評価用半導体チップ、評価システムおよび放熱材料評価方法
【課題】半導体装置の熱抵抗を容易に評価することができる評価用半導体チップを提供する。
【解決手段】評価用半導体チップにおいて、半導体チップを構成するシリコン基板１００と、シリコン基板１００の面上に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の金属配線膜１０１と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の金属配線膜１０２と、金属配線膜１０１に電気的に接続された電極１０３と、金属配線膜１０２に電気的に接続された電極１０３とが形成されたものである。
【解決手段】評価用半導体チップにおいて、半導体チップを構成するシリコン基板１００と、シリコン基板１００の面上に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の金属配線膜１０１と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の金属配線膜１０２と、金属配線膜１０１に電気的に接続された電極１０３と、金属配線膜１０２に電気的に接続された電極１０３とが形成されたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および放熱材料の評価技術に関し、特に評価用半導体チップを用いた評価システムおよび放熱材料評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）やメモリをはじめとする半導体チップでは、信号処理の高速化や、実装密度の向上が強く要求されている。そのため、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を始めとする半導体素子の微細化が進められてきた。また、半導体チップの実装基板についても、ビルドアップ方式などに代表される配線の高密度化を実現する技術が開発されてきている。
【０００３】
さらに、システム化の容易さから、半導体チップを複数組み合わせた半導体パッケージの開発が活発となり、薄く研磨した半導体チップを積層した３次元実装技術が注目されている。このような３次元実装構造では、半導体チップと基板の双方の配線密度が向上し、半導体チップと基板を電気的に接続する端子についても、微細化や多ピン化が急激に進んでいる。
【０００４】
上記のような高密度な半導体チップでは、その実装に用いられる材料が非常に多く、また、複雑なプロセスを経て製造されている。一般的に、半導体チップでは積層の度に加熱を繰り返さなければならないが、後の工程では先の工程における処理の信頼性を損なわないよう、先の工程よりも低温で処理を行ういわゆる温度階層プロセスが採用されている。
【０００５】
よって、材料開発や製造プロセスの確立には、各プロセスにおける温度履歴を正確に把握することが不可欠である。
【０００６】
また、一般的に製造された半導体の実装信頼性の評価は、ＪＥＩＴＡ規格 ＥＩＡＪ ＥＤ４７０１／１００に記載されている半導体デバイスの環境および耐久性試験に則って行われる。実装信頼性評価は、発熱源である半導体チップの接続部、すなわち、半導体素子を構成するタングステン、アルミニウム、銅などの微細配線に流れる電流による熱抵抗、あるいはＦＥＴ電極間（ソース−ドレイン間）の電子の移動による熱抵抗による温度の変化を評価するものである。
【０００７】
このような温度履歴の測定には、従来から、熱電対を温度センサとして半導体チップや半導体パッケージの周辺に実装する方法が採用されている。
【０００８】
例えば、日立評論 Ｖｏｌ．９１，Ｎｏ．０５，ｐ．４５６（非特許文献１）には、高密度実装で課題となる応力・発熱解析に向けた評価用素子によるソリューションを提案している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】日立評論 Ｖｏｌ．９１，Ｎｏ．０５，ｐ．４５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、熱電対を温度センサとして実装する方法では、実際に評価対象（発熱源）である接続部に熱電対を設けるのは困難であるため、接続部から離れた半導体チップや半導体パッケージの裏面、またはその周囲の基板上に熱電対を設置して温度測定を行っていた。これでは、発熱源である半導体チップの正確な温度を把握したり、評価試験時に加熱したりすることができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、半導体装置の熱抵抗を容易に評価することができる評価用半導体チップ、評価システムおよび放熱材料評価方法を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１４】
すなわち、代表的なものの概要は、半導体チップを評価するための評価用半導体チップであって、半導体チップを構成する半導体基板と、半導体基板の面上に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とが形成されたものである。
【００１５】
また、半導体チップを評価するための評価システムであって、半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、評価用半導体チップを実装する実装基板と、評価用半導体チップの半導体基板の他方の面側に、実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備え、第２の配線に電源を電気的に接続して、第２の配線の領域ごとに加熱を行い、第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、第１の配線の領域ごとに測温を行うものである。
【００１６】
また、半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、評価用半導体チップを実装する実装基板と、評価用半導体チップの半導体基板の他方の面側に、実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、第２の配線に電源を電気的に接続して、第２の配線の領域ごとに加熱を行い、第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、第１の配線の領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、放熱材料の放熱板との密着性の変化を検出するものである。
【００１７】
また、半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、評価用半導体チップを実装する実装基板と、評価用半導体チップの半導体基板の他方の面側に、実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料と、評価用半導体チップと実装基板との間に充填された硬化性樹脂材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、第２の配線に電源を電気的に接続して、第２の配線の領域ごとに加熱を行い、第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、第１の配線の領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、硬化性樹脂材料の充填状態および硬化状態を計測するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１９】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、半導体装置の熱抵抗を容易に評価することができ、半導体装置および放熱材料の評価を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの電極の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの製造方法の過程を示す遷移図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る評価システムの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成部材の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る評価システムの配置例について説明するための説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価システムの構成を示す断面図である。
【図１８】評価システムによる放熱特性評価の結果を表す図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価システムの構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価システムの構成を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態４に係る評価用半導体チップの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
＜評価用半導体チップの構成＞
図１〜図４により、本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの構成を示す断面図、図２は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図、図３は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図、図４は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの電極の一例を示す図である。
【００２３】
図１において、評価用半導体チップ１は、シリコン基板１００の一方の面に、測温抵抗体としての金属配線膜１０１と、絶縁層としてのポリイミド膜１０４ａと、ヒータとしての金属配線膜１０２と、絶縁層としてのポリイミド膜１０４ｂと、金属配線膜１０１および金属配線膜１０２を実装基板に電気的に接続するための電極１０３と、保護層としてのポリイミド膜１０４ｃとが順次積層されて構成されている。また、評価用半導体チップ１の表面には、開口部１１、１２、２１、２２が設けられている。
【００２４】
また、金属配線膜１０１は、測温抵抗体として利用可能な金属の配線パターンが形成されたものである。
【００２５】
図２に金属配線膜１０１の配線パターンの一例を示す。図２に例示したパターンでは、金属配線膜１０１は方形に蛇行する独立した白金配線であり、３×３のマトリクス状に分画された領域にそれぞれ形成されている。分画する領域数はいくつでもよく、その配置の仕方は、図２に示すように各領域が隣接していてもよいし、離れていてもよい。
【００２６】
図２に例示したパターンでは、各白金配線はそれぞれ配線の両端に２つずつ、計４つの端子１０１１を有しており、端子１０１１は図１の電極１０３に接続される。このように、各配線の電気抵抗はいわゆる４端子法により測定できる。すなわち、白金の抵抗温度係数（３．９×１０-3／Ｋ）から白金配線の各領域における温度を測定することが可能である。この詳細については後述する。
【００２７】
なお、ここでは各領域で独立した白金配線を設けた構成を例示しているが、金属配線膜１０１が１つの連続した配線からなる構成としてもよいし、連続した配線を途中から分岐させ、端子を設けてもよい。
【００２８】
また、金属配線膜１０１に使用する金属材料としては、温度と電気抵抗の線形性に優れており、また腐食耐性、マイグレーション耐性に優れていて膜質変化が小さいことから、特に白金を利用することが望ましい。白金以外の金属材料、例えばニッケル、銅などを利用する場合には、使用に際して温度と電気抵抗の相関関係を計測して、あらかじめ検量線を作製しておく必要があるが、チップ作製コストは低減できる。しかし、これらの金属は腐食耐性・マイグレーション耐性は白金より劣るので、繰り返して使用しないならば、ニッケルや銅を用いるなど、用途・目的に応じて使い分けすればよい。
【００２９】
また、金属配線膜１０２は、ヒータとして利用可能な金属の配線パターンが形成されたものである。図３に金属配線膜１０２の配線パターンの一例を示す。図３に例示したパターンでは、金属配線膜１０２は、ニッケル配線または銅配線が２×２のマトリクス上に分画された４領域に蛇行する一連の配線パターンである。
【００３０】
ニッケル配線または銅配線は、両端および途中に３つの端子１０２１を有しており、図１の電極１０３にそれぞれ接続される。加熱領域を分画する場合、その領域数はいくつでもよく、その配置の仕方は、図３に例示するように各領域が隣接していてもよいし、離れていてもよい。また、配線への電磁波シールドとしてシールド１０２２を有する。
【００３１】
評価対象となっている半導体装置に使われている半導体チップ内の各機能領域を模擬するような配置で、加熱領域（金属配線膜１０２）を配置し、各領域のみを選択して加熱するための途中端子１０２１を設ける。このような構成により、ニッケル配線または銅配線の加熱領域を選択することが可能となり、半導体チップ発熱領域を模擬できる。
【００３２】
なお、図３に例示したパターンでは途中に端子を設ける構成としているが、もちろん、簡易的な評価のために両端のみに端子を設けてもよいし、図２に例示した金属配線膜１０１と同様なパターン、すなわち、分画した各領域に独立した配線をそれぞれに設けてもよい。
【００３３】
また、金属配線膜１０２に使用する金属材料は上記ではニッケルまたは銅としたが、これに限らない。評価対象となっている半導体装置に使われている半導体チップの発熱挙動を模擬できるような導体抵抗を有し、低コストで微細なパターンを加工形成でき、且つ高温耐久性を有する金属であればよい。具体的にいくつか列記すると、ニッケルクロム系合金、ニッケルクロムアルミニウム系合金、銅系合金、銅マンガン、銅ニッケル、鉄クロム系合金、タングステンなどである。
【００３４】
図４に電極１０３の一例を示す。電極１０３は金属配線膜１０１および金属配線膜１０２と電気的に接続されている外部接続用の電極である。図４に例示したパターンでは、外部接続用電極１０３１が金属配線膜１０１の端子１０１１と、外部接続用電極１０３２が金属配線膜１０２の有する端子１０２１と接続されている。
【００３５】
図１に例示する通り、電極１０３上にはポリイミド膜１０４ｃが保護層として形成されており、ポリイミド膜１０４ｃには、開口部２１および開口部２２が設けられている。開口部２１は、後述する配線基板１１１や他の半導体チップと金属配線膜１０１につながる電極１０３を接続するための開口であり、開口部２２は、配線基板１１１と金属配線膜１０２につながる電極１０３を接続するための開口である。
【００３６】
さらに、絶縁層として、金属配線膜１０１と金属配線膜１０２の間にポリイミド膜１０４ａが、金属配線膜１０２と電極１０３の間にポリイミド膜１０４ｂが設けられている。ポリイミド膜１０４ａおよびポリイミド膜１０４ｂには、共に金属配線膜１０１と電極１０３とを接続するための開口部１１が形成され、ポリイミド膜１０４ｂには、さらに金属配線膜１０２と電極１０３とを接続するための開口部１２が形成されている。
【００３７】
このように、開口部１１は、ポリイミド膜１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの同一の場所に設けられているので、金属膜１０１は、開口部１１および開口部２１のどちらの開口部からも電気的な接続することが可能である。
【００３８】
同様に、金属配線膜１０２では、開口部１２および開口部２２のどちらの開口部からも電気的な接続を確保することが可能である。このような構成をとったことにより、開口部２１および開口部２２を用いてＢＧＡ型実装構造を採用することもできるし、開口部１１および開口部１２を用いてＷＢ型実装構造を採用することもできる。さらに、これらの開口部は導通検査用端子として用いることもできる。
【００３９】
このような半導体チップ１を実装基板に実装することで、さまざまな温度プロセスを評価することが可能である。
【００４０】
＜評価用半導体チップの製造方法＞
次に、図５により、本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの製造方法について説明する。図５は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの製造方法の過程を示す遷移図である。
【００４１】
まず、シリコン基板１００の一方の面に、図示しないシリコン酸化膜を成長させる。シリコン酸化膜は、９００℃程度のスチーム雰囲気下でシリコンと酸素を反応させるような、一般的な方法で形成すればよい。そして、シリコン酸化膜上に、白金配線パターンを有する金属配線膜１０１をリフトオフ法により形成する（図５（ａ））。具体的には、まずシリコン酸化膜上にパターニングされたレジストを形成し、ＰｔＯ膜１０１ａ、Ｐｔ膜１０１ｂ、ＴｉＯ膜１０１ｃを順次蒸着する。
【００４２】
そして、レジストを除去して図２に示す配線パターンを完成させる。本実施の形態では、リフトオフ法を採用しているので、配線厚は、実効的には最大１μｍ程度である。このような薄膜構造の測温体を用いたことにより、測温膜自身の熱容量を最小化でき、その結果として高速応答性が実現できる。
【００４３】
なお、ＰｔＯ膜１０１ａはシリコン酸化膜と、ＴｉＯ膜１０１ｃはポリイミド膜１０４ａとの密着性を向上させるために、それぞれＰｔ膜１０１ｂに対して１／１００程度の膜厚で設けている。
【００４４】
次に、絶縁層として、金属配線膜１０１の両端を覆い、端子１０１１部分を開口させた膜厚約５μｍのポリイミド膜１０４ａを形成し、そして、ポリイミド膜１０４ａ上に、ニッケル配線パターンを有する金属配線膜１０２を形成する（図５（ｂ））。
【００４５】
例えば、Ｃｒ膜およびＣｕ膜の積層膜をシード膜として、レジストのフォトリソグラフィおよびＮｉ電気めっきを併用するセミアディティブ法を用いることにより、図３に記載の配線パターンを有する金属配線膜１０２を形成することができる。
【００４６】
さらに、金属配線膜１０２の両端を覆い、端子１０１１および端子１０２１部分を開口させたポリイミド膜１０４ｂを形成し、ポリイミド膜１０４ｂ上に、セミアディティブ法により図４に記載の外部接続用の電極１０３を形成する（図５（ｃ））。
【００４７】
そして最後に、後述する実装基板等と電極１０３を接続するための開口を有する保護層としてのポリイミド膜１０４ｃを形成することで（図５（ｄ））、図１に示す評価用半導体チップを得ることができる。
【００４８】
なお、本発明は、本実施の形態に係る評価用半導体チップに制限されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変形が可能である。
【００４９】
例えば、測温抵抗体、およびヒータは、どのような位置関係で配置されていてもよい。
【００５０】
また、測温抵抗体、ヒータ、および電極は、シリコン基板の同一面内（同一層）に形成してもよい。
【００５１】
さらに、配線の温度と電気抵抗の関係を明らかにしておくことで、ヒータと測温抵抗体を１つの配線で兼ねることもできる。すなわち、配線に接続した電源から電力を供給すると同時に電気抵抗を測定すれば、別途配線を設けずとも発熱する配線自身の温度を測定することが可能となる。これにより、本発明の半導体チップの構造を大幅に簡素化し、短ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）での製造が可能となり、また製造コストの大幅低減が可能となる。
【００５２】
なお、抵抗測温体としての金属配線膜１０１のみを備え、ヒータ機能を持たない構成としてもよい。例えば、外部から熱を加えるプロセスの温度プロファイル計測を行う場合には、必ずしも半導体チップ内にはヒータが必須ではないため、より簡素な構成とすることができる。
【００５３】
＜評価用半導体チップの変形例＞
以下に、本実施の形態の評価用半導体チップの変形例を具体的に示す。
【００５４】
図６〜図９により、本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例について説明する。図６〜図９は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【００５５】
○変形例１
図６において、評価用半導体チップ２は、測温抵抗体としての金属配線膜２０１と、ヒータとしての金属配線膜２０２とが、図１に示す評価用半導体チップ１の測温抵抗体（金属配線膜１０１）、およびヒータ（金属配線膜１０２）と逆の位置に配置されている。その他の構成は図１の評価用半導体チップ１と同様である。
【００５６】
このような構成の評価用半導体チップ２によれば、測温抵抗体としての金属配線膜２０１の測定エリアより電極１０３が外部接続される開口部２１および開口部２２の近傍となっている。そのため、より発熱源に近い位置（例えば、硬化性樹脂材料であるアンダーフィル材）の温度をより正確に測定することが可能であるが、ポリイミド膜１０４ａ、１０４ｂは十分に薄く、従って熱容量は十分に小さいので、実用上の性能差はほとんどない。金属配線膜２０１と２０２は、形成歩留り差を考慮し、有利構造を選択するとよい。
【００５７】
○変形例２
図７において、評価用半導体チップ３は、測温抵抗体としての金属配線膜３０１とヒータとしての金属配線膜３０２とが、同じ面内の酸化膜上に形成され、金属配線膜３０１および金属配線膜３０２の両端を覆うように、金属配線膜３０１と電極１０３とを接続するための開口部３１および金属配線膜３０２と電極１０３とを接続するための開口部３２を有するポリイミド膜３０４が設けられている。その他の構成は図１の評価用半導体チップ１と同様である。
【００５８】
このような構成によれば、絶縁層としての２つのポリイミド膜（ポリイミド膜１０４ａおよびポリイミド膜１０４ｂ）を１つのポリイミド膜３０４で実現できるため、半導体チップ１に比べて層数を減少させ、より低コストに、簡便な方法で半導体チップを製造することが可能である。
【００５９】
○変形例３
図８において、評価用半導体チップ４は、測温抵抗体とヒータの機能を兼ねる金属配線膜４０２のみが形成され、金属配線膜４０２の両端を覆うように、金属配線膜４０２と電極１０３とを接続するための開口部４１および開口部４２を有するポリイミド膜４０４が設けられている。なお、金属配線膜４０２には、例えば、図２に示すようなＮｉ配線またはＣｕ配線を利用することができる。その他の構成は図１の評価用半導体チップ１と同様である。
【００６０】
このような半導体チップ４を後述する配線基板１１１に実装し、両端の端子に電源と電圧計を接続することで、Ｎｉ配線またはＣｕ配線に流れる電流を制御するとともに、ニッケルの抵抗温度係数（６．３×１０-3／Ｋ）または銅の抵抗温度係数（４．３×１０-3／Ｋ）からＮｉ配線またはＣｕ配線の各領域における温度を測定することが可能である。
【００６１】
このような構成の評価用半導体チップ４によれば、図１に示す評価用半導体チップ１に比べてポリイミド膜および金属配線膜をそれぞれ１つずつ省略できるため、製造プロセスの簡素化と、製造コストの大幅な低減が可能である。
【００６２】
○変形例４
図９において、評価用半導体チップ５は、図１に示す評価用半導体チップ１を複数積み上げた３次元積層チップである。
【００６３】
なお、評価用半導体チップ５は、例えば、評価用半導体チップ１の端子１０１１領域にスルーホール５０１を形成して上下の評価用半導体チップ１間の導通をとり、評価用半導体チップ１の測温抵抗体やヒータの配線を電極などにより評価用半導体チップ５として引き出せるようになっている。
【００６４】
また、この評価用半導体チップ５としての電極の接続の組み合わせにより、それぞれの評価用半導体チップ１の測温抵抗体やヒータを動作させる組み合わせを指定することができるようになっている。
【００６５】
そして、高温プレス加熱加圧装置９０１によって圧着することで評価用半導体チップ５を製造することが可能である。
【００６６】
このような構成の評価用半導体チップ５によれば、３次元積層構造の半導体チップの温度プロセスを評価することが可能である。
【００６７】
（実施の形態２）
＜評価システムの構成＞
図１０により、本発明の実施の形態２に係る評価システムの構成について説明する。図１０は本発明の実施の形態２に係る評価システムの構成を示す断面図である。
【００６８】
図１０において、評価システム１１０は、はんだバンプ１１４によって、プリント基板やセラミック基板等の配線基板１１１に評価用半導体チップ１を実装したものである。配線基板１１１には、測温抵抗体である金属配線膜１０１に接続される基板配線１１３ａとヒータである金属配線膜１０２に接続される基板配線１１３ｂが設けられている。はんだバンプ１１４を用いて接続する場合は、開口部１１と開口部１２は閉じていても良い。
【００６９】
なお、配線群９００は、基板配線１１３ａを介して抵抗測温体である金属配線膜１０１と図示しない電流計および電圧計を結線し、また、基板配線１１３ｂを介してヒータである金属配線膜１０２と図示しない外部電源とを結線している。
【００７０】
これにより、金属配線膜１０２の加熱と、金属配線膜１０１の各領域における電気抵抗を４端子法により測定することが可能である。この測定結果と白金の抵抗温度係数（３．９×１０-3／Ｋ）から、白金配線の各領域の温度を測定することが可能である。
【００７１】
なお、本実施の形態においては、評価システムに用いられる評価用半導体チップとして、図１に示す評価用半導体チップ１で説明したが、評価用半導体チップの形状は、これに限らず、例えば、図６〜図９に示す評価用半導体チップを配線基板１１１に実装するようにしてもよい。
【００７２】
＜評価システムによる実装プロセスの評価＞
次に、図１１〜図１３により、本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価について説明する。図１１〜図１３は本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【００７３】
○実装プロセスの評価１
図１１はリフロー炉を使用した評価システム１１０の実装プロセスの温度プロファイル測定を説明するための説明図である。
【００７４】
半導体チップのＢＧＡ実装は、リフロー炉を使用したはんだ付けプロセスを経て行われるが、リフロー炉内の設定温度や半導体チップおよび基板の表面、そしてはんだバンプには、大きな温度差が存在する。そこで、図１１に示すように、評価システム１１０をはんだ付けプロセスに付せば、半導体チップ内部の温度変化を評価することができる。
【００７５】
具体的には、半導体チップ１をリフロー炉９０２内の移動ステージ９０３に戴置して加熱する。これにより、金属配線膜１０１の各領域の電気抵抗の変化をモニタすることで、はんだバンプ１１４やアンダーフィル材１１５近傍の温度プロファイルを得ることが可能である。この用途で用いる場合、金属配線膜１０２に電力供給する必要がなく、測温金属配線膜１０１の抵抗変化をモニタするだけであり、配線群９００から供給する電力は小さくて十分であることは言うまでもない。
【００７６】
○実装プロセスの評価２
図１２はリフロー炉を使用しない評価システム１１０の実装プロセスの温度プロファイル測定を説明するための説明図である。
【００７７】
この実装プロセスの評価では、実装プロセスの評価１で得たはんだ付けプロセスの温度プロファイルに従って金属配線膜１０２へ供給される電力を制御してヒータの温度を経時変化させ、リフロー炉内における状態を再現することで、リフロー炉を使用せずともプロセス中の温度プロファイルを得ることを可能としたものである。
【００７８】
このようにヒータの温度を制御することによって、評価用半導体チップ１とアンダーフィル材１１５の熱硬化を再現したり、途中で加熱を停止させてアンダーフィル材１１５の硬化時の経時変化を観察したりすることが可能である。
【００７９】
チップ１内部の発熱体（金属配線膜１０２）は熱容量が小さいため、電力停止すると速やかに加熱が停止するので、加熱途中停止操作によって、アンダーフィル硬化途中挙動の観察が可能になる。よって、各材料の開発においても、有用なデータが取得できる。
【００８０】
より具体的には、図１１に例示した方法によってリフロー炉内処理中の半導体チップ内部の温度分布とその経時変化を計測し、その計測値を再現するように金属配線膜１０２へ供給する電力を制御する。このようにすることにより、リフロー炉を使用せずとも半導体チップ実装プロセスの温度プロセスファイルを忠実に再現できる。これにより、バンプ接続時のバンプ内ボイドを最小化する温度プロファイル設定のための条件検討に要する時間を著しく短時間化できる。
【００８１】
○実装プロセスの評価３
図１３は３次元積層プロセスにおける評価システム１２０の温度プロファイル測定を説明するための説明図である。
【００８２】
実施の形態１の評価用半導体チップの変形例４で説明したように、３次元積層された評価用半導体チップ５は、複数の評価用半導体チップ１を積み上げて高温プレス加熱加圧装置９０１で加圧および加熱することで製造される。ここで、評価用半導体チップ５を配線基板１１１に実装した評価システム１２０を３次元積層プロセスに付すことで、該プロセス中における温度プロファイルを測定することができる。
【００８３】
なお、配線群９００は、評価用半導体チップ５を形成する各評価用半導体チップ１の各金属配線膜１０１をそれぞれ図示しない電流計および電圧計と結線しているため、積層されたどの半導体チップのどの領域にどのような温度変化が見られるのかを、それぞれ観察することが可能である。
【００８４】
もちろん、配線群９００に、各評価用半導体チップのヒータである金属配線膜１０２と外部電源とを結線させ、上記で得た３次元積層プロセスの温度プロファイルに従ってヒータの温度を変化させることで、高温プレス加熱加圧装置を使用せずに３次元積層プロセスを再現することも可能である。
【００８５】
（実施の形態３）
＜評価システムの構成＞
図１４により、本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成について説明する。図１４は本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成を示す断面図であり、放熱特性の評価をする構成である。
【００８６】
図１４において、評価システム１４０は、実施の形態２の評価システムをより実際に近い形状で搭載し、評価用半導体チップおよびその周辺材料の熱情報を得ることを可能とするものであり、図１０に示す評価システム１１０とアルミ材等からなる放熱板１４８とで、放熱シート１４５ａ、ヒートスプレッダ１４４、放熱シート１４５ｂをこの順で挟んで断熱性ネジ１４１で固定したものである。
【００８７】
ヒートスプレッダ１４４は、シール材１４７により基板配線１１３と接続されている。また、ヒートスプレッダ１４４には、評価用半導体チップ１の下側に位置する部分に熱電対１４６が設けられている。なお、配線基板１１１の配線の少なくとも一部は、コネクタ１４２を介してハーネス１４３として外部回路に電気的に接続されている。
【００８８】
このような評価システム１４０によれば、評価用半導体チップ１の備える抵抗測温体の温度変化と、熱電対１４６の温度変化とをそれぞれ独立して測定できる。これにより、実装時に近い放熱特性を評価することが可能である。
【００８９】
さらに、両者の温度差を算出することで、放熱シート１４５ａの放熱特性（熱抵抗）を知ることもできるため、放熱シート等の放熱材料の開発においても有用なデータを取得することができる。
【００９０】
＜評価システムの構成部材＞
図１５および図１６により、本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成部材について説明する。図１５は本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成部材の一例を示す図、図１６は本発明の実施の形態３に係る評価システムの配置例について説明するための説明図である。
【００９１】
本実施の形態の評価システム１４０は、例えば、図１５に例示するような部材によって構成することができる。
【００９２】
また、評価システム１４０に搭載された評価用半導体チップには、例えば図１６に例示するような部材が用いられる。
【００９３】
図１６は、３種類の評価用半導体チップ１ａ、１ｂおよび１ｃに形成されている測温抵抗体としての金属配線膜と、ヒータとしての金属配線膜と、電極との組み合わせを示す上面図である。
【００９４】
評価用半導体チップ１ａは、外形サイズが８ｍｍ×８ｍｍであり、３×３のマトリクス状に分画された領域が隣接して配置されている金属配線膜１０１ａと、２×２のマトリクス状に分画された領域が隣接して配置されている金属配線膜１０２ａと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極１０３ａとが積層されたものである。
【００９５】
評価用半導体チップ１ｂは、外形サイズが９ｍｍ×１３ｍｍであり、３×３のマトリクス状に分画された領域が離れて配置されている金属配線膜１０１ｂと、２×２のマトリクス状に分画された領域が隣接し配置されている金属配線膜１０２ｂと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極１０３ｂとが積層されたものである。なお、本実施の形態では金属配線膜１０１ｂの領域の面積は、金属配線膜１０２ｂと同じ面積である。
【００９６】
評価用半導体チップ１ｃは、外形サイズが１５ｍｍ×２５ｍｍであり、３×３のマトリクス状に分画された領域が離れて配置されている金属配線膜１０１ｂと、２×２のマトリクス状に分画された領域が隣接し配置されている金属配線膜１０２ｂと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極１０３ｂとが積層されたものである。なお、本実施の形態では金属配線膜１０１ｂの領域の面積は、金属配線膜１０２ｂと同じ面積である。
【００９７】
＜放熱材料の放熱特性評価の具体例＞
以下、本実施の形態に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例について説明する。ただし、本発明は、これらの具体例によって限定されるものではない。
【００９８】
図１７〜図２４により、本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例について説明する。図１７〜図２４は本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための説明図であり、図１７、図１９、図２１は評価システムの構成を示す断面図、図１８、図２０、図２２〜図２４は評価結果を示す図である。
【００９９】
○具体例１：温度測定評価
図１７において、評価システム１４０ａは、図１４に例示した評価システム１４０と比較して、放熱シート１４５ａ、１４５ｂ、および熱電対１４６を設けない構成である点が異なる。なお、各部材には、図１５に記載のものを使用し、評価システム１４０ａに搭載されている評価用半導体チップには、上述の評価用半導体チップ１ｂを用いた。
【０１００】
具体例１では、評価用半導体チップ１ｂへ電力を印加して金属配線膜１０２を加熱すると共に、金属配線膜１０１と別途用意した放射温度計によって評価用半導体チップ１ｂの温度を測定することで、評価システム１４０ａの測温能力を評価した。図１８に、その結果を示す。
【０１０１】
図１８は、評価用半導体チップ１ｂへの印加電力に対する金属配線膜１０１による温度測定値（□）と、放射温度計を用いて測定した温度測定値（○）とを示すグラフである。
【０１０２】
図１８からわかるように、金属配線膜１０１による温度測定値（□）と放射温度計を用いて測定した温度測定値（○）との間には実質的な差は見られず、両者はよく一致した。
【０１０３】
この結果から、具体例１の評価システムによれば、金属配線膜１０２の発熱による温度の変化を、熱電対を用いることなく金属配線膜１０１によって正確に測定することが可能であることがわかった。
【０１０４】
○具体例２：領域別の温度測定評価
図１９において、評価システム１４０ｂは、図１７に例示した評価システム１４０ａと比較して、ヒートスプレッダ１４４を用いていない点で異なる構造である。なお、各部材には、図１５に記載のものを使用し、評価システム１４０ｂに搭載されている評価用半導体チップには、上述の評価用半導体チップ１ｂを用いた。
【０１０５】
具体例２では、評価用半導体チップ１ｂへ電力を印加して金属配線膜１０２を加熱すると共に、金属配線膜１０１による白金配線層の全測定領域１〜９（図１６参照）の温度を測定した。図２０に、その結果を示す。
【０１０６】
図２０は、半導体チップ１ｂへの印加電力が１．３Ｗ（◇）、５．５Ｗ（□）、１３．０Ｗ（△）、２０．０Ｗ（○）である際の、各測定領域１〜９における温度測定値を示すグラフである。
【０１０７】
図２０からわかるように、評価用半導体チップ１ｂへの印加電力が上昇するに従って、各測定領域における温度も上昇した。また、測定領域別にみれば、評価用半導体チップの中央の測定領域５の温度が全体で最も高く、逆に評価用半導体チップ端の測定領域１、３、７、９の温度は、比較的抑えられていた。
【０１０８】
また、この傾向は、印加電力が大きくなるにつれて顕著になる。これらは、評価用半導体チップの中央は熱が籠り易く、端側は熱が逃げ易いことを示している。この結果から、具体例２では、金属配線膜１０２の発熱による温度の変化を、金属配線膜１０１の各領域ごとに正確に測定することが可能であることがわかった。
【０１０９】
このように、具体例２の評価システムによれば、実パッケージの発熱構造を再現可能であると共に、その発熱挙動（放熱特性）の正確な温度プロファイルを各領域ごとに得ることができる。
【０１１０】
○具体例３：放熱シートの有無による温度測定評価
図２１において、評価システム１４０ｃは、図１７に例示した評価システム１４０ａとはヒートスプレッダ１４４を使用していない点で異なる。また、ヒートスプレッダ１４４に代えて、放熱材料として放熱シート１４５を使用する場合についても測温を行った。なお、各部材には、図１５に記載のものを使用し、評価システム１１０に搭載されている評価用半導体チップには、上述の評価用半導体チップ１ａを用いた。
【０１１１】
具体例３では、評価システム１４０ｃに放熱シート１４５を使用した場合と、使用していない場合とで、金属配線膜１０１による白金配線層の全測定領域１〜９（図１６参照）の温度を測定した。なお、評価用半導体チップ１ａへの印加電力は同一とした。
【０１１２】
図２２は、評価用半導体チップ１ａへの印加電力が１５Ｗの際の、放熱シート１４５を使用した場合の各測定領域１〜９における温度測定結果（□）と、放熱シート１４５を使用しなかった場合の各測定領域１〜９における温度測定結果（○）と、を示すグラフである。
【０１１３】
図２２からもわかるように、放熱シートを評価用半導体チップと放熱板との間に設けた温度（□）は、放熱材料を用いない温度（○）と比較して、全領域に渡って低いことがわかった。これは、高熱伝導性の放熱材料を用いることにより、評価用半導体チップで発生した熱が放熱板へと効率よく伝導したことを示している。また、放熱シートにより、各測定領域間の温度分布が低減されていることもわかった。
【０１１４】
これは、評価用半導体チップ１ａと放熱板の密着性が向上したことで、接触抵抗が低減され、評価用半導体チップ１ａで発生した熱が面内に効率よく分散して伝導したことを示している。
【０１１５】
このように、具体例３の評価システムによれば、放熱材料等の部材ごとの放熱特性や、その効果を評価できる。
【０１１６】
○具体例４：グリース放熱材料の温度サイクル信頼性試験
具体例４では、評価システム１４０ｄを、以下に記載するような温度サイクル試験の前後で、一定の印加電力の下、全測定領域１〜９（図１６参照）の温度を測定することにより、グリース放熱材料の放熱特性の変化を検出して、そこから材料寿命評価を行った。
【０１１７】
なお、評価システム１４０ｄは、評価システム１４０ｃの評価用半導体チップ１ａの代わりに評価用半導体チップ１ｃに、また放熱材料をシートからグリースに代えただけであるため、図は省略する。
【０１１８】
温度サイクル試験は、−４０℃で３０分間保持した後、１分で＋１３０℃までテストエリア内の温度を上昇させて同温度を３０分間保持した後、再び１分で−４０℃まで下降させて同温度を３０分間保持するサイクルを、１０００回繰り返すことで行った。
【０１１９】
放熱グリースは、塗布する際に気泡を巻き込むことがあるが、その量や大きさ、場所は一定ではなく、その結果として、放熱グリース自体の正しい放熱特性を検出することは必ずしも簡単ではない。また、放熱グリース内に混入した気泡は温度サイクル試験にも影響を与えることがある。
【０１２０】
図２３は、同一の評価用半導体チップ（評価用半導体チップ１ｃ）、同一放熱グリースから作製した試料Ａおよび試料Ｂについて温度サイクル試験の繰り返し再現性に関する実験結果例の一部を示したものである。放熱グリースは、温度サイクル試験に評価用半導体チップと放熱板の間からはみ出していく現象がしばしば観察される。この現象は、ポンプアウトと呼ばれており、温度サイクル試験における放熱グリースの熱伝導特性変動の主要原因と言われている。
【０１２１】
図２３に例示した試料Ａ、試料Ｂの温度サイクル試験の結果においても、ポンプアウトによって、まず、放熱グリース厚の減少による放熱性改善が起こり、その後に、さらなるポンプアウトによる放熱グリース不足が発生して、放熱性が劣化する現象が確認されている。
【０１２２】
しかし、試料Ａと試料Ｂの放熱特性変化を詳しく解析すると、同一電力印加の条件で計測しているにもかかわらず、試料Ａと試料Ｂでは、その示す温度が異なっており、その変化挙動は必ずしも同じではない。その原因を調べるために、試料Ａ、Ｂと同様の構成にて作製した試料Ｘ、Ｙにおいて、そのチップ内の温度測定分布を測定した。
【０１２３】
測定結果の一部を図２４に示す。試料Ｘ、試料Ｙは、初期段階での面内平均温度において６℃の差異が生じており、特に特定のいくつかの領域において、その差異が顕著になっている。
【０１２４】
また、グリース内混入気泡を別途観察したところ、図２４において特に温度差が顕著な領域の近傍に気泡が含在していることが確認できた。放熱グリース内に気泡が混入した状態のまま温度サイクル試験に供すると、試験中の放熱グリースのポンプアウトと供に気泡も排出されることになるが、気泡混入した量がランダムであるため、必然的に放熱変動がチップごとに異なる挙動を示すことになるわけである。
【０１２５】
具体例４の評価システムを用いて、チップ内の温度分布を計測しながら温度サイクル試験を実施することによって、このようなランダムに混入した気泡の影響を評価することができるようになるのである。つまり、混入気泡の影響を非破壊に観察することにより、放熱材料と放熱板間の密着性変化を検出できる。
【０１２６】
（実施の形態４）
＜評価用半導体チップの構成＞
図２５により、本発明の実施の形態４に係る評価用半導体チップの構成について説明する。図２５は本発明の実施の形態４に係る評価用半導体チップの構成を示す断面図であり、デバイスチップとして構成した一例である。
【０１２７】
図２５において、評価用半導体チップ６は、半導体素子６００およびその接続のための開口部６０を有している点で、図１に示す評価用半導体チップ１とは異なるものである。
【０１２８】
具体的に、評価用半導体チップ６は、シリコン基板１００の一方の面に設けられた半導体素子６００と、当該半導体素子６００とは接触しないように設けられた測温抵抗体としての金属配線膜１０１と、絶縁層としてのポリイミド膜６０４ａ、ヒータとしての金属配線膜１０２と、絶縁層としてのポリイミド膜６０４ｂと、半導体素子６００、金属配線膜１０１および金属配線膜１０２と電気的に接続される電極１０３と、保護層としてのポリイミド膜６０４ｃと、が次積層されてなる。
【０１２９】
なお、外部の基板との接続には、Ａｕバンプ６１４が利用されるものとする。また、ここでは半導体素子６００と金属配線膜１０１は電気的に接続されていない構成としているが、金属配線膜１０１および金属配線膜１０２のいずれかと半導体素子６００とが接続されていてもよい。
【０１３０】
さらに、評価用半導体チップ６は上記構成に限定されず、前述の変形例２〜４と同様の変形が可能である。
【０１３１】
また、評価用半導体チップ６を基板へ実装して実施の形態２、３において説明した評価システムを作成すれば、同様にさまざまな温度プロファイルを得ることも可能である。
【０１３２】
以上、本発明の評価用半導体チップとその評価システムについて説明した。
【０１３３】
本発明によれば、ヒータが半導体チップの発熱源である半導体素子を模しているため、抵抗測温体は、発熱源から数μｍ〜数十μｍの位置における温度を測定することができる。また、発熱源である半導体チップと基板の接合部の温度プロファイルを正確に測定することで、接合プロセスの最適化を図れるだけでなく、接合部材の開発にも極めて重要なデータを得ることができる。
【０１３４】
また、例えば高温高湿試験等では、試験槽内で高温に晒すことで構成部材の耐久性を評価するものであるため実際に内部から発熱する半導体チップの実装時の状況を再現することは困難であったが、本発明によれば、ヒータで半導体チップを直接加熱することが可能であるため、従来の試験槽内を加熱する方法に比べて正確な温度プロファイルが可能である。
【０１３５】
加えて、測温膜（金属配線膜１０１）自身の熱容量が最小化された評価用半導体チップを用いることで、特に温度サイクル試験においての加熱、冷却に要する時間を大幅に短縮することが可能である。
【０１３６】
例えば、加熱と冷却にそれぞれ３０分かかれば、１０００サイクルに到達するまでには４２日間が必要となる。しかしながら、本発明によれば、加熱、冷却がそれぞれ５分程度で可能となるため、大幅に開発時間を短縮させられると共に、要するエネルギーも抑えることができる。
【０１３７】
さらに、リフロー炉や高圧プレス加熱加圧装置等の大規模施設を実際に使用せずに、ヒータによって同様の熱履歴を再現することができる。
【０１３８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、半導体装置および放熱材料の評価技術に関し、半導体チップの放熱特性評価を行う装置やシステムなどに広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１〜５…評価用半導体チップ、６：評価用半導体チップ（デバイスチップ）、１１、１２、２１、２２、３１、３２、４１、４２…開口部、１００…シリコン基板、１０１…金属配線膜、１０１ａ…ＰｔＯ膜、１０１ｂ…Ｐｔ膜、１０１ｃ…ＴｉＯ膜、１０２…金属配線膜、１０３…電極、１０１１、１０２１…端子、１０２２…シールド、１０３１、１０３２…外部接続用電極、１０４ａ〜１０４ｃ…ポリイミド膜、１１１…配線基板、１１３…配線基板、１１３ａ、１１３ｂ…基板配線、１１４…はんだバンプ、１１５…アンダーフィル材、１１０、１２０、１４０、１４０ａ〜１４０ｃ…評価システム、１４１…断熱性ネジ、１４２…コネクタ、１４３…ハーネス、１４４…ヒートスプレッダ、１４５、１４５ａ、１４５ｂ…放熱シート、１４６…熱電対、１４７…シール材、１４８…放熱板、２０１、２０２、３０１、３０２、４０２…金属配線膜、３０４、４０４…ポリイミド膜、５０１…スルーホール、６００…半導体素子、６０４、６０４ａ〜６０４ｃ…ポリイミド膜、６１１…基板、６１４…Ａｕバンプ、９００…配線群、９０１…高温プレス加熱加圧装置、９０２…リフロー炉、９０３…移動ステージ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および放熱材料の評価技術に関し、特に評価用半導体チップを用いた評価システムおよび放熱材料評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）やメモリをはじめとする半導体チップでは、信号処理の高速化や、実装密度の向上が強く要求されている。そのため、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を始めとする半導体素子の微細化が進められてきた。また、半導体チップの実装基板についても、ビルドアップ方式などに代表される配線の高密度化を実現する技術が開発されてきている。
【０００３】
さらに、システム化の容易さから、半導体チップを複数組み合わせた半導体パッケージの開発が活発となり、薄く研磨した半導体チップを積層した３次元実装技術が注目されている。このような３次元実装構造では、半導体チップと基板の双方の配線密度が向上し、半導体チップと基板を電気的に接続する端子についても、微細化や多ピン化が急激に進んでいる。
【０００４】
上記のような高密度な半導体チップでは、その実装に用いられる材料が非常に多く、また、複雑なプロセスを経て製造されている。一般的に、半導体チップでは積層の度に加熱を繰り返さなければならないが、後の工程では先の工程における処理の信頼性を損なわないよう、先の工程よりも低温で処理を行ういわゆる温度階層プロセスが採用されている。
【０００５】
よって、材料開発や製造プロセスの確立には、各プロセスにおける温度履歴を正確に把握することが不可欠である。
【０００６】
また、一般的に製造された半導体の実装信頼性の評価は、ＪＥＩＴＡ規格 ＥＩＡＪ ＥＤ４７０１／１００に記載されている半導体デバイスの環境および耐久性試験に則って行われる。実装信頼性評価は、発熱源である半導体チップの接続部、すなわち、半導体素子を構成するタングステン、アルミニウム、銅などの微細配線に流れる電流による熱抵抗、あるいはＦＥＴ電極間（ソース−ドレイン間）の電子の移動による熱抵抗による温度の変化を評価するものである。
【０００７】
このような温度履歴の測定には、従来から、熱電対を温度センサとして半導体チップや半導体パッケージの周辺に実装する方法が採用されている。
【０００８】
例えば、日立評論 Ｖｏｌ．９１，Ｎｏ．０５，ｐ．４５６（非特許文献１）には、高密度実装で課題となる応力・発熱解析に向けた評価用素子によるソリューションを提案している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】日立評論 Ｖｏｌ．９１，Ｎｏ．０５，ｐ．４５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、熱電対を温度センサとして実装する方法では、実際に評価対象（発熱源）である接続部に熱電対を設けるのは困難であるため、接続部から離れた半導体チップや半導体パッケージの裏面、またはその周囲の基板上に熱電対を設置して温度測定を行っていた。これでは、発熱源である半導体チップの正確な温度を把握したり、評価試験時に加熱したりすることができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、半導体装置の熱抵抗を容易に評価することができる評価用半導体チップ、評価システムおよび放熱材料評価方法を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１４】
すなわち、代表的なものの概要は、半導体チップを評価するための評価用半導体チップであって、半導体チップを構成する半導体基板と、半導体基板の面上に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とが形成されたものである。
【００１５】
また、半導体チップを評価するための評価システムであって、半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、評価用半導体チップを実装する実装基板と、評価用半導体チップの半導体基板の他方の面側に、実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備え、第２の配線に電源を電気的に接続して、第２の配線の領域ごとに加熱を行い、第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、第１の配線の領域ごとに測温を行うものである。
【００１６】
また、半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、評価用半導体チップを実装する実装基板と、評価用半導体チップの半導体基板の他方の面側に、実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、第２の配線に電源を電気的に接続して、第２の配線の領域ごとに加熱を行い、第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、第１の配線の領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、放熱材料の放熱板との密着性の変化を検出するものである。
【００１７】
また、半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、評価用半導体チップを実装する実装基板と、評価用半導体チップの半導体基板の他方の面側に、実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料と、評価用半導体チップと実装基板との間に充填された硬化性樹脂材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、第２の配線に電源を電気的に接続して、第２の配線の領域ごとに加熱を行い、第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、第１の配線の領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、硬化性樹脂材料の充填状態および硬化状態を計測するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１９】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、半導体装置の熱抵抗を容易に評価することができ、半導体装置および放熱材料の評価を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの電極の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの製造方法の過程を示す遷移図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る評価システムの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成部材の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る評価システムの配置例について説明するための説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価システムの構成を示す断面図である。
【図１８】評価システムによる放熱特性評価の結果を表す図である。
【図１９】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価システムの構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価システムの構成を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための評価結果を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態４に係る評価用半導体チップの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
＜評価用半導体チップの構成＞
図１〜図４により、本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの構成を示す断面図、図２は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図、図３は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの金属配線膜の配線パターンの一例を示す図、図４は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの電極の一例を示す図である。
【００２３】
図１において、評価用半導体チップ１は、シリコン基板１００の一方の面に、測温抵抗体としての金属配線膜１０１と、絶縁層としてのポリイミド膜１０４ａと、ヒータとしての金属配線膜１０２と、絶縁層としてのポリイミド膜１０４ｂと、金属配線膜１０１および金属配線膜１０２を実装基板に電気的に接続するための電極１０３と、保護層としてのポリイミド膜１０４ｃとが順次積層されて構成されている。また、評価用半導体チップ１の表面には、開口部１１、１２、２１、２２が設けられている。
【００２４】
また、金属配線膜１０１は、測温抵抗体として利用可能な金属の配線パターンが形成されたものである。
【００２５】
図２に金属配線膜１０１の配線パターンの一例を示す。図２に例示したパターンでは、金属配線膜１０１は方形に蛇行する独立した白金配線であり、３×３のマトリクス状に分画された領域にそれぞれ形成されている。分画する領域数はいくつでもよく、その配置の仕方は、図２に示すように各領域が隣接していてもよいし、離れていてもよい。
【００２６】
図２に例示したパターンでは、各白金配線はそれぞれ配線の両端に２つずつ、計４つの端子１０１１を有しており、端子１０１１は図１の電極１０３に接続される。このように、各配線の電気抵抗はいわゆる４端子法により測定できる。すなわち、白金の抵抗温度係数（３．９×１０-3／Ｋ）から白金配線の各領域における温度を測定することが可能である。この詳細については後述する。
【００２７】
なお、ここでは各領域で独立した白金配線を設けた構成を例示しているが、金属配線膜１０１が１つの連続した配線からなる構成としてもよいし、連続した配線を途中から分岐させ、端子を設けてもよい。
【００２８】
また、金属配線膜１０１に使用する金属材料としては、温度と電気抵抗の線形性に優れており、また腐食耐性、マイグレーション耐性に優れていて膜質変化が小さいことから、特に白金を利用することが望ましい。白金以外の金属材料、例えばニッケル、銅などを利用する場合には、使用に際して温度と電気抵抗の相関関係を計測して、あらかじめ検量線を作製しておく必要があるが、チップ作製コストは低減できる。しかし、これらの金属は腐食耐性・マイグレーション耐性は白金より劣るので、繰り返して使用しないならば、ニッケルや銅を用いるなど、用途・目的に応じて使い分けすればよい。
【００２９】
また、金属配線膜１０２は、ヒータとして利用可能な金属の配線パターンが形成されたものである。図３に金属配線膜１０２の配線パターンの一例を示す。図３に例示したパターンでは、金属配線膜１０２は、ニッケル配線または銅配線が２×２のマトリクス上に分画された４領域に蛇行する一連の配線パターンである。
【００３０】
ニッケル配線または銅配線は、両端および途中に３つの端子１０２１を有しており、図１の電極１０３にそれぞれ接続される。加熱領域を分画する場合、その領域数はいくつでもよく、その配置の仕方は、図３に例示するように各領域が隣接していてもよいし、離れていてもよい。また、配線への電磁波シールドとしてシールド１０２２を有する。
【００３１】
評価対象となっている半導体装置に使われている半導体チップ内の各機能領域を模擬するような配置で、加熱領域（金属配線膜１０２）を配置し、各領域のみを選択して加熱するための途中端子１０２１を設ける。このような構成により、ニッケル配線または銅配線の加熱領域を選択することが可能となり、半導体チップ発熱領域を模擬できる。
【００３２】
なお、図３に例示したパターンでは途中に端子を設ける構成としているが、もちろん、簡易的な評価のために両端のみに端子を設けてもよいし、図２に例示した金属配線膜１０１と同様なパターン、すなわち、分画した各領域に独立した配線をそれぞれに設けてもよい。
【００３３】
また、金属配線膜１０２に使用する金属材料は上記ではニッケルまたは銅としたが、これに限らない。評価対象となっている半導体装置に使われている半導体チップの発熱挙動を模擬できるような導体抵抗を有し、低コストで微細なパターンを加工形成でき、且つ高温耐久性を有する金属であればよい。具体的にいくつか列記すると、ニッケルクロム系合金、ニッケルクロムアルミニウム系合金、銅系合金、銅マンガン、銅ニッケル、鉄クロム系合金、タングステンなどである。
【００３４】
図４に電極１０３の一例を示す。電極１０３は金属配線膜１０１および金属配線膜１０２と電気的に接続されている外部接続用の電極である。図４に例示したパターンでは、外部接続用電極１０３１が金属配線膜１０１の端子１０１１と、外部接続用電極１０３２が金属配線膜１０２の有する端子１０２１と接続されている。
【００３５】
図１に例示する通り、電極１０３上にはポリイミド膜１０４ｃが保護層として形成されており、ポリイミド膜１０４ｃには、開口部２１および開口部２２が設けられている。開口部２１は、後述する配線基板１１１や他の半導体チップと金属配線膜１０１につながる電極１０３を接続するための開口であり、開口部２２は、配線基板１１１と金属配線膜１０２につながる電極１０３を接続するための開口である。
【００３６】
さらに、絶縁層として、金属配線膜１０１と金属配線膜１０２の間にポリイミド膜１０４ａが、金属配線膜１０２と電極１０３の間にポリイミド膜１０４ｂが設けられている。ポリイミド膜１０４ａおよびポリイミド膜１０４ｂには、共に金属配線膜１０１と電極１０３とを接続するための開口部１１が形成され、ポリイミド膜１０４ｂには、さらに金属配線膜１０２と電極１０３とを接続するための開口部１２が形成されている。
【００３７】
このように、開口部１１は、ポリイミド膜１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの同一の場所に設けられているので、金属膜１０１は、開口部１１および開口部２１のどちらの開口部からも電気的な接続することが可能である。
【００３８】
同様に、金属配線膜１０２では、開口部１２および開口部２２のどちらの開口部からも電気的な接続を確保することが可能である。このような構成をとったことにより、開口部２１および開口部２２を用いてＢＧＡ型実装構造を採用することもできるし、開口部１１および開口部１２を用いてＷＢ型実装構造を採用することもできる。さらに、これらの開口部は導通検査用端子として用いることもできる。
【００３９】
このような半導体チップ１を実装基板に実装することで、さまざまな温度プロセスを評価することが可能である。
【００４０】
＜評価用半導体チップの製造方法＞
次に、図５により、本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの製造方法について説明する。図５は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの製造方法の過程を示す遷移図である。
【００４１】
まず、シリコン基板１００の一方の面に、図示しないシリコン酸化膜を成長させる。シリコン酸化膜は、９００℃程度のスチーム雰囲気下でシリコンと酸素を反応させるような、一般的な方法で形成すればよい。そして、シリコン酸化膜上に、白金配線パターンを有する金属配線膜１０１をリフトオフ法により形成する（図５（ａ））。具体的には、まずシリコン酸化膜上にパターニングされたレジストを形成し、ＰｔＯ膜１０１ａ、Ｐｔ膜１０１ｂ、ＴｉＯ膜１０１ｃを順次蒸着する。
【００４２】
そして、レジストを除去して図２に示す配線パターンを完成させる。本実施の形態では、リフトオフ法を採用しているので、配線厚は、実効的には最大１μｍ程度である。このような薄膜構造の測温体を用いたことにより、測温膜自身の熱容量を最小化でき、その結果として高速応答性が実現できる。
【００４３】
なお、ＰｔＯ膜１０１ａはシリコン酸化膜と、ＴｉＯ膜１０１ｃはポリイミド膜１０４ａとの密着性を向上させるために、それぞれＰｔ膜１０１ｂに対して１／１００程度の膜厚で設けている。
【００４４】
次に、絶縁層として、金属配線膜１０１の両端を覆い、端子１０１１部分を開口させた膜厚約５μｍのポリイミド膜１０４ａを形成し、そして、ポリイミド膜１０４ａ上に、ニッケル配線パターンを有する金属配線膜１０２を形成する（図５（ｂ））。
【００４５】
例えば、Ｃｒ膜およびＣｕ膜の積層膜をシード膜として、レジストのフォトリソグラフィおよびＮｉ電気めっきを併用するセミアディティブ法を用いることにより、図３に記載の配線パターンを有する金属配線膜１０２を形成することができる。
【００４６】
さらに、金属配線膜１０２の両端を覆い、端子１０１１および端子１０２１部分を開口させたポリイミド膜１０４ｂを形成し、ポリイミド膜１０４ｂ上に、セミアディティブ法により図４に記載の外部接続用の電極１０３を形成する（図５（ｃ））。
【００４７】
そして最後に、後述する実装基板等と電極１０３を接続するための開口を有する保護層としてのポリイミド膜１０４ｃを形成することで（図５（ｄ））、図１に示す評価用半導体チップを得ることができる。
【００４８】
なお、本発明は、本実施の形態に係る評価用半導体チップに制限されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変形が可能である。
【００４９】
例えば、測温抵抗体、およびヒータは、どのような位置関係で配置されていてもよい。
【００５０】
また、測温抵抗体、ヒータ、および電極は、シリコン基板の同一面内（同一層）に形成してもよい。
【００５１】
さらに、配線の温度と電気抵抗の関係を明らかにしておくことで、ヒータと測温抵抗体を１つの配線で兼ねることもできる。すなわち、配線に接続した電源から電力を供給すると同時に電気抵抗を測定すれば、別途配線を設けずとも発熱する配線自身の温度を測定することが可能となる。これにより、本発明の半導体チップの構造を大幅に簡素化し、短ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）での製造が可能となり、また製造コストの大幅低減が可能となる。
【００５２】
なお、抵抗測温体としての金属配線膜１０１のみを備え、ヒータ機能を持たない構成としてもよい。例えば、外部から熱を加えるプロセスの温度プロファイル計測を行う場合には、必ずしも半導体チップ内にはヒータが必須ではないため、より簡素な構成とすることができる。
【００５３】
＜評価用半導体チップの変形例＞
以下に、本実施の形態の評価用半導体チップの変形例を具体的に示す。
【００５４】
図６〜図９により、本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例について説明する。図６〜図９は本発明の実施の形態１に係る評価用半導体チップの変形例を示す断面図である。
【００５５】
○変形例１
図６において、評価用半導体チップ２は、測温抵抗体としての金属配線膜２０１と、ヒータとしての金属配線膜２０２とが、図１に示す評価用半導体チップ１の測温抵抗体（金属配線膜１０１）、およびヒータ（金属配線膜１０２）と逆の位置に配置されている。その他の構成は図１の評価用半導体チップ１と同様である。
【００５６】
このような構成の評価用半導体チップ２によれば、測温抵抗体としての金属配線膜２０１の測定エリアより電極１０３が外部接続される開口部２１および開口部２２の近傍となっている。そのため、より発熱源に近い位置（例えば、硬化性樹脂材料であるアンダーフィル材）の温度をより正確に測定することが可能であるが、ポリイミド膜１０４ａ、１０４ｂは十分に薄く、従って熱容量は十分に小さいので、実用上の性能差はほとんどない。金属配線膜２０１と２０２は、形成歩留り差を考慮し、有利構造を選択するとよい。
【００５７】
○変形例２
図７において、評価用半導体チップ３は、測温抵抗体としての金属配線膜３０１とヒータとしての金属配線膜３０２とが、同じ面内の酸化膜上に形成され、金属配線膜３０１および金属配線膜３０２の両端を覆うように、金属配線膜３０１と電極１０３とを接続するための開口部３１および金属配線膜３０２と電極１０３とを接続するための開口部３２を有するポリイミド膜３０４が設けられている。その他の構成は図１の評価用半導体チップ１と同様である。
【００５８】
このような構成によれば、絶縁層としての２つのポリイミド膜（ポリイミド膜１０４ａおよびポリイミド膜１０４ｂ）を１つのポリイミド膜３０４で実現できるため、半導体チップ１に比べて層数を減少させ、より低コストに、簡便な方法で半導体チップを製造することが可能である。
【００５９】
○変形例３
図８において、評価用半導体チップ４は、測温抵抗体とヒータの機能を兼ねる金属配線膜４０２のみが形成され、金属配線膜４０２の両端を覆うように、金属配線膜４０２と電極１０３とを接続するための開口部４１および開口部４２を有するポリイミド膜４０４が設けられている。なお、金属配線膜４０２には、例えば、図２に示すようなＮｉ配線またはＣｕ配線を利用することができる。その他の構成は図１の評価用半導体チップ１と同様である。
【００６０】
このような半導体チップ４を後述する配線基板１１１に実装し、両端の端子に電源と電圧計を接続することで、Ｎｉ配線またはＣｕ配線に流れる電流を制御するとともに、ニッケルの抵抗温度係数（６．３×１０-3／Ｋ）または銅の抵抗温度係数（４．３×１０-3／Ｋ）からＮｉ配線またはＣｕ配線の各領域における温度を測定することが可能である。
【００６１】
このような構成の評価用半導体チップ４によれば、図１に示す評価用半導体チップ１に比べてポリイミド膜および金属配線膜をそれぞれ１つずつ省略できるため、製造プロセスの簡素化と、製造コストの大幅な低減が可能である。
【００６２】
○変形例４
図９において、評価用半導体チップ５は、図１に示す評価用半導体チップ１を複数積み上げた３次元積層チップである。
【００６３】
なお、評価用半導体チップ５は、例えば、評価用半導体チップ１の端子１０１１領域にスルーホール５０１を形成して上下の評価用半導体チップ１間の導通をとり、評価用半導体チップ１の測温抵抗体やヒータの配線を電極などにより評価用半導体チップ５として引き出せるようになっている。
【００６４】
また、この評価用半導体チップ５としての電極の接続の組み合わせにより、それぞれの評価用半導体チップ１の測温抵抗体やヒータを動作させる組み合わせを指定することができるようになっている。
【００６５】
そして、高温プレス加熱加圧装置９０１によって圧着することで評価用半導体チップ５を製造することが可能である。
【００６６】
このような構成の評価用半導体チップ５によれば、３次元積層構造の半導体チップの温度プロセスを評価することが可能である。
【００６７】
（実施の形態２）
＜評価システムの構成＞
図１０により、本発明の実施の形態２に係る評価システムの構成について説明する。図１０は本発明の実施の形態２に係る評価システムの構成を示す断面図である。
【００６８】
図１０において、評価システム１１０は、はんだバンプ１１４によって、プリント基板やセラミック基板等の配線基板１１１に評価用半導体チップ１を実装したものである。配線基板１１１には、測温抵抗体である金属配線膜１０１に接続される基板配線１１３ａとヒータである金属配線膜１０２に接続される基板配線１１３ｂが設けられている。はんだバンプ１１４を用いて接続する場合は、開口部１１と開口部１２は閉じていても良い。
【００６９】
なお、配線群９００は、基板配線１１３ａを介して抵抗測温体である金属配線膜１０１と図示しない電流計および電圧計を結線し、また、基板配線１１３ｂを介してヒータである金属配線膜１０２と図示しない外部電源とを結線している。
【００７０】
これにより、金属配線膜１０２の加熱と、金属配線膜１０１の各領域における電気抵抗を４端子法により測定することが可能である。この測定結果と白金の抵抗温度係数（３．９×１０-3／Ｋ）から、白金配線の各領域の温度を測定することが可能である。
【００７１】
なお、本実施の形態においては、評価システムに用いられる評価用半導体チップとして、図１に示す評価用半導体チップ１で説明したが、評価用半導体チップの形状は、これに限らず、例えば、図６〜図９に示す評価用半導体チップを配線基板１１１に実装するようにしてもよい。
【００７２】
＜評価システムによる実装プロセスの評価＞
次に、図１１〜図１３により、本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価について説明する。図１１〜図１３は本発明の実施の形態２に係る評価システムによる実装プロセスの評価を説明するための説明図である。
【００７３】
○実装プロセスの評価１
図１１はリフロー炉を使用した評価システム１１０の実装プロセスの温度プロファイル測定を説明するための説明図である。
【００７４】
半導体チップのＢＧＡ実装は、リフロー炉を使用したはんだ付けプロセスを経て行われるが、リフロー炉内の設定温度や半導体チップおよび基板の表面、そしてはんだバンプには、大きな温度差が存在する。そこで、図１１に示すように、評価システム１１０をはんだ付けプロセスに付せば、半導体チップ内部の温度変化を評価することができる。
【００７５】
具体的には、半導体チップ１をリフロー炉９０２内の移動ステージ９０３に戴置して加熱する。これにより、金属配線膜１０１の各領域の電気抵抗の変化をモニタすることで、はんだバンプ１１４やアンダーフィル材１１５近傍の温度プロファイルを得ることが可能である。この用途で用いる場合、金属配線膜１０２に電力供給する必要がなく、測温金属配線膜１０１の抵抗変化をモニタするだけであり、配線群９００から供給する電力は小さくて十分であることは言うまでもない。
【００７６】
○実装プロセスの評価２
図１２はリフロー炉を使用しない評価システム１１０の実装プロセスの温度プロファイル測定を説明するための説明図である。
【００７７】
この実装プロセスの評価では、実装プロセスの評価１で得たはんだ付けプロセスの温度プロファイルに従って金属配線膜１０２へ供給される電力を制御してヒータの温度を経時変化させ、リフロー炉内における状態を再現することで、リフロー炉を使用せずともプロセス中の温度プロファイルを得ることを可能としたものである。
【００７８】
このようにヒータの温度を制御することによって、評価用半導体チップ１とアンダーフィル材１１５の熱硬化を再現したり、途中で加熱を停止させてアンダーフィル材１１５の硬化時の経時変化を観察したりすることが可能である。
【００７９】
チップ１内部の発熱体（金属配線膜１０２）は熱容量が小さいため、電力停止すると速やかに加熱が停止するので、加熱途中停止操作によって、アンダーフィル硬化途中挙動の観察が可能になる。よって、各材料の開発においても、有用なデータが取得できる。
【００８０】
より具体的には、図１１に例示した方法によってリフロー炉内処理中の半導体チップ内部の温度分布とその経時変化を計測し、その計測値を再現するように金属配線膜１０２へ供給する電力を制御する。このようにすることにより、リフロー炉を使用せずとも半導体チップ実装プロセスの温度プロセスファイルを忠実に再現できる。これにより、バンプ接続時のバンプ内ボイドを最小化する温度プロファイル設定のための条件検討に要する時間を著しく短時間化できる。
【００８１】
○実装プロセスの評価３
図１３は３次元積層プロセスにおける評価システム１２０の温度プロファイル測定を説明するための説明図である。
【００８２】
実施の形態１の評価用半導体チップの変形例４で説明したように、３次元積層された評価用半導体チップ５は、複数の評価用半導体チップ１を積み上げて高温プレス加熱加圧装置９０１で加圧および加熱することで製造される。ここで、評価用半導体チップ５を配線基板１１１に実装した評価システム１２０を３次元積層プロセスに付すことで、該プロセス中における温度プロファイルを測定することができる。
【００８３】
なお、配線群９００は、評価用半導体チップ５を形成する各評価用半導体チップ１の各金属配線膜１０１をそれぞれ図示しない電流計および電圧計と結線しているため、積層されたどの半導体チップのどの領域にどのような温度変化が見られるのかを、それぞれ観察することが可能である。
【００８４】
もちろん、配線群９００に、各評価用半導体チップのヒータである金属配線膜１０２と外部電源とを結線させ、上記で得た３次元積層プロセスの温度プロファイルに従ってヒータの温度を変化させることで、高温プレス加熱加圧装置を使用せずに３次元積層プロセスを再現することも可能である。
【００８５】
（実施の形態３）
＜評価システムの構成＞
図１４により、本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成について説明する。図１４は本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成を示す断面図であり、放熱特性の評価をする構成である。
【００８６】
図１４において、評価システム１４０は、実施の形態２の評価システムをより実際に近い形状で搭載し、評価用半導体チップおよびその周辺材料の熱情報を得ることを可能とするものであり、図１０に示す評価システム１１０とアルミ材等からなる放熱板１４８とで、放熱シート１４５ａ、ヒートスプレッダ１４４、放熱シート１４５ｂをこの順で挟んで断熱性ネジ１４１で固定したものである。
【００８７】
ヒートスプレッダ１４４は、シール材１４７により基板配線１１３と接続されている。また、ヒートスプレッダ１４４には、評価用半導体チップ１の下側に位置する部分に熱電対１４６が設けられている。なお、配線基板１１１の配線の少なくとも一部は、コネクタ１４２を介してハーネス１４３として外部回路に電気的に接続されている。
【００８８】
このような評価システム１４０によれば、評価用半導体チップ１の備える抵抗測温体の温度変化と、熱電対１４６の温度変化とをそれぞれ独立して測定できる。これにより、実装時に近い放熱特性を評価することが可能である。
【００８９】
さらに、両者の温度差を算出することで、放熱シート１４５ａの放熱特性（熱抵抗）を知ることもできるため、放熱シート等の放熱材料の開発においても有用なデータを取得することができる。
【００９０】
＜評価システムの構成部材＞
図１５および図１６により、本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成部材について説明する。図１５は本発明の実施の形態３に係る評価システムの構成部材の一例を示す図、図１６は本発明の実施の形態３に係る評価システムの配置例について説明するための説明図である。
【００９１】
本実施の形態の評価システム１４０は、例えば、図１５に例示するような部材によって構成することができる。
【００９２】
また、評価システム１４０に搭載された評価用半導体チップには、例えば図１６に例示するような部材が用いられる。
【００９３】
図１６は、３種類の評価用半導体チップ１ａ、１ｂおよび１ｃに形成されている測温抵抗体としての金属配線膜と、ヒータとしての金属配線膜と、電極との組み合わせを示す上面図である。
【００９４】
評価用半導体チップ１ａは、外形サイズが８ｍｍ×８ｍｍであり、３×３のマトリクス状に分画された領域が隣接して配置されている金属配線膜１０１ａと、２×２のマトリクス状に分画された領域が隣接して配置されている金属配線膜１０２ａと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極１０３ａとが積層されたものである。
【００９５】
評価用半導体チップ１ｂは、外形サイズが９ｍｍ×１３ｍｍであり、３×３のマトリクス状に分画された領域が離れて配置されている金属配線膜１０１ｂと、２×２のマトリクス状に分画された領域が隣接し配置されている金属配線膜１０２ｂと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極１０３ｂとが積層されたものである。なお、本実施の形態では金属配線膜１０１ｂの領域の面積は、金属配線膜１０２ｂと同じ面積である。
【００９６】
評価用半導体チップ１ｃは、外形サイズが１５ｍｍ×２５ｍｍであり、３×３のマトリクス状に分画された領域が離れて配置されている金属配線膜１０１ｂと、２×２のマトリクス状に分画された領域が隣接し配置されている金属配線膜１０２ｂと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極１０３ｂとが積層されたものである。なお、本実施の形態では金属配線膜１０１ｂの領域の面積は、金属配線膜１０２ｂと同じ面積である。
【００９７】
＜放熱材料の放熱特性評価の具体例＞
以下、本実施の形態に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例について説明する。ただし、本発明は、これらの具体例によって限定されるものではない。
【００９８】
図１７〜図２４により、本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例について説明する。図１７〜図２４は本発明の実施の形態３に係る評価システムによる放熱特性評価の具体的例を説明するための説明図であり、図１７、図１９、図２１は評価システムの構成を示す断面図、図１８、図２０、図２２〜図２４は評価結果を示す図である。
【００９９】
○具体例１：温度測定評価
図１７において、評価システム１４０ａは、図１４に例示した評価システム１４０と比較して、放熱シート１４５ａ、１４５ｂ、および熱電対１４６を設けない構成である点が異なる。なお、各部材には、図１５に記載のものを使用し、評価システム１４０ａに搭載されている評価用半導体チップには、上述の評価用半導体チップ１ｂを用いた。
【０１００】
具体例１では、評価用半導体チップ１ｂへ電力を印加して金属配線膜１０２を加熱すると共に、金属配線膜１０１と別途用意した放射温度計によって評価用半導体チップ１ｂの温度を測定することで、評価システム１４０ａの測温能力を評価した。図１８に、その結果を示す。
【０１０１】
図１８は、評価用半導体チップ１ｂへの印加電力に対する金属配線膜１０１による温度測定値（□）と、放射温度計を用いて測定した温度測定値（○）とを示すグラフである。
【０１０２】
図１８からわかるように、金属配線膜１０１による温度測定値（□）と放射温度計を用いて測定した温度測定値（○）との間には実質的な差は見られず、両者はよく一致した。
【０１０３】
この結果から、具体例１の評価システムによれば、金属配線膜１０２の発熱による温度の変化を、熱電対を用いることなく金属配線膜１０１によって正確に測定することが可能であることがわかった。
【０１０４】
○具体例２：領域別の温度測定評価
図１９において、評価システム１４０ｂは、図１７に例示した評価システム１４０ａと比較して、ヒートスプレッダ１４４を用いていない点で異なる構造である。なお、各部材には、図１５に記載のものを使用し、評価システム１４０ｂに搭載されている評価用半導体チップには、上述の評価用半導体チップ１ｂを用いた。
【０１０５】
具体例２では、評価用半導体チップ１ｂへ電力を印加して金属配線膜１０２を加熱すると共に、金属配線膜１０１による白金配線層の全測定領域１〜９（図１６参照）の温度を測定した。図２０に、その結果を示す。
【０１０６】
図２０は、半導体チップ１ｂへの印加電力が１．３Ｗ（◇）、５．５Ｗ（□）、１３．０Ｗ（△）、２０．０Ｗ（○）である際の、各測定領域１〜９における温度測定値を示すグラフである。
【０１０７】
図２０からわかるように、評価用半導体チップ１ｂへの印加電力が上昇するに従って、各測定領域における温度も上昇した。また、測定領域別にみれば、評価用半導体チップの中央の測定領域５の温度が全体で最も高く、逆に評価用半導体チップ端の測定領域１、３、７、９の温度は、比較的抑えられていた。
【０１０８】
また、この傾向は、印加電力が大きくなるにつれて顕著になる。これらは、評価用半導体チップの中央は熱が籠り易く、端側は熱が逃げ易いことを示している。この結果から、具体例２では、金属配線膜１０２の発熱による温度の変化を、金属配線膜１０１の各領域ごとに正確に測定することが可能であることがわかった。
【０１０９】
このように、具体例２の評価システムによれば、実パッケージの発熱構造を再現可能であると共に、その発熱挙動（放熱特性）の正確な温度プロファイルを各領域ごとに得ることができる。
【０１１０】
○具体例３：放熱シートの有無による温度測定評価
図２１において、評価システム１４０ｃは、図１７に例示した評価システム１４０ａとはヒートスプレッダ１４４を使用していない点で異なる。また、ヒートスプレッダ１４４に代えて、放熱材料として放熱シート１４５を使用する場合についても測温を行った。なお、各部材には、図１５に記載のものを使用し、評価システム１１０に搭載されている評価用半導体チップには、上述の評価用半導体チップ１ａを用いた。
【０１１１】
具体例３では、評価システム１４０ｃに放熱シート１４５を使用した場合と、使用していない場合とで、金属配線膜１０１による白金配線層の全測定領域１〜９（図１６参照）の温度を測定した。なお、評価用半導体チップ１ａへの印加電力は同一とした。
【０１１２】
図２２は、評価用半導体チップ１ａへの印加電力が１５Ｗの際の、放熱シート１４５を使用した場合の各測定領域１〜９における温度測定結果（□）と、放熱シート１４５を使用しなかった場合の各測定領域１〜９における温度測定結果（○）と、を示すグラフである。
【０１１３】
図２２からもわかるように、放熱シートを評価用半導体チップと放熱板との間に設けた温度（□）は、放熱材料を用いない温度（○）と比較して、全領域に渡って低いことがわかった。これは、高熱伝導性の放熱材料を用いることにより、評価用半導体チップで発生した熱が放熱板へと効率よく伝導したことを示している。また、放熱シートにより、各測定領域間の温度分布が低減されていることもわかった。
【０１１４】
これは、評価用半導体チップ１ａと放熱板の密着性が向上したことで、接触抵抗が低減され、評価用半導体チップ１ａで発生した熱が面内に効率よく分散して伝導したことを示している。
【０１１５】
このように、具体例３の評価システムによれば、放熱材料等の部材ごとの放熱特性や、その効果を評価できる。
【０１１６】
○具体例４：グリース放熱材料の温度サイクル信頼性試験
具体例４では、評価システム１４０ｄを、以下に記載するような温度サイクル試験の前後で、一定の印加電力の下、全測定領域１〜９（図１６参照）の温度を測定することにより、グリース放熱材料の放熱特性の変化を検出して、そこから材料寿命評価を行った。
【０１１７】
なお、評価システム１４０ｄは、評価システム１４０ｃの評価用半導体チップ１ａの代わりに評価用半導体チップ１ｃに、また放熱材料をシートからグリースに代えただけであるため、図は省略する。
【０１１８】
温度サイクル試験は、−４０℃で３０分間保持した後、１分で＋１３０℃までテストエリア内の温度を上昇させて同温度を３０分間保持した後、再び１分で−４０℃まで下降させて同温度を３０分間保持するサイクルを、１０００回繰り返すことで行った。
【０１１９】
放熱グリースは、塗布する際に気泡を巻き込むことがあるが、その量や大きさ、場所は一定ではなく、その結果として、放熱グリース自体の正しい放熱特性を検出することは必ずしも簡単ではない。また、放熱グリース内に混入した気泡は温度サイクル試験にも影響を与えることがある。
【０１２０】
図２３は、同一の評価用半導体チップ（評価用半導体チップ１ｃ）、同一放熱グリースから作製した試料Ａおよび試料Ｂについて温度サイクル試験の繰り返し再現性に関する実験結果例の一部を示したものである。放熱グリースは、温度サイクル試験に評価用半導体チップと放熱板の間からはみ出していく現象がしばしば観察される。この現象は、ポンプアウトと呼ばれており、温度サイクル試験における放熱グリースの熱伝導特性変動の主要原因と言われている。
【０１２１】
図２３に例示した試料Ａ、試料Ｂの温度サイクル試験の結果においても、ポンプアウトによって、まず、放熱グリース厚の減少による放熱性改善が起こり、その後に、さらなるポンプアウトによる放熱グリース不足が発生して、放熱性が劣化する現象が確認されている。
【０１２２】
しかし、試料Ａと試料Ｂの放熱特性変化を詳しく解析すると、同一電力印加の条件で計測しているにもかかわらず、試料Ａと試料Ｂでは、その示す温度が異なっており、その変化挙動は必ずしも同じではない。その原因を調べるために、試料Ａ、Ｂと同様の構成にて作製した試料Ｘ、Ｙにおいて、そのチップ内の温度測定分布を測定した。
【０１２３】
測定結果の一部を図２４に示す。試料Ｘ、試料Ｙは、初期段階での面内平均温度において６℃の差異が生じており、特に特定のいくつかの領域において、その差異が顕著になっている。
【０１２４】
また、グリース内混入気泡を別途観察したところ、図２４において特に温度差が顕著な領域の近傍に気泡が含在していることが確認できた。放熱グリース内に気泡が混入した状態のまま温度サイクル試験に供すると、試験中の放熱グリースのポンプアウトと供に気泡も排出されることになるが、気泡混入した量がランダムであるため、必然的に放熱変動がチップごとに異なる挙動を示すことになるわけである。
【０１２５】
具体例４の評価システムを用いて、チップ内の温度分布を計測しながら温度サイクル試験を実施することによって、このようなランダムに混入した気泡の影響を評価することができるようになるのである。つまり、混入気泡の影響を非破壊に観察することにより、放熱材料と放熱板間の密着性変化を検出できる。
【０１２６】
（実施の形態４）
＜評価用半導体チップの構成＞
図２５により、本発明の実施の形態４に係る評価用半導体チップの構成について説明する。図２５は本発明の実施の形態４に係る評価用半導体チップの構成を示す断面図であり、デバイスチップとして構成した一例である。
【０１２７】
図２５において、評価用半導体チップ６は、半導体素子６００およびその接続のための開口部６０を有している点で、図１に示す評価用半導体チップ１とは異なるものである。
【０１２８】
具体的に、評価用半導体チップ６は、シリコン基板１００の一方の面に設けられた半導体素子６００と、当該半導体素子６００とは接触しないように設けられた測温抵抗体としての金属配線膜１０１と、絶縁層としてのポリイミド膜６０４ａ、ヒータとしての金属配線膜１０２と、絶縁層としてのポリイミド膜６０４ｂと、半導体素子６００、金属配線膜１０１および金属配線膜１０２と電気的に接続される電極１０３と、保護層としてのポリイミド膜６０４ｃと、が次積層されてなる。
【０１２９】
なお、外部の基板との接続には、Ａｕバンプ６１４が利用されるものとする。また、ここでは半導体素子６００と金属配線膜１０１は電気的に接続されていない構成としているが、金属配線膜１０１および金属配線膜１０２のいずれかと半導体素子６００とが接続されていてもよい。
【０１３０】
さらに、評価用半導体チップ６は上記構成に限定されず、前述の変形例２〜４と同様の変形が可能である。
【０１３１】
また、評価用半導体チップ６を基板へ実装して実施の形態２、３において説明した評価システムを作成すれば、同様にさまざまな温度プロファイルを得ることも可能である。
【０１３２】
以上、本発明の評価用半導体チップとその評価システムについて説明した。
【０１３３】
本発明によれば、ヒータが半導体チップの発熱源である半導体素子を模しているため、抵抗測温体は、発熱源から数μｍ〜数十μｍの位置における温度を測定することができる。また、発熱源である半導体チップと基板の接合部の温度プロファイルを正確に測定することで、接合プロセスの最適化を図れるだけでなく、接合部材の開発にも極めて重要なデータを得ることができる。
【０１３４】
また、例えば高温高湿試験等では、試験槽内で高温に晒すことで構成部材の耐久性を評価するものであるため実際に内部から発熱する半導体チップの実装時の状況を再現することは困難であったが、本発明によれば、ヒータで半導体チップを直接加熱することが可能であるため、従来の試験槽内を加熱する方法に比べて正確な温度プロファイルが可能である。
【０１３５】
加えて、測温膜（金属配線膜１０１）自身の熱容量が最小化された評価用半導体チップを用いることで、特に温度サイクル試験においての加熱、冷却に要する時間を大幅に短縮することが可能である。
【０１３６】
例えば、加熱と冷却にそれぞれ３０分かかれば、１０００サイクルに到達するまでには４２日間が必要となる。しかしながら、本発明によれば、加熱、冷却がそれぞれ５分程度で可能となるため、大幅に開発時間を短縮させられると共に、要するエネルギーも抑えることができる。
【０１３７】
さらに、リフロー炉や高圧プレス加熱加圧装置等の大規模施設を実際に使用せずに、ヒータによって同様の熱履歴を再現することができる。
【０１３８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、半導体装置および放熱材料の評価技術に関し、半導体チップの放熱特性評価を行う装置やシステムなどに広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１〜５…評価用半導体チップ、６：評価用半導体チップ（デバイスチップ）、１１、１２、２１、２２、３１、３２、４１、４２…開口部、１００…シリコン基板、１０１…金属配線膜、１０１ａ…ＰｔＯ膜、１０１ｂ…Ｐｔ膜、１０１ｃ…ＴｉＯ膜、１０２…金属配線膜、１０３…電極、１０１１、１０２１…端子、１０２２…シールド、１０３１、１０３２…外部接続用電極、１０４ａ〜１０４ｃ…ポリイミド膜、１１１…配線基板、１１３…配線基板、１１３ａ、１１３ｂ…基板配線、１１４…はんだバンプ、１１５…アンダーフィル材、１１０、１２０、１４０、１４０ａ〜１４０ｃ…評価システム、１４１…断熱性ネジ、１４２…コネクタ、１４３…ハーネス、１４４…ヒートスプレッダ、１４５、１４５ａ、１４５ｂ…放熱シート、１４６…熱電対、１４７…シール材、１４８…放熱板、２０１、２０２、３０１、３０２、４０２…金属配線膜、３０４、４０４…ポリイミド膜、５０１…スルーホール、６００…半導体素子、６０４、６０４ａ〜６０４ｃ…ポリイミド膜、６１１…基板、６１４…Ａｕバンプ、９００…配線群、９０１…高温プレス加熱加圧装置、９０２…リフロー炉、９０３…移動ステージ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを評価するための評価用半導体チップであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板と、
前記半導体基板の面上に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極とが形成されたことを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項２】
半導体チップを評価するための評価用半導体チップであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板と、
前記半導体基板の面上に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とが形成されたことを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項３】
請求項２に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線と前記第２の配線とは、絶縁層を挟んで、積層されていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項４】
請求項３に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、前記第２の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項５】
請求項３に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第２の配線は、前記第１の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線の領域の数は、前記第２の配線の領域の数以上であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第２の配線が設けられた１つあたりの領域の広さは、前記第１の配線が設けられた１つあたりの領域の広さ以上であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項８】
請求項２に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線と前記第２の配線とは、前記半導体基板上の同一の面内に配置されていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、白金配線であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１０】
請求項２〜８のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第２の配線は、ニッケル配線、または銅配線であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１１】
請求項２〜１０のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、領域ごとに対になった前記第１の電極を有し、前記第２の配線は、領域ごとに対になった前記第２の電極を有していることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１２】
請求項１または１１に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線の１つの領域について、４つの前記第１の電極を有することを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１３】
請求項１に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、ニッケル配線または銅配線であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１４】
半導体チップを評価するための評価システムであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線を電気的に接続するための電極とを有する評価用半導体チップと、
前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、
前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備え、
前記第１の配線を電源、電流計および電圧計に電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに加熱および測温を行うことを特徴とする評価システム。
【請求項１５】
半導体チップを評価するための評価システムであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、
前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、
前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備え、
前記第２の配線に電源を電気的に接続して、前記第２の配線の領域ごとに加熱を行い、前記第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに測温を行うことを特徴とする評価システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記評価用半導体チップの前記第１の配線と前記第２の配線とは、絶縁層を挟んで、積層されていることを特徴とする評価システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記評価用半導体チップの前記第１の配線は、前記評価用半導体チップの前記第２の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記評価用半導体チップの前記第２の配線は、前記評価用半導体チップの前記第１の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価システム。
【請求項１９】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記第１の配線と前記第２の配線とは、前記半導体基板上の同一面内に形成されていることを特徴とする評価システム。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記第１の配線が、白金配線であることを特徴とする評価システム。
【請求項２１】
請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記第２の配線が、ニッケル配線または銅配線であることを特徴とする評価システム。
【請求項２２】
請求項１４に記載の評価システムにおいて、
前記第１の配線は、ニッケル配線または銅配線であることを特徴とする評価システム。
【請求項２３】
請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記放熱材料を前記実装基板と前記放熱板に固定した際の半導体チップ温度を測定する温度測定手段を備えたことを特徴とする評価システム。
【請求項２４】
請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記放熱材料は、前記実装基板に固定されていることを特徴とする評価システム。
【請求項２５】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線を電気的に接続するための電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第１の配線を電源、電流計および電圧計に電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに加熱および測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記放熱材料の前記放熱板との密着性の変化を検出することを特徴とする放熱材料評価方法。
【請求項２６】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第２の配線に電源を電気的に接続して、前記第２の配線の領域ごとに加熱を行い、前記第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、前記第１の配線の前記領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記放熱材料の前記放熱板との密着性の変化を検出することを特徴とする放熱材料評価方法。
【請求項２７】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線を電気的に接続するための電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料と、前記評価用半導体チップと前記実装基板との間に充填された硬化性樹脂材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第１の配線を電源、電流計および電圧計に電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに加熱および測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記硬化性樹脂材料の充填状態および硬化状態を計測することを特徴とする放熱材料評価方法。
【請求項２８】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料と、前記評価用半導体チップと前記実装基板との間に充填された硬化性樹脂材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第２の配線に電源を電気的に接続して、前記第２の配線の領域ごとに加熱を行い、前記第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記硬化性樹脂材料の充填状態および硬化状態を計測することを特徴とする放熱材料評価方法。
【請求項１】
半導体チップを評価するための評価用半導体チップであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板と、
前記半導体基板の面上に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極とが形成されたことを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項２】
半導体チップを評価するための評価用半導体チップであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板と、
前記半導体基板の面上に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とが形成されたことを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項３】
請求項２に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線と前記第２の配線とは、絶縁層を挟んで、積層されていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項４】
請求項３に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、前記第２の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項５】
請求項３に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第２の配線は、前記第１の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線の領域の数は、前記第２の配線の領域の数以上であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第２の配線が設けられた１つあたりの領域の広さは、前記第１の配線が設けられた１つあたりの領域の広さ以上であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項８】
請求項２に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線と前記第２の配線とは、前記半導体基板上の同一の面内に配置されていることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、白金配線であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１０】
請求項２〜８のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第２の配線は、ニッケル配線、または銅配線であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１１】
請求項２〜１０のいずれか１項に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、領域ごとに対になった前記第１の電極を有し、前記第２の配線は、領域ごとに対になった前記第２の電極を有していることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１２】
請求項１または１１に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線の１つの領域について、４つの前記第１の電極を有することを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１３】
請求項１に記載の評価用半導体チップにおいて、
前記第１の配線は、ニッケル配線または銅配線であることを特徴とする評価用半導体チップ。
【請求項１４】
半導体チップを評価するための評価システムであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線を電気的に接続するための電極とを有する評価用半導体チップと、
前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、
前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備え、
前記第１の配線を電源、電流計および電圧計に電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに加熱および測温を行うことを特徴とする評価システム。
【請求項１５】
半導体チップを評価するための評価システムであって、
前記半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、
前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、
前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備え、
前記第２の配線に電源を電気的に接続して、前記第２の配線の領域ごとに加熱を行い、前記第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに測温を行うことを特徴とする評価システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記評価用半導体チップの前記第１の配線と前記第２の配線とは、絶縁層を挟んで、積層されていることを特徴とする評価システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記評価用半導体チップの前記第１の配線は、前記評価用半導体チップの前記第２の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記評価用半導体チップの前記第２の配線は、前記評価用半導体チップの前記第１の配線よりも前記半導体基板側に設けられていることを特徴とする評価システム。
【請求項１９】
請求項１５に記載の評価システムにおいて、
前記第１の配線と前記第２の配線とは、前記半導体基板上の同一面内に形成されていることを特徴とする評価システム。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記第１の配線が、白金配線であることを特徴とする評価システム。
【請求項２１】
請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記第２の配線が、ニッケル配線または銅配線であることを特徴とする評価システム。
【請求項２２】
請求項１４に記載の評価システムにおいて、
前記第１の配線は、ニッケル配線または銅配線であることを特徴とする評価システム。
【請求項２３】
請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記放熱材料を前記実装基板と前記放熱板に固定した際の半導体チップ温度を測定する温度測定手段を備えたことを特徴とする評価システム。
【請求項２４】
請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の評価システムにおいて、
前記放熱材料は、前記実装基板に固定されていることを特徴とする評価システム。
【請求項２５】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線を電気的に接続するための電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第１の配線を電源、電流計および電圧計に電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに加熱および測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記放熱材料の前記放熱板との密着性の変化を検出することを特徴とする放熱材料評価方法。
【請求項２６】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第２の配線に電源を電気的に接続して、前記第２の配線の領域ごとに加熱を行い、前記第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、前記第１の配線の前記領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記放熱材料の前記放熱板との密着性の変化を検出することを特徴とする放熱材料評価方法。
【請求項２７】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体およびヒータを兼用で構成する複数の第１の配線と、前記第１の配線を電気的に接続するための電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料と、前記評価用半導体チップと前記実装基板との間に充填された硬化性樹脂材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第１の配線を電源、電流計および電圧計に電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに加熱および測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記硬化性樹脂材料の充填状態および硬化状態を計測することを特徴とする放熱材料評価方法。
【請求項２８】
半導体チップを構成する半導体基板の一方の面に、複数領域からなる抵抗測温体を構成する複数の第１の配線と、１つまたは複数領域からなるヒータを構成する１つまたは複数の第２の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の電極とを有する評価用半導体チップと、前記評価用半導体チップを実装する実装基板と、前記評価用半導体チップの前記半導体基板の他方の面側に、前記実装基板と放熱板との間に固定された放熱材料と、前記評価用半導体チップと前記実装基板との間に充填された硬化性樹脂材料とを備えた評価システムにおける放熱材料評価方法であって、
前記第２の配線に電源を電気的に接続して、前記第２の配線の領域ごとに加熱を行い、前記第１の配線に電流計および電圧計を電気的に接続して、前記第１の配線の領域ごとに測温を行い、その領域ごとの測温結果に基づいて、前記硬化性樹脂材料の充填状態および硬化状態を計測することを特徴とする放熱材料評価方法。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図１６】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１８４９９０（Ｐ２０１２−１８４９９０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７３６６（Ｐ２０１１−４７３６６）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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