信号を検出することにより、半導体チップの良否を判断するものである。
本発明によれば半導体チップを積層する前の半導体チップの製造過程において、製造不良の検出が可能な半導体デバイスを提供することができる。
実施の形態にかかる半導体チップを示す図である。 実施の形態にかかる半導体チップのyz平面に沿って形成される電気回路の等価回路を示す図である。 等価回路にテスト回路が接続された状態を示す図である。 実施の形態にかかるTSVに不良があることを示す図である。 実施の形態にかかるテストチェーンを示す図である。 一般の半導体チップの製造工程を示す図である。 一般の半導体チップの製造工程を示す図である。
実施の形態
半導体デバイスの製造過程では、TSVが形成された複数の半導体チップを集積して半導体デバイスを形成するものである。本実施の形態においては、半導体チップの状態でTSVの導通を検査することを可能するものである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、製造途中の半導体チップ1を示す図である。図1(a)は、半導体チップ1のz軸方向に沿った断面を示す。なお、以下の説明において、断面を示す場合に、シリコン基板断面部分のハッチングは省略する。
半導体チップ1は、シリコン基板15に、絶縁膜11aで覆われたTSV10aと、絶縁膜11bで覆われたTSV10bと、高濃度不純物領域13と、が形成されている。
図1(b)は、図1(a)に示す半導体チップ1のA−A線に沿ったxy平面方向の断面を示す図である。図1(c)は、図1(a)に示す半導体チップのB−B線に沿ったxy平面方向の断面を示す図である。
TSV10a、10bは、半導体チップ1のシリコン基板15に埋没して形成される。絶縁膜11a、11bはそれぞれ、TSV10a、10bとシリコン基板15の境界面に設けられ、TSV10a、10bの側面及び底面を覆っている。なお、絶縁膜11a、11bは、一般のTSVの絶縁膜より薄くすることが望ましい。これにより、後述するコンデンサC1、C2を形成することができる。
高濃度不純物領域13は、シリコン基板15内であって、TSV10a、10b付近かつシリコン基板15の底面側(y軸方向下側)に形成される。高濃度不純物領域13は、具体的には、不純物がドープされたガラス層を堆積してエッチバックし、その後高温アニール処理を行い、外方拡散させる等の方法で形成される。
なお、カップリング領域14は、半導体チップ1の積層工程において、薄化処理の際に研削されるため、通常の動作への影響はない。
図2は、半導体チップ1のyz平面に沿って形成される電気回路の等価回路を示す図である。
等価回路20は、TSV10aの抵抗を抵抗R1とし、TSV10bの抵抗を抵抗R2とし、TSV10aとTSV10bとの間の高濃度不純物領域13の抵抗を抵抗R3として説明する。
また、TSV10aの側面と絶縁膜11aを介して対面する高濃度不純物領域13の側面とが構成されるコンデンサをコンデンサC1とし、TSV10bの側面と絶縁膜11bを介して対面する高濃度不純物領域13の側面とで構成されるコンデンサをコンデンサC2として説明する。
すなわち、等価回路20は、ノードN1に一端が接続された抵抗R1と、抵抗R1の他端に一端が接続されたコンデンサC1と、コンデンサC1の他端に一端が接続された抵抗R3と、抵抗R3の他端に一端が接続されたコンデンサC2と、コンデンサC2の他端に一端が接続され他端がノードN2に接続された抵抗R2と、を有する。
本実施の形態にかかる半導体チップ1は、高濃度不純物領域13を設けることにより、TSV10aの一端であるノードN1からTSV10bの他端であるノードN2までが接続された等価回路20を形成することができ、等価回路20は、高濃度不純物領域13による低抵抗部分により、TSV10a、10b間の電気的カップリングを実現することができる。
次に、等価回路20をテストする場合について説明する。
図3は、等価回路20にテスト回路30が接続された状態を示す図である。
テスト回路30は、バッファ31、32と、初期化回路33と、エラー検出FF(Flip Flop)34と、を有する。
バッファ31は、テスト信号を入力するためのテスト信号入力端子N4に入力側が接続され、出力側が等価回路20のノードN1に接続される。
バッファ32は、等価回路20のノードN2に入力側が接続され、出力側がエラー検出FF34のSET端子に接続される。
初期化回路33は、等価回路20のノードN2に一端が接続され、他端はRESET信号入力端子とエラー検出FF34のRESET端子に接続される。
エラー検出FF34は、バッファ32の出力側にSET端子が接続され、RESET信号入力端子N3にエラー検出FF34の端子RESETが接続されている。
TSV10a、10bが正常である場合について説明する。まず、RESET信号入力端子N3を介してRESET信号が入力され、エラー検出FF34の出力TEST_OUT及びノードN2はLレベルに初期設定される。
次に、TEST信号入力端子N4にL→Hのテスト信号が印加されると、テスト信号はノードN2にパルス信号として伝播される。ノードN2のパルス信号は、エラー検出FF34のSET端子に入力され、エラー検出FF34にはHが設定され、テスト出力端子N5はL→Hに遷移する。
つまり、TSV10a、10bが正常である場合、テスト端子にL→Hのテスト信号が印加されると、テスト出力端子N5はL→Hに遷移する。
次に、TSV10a、10bに不良がある場合について説明する。図4は、TSV10aに不良があることを示す図である。まず、RESET信号入力端子N3からRESET信号が入力され、エラー検出FF34の出力TEST_OUT及びノードN2がLレベルに初期設定される。次に、テスト信号入力端子N4にL→Hのテスト信号が印加される。
ここで、TSV10aにオープン不良があるため、テスト信号はノードN2に伝播されず、エラー検出FF34は初期状態のまま保持され、結果として、テスト出力端子N5は、初期化状態のまま、Lレベルが保持される。
本実施の形態においては、TSV10a、10bにテスト回路30を接続して、テスト信号を入力して、その出力を調べることにより、積層前の半導体チップの段階でTSV10a、10bの不良検出が可能になり、製造コストを抑制することが可能である。
また、テスト回路30を複数接続してテストチェーン35として使用するようにしてもよい。図5は、テストチェーン35を示す図であり、図5(a)はTSVが正常である場合を示し、図5(b)はTSVに異常がある場合を示す図である。
テスト回路30を複数接続してテストチェーン35とする場合には、テスト回路30をそれぞれ等価回路20に接続する。そして、前段のテスト回路30のエラー検出FF34のテスト出力端子N5を、後段のテスト回路30のテスト信号入力端子N4に接続する。それぞれ接続された等価回路20が正常である場合には、テスト回路30からはテスト入力信号と同じ波形の信号が出力されるので、テスト回路30を多段に接続してテストすることが可能であり、等価回路20のTSVに異常がある場合には、図5(b)に示すように、出力信号が正常に出力されないため、異常を検出可能である。
本実施の形態にかかる半導体デバイスの検査方法によれば、テストチェーンを使用することにより、積層前の半導体チップに形成された複数のペアTSVについてまとめてテストすることができ、検査コストをより抑えることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
1 半導体チップ
10a、10b TSV
11a、11b 絶縁膜
13 高濃度不純物領域
14 カップリング領域
15 シリコン基板
20 等価回路
30 テスト回路
31、32 バッファ
33 初期化回路
35 テストチェーン
101 半導体チップ
102 トランジスタ
103 配線層
104 ウェハテスト用パッド
105 マイクロバンプ
107 半導体チップ
115 シリコン基板
C1、C2 コンデンサ
エラー検出FF 34
N1、N2 ノード
N3 RESET信号入力端子
N4 テスト信号入力端子
N5 テスト出力端子
R1、R2、R3 抵抗

Claims (2)

  1. 半導体チップのシリコン基板において、
    前記シリコン基板との境界面が絶縁膜で覆われ、底面側が前記シリコン基板から貫通しないよう形成した2つのTSV(Though-Silicon-Via)と、
    前記シリコン基板内であって前記TSVの底面側の周辺領域に形成した高濃度不純物領域と、を設け、
    前記TSVにテスト回路を接続して、
    一方の前記TSVからテスト信号を入力し、前記高濃度不純物領域及び他方の前記TSVを介して出力されたテスト信号を検出することにより、前記半導体チップの良否を判断して、
    前記半導体チップの底面を薄化処理して前記高濃度不純物領域を除去し、
    前記薄化した半導体チップを複数積層する、半導体デバイスの製造方法。
  2. 半導体チップのシリコン基板において、
    前記シリコン基板との境界面が絶縁膜で覆われ、底面側が前記シリコン基板から貫通しないよう形成された2つのTSV(Though-Silicon-Via)と、
    前記シリコン基板内であって、前記TSVの底面側の周辺領域に形成された高濃度不純物領域と、を設け、
    前記TSVにテスト回路を接続して、
    一方の前記TSVからテスト信号を入力し、前記高濃度不純物領域及び他方の前記TSVを介して出力されたテスト信号を検出することにより、前記半導体チップの良否を判断する、半導体デバイスの検査方法。
JP2013040958A 2013-03-01 2013-03-01 半導体デバイスの製造方法及び検査方法 Active JP5582209B1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013040958A JP5582209B1 (ja) 2013-03-01 2013-03-01 半導体デバイスの製造方法及び検査方法
US14/196,045 US9064761B2 (en) 2013-03-01 2014-03-04 Method of manufacturing semiconductor device and method of testing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013040958A JP5582209B1 (ja) 2013-03-01 2013-03-01 半導体デバイスの製造方法及び検査方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5582209B1 true JP5582209B1 (ja) 2014-09-03
JP2014170803A JP2014170803A (ja) 2014-09-18

Family

ID=51421120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013040958A Active JP5582209B1 (ja) 2013-03-01 2013-03-01 半導体デバイスの製造方法及び検査方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9064761B2 (ja)
JP (1) JP5582209B1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1398204B1 (it) 2010-02-16 2013-02-14 St Microelectronics Srl Sistema e metodo per eseguire il test elettrico di vie passanti nel silicio (tsv - through silicon vias).
US9869713B2 (en) * 2015-03-05 2018-01-16 Qualcomm Incorporated Through-silicon via (TSV) crack sensors for detecting TSV cracks in three-dimensional (3D) integrated circuits (ICs) (3DICs), and related methods and systems
US9966318B1 (en) * 2017-01-31 2018-05-08 Stmicroelectronics S.R.L. System for electrical testing of through silicon vias (TSVs)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10284560A (ja) * 1997-04-08 1998-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の検査方法
JP4795677B2 (ja) * 2004-12-02 2011-10-19 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびそれを用いた半導体モジュール、ならびに半導体装置の製造方法
IT1398204B1 (it) * 2010-02-16 2013-02-14 St Microelectronics Srl Sistema e metodo per eseguire il test elettrico di vie passanti nel silicio (tsv - through silicon vias).
TWI401780B (zh) * 2010-07-20 2013-07-11 Ind Tech Res Inst 可測試直通矽晶穿孔的結構及方法
JP2012114319A (ja) * 2010-11-26 2012-06-14 Seiko Epson Corp マザー基板、電子部品の検査方法、電子部品、及び電子部品の製造方法、並びに電子機器
US9142665B2 (en) * 2010-12-10 2015-09-22 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor component with a semiconductor via
JP2012174826A (ja) 2011-02-21 2012-09-10 Napura:Kk 電子デバイス及びその製造方法
KR101949503B1 (ko) * 2012-04-18 2019-02-18 에스케이하이닉스 주식회사 적층형 반도체 장치, 그 제조 방법 및 테스트 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20140248721A1 (en) 2014-09-04
JP2014170803A (ja) 2014-09-18
US9064761B2 (en) 2015-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8664540B2 (en) Interposer testing using dummy connections
TWI609476B (zh) 半導體裝置
US20120018723A1 (en) Structure and method for testing through-silicon via (tsv)
JP5259053B2 (ja) 半導体装置および半導体装置の検査方法
US8981576B2 (en) Structure and method for bump to landing trace ratio
WO2013021847A1 (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置及び配線形成用治具
US20230163102A1 (en) Bonding structure and manufacturing method therefor
KR20140030608A (ko) 반도체 메모리 소자의 tsv 구조 및 그 테스트 방법
JP5582209B1 (ja) 半導体デバイスの製造方法及び検査方法
KR20150078008A (ko) 반도체 장치, 이의 제조 방법 및 이의 테스트 방법
JP2004134715A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US20160322265A1 (en) Method and apparatus for detection of failures in under-fill layers in integrated circuit assemblies
KR20130117290A (ko) 적층형 반도체 장치, 그 제조 방법 및 테스트 방법
US20150179534A1 (en) Testing of Semiconductor Components and Circuit Layouts Therefor
CN101750563B (zh) 半导体器件中通孔或接触孔短路检测结构
JP2008235485A (ja) 半導体ウエハ及び電極パッド下ダメージ検査方法並びに半導体装置
TWI455222B (zh) 半導體元件堆疊結構測試方法
TWI444637B (zh) 具有可調整性及適應性測試結構的半導體封裝元件及其測試方法
US20190371685A1 (en) Laminate structure and test method for detecting inter-metal dielectric layer defects
TW201019407A (en) Semiconductor device and method for modifying integrated circuit
US20230290695A1 (en) Through-substrate via test structure
WO2012011207A1 (ja) 検査用パッド電極を除去する工程を備える半導体装置の製造方法
KR20130088300A (ko) 반도체 디바이스 및 그 제작 방법
JP5249542B2 (ja) 半導体装置
JP2003051521A (ja) 接続孔モニタ及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140617

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140630

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5582209

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250