JP2005172467A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッケージの形態などに依存せずに高温での試験を行うことが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体チップ１内に、抵抗発熱体２と、温度検出機能および前記抵抗発熱体２の温度制御機能を備えた温度制御回路３と、前記温度制御回路３を介して前記抵抗発熱体２に対して電圧を供給する電源入力専用端子４と、前記温度制御回路３に対して温度を設定する設定温度入力端子５などを設け、前記抵抗発熱体２の発熱によって前記半導体チップ１を加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、フィルムテープ素材のパッケージを備えた半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。

半導体装置のパッケージ形態として、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれているものが広く普及している。また、ＴＣＰは、その接続形態からＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）と呼ばれる場合もある。このようなパッケージ形態は、配線が施されたフィルムテープが主な材料となっており、多ピンの部品を薄く実装する技術として特に有益なものとなっている。

ところで、半導体装置においては、その品質や信頼性を保証するため、バーンインや選別などといった高温環境でのスクリーニング試験が行われる。この際、半導体装置が前記ＴＣＰ等のパッケージ形態を有していると、これに対するスクリーニング試験は、通常、そのフィルムテープの耐熱性の問題などから、実施する場合でも温度および時間などを緩和した条件で行われる。

ところで、前記背景技術で述べたようなＴＣＰパッケージを備えた半導体装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。

ＴＣＰパッケージを備えた半導体装置の一例として、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）ドライバ等が挙げられる。このＬＣＤドライバ等において、市場における高品質を保つためには、パッケージングされた製品に対し、できるだけ厳しい温度環境でスクリーニング試験を行うことが望ましい。ところが、実際には、前述したようにフィルムテープの耐熱性の問題などから十分な高温環境下での試験は困難となり、高温での試験はパッケージング前のプローブ試験に頼る場合が多い。

また、市場において高温不良と予想される製品が発生した場合においても、その不良原因の解析が困難となる場合が考えられる。すなわち、例えば、その不良製品に対しては、高温環境下で解析を行うためにパッケージを外し、チップが原因と推定して電気的解析を行う場合が一般的であるが、不良の原因がパッケージに関連している場合だと、その解析が滞る事態が起こり得る。

そこで、本発明の目的は、パッケージの形態などに依存せずに高温での試験を行うことが可能な半導体装置を提供することにある。

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。

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、次のとおりである。

本発明による半導体装置は、半導体チップ内に設けられた抵抗発熱体と、前記半導体チップ内に設けられた温度を検出する手段と、前記半導体チップ内に設けられ、前記温度を検出する手段で検出した温度が予め設定した温度になるように前記抵抗発熱体に対して電圧を印加し、前記抵抗発熱体を発熱させる手段とを有するものである。これによって、設定した温度になるように半導体チップを加熱することが可能になる。

ここで、前記抵抗発熱体は、例えば、ポリシリコンとすることができる。また、前記抵抗発熱体は、例えば、前記半導体チップのガードリング内に設けることができる。これらによって、特に新たな工程を追加することなく、またチップ面積が増大することなく抵抗発熱体を形成することが可能になる。

なお、前述したような半導体装置は、それが例えばＴＣＰなどといった絶縁フィルムを素材としたパッケージを備えている場合に特に有益なものとなる。これによって、絶縁フィルムを加熱することなく、半導体チップを加熱することが可能になる。

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とおりである。

（１）半導体チップ内に、抵抗発熱体と、予め設定した温度に基づいて前記抵抗発熱体を発熱させる手段とを設けることで、半導体チップを直接加熱することが可能になる。

（２）ＴＣＰ等にパッケージングされた半導体装置において、フィルムテープを加熱することなく半導体チップを加熱することができる。すなわち、前記半導体装置に対し、そのパッケージの形態に関わらず、高温状態でのスクリーニング試験および不良解析などが可能になる。

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。

図１は、本発明の一実施の形態の半導体装置において、その構成の一例を示す上面図である。図１に示す半導体装置は、例えば、半導体チップ１内に、抵抗発熱体２と、温度を検出する手段としての機能および前記抵抗発熱体２を発熱させる手段としての機能を備えた温度制御回路３と、前記温度制御回路３を介して前記抵抗発熱体２に対して電圧を供給する電源入力専用端子４と、前記温度制御回路３に対して温度を設定する設定温度入力端子５などを有している。また、図１には示していないが、さらに、温度を外部から確認するための外部端子などを設けてもよい。

前記抵抗発熱体２は、例えば、素材をポリシリコンなどとし、その一方の端は、前記温度制御回路３に接続され、他方の端はＧＮＤ（グラウンド：接地電位）端子６に接続されている。そして、この抵抗発熱体２は、例えば半導体チップ１のガードリング内に設けられ、その断面は、例えば図２に示すような構造となっている。図２は、本発明の一実施の形態の半導体装置において、抵抗発熱体近辺の半導体チップの構成の一例を示す断面図である。

図２に示す半導体装置は、例えば、スクライブ領域１０の内側のガードリング１１内において、ｐ型の半導体基板１２上に、ｐ型のウェル１３およびｎ型のウェル１４が形成され、それらのウェル内にｐ型の拡散層１５が形成されている。そして、ｐ型の拡散層１５上には、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜１７を挟んでポリシリコン（抵抗発熱体）２が形成され、このポリシリコン２上には、それに接続する３層の金属層（１）２１，（２）２２，（３）２３が形成されている。

また、ポリシリコン２および金属層（１）２１，（２）２２，（３）２３は、前記半導体基板１２上に形成されたシリコン酸化膜１６、ＰＳＧ膜１７、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）酸化膜（１）１８、ＴＥＯＳ酸化膜（２）１９、窒化シリコン膜２０からなる複数の絶縁膜によって覆われている。そして、電源入力専用端子４に供給された電源は、図示しない温度制御回路３を介して、金属層（３）２３、金属層（２）２２、金属層（１）２１の経路でポリシリコン２に印加される。

なお、前記ポリシリコン２は、例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート形成工程と同一工程で形成することができるため、特に工程が増加することはない。また、前記ポリシリコン２をガードリング１１内に設けることで、チップ面積の増加も特に問題とならない。

以上、図１および図２に示すような構成を有する半導体装置において、設定温度入力端子５より温度制御回路３に対して設定温度に対応した電圧などが入力されると、温度制御回路３は、例えば、前記電源入力専用端子４から前記抵抗発熱体２に対する電圧印加を制御し、前記設定温度を保つように抵抗発熱体２を発熱させる。このような機能を有する温度制御回路３は、例えば図３に示すような構成となっている。

図３は、本発明の一実施の形態の半導体装置において、温度制御回路の一例を示すブロック図である。図３に示す温度制御回路３は、例えば、温度検出部３１と、増幅部３２と、温度比較部３３と、電圧供給部３４などから構成され、この電圧供給部３４は、例えば、駆動回路３４ａと、ＭＯＳトランジスタ等のスイッチ３４ｂなどを有している。

温度検出部３１は、例えばダイオードやバイポーラトランジスタまたはサーミスタなどを有し、それらの温度特性を利用して温度変化を電圧信号で出力する機能を備えている。増幅部３２は、前記温度変化に伴う電圧信号を増幅して温度比較部３３に出力する。温度比較部３３は、設定温度入力端子５より例えば設定温度に対応した電圧などが入力され、この電圧と前記増幅部３２からの出力電圧を比較し、その比較結果を電圧供給部３４に出力する。

電圧供給部３４は、前記温度比較部３３からの比較結果に応じてスイッチ３４ｂを制御することで、電源入力専用端子４から抵抗発熱体２に対する電圧供給を調整し、前記設定温度となるように抵抗発熱体２を発熱させる。なお、この温度制御回路３の構成は、特に図３に限定されるものではなく、一般的に知られている回路を使用してもよい。

このように、半導体チップ１を取り囲むように構成した抵抗発熱体２を、温度制御回路３によって発熱させることで、半導体チップ１を直接的に所望の温度に加熱することが可能になる。これによって、これまでに説明した半導体装置は、そのパッケージ形態が図４に示すようなＴＣＰである場合において、とりわけ効果を得ることができる。図４は、本発明の一実施の形態の半導体装置において、そのパッケージ形態を含む構成の一例を示す断面図である。

図４に示す半導体装置は、例えば、配線素材であるリード４０を備えたフィルムテープ（絶縁フィルム）４１と、前記図１に示したような半導体チップ１と、レジン４２などを有している。そして、半導体チップ１の外部端子は、前記リード４０に接続され、半導体チップ１とリード４０は、それらを保護するためのレジン４２によって覆われている。

ここで、本発明の前提として検討した従来の半導体装置においては、例えば、恒温層などといった装置を用いて、高温環境下でバーンインおよび選別などのスクリーニング試験を行うと、フィルムテープ４１が変形するなどといった問題が考えられた。フィルムテープ４１の耐熱温度は、一般的に１００℃程度であるため、バーンインを行うことは不可能であり、８０℃程度の選別に関しても、フィルムテープ４１の品質保持の面から実際上行うことは困難となっている。

一方、本発明の一実施の形態の半導体装置を用いると、リード４０を介して電源および設定温度等を入力することで、半導体チップ１を直接加熱することができ、前述したような問題を解決することができる。なお、フィルムテープ４１は、リード４０を介して若干伝熱するが、これは、特に問題にならないレベルと考えられる。

ところで、図４に示したようなＴＣＰにパッケージングされた半導体装置は、例えば、図５に示すように半導体チップ内にＬＣＤドライバの機能を含んだものとすることができる。図５は、本発明の一実施の形態の半導体装置において、それが有する機能の一例であるＬＣＤドライバ機能の構成およびレイアウト配置の一例を示す図である。

図５に示すＬＣＤドライバ機能は、ソースドライバとも呼ばれ、例えば、上面から見て中央に配置されたバイアス回路５０、正極用ラダー抵抗電圧生成部５１、負極用ラダー抵抗電圧生成部５２と、それらの左右にそれぞれ配置された出力マルチプレクサ５３ａ，５３ｂ、アンプ回路５４ａ，５４ｂ、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換回路５５ａ，５５ｂ、昇圧回路５６ａ，５６ｂ、ラッチ回路（１）５７ａ，５７ｂ、ラッチ回路（２）５８ａ，５８ｂと、前記ラッチ回路（１）５７ａ，５７ｂの近辺に配置され、クロック制御回路およびデータ反転回路等を含む入力回路部５９などから構成される。そして、前記入力回路部５９の近辺には主に外部入力端子が設けられ、前記出力マルチプレクサ５３ａ，５３ｂの近辺には主に外部出力端子が設けられている。

ここで、図示しないコントローラなどから外部入力端子に対して、ディジタル化された表示データ信号や各種制御信号が入力されると、入力回路部５９において、その制御信号に応じたデータ信号の反転やクロック信号の生成などが行われる。そして、それらの表示データ信号は、入力回路部５９で生成したクロック信号に基づいてラッチ回路（１）５７ａ，５７ｂに取り込まれ、ラッチ回路（１）５７ａ，５７ｂの出力は、ラッチ回路（２）５８ａ，５８ｂで保持される。ラッチ回路（２）５８ａ，５８ｂで保持された表示データ信号は、昇圧回路５６ａ，５６ｂによってＤＡ変換回路５５ａ，５５ｂに適した値にレベル変換され、ＤＡ変換回路５５ａ，５５ｂに入力される。

ＤＡ変換回路５５ａ，５５ｂは、レベル変換された表示データ信号を受けて、そのディジタル信号に対応したアナログ信号を出力する。この際、そのアナログ信号の電圧レベルは、前記正極用ラダー抵抗電圧生成部５１および前記負極用ラダー抵抗電圧生成部５２で生成した複数の電圧値の中から選択される。そして、出力されたアナログ信号は、アンプ回路５４ａ，５４ｂによって増幅され、出力マルチプレクサ５３ａ，５３ｂに入力される。

出力マルチプレクサ５３ａ，５３ｂは、前記増幅された表示データ信号と、バイアス回路５０より供給される非表示用の信号を時分割で切り換えながら、それらの信号を外部出力端子に出力する。外部出力端子から出力されたアナログ信号は、図示しない液晶パネルに入力され、液晶パネル内の画像素子に蓄えるコントラスト情報となる。

そして、本発明の一実施の形態の半導体装置によれば、このようなＬＣＤドライバ機能と共に、温度制御回路３と、例えば前記図５で示したＬＣＤドライバ機能を全て囲むような形で抵抗発熱体２とが設けられる。

ＬＣＤドライバは、実使用上、高温環境で用いられることが多いが、一般的に、高温環境になるほど電気的特性が悪くなり、不良も増加する傾向にある。本発明の一実施の形態の半導体装置を用いると、高温環境でのスクリーニング試験が実施可能になるため、このような高温環境下で発生する不良を、より未然に防止することが可能になる。さらに、恒温層などといった高温用の設備も不要になるため、コストを低減することも可能になる。

また、ＬＣＤドライバは、通常、外部配線本数が多く、フィルムテープ上の配線などに起因して不良が発生することも十分考えられた。しかしながら、従来技術においては、フィルムテープの耐熱性の問題から、フィルムテープを外して半導体チップにおいて不良解析を行うことが一般的であり、その解析が滞ることが起こり得た。本発明の一実施の形態の半導体装置を用いると、フィルムテープを付けた状態で不良解析を行うことも可能になるため、このような問題を解決することができる。

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。

例えば、これまでの説明においては、抵抗発熱体をポリシリコンとしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、一般的に知られている金属系または非金属系の抵抗発熱体の素材を用いてもよい。また、その設置位置も、ガードリング内に限らず、半導体チップのプロセス構成に応じて種々変更可能である。また、本発明の特に有効な適用先として、ＬＣＤドライバを例として挙げたが、例えばメモリチップなどでもＴＣＰが用いられる場合が多く、同様に効果が見込める。

本発明の一実施の形態の半導体装置において、その構成の一例を示す上面図である。 本発明の一実施の形態の半導体装置において、抵抗発熱体近辺の半導体チップの構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態の半導体装置において、温度制御回路の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態の半導体装置において、そのパッケージ形態を含む構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態の半導体装置において、それが有する機能の一例であるＬＣＤドライバ機能の構成およびレイアウト配置の一例を示す図である。

符号の説明

１ 半導体チップ
２ ポリシリコン（抵抗発熱体）
３ 温度制御回路
４ 電源入力専用端子
５ 設定温度入力端子
６ ＧＮＤ端子
１０ スクライブ領域
１１ ガードリング
１２ 半導体基板
１３，１４ ウェル
１５ 拡散層
１６ シリコン酸化膜
１７ ＰＳＧ膜
１８，１９ ＴＥＯＳ膜
２０ 窒化シリコン膜
２１，２２，２３ 金属層
３１ 温度検出部
３２ 増幅部
３３ 温度比較部
３４ 電圧供給部
３４ａ 駆動回路
３４ｂ スイッチ
４０ リード
４１ フィルムテープ
４２ レジン
５０ バイアス回路
５１ 正極用ラダー抵抗電圧生成部
５２ 負極用ラダー抵抗電圧生成部
５３ａ，５３ｂ 出力マルチプレクサ
５４ａ，５４ｂ アンプ回路
５５ａ，５５ｂ ＤＡ変換回路
５６ａ，５６ｂ 昇圧回路
５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ ラッチ回路
５９ 入力回路部

Claims (5)

1. 半導体チップ内に設けられた抵抗発熱体と、
   前記半導体チップ内に設けられた温度を検出する手段と、
   前記半導体チップ内に設けられ、前記温度を検出する手段で検出した温度が予め設定した温度になるように前記抵抗発熱体に対して電圧を印加し、前記抵抗発熱体を発熱させる手段とを有することを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置において、
   前記抵抗発熱体は、ポリシリコンであることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２記載の半導体装置において、
   前記抵抗発熱体は、前記半導体チップのガードリング内に設けられることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体装置において、
   前記半導体装置は、絶縁フィルムを素材としたパッケージを備えていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体装置において、
   前記半導体チップ内に、さらにＬＣＤドライバ機能を有することを特徴とする半導体装置。

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