JPH1123652A - 半導体装置の試験方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 密封容器内の水分量の多寡を非破壊的に検知
する。 【解決手段】 ２端子間に電圧を印加してリーク電流
イ，ロ，ハの温度特性を測定し，リーク電流イ，ロ，ハ
が極小となる温度Ｔ₁ ，Ｔ₂ から容器内水分量を検知す
る。リーク電流が極小となる温度は水分量の単調増加関
数であり，水分量を一義に定めることができる。また，
容器内の露点温度以下の低温で２端子間のリーク電流
イ，ロ，ハを測定し，リーク電流イ，ロ，ハの大小から
容器内水分量の多寡を検知する。露点以下では，リーク
電流は水分量の単調増加関数となるので，水分量を一義
に定めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は密封容器内に半導体
チップを収容した半導体装置の密封容器内の水分量を検
知する半導体装置の試験方法に関する。

【０００２】容器内に半導体チップを密封し，半導体チ
ップと端子間とを容器内壁面上に形成された内部配線に
より接続する半導体装置，例えはセラミック封止のピン
グリッドＩＣ容器を用いた半導体装置では，容器内の水
分が内部配線のマイグレーションあるいはコロージョン
を誘発し，内部配線間の短絡又は断線を引き起こす。

【０００３】このため，半導体装置の信頼性を担保する
ため，密封容器内の水分量を確実に検知することができ
る半導体装置の試験方法が必要とされている。

【０００４】

【従来の技術】従来，半導体装置の密封された容器内部
の水分量の測定には，ガスの質量分析法が用いられてい
た。この方法では，半導体装置を真空中で加熱した後，
容器に孔を開設して内部のガスを質量分析装置により分
析する。従って，この方法は本質的に破壊検査であり，
一旦水分量を測定した後はその半導体装置を再使用する
ことができない。このため，半導体装置の全数試験に適
用することができない。また，半導体装置の動作中に生
ずる容器内の水分量の経時変化の観測のように，水分量
を測定した半導体装置について引続き各種の試験を続行
しその後の経過を観察することは不可能である。このた
め，半導体装置の信頼性を担保するに十分なデータを収
集することは困難であった。

【０００５】なお，容器のリーク試験，即ち密封状態の
検査では，高圧ヘリウム中に半導体装置を放置してリー
ク部から容器内にヘリウムガスを侵入させ，その後大気
圧に戻したときに容器内から漏出するヘリウムを検出す
ることで，非破壊的にリーク試験をすることができる。
従って，容器外部から侵入する水分を非破壊的試験によ
り見積もることができる。

【０００６】しかし，例えばセラミック封止の容器内に
は，半導体チップのマウンテング用にポリイミドが用い
られ，また，セラミック容器の封止剤による内部配線の
短絡を防止するために内部配線を囲む封止剤漏洩防止用
のポリイミドが塗布されている。これらのポリイミド
は，不適切な製造条件又は使用条件の下で，密封容器内
に水を発生させることがある。このように，密封された
容器内で水分が発生又は消失する場合は，外部から侵入
する水分量を推定するに過ぎない既述の高圧ヘリウム中
に放置するリーク試験は密封容器内の水分検出には無力
であり，従って上述したガス分析による非破壊試験に依
らねば容器内の水分量を検知することができない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように，半導
体装置の密封容器内の水分量は，従来はガス質量分析装
置を用いた破壊検査によりなされていた。このため，全
数試験あるいは継続する試験には適用することができ
ず，試験の信頼性が制限されていた。また，従来なされ
ていた高圧ヘリウム中に半導体装置を放置するリーク試
験では，密封容器内部での水分の発生，消失を検知する
ことができない。

【０００８】本発明は，容器内の水分の凝結が，容器内
部に設けられた内部配線相互間の絶縁抵抗を変化させる
という事実を利用し，端子間の絶縁抵抗の温度変化か
ら，又は端子間の絶縁抵抗値から容器内部の水分量の多
寡を非破壊で検知する半導体装置の試験方法を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり，端子間のリーク電流の温度依存性を説明する
図である。図中の実線イ，ロ及びホは，それぞれ異なる
水分量を容器内に含む半導体装置におけるリーク電流を
表す。図２は本発明の第一実施形態例測定装置概念図で
あり，半導体チップを容器内に密封した半導体装置のリ
ーク電流の温度依存性を測定する装置の主要部分を表し
ている。図３は本発明の第一実施形態例半導体装置断面
図であり，セラミック封止された半導体装置を表してい
る。図４及び図８は，それぞれ本発明の第一及び第三実
施形態例半導体装置平面図であり，セラミック封止され
た半導体装置の容器に用いられるセラミック基板上に形
成された配線を表している。なお，図４には，セラミッ
ク基板上の配線の一部が描かれており，残りの配線は省
略されている。図９は本発明の第四実施形態例平面図で
あり，セラミック封止された半導体装置の容器に用いら
れるセラミック基板の一部分を表している。図１１は本
発明の第六実施形態例信号端子間のＩ─Ｖ特性図であ
り，半導体チップの内部回路に接続された端子間のダイ
オード特性を表している。

【００１０】上記課題を解決するための本発明の第一の
構成は，図１〜図４を参照して，半導体チップ２を収容
する密封容器１の外壁を貫通して該容器１内外を電気的
に接続する第一及び第二の端子３ａ，３ｂを有する半導
体装置の試験方法において，該第一の端子３ａと該第二
の端子３ｂとの間に電圧を印加し，該第一及び該第二の
端子３ａ，３ｂ間に流れるリーク電流の温度依存性を測
定する工程と，該リーク電流が極小となる温度Ｔ₂ ，Ｔ
₃ から該容器１内の水分量の多寡を検知することを特徴
として構成し，及び，第二の構成は，図１〜図４を参照
して，半導体チップ２を収容する密封容器１の外壁を貫
通して該容器１内外を電気的に接続する第一及び第二の
端子３ａ，３ｂを有する半導体装置の試験方法におい
て，該容器１内の水分の氷結温度を越えかつ露点未満の
温度Ｔ₀ で，該第一の端子３ａと該第二の端子３ｂとの
間に電圧を印加し，該第一及び該第二の端子３ａ，３ｂ
間に流れるリーク電流を測定する工程と，該リーク電流
の測定値Ｉ₁ ，Ｉ₂ ，Ｉ₃ から該容器内の水分量の多寡
を検知することを特徴として構成し，及び，第三の構成
は，図１〜図４を参照して，第二の構成の半導体装置の
試験方法において，該リーク電流を予め測定された標準
試料のリーク電流と比較して，該標準試料の水分量と比
較した該水分量の多寡を検知することを特徴として構成
し，及び，第四の構成は，図１〜図４を参照して，第
一，第二又は第三の構成の半導体装置の試験方法におい
て，該第一及び該第二の端子３ａ，３ｂのうち少なくと
も一方は，該半導体チップ２の内部回路に接続されてい
ないことを特徴として構成し，及び，第五の構成は，図
１〜図４，及び図１１を参照して，第一，第二又は第三
の構成の半導体装置の試験方法において，該第一及び第
二の端子３ａ，３ｂはそれぞれ該半導体チップ２の内部
回路に接続され，該第一の端子３ａと該第二の端子３ｂ
との間に印加する該電圧を，０．７Ｖ以下とすることを
特徴として構成し，及び，第六の構成は，第六の構成の
半導体装置の試験方法において，該第一及び該第二の端
子３ａ，３ｂ間に印加する該電圧を０．１Ｖ〜０．３Ｖ
とすることを特徴として構成する。

【００１１】第七の構成は，図２，図３，図８及び図９
を参照して，半導体チップを収容する密封容器１の外壁
を貫通して該容器１内外を電気的に接続する第一及び第
二の端子３ｄ，３ｃを有する半導体装置において，該容
器１内に表出する基板１ａ表面上に互いに沿うように設
けられた２本の検知用配線４ａの一方が該第一の端子３
ａに，他方が該第二の端子３ｂに接続されていることを
特徴として構成する。

【００１２】本発明の発明者は，密封された半導体装置
の電気的に開放された端子間に電圧を印加し，温度を変
えて端子間のリーク電流を観測した結果，リーク電流は
温度依存性を有しかつリーク電流が極小となる温度が存
在する事実を明らかにした。さらに，本発明の発明者
は，リーク電流を測定した半導体装置について密封容器
内の湿度をガス質量分析装置を用いて定量分析した結
果，リーク電流が極小となる温度は容器内湿度に依存す
ることを明らかした。以下，リーク電流の温度依存性を
調べた実験について説明する。

【００１３】リーク電流の温度依存性は，図３及び図４
を参照して，本発明の第一実施形態例の試料と同様のピ
ングリッドアレイ型のセラミック封止半導体装置につい
て測定した。この半導体装置は，セラミック基板１ａ上
に載置された半導体チップ２を，金属製の蓋１ｂで容器
内に封止する。端子３はセラミック基板を貫通して設け
られる。セラミック基板１ａの容器内の表出面には，端
子３に接続され半導体チップ２周辺近傍に延在する配線
が設けられる。

【００１４】リーク電流の測定は，半導体チップ２の内
部回路に接続されていない２つの隣接する端子３につい
てなされた。この端子３には，半導体チップ２の内部回
路には接続しないが，セラミック基板１ａ上に配設さ
れ，半導体チップ２の周辺近傍に延在する配線が接続さ
れている。

【００１５】測定は，恒温槽内に収容した半導体装置の
温度が一定になるのを待って，端子３間に１０Ｖを印加
し端子３間に流れる電流，即ちリーク電流を測定した。
図１に，実測されたリーク電流の温度依存性のうち，典
型的な３つの型を実線イ，ロ及びハで示した。イは標準
試料，即ち容器内湿度が０．２〜０．３％と低いもの，
ロは容器内湿度がイとハの中間の０．５％のもの，ハは
容器内湿度が略１％と高いものである。なお，容器内湿
度は，リーク電流の測定後に，真空中で容器に孔を開設
し，加熱して発生するガスを質量分析法により測定し
た。

【００１６】図１中の実線イを参照して，容器内湿度が
０．３％以下の低い場合，リーク電流の対数は温度上昇
と共に直線的に増加する。一方，図１中の実線ロを参照
して，容器内湿度が０．５％と高い場合は，低温_, 例え
ば温度Ｔ₀ におけるリーク電流は容器内湿度が低い場合
の実線イより多く，さらに温度上昇と共にリーク電流は
減少する。さらに温度を上昇するとリーク電流は極小値
を経由して増加し始め，高温では容器内湿度が０．３％
以下の低い場合の実線イに接近し，容器内湿度が低い場
合と同様にリーク電流の対数が直線的に増加する。容器
内湿度が１％とより高い場合，図１中の実線ハを参照し
て，リーク電流は容器内湿度が０．５％の場合と同様
に，温度上昇と共にリーク電流は極小値を経由し，高温
ではリーク電流の対数が直線的に増加する。

【００１７】上述した容器内湿度が１％の場合（実線
ハ）と０．５％の場合（実線ロ）とを参照して，本発明
者の他の実験結果をも総合すると，リーク電流が極小と
なる温度Ｔ₂ ，Ｔ₃ は，容器内湿度が高いと上昇す，ま
た_, 低温でのリーク電流Ｉ_{2 ,}Ｉ₃ は，容器内湿度の上
昇と共に多くなることが明らかにされた。

【００１８】本発明の発明者は，かかるリーク電流の温
度依存性は，以下に説明するように容器内の水分の凝
結，蒸発に起因すると理解している。即ち，容器内湿度
が低い場合，リーク電流は，基板表面の漏洩電流及び基
板内の漏洩電流からなる。このようなリーク電流は，基
板材料の絶縁物質の性質により定まり，図１中の実線イ
のような温度の指数関数として近似される。他方，容器
内湿度が高い場合，露点より低温では基板表面に水分が
凝結し，基板表面の漏洩電流を増加させる。図１中の破
線ニ及びホは，水分凝結に起因する漏洩電流の推定され
る変化を定性的に表したものである。破線ニ及びホを参
照して，露点以下の温度では基板表面への水分の凝結量
は低温になる程多くなるから，基板表面の漏洩電流は露
点以下の温度では温度低下と共に急激に増加する。この
ため，低温では，リーク電流の大部分が凝結した水分に
起因する漏洩電流により占められ，実線ロ及びハを参照
して，リーク電流は温度低下とともに増加する，即ち，
リーク電流は温度上昇とともに減少する。これに対し
て，露点以上の温度では，基板表面への水分の凝結は起
こらず，また基板表面に吸着されていた水分も蒸発する
ため，リーク電流は実線イに示す基板本来のリーク電流
に限られる。従って，露点以上の高温ではリーク電流
は，容器内湿度によらず基板本来のリーク電流に近づ
く。その結果，リーク電流は，低温では負の，高温では
正の温度特性を有し，温度特性が負から正に変化する温
度Ｔ₁ ，Ｔ₂ で極小値をとる。本発明はかかる事実と理
解に基づいて考案された。

【００１９】本発明の第一の構成では，２端子間に電圧
を印加し，それらの端子間に流れるリーク電流の温度依
存性を測定し，リーク電流が極小となる温度から容器内
の水分量の多寡を検知する。

【００２０】既述のように，リーク電流の極小は，基板
本来の正の温度特性を有するリーク電流に，水分の凝結
に起因して急激に増加する負の温度特性を有するリーク
電流が重畳することで生ずる。従って，リーク電流の極
小値を与える温度は，凝結温度，即ち露点に近い温度と
なる。露点は，容器内圧力が同じならば，容器内の水分
量に強く依存する。通常の半導体装置では，容器内圧力
は略同じであるから，リーク電流の極小値を与える温度
は容器内の水分量により定まり，水分量が多いほど高温
になる。従って，リーク電流が極小となる温度が測定さ
れれば，その温度からおおよその露点，ひいてはおおよ
その容器内の水分量を推量することができる。また，リ
ーク電流が極小となる温度を，他の半導体装置と比較す
ることで両者の間の水分量の多寡を判別することができ
る。本構成では，リーク電流の極小となる温度を測定す
れば足り，不安定かつ困難なリーク電流の絶対値を測定
する必要がないから，水分量の多寡を確実に測定するこ
とができる。

【００２１】本発明の第二の構成では，容器１内の水分
の氷結温度を越えかつ露点未満の温度で，２端子間に電
圧を印加してその間に流れるリーク電流を測定し，その
リーク電流の測定値から該容器内の水分量の多寡を検知
する。

【００２２】図１を参照して，リーク電流は，露点未満
の低温では基板表面への水分の凝結により急激に増加す
る。このリーク電流の増加量は，凝結した水分量に強く
依存する。また，凝結する水分量は，同一温度の下では
露点が高いほど，言い換えれば容器内の水分量が多いほ
ど多くなる。このため，同一温度でのリーク電流は，容
器内の水分量に依存し，水分量が多いほどリーク電流は
多くなる。従って，一定の温度の下で測定されるリーク
電流から，おおよその容器内の水分量を推定することが
できる。また，測定されたリーク電流を他の半導体装置
のリーク電流と比較することで，その他の半導体装置の
容器内水分量との多寡を判別することができる。

【００２３】本構成では，リーク電流が測定される温度
は，水分の凝結が生ずる露点未満の温度であり，とくに
凝結量を多くしリーク電流を大きくしてリーク電流の測
定を容易にする観点から，低温であることが好ましい。
しかし，氷結温度以下では凝結した水分が氷結しリーク
電流が小さくなるから，氷結温度より高い温度で測定す
ることが好ましい。本構成では，一つの温度でリーク電
流を測定することで水分量を判別することができるか
ら，リーク電流の温度依存性を測定する第一の構成に較
べて測定が簡便である。

【００２４】第三の構成では，第二の構成の半導体装置
の試験方法において，標準試料と測定すべき半導体装置
とのリーク電流を比較し，いずれの水分量が多いかを判
別する。標準試料として，例えば良品とされる容器内水
分の少ない半導体装置を用いることができる。このよう
な半導体装置のリーク電流の対数は温度に対して直線的
に変化するから，低温でのリーク電流は極めて小さい。
従って，標準試料からのリーク電流の増加分を精密に測
定することができる。

【００２５】第四の構成では，リーク電流を測定する２
つの端子のうち，少なくとも一方は半導体チップの内部
回路に接続されていないいわゆるＮＣ端子からなる。従
って，高電圧をこれらの端子間に印加しても半導体装置
の回路を破壊することがないから，端子間に高い電圧を
印加して大きなリーク電流を流すことができるので，リ
ーク電流の測定が容易になる。なお，ＮＣ端子に基板表
面に設けた配線パターンが接続されていても差し支えな
い。また，第一，第二及び第三の構成において，リーク
電流を測定する端子は，容器内部に表出していれば足
り，容器内部に表出する容器内壁面上，例えば基板表面
上に形成された配線に接続されていても又接続されてい
なくてもよく，さらに，半導体チップの内部回路に接続
されているか否かを問わない。

【００２６】第五の構成では，半導体チップの内部回路
に接続された端子間のリーク電流を測定する。本構成で
はＮＣ端子を必要としないから，試験し得る半導体装置
の種類の範囲が広くなる。内部回路に接続された端子間
は，図１１を参照して，通常，ダイオード特性を有す
る。本構成では，シリコンダイオードの順方向電流がリ
ーク電流の測定の妨げとならない程度の大きさに留まる
ように，端子間に印加する電圧を０．７Ｖ以下とする。
さらに，本発明の第六の構成では，この印加電圧を０．
１Ｖ〜０．３Ｖとする。この電圧範囲では，電圧の指数
関数で増加する順方向電流は極めて小さいのに対して，
電圧に略比例するリーク電流は順方向電流に較べて十分
に大きい。従って，内部回路を破壊することがない低い
印加電圧により，リーク電流を精密に測定することがで
きる。

【００２７】第七の構成では，図８及び図９を参照し
て，半導体チップを収容する密封容器１の外壁を貫通し
て該容器１内外を電気的に接続する複数の端子３を有す
る半導体装置において，リーク電流測定用の専用端子３
ｃ，３ｄを備える。この専用端子３ｃ，３ｄには，基板
表面に，互いに平行に添うように設けられた一組の検知
用配線４ａが接続される。この構成では，端子に高電圧
を印加しても半導体装置を破壊することがないので，リ
ーク電流を大きくして測定を容易にすることができる。
また，端子３ｃ，３ｄは基板表面に形成された配線に接
続するため，水分の凝結に伴うリーク電流の増加を鋭敏
に検出することができる。なお，リーク電流を鋭敏に検
出する観点から，検知用配線４ａは長いことが好まし
い。同じ観点から，検知用配線間距離は短いことが好ま
しく，とくに基板表面に形成される配線の最小配線間隔
とすることが望ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の第一実施形態例は，半導
体装置の製造工程への適用に関し，セラミック封止され
た半導体装置の容器内水分量を検知するための試験方法
に関する。

【００２９】本発明の第一実施形態例に係る半導体装置
の試験方法は，セラミック封止されたピングリッドアレ
イ型半導体装置の製造工程において，半導体装置の全数
検査として適用された。この半導体装置の容器１は，図
３及び図４を参照して，セラミック基板１ａ上面を金属
製の蓋１ｂで気密に封止し，基板１ａと蓋１ｂの間に形
成された空洞に半導体チップ２を収容する。セラミック
基板１ａ中央に窪み５が形成され，半導体チップ２はこ
の窪み５上面に裏面をポリイミド（図示せず）により貼
着されて固定されマウンテングされる。セラミック基板
１ａの窪み５の外側には，セラミック基板１ａを貫通す
るグリッド状に配置されたピン状の端子３が設けられ
る。さらに，セラミック基板１ａの空洞に表出する上
面，即ち容器１内壁面には，端子３に接続され半導体チ
ップ２周辺近傍に延在する配線４が設けられる。半導体
チップ２と配線４とは，例えばワイヤ又はリードにより
接続される。また，蓋１ｂ外周部の封止部分に近い基板
１ａ上面には，封止剤による配線不良の発生を防止する
ため，封止部分の内周に沿って封止剤漏洩防止用のポリ
イミド（図示せず）が塗布される。なお，マウンテング
用及び封止剤漏洩防止用のポリイミドは，ベーキングに
より水分を解離されたのち封止される。

【００３０】リーク電流の測定に先立ち，半導体装置を
ベーキングして半導体装置の外表面に付着する水分及び
汚染物質を除去した。次いで，図２を参照して，半導体
装置７を恒温槽１０内に保持し，隣接する第一及び第二
の端子３ａ，３ｂに測定用ケーブル８をはんだ付けして
接続した。測定用ケーブル８の他端は，微小電流測定器
９の入力部９ａに接続される。この微小電流測定器９
は，測定用ケーブル８に１μＶ〜２００Ｖの電圧を印加
でき，このとき測定用ケーブル８に流れる電流を１ｆＡ
〜１Ａの検出感度をもって測定できる。また，入力部９
ａはノイズの影響を少なくするため，必要ならば本体か
ら分離して被測定物の近くに設置することができる。恒
温槽１０，測定用ケーブル８，入力部９ａ及び微小電流
測定器９は，ノイズ防止のため筐体又は外部導線を接地
した。

【００３１】リーク電流の測定は，室温（２５℃），及
び３０℃から１００℃まで１０℃ステップで行った。測
定に用いた端子３ａ，３ｂは隣接して配設され，基板１
ａ表面に形成された互いにほぼ平行に延在する２本の配
線４の一方が端子３ａに，他方が端子３ｂに接続されて
いる。この一方の端子３ａに接続する配線４は，半導体
チップ２の近くまで延在するが半導体チップ２の内部回
路に接続されないＮＣピンであり，他方の端子３ｂに接
続する配線４は半導体チップ２の内部回路，例えば接地
回路又は電源回路に接続されている。

【００３２】図５は本発明の第一実施形態例リーク電流
の温度依存性を表す図であり，２つの端子３ａ，３ｂ間
に１０Ｖの電圧を印加したとき，両端子３ａ，３ｂ間に
流れるリーク電流を異なる温度下で測定した結果を表し
ている。なお，図５中，イは容器封入前のポリイミドの
水分離脱ベーキングが十分なもの，ロはベーキング時間
を短くしたもの，ハはベーキング時間をロより短くした
ものについてのリーク電流を表している。

【００３３】図５イを参照して，十分な水分離脱ベーキ
ングを施したものは，リーク電流の対数が室温から１０
０℃の全範囲で温度に対して直線的に増加する。また，
その絶対値は小さく，とくに低温で著しく小さくなる。
他方，図５ロ及びハを参照して，ベーキング時間が短い
ものは，全温度範囲でリーク電流が多く，かつ各半導体
装置についての特有の温度Ａ，Ｂ，即ちロについては温
度５０℃，ハについては７０℃でリーク電流が極小とな
った。これらの半導体装置イ，ロ，ハの容器内水分をリ
ーク電流の測定終了後にガス質量分析により測定した結
果，容器内の湿度はイは０．２４及び０．２９％，ロは
０．６８％，ハは１．０９％であった。

【００３４】このように，本実施形態例ではポリイミド
のベーキング不良から容器内に発生した水分量を，リー
ク電流の極小値を与える温度から半定量的に検知するこ
とができた。なお，十分なベーキングを施したもので
は，イを参照して，２５℃〜１００℃の範囲には極小が
存在しない。これは容器内の湿度が小さいため露点が室
温以下にあるためで，室温以下の温度範囲のリーク電流
を測定することで，極小値を観測できる。従って，低温
におけるリーク電流の温度依存性を測定することで，少
量の水分の多寡を検知することができる。

【００３５】図６は本発明の第一実施形態例リーク電流
の温度可逆性を表す図であり，測定を温度上昇時に測定
されたリーク電流と温度降下時に測定されたリーク電流
とを表している。図６中，ニ及びホは封止前に十分にベ
ーキングされたものについて，ト及びヘはベーキング時
間が短いものについてのリーク電流であり，また，実線
でつながる丸印は温度上昇時の測定値を，破線でつなが
る三角印は温度降下時の測定値を表している。

【００３６】図６を参照して，温度上昇時のリーク電流
と温度降下時のリーク電流は，同一温度でほぼ一致して
いる。この事実は，リーク電流を決定する要因が温度に
対して平衡状態にあることを強く示唆しており，既述の
リーク電流の増加が容器内雰囲気中の水分の凝結に起因
するいう本発明者の推論を支持するものである。

【００３７】本発明の第二の構成は，一定温度下でリー
ク電流を測定し，封止された容器内の水分量の多寡を判
定する半導体装置の試験方法に関する。本実施形態例の
リーク電流の測定方法は，測定時の温度を一定にする以
外は，上述した本発明の第一実施形態例における測定方
法と同様である。また，半導体装置の構造も同様であ
る。リーク電流の測定は，ポリイミドの水分離脱のベー
キング時間が異なる複数の半導体装置について行った。

【００３８】図７は，本発明の実施形態例容器内湿度と
リーク電流との相関図であり，２５℃で測定されたリー
ク電流と容器内湿度との関係を表している。図７を参照
して，容器内の湿度はリーク電流の単調増加関数であ
り，両者は一対一に対応している。従って，リーク電流
から容器内の水分量を知ることができる。

【００３９】本第二の実施形態例において，容器内水分
が少ない又は容器内水分量が知られている半導体装置を
標準試料として用い，標準試料のリーク電流と被試験半
導体装置のリーク電流との差から被試験半導体装置の容
器内水分量を検出することもできる。この方法では，半
導体装置の構造，半導体装置の製造又は保管の際の汚染
等に起因するリーク電流が差をとることで相殺されるの
で，容器内水分に起因するリーク電流をより精密に測定
することができる。なお，本実施形態例では，容器内水
分に起因するリーク電流が大きくなり，かつ容器本来の
リーク電流が小さくなる低温での測定が，リーク電流の
精密な測定のために好ましい。

【００４０】本発明の第三実施形態例は，専らリーク測
定に使用される検知用配線を備えた半導体装置の試験方
法に関する。本実施形態例にかかる半導体装置は，図８
を参照して，密封容器の基板となるセラミック基板１ａ
の上面で，端子３が設けられている領域の外側と蓋の封
止部分との間の領域に，基板１ａ上面の配線４（図８で
は省略されている。）の最小間隔にほぼ等しいほぼ平行
する２本の検知用配線４ａを設ける。この２本の検知用
配線４ａはそれぞれ２本の端子３ａ，３ｂに接続され
る。リーク電流の測定及び容器内水分量の検知方法は，
既述の第一又は第二実施形態例と同様である。本実施形
態例では，水分の凝結に起因するリーク電流の増加が大
きいので，水分量の検知を精密にすることができる。

【００４１】本発明の第四実施形態例では，第三実施形
態例の検知用配線に代えて，図９を参照して，インデッ
クスマークの形成領域に２本の配線を渦巻き状に形成し
た検知用配線４ａを用いる。インデックスマークは，図
４を参照して，チップの特定の一角を表示するマークで
ある。本実施形態例によれば，検知用配線４ａはインデ
ックスマークとしても利用できるので，インデックスマ
ーク形成領域の他に検知用配線４ａの形成領域を特別に
設ける必要がなく基板１ａ寸法の増加を防止することが
できる。

【００４２】図１０は本発明の第五実施形態例正面図で
あり，リーク電流測定用のパッドを有する半導体装置の
測定に用いられる測定治具の構造を表している。図１０
を参照して，第五実施形態例にかかる半導体装置は，容
器上面に２つのパッド状端子３ｃ，３ｄを有する。この
端子３ｃ，３ｄには，上述した第三及び第四実施形態例
と同様の検知用配線４ａが接続する。なお，この検知用
配線４ａは容器内部に設けられている限り，他の形状で
あっても又配設位置が基板上面以外であってもよい。

【００４３】リーク電流を測定するには，測定用ケーブ
ル８に代えて下方に突出する接触針１１を備えた電流測
定器９の入力部９ａをサンプル押さえ１２の下面に把持
し，接触針１１の先端を端子３ｃ，３ｄ上面に押圧して
電気的に接続する。接触針１１は，例えばスリーブ内を
滑動し，上方からバネで下方に押圧される針を備えたい
わゆるポゴピンを用いることができる。リーク電流の測
定方法は第一又は第二の実施形態例と同様である。

【００４４】本発明の第六実施形態例は，半導体チップ
の内部回路に接続された端子を用いてリーク電流を測定
する半導体装置の試験方法に関する。リーク電流の測定
方法は，図２〜図４を参照して，測定用ケーブル８が接
続される端子３ａ，３ｂがいずれも半導体チップ２の内
部回路に接続されていること，及び，端子３ａ，３ｂ間
に印加する電圧が０．７Ｖ以下，とくに０．１〜０．３
Ｖ，例えば０．２Ｖとすること以外は，測定装置及び測
定方法ともに第一又は第二実施形態例と同様である。

【００４５】図１１中のイ及びロは，後の行ったガス質
量分析法により容器内の湿度がそれぞれ０．２９％及び
１％と測定された半導体装置のＩ−Ｖ特性を表してい
る。図１１中のイを参照して，容器内湿度が小さい半導
体装置では，端子間の電気的特性は，端子間電圧が０．
３Ｖ以下では端子間電流は殆ど流れず，端子間電圧が
０．３Ｖを越えると数ｐＡの端子間電流が流れ始め，さ
らに端子間電圧が０．７Ｖ以上では端子間電流は急速に
増加するダイオードの順方向特性を示した。他方，容器
内湿度が大きい半導体装置では，順電流が立ち上がる
０．７Ｖ以下でダイオードの順方向電流に重畳するリー
ク電流の増加が観測された。このリーク電流の増加とダ
イオードの順方向電流との大きさの比は，端子電圧が
０．１〜０．３Ｖで大きい。とくに端子電圧が０．２Ｖ
では，リーク電流の絶対値が大きく測定が容易である。

【００４６】本発明の第七の実施形態例は，ソケットを
用いてする半導体装置の試験方法に関する。本実施形態
例では，半導体装置をピングリッドアレイ用のプラスチ
ック製ソケットに挿入し，ソケットの端子間のリーク電
流を測定する。図１２は本発明の第七実施形態例ソケッ
トのリーク電流の温度特性図であり，ソケット単体での
隣接する端子間に１０Ｖの電圧を印加したときにその端
子間に流れるリーク電流を表している。図１２を参照し
て，リーク電流は温度ともに急速に増大する。しかし，
４０℃におけるリーク電流は２．２ｐＡであり，それ以
下の温度，例えば２５℃では０．２５ｐＡと小さくな
る。このリーク電流２．２ｐＡは，半導体装置の端子間
のリーク電流を測定するに十分小さな漏洩電流であり，
容器内水分量を検知する際に重大な障害にはならない。
従って，４０℃以下でする上述した半導体装置の試験に
ソケットを使用することができる。本実施形態例ではソ
ケットを使用するから，半導体装置の端子を損なうこと
がないので，全数試験に適用することができる。また，
バーンイン試験のソケットと兼用することで，バーンイ
ン試験と同時に容器内水分量の多寡を試験することがで
きる。

【００４７】上述したソケットを使用する半導体装置の
試験は，低温で行う第二の実施形態例にとくに有効に適
用することができる。また，端子間に印加される電圧が
小さな第七の実施形態例に適用することで，より試験の
精度を向上することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば，非破壊的に半導体装置
の密封された容器内の水分量の多寡を検知することがで
きるので，半導体装置の信頼性の向上に寄与するところ
が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理説明図

【図２】 本発明の第一実施形態例測定装置概念図

【図３】 本発明の第一実施形態例半導体装置断面図

【図４】 本発明の第一実施形態例半導体装置平面図

【図５】 本発明の第一実施形態例リーク電流の温度依
存性を表す図

【図６】 本発明の第一実施形態例リーク電流の温度可
逆性を表す図

【図７】 本発明の第二実施形態例容器内湿度とリーク
電流との相関図

【図８】 本発明の第三実施形態例平面図

【図９】 本発明の第四実施形態例部分平面図

【図１０】 本発明の第五実施形態例正面図

【図１１】 本発明の第六実施形態例信号端子間のＩ−
Ｖ特性図

【図１２】 本発明の第七実施形態例ソケットのリーク
電流の温度特性図

【符号の説明】

１ 容器 １ａ 基板 １ｂ 蓋 ２ 半導体チップ ３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 端子 ４ 配線 ４ａ 検知用配線 ５ 窪み ６ インデックスマーク ７ 半導体装置 ８ 測定用ケーブル ９ 微小電流測定器 ９ａ 入力部 １０ 恒温槽 １１ 接触針 １２ 押さえ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップを収容する密封容器の外壁
   を貫通して該容器内外を電気的に接続する第一及び第二
   の端子を有する半導体装置の試験方法において，該第一
   の端子と該第二の端子との間に電圧を印加し，該第一及
   び該第二の端子間に流れるリーク電流の温度依存性を測
   定する工程と，該リーク電流が極小となる温度から該容
   器内の水分量の多寡を検知することを特徴とする半導体
   装置の試験方法。
2. 【請求項２】 半導体チップを収容する密封容器の外壁
   を貫通して該容器内外を電気的に接続する第一及び第二
   の端子を有する半導体装置の試験方法において，該容器
   内の水分の氷結温度を越えかつ露点未満の温度で，該第
   一の端子と該第二の端子との間に電圧を印加し，該第一
   及び該第二の端子間に流れるリーク電流を測定する工程
   と，該リーク電流の測定値から該容器内の水分量の多寡
   を検知することを特徴とする半導体装置の試験方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の試験方法に
   おいて，該リーク電流を予め測定された標準試料のリー
   ク電流と比較して，該標準試料の水分量と比較した該水
   分量の多寡を検知することを特徴とする半導体装置の試
   験方法。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の半導体装置の
   試験方法において，該第一及び該第二の端子のうち少な
   くとも一方は，該半導体チップの内部回路に接続されて
   いないことを特徴とする半導体装置の試験方法。
5. 【請求項５】 請求項１，２又は３記載の半導体装置の
   試験方法において，該第一及び第二の端子はそれぞれ該
   半導体チップの内部回路に接続され，該第一の端子と該
   第二の端子との間に印加する該電圧を，０．７Ｖ以下と
   することを特徴とする半導体装置の試験方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体装置の試験方法に
   おいて，該第一及び該第二の端子間に印加する該電圧を
   ０．１Ｖ〜０．３Ｖとすることを特徴とする半導体装置
   の試験方法。
7. 【請求項７】 半導体チップを収容する密封容器の外壁
   を貫通して該容器内外を電気的に接続する第一及び第二
   の端子を有する半導体装置において，該容器内に表出す
   る基板表面上に互いに沿うように設けられた２本の検知
   用配線の一方が該第一の端子に，他方が該第二の端子に
   接続されていることを特徴とする半導体装置。