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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einer eingebauten winzige-Ladung-Erfassungsschaltung.
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Herkömmlicherweise
existiert ein Halbleiterbauteil, das mit einer eingebauten winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
zum Erfassen einer winzigen elektrischen Ladung versehen ist. Wenn
dieses Halbleiterbauteil untersucht wird, wird eine winzige-Ladung-Erfassungsschaltung,
die als Eingangssignalquelle dient, nahe einem Eingangsanschluss
des Halbleiterbauteils angeordnet, um dafür zu sorgen, dass ein Eingangssignal
weniger anfällig
für eine
Beeinflussung durch eine Streukapazität, externe Störsignale
und dergleichen ist. Ein Ausgangssignal der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
wird mittels einer winzigen elektrischen Ladung gemessen, die als Signal
direkt an den Eingangsanschluss geliefert wird, um die Verstärkung, das
Signal/Rauschsignal-Verhältnis
oder dergleichen der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung zu messen.
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Die 7 zeigt
ein Halbleiterbauteil 40 mit eingebauter winzige-Ladung-Erfassungsschaltung sowie
einer winzige-Ladung-Erzeugungsschaltung 50 zum Untersuchen
des Halbleiterbauteils. Wie es in der 7 dargestellt
ist, verfügt
dieses Halbleiterbauteil über
einen Differenzverstärker
OP, eine Ladungserfassungskapazität C1, einen Lade-Entlade-Schalter
SW1 und eine Verarbeitungsschaltung 44. Ein invertierter
Eingangsanschluss des Differenzverstärkers OP ist mit einem Eingangsanschluss 41 verbunden,
und ein nicht-invertierter Eingangsanschluss des Differenzverstärkers OP
ist mit Masse GND verbunden. Die Ladungserfassungskapazität C1 ist
zwischen einen Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers OP
und den invertierten Eingangsanschluss desselben geschaltet. Der
Lade-Entlade-Schalter SW1 ist zwischen den Ausgangsanschluss des
Differenzverstärkers
OP und den invertierten Eingangsanschluss desselben geschaltet.
Die Verarbeitungsschaltung 44 verarbeitet eine vom Differenzverstärker OP
ausgegebene Ausgangsspannung.
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Der
Differenzverstärker
OP, die Ladungserfassungskapazität
C1 und der Lade-Entlade-Schalter SW1
bilden eine winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43.
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Das
in der 7 dargestellte Halbleiterbauteil 40 wird
dadurch untersucht, dass eine in der winzige-Ladung-Erzeugungsschaltung 50 erzeugte
elektrische Ladung am Eingangsanschluss 41 des Halbleiterbauteils 40 eingegeben
wird. Eine elektrische Ladung Q, wie sie sich ansammelt, wenn eine
Spannung V an die Kapazität
C gelegt wird, ist wie folgt gegeben: Q = C × V.
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Daher
wird, wenn angenommen wird, dass die in der Ladungserfassungskapazität C1 der
winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 angesammelte Ladung
Q1 ist, die Ausgangsspannung Vo die Folgende: Vo
= Q1/C1,wobei diese Ausgangsspannung Vo der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 umgekehrt
proportional zur Ladungserfassungskapazität C1 ist. Daher wird, solange
nicht der Kapazitätswert
der Ladungserfassungskapazität
C1 verringert wird, die Ausgangsspannung Vo eine winzige Spannung,
da die elektrische Ladung Q1 eine winzige Ladung ist. Im Ergebnis
nimmt der Messfehler zu. Aus den obigen Gründen muss die Ladungserfassungskapazität C1 der
winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 einen winzigen Kapazitätswert von
ungefähr
einigen Pikofarad aufweisen.
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Demgemäß ergibt
sich, wenn die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 untersucht
wird, eine am Eingangsanschluss 41 hinzugefügte Streukapazität als Nachteil.
Genauer gesagt, wird, wenn eine Eingangsstreukapazität Cf dadurch
hinzugefügt wird,
dass ein Eingangsabschnitt der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 mit
dem Eingangsanschluss 41 verbunden wird, wie es in der 7 dargestellt
ist, eine Ladungsmenge Qf, die einen Teil der von der winzige-Ladung-Erzeugungsschaltung 50 gelieferten
winzigen Ladungsmenge Q ist, in dieser Eingangsstreukapazität Cf angesammelt.
Infolge dessen wird die in der Kapazität C1 zum Erfassen einer winzigen
Ladung angesammelte Ladungsmenge Q1 die Differenz zwischen der Eingangsladungsmenge
Q und der elektrischen Ladung Qf, die sich in der Streukapazität angesammelt
hat, was wie folgt gegeben ist: Q1 = Q – Qf
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Da
die angesammelte elektrische Ladung Qf zunimmt, wenn die Streukapazität Cf größer wird, wird
die elektrische Ladung Q1 deutlich gegenüber der Eingangsladungsmenge
Q verringert. Daher wird die Streukapazität Cf zu einem Faktor hinsichtlich
einer Verringerung der Messgenauigkeit.
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Wenn
das in der 7 dargestellte Halbleiterbauteil
untersucht wird, ist es nicht vermeidbar, dass eine Streukapazität Cf auf
Grund der Leiterbahn zum Eingangsabschnitt der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 selbst
dann hinzugefügt
wird, wenn die winzige-Ladung-Erzeugungsschaltung 50 nahe
der zu messenden winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 angeordnet
ist. Ferner ist es, um die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 so
anzuschließen,
dass sie durch die ein Eingangssignal erzeugende winzige-Ladung-Erzeugungsschaltung 50 gemessen
werden kann, erforderlich, eine Verbindung durch eine Buchse oder
Sonde zu erstellen. Auf Grund des Hinzufügens der Streukapazität in der Verbindung
nimmt die Streukapazität
Cf im Ausmaß einiger
Pikofarad zu. Aus dem obigen Grund nimmt die angesammelte elektrische
Ladung Qf zu, was die elektrische Ladung Q1 verringert, die sich
in der Ladungserfassungskapazität
C1 der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 43 ansammelt.
Daher kam es zum Nachteil, dass der Messfehler für die Verstärkung zunahm. Um diesen Nachteil
zu vermeiden, ist es erforderlich, für die folgende Einstellung
zu sorgen: Cf << C1.
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Jedoch
kann die Ladungserfassungskapazität C1 in einem Halbleiterbauteil
nicht vergrößert werden,
bei dem der Kapazitätswert
derselben einige Pikofarad ausmacht, um eine ausreichende Ausgangsspannung
zu erzielen. Daher kann die Messgenauigkeit nicht erhöht werden.
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Darüber hinaus
ist, wenn eine winzige elektrische Ladung als Eingangssignal direkt
am Eingangsanschluss eingegeben wird, die Impedanz des Eingangsleitungsabschnitts
hoch, wobei eine hohe Impedanz des Eingangsanschlusses und eine
hohe Impedanz der eingegebenen winzigen elektrischen Ladung vorliegen.
Der obige Zustand ist anfällig
für eine
Beeinflussung durch externe Störsignale,
was zum Nachteil führt,
dass die Messung instabil wird.
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Weitere
Information zum Stand der Technik findet sich im Dokument
EP 0 341 691 , das eine Erfassungsspannungs-Ausgabeschaltung
einer Messeinrichtung vom Ladungserzeugungstyp, die die von der
Messeinrichtung erzeug ten Ladungen in Form einer Spannung ausgibt.
Die Erfassungsspannungs-Ausgabeschaltung weist Folgendes auf: eine Messeinrichtung
aus einem Dielektrikum zum Erzeugen von Ladungen entsprechend einer Änderung
einer von außen
zugeführten
physikalischen Größe; einen
Kondensator in einer ersten Stufe, der parallel zur Messeinrichtung
geschaltet ist und die in dieser erzeugten Ladungen speichert; einen
Kondensator in einer zweiten Stufe, der die vom Kondensator in der ersten
Stufe übertragenen
Ladungen speichert; einen Übertragungsschalter,
der zwischen dem Kondensator in der ersten Stufe und demjenigen
in der zweiten Stufe vorhanden ist, um die im Kondensator in der
ersten Stufe gespeicherten Ladungen an den Kondensator in der zweiten
Stufe zu übertragen;
einen Operationsverstärker,
der mit dem Kondensator in der zweiten Stufe verbunden ist, um die
in diesem gespeicherten Ladungen in eine Spannung zu wandeln und
die so erhaltene Spannung auszugeben; und einen Ausgangsschalter,
der mit der Ausgangsseite des Operationsverstärkers verbunden ist, um ausgeschaltet
zu werden, während
zumindest ein Teil der im Kondensator in der ersten Stufe gespeicherten
Ladungen an den Kondensator in der zweiten Stufe übertragen
wird, und der eingeschaltet wird, nachdem der Übertragungsschalter ausgeschaltet wurde,
um die Spannung aus dem Operationsverstärker auszugeben. Die an der
Messeinrichtung erzeugten Ladungen werden in Form einer Spannung ausgegeben.
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DE 195 06 134 betrifft
einen Ladungsverstärker
zum Verstärken
periodischer Signale einer elektrischen Ladungsquelle, insbesondere
piezoelektrische Sensoren mit einem Operationsverstärker und einem
Gegenkopplungskondensator, der mit dem Ausgang und dem Signaleingang
des Operationsverstärkers
verbunden ist. Der Signaleingang des Operationsverstärkers ist
mit der kapazitiv gekoppelten Ladungsquelle verbunden, und der nicht-invertierende
Eingang wird auf ein positives Bezugspotenzial gebracht, dessen
Wert so gewählt
wird, dass die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers während der
Messphase einen positiven Wert einnimmt. Der Ladungsverstärker benötigt so
keine negative Versorgungsspannung.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterbauteil zu schaffen,
mit dem die Messgenauigkeit einer winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
dadurch verbessert werden kann, dass der Einfluss einer Streukapazität, externer
Störsignale
und dergleichen während
eines Tests unterdrückt
wird.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist durch die Erfindung
ein Halbleiterbauteil mit Folgendem geschaffen: einer winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
zum Erfassen einer winzigen elektrischen Ladung; und einer Testschaltung,
die zwischen einem Eingangsanschluss des Halbleiterbauteils und
einem Eingangsabschnitt der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung vorhanden
ist, wobei die Testschaltung Folgendes aufweist: eine Ladungswandlungskapazität zum Wandeln
eines am Eingangsanschluss eingegebenen Spannungssignals in eine
elektrische Ladung, und eine Betriebsmodus-Umschalteinrichtung zum
Umschalten zwischen einem Normalbetriebsmodus, in dem eine am Eingangsanschluss
eingegebene elektrische Ladung durch die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
erfasst wird, und einem Testbetriebsmodus, in dem das am Eingangsanschluss
eingegebene Spannungssignal durch die Ladungswandlungskapazität in eine elektrische
Ladung gewandelt wird und diese durch die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
erfasst wird.
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Beim
Halbleiterbauteil mit dem oben genannten Aufbau sind die Ladungswandlungskapazität (Kondensator)
und die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung zwischen dem Eingangsabschnitt
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung und dem Eingangsanschluss
des Halbleiterbauteils vorhanden, und die Ladungswandlungskapazität beseitigt
den schädlichen
Einfluss einer Streukapazität
und externer Störsignale,
die am Eingangsanschluss zusätzlich
wirken.
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Genauer
gesagt, kann selbst dann, wenn eine Streukapazität auf Grund einer Leiterbahn
von einer Eingangssignalquelle zum Eingangsanschluss oder eine Streukapazität auf Grund
des Kontakts einer Buchse oder einer Sonde zusätzlich wirkt, eine hohe Spannung
als Testsignal an den Eingangsanschluss angelegt werden, da die
Ladungswandlungskapazität
vorhanden ist. Demgemäß wird die
elektrische Ladung, die sich in der Ladungserfassungskapazität in der
winzige-Ladung-Erfassungsschaltung ansammelt, nicht durch den schädlichen
Einfluss der Streukapazität
verringert und daher kann die Verstärkung der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
genau gemessen werden.
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Darüber hinaus
kann das Spannungssignal von der Eingangssignalquelle niedriger
Ausgangsimpedanz als Eingangssignal verwendet werden, und daher
kann die Impedanz der Eingangssignalleitung gesenkt werden. Diese
Anordnung ist weniger anfällig
für den
Einfluss externer Störsignale,
und sie erlaubt es, den Messwert zu stabilisieren.
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Ferner
ist die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung, die auf Grund eines
Signals in Form einer winzigen elektrischen Ladung eine sorgfältige Handhabung
benötigt,
in das Halbleiterbauteil eingebaut, und daher kann eine externe Untersuchungsschaltung
einen einfachen Aufbau aufweisen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung weist die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung Folgendes
aufs einen ersten Schalter mit einem Anschluss, der mit dem Eingangsanschluss
verbunden ist, und einem anderen Anschluss, der mit dem Eingangsabschnitt
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung verbunden ist; und einen
zweiten Schalter mit einem Anschluss, der mit der Ladungswandlungskapazität verbunden
ist, und einem anderen Anschluss, der mit dem Eingangsabschnitt
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung verbunden ist.
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Beim
Halbleiter gemäß der oben
genannten Ausführungsform
verfügt
die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung über den ersten und den zweiten Schalter,
um auf einfache Weise zwischen dem Normalbetriebsmodus und dem Testbetriebsmodus
umzuschalten. Im Testbetriebsmodus, bei dem der erste Schalter ausgeschaltet
ist und der zweite Schalter eingeschaltet ist, wird das am Eingangsanschluss eingegebene
Spannungssignal durch die Ladungswandlungskapazität in eine
elektrische Ladung gewandelt, damit diese durch die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
erfasst wird.
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Beim
Halbleiterbauteil gemäß einer
Ausführungsform
weist die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung
Folgendes auf: einen ersten Schalter mit einem Anschluss, der mit
dem Eingangsanschluss verbunden ist, und einem anderen Anschluss,
der mit dem Eingangsabschnitt der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
verbunden ist; und einen zweiten Schalter mit einem Anschluss, der
mit dem Eingangsanschluss verbunden ist, und einem anderen Anschluss,
der mit der Ladungswandlungskapazität verbunden ist.
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Diese
Ausführungsform
zeigt denselben Betriebsvorteil wie die vorige Ausführungsform.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung weist die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung Folgendes
auf: einen ersten Schalter mit einem Anschluss, der mit dem Eingangsanschluss
verbunden ist, und einem anderen Anschluss, der mit dem Eingangsabschnitt
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung verbunden ist; und einen
zweiten Schalter mit einem Anschluss, der mit dem Eingangsanschluss
verbunden ist, und einem anderen Anschluss, der mit der Ladungswandlungskapazität verbunden
ist; und einen dritten Schalter mit einem Anschluss, der mit der
Ladungswandlungskapazität
verbunden ist, und einem anderen Anschluss, der mit dem Eingangsabschnitt
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung verbunden ist.
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Beim
Halbleiterbauteil gemäß der oben
genannten Ausführungsform
wird, wenn der erste Schalter ausgeschaltet wird und der zweite
und der dritte Schalter eingeschaltet werden, das am Eingangsanschluss
eingegebene Spannungssignal durch die Ladungswandlungskapazität in eine
elektrische Ladung gewandelt. Die gewandelte elektrische Ladung
wird durch die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
erfasst. Ferner wird die Eingabe überflüssiger Signale dadurch verhindert,
dass der zweite Schalter selektiv in einem Zustand eingeschaltet wird,
in dem der erste Schalter ausgeschaltet ist und der dritte Schalter
nur dann eingeschaltet wird, wenn das Spannungssignal für Testzwecke
an den Eingangsanschluss gelegt wird.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der zweite Schalter während einer Periode eingeschaltet,
in der eine elektrische Ladung zu Testzwecken an die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung geliefert
wird, und der zweite Schalter ist während einer Periode ausgeschaltet,
während
der keine elektrische Ladung zu Testzwecken an die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
geliefert wird, wobei der Zustand vorliegt, dass der erste und der
dritte Schalter im Testbetriebsmodus eingeschaltet sind.
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Beim
Halbleiterbauteil gemäß der vorstehend
genannten Ausführungsform
ist der zweite Schalter während
der Periode eingeschaltet, in der der Zustand vorliegt, dass der
erste und der dritte Schalter eingeschaltet sind, während die
Halbleiterbauteilladung für
Testzwecke an die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung geliefert wird.
Demgegenüber
ist der zweite Schalter während
der Periode ausgeschaltet, während
der keine elektrische Ladung für
Testzwecke an die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung geliefert wird.
Der obige Betrieb ermöglicht
das Beseitigen von Störsignalen
im Spannungssignal während
der Untersuchung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung und
den beigefügten
Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung angegeben werden und
demgemäß für die Erfindung
nicht beschränkend
sind, vollständiger
verständlich
werden.
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1 zeigt
ein Schaltbild eines Halbleiterbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
ein Schaltbild eines Halbleiterbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 zeigt
ein Schaltbild eines Halbleiterbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 zeigt
ein Schaltbild in einem Normalbetriebsmodus des Halbleiterbauteils
gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung;
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5 zeigt
ein Schaltbild in einem ersten Testbetriebsmodus des Halbleiterbauteils
gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung;
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6 zeigt
ein Schaltbild in einem zweiten Testbetriebsmodus des Halbleiterbauteils
gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung; und
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7 zeigt
ein Schaltbild eines bekannten Halbleiterbauteils.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden erfindungsgemäße Halbleiterbauteile
detailliert auf Grundlage der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
derselben beschrieben.
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Die 1 zeigt
ein Schaltbild eines Halbleiterbauteils mit eingebauter winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Diese Halbleiter-Untersuchungsvorrichtung verfügt über eine
elektrische Ct, deren einer Anschluss mit einem Eingangsanschluss 11 verbunden
ist, einen zweiten Schalter M2, dessen einer Eingangsanschluss mit
dem anderen Anschluss der Ladungswandlungskapazität Ct verbunden
ist, einen ersten Schalter M1, der zwischen den anderen Anschluss
des zweiten Schalters M2 und den Eingangsanschluss 11 geschaltet
ist, einen Differenzverstärker OP,
dessen invertierter Eingangsanschluss mit dem anderen Anschluss
des zweiten Schalters M2 verbunden ist, und dessen nicht-invertierter
Eingangsanschluss mit Masse GND verbunden ist, eine Ladungserfassungskapazität C1, die
zwischen den Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers OP und
den invertierten Eingangsanschluss des Differenzverstärkers OP
geschaltet ist, einen Lade-Entlade-Schalter SW1, der zwischen den
Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers OP und den invertierten
Eingangsanschluss desselben geschaltet ist, und eine Verarbeitungsschaltung 4 zum
Verarbeiten eines vom Differenzverstärker OP ausgegebenen Ausgangssignals.
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Eine
Testschaltung 2 besteht aus der Ladungswandlungskapazität Ct sowie
dem ersten und dem zweiten Schalter M1 und M2. Eine winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 besteht
aus dem Differenzverstärker
OP, der Ladungserfassungskapazität C1
und dem Lade-Entlade-Schalter SW1. Eine Betriebsmodus-Umschalteinrichtung
besteht aus dem ersten und dem zweiten Schalter M1 und M2.
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In
einem Normalbetriebsmodus des Halbleiterbauteils mit dem vorstehend
genannten Aufbau wird ein elektrisches Ladungssignal Q1 direkt von
der Eingangssignalquelle 1 an die Ladungserfassungskapazität C1 gegeben,
wenn der erste Schalter M1 eingeschaltet wird, während der Lade-Entlade-Schalter
SW1 ausgeschaltet ist. Da das elektrische Ladungssignal Q1 über den
ersten Schalter M1 in der Ladungserfassungskapazität Q1 angesammelt
wird, erhält
die Ausgangsspannung Vo des Differenzverstärkers OP den folgenden Wert: Vo = Q1/C1.
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Dies
ermöglicht
demgemäß die Erfassung der
Ladungsmenge des elektrischen Ladungssignals Q1. Die elektrische
Ladung der Ladungserfassungskapazität C1 wird durch Einschalten
des Lade-Entlade-Schalters SW1 entladen, so dass die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 initialisiert
wird, wobei ein Zustand zum Messen einer nächsten Ladungsmenge erreicht
wird. Wie oben beschrieben, kann selbst mit der eingebauten Testschaltung 2 die
Erfassung einer winzigen Ladung im Normalbetriebsmodus bewerkstelligt
werden.
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In
einem Testbetriebsmodus werden als Erstes der erste Schalter M1
und der Lade-Entlade-Schalter SW1 ausgeschaltet, und der zweite Schalter
M2 wird eingeschaltet. In diesem Zustand wird ein Eingangsspannungssignal
S1 von der Eingangssignalquelle 1 an den Eingangsanschluss 11 gegeben.
Dann werden der erste Schalter M1 und der Lade-Entlade-Schalter
SW1 eingeschaltet, um die Ladungsmengen der Ladungswandlungskapazität Ct und
der Ladungserfassungskapazität
C1 rückzusetzen.
Anschließend
werden der erste Schalter M1 und der Lade-Entlade-Schalter SW1 ausgeschaltet.
Eine Spannungsvariation ΔVi
des Eingangsspannungssignals 51, wie sie nach dem Rücksetzen
erhalten wird, wird durch die Ladungswandlungskapazität Ct in
eine elektrische Ladung Qi gewandelt, so dass die wie folgt gegebene
elektrische Ladung Qi: Qi = Ct × ΔViin
der Ladungserfassungskapazität
C1 angesammelt wird. Diese elektrische Ladung Qi wird von der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 als
Ausgangsspannung Vo ausgegeben, die wie folgt gegeben ist: Vo = Qi/C1.
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Die
Messung der Ausgangsspannung Vo am Ausgangsspannungs-Messanschluss 12 ermöglicht eine
Untersuchung der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3.
Die Ausgangsspannung Vo ist auch wie folgt durch die Ladungswandlungskapazität Ct zum Wandeln
des Eingangsspannungssignals 51 in eine winzige elektrische
Ladung, die Ladungserfassungskapazität C1 der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 und
die Spannungsvariation ΔVi
des Eingangsspannungssignals S1 gegeben: Vo = ΔVi × (Ct/C1).
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Mit
dieser Gleichung werden die Spannungsvariation ΔVi des Eingangsspannungssignals
S1 und die Ausgangsspannung Vo auf Grundlage des Verhältnisses
des Kapazitätswerts
der Ladungswandlungskapazität
Ct zum Wandeln der Eingangsspannungsvariation in die winzige elektrische
Ladung zum Kapazitätswert
der Ladungserfassungskapazität
Ct der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 bestimmt. Wenn
der Kapazitätswert
der Ladungswandlungskapazität
Ct kleiner als derjenige der Ladungserfassungskapazität C1 gemacht
wird, kann der Spannungswert der Spannungsvariation ΔVi des Eingangsspannungssignals
S1, um die winzige elektrische Ladung zu liefern, erhöht werden.
Daher kann die Schwankung des Eingangsspannungssignals S1 durch
den Einfluss externer Störsignale
verringert werden, und dadurch wird die Untersuchungsgenauigkeit
verbessert.
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Darüber hinaus
sind bei dieser Ausführungsform, ähnlich wie
bei der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3, die Ladungswandlungskapazität Ct und
der zweite und der dritte Schalter M2 und M3 in das Halbleiterbauteil
eingebaut. Daher hat eine Streukapazität, die zusätzlich in einem Eingangsabschnitt
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 wirkt, einen winzigen
Kapazitätswert
entsprechend nur der Streukapazität im Inneren des Halbleiterbauteils,
da keine externe Messschaltung Einfluss auf die Streukapazität hat. Daher
wird die Eingangsladungsmenge, die an die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 geliefert
wird, nicht durch den Einfluss externer Messschaltungen verringert,
so dass beim Messen der Verstärkung
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 kein
Fehler auftritt.
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Durch
dieses Anbringen der Testschaltung 2 zwischen dem Eingangsanschluss 11 und
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 ist es nicht erforderlich,
die winzige elektrische Ladung, die anfällig für den Einfluss von Störsignalen
während
der Untersuchung sowie eine externe Streukapazität ist, von außen einzugeben.
Dies ermöglicht
eine Verbesserung der Messgenauigkeit sowie das Erzielen einer stabilen
Untersuchung oder eines stabilen Tests. Darüber hinaus können auch
externe Untersuchungsschaltungen vereinfacht werden, so dass das Auftreten
verschiedener Probleme in einer Massenherstelllinie und dergleichen
unterdrückt
werden können.
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Die 2 ist
ein Schaltbild eines Halbleiterbauteils mit eingebauter winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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Diese
Halbleiteruntersuchungsvorrichtung hat denselben Aufbau wie diejenige
der ersten Ausführungsform,
jedoch mit Ausnahme der Position, an der der zweite Schalter M2
angeschlossen ist. Bei der zweiten Ausführungsform sind dieselben Komponenten
wie bei der ersten Ausführungsform
mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, und für sie erfolgt keine Beschreibung.
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Ein
zweiter Schalter M2 bei der zweiten Ausführungsform ist zwischen einem
Eingangsanschluss 11 und einer Ladungswandlungskapazität Ct angeordnet,
während
der zweite Schalter M2 bei der ersten Ausführungsform zwischen der Ladungswandlungskapazität Ct und
dem Eingangsabschnitt der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 angeordnet ist.
Genauer gesagt, ist beim Halbleiterbauteil der zweiten Ausführungsform
ein Anschluss des zweiten Schalters M2 mit dem Eingangsanschluss 11 verbunden,
und der andere Anschluss des zweiten Schalters M2 ist mit einem
Anschluss der Ladungswandlungskapazität Ct verbunden, wie es in der 2 dargestellt
ist. Eine Testschaltung 2a besteht aus der Ladungswandlungskapazität Ct, einem
ersten Schalter M1 und dem zweiten Schalter M2.
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Das
Halbleiterbauteil dieser zweiten Ausführungsform verfügt über Operationen
und Effekte, die denen beim Halbleiterbauteil gemäß der ersten
Ausführungsform ähnlich sind.
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Die 3 ist
ein Schaltbild eines Halbleiterbauteils mit eingebauter winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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Diese
Halbleiteruntersuchungsvorrichtung ist als Kombination derjenigen
gemäß der ersten
und der zweiten Ausführungsform
ausgebildet. Bei der dritten Ausführungsform sind dieselben Komponenten
wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform mit denselben Bezugszahlen
gekennzeichnet, und für
sie erfolgt keine Beschreibung.
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Diese
Halbleiteruntersuchungsvorrichtung verfügt über einen zweiten Schalter
M2, dessen einer Anschluss mit einem Eingangsanschluss 11 verbunden
ist, eine Ladungswandlungskapazität Ct, deren einer Anschluss
mit dem anderen Anschluss des zweiten Schalters M2 verbunden ist,
einen Schalter M3, dessen einer Anschluss mit dem anderen Anschluss
der Ladungswandlungskapazität
Ct verbunden ist, einen ersten Schalter M1, der zwischen den anderen
Anschluss des Schalters M3 und den Eingangsanschluss 11 geschaltet
ist, einen Differenzverstärker
OP, dessen invertierter Eingangsanschluss mit dem anderen Anschluss
des Schalters M3 verbunden ist, und dessen nichtinvertierter Eingangsanschluss
mit Masse GND verbunden ist, eine Ladungserfassungskapazität C1, die
zwischen einen Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers OP und
den invertierten Eingangsanschluss desselben geschaltet ist, und
einen Lade-Entlade-Schalter SW1, der zwischen den Ausgangsanschluss
des Differenzverstärkers
OP und den invertierten Eingangsanschluss desselben geschaltet ist.
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Eine
Testschaltung 2B besteht aus der Ladungswandlungskapazität Ct sowie
dem ersten, zweiten und dritten Schalter M1, M2 und M3. Eine winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 besteht
aus dem Differenzverstärker
OP, der Ladungserfassungskapazität
C1 und dem Lade-Entlade-Schalter SW1. Eine Betriebsmodus-Umschalteinrichtung
besteht aus dem ersten, zweiten und dritten Schalter M1, M2 und
M3. Es ist zu beachten, dass eine Verarbeitungsschaltung zum Verarbeiten
einer vom Differenzverstärker
ausgegebenen Ausgangsspannung nicht dargestellt ist.
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Im
Normalbetriebsmodus des Halbleiterbauteils mit dem oben genannten
Aufbau ist der erste Schalter M1 in einem Zustand eingeschaltet,
in dem der zweite und der dritte Schalter M2, M3 sowie der Lade-Entlade-Schalter
SW1 ausgeschaltet sind, wie es in der 4 dargestellt
ist, wodurch das elektrische Ladungssignal Q1 direkt von der Eingangssignalquelle 1 an
die Ladungserfassungskapazität
C1 geliefert wird. Dieses elektrische Ladungssignal Q1 wird in der
Ladungserfassungskapazität
C1 angesammelt, und es wird eine wie folgt gegebene Ausgangsspannung
Vo ausgegeben: Vo = Q1/C1
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Dies
ermöglicht
demgemäß die Erfassung der
Ladungsmenge des elektrischen Ladungssignals Q1. Die elektrische
Ladung der Ladungserfassungskapazität C1 wird dadurch entladen,
dass der Lade-Entlade-Schalter SW1 eingeschaltet wird. Dadurch wird
die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 initialisiert,
um für
einen Messzustand für
die nächste
elektrische Ladung zu sorgen. Wie oben beschrieben, kann selbst
mit der eingebauten Testschaltung 2B die Erfassung einer
winzigen Ladung im Normalbetriebsmodus bewerkstelligt werden.
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Im
Testbetriebsmodus werden als Erstes der erste Schalter M1 und der
Lade-Entlade-Schalter SW1
ausgeschaltet, und der zweite und der dritte Schalter M2 und M3
werden eingeschaltet, wie es in der 5 dargestellt
ist. In diesem Zustand wird ein Eingangsspannungssignal S1 von der
Eingangssignalquelle 1 an den Eingangsanschluss 11 gegeben. Dann
werden der erste Schalter M1 und der Lade-Entlade-Schalter SW1 eingeschaltet,
um die Ladungsmengen der Ladungswandlungskapazität Ct und der Ladungserfassungskapazität C1 rückzusetzen.
Anschließend
werden der erste Schalter M1 und der Lade-Entlade-Schalter SW1 ausgeschaltet.
Eine Spannungsvariation ΔVi
des Eingangsspannungssignals S1, wie sie nach dem Rücksetzen
erzielt wird, wird durch die Ladungswandlungskapazität Ct in
eine elektrische Ladung Qi gewandelt. Die wie folgt gegebene elektrische
Ladung Qi: Qi = Ct × ΔViwird in der Ladungserfassungskapazität C1 angesammelt.
Diese elektrische Ladung Qi wird von der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 als
Ausgangsspannung Vo ausgegeben, die wie folgt gegeben ist: Vo = Qi/C1.
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Die
Messung der Ausgangsspannung Vo an einem Ausgangsspannungs-Messanschluss 12 ermöglicht eine
Untersuchung der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3.
Die Ausgangsspannung Vo ist auch wie folgt durch die Ladungswandlungskapazität Ct zum
Wandeln des Eingangsspannungssignals 51 in eine winzige
elektrische Ladung, die Ladungserfassungskapazität C1 der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 und
die Spannungsvariation ΔVi des
Eingangsspannungssignals S1 gegeben: Vo = ΔVi × (Ct/C1).
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Mit
dieser Gleichung werden die Spannungsvariation Δvi des Eingangsspannungssignals
S1 und die Ausgangsspannung Vo auf Grundlage des Verhältnis des
Kapazitätswerts
der Ladungswandlungskapazität
Ct zum Wandeln der Eingangsspannungsvariation in die winzige elektrische
Ladung zum Kapazitätswert
der Ladungserfassungskapazität
C1 der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 bestimmt. Wenn
der Kapazitätswert
der Ladungswandlungskapazität
Ct kleiner als derjenige der Ladungserfassungskapazität C1 gemacht
wird, kann der Spannungswert der Spannungsvariation ΔVi des Eingangsspannungssignals
S1, um die winzige elektrische Ladung zu liefern, erhöht werden.
Daher kann die Schwankung des Eingangsspannungssignals S1 durch
den Einfluss externer Störsignale
verringert werden, und dadurch wird die Untersuchungsgenauigkeit
verbessert.
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Darüber hinaus
sind, ähnlich
wie bei der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3, die Ladungswandlungskapazität Ct sowie
der zweite und der dritte Schalter M2 und M3 bei dieser Ausführungsform
in das Halbleiterbauteil eingebaut. Daher zeigt eine Streukapazität, die zusätzlich an
einem Eingangsabschnitt der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 wirkt,
einen winzigen Kapazitätswert,
der nur der Streukapazität
innerhalb des Halbleiterbauteils entspricht, da keine externe Messschaltung
Einfluss auf die Streukapazität
ausübt.
Daher wird die an die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 gelieferte
Eingangsladungsmenge nicht durch den Einfluss externer Messschaltungen
verringert, so dass beim Messen der Verstärkung der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 kein
Fehler auftritt.
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Als
Nächstes
ist es, wie es in der 6 dargestellt ist, wenn die
Spannungsvariation ΔVi
des Eingangsspannungssignals 51 an den Eingangsanschluss 11 gelegt
wird, so dass die Ladungswandlungskapazität Ct die Spannungsvariation ΔVi in eine winzige
elektrische Ladung Qi wandelt, um diese in der Ladungserfassungskapazität Ct anzusammeln, möglich, das
Eingangsspannungssignal S1 dadurch abzutasten, dass der zweite Schalter
M2 während der
Periode eingeschaltet wird, in der die elektrische Ladung durch
das Eingangsspannungssignal S1 geliefert wird, und der zweite Schalter
M2 während
der Periode ausgeschaltet wird, in der keine elektrische Ladung
geliefert wird. Durch diesen Abtastvorgang können Störsignale am Eingangsspannungssignal S1
dadurch verringert werden, dass kein Teil desselben abgetastet wird,
in dem Störsignale
erzeugt werden, und auch dies ermöglicht eine Verbesserung der Messgenauigkeit
bei einer Störsignalverringerung zum
Untersuchungszeitpunkt.
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Bei
der ersten bis dritten Ausführungsform wurde
ein Halbleiterbauteil beschrieben, das mit einer winzige-Ladung-Erfassungsschaltung 3 versehen
ist, die aus dem Differenzverstärker
OP, der Ladungserfassungskapazität
C1 und dem Lade-Entlade-Schalter SW1 besteht. Jedoch ist der Aufbau
der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
nicht auf den oben angegebenen beschränkt.
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Bei
der ersten und der zweiten Ausführungsform
besteht die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung
aus dem ersten und zweiten Schalter M1 und M2. Bei der dritten Ausführungsform
besteht die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung aus dem ersten, zweiten
und dritten Schalter M1, M2 und M3. Jedoch besteht für die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung keine
Beschränkung
auf die Genannten. Die Betriebsmodus-Umschalteinrichtung kann über beliebige
andere Schaltungskonstruktionen verfügen, wenn diese zwischen dem
Normalbetriebsmodus, in dem die am Eingangsanschluss eingegebene
elektrische Ladung durch die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
erfasst wird, und dem Testbetriebsmodus umschalten können, in
dem das am Eingangsanschluss eingegebene Spannungssignal durch die
Ladungswandlungskapazität
in eine elektrische Ladung gewandelt wird, die durch die winzige-Ladung-Erfassungsschaltung
erfasst wird.
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Wie
es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, kann bei einem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil durch
Integrieren der Testschaltung in die Halbleiteruntersuchungsvorrichtung,
die mit der winzige-Ladung-Erfassungsschaltung versehen ist, der
Einfluss einer Streukapazität
auf Grund einer externen Messschaltung beseitigt werden, und die
Impedanz des externen Eingangssignals kann verringert werden, um
den Einfluss des Messsignals oder externer Störsignale zu verringern. Die
obige Anordnung ermöglicht
eine Stabilisierung des Messpegels und eine Verbesserung der Messgenauigkeit.
Die obige Anordnung ermöglicht
auch eine Vereinfachung externer Messschaltungen sowie eine Verringerung
von Störungen
bei der Massenherstellung.
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Nachdem
die Erfindung auf diese Weise beschrieben wurde, ist es ersichtlich,
dass sie auf viele Arten variiert werden kann. Derartige Variationen sind
nicht als Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung anzusehen, und
alle Modifizierungen, wie sie dem Fachmann ersichtlich sind, sollen
im Schutzumfang der folgenden Ansprüche enthalten sein.