半导体装置以及半导体装置的测试方法与流程

半导体装置以及半导体装置的测试方法
1.相关申请
2.本技术享有以日本专利申请2022-043053号(申请日：2022年3月17日)为基础申请的优先权。本技术通过参照该基础申请而包含基础申请的所有内容。
技术领域
3.本实施方式涉及半导体装置以及半导体装置的测试方法。


背景技术：

4.已知有将多个半导体芯片搭载于一个半导体封装内的多芯片封装(mcp)。多个半导体芯片的一部分的布线在半导体封装的内部连接，未与半导体封装的外部连接。在实施在半导体封装的内部连接的内部布线的连接检测测试的情况下，需要在半导体芯片内设置用于进行连接检测的电路，电路面积增大。


技术实现要素：

5.本实施方式的目的在于提供半导体装置以及半导体装置的测试方法，该半导体装置以及半导体装置的测试方法能够不增大电路面积地进行在半导体封装的内部连接的内部布线的连接检测测试。
6.本实施方式的半导体装置具有第一焊盘、第二焊盘、内部布线、电源电路、开关、控制电路。第一焊盘形成于至少两个以上的半导体芯片中的第一半导体芯片，并与配置于电源焊盘与接地焊盘之间的保护二极管连接。第二焊盘形成于至少两个以上的半导体芯片中的第二半导体芯片。内部布线在半导体装置的内部将第一焊盘与第二焊盘连接。电源电路向第二焊盘输出电流。开关设于第二焊盘与电源电路之间。控制电路在被输入用于连接检测测试的测试信号时，向开关输出用于控制接通/断开的第一控制信号，并向电源电路输出用于使电流输出的第二控制信号。
附图说明
7.图1是表示第一实施方式的半导体装置的构造的剖面图。
8.图2是表示第一实施方式的半导体装置的构成的框图。
9.图3是表示用于实施多个内部布线的连接检测测试的半导体装置的构成的框图。
10.图4是表示第一实施方式的半导体装置的连接检测测试的一例的流程图。
11.图5是表示第二实施方式的半导体装置的构成的框图。
12.图6是表示第二实施方式的半导体装置的连接检测测试的一例的流程图。
具体实施方式
13.以下，参照附图对实施方式进行说明。
14.(第一实施方式)
15.图1是表示第一实施方式的半导体装置的构造的剖面图。图1所示的半导体装置100具备多个半导体芯片10、20、30、40，布线基板50，间隔件60，多个接合线70a、70b、70c、70d、70e、70f以及密封树脂80。另外，在表示多个接合线70a、70b、70c、70d、70e、70f中任意一个或者全部的情况下，称作接合线70。此外，半导体装置100虽然具有四个半导体芯片10、20、30以及40，但具备至少两个以上的半导体芯片即可。
16.布线基板50具备第一面50a以及第二面50b。此外，布线基板50在表面以及内部具备多层的布线层51a、51b、51c。另外，在表示布线层51a、51b、51c中的任意一个或者全部的情况下，称作布线层51。布线基板50为绝缘树脂布线基板、陶瓷布线基板等。具体而言，例如，利用使用了玻璃-环氧树脂的印刷布线基板等。一般来说，布线基板50的表面被用于保护布线的阻焊剂覆盖。
17.在布线基板50的第一面50a形成有多个接合焊盘52a、52b、52c、52d。另外，在表示多个接合焊盘52a、52b、52c、52d中的任意一个或者全部的情况下，称作接合焊盘52。
18.在布线基板50的第二面50b形成有多个外部端子53a、53b、53c、53d。外部端子53a、53b、53c、53d例如为焊球等突起状端子。另外，在表示多个外部端子53a、53b、53c、53d的任意一个或者全部的情况下，称作外部端子53。
19.接合焊盘52a以及52d与外部端子53a以及53b分别通过布线层51a以及51b电连接。此外，接合焊盘52b以及52c通过布线层51c电连接。另外，图1所示的布线基板50示出了布线层51的一部分、接合焊盘52的一部分以及外部端子53的一部分。
20.在布线基板50的第一面50a设有半导体芯片10。在半导体芯片10上设有间隔件60。在间隔件60上依次层叠地配置半导体芯片20、30、40。例如，半导体芯片10为存储器控制器那样的半导体芯片，半导体芯片20、30、40为由存储器控制器控制的nand型闪存那样的半导体芯片，但不限于此。半导体芯片10、20、30、40例如能够使用dram等存储元件、微处理器等运算元件，或者信号处理元件等任意的半导体芯片。
21.在半导体芯片10的表面形成有焊盘11a以及11b。在半导体芯片20以及30的表面分别形成有焊盘21a以及31a。在半导体芯片40的表面形成有焊盘41a以及41b。另外，图1所示的半导体芯片10、20、30、40示出了焊盘的一部分。例如，分别在半导体芯片10、20、30、40形成有电源、接地、多个信号(例如输入输出信号、定时信号、时钟信号、使能信号、就绪忙碌信号等)用的多个焊盘。
22.焊盘11a以及11b与接合焊盘52a以及52b分别通过接合线70a以及70b电连接。焊盘21a与接合焊盘52c通过接合线70c电连接。焊盘21a与焊盘31a通过接合线70d电连接。焊盘31a与焊盘41a通过接合线70e电连接。焊盘41b与接合焊盘52d通过接合线70f电连接。
23.在以下的说明中，将连接半导体芯片10与半导体芯片40的半导体封装(半导体装置1)的内部的布线，即接合线70b、布线层51c、接合线70c、70d、70e的布线，称作内部布线90(参照图2)。
24.另外，半导体芯片10与半导体芯片20通过接合线70b、接合焊盘52b、布线层51c、接合焊盘52c以及接合线70c连接，但不限于此。例如，也可以是半导体芯片10的焊盘11b与半导体芯片20的焊盘21a通过接合线70直接连接的构成。此外，也可以是不经由接合线70连接、而是将半导体芯片10的焊盘与布线基板50上的电极直接连接的所谓的倒装芯片连接。进而也可以使半导体芯片20的焊盘与布线基板50上的电极通过倒装芯片连接。此时，半导
体芯片10与半导体芯片20也可以经由设于布线基板50的布线连接。在这种构成的情况下，将从半导体芯片10的焊盘至设于布线基板50的布线与半导体芯片20的焊盘称作内部布线90。
25.半导体芯片10、20、30以及40的外周通过设于布线基板50的上表面侧的密封树脂80密封。
26.如此构成的半导体装置100使用测试器等进行连接检测测试，连接检测测试用于测试在半导体封装的内部中接合线70是否正常地连接。该连接检测测试通常被称作开路/短路测试。开路/短路测试使用测试器从外部端子53对测定对象的焊盘流过数十至100μa左右的电流。由此，电流经由连接于电源端子的静电破坏对策用的保护二极管，从电源端子输出。在该状态下，测定电源端子与接地端子间的电压，根据测定电压的值来检测连接状态。
27.这种开路/短路测试能够对于经由布线层51以及接合焊盘52而与外部端子53直接连接的接合线70执行连接检测测试，但对于在半导体封装的内部连接的内部布线90，不能进行连接检测测试。
28.例如在图1的例子中，经由布线层51a以及51b连接于外部端子53a以及53b的布线(接合线70a以及70f)能够进行连接检测测试。另一方面，未与外部端子53连接的内部布线90不能进行连接检测测试。
29.为了确认半导体封装的内部布线90的连接状态，以往，使用通过x射线透射半导体封装来进行观察，或者根据动作测试的结果来进行推测等方法。然而，在通过x射线透射半导体封装的方法中，难以判断在电气上是开路还是短路。此外，在根据动作测试的结果来进行推测的方法中，难以判断是在半导体芯片的内部存在故障(日语：不良)，还是在连接多个半导体芯片的内部布线90存在故障。
30.本实施方式的半导体装置100如以下说明那样，具有能够检测内部布线90的连接状态的构成。特别是，在层叠有多个半导体芯片10、20、30以及40的情况下，通过在内部布线90的最远端的半导体芯片彼此、在图1的例子中为半导体芯片10以及40，实施连接检测测试，从而也能够实施连接于半导体芯片20以及30的接合线70c、70d的连接检测测试。
31.图2是表示第一实施方式的半导体装置的构成的框图。另外，在图2中，对于与图1相同的构成，标注相同的附图标记并省略说明。
32.半导体芯片10除了焊盘11a、11b之外，还具备电源焊盘11c、接地焊盘11d、保护二极管12a、12b以及内部电路13。电源焊盘11c以及接地焊盘11d经由布线基板50的布线层51而连接于外部端子(电源端子)53c以及外部端子(接地端子)53d。
33.保护二极管12a以及12b为静电破坏保护用的保护二极管，设于电源焊盘11c与接地焊盘11d之间。保护二极管12b的阳极连接于接地焊盘11d，阴极连接于保护二极管12a的阳极。保护二极管12a的阴极连接于电源焊盘11c。
34.焊盘11b连接于保护二极管12a与12b之间的节点，并且连接于内部电路13。此外，焊盘11b经由半导体封装内的内部布线90连接于半导体芯片40的焊盘41a。
35.半导体芯片40除了焊盘41a、41b之外，还具有开关42、电源电路43、以及控制电路44。
36.焊盘41a经由内部布线90连接于半导体芯片10的焊盘11b。焊盘41b经由接合线70f、接合焊盘52d、布线层51b而连接于外部端子53b。此外，焊盘41b连接于控制电路44，例
如使用测试器110等从外部端子53b输入测试信号。该测试信号经由焊盘41b被输入到控制电路44。
37.开关42设于焊盘41a与电源电路43之间。开关42由mos晶体管构成，通过来自控制电路44的第一控制信号(接通/断开控制信号)来控制接通/断开。
38.电源电路43设于开关42与接地之间，通过来自控制电路44的第二控制信号而控制。电源电路43若从控制电路44被输入第二控制信号，则输出电流(恒定电流)。具体而言，电源电路43若被输入第二控制信号，则例如持续地输出数十μa～100μa左右的电流。
39.控制电路44若从焊盘41b被供给测试信号，则向开关42输出用于使开关42接通的第一控制信号。此外，控制电路44若从焊盘41b被供给测试信号，则向电源电路43输出用于持续地输出电流的第二控制信号。
40.若从电源电路43输出电流并使开关42接通，则电流经由焊盘41a、内部布线90、焊盘11b、保护二极管12a而流入电源焊盘11c。如此，在电流持续地向连接于内部布线90的特定的焊盘41a输出的状态下，通过测试器110测定半导体芯片10的电源焊盘11c与接地焊盘11d之间的电压，从而判定内部布线90的连接状态。
41.数值根据保护二极管12a的接通特性而变化，例如测试器110在电源焊盘11c与接地焊盘11d之间的测定电压为0.3v以下的情况下，判定为内部布线90短路(短路故障)，在0.9v以上的情况下判定为内部布线90开路(开路故障)，在高于0.3v且低于0.9v的情况下，判定为内部布线90正常地连接(测试通过)。
42.在图2的例子中，仅对于将半导体芯片10的焊盘11b与半导体芯片40的焊盘41a连接的内部布线90，实施了连接检测测试，但半导体装置100具有多个内部布线90。例如，半导体装置100在半导体芯片10与半导体芯片40之间，具有用于收发输入输出信号、定时信号、时钟信号、使能信号、就绪忙碌信号等的多个内部布线90。因此，半导体装置100具有能够对除了电源以及接地的布线之外的多个内部布线90实施连接检测测试的构成。使用图3对能够实施多个内部布线90的连接检测测试的构成进行说明。
43.图3是表示实施多个内部布线的连接检测测试的半导体装置的构成的框图。另外，在图3中，对于与图2相同的构成，标注相同的附图标记并省略说明。
44.半导体芯片10具备输入输出用的多个焊盘15a、15b以及15c。另外，在表示多个焊盘15a、15b以及15c中的任意一个或者全部的情况下，称作焊盘15。
45.半导体芯片40具备分别与多个焊盘15a、15b以及15c对应的输入输出用的多个焊盘45a、45b以及45c。另外，在表示多个焊盘45a、45b以及45c中的任意一个或者全部的情况下，称作焊盘45。
46.焊盘15a、15b以及15c与焊盘45a、45b以及45c分别通过内部布线90a、90b以及90c连接。另外，在表示内部布线90a、90b以及90c中的任意一个或者全部的情况下，称作内部布线90。
47.焊盘15a、15b以及15c分别连接于保护二极管12a与12b之间的节点。此外，在焊盘45a、45b以及45c与电源电路43之间分别设有开关42a、42b以及42c。即，从电源电路43输出的电流被供给多个开关42a、42b以及42c。
48.此外，开关42a、42b以及42c通过来自控制电路44的第一控制信号被单独控制接通/断开。另外，在表示多个开关42a、42b以及42c中的任意一个或者全部的情况下，称作开
关42。
49.控制电路44若被输入测试信号，则以向电源电路43输出第二控制信号，从电源电路43输出电流的方式进行控制。而且，控制电路44分别向开关42a、42b、42c输出第一控制信号，依次控制开关42a、42b、42c的接通/断开，并进行内部布线90a、90b、90c的连接检测测试。
50.具体而言，控制电路44分别向开关42a、42b以及42c输出用于使开关42a接通、使开关42b以及42c断开的第一控制信号。由此，对连接于焊盘45a的内部布线90a实施连接检测测试。
51.接下来，控制电路44分别向开关42a、42b以及42c输出用于使开关42b接通、使开关42a以及42c断开的第一控制信号。由此，对连接于焊盘45b的内部布线90b实施连接检测测试。
52.接下来，控制电路44分别向开关42a、42b以及42c输出用于使开关42c接通、使开关42a以及42b断开的第一控制信号。由此，对连接于焊盘45c的内部布线90c实施连接检测测试。
53.如此，控制电路44在从电源电路43持续地输出电流的状态下，选择性地接通开关42a、42b以及42c。由此，能够使电流仅流入连接于焊盘45a、45b、45c中的特定的焊盘45的内部布线90。其结果，半导体装置100能够依次实施连接于焊盘45a、45b、45c的内部布线90a、90b、90c的连接检测测试。
54.图4是表示第一实施方式的半导体装置的连接检测测试的一例的流程图。
55.首先，向半导体芯片40输入测试信号(步骤s1)。该测试信号从测试器110经由焊盘41b被输入到控制电路44。
56.控制电路44若被输入测试信号，则向开关42输出第一控制信号(步骤s2)。此时，控制电路44对设于焊盘45与电源电路43之间的开关42输出用于使其接通的第一控制信号，该焊盘45是与进行连接检测测试的内部布线90连接的焊盘。
57.接下来，控制电路44向电源电路43输出用于连续地输出电流的第二控制信号(步骤s3)。由此，从电源电路43持续地输出例如100μa左右的电流，电流流经焊盘45、内部布线90、焊盘15、保护二极管12a而流入电源焊盘11c。
58.接下来，测试器110测定电源焊盘11c与接地焊盘11d之间的电压(步骤s4)。测试器110根据测定出的电压，检测半导体装置100的内部布线90的连接状态(步骤s5)。如上述那样，测试器110在测定电压为0.3v以下的情况下判定为短路故障，在0.9v以上的情况下判定为开路故障，在比高于0.3v且低于0.9v的情况下，判定为测试通过。
59.接下来，控制电路44判定是否检测了所有内部布线90的连接状态(步骤s6)。控制电路44在判定为未检测所有内部布线90的连接状态的情况下，变更被接通的开关42(步骤s7)，返回步骤s4的处理。另一方面，控制电路44在判定为检测了所有内部布线90的连接状态的情况下，结束处理。
60.如以上那样，半导体装置100向控制电路44输入测试信号，控制开关42的接通/断开以及电源电路43，由此进行内部布线的90的连接检测测试。半导体芯片40例如为nand型闪存，具备用于进行数据的写入以及读出动作的电源电路43以及控制电路44。
61.即，半导体装置100对于现有的电路构成，仅通过在电源电路43与焊盘45之间设置
开关42，来进行内部布线90的连接检测测试。因此，半导体装置100无需设置例如由比较器、边界扫描单元等构成的连接检测用的电路，就能够进行内部布线90的连接检测测试。
62.因此，本实施方式的半导体装置100能够不增大电路面积地进行在半导体封装的内部连接的内部布线的连接检测测试。
63.(第二实施方式)
64.接下来，对第二实施方式进行说明。
65.图5是表示第二实施方式的半导体装置的构成的框图。另外，在图5中，对于与图2相同的构成，标注相同的附图标记并省略说明。
66.如图5所示，半导体装置100a代替图2的半导体芯片10以及40，而是使用半导体芯片10a以及40a来构成。半导体芯片10a相对于图2的半导体芯片10追加了焊盘11e。半导体芯片40a相对于图2的半导体芯片40追加了开关46。
67.半导体芯片40a的焊盘41b未连接于外部端子53，而是在半导体装置100a的内部连接于焊盘11e。焊盘11e经由半导体封装内的内部布线90d而连接于半导体芯片40a的焊盘41b。此外，开关46设于焊盘41b与电源电路43之间。另外，内部布线90d在无需区别于其他内部布线的情况下，被称作内部布线90。
68.半导体芯片10a若从测试器110被输入测试信号，则经由焊盘11e以及内部布线90d向半导体芯片40a输出测试信号。另外，也可以是，半导体芯片10a若从测试器110被输入开始连接检测测试的信号，则在内部的电路中生成连接检测测试用的测试信号，并经由焊盘11e以及内部布线90d而向半导体芯片40a输出测试信号。半导体芯片10a若向半导体芯片40a输出测试信号，则来自测试器110的电源的供给被停止。
69.输入到半导体芯片40a的测试信号，经由焊盘41b被输入到控制电路44。控制电路44若被输入测试信号，则与第一实施方式相同地执行内部布线90的连接检测测试。
70.此外，控制电路44若被输入测试信号，则输出用于使开关46接通的第一控制信号。由此，来自电源电路43的电流经由焊盘41b以及内部布线90d流入半导体芯片10a的焊盘11e，因此能够执行内部布线90d的连接检测测试。
71.另外，在图5的例子中，在半导体芯片10a与40a之间经由一根内部布线90d发送测试信号，但不限于这种构成。例如，在半导体芯片10a与40a之间设有用于收发数据等信号dq＜7：0＞的信号线(内部布线90d)。因此，半导体芯片10a也可以经由八根内部布线90d向半导体芯片40a的控制电路44发送测试信号。
72.图6是表示第二实施方式的半导体装置的连接检测测试的一例的流程图。另外，在图6中，对于与图4相同的处理，标注相同的附图标记并省略说明。
73.首先，从半导体芯片10a向半导体芯片40a输入测试信号(步骤s11)。该测试信号经由半导体芯片10a的焊盘11e、内部布线90d、以及半导体芯片40a的焊盘41b而被输入到控制电路44。控制电路44若被输入测试信号，则在步骤s2的处理中，向开关42输出第一控制信号，在步骤s3的处理中，向电源电路43输出第二控制信号。
74.接下来，断开半导体芯片10a的电源(步骤s12)。即，停止从测试器110对半导体芯片10a供给电源。由此，由于不再对半导体芯片10a的电源焊盘11c施加电源，因此能够在电源焊盘11c与接地焊盘11d之间测定电压。
75.若半导体芯片10a的电源被断开，则测试器110在步骤s4的处理中，测定电源焊盘
11c与接地焊盘11d之间的电压，在步骤s5的处理中，根据测定出的电压，检测半导体装置100a的内部布线90的连接状态。
76.接下来，在步骤s6的处理中，控制电路44判定是否检测了所有内部布线90的连接状态。在判定为未检测所有内部布线90的连接状态的情况下，在步骤s7的处理中，变更被接通的开关，返回步骤s4的处理。另一方面，在判定为检测了所有内部布线90的连接状态的情况下，结束处理。
77.如以上那样，半导体装置100a即使为不能从测试器110向半导体芯片40a直接输入测试信号的构成，也经由半导体芯片10a向半导体芯片40a发送测试信号。由此，接收到测试信号的半导体芯片40a能够与第一实施方式相同地执行内部布线90的连接检测测试。
78.因此，半导体装置100a与第一实施方式相同，能够不增大电路面积地进行在半导体封装的内部连接的内部布线的连接检测测试。
79.另外，本说明书中的流程图中的各步骤只要不违反其性质，则也可以变更执行顺序、多个同时执行、或者在每次执行时按不同的顺序执行。
80.虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为一例而提示的，无意限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、主旨内，并且也包含于权利要求书所述的发明及其等同的范围内。
81.附图标记说明
82.10、10a、20、30、40、40a
…
半导体芯片，11、15、21、31、41、45
…
焊盘，11c
…
电源焊盘，11d
…
接地焊盘，12a、12b
…
保护二极管，13
…
内部电路，42、46
…
开关，43
…
电源电路，44
…
控制电路，50
…
布线基板，51
…
内部布线，52
…
接合焊盘，53
…
外部端子，60
…
间隔件，70
…
接合线，80
…
密封树脂，90
…
内部布线，100、100a
…
半导体装置，110
…
测试器。

技术特征：
1.一种半导体装置，为具备至少两个以上的半导体芯片的半导体装置，具备：第一焊盘，形成于所述至少两个以上的半导体芯片中的第一半导体芯片，并与配置于电源焊盘与接地焊盘之间的二极管连接；第二焊盘，形成于所述至少两个以上的半导体芯片中的第二半导体芯片；内部布线，在所述半导体装置的内部将所述第一焊盘与所述第二焊盘连接；电源电路，向所述第二焊盘输出电流；开关，设于所述第二焊盘与所述电源电路之间；以及控制电路，在被输入用于连接检测测试的测试信号时，向所述开关输出用于控制接通/断开的第一控制信号，并向所述电源电路输出用于使所述电流输出的第二控制信号。2.如权利要求1所述的半导体装置，所述第一半导体芯片具有多个所述第一焊盘，所述第二半导体芯片具有：分别与多个所述第一焊盘对应的多个所述第二焊盘；将多个所述第一焊盘与多个所述第二焊盘连接的多个所述内部布线；以及设于多个所述第二焊盘与所述电源电路之间的多个所述开关，所述控制电路输出用于依次控制多个所述开关的接通/断开的所述第一控制信号。3.如权利要求1所述的半导体装置，所述第一半导体芯片与所述第二半导体芯片被连接在所述内部布线的最远端。4.如权利要求1所述的半导体装置，所述测试信号从测试器被输入到所述第二半导体芯片。5.如权利要求1所述的半导体装置，所述测试信号经由所述第一半导体芯片被输入到所述第二半导体芯片。6.如权利要求1所述的半导体装置，所述内部布线包含接合线。7.如权利要求1所述的半导体装置，所述第一焊盘以及所述第二焊盘与布线基板直接连接。8.一种半导体装置的测试方法，所述半导体装置具备：第一焊盘，形成于至少两个以上的半导体芯片中的第一半导体芯片，并与配置于电源焊盘与接地焊盘之间的二极管连接；第二焊盘，形成于所述至少两个以上的半导体芯片中的第二半导体芯片；以及内部布线，在内部将所述第一焊盘与所述第二焊盘连接，所述半导体装置的测试方法包括如下步骤：向所述电源电路输出用于使所述电流输出的第二控制信号；输出用于使设于所述第二焊盘与所述电源电路之间的开关接通的第一控制信号；测定所述电源焊盘与所述接地焊盘之间的电压；以及基于测定结果来检测所述内部布线的连接状态。9.如权利要求8所述的半导体装置的测试方法，在输出所述第一控制信号之后，将所述第二半导体芯片的电源设为断开。

技术总结
提供能够不增大电路面积地进行在半导体封装的内部连接的内部布线的连接检测测试的半导体装置以及半导体装置的测试方法。本实施方式的半导体装置具有第一焊盘、第二焊盘、内部布线、电源电路、开关、控制电路。第一焊盘形成于第一半导体芯片，并与配置于电源焊盘与接地焊盘之间的保护二极管连接。第二焊盘形成于第二半导体芯片。内部布线在半导体装置的内部将第一焊盘与第二焊盘连接。电源电路向第二焊盘输出电流。开关设于第二焊盘与电源电路之间。控制电路在被输入用于连接检测测试的测试信号时，向开关输出用于控制接通/断开的第一控制信号，并向电源电路输出用于使电流输出的第二控制信号。第二控制信号。第二控制信号。


技术研发人员：草加拓也 奈良井洋介 增田和纪 岩井信
受保护的技术使用者：铠侠股份有限公司
技术研发日：2022.08.29
技术公布日：2023/9/23