專利名稱：評價用半導體芯片、評價系統(tǒng)及其修復方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明 涉及半導體裝置的評價技術(shù)。
背景技術(shù)：
在以大規(guī)模集成電路(LSI)或存儲器為首的半導體芯片中，強烈要求信號處理的高速化和安裝密度的提高。由此，推進了以場效應晶體管(FET)為首的半導體元件的細微化。另外，對于半導體芯片的安裝基板，還開發(fā)出以積累方式等為代表的實現(xiàn)配線的高密度化的技術(shù)。并且，由于系統(tǒng)化容易，因此組合多個半導體芯片的半導體封裝件的開發(fā)變得活躍，層疊研磨成較薄的半導體芯片的三維安裝技術(shù)引人注目。在這樣的三維安裝結(jié)構(gòu)中，半導體芯片與基板的雙方的配線密度提高，而且對于電連接半導體芯片與基板的端子，還急劇進行著細微化和多針化。在如上所述的高密度的半導體芯片中，用于其安裝的材料非常多，而且，經(jīng)過復雜的工藝而制造。一般而言，在半導體芯片中必須在每次層疊時反復進行加熱，但是在后工序中采用以比前工序還低的溫度進行處理的所謂溫度分級工藝，以便無損于前工序的處理的可靠性。因此，要確立材料開發(fā)或制造工藝，準確掌握各工藝中的溫度履歷是必不可少的。另外，一般制造的半導體的安裝可靠性的評價根據(jù)記載于JEITA規(guī)格 EIAJED4701/100的半導體器件的環(huán)境及耐久性試驗而進行。安裝可靠性評價用于評價由如下原因?qū)е碌臏囟鹊淖兓撛蚓褪窃谧鳛榘l(fā)熱源的半導體芯片的連接部、即構(gòu)成半導體元件的鎢、鋁、銅等的微細配線上流動的電流引起的熱阻力、或者FET電極之間(源極-漏極之間)的電子的移動所引起的熱阻力。對這樣的溫度履歷的測定，以往采用將熱電偶作為溫度傳感器安裝在半導體芯片或半導體封裝件的周邊的方法。例如在非專利文獻1中，提出了針對在高密度安裝中成為問題的應力、發(fā)熱分析的利用評價用元件的解法。現(xiàn)有技術(shù)文獻非專利文獻1 日本日立評論Vol. 91，No. 05，p. 456但是，在將熱電偶作為溫度傳感器而安裝的方法中，實際上在作為評價對象(發(fā)熱源)的連接部設置熱電偶比較困難，因此在從連接部分離的半導體芯片或半導體封裝件的背面、或者其周圍的基板上設置熱電偶來進行溫度測定。這樣，不能掌握作為發(fā)熱源的半導體芯片的準確的溫度或在評價試驗時進行加熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而做出的，其目的在于提供評價半導體芯片的技術(shù)。為解決上述問題，本發(fā)明的評價系統(tǒng)采用例如本申請所要求保護的技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)。
本申請包括多個解決上述問題的方法，若舉其中一個例子，則用于評價半導體芯片的評價系統(tǒng)的其特征在于，具有半導體芯片，該半導體芯片在硅基板的一個面層疊由多個區(qū)域構(gòu)成的作為電阻測溫元件的第一配線和由一個或多個區(qū)域構(gòu)成的作為加熱器的第二配線中的至少一種、和用于電連接上述第一配線及第二配線的電極；安裝該半導體芯片的安裝基板；以及在上述硅基板的另一個面?zhèn)裙潭ㄓ谏鲜霭惭b基板的散熱材料，上述第一配線與電流表及電壓表電連接，上述第二配線與電源電連接。本發(fā)明的效果如下。根據(jù)本發(fā)明，提供評價半導體裝置的技術(shù)。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的半導體芯片1的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是表示金屬配線膜101的配線圖案的一個例子的俯視圖。圖3是表示金屬配線膜102的配線圖案的一個例子的俯視圖。圖4是表示電極103的一個例子的俯視圖。圖5是表示半導體芯片1的制造過程的變化圖。圖6是變形例1的半導體芯片2的剖視圖。圖7是變形例2的半導體芯片3的剖視圖。圖8是變形例3的半導體芯片4的剖視圖。圖9是變形例4的半導體芯片5的剖視圖。圖10是評價系統(tǒng)110的剖視圖。圖11是用于說明使用回流爐的評價系統(tǒng)110的溫度曲線測定的說明圖。圖12是用于說明不使用回流爐的評價系統(tǒng)110的溫度曲線測定的說明圖。圖13是用于說明在三維層疊工藝中的評價系統(tǒng)120的溫度曲線測定的說明圖。圖14是評價系統(tǒng)140的概略圖。圖15是用于說明使用于評價系統(tǒng)140的部件的說明圖。圖16是表示搭載于評價系統(tǒng)的半導體芯片的例子的俯視圖。圖17是評價系統(tǒng)140a的剖視圖。圖18是表示根據(jù)評價系統(tǒng)140a的散熱特性評價的結(jié)果的圖表。圖19是評價系統(tǒng)140b的剖視圖。圖20是表示根據(jù)評價系統(tǒng)140b的散熱特性評價的結(jié)果的圖表。圖21是評價系統(tǒng)140c的剖視圖。圖22是表示根據(jù)評價系統(tǒng)140c的散熱特性評價的結(jié)果的圖表。圖23是表示根據(jù)評價系統(tǒng)140d的散熱特性評價的結(jié)果的圖表。圖24是本發(fā)明的第四實施方式的器件芯片6的剖視圖。圖25是用于說明安裝于基板611的器件芯片6的修復的說明圖。圖26是將器件芯片6設置于內(nèi)部的充電池700的概略圖。圖中1 5-半導體芯片；6-器件芯片，100-硅基板，101-金屬配線膜，1011-端子， IOla-PtO 膜，IOlb-Pt 膜，IOlc-TiO 膜，102-金屬配線膜，1021-端子，103-電極，1031、1032-外部連接用電極，104a 104c-聚酰亞胺膜，11、12-開口，111-基板，113a、113b_配線基板，114-釬焊球，115-底部填充材料，110、120、130、140、140a d_評價系統(tǒng)，142-連接器，143-電線束，144-擴熱器，145、145a、145b-散熱片，146-熱電偶，148-散熱板， 149-密封材料，201、202、301、302、402-金屬配線膜，304、404_聚酰亞胺膜，21、22-開口， 501-通孔，600-半導體元件，601-配線群，604a 604c_聚酰亞胺膜，611-基板，614_Au凸起，615-非導電性膜，700-充電池，701-電極，702-外殼，703-金屬板，705-配線，900-配線群，901-高溫壓力機加熱加壓裝置，902-回流爐，903-移動平臺。
具體實施例方式以下， 對本發(fā)明的第一實施方式參照附圖來進行說明。此外，在所有附圖中，對相同的結(jié)構(gòu)要素附上相同的附圖標記，并適當省略說明。第一實施方式半導體芯片圖1是本發(fā)明的第一實施方式的半導體芯片1的剖視圖。半導體芯片1在硅基板100的一個面上依次層疊作為測溫電阻器的金屬配線膜 101 ；作為絕緣層的聚酰亞胺膜104a ；作為加熱器的金屬配線膜102 ；作為絕緣層的聚酰亞胺膜104b ；用于將金屬配線膜101及金屬配線膜102電連接在安裝基板上的電極103 ；以及作為保護層的聚酰亞胺膜104c。金屬配線膜101形成有可作為測溫電阻器而利用的金屬的配線圖案。圖2表示金屬配線膜101的配線圖案的一個例子。如圖2所示，就金屬配線膜101而言，曲折成方形的獨立的鉬配線分別形成于劃分成3X3的矩陣狀的區(qū)域。劃分的區(qū)域數(shù)量幾個都可以，其配置的方法如圖2所示各區(qū)域鄰接也可以，分離也可以。在此，各鉬配線分別在配線兩端具有各兩個、合計四個端子1011，端子1011與電極103連接。這樣，各配線的電阻能夠利用所謂 4端子法來測定。即，利用鉬的電阻溫度系數(shù)(3.9X10—7K)能夠測定鉬配線的各區(qū)域中的溫度。對詳細內(nèi)容進行后述。此外，在此的結(jié)構(gòu)為在各區(qū)域設置獨立的鉬配線，但是結(jié)構(gòu)也可以是金屬配線膜 101由一個連續(xù)的配線構(gòu)成，也可以使連續(xù)的配線從中途分支而設置端子。另外，作為使用于金屬配線膜101的金屬材料，由于溫度與電阻的線形成優(yōu)越而尤其優(yōu)選利用鉬，但不限于此，例如也可以利用鎳、銅等。金屬配線膜102形成有可作為加熱器而利用的金屬配線圖案。圖3表示金屬配線膜102的配線圖案的一個例子。如圖3所示，金屬配線膜102是Ni配線曲折于劃分在2X2 的矩陣上的四個區(qū)域的一連串的配線圖案。Ni配線在兩端及中途具有三個端子1021，并且分別與后述的電極103連接。加熱區(qū)域在劃分的情況下，其區(qū)域數(shù)量幾個都可以，其配置方法如圖3所示各區(qū)域鄰接也可以，分離也可以。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠選擇Ni配線的加熱區(qū)域。此外，在此，其結(jié)構(gòu)為在中途設置端子，但是當然，也可以只在兩端設置端子，并且如金屬配線膜101，也可以分別在劃分的各區(qū)域設置獨立的配線。另外，使用于金屬配線膜102的金屬材料不限于上述材料，還可以利用具有高電阻、圖案形成性、高溫耐久性的金屬，例如鎳鉻系合金、鎳鉻鋁系合金、銅、銅錳、銅鎳、鐵鉻系合金、鶴等O圖4表示電極103的一個例子。電極103是與金屬配線膜101及金屬配線膜102 電連接的外部連接用的電極。在此，外部連接用電極1031與金屬配線膜101的端子1011 連接，外部連接用電極1032與金屬配線膜102所具有的端子1021連接。在電極103上作為保護層形成有聚酰亞胺膜104c，在聚酰亞胺膜104c上設有用于連接后述的基板111或其他半導體芯片與電極103(金屬配線膜101)的開口 21 ；以及用于連接基板111與電極103 (金屬配線膜102)的開口 22。并且，作為絕緣層，在金屬配線膜101與金屬配線膜102之間設有聚酰亞胺膜 104a，在金屬配線膜102與電極103之間設有聚酰亞胺膜104b。在聚酰亞胺膜104a及104b 上都形成有用于連接金屬配線膜101與電極103的開口 11，在聚酰亞胺膜104b上還形成有用于連接金屬配線膜102與電極103的開口 12。通過在安裝基板上安裝這種半導體芯片1，能夠評價各種溫度工藝。半導體芯片的制造方法 以下，對半導體芯片1的制造方法使用圖5(a) 圖5(b)進行說明。圖5 (a) 圖 5(d)是表示本發(fā)明的第一實施方式的半導體芯片1的制造方法的過程的變化圖。(a)首先，在硅基板100的一個面上，生成未圖示的硅氧化膜。硅氧化膜使用如在 900°C左右的蒸汽氣氛下使硅與氧氣反應的一般的方法形成即可。然后，在硅氧化膜上利用剝離法形成具有鉬配線圖案的金屬配線膜101。具體而言，首先在硅氧化膜上形成已形成圖案的抗蝕劑，并依次蒸鍍PtO膜101a、Pt膜101b、Ti0膜101c。然后，除去抗蝕劑而完成圖 2所示的配線圖案。此外，PtO膜IOla為了提高與硅氧化膜的密合性，而且TiO膜IOlc為了提高與聚酰亞胺膜104a的密合性，分別相對于Pt膜IOlb以1/100左右的膜壓進行設置。(b)然后，作為絕緣層，形成覆蓋金屬配線膜101的兩端且使端子1011部分開口的膜厚約5μπι的聚酰亞胺膜104a。而且，在聚酰亞胺膜104a上形成具有鎳配線圖案的金屬配線膜102。例如，通過將Cr膜及Cu膜的層疊膜作為種子膜，并且使用并用抗蝕劑的光刻法及M電鍍的半添加法，能夠形成圖3所述的具有配線圖案的金屬配線膜102。(c)并且，形成覆蓋金屬配線膜102的兩端且使端子1011及端子1021部分開口的聚酰亞胺膜104b，而且利用半添加法在聚酰亞胺膜104b上形成圖4所述的外部連接用的電極 103。(d)而且最后，通過形成作為保護層的具有用于連接后述的安裝基板等與電極 103的開口的聚酰亞胺膜104c，，能夠得到圖1所述的半導體芯片1。此外，本發(fā)明不限制于上述第一實施方式的半導體芯片，在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)可進行各種變形。例如，測溫電阻器及加熱器以哪種位置關(guān)系配置都可以。另外，測溫電阻器、加熱器及電極還可以形成在硅基板的相同面內(nèi)(相同層)。并且，通過明確配線的溫度與電阻的關(guān)系，能夠用一個配線兼作加熱器和測溫電阻器。即，若從與配線連接的電源供電的同時測定電阻，則不另外設置配線而能夠測定發(fā)熱的配線自身的溫度。由此，能夠大幅度簡化本發(fā)明的半導體芯片的結(jié)構(gòu)。此外，還可以做成如下結(jié)構(gòu)，只具有作為電阻測溫元件的金屬配線膜101，而不具有加熱器功能。例如，在進行從外部加熱的工藝的溫度曲線測定的情況下，并不一定需要加熱器，因此能夠做成更簡單的結(jié)構(gòu)。當然，還可以只具有作為加熱器的金屬配線膜102，并且利用熱電偶等測量溫度。 在下面具體表示本發(fā)明的半導體芯片的變形例。變形例1圖6表示本發(fā)明的變形例1的半導體芯片2的剖視圖。就半導體芯片2而言，作為測溫電阻器的金屬配線膜201和作為加熱器的金屬配線膜202配置于與半導體芯片1的測溫電阻器(金屬配線膜101)及加熱器(金屬配線膜102)相反的位置。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)的半導體芯片2，電極103比作為測溫電阻器的金屬配線膜201的測定區(qū)域成為外部連接的開口 21及22的附近。由此，能夠準確測定與發(fā)熱源更近的位置 (例如底部填充材料)的溫度。變形例2圖7表示本發(fā)明的變形例2的半導體芯片3的剖視圖。就半導體芯片3而言，作為測溫電阻器的金屬配線膜301和作為加熱器的金屬配線膜302形成于相同面內(nèi)的氧化膜上，并且以覆蓋金屬配線膜301及金屬配線膜302的兩端的方式設置聚酰亞胺膜304，該聚酰亞胺膜304具有用于連接金屬配線膜301與電極103的開口 31及用于連接金屬配線膜 302與電極103的開口 32。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，將作為絕緣層的兩個聚酰亞胺膜(聚酰亞胺膜104a及聚酰亞胺膜 104b)能夠用一個聚酰亞胺膜304實現(xiàn)，因此與半導體芯片1相比使層數(shù)減少，能夠以更低成本并用簡便的方法制造半導體芯片。變形例3圖8表示本發(fā)明的變形例3的半導體芯片4的剖視圖。半導體芯片4只形成兼?zhèn)錅y溫電阻器和加熱器的功能的金屬配線膜402，并且以覆蓋金屬配線膜402的兩端的方式設置聚酰亞胺膜404，該聚酰亞胺膜404具有用于連接金屬配線膜402與電極103的開口 41 及42。此外，金屬配線膜402能夠利用例如圖2所示的Ni配線。通過將這種半導體芯片4 安裝在基板111上，且在兩端的端子上連接電源和電壓表，從而控制流動在Ni配線的電流， 并且能夠從鎳的電阻溫度系數(shù)(6. 3ΚΧ10_7Κ)測定Ni配線的各區(qū)域中的溫度。當然，代替 Ni配線還可以利用例如Cu配線。在此情況下，利用銅的電阻溫度系數(shù)(4.3Χ10_7Κ)就可以。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)的半導體芯片4，與半導體芯片1相比能夠分別省略各一個聚酰亞胺膜及金屬配線膜，因此能夠?qū)崿F(xiàn)制造工藝的簡化和制造成本的大幅度的減少。變形例4圖9表示本發(fā)明的變形例4的半導體芯片5的剖視圖。半導體芯片5是堆積多個半導體芯片1的三維層疊芯片。此外，半導體芯片5例如在半導體芯片1的襯墊區(qū)域形成通孔501而進行導通，并且通過利用高溫壓力機加熱加壓裝置901進行壓焊而能夠制造。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)的半導體芯片5，能夠評價三維層疊結(jié)構(gòu)的半導體芯片的溫度工藝。第二實施方式評價系統(tǒng)以下，對本發(fā)明的第二實施方式的評價系統(tǒng)110進行說明。圖10是將半導體芯片1安裝在基板111上的評價系統(tǒng)110的剖視圖。評價 系統(tǒng)110利用釬焊球114在由硅芯片112構(gòu)成的印刷電路板或陶瓷襯底等的基板111上安裝半導體芯片1。在基板111上設有與作為測溫電阻器的金屬配線膜101連接的基板配線113a ；以及與作為加熱器的金屬配線膜102連接的基板配線113b。此外，配線群900通過基板配線113a連接作為電阻測溫元件的金屬配線膜101與未圖示的電流表及電壓表，另外，通過基板配線113b連接作為加熱器的金屬配線膜102與未圖示的外部電源。由此，能夠進行金屬配線膜102的加熱，并且利用4端子法測定金屬配線膜101的各區(qū)域中的電阻。根據(jù)該測定結(jié)果和鉬的電阻溫度系數(shù)(3.9X10—7K)，能夠測定鉬配線的各區(qū)域的溫度。此外，使用于評價系統(tǒng)的半導體芯片的形狀不限于上述形狀，例如也可以在基板 111上安裝如圖9所示的半導體芯片5，從而形成如圖13所示的評價系統(tǒng)120。以下說明利用如上所述的評價系統(tǒng)的安裝工藝的評價。安裝工藝的評價1圖11是用于說明使用回流爐的評價系統(tǒng)110的安裝工藝的溫度曲線測定的說明圖。半導體芯片的安裝是經(jīng)過使用回流爐的軟釬焊工藝而進行，但是在回流爐內(nèi)的設定溫度和半導體芯片及基板的表面以及釬焊球上存在大的溫度差。于是，如圖11所示，若將評價系統(tǒng)110附加在軟釬焊工藝，則能夠評價半導體芯片內(nèi)部的溫度變化。具體而言，將半導體芯片1戴置在回流爐902內(nèi)的移動平臺903上進行加熱。由此，通過監(jiān)控金屬配線膜101的各區(qū)域的電阻的變化，能夠得到釬焊球114和底部填充材料 115附近的溫度曲線。安裝工藝的評價2圖12是用于說明不使用回流爐的評價系統(tǒng)110的安裝工藝的溫度曲線測定的說明圖。在本實施例中，通過根據(jù)在實施例1中得到的軟釬焊工藝的溫度曲線，控制對金屬配線膜102供給的電力且使加熱器的溫度經(jīng)時間變化，并再現(xiàn)回流爐內(nèi)的狀態(tài)，從而不使用回流爐而能夠得到工藝中的溫度曲線。通過這樣控制加熱器的溫度，還能夠再現(xiàn)半導體芯片1與底部填充材料115的熱硬化，或者在中途使加熱停止而觀察底部填充材料的硬化時的經(jīng)時變化。因此，在各材料的開發(fā)中也能夠取得有用的數(shù)據(jù)。安裝工藝的評價3圖13是用于說明在三維層疊工藝中的評價系統(tǒng)120的溫度曲線測定的說明圖。如在上述變形例4中所說明，三維層疊的半導體芯片5通過堆積多個半導體芯片1 且利用高溫壓力機加熱加壓裝置901進行加壓及加熱而制造。在此，通過將在基板111上安裝半導體芯片5的評價系統(tǒng)120附加在三維層疊工藝，能夠測定在該工藝中的溫度曲線。此外，配線群900將形成半導體芯片5的各半導體芯片1的各金屬配線膜101分別與未圖示的電流表及電壓表連接，因此能夠分別觀察在層疊的哪個半導體芯片的哪個區(qū)域能夠看到哪種溫度變化。當然，通過在配線群900使作為各半導體芯片的加熱器的金屬配線膜102與外部電源連接，并且根據(jù)在上述步驟中得到的三維層疊工藝的溫度曲線使加熱器的溫度變化， 從而不使用高溫壓力機加熱加壓裝置而能夠再現(xiàn)三維層疊工藝。第三實施方式評價系統(tǒng) 下面，對利用本申請的第三實施方式的評價系統(tǒng)的發(fā)熱特性的評價進行說明。本實施方式的評價系統(tǒng)以與實際更接近的方式搭載第二實施方式的評價系統(tǒng)，能夠得到半導體芯片及其周邊材料的熱信息。圖14是本發(fā)明的評價系統(tǒng)140的概略圖。具體而言，評價系統(tǒng)140是用評價系統(tǒng)110與由鋁材料等構(gòu)成的散熱板148以散熱片145a、擴熱器144、散熱片145b的順序夾住這些部件并用樹脂螺釘142固定的結(jié)構(gòu)。擴熱器144利用密封材料149與基板配線113連接。另外，在擴熱器144，在位于半導體芯片 1的下側(cè)的部分設有熱電偶146。此外，基板111的配線通過連接器142作為電線束143而向外部引出。根據(jù)這種評價系統(tǒng)140，通過得到半導體芯片1所具有的電阻測溫元件的溫度變化和熱電偶146的溫度變化，能夠評價與安裝時更接近的散熱特性。并且，通過計算兩者的溫度差，能夠知道散熱片145a的散熱特性(電阻)，因此還能夠取得在散熱片等的散熱材料的開發(fā)中有用的數(shù)據(jù)。此外，這種評價系統(tǒng)140能夠利用例如圖15所示的部件構(gòu)成。另外，在搭載于評價系統(tǒng)的半導體芯片上使用例如以下結(jié)構(gòu)。圖16是表示形成于兩種半導體芯片Ia及Ib上的作為測溫電阻器的金屬配線膜、 作為加熱器的配線膜與電極的組合的俯視圖。半導體芯片Ia其外形尺寸為8mmX8mm，并且層疊劃分成3X3的矩陣狀的區(qū)域鄰接而配置的金屬配線膜IOla ；劃分成2X2的矩陣狀的區(qū)域鄰接而配置的金屬配線膜 102a ；以及覆蓋外形尺寸的面積全面的電極103a。半導體芯片Ib其外形尺寸為9mmX13mm，并且層疊劃分成3X3的矩陣狀的區(qū)域分離而配置的金屬配線膜IOlb ；劃分成2X2的矩陣狀的區(qū)域鄰接而配置的金屬配線膜 102b ；以及覆蓋外形尺寸的面積全面的電極103b。此外，金屬配線膜IOlb的區(qū)域的面積是與金屬配線膜102b相同的面積。以下，表示利用本發(fā)明的第三實施方式的評價系統(tǒng)的散熱特性評價的實施例，并且更具體地說明本發(fā)明。只是，本發(fā)明不限于這些實施例。(實施例1)溫度測定評價圖17表示本發(fā)明的實施例1的評價系統(tǒng)140a的剖視圖。評價系統(tǒng)140a的結(jié)構(gòu)與評價系統(tǒng)140相比，不同點是未設置散熱片145a、145b及熱電偶146。此外，對各部件使用圖15所述的部件，對搭載于評價系統(tǒng)110的半導體芯片使用上述的半導體芯片lb。在本實施例中，通過對半導體芯片Ib施加電力而加熱金屬配線膜102b、并且利用與金屬配線膜IOlb另外準備的輻射溫度計(德圖(y 7卜_)制testo830T3)測定半導體芯片Ib的溫度，從而評價了評價系統(tǒng)140a的測溫能力。圖18表示其結(jié)果。圖18是表示相對于對半導體芯片Ib施加的電力的利用金屬配線膜IOlb的溫度測定值(口)和使用輻射溫度計測定的溫度測定值(〇)的圖表。此外，利用金屬配線膜IOlb的溫度測定值(口 )是測定區(qū)域1 (參照圖16)的溫度。另外，利用輻射溫度計的溫度測定值(〇)是測定半導體芯片Ib的測定區(qū)域1 (參照圖16)的溫度的值。如從圖18可知，在利用金屬配線膜IOlb的溫度測定值(口)與使用輻射溫度計測定的溫度測定值(〇)之間幾乎看不到差別，兩者非常一致。從該結(jié)果可知，根據(jù)本發(fā)明的評價系統(tǒng)，不使用熱電偶而利用金屬配線膜IOlb能夠準確測定由金屬配線膜102b的發(fā)熱引起的溫度的變化。(實施例2)不同區(qū)域的溫 度測定評價圖19表示本發(fā)明的實施例2的評價系統(tǒng)140b的剖視圖。評價系統(tǒng)140b與評價系統(tǒng)140a相比，不同的結(jié)構(gòu)為未使用擴熱器144。此外，對各部件使用圖15所述的部件，對搭載于評價系統(tǒng)110的半導體芯片使用上述的半導體芯片lb。在本實施例中，對半導體芯片Ib施加電力而加熱金屬配線膜102b，并且測定利用金屬配線膜IOlb的鉬配線層的全部測定區(qū)域1 9(參照圖16)的溫度。20表示其結(jié)果。圖20是表示對半導體芯片Ib施加的電力為1. 3W( )、5. 5W( □ )、13. 0W( Δ )、 20. OW(〇)時的在各測定區(qū)域1 9中的溫度測定值的圖表。如從圖20可知，隨著對半導體芯片Ib的施加電力上升，在各測定區(qū)域中的溫度也上升。另外，從不同測定區(qū)域看，半導體芯片中央的測定區(qū)域5的溫度在全體中最高，相反地半導體芯片端部的測定區(qū)域1、3、7、9的溫度比較被抑制。另外，該傾向隨著施加壓力變大而顯著。這些表示半導體芯片中央容易集中熱量，而端部側(cè)容易放跑熱量。從該結(jié)果可知，本發(fā)明能夠在金屬配線膜IOlb的每個區(qū)域準確測定由金屬配線膜102b的發(fā)熱引起的溫度變化。如此，根據(jù)本發(fā)明的評價系統(tǒng)，能夠再現(xiàn)實際封裝件的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，并且能夠在每個區(qū)域得到其發(fā)熱變動(散熱特性)的準確的溫度曲線。(實施例3)根據(jù)散熱片的有無的溫度測定評價圖21表示本發(fā)明的實施例3的評價系統(tǒng)140c的剖視圖。評價系統(tǒng)140c與評價系統(tǒng)140a的不同點是未使用擴熱器144。另外，即使在代替擴熱器144而作為散熱材料使用散熱片145的情況下，也進行了測溫。此外，對各部件使用圖15所述的部件，對搭載于評價系統(tǒng)110的半導體芯片使用上述的半導體芯片la。在本實施例中，在對評價系統(tǒng)140c使用散熱片145的情況和未使用散熱片145的情況下，測定了利用金屬配線膜IOla的鉬配線層的全部測定區(qū)域1 9(參照圖16)的溫度。此外，對半導體芯片Ia的施加電力做成一定。圖22是表示對半導體芯片Ia施加的電力為15W時的在使用散熱片145的情況下的在各測定區(qū)域1 9中的溫度測定結(jié)果(口)和在未使用散熱片145的情況下的在各測定區(qū)域1 9中的溫度測定結(jié)果(〇)的圖表。還從圖22可知，將散熱片設置于半導體芯片與散熱板之間的溫度測定結(jié)果(口) 在全區(qū)域低于未使用散熱材料的溫度測定結(jié)果(〇)。這些表示通過使用高導熱性的散熱材料，由半導體芯片產(chǎn)生的熱有效地向散熱板傳導。另外可知，各測定區(qū)域間的溫度分布由于散熱片而減少。這些表示，通過半導體芯片Ia與散熱板的密合性提高，接觸電阻減少，并且由半導體芯片Ia產(chǎn)生的熱有效地分散到面內(nèi)而傳導。如此，根據(jù)本發(fā)明的評價系統(tǒng)，能夠評價散熱材料等的每部件的散熱特性和其效^ O(實施例4)根據(jù)熱循環(huán)試驗的溫度測定評價在本實施例中，利用評價系統(tǒng)140d，通過在如下所述的熱循環(huán)試驗的前后，并在一定的施加電力下，測定全部測定區(qū)域1 9(參照圖16)的溫度，進行評價。此外，評價系統(tǒng) 140d只是代替評價系統(tǒng)140c的半導體芯片Ia而使用半導體芯片lb，因此省略附圖。熱循環(huán)試驗通過反復進行180次如下循環(huán)而進行，即，以_40°C保持15分鐘之后，用一分鐘使試驗范圍內(nèi)的溫度上升至+125°C且以該溫度保持15分鐘后，再次用一分鐘使溫度下降至-40°C且以該溫度保持15分鐘。此外，對熱循環(huán)試驗裝置使用ETAC制的 NT1530W。圖23是表示對半導體芯片Ib施加的電力為20W時的在各測定區(qū)域1 9中的熱循環(huán)試驗前的溫度測定結(jié)果(〇)和熱循環(huán)試驗后的溫度測定結(jié)果(口)的圖表。如圖23所示，在測定區(qū)域2 5中，在熱循環(huán)試驗前和試驗后其溫度測定結(jié)果幾乎看不到差別。另一方面，確認到在測定區(qū)域1及6 9中，熱循環(huán)試驗后比熱循環(huán)試驗前還成為高溫。這考慮是如下原因所致，由于熱循環(huán)試驗的負荷，在基板或半導體芯片產(chǎn)生翹曲，或者與散熱片的密合性降低，從而在測定區(qū)域1及6 9中導熱效率降低。

如此，根據(jù)本發(fā)明的評價系統(tǒng)，在如熱循環(huán)試驗的可靠性試驗時，可以看見安裝于封裝件上的散熱材料的散熱變動，并且能夠評價在實際使用環(huán)境下的散熱材料的散熱特性。以下，對本發(fā)明的半導體芯片和其評價系統(tǒng)進行說明。根據(jù)本發(fā)明，由于模仿了加熱器為半導體芯片的發(fā)熱源的半導體元件，因此電阻測溫元件能夠測定從發(fā)熱源距離數(shù)ym 數(shù)十μ m的位置的溫度。另外，通過準確測定作為發(fā)熱源的半導體芯片與基板的接合部的溫度曲線，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)接合工藝的最佳化，而且還能夠得到對接合部件的開發(fā)極其重要的數(shù)據(jù)。另外，例如在高溫高濕試驗等中，通過在試驗槽內(nèi)暴露在高溫中，評價結(jié)構(gòu)部件的耐久性，因此難以再現(xiàn)實際從內(nèi)部發(fā)熱的半導體芯片的安裝時的狀況，但是根據(jù)本發(fā)明，由于能夠用加熱器直接加熱半導體芯片，因此與現(xiàn)有的對試驗槽內(nèi)加熱的方法相比，能夠得到準確的溫度曲線。而且，熱容量變得非常小，并能夠以短時間控制半導體芯片的溫度，因此尤其在熱循環(huán)試驗中能夠大幅度縮短加熱、冷卻所需的時間。例如，若加熱和冷卻分別需要30分鐘， 則要達到1000循環(huán)需要42天。但是，根據(jù)本發(fā)明，加熱、冷卻可以分別需要5分鐘，因此能夠使開發(fā)時間大幅度地縮短，并且能夠控制所需的能量。并且，實際上不使用回流爐或高壓壓力機加熱加壓裝置等的大規(guī)模設備，能夠利用加熱器再現(xiàn)相同的熱履歷。第四實施方式器件芯片圖24是本發(fā)明的第四實施方式的器件芯片6的剖視圖。器件芯片6與半導體芯片1的不同點是，具有半導體元件600及用于其連接的開 Π 60。具體而言，器件芯片6依次層疊有設置于硅基板100的一個面的半導體元件600 ；設置成不與該半導 體元件600接觸的作為測溫電阻器的金屬配線膜101 ；作為絕緣層的聚酰亞胺膜604a ；作為加熱器的金屬配線膜102 ；作為絕緣層的聚酰亞胺膜604b ；與半導體元件600及金屬配線膜101及金屬配線膜102電連接的電極103;以及作為保護層的聚酰亞胺膜604c。此外，在與基板的連接上利用Au凸起614。另外，在此半導體元件600與金屬配線膜101做成未電連接的結(jié)構(gòu)，但是也可以是金屬配線膜101及金屬配線膜102的中的任一個與半導體元件600連接。并且，器件芯片6不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以進行與上述的變形例2 4相同的變形。另外，若將器件芯片6安裝于基板而做成評價系統(tǒng)，則如同上述能夠得到各種溫度曲線。器件芯片的修復方法當高密度地安裝多個器件芯片時，有時在某特定的器件芯片上發(fā)生連接不良。此時，若能夠只修復特定的器件芯片，則能夠使產(chǎn)品的成品率提高。修復裝置有利用熱風或激光等的裝置，但若是熱風，由于其指向性具有界限，周邊芯片也同時被加熱，因此不適于只修復特定的半導體芯片。另外，若用激光，難以均勻加熱多個凸起，而且，在光源與芯片之間存在遮蔽物的情況下修復變得非常困難。在本發(fā)明的第四實施方式的器件芯片6中，能夠拆卸特定的半導體芯片進行修
Μ. ο圖25是用于說明安裝于基板611的器件芯片6的修復的說明圖。本發(fā)明的器件芯片6利用固定材料即Au凸起614及非導電性膜615固定并安裝于基板611上。此外，電極103與基板611的基板配線電連接，各配線作為配線群601集中引出。利用配線群601，作為電阻測溫元件的金屬配線膜101與未圖示的電流表及電壓表連接，作為加熱器的金屬配線膜102與未圖示的外部電源連接。這種器件芯片6的修復能夠如下進行，用電阻測溫元件監(jiān)視溫度的同時將加熱器加熱至超過非導電性膜的玻化溫度的溫度，并且從基板611只拆卸器件芯片6。其后，修復器件芯片6并再次安裝于基板611，則不使其他器件芯片的連接可靠性降低，而能夠選擇性地只修復特定的器件芯片，因此能夠提高成品率。此外，器件芯片6在代替Au凸起614而利用釬焊球安裝于基板的情況下，通過加熱至釬焊球的熔點，能夠得到相同的效果。第五實施方式充電池圖17是本發(fā)明的第五實施方式的將器件芯片6設置于內(nèi)部的充電池700的概略圖。充電池700包括電極701 ；作為機箱的外殼702 ；金屬板703 ；貼于金屬板703的器件芯片6 ；以及連接器件芯片6的加熱器配線與充電池700的配線705。此外，器件芯片 6的電阻測溫元件即金屬配線膜101與未圖示的電流表及電壓表連接。在這種結(jié)構(gòu)的充電池700中，器件芯片6利用電阻測溫元件來監(jiān)視充電池700的環(huán)境溫度。而且，若環(huán)境溫度比預定的值還低，則為了避免充電池的單體電池電壓降低，將充電池作為外部電源對器件芯片6供電。由此，能夠控制由環(huán)境溫度的降低所引起的單體電池電壓的降低。
此外，上述實施方式的意圖是舉例說明本發(fā)明的要點，并不限制本發(fā)明。很多替代品、修改、變形例對本領域技術(shù)人員而言是很顯然的。
權(quán)利要求
1.一種評價系統(tǒng)，用于評價半導體芯片，其特征在于，具有半導體芯片，該半導體芯片在半導體基板的一個面具有由多個區(qū)域構(gòu)成的作為電阻測溫元件的第一配線和由一個或多個區(qū)域構(gòu)成的作為加熱器的第二配線中的至少一種、和用于電連接上述第一配線及第二配線的電極； 安裝該半導體芯片的安裝基板；以及在上述半導體基板的另一個面?zhèn)龋潭ㄓ谏鲜霭惭b基板的散熱材料， 上述第一配線與電流表及電壓表電連接，并能夠?qū)γ總€區(qū)域進行測溫， 上述第二配線與電源電連接，并能夠?qū)γ總€區(qū)域進行加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價系統(tǒng)，其特征在于，上述第一配線與上述第二配線形成于上述半導體基板上的相同面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價系統(tǒng)，其特征在于， 上述第一配線與上述第二配隔著絕緣層而層疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價系統(tǒng)，其特征在于， 上述第一配線為鉬配線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價系統(tǒng)，其特征在于， 上述第二配線為鎳配線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價系統(tǒng)，其特征在于，上述第二配線還與電流表及電壓表電連接，從而作為加熱器兼電阻測溫元件而發(fā)揮功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價系統(tǒng)，其特征在于， 還具有用于測定上述散熱材料的溫度的溫度測定機構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價系統(tǒng)，其特征在于， 上述散熱材料固定于上述安裝基板上。
9.一種評價用半導體芯片，其特征在于， 具有半導體基板，在上述半導體基板的面上具有絕緣層；由多個區(qū)域構(gòu)成的作為電阻測溫元件的多個第一配線；由一個或多個區(qū)域構(gòu)成的作為加熱器的一個或多個第二配線；與上述第一配線電連接的第一電極；以及與第二配線電連接的第二電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價用半導體芯片，其特征在于， 上述第一配線與上述第二配線隔著上述絕緣層而層疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的評價用半導體芯片，其特征在于， 上述第一配線設置于比上述第二配線還靠上述半導體基板側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的評價用半導體芯片，其特征在于，上述第二配線層設置于比上述第一配線層還靠上述半導體基板側(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的評價用半導體芯片，其特征在于，上述第一配線的區(qū)域的數(shù)量比上述第二配線的區(qū)域的數(shù)量還多。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的評價用半導體芯片，其特征在于，設置上述第二配線的每一個區(qū)域比設置上述第一配線的每一個區(qū)域還大。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價用半導體芯片，其特征在于，上述第一配線與上述第二配線配置于相同面內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價用半導體芯片，其特征在于， 上述第一配線為鉬配線。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價用半導體芯片，其特征在于， 上述第二配線為鎳配線。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的評價用半導體芯片，其特征在于， 上述第一配線在每個區(qū)域具有成對的上述第一電極，上述第二配線在每個區(qū)域具有成對的上述第二電極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的評價用半導體芯片，其特征在于， 在每一個上述第一配線的區(qū)域具有四個上述第一電極。
20.一種評價系統(tǒng)的修復方法，修復權(quán)利要求1至8中任何一項所述的評價系統(tǒng)，其特征在于，進行以下步驟加熱上述第一或第二配線而使對上述安裝基板的固定材料熔化的步驟； 從上述安裝基板除去上述器件芯片的步驟； 修復已除去的上述器件芯片的步驟；以及將上述器件芯片再次安裝于安裝基板的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供評價半導體芯片的技術(shù)。具體而言，本發(fā)明提供評價用半導體芯片、評價系統(tǒng)及其修復方法。半導體芯片在硅基板的一個面層疊由多個區(qū)域構(gòu)成的作為電阻測溫元件的金屬配線膜(101)及由一個或多個區(qū)域構(gòu)成的作為加熱器的金屬配線膜(102)中的至少一種；以及用于將金屬配線膜(101)及金屬配線膜(102)與安裝基板連接的電極(103)。通過將半導體芯片安裝于安裝基板，且將金屬配線膜(101)與電流表及電壓表電連接，將金屬配線膜(102)與電源電連接，提供能夠評價在半導體芯片的上述各區(qū)域中的測溫及加熱以及其溫度曲線的評價系統(tǒng)。
文檔編號G01N25/00GK102192921SQ201110047399
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者加藤薰子, 天明浩之, 山口欣秀, 山本禮, 松島直樹, 池田宇亨, 稻田禎一, 西龜正志, 長谷部健彥 申請人:日立化成工業(yè)株式會社