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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterwafer nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie auf ein Prüfverfahren
hierfür.
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Um
die Zuverlässigkeit
von Halbleiterbauelementen zu verbessern, können verschiedene Prüfverfahren
eingesetzt werden. Häufig
wird der übliche sogenannte
Burn-in- bzw. Voralterungstest durchgeführt, um potentielle oder existierende
Defekte in Halbleiterbauelementen zu detektieren. Der Burn-in-Test
ist ein Alterungstest, der bei einer hohen Temperatur durchgeführt wird.
Der Burn-in-Test wendet eine hohe Temperatur und einen hohen Druck
auf jedes Halbleiterbauelement an, wodurch absichtlich bewirkt wird,
dass das Halbleiterbauelement unter schlechtesten Bedingungen arbeitet.
Der Burn-in-Test identifiziert die defektbehafteten Halbleiterbauelemente.
Das Halbleiterbauelement kann ein passives Bauelement, ein aktives
Bauelement und/oder einen integrierten Schaltkreis umfassen. Das
Halbleiterbauelement, typischerweise ein kleines, dünnes, quadratisches
Halbleiterstück,
wird als "Einzelchip" oder kurz als "Chip" bezeichnet. Im Allgemeinen
ist eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen regelmäßig in Zeilen-
und Spaltenrichtung auf einem Wafer angeordnet.
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In
jüngerer
Zeit werden Burn-in-Tests auf Waferebene bzw. Waferlevel angewendet,
und dazu wurden Verfahren vorgeschlagen, die in der Lage sind, eine
Mehrzahl von Halbleiterbauelementen gleichzeitig zu prüfen. Zum
Beispiel ist in der Patentschrift
US
6.490.223 ein Verfahren zum gleichzeitigen Durchführen eines
Burn-in-Tests für
eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen offenbart, bei dem eine
Leistungsversorgungsleitung für
einen Burn-in-Test in einem Schreib- bzw. Trennlinienbereich angeordnet
wird.
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1 zeigt einen Halbleiterwafer
mit einer herkömmlichen
Struktur, bei dem in dieser Weise eine Leistungsversorgungsleitung
in einem Schreiblinienbereich eines Wafers angeordnet ist. Im Beispiel von 1 ist eine Anzahl von Halbleiterbauelementen 100 auf
dem Halbleiterwafer angeordnet. Eine Anzahl von Schreiblinienbereichen
ist zwischen den Halbleiterbauelementen 100 angeordnet.
Die in 1 dargestellten
Schreiblinienbereiche dienen wie üblich dazu, den Wafer entlang
derselben zu zerteilen und so die Halbleiterbauelemente 100 zu
separieren. In den Schreiblinienbereichen des Wafers sind keine
Schaltkreise vorhanden, jedoch ist entlang derselben eine Anzahl
von Burn-in-Leistungsversorgungsleitungen 10 mit einer
Anzahl von Halbleiterbauelementen 100, Burn-in-Masseleitungen 20 und Taktsignalleitungen 30 verbunden.
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Da
die Leitungen 10, 20 und 30, die in dem Schreiblinienbereich
angeordnet sind, gemeinsam mit den Halbleiterbauelementen 100 verbunden
sind, können
die Halbleiterbauelemente 100, die auf dem Wafer angeordnet
sind, mit einer Belastung in Form einer Burn-in-Versorgungsspannung
beaufschlagt werden. Demgemäß ist es
möglich,
gleichzeitig einen Burn-in-Test bezüglich eines gesamten Wafers durchzuführen, so
dass die für
jedes Bauelement erforderliche Burn-in-Testzeit minimiert werden
kann.
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Wenn
jedoch ein Defekt in einem spezifischen Halbleiterbauelement vorliegt,
wird der Burn-in-Test möglicherweise
aufgrund des Defekts nicht ordnungsgemäß durchgeführt. Wenn zum Beispiel ein
Defekt in Form einer metallischen Brücke bei einem spezifischen
Halbleiterbauelement während
des Burn-in-Tests vorliegt, fließt ein Überstrom, der höher als
ein vorgegebener Pegel ist, in dem betreffenden Halbleiterbauelement.
In diesem Fall fließt der
Hauptteil des Stroms, der in dem Burn-in-Test verwendet wird, zu
einem defektbehafteten Halbleiterbauelement, wodurch die Burn-in-Testspannung reduziert
wird, die an den Wafer angelegt ist. Als Ergebnis wird eventuell
nicht die richtige Burn-in-Testspannung an alle Halbleiterbauelemente
angelegt, die geprüft
werden.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wird in der US-Patentschrift
US 6.133.054 ein
Verfahren vorgeschlagen, um zu verhindern, dass einem Halbleiterbauelement,
bei dem ein Überstrom
fließt,
Leistung zugeführt
wird. Aufgrund einer physikalischen Eigenschaft einer Schmelzsicherung,
wie sie dort benutzt wird, ist dieses Verfahren jedoch nur anwendbar, wenn
ein Strom detektiert wird, der höher
als einige Milliampere ist. Daher ist dieses Verfahren nicht auf Halbleiterbauelemente
anwendbar, bei denen die Überströme geringer
als einige Milliampere sind, z.B. einige hundert Mikroampere. Außerdem bewirkt
dieser zusätzliche
Prozess zur Identifizierung eines Halbleiterbauelements, bei dem
ein übermäßiger Strom
fließt,
bevor ein Burn-in-Test durchgeführt wird,
dass die Prüfzeit
und die Belastung einer Prüfapparatur
erhöht
wird. Des Weiteren ist es schwierig, durch einen zusätzlichen
Verifikationsprozess zu bestätigen,
ob Halbleiterbauelementen eine geeignete Prüfleistung zugeführt wird.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Halbleiterwafers der eingangs genannten Art sowie eines Prüfverfahrens hierfür zugrunde,
mit denen sich die oben erwähnten Schwierigkeiten
des Standes der Technik reduzieren oder eliminieren lassen und die insbesondere
ein vergleichsweise schnelles und zuverlässiges Testen des Halbleiterwafers
bei relativ geringem Energieverbrauch ermöglichen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Halbleiterwafers mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Prüfverfahrens mit den Merkmalen
des Anspruchs 15.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte,
nachfolgend beschriebene Ausführungsformen
sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläuterten
herkömmlichen
Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt. Hierbei zeigen:
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1 eine
Layoutdarstellung eines Halbleiterwafers mit einer herkömmlichen
Struktur, bei dem eine Leistungsversorgungsleitung in einem Schreiblinienbereich
des Wafers angeordnet ist,
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2 eine
Layoutdarstellung eines Halbleiterwafers mit einer Schreiblinienstruktur
gemäß der Erfindung,
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3 ein
Schaltbild einer Leistungsabschalteinheit von 2,
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4 eine
Layoutdarstellung eines weiteren Halbleiterwafers mit einer Schreiblinienstruktur
gemäß der Erfindung,
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5 ein
Schaltbild einer Leistungsabschalteinheit von 4 und
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6 ein
Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Prüfen eines
Halbleiterwafers darstellt.
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Gemäß Ausführungsformen
der Erfindung wird bei einem Halbleiterwafer und einem Prüfverfahren
hierfür
ein Halbleiterbauelement, bei dem ein Überstrom fließt, während eines
Prüfvorgangs
unter einer Anzahl von Halbleiterbauelementen detektiert, die auf
dem Halbleiterwafer ausgebildet sind. Dann wird die Leistung für das Halbleiterbauelement,
bei dem der Überstrom
fließt,
automatisch abgeschaltet. Außerdem
kann ein Überstromdetektionsergebnis bezüglich der
Halbleiterbauelemente auf dem Halbleiterwafer durch eine Prüfvorrichtung
abgegeben werden.
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2 zeigt
eine Schreiblinienstruktur eines Halbleiterwafers, die für eine Prüfung verschiedener Halbleiterbauelemente
auf Waferebene bzw. Waferniveau anwendbar ist. Drei typische Verfahrensarten zum
Prüfen
auf Waferniveau sind ein Burn-in-Test, ein Gleichstromtest und ein
Funktionstest. Der Einfachheit halber wird ein Verfahren zum Prüfen auf Waferniveau
nachfolgend unter Bezugnahme auf einen Burn-in-Test beschrieben.
Die Anwendbarkeit von Ausführungsformen
der Erfindung auf einen Gleichstromtest und einen Funktionstest
ist jedoch offensichtlich.
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Unter
Bezugnahme auf 2 sind eine Anzahl von Halbleiterbauelementen 100 und
eine Anzahl von Schreiblinienbereichen auf einem Wafer angeordnet.
Eine Anzahl von Burn-in-Leistungsversorgungsleitungen 10,
eine Anzahl von Burn-in-Masseleitungen 20 und eine Anzahl
von Taktsignalleitungen 20 sind in den Schreiblinienbereichen
angeordnet. In diesem Fall ist die Anzahl von Burn-in-Leistungsversorgungsleitungen 10 mit
der Anzahl von Halbleiterbauelementen 100 verknüpft.
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Außerdem ist
je eine Leistungsabschalteinheit 200 zwischen die jeweilige
Burn-in-Leistungsversorgungsleitung 10 und das jeweilige
Halbleiterbauelement 100 eingeschleift. Die Leistungsabschalteinheit 200 detektiert
ein Halbleiterbauelement, bei dem ein Überstrom fließt, und
durchtrennt dann automatisch eine elektrische Verbindung zwischen
dem de tektierten Halbleiterbauelement und den Leistungsversorgungsleitungen,
nachfolgend auch kurz als Leistungsleitungen bezeichnet. Als Ergebnis
ist es möglich,
einen Überstrom
abzuschalten, der zu einem defektbehafteten Halbleiterbauelement
fließt, und
den Leistungsverbrauch während
des Burn-in-Tests zu minimieren. Außerdem kann ein Burn-in-Test
bezüglich
normalen Halbleiterbauelementen selektiv unter der Mehrzahl von
auf dem Wafer angeordneten Halbleiterbauelementen durchgeführt werden.
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Das
in 2 gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann
ein passives Halbleiterbauelement, ein aktives Halbleiterbauelement,
ein Halbleiterspeicherbauelement oder ein integrierter Schaltkreis
sein, z.B. ein System-auf-Chip (SOC). Das Halbleiterbauelement 100 kann
außerdem
ein flüchtiges
Speicherbauelement oder ein nichtflüchtiges Speicherbauelement
beinhalten.
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3 ist
ein Schaltbild, das eine mögliche Realisierung
der Leistungsabschalteinheit 200 von 2 veranschaulicht,
die eine Spannungsabfalleinheit 210, einen Komparator 220 und
eine Schalteinheit 230 beinhaltet.
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Die
Spannungsabfalleinheit 210, die in 3 als ein
Widerstand gezeigt ist, lässt
eine Prüfleistung, d.h.
eine Burn-in-Leistung Vcc, auf einen vorgegebenen Pegel abfallen.
Der Komparator 220 vergleicht eine Spannung VN1 an einem
Knoten N1, welche durch die Spannungsabfalleinheit 210 reduziert
ist, mit einer vorgegebenen Referenzspannung Vref, die extern angelegt
wird, und gibt dann ein Vergleichsergebnis an die Schalteinheit 230 ab.
Der Pegel der Referenzspannung Vref kann durch einen Nutzer gesteuert
werden. Durch Steuern der Referenzspannung Vref sind verschiedene
Schwellenspannungen, bei denen eine Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement 100 und
einer Prüfleistung unterbrochen wird,
ohne Ändern
des Aufbaus der Leistungsabschalteinheit 200 möglich.
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Die
Schalteinheit 230 kann ein Schaltbauelement beinhalten,
wie z.B. einen in 3 dargestellten PMOS-Transistor.
Die Schalteinheit 230 schaltet die Zufuhr einer Burn-in-Leistung
Vcc in Reaktion auf ein von dem Komparator 220 erzeugten
Vergleichsergebnis. Wenn zum Beispiel eine Spannung einen vorgegebenen
Pegel in der Spannungsabfalleinheit 210 übersteigt,
ist eine Spannung V1 eines internen Knotens N1 niedriger als die
Referenzspannung Vref. Wenn die Spannung V1 des internen Knotens
N1 geringer als die Referenzspannung Vref ist, gibt der Komparator 220 ein
Vergleichsergebnis auf einem hohen Pegel an die Schalteinheit 230 ab.
Der PMOS-Transistor, der die Schalteinheit 230 bildet, wird
in Reaktion auf den hohen Pegel des Vergleichsergebnisses abgeschaltet
und trennt demzufolge eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement 100 und
der Prüfleistung
Vcc.
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Wie
zuvor erwähnt,
führt die
Leistungsabschalteinheit 200 eine Funktion wie eine magnetische
Abschirmung beim Prüfen
des Halbleiterbauelements durch. Mit anderen Worten detektiert die Leistungsabschalteinheit 200 ein
Halbleiterbauelement, bei dem ein Überstrom fließt, unter
der Anzahl von Halbleiterbauelementen auf dem Halbleiterwafer ohne
eine externe Steuerung. Außerdem
unterbricht die Leistungsabschalteinheit 200 selbsttätig eine Leistungszufuhr
zum Halbleiterbauelement, bei dem der Überstrom fließt. Gemäß dem Aufbau
der Leistungsabschalteinheit 200 können sämtliche Überströme, z.B. mehrere zehn mA oder
mehrere zehn oder mehrere hundert μA, detektiert und abgeschaltet
werden. Außerdem
kann der Überstromdetektionspegel
durch Steuern von nur einem Pegel der Referenzspannung Vref eingestellt
werden, was die Notwendigkeit für
den Aufbau eines zusätzlichen Schaltkreises
eliminiert. Als Ergebnis ist es möglich, einen Burn-in-Test selektiv
bezüglich
nor maler Halbleiterbauelemente unter den auf einem Wafer angeordneten
Halbleiterbauelementen durchzuführen.
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4 zeigt
einen Halbleiterwafer mit einer verbesserten Schreiblinienstruktur
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung als Variante von 2. Bezugnehmend
auf 4 ist je eine Signalabgabeeinheit 50 mit
jeder von mehreren Leistungsabschalteinheiten 300 verbunden.
Die Signalabgabeeinheit 50 gibt ein Überstromdetektionsergebnis
LATCH DATA bezüglich
jedem der Halbleiterbauelemente 100 ab. Die Signalabgabeeinheit 50 beinhaltet
ein Schaltbauelement, wie den in 4 gezeigten
MOS-Transistor, und kann in der Leistungsabschalteinheit 300 oder
außerhalb
derselben angeordnet sein.
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Erste
und zweite Ausgabesteuerleitungen 60 und 70 sind
in jedem der Schreiblinienbereiche in Zeilen- und Spaltenrichtungen
vorgesehen. Die ersten und zweiten Ausgabesteuerleitungen 60 und 70 steuern
einen Signalabgabevorgang der Signalabgabeeinheiten 50.
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An
die jeweilige zweite Ausgabesteuerleitung 70 sind gemeinsam
Steueranschlüsse,
d.h. Gateelektroden der MOS-Transistoren, der Signalabgabeeinheiten 50 angeschlossen,
die in der gleichen Zeile angeordnet sind. Außerdem sind an die jeweilige
erste Ausgabesteuerleitung 60 gemeinsam Strompfade der
Signalabgabeeinheiten 50 angeschlossen, die in der gleichen
Spalte angeordnet sind. Die Signalabgabeeinheit 50 gibt
das Überstromdetektionsergebnis
LATCH DATA ab, das in der zugeordneten Leistungsabschalteinheit 300 detektiert
wird. Als Ergebnis kann eine Prüfvorrichtung
das Überstromdetektionsergebnis
LATCH DATA, das von jeder der Signalabgabeeinheiten 50 abgegeben
wird, durch einen Zeilen-/Spaltenabtastvorgang lesen. Zu diesem
Zeitpunkt wird eine Ortsinformation von den jeweiligen Halbleiterbauelementen 100 durch
die ersten und zweiten Ausgabesteuerleitungen 60 und 70 bereitgestellt,
so dass es möglich
ist, das Überstromdetektionsergebnis LATCH
DATA gemäß einem
Ort von jedem der Halbleiterbauelemente 100 zu bestätigen. Zu
diesem Zeitpunkt kann das Überstromdetektionsergebnis
gemäß einem
Steuersignal von einer Zeilen- oder Spalteneinheit abgegeben werden,
wobei das Steuersignal von den ersten und zweiten Ausgabesteuerleitungen 60 und 70 eingegeben
oder von einer Wafereinheit abgegeben wird.
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In
dem Fall, dass ein Überstrom
in einem Halbleiterbauelement detektiert wird, bedeutet dies, dass
das Halbleiterbauelement 100 mit dem Überstrom unzulänglich ist.
Daher kann eine Prüfvorrichtung
auf der Basis des Überstromdetektionsergebnisses
LATCH DATA ohne eine zusätzliche
Prüfung hinsichtlich
eines Überstroms
detektieren, ob das Halbleiterbauelement 100 unzulänglich ist
oder nicht. Als Ergebnis wird die Prüfzeit minimiert, und die Last der
Prüfvorrichtung
wird reduziert. Außerdem
vergleicht die Prüfvorrichtung
das Überstromdetektionsergebnis,
das beim Prüfen
des Wafers detektiert wird, und ein Überstromdetektionsergebnis
in einem normalen Betrieb und analysiert dieselben. Demgemäß ist es
möglich,
eine Korrelation zwischen diesen zu vergleichen.
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5 ist
ein Schaltbild, das eine mögliche Realisierung
der Leistungsabschalteinheit 300 von 4 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 3 weist
die Leistungsabschalteinheit 300 von 5 einen ähnlichen
Aufbau wie die Leistungsabschalteinheit 200 von 3 auf,
mit Ausnahme einer Datenzwischenspeichereinheit 350. Der ähnliche
Schaltungsaufbau der 3 und 5 ist durch
gleiche Bezugszeichen repräsentiert.
Der Einfachheit halber unterbleibt eine unnötige nochmalige Beschreibung
derjenigen Schaltkreiselemente, die bereits unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurden.
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In 5 ist
die Datenzwischenspeichereinheit 350 zwischen einen Komparator 220 und
eine Schalteinheit 230 eingeschleift. Die Datenzwi schenspeichereinheit 350 puffert Überstromdetektionsinformationen
bezüglich
jedes der Halbleiterbauelemente 100, das heißt einem
Vergleichsergebnis, das von dem Komparator 220 erzeugt
wurde. Außerdem wird
das zwischengespeicherte Vergleichsergebnis Signalabgabeeinheiten 50 als
ein Überstromdetektionsergebnis
LATCH DATA zugeführt.
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Wenn
ein PMOS-Transistor der Schalteinheit 230 aufgrund der
Detektion eines Überstroms
abgeschaltet wird, besteht die Möglichkeit,
dass ein interner Knoten N1 floatet. Um dies zu verhindern, wird das Überstromdetektionsergebnis
LATCH DATA abgegeben, indem die Datenzwischenspeichereinheit 350 zwischen
dem Komparator 220 und der Schalteinheit 230 vorgesehen
wird. Daher floatet der interne Knoten N1 nicht.
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6 veranschaulicht
ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Prüfen
eines Halbleiterwafers, wobei für
jedes von mehreren Halbleiterbauelementen, die auf dem Halbleiterwafer
angeordnet sind, in einem Prozess 2000 eine Prüfleistung
zugeführt wird.
Die Prüfleistung
wird durch Leistungsleitungen, die in einem Schreiblinienbereich
eines Wafers angeordnet sind, an jedes der Halbleiterbauelemente
angelegt. Nach Anlegen der Prüfleistung
an jedes der Halbleiterbauelemente misst eine Anzahl von Spannungsdetektionseinheiten 200 und 300 gemäß 2 bzw. 4 in
einem Prozess 2100, ob in jedem der Halbleiterbauelemente
ein Überstrom
fließt.
In diesem Fall ist die Mehrzahl von Spannungsdetektionseinheiten
zwischen den jeweiligen Leistungsleitungen und den jeweiligen Halbleiterbauelementen
angeordnet. Um einen Überstrom
zu messen, vergleichen die Spannungsdetektionseinheiten ein Spannungsabfallergebnis
VN1 mit einem vorgegebenen Referenzergebnis Vref. Das Spannungsabfallergebnis
VN1 bedeutet, dass eine an das Halbleiterbauelement angelegte Prüfleistung
auf einen vorgegebenen Pegel abgefallen ist. Außerdem wird auf der Basis des
Vergleichsergebnisses in einem Prozess 2200 bestimmt, ob
ein Überstrom
in den jeweiligen Halbleiterbauelementen fließt.
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In
Abhängigkeit
von dem Detektionsergebnis im Prozess 2200 unterbrechen
die Spannungsdetektionseinheiten in einem Prozess 2300 selbsttätig eine Leistungszufuhr
zum Halbleiterbauelement ohne eine externe Steuerung. Dann wird
in einem Prozess 2400 ein Prüfvorgang bezüglich Halbleiterbauelementen
durchgeführt,
bei denen kein Überstrom fließt. Eine
selektive Leistungsversorgung und ein Test bezüglich der Halbleiterbauelemente
werden durch einen Schaltvorgang der Spannungsdetektionseinheiten
gesteuert.
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Wenn
sämtliche
Prüfvorgänge bezüglich eines
Speicherbauelements, in dem kein Überstrom fließt, in dem
Prozess 2400 durchgeführt
sind, gibt die Spannungsdetektionseinheit in einem Prozess 2500 ein Überstromdetektionsergebnis
LATCH DATA, das im Prozess 2200 detektiert wurde, an eine externe
Prüfvorrichtung
ab. Als Ergebnis anerkennt die Prüfvorrichtung vorab ein unzulängliches
Halbleiterbauelement. Danach bestimmt die Prüfvorrichtung sofort auf der
Basis des Überstromdetektionsergebnisses
LATCH DATA, das im Prozess 2400 abgegeben wurde, ob das
Halbleiterbauelement unzulänglich
ist oder nicht, ohne zusätzlich
einen Überstrom zu
prüfen.
Als Ergebnis ist die Prüfzeit
minimiert und eine Last der Prüfvorrichtung
ist reduziert. Außerdem vergleicht
die Prüfvorrichtung
das beim Prüfen
des Wafers detektierte Überstromdetektionsergebnis
und ein Überstromdetektionsergebnis
in einem normalen Betrieb und analysiert diese. Demgemäß ist es
möglich,
die Ergebnisse zu vergleichen und zu korrelieren.
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Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
einen Überstrom,
der zu dem Halbleiterbauelement fließt, auf einem sehr geringen
Pegel zu detektieren und einen Überstrom
ohne eine externe Steuerung beim Prüfen von auf einem Wafer angeordneten
Halbleiterbauelementen selbsttätig
abzu schalten. Außerdem
kann ein Burn-in-Test bezüglich
normalen Halbleiterbauelementen unter den auf dem Wafer angeordneten
Halbleiterbauelementen selektiv durchgeführt werden. Des Weiteren kann
ein Überstromdetektionsergebnis
bezüglich
jedem der Halbleiterbauelemente einer Prüfvorrichtung direkt zugeführt werden.
Demgemäß ist es
möglich
zu bestimmen, ob die einzelnen Halbleiterbauelemente Defekte aufweisen, ohne
einen zusätzlichen
Verifikationsprozess einzusetzen.