JP2014175643A - Method for testing semiconductor transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体トランジスタのテスト方法に関し、特に、パワーデバイス等の高耐圧仕様の半導体トランジスタのウェハ試験またはパッケージ試験において、試験後の物理解析による不良原因の特定を容易とするテスト方法に関する。 The present invention relates to a test method for a semiconductor transistor, and more particularly to a test method that facilitates identification of a cause of failure by physical analysis after a test in a wafer test or package test of a high-voltage semiconductor transistor such as a power device.
パワーデバイス等の高電圧の耐圧仕様の半導体回路では、高電圧を印加して試験を行なうため、短絡不良等が発生すると高電圧が印加されて大電流が流れる。これによりデバイスが高電力状態となると、被試験トランジスタや試験治具が顕著な破壊を起こすため、不良の発生となった因子や不良発生箇所の特定を容易に行うことができなくなってしまう。 In a semiconductor circuit having a high voltage withstand voltage specification such as a power device, since a test is performed by applying a high voltage, a high voltage is applied and a large current flows when a short circuit failure occurs. As a result, when the device is in a high power state, the transistor under test and the test jig are significantly destroyed, so that it becomes impossible to easily identify the factor causing the failure and the location where the failure occurs.
このため、破壊ダメージの低減は製品開発を行う上で重要な課題となっている。破壊ダメージを低減する方法として、試験装置側で電流制限を行ない、クランプ電流値を設定することで被試験トランジスタや試験治具に流れる電流を制限する方法が一般的である。 For this reason, the reduction of destruction damage has become an important issue in product development. As a method for reducing the destruction damage, a method is generally used in which a current is limited on the test apparatus side and a current flowing through the transistor under test or the test jig is limited by setting a clamp current value.
図8に、一般的なパワーデバイスの高電圧印加試験における試験装置と被試験トランジスタの接続の様子を示す。図9に高電圧印加試験中に不良が発生した場合のタイミングチャートを示す。図8に示すように、被試験トランジスタ10のドレイン端子13、ソース端子12、ゲート端子11の夫々を試験装置に接続し、ドレイン端子13、ソース端子12、ゲート端子11の夫々に、被試験トランジスタがオフ状態となる電圧を印加する。図9(a)にドレイン‐ソース間の電圧波形、図9(b)にゲート‐ソース間の電圧波形、図9(c)にドレイン電流の波形を示す。
FIG. 8 shows a state of connection between a test apparatus and a transistor under test in a high voltage application test of a general power device. FIG. 9 shows a timing chart when a defect occurs during the high voltage application test. As shown in FIG. 8, each of the
被試験トランジスタがオフ状態であれば、ドレイン‐ソース間に高電圧(例えば、数百V〜)が印加されていても、ドレイン電流は正常時のオフリーク電流として数μA程度しか流れない。一方、ドレイン端子13に高電圧を印加した状態で短絡不良が発生すると、ドレイン端子に接続した試験装置の電流制限が働き、ドレイン電圧が降下する。ドレイン電流は電流制限をかけた値(クランプ電流値Iclamp:数mA程度)まで流れるが、それ以上の電流は流れない。これにより、破壊ダメージが大きくなる原因である高電圧かつ大電流の発生を抑止し、破壊ダメージを低減するものである。
If the transistor under test is in an off state, even if a high voltage (for example, several hundred volts or more) is applied between the drain and source, the drain current flows only about several μA as a normal off-leakage current. On the other hand, when a short circuit failure occurs in a state where a high voltage is applied to the
しかしながら、電流クランプによる異常電流の抑制では、クランプ電流値を正常時の電流よりも小さく設定することができず、また、試験装置と被試験トランジスタ間における試験治具や配線の寄生容量及び寄生インダクタンスに起因する電流を制限できないため、被試験トランジスタに流れる電流を抑制しきれず、十分な破壊ダメージ低減ができない。上記の方法では、チップ内に発生する破壊箇所(不具合の発生箇所)を数μメートルのサイズに抑制することは困難である。破壊ダメージを低減するためには、不良発生時に数10ナノ秒〜数100ナノ秒の間に電流を遮断または抑制する必要がある。 However, with the suppression of abnormal current by current clamp, the clamp current value cannot be set smaller than the normal current, and the parasitic capacitance and parasitic inductance of the test jig and wiring between the test equipment and the transistor under test Therefore, the current flowing through the transistor under test cannot be suppressed, and the sufficient destruction damage cannot be reduced. In the above method, it is difficult to suppress the destruction location (occurrence of failure) in the chip to a size of several μm. In order to reduce the destruction damage, it is necessary to interrupt or suppress the current between several tens of nanoseconds to several hundred nanoseconds when a defect occurs.
試験装置からの電流を完全に遮断しつつ、試験装置と被試験トランジスタ間の寄生容量及び寄生インダクタンスに起因する電流による破壊ダメージを低減する方法としては、特許文献1に記載の方法がある。特許文献1では、試験装置と被試験トランジスタの間にトランジスタスイッチを設け、異常検出部が異常を検出すると、試験装置から被試験トランジスタを切り離して、試験装置に流れる電流が被試験トランジスタに流れ込むのを遮断するとともに、被試験トランジスタと並列に接続したトランジスタをオンして、被試験トランジスタに流れ込もうとする電流を分流させることで、被試験トランジスタに過剰な電流が流れるのを防止している。 There is a method described in Patent Document 1 as a method for reducing breakage damage due to current caused by parasitic capacitance and parasitic inductance between the test apparatus and the transistor under test while completely interrupting the current from the test apparatus. In Patent Document 1, when a transistor switch is provided between the test apparatus and the transistor under test and the abnormality detection unit detects an abnormality, the transistor under test is disconnected from the test apparatus, and the current flowing through the test apparatus flows into the transistor under test. And turning on a transistor connected in parallel with the transistor under test to shunt the current that flows into the transistor under test, thereby preventing excessive current from flowing through the transistor under test. .
しかしながら、異常箇所の破壊ダメージを低減してソフト破壊を実現するためには、破壊発生後速やかに(数十ナノ秒後〜数百ナノ秒後)被試験トランジスタへの電流の流れ込みを防止する必要があるが、不良発生時に即時に異常電圧が発生するアバランシェ試験以外の試験では実現が困難であった。 However, in order to reduce the breakage damage at abnormal points and realize soft breakage, it is necessary to prevent current from flowing into the transistor under test immediately after the breakage (after several tens of nanoseconds to several hundred nanoseconds) However, it was difficult to realize in tests other than the avalanche test in which abnormal voltage is generated immediately when a defect occurs.
例えば、高電圧試験の代表的な項目であるドレインリークテストでは不良発生時にドレイン電圧に異常電圧が発生しないことが多く、特許文献1の手法では被試験トランジスタと並列に接続したトランジスタをオン、試験装置と被試験トランジスタ間に取り付けたトランジスタスイッチをオフさせることはできない。破壊ダメージを低減してソフト破壊を実現するためには破壊箇所に流れ込む電荷量をいかにして低減するかが重要である。 For example, in the drain leak test, which is a representative item of the high voltage test, an abnormal voltage often does not occur in the drain voltage when a failure occurs. In the technique of Patent Document 1, the transistor connected in parallel with the transistor under test is turned on and tested. A transistor switch attached between the device and the transistor under test cannot be turned off. In order to reduce destruction damage and realize soft destruction, it is important how to reduce the amount of charge flowing into the destruction portion.
本発明は、上記の状況を鑑み、パワーデバイス等の半導体製品の高電圧印加の試験において、不良時に発生する試験装置からの電流、或いは試験装置と被試験トランジスタ間における試験治具や配線の寄生容量及び寄生インダクタンスに起因する電流が破壊箇所に流れ込むのを抑制し、不良の原因となった因子や不良発生箇所の特定が容易となるテスト方法を提供することをその目的とする。 In view of the above situation, the present invention provides a current from a test apparatus that is generated when a semiconductor device such as a power device is subjected to a failure, or a parasitic of a test jig or wiring between the test apparatus and a transistor under test. It is an object of the present invention to provide a test method that suppresses the flow of current due to capacitance and parasitic inductance into a broken portion and makes it easy to identify the factor causing the failure and the location where the failure has occurred.
上記目的を達成するための本発明に係るテスト方法は、半導体トランジスタのウェハ試験またはパッケージ試験において、信頼性不良を検出するテスト方法であって、
キャパシタを備える試験電圧印加回路を、被試験トランジスタのドレイン端子に印加するための試験電圧を供給する試験装置に接続し、キャパシタの一端を前記試験電圧に充電する第1工程と、
前記被試験トランジスタのゲート端子、前記ドレイン端子、及びソース端子に夫々所定の前記被試験トランジスタがオフ状態となる第1ゲート電圧、第1ドレイン電圧、及び第1ソース電圧を印加する第2工程と、
前記第2工程の後、前記ドレイン端子の電圧、又は前記ドレイン端子に流れるドレイン電流を検知する第3工程と、を有し、
前記第2工程において、前記第1ドレイン電圧の印加を、前記試験電圧印加回路と前記試験装置の接続を切り離すとともに、充電された前記キャパシタの前記一端を前記ドレイン端子に接続することにより行うことを第1の特徴とする。
A test method according to the present invention for achieving the above object is a test method for detecting a reliability defect in a wafer test or a package test of a semiconductor transistor,
Connecting a test voltage application circuit comprising a capacitor to a test device for supplying a test voltage to be applied to the drain terminal of the transistor under test, and charging one end of the capacitor to the test voltage;
A second step of applying a first gate voltage, a first drain voltage, and a first source voltage that turn off the predetermined transistor under test to the gate terminal, the drain terminal, and the source terminal of the transistor under test, respectively; ,
After the second step, a third step of detecting a voltage of the drain terminal or a drain current flowing through the drain terminal,
In the second step, the first drain voltage is applied by disconnecting the connection between the test voltage application circuit and the test apparatus and connecting the one end of the charged capacitor to the drain terminal. First feature.
上記第1の特徴の本発明に係るテスト方法は、更に、
前記第3工程が、前記試験装置と前記ドレイン端子を直接接続して、前記被試験トランジスタの前記ゲート端子、前記ドレイン端子、及び前記ソース端子に夫々所定の前記被試験トランジスタがオフ状態となる第2ゲート電圧、第2ドレイン電圧、及び第2ソース電圧を印加するとともに、前記被試験トランジスタの前記ドレイン端子に流れるドレイン電流を検知する工程であることを第2の特徴とする。
The test method according to the first aspect of the present invention further includes:
In the third step, the test apparatus and the drain terminal are directly connected, and a predetermined transistor under test is turned off at each of the gate terminal, the drain terminal, and the source terminal of the transistor under test. A second feature is a step of applying a two-gate voltage, a second drain voltage, and a second source voltage and detecting a drain current flowing in the drain terminal of the transistor under test.
上記第2の特徴の本発明に係るテスト方法は、更に、
前記第2工程において前記被試験トランジスタに印加される前記第1ドレイン電圧と前記第1ソース電圧間の電圧差が、前記第3工程において前記被試験トランジスタに印加される前記第2ドレイン電圧と前記第2ソース電圧間の電圧差以上であることを第3の特徴とする。
The test method according to the second aspect of the present invention further includes:
The voltage difference between the first drain voltage applied to the transistor under test in the second step and the first source voltage is equal to the second drain voltage applied to the transistor under test in the third step. A third feature is that the difference is equal to or greater than the voltage difference between the second source voltages.
上記第3の特徴の本発明に係るテスト方法は、更に、
前記第3工程後、前記試験装置と前記被試験トランジスタの前記ドレイン端子との接続を切り離す第4工程を有し、
前記第1〜第4工程が、繰り返して複数回行われ、
当該複数回の前記第2工程において、前記被試験トランジスタに印加される前記第1ドレイン電圧と前記第1ソース電圧間の電圧差を徐々に増加させることを第4の特徴とする。
The test method according to the third aspect of the present invention further includes:
After the third step, the method includes a fourth step of disconnecting the connection between the test apparatus and the drain terminal of the transistor under test.
The first to fourth steps are repeatedly performed a plurality of times,
The fourth feature is that the voltage difference between the first drain voltage and the first source voltage applied to the transistor under test is gradually increased in the plurality of second steps.
上記第1乃至第3の何れかの特徴の本発明に係るテスト方法は、更に、
前記試験電圧印加回路が、抵抗器を備え、
前記第2工程における前記第1ドレイン電圧の印加時において、充電された前記キャパシタの前記一端と前記被試験トランジスタの前記ドレイン端子を、前記抵抗器を介して接続し、
前記第2工程における前記第1ドレイン電圧の印加時において、
前記被試験トランジスタが良品の場合、前記試験電圧により定まる一定電圧まで前記第1ドレイン電圧が上昇するが、前記被試験トランジスタが不良品の場合、前記第1ドレイン電圧が前記一定電圧にまで上昇する電圧の立ち上がりの途中で、前記第1ドレイン電圧が低下し始めるように、前記抵抗器の抵抗値が設定されていることを第5の特徴とする。
The test method according to the present invention having any one of the first to third features further includes:
The test voltage application circuit includes a resistor,
When the first drain voltage is applied in the second step, the one end of the charged capacitor and the drain terminal of the transistor under test are connected via the resistor,
At the time of applying the first drain voltage in the second step,
When the transistor under test is a good product, the first drain voltage rises to a constant voltage determined by the test voltage. When the transistor under test is a defective product, the first drain voltage rises to the constant voltage. A fifth feature is that the resistance value of the resistor is set so that the first drain voltage starts to decrease in the middle of the rise of the voltage.
上記第1乃至第5の何れかの特徴の本発明に係るテスト方法は、更に、
前記試験装置と前記ドレイン端子の接続を、前記試験電圧印加回路を介して接続するか、又は、前記試験電圧印加回路を介さず直接接続するかを切り替えるスイッチを備え、
前記スイッチを用いて、前記ドレイン端子に印加される前記試験電圧の供給先を、前記試験電圧印加回路の前記キャパシタから、前記試験装置に変更する工程を有することが好ましい。
The test method according to the present invention having any one of the first to fifth features further includes:
A switch for switching the connection between the test device and the drain terminal via the test voltage application circuit or a direct connection without going through the test voltage application circuit;
It is preferable to use the switch to change the supply destination of the test voltage applied to the drain terminal from the capacitor of the test voltage application circuit to the test apparatus.
上記第1乃至第5の何れかの特徴の本発明に係るテスト方法は、更に、
前記試験電圧印加回路が、そのドレイン端子側が前記キャパシタの前記一端と接続する放電用トランジスタを備え、
前記第2工程における前記第1ドレイン電圧の印加開始から所定期間の経過後に、前記放電用トランジスタをオンすることが好ましい。
The test method according to the present invention having any one of the first to fifth features further includes:
The test voltage application circuit includes a discharge transistor whose drain terminal side is connected to the one end of the capacitor,
It is preferable that the discharge transistor is turned on after a lapse of a predetermined period from the start of application of the first drain voltage in the second step.
本発明に依れば、予め充電されたキャパシタを介して被試験トランジスタのドレイン端子に電圧を印加することで、高電圧試験中に被試験トランジスタに不良が発生した場合に試験装置側から流れ込む電荷量を最小限に抑制できる。これにより、不良発生箇所から破壊ダメージが拡大するのを防止し、不良が発生した場合に不良の原因となった因子や不良発生箇所の特定が容易となる。 According to the present invention, by applying a voltage to the drain terminal of the transistor under test through a precharged capacitor, the charge flowing from the test apparatus side when a failure occurs in the transistor under test during the high voltage test. The amount can be minimized. As a result, it is possible to prevent the destruction damage from expanding from the location where the failure occurs, and to easily identify the factor causing the failure and the location where the failure occurs when the failure occurs.
〈第1実施形態〉
以下に、本発明の一実施形態に係る信頼性不良のテスト方法(以降、適宜「本発明方法1」と称する)の構成につき、図面を参照して詳細に説明する。本発明方法1の構成例を示すフローチャートを図1に示す。本発明方法において、被試験トランジスタが良品の場合の高電圧印加試験中のタイミングチャートを図2に、被試験トランジスタが不良品の場合の高電圧印加試験中のタイミングチャートを図3に、夫々示す。なお、本発明方法1は、特に、GaNやSiCなどの化合物半導体を材料としたパワートランジスタの信頼性試験を想定している。しかしながら、本発明方法1は、これに限られるものではない。また、本発明方法1は、上記図1のフローチャートで示される方法に限定されるものではない。
<First Embodiment>
Hereinafter, the configuration of a reliability failure test method according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present invention method 1” as appropriate) will be described in detail with reference to the drawings. A flowchart showing an example of the configuration of the method 1 of the present invention is shown in FIG. In the method of the present invention, a timing chart during a high voltage application test when the transistor under test is a non-defective product is shown in FIG. 2, and a timing chart during a high voltage application test when the transistor under test is a defective product is shown in FIG. . The method 1 of the present invention assumes a reliability test of a power transistor made of a compound semiconductor such as GaN or SiC. However, the method 1 of the present invention is not limited to this. Further, the method 1 of the present invention is not limited to the method shown in the flowchart of FIG.
図4に、本発明方法1における、パワーデバイスの高電圧印加試験における試験装置と被試験トランジスタの接続の様子を示す。 FIG. 4 shows a state of connection between a test apparatus and a transistor under test in a high voltage application test of a power device in the method 1 of the present invention.
本発明方法1では、まず、被試験トランジスタ10のドレイン端子13、ソース端子12、ゲート端子11の夫々を各端子用の試験装置30a〜30cに接続する。このとき、被試験トランジスタ10のドレイン端子13と試験装置30cの間に、試験電圧印加回路15を接続する(ステップS100)。
In the method 1 of the present invention, first, each of the
図4に示すように、被試験トランジスタ10のドレイン端子13と試験装置30cの間に、試験電圧印加回路15が、スイッチ16、19を介して接続されている。試験電圧印加回路15は、キャパシタ17、放電トランジスタ18、及び、抵抗器20を備える。また、試験装置30cは、被試験トランジスタ10のドレイン端子13と、スイッチ21により、試験電圧印加回路15を介さずに直接接続することができる。
As shown in FIG. 4, a test
キャパシタ17は、その一端(図4のノードA)が被試験トランジスタ10のドレイン端子13に印加するための試験電圧を供給する試験装置30cの出力端子と、スイッチ16を介して接続し、他端が当該試験電圧よりも低電圧の固定電位(ここでは、接地電位)と接続している。キャパシタ17の容量は、被試験トランジスタのDC特性(IdやQgd等)に併せて数pF程度に最小化されている。
The
放電トランジスタ18は、そのドレイン端子がキャパシタ17の前記一端(ノードA)と接続し、ソース端子が当該試験電圧よりも低電圧の固定電位(ここでは、接地電位)と接続している。抵抗器20は、その一端がスイッチ19を介して被試験トランジスタ10のドレイン端子13と接続し、その他端がキャパシタ17の前記一端(及び、放電トランジスタ18の前記一端)と接続している。つまり、試験電圧印加回路15内において、キャパシタ17と放電トランジスタ18は並列に接続され、その高電圧側の一端が、スイッチ16を介して試験装置30cと接続されるとともに、スイッチ19及び抵抗器20を介して被試験トランジスタ10のドレイン端子13と接続される。
The
図2及び図3を参照すると、時刻T1において、このように試験電圧印加回路15を接続した状態で、スイッチ19、21をオフし、スイッチ16をオンする(ステップS101)。これにより、試験電圧印加回路15を試験装置に接続するとともに、試験装置と被試験トランジスタ10との接続、及び、試験電圧印加回路15と被試験トランジスタ10との接続を切り離す。キャパシタの一端(ノードA)は、試験装置から供給される試験電圧V1(例えば、600V)まで充電される。放電トランジスタ18のゲート端子には、試験装置30dを介して、放電トランジスタ18をオフ状態とする制御信号が印加されている。
Referring to FIGS. 2 and 3, at time T1, with the test
その後、時刻T2において、ゲート端子11に被試験トランジスタをオフ状態とする所定のゲート電圧を印加し、その後、時刻T3において、ドレイン端子13及びソース端子12に、夫々、被試験トランジスタがオフ状態となる所定のドレイン電圧及びソース電圧を印加する。このとき、ドレイン端子13へのドレイン電圧の印加は、スイッチ16をオフし、スイッチ19をオンすることにより、試験電圧印加装置15と試験装置との接続を切り離した状態で、キャパシタ17の一端の充電電圧(ノードAの電圧)を印加する(ステップS102)。
Thereafter, at time T2, a predetermined gate voltage for turning off the transistor under test is applied to the
このとき、ドレイン端子13とキャパシタ17の間には抵抗器21が設けられているので、ドレイン端子13に印加される電圧は、図2(c)及び図3(c)に示すように、ゆっくりと立ち上がり、ドレイン端子13に供給される。抵抗器の抵抗値を、10kΩ〜100kΩ程度に設定することで、ドレイン端子13に印加される電圧は、数百ナノ秒程度の時定数をもってゆっくりと立ち上がる。被試験トランジスタ10が良品の場合、ドレイン端子13に印加される電圧は、図2の時刻T4において、キャパシタ17の静電容量C0及び被試験トランジスタ10の寄生容量C1に依存して定まる一定電圧であり、試験電圧V1近傍の電圧V1’(〜(C1/(C1+C0))V1)に到達し、その後、一定電圧V1’を維持する。なお、かかる時定数は、キャパシタ17の静電容量C0(上述の通り、数pF程度)、被試験トランジスタ10の寄生容量C1、及び、抵抗器20の抵抗値に依存する。
At this time, since the
一方、被試験トランジスタ10に不良が発生した場合、破壊箇所からリーク電流が流れ始め、これに伴ってドレイン端子13の電圧は低下し始める。しかしながら、当該リーク電流はキャパシタ17に充電された電荷の放電により生じるため、キャパシタ17に充電された電荷量を超えて電流は流れることはない。キャパシタ17の静電容量は数pF程度であるので、ドレイン端子13の電圧は、数10ナノ秒〜数100ナノ秒程度の短時間のうちに、即座にソース端子12の電圧と同電位まで降下する。したがって、図3の時刻T5以降に示すように、ドレイン端子13に印加されるドレイン電圧は、一定電圧V1’まで上昇することなく、その立ち上がりの途中から低下し始める。
On the other hand, when a failure occurs in the transistor under
したがって、被試験トランジスタ10にキャパシタ17を介して電圧を所定の時間(〜1μ秒程度)印加し、時刻T4経過後のドレイン端子13の電圧を検知する工程により、そのV1’からの電圧降下量が設定値以下であれば良品であり、V1’から設定値以上に電圧が降下していれば不良品と判定できる。電圧を検知する場合、例えば、スイッチ21をオフのまま、抵抗器20とスイッチ19の間の経路の電圧を検知すればよい。
Therefore, a voltage drop from V 1 ′ is applied by applying a voltage to the transistor under
抵抗器20の抵抗値は、ドレイン端子13の電圧がゆっくりとV1’にまで立ち上がり、且つ、不良が発生する場合に、ドレイン端子13の電圧がV1’まで上昇する電圧の立ち上がりの途中で即座に電圧降下が起こるように設定される。つまり、ドレイン端子13の電圧が破壊が起きる電圧に達した時点で即、電圧降下が起こるように、抵抗器21の抵抗値が設定されている。これにより、破壊が発生した電圧以上の過剰な電圧が被試験トランジスタに印加されるのを防ぎ、不良箇所の破壊ダメージを最小限に抑えることができる。抵抗値が小さいと、ドレイン端子13の電圧変化が急になるため、例えば550Vで破壊が起きる場合であっても550V以上(例えば、600V)の電圧が被試験トランジスタ10に印加されることがあり、不良箇所の破壊ダメージを拡大させる原因になる。破壊が発生する電圧以上の過剰な電圧が被試験トランジスタに印加されることは、不良箇所のダメージを抑制できなくなる原因の一つであるが、本発明方法1では、これを防ぐことができる。
The resistance value of the
被試験トランジスタ10にキャパシタ17を介して電圧を所定の時間(〜1μ秒程度)印加した後、時刻T4経過後の時刻T6において、試験装置30dを介して放電トランジスタ18をオンし、キャパシタ17に充電されている電荷、及び、被試験トランジスタ10の寄生容量14や試験経路の配線の寄生容量に蓄えられている電荷を放電する(ステップS103)。これにより、ドレイン端子13の電圧はソース端子12の電圧と同電位まで降下する。なお、不良品の場合には、不良が発生した時点からドレイン端子13の電圧降下が既に始まっているが、時刻T6で放電トランジスタ18をオンすることが好ましい。時刻T6においてキャパシタ17の放電が不完全であり、ドレイン端子13の電圧が完全に下がりきっていない場合がある。その場合、キャパシタ17に蓄えられている残りの電荷を放電トランジスタ18を介して逃がすことで、被試験トランジスタ10に流れるリーク電流が低減され、この結果、破壊ダメージが低減される。並行して、試験装置30a、30bは、ゲート端子11に印加するゲート電圧の供給、及び、ソース端子12に印加するソース電圧の供給を停止し、時刻T7において高電圧印加試験を終了する。
After applying a voltage to the transistor under
図5に、上記の高電圧印加試験を通常のウエハテストの一項目として実行し、ウエハテスト実行時に発生する高電圧試験の不良品の破壊ダメージを低減し、ウエハテスト不良の解析を容易化するテストフローの一例を示す。図5のソフト破壊テスト工程(ステップS203:工程A)が、本発明方法1のステップS101〜S103に相当する。 In FIG. 5, the high voltage application test described above is executed as one item of a normal wafer test, the damage damage of defective products of the high voltage test that occurs during the wafer test execution is reduced, and the wafer test failure analysis is facilitated. An example of a test flow is shown. The soft destructive test process (step S203: process A) in FIG. 5 corresponds to steps S101 to S103 of the method 1 of the present invention.
通常、ウエハテストはケルビンテスト(接触確認工程:ステップS201)を実行した後、低電圧(10V程度)のオフリークテストを実行する(ステップS202)。その後、被試験トランジスタ10をオフ状態に維持したまま、ソース端子12とドレイン端子13の間に高電圧を印加し、ソフト破壊テスト(ステップS203:工程A)を実施する。このソフト破壊テストでは、上述の通り、試験電圧印加回路15を試験装置30cと被試験トランジスタ10のドレイン端子の間に接続し、充電されたキャパシタ17を介して所定の高電圧(例えば、600V)を被試験トランジスタ10のドレイン端子13に印加する。
Usually, in the wafer test, after the Kelvin test (contact confirmation process: step S201) is performed, an off-leak test with a low voltage (about 10 V) is performed (step S202). Thereafter, a high voltage is applied between the
その後、再び低電圧のオフリークテストを実行する(ステップS204:工程B)。このとき、試験電圧印加回路15のスイッチ19をオフ、スイッチ21をオンし、試験装置30cと被試験トランジスタ10のドレイン端子を直接接続する。そして、ソース端子12とドレイン端子13の間に10V程度の低電圧を印加しながら、被試験トランジスタ10をオフ状態に設定し、被試験トランジスタ10のドレイン端子13に流れるドレイン電流を試験装置30cが検知する。このときのドレイン電流の大きさを検知することで、直前のソフト破壊テスト工程において不良が発生したかを判定することができる。
Thereafter, the low-voltage off-leak test is performed again (step S204: step B). At this time, the
ステップS204においてドレイン電流が正常の場合は、引き続き、ステップS205以降において、Vth試験(閾値電圧が設定範囲内であるかの確認工程)、及びYfs試験(利得の確認工程)などの通常のウエハテスト項目を実施する。これらの通常のウエハテスト項目と、本発明での高電圧印加試験を連続して実行することで、ウエハテスト実行時に発生する高電圧印加試験の不良品の破壊ダメージを低減することができる。 If the drain current is normal in step S204, then, in step S205 and subsequent steps, normal wafer tests such as a Vth test (a step for checking whether the threshold voltage is within the set range) and a Yfs test (a step for checking the gain) are continued. Implement the item. By continuously executing these normal wafer test items and the high voltage application test according to the present invention, it is possible to reduce the destruction damage of defective products of the high voltage application test that occur during the wafer test execution.
以上、本発明方法1では、予め充電されたキャパシタ17を介して被試験トランジスタ10のドレイン端子13に電圧を印加して、高電圧印加試験を行なう。これにより、被試験トランジスタ10に不良が発生した場合に試験装置側から流れ込む電荷量を抑制できる。この結果、不良発生箇所から破壊ダメージが拡大するのを防止し、不良が発生した場合に不良の原因となった因子や不良発生箇所の特定が容易となる。
As described above, in the method 1 of the present invention, a high voltage application test is performed by applying a voltage to the
また、上述の通り、抵抗器20の抵抗値が適当に設定されていることにより、破壊が発生した際に破壊が発生した電圧以上の過剰な電圧が被試験トランジスタに印加されるのを防ぎ、不良箇所の破壊ダメージを最小限に抑えることができる。
Further, as described above, by appropriately setting the resistance value of the
さらに、充電されたキャパシタ17に放電トランジスタ18を接続することにより、キャパシタ17に充電されている電荷を放電し、被試験トランジスタ10に流れ込まないようにしている。これにより、被試験トランジスタ10に流れ込む電荷量をキャパシタ17の充電電荷量以下に制限できる。
Further, the
〈第2実施形態〉
以下に、本発明の一実施形態に係る信頼性不良のテスト方法(以降、適宜「本発明方法2」と称する)の構成につき、図面を参照して詳細に説明する。本発明方法2は、図4に示す試験電圧印加回路15を使用しつつも、破壊が発生する電圧以上の電圧を被試験トランジスタ10に印加されないようにする手法が本発明方法1と異なっている。
Second Embodiment
Hereinafter, the configuration of a reliability failure test method according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the
図6に本発明方法2において、被試験トランジスタ10のドレイン端子13に印加する電圧の変化を示す。この場合、高電圧(例えば、600V)を最初からドレイン端子13に印加するのではなく、所定の電圧ステップ(例えば、+10V)で印加電圧を高くしていくことで被試験トランジスタに過剰な電圧が印加されないようにしている。
FIG. 6 shows a change in voltage applied to the
図6に示すように、本発明方法2では、被試験トランジスタ10のドレイン端子13に電圧を印加する工程が、工程Aと工程Bの2つを有し、工程Aと工程Bを交互に、繰り返し実行する。工程Aは、本発明方法1のステップS101〜S103と同様であり、試験電圧印加回路15を試験装置30cと被試験トランジスタ10のドレイン端子の間に接続し、充電されたキャパシタ17を介して所定の高電圧を被試験トランジスタ10のドレイン端子13に印加する工程である。
As shown in FIG. 6, in the
工程Aの後、工程Bにおいて、試験電圧印加回路15のスイッチ19をオフ、スイッチ21をオンし、試験装置30cと被試験トランジスタ10のドレイン端子を直接接続する。そして、ソース端子12とドレイン端子13の間に10V程度の低電圧を印加しながら、被試験トランジスタ10をオフ状態に設定し、被試験トランジスタ10のドレイン端子13に流れるドレイン電流を試験装置30cが検知する。このドレイン電流の大きさを検知することで、工程Aにおいて不良(破壊)が発生したか否かを確認する。ドレイン電流が異常の場合、不良発生と判断し、試験を終了する。
After step A, in step B, the
不良(破壊)が発生していない場合は、引き続き、スイッチ21をオフし、試験装置と被試験トランジスタ10のドレイン端子13との接続を切り離す。その後、スイッチ16をオンし、再び工程Aを実行する。つまり、所定の高電圧を、充電されたキャパシタ17を介して被試験トランジスタ10のドレイン端子13に印加する。このとき、キャパシタ17を充電するために印加する試験電圧V1を、直前の工程Aにおける試験電圧V1よりも高くなるように、所定の電圧ステップで徐々に増加させていく。この結果、工程Aを複数回実行するに際し、夫々の工程Aにおいて被試験トランジスタ10のソース端子12とドレイン端子13間に印加される電圧は、図6に示すように、例えば10Vから600Vまで、+10V刻みで徐々に増加していく。一方、工程Bにおいて被試験トランジスタ10のソース端子12とドレイン端子13間に印加される電圧は、複数回の工程Bにおいて一定電圧であり、工程Aにおける印加電圧以下である。
If no defect (destruction) has occurred, the
このように、工程Aにおいて、被試験トランジスタ10のソース端子12とドレイン端子13間に印加する高電圧を徐々に増加させることで、キャパシタ17を介して印加される電圧を抵抗器20で遅延させる必要がなくなる。この場合、抵抗器20は10Ω以下の小さな値のものでよい。或いは、抵抗器20はなくても構わない。
Thus, in step A, the voltage applied through the
図7は、上記本発明方法2の高電圧印加試験を通常のウエハテストの一項目として実行する場合のテストフローの一例である。ケルビンテスト(接触確認工程:ステップS301)、及び、低電圧(10V程度)のオフリークテスト(ステップS302)の実行後、
高電圧印加試験で印加する試験電圧V1の初期値を設定する(ステップS303)。その後、被試験トランジスタ10をオフ状態に維持したまま、ソース端子12とドレイン端子13の間に高電圧を充電されたキャパシタ17を介して印加し、ソフト破壊テスト(ステップS304:工程Aに相当)を実施する。なお、この工程は図5のステップS203と同様である。
FIG. 7 shows an example of a test flow when the high voltage application test of the
Setting the initial value of the test voltages V 1 to be applied with a high voltage application test (step S303). Thereafter, while maintaining the transistor under
その後、再び低電圧のオフリークテストを実行する(ステップS305:工程Bに相当)。なお、この工程は図5のステップS204と同様である。ソース端子12とドレイン端子13の間に10V程度の低電圧を印加しながら、被試験トランジスタ10をオフ状態に設定し、被試験トランジスタ10のドレイン端子13に流れるドレイン電流を試験装置30cが検知し、被試験トランジスタ10の不良(破壊)の有無を判定する。被試験トランジスタ10が不良品の場合、以降の試験工程は実行しない。
Thereafter, the low-voltage off-leak test is performed again (step S305: corresponding to step B). This process is the same as step S204 in FIG. While applying a low voltage of about 10 V between the
ステップS305においてドレイン電流が正常の場合は、引き続き、試験電圧V1の設定値を所定の電圧ステップ(例えば、+10V)だけ増加させ(ステップS307)、ステップS304に戻って、より高電圧の試験電圧V1を用いて、再びソフト破壊テストを実行する。 If the drain current is normal in step S305, subsequently, the voltage step of the set value of the predetermined test voltage V 1 (e.g., + 10V) by increasing (step S307), the process returns to step S304, the test voltage of higher voltage by using the V 1, again to perform a soft destruction test.
このようにソフト破壊テスト(ステップS304)と低電圧のオフリークテスト(ステップS305)を交互に複数回、試験電圧V1を増加させながら繰り返す。試験電圧V1が所定の上限設定値以上になる(ステップS306でYES分枝)と、高電圧印加試験を終了し、引き続いてVth試験(ステップS308)、及びYfs試験(利得の確認工程)などの通常のウエハテスト項目を実施する。 Thus multiple soft breakdown test (step S304) and the low voltage offleak test (the step S305) are alternately repeated while increasing the test voltage V 1. Test voltage V 1 is equal to or greater than a predetermined upper limit set value (branch YES content in step S306), and terminates the high-voltage application test, followed by Vth test (step S308), and Yfs test (gain confirmation process), etc. Conduct normal wafer test items.
本発明方法2の他の構成(例えば、放電トランジスタ18の動作)については、本発明方法1と同様であり、詳細な説明は割愛する。
Other configurations of the
以上、本発明方法2では、本発明方法1と同様、予め充電されたキャパシタ17を介して被試験トランジスタ10のドレイン端子13に電圧を印加して、高電圧印加試験を行なうことにより、被試験トランジスタ10に不良が発生した場合に試験装置側から流れ込む電荷量を抑制できる。この結果、不良発生箇所から破壊ダメージが拡大するのを防止し、不良が発生した場合に不良の原因となった因子や不良発生箇所の特定が容易となる。
As described above, in the
また、キャパシタ17を介して被試験トランジスタ10のドレイン端子13に印加する高電圧を徐々に増加させながら、複数回の高電圧印加試験を実施することにより、破壊が発生した際に破壊が発生した電圧以上の過剰な電圧が被試験トランジスタに印加されるのを防ぎ、不良箇所の破壊ダメージを最小限に抑えることができる。
In addition, a breakdown occurred when a breakdown occurred by performing a plurality of high voltage application tests while gradually increasing the high voltage applied to the
なお、上記実施形態では、図1のステップS103、及び、図2(図3)の時刻T6において、キャパシタ17に充電されている電荷と被試験トランジスタ10の寄生容量14に蓄えられている電荷を、試験電圧印加回路15内に設けられた放電トランジスタ18を用いて放電する構成である。しかしながら、放電トランジスタ18を用いる代わりに、時刻T6においてスイッチ19をオフ、スイッチ21をオンし、試験装置30cを介してソース端子12と同電位を被試験トランジスタ10のドレイン端子13に印加し、被試験トランジスタ10の寄生容量14に蓄えられている電荷を放電するようにする構成も考えられる。
In the above embodiment, the charge stored in the
したがって、上記実施形態では、放電用のトランジスタを試験電圧印加回路15内に設けるとしたが、これを試験装置30c内に設けても構わない。この場合、時刻T6においてスイッチ19をオフ、スイッチ21をオンとすることにより、キャパシタ17の放電はされず、時刻T6における充電状態が時刻T6後も維持される。その後、再度のソフト破壊テストを行なう際に、スイッチ16が再びオンされ、キャパシタ17は試験電圧V1にまで再充電される。
Therefore, in the above-described embodiment, the discharge transistor is provided in the test
本発明は、半導体デバイスのテスト方法としての利用が可能であり、特に、化合物半導体を材料としたパワーデバイス等、高耐圧仕様の半導体トランジスタの信頼性テスト方法として好適に利用可能である。 The present invention can be used as a test method for a semiconductor device, and in particular, can be suitably used as a reliability test method for a semiconductor transistor having a high breakdown voltage specification such as a power device made of a compound semiconductor.
1: 本発明の一実施形態に係るテスト方法(本発明方法)
10: 被試験トランジスタ
11: ゲート端子
12: ソース端子
13: ドレイン端子
14: 被試験トランジスタの寄生容量
15: 試験電圧印加回路
16、19、21: スイッチ
17: キャパシタ
18: 放電トランジスタ
20: 抵抗器
30a〜30d: 試験装置
1: Test method according to an embodiment of the present invention (method of the present invention)
10: Transistor under test 11: Gate terminal 12: Source terminal 13: Drain terminal 14: Parasitic capacitance of transistor under test 15: Test
Claims (5)
キャパシタを備える試験電圧印加回路を、被試験トランジスタのドレイン端子に印加するための試験電圧を供給する試験装置に接続し、キャパシタの一端を前記試験電圧に充電する第1工程と、
前記被試験トランジスタのゲート端子、前記ドレイン端子、及びソース端子に夫々所定の前記被試験トランジスタがオフ状態となる第1ゲート電圧、第1ドレイン電圧、及び第1ソース電圧を印加する第2工程と、
前記第2工程の後、前記ドレイン端子の電圧、又は前記ドレイン端子に流れるドレイン電流を検知する第3工程と、を有し、
前記第2工程において、前記第1ドレイン電圧の印加を、前記試験電圧印加回路と前記試験装置の接続を切り離すとともに、充電された前記キャパシタの前記一端を前記ドレイン端子に接続することにより行うことを特徴とするテスト方法。 A test method for detecting a reliability defect in a wafer test or a package test of a semiconductor transistor,
Connecting a test voltage application circuit comprising a capacitor to a test device for supplying a test voltage to be applied to the drain terminal of the transistor under test, and charging one end of the capacitor to the test voltage;
A second step of applying a first gate voltage, a first drain voltage, and a first source voltage that turn off the predetermined transistor under test to the gate terminal, the drain terminal, and the source terminal of the transistor under test, respectively; ,
After the second step, a third step of detecting a voltage of the drain terminal or a drain current flowing through the drain terminal,
In the second step, the first drain voltage is applied by disconnecting the connection between the test voltage application circuit and the test apparatus and connecting the one end of the charged capacitor to the drain terminal. Characteristic test method.
前記第1〜第4工程が、繰り返して複数回行われ、
当該複数回の前記第2工程において、前記被試験トランジスタに印加される前記第1ドレイン電圧と前記第1ソース電圧間の電圧差を徐々に増加させることを特徴とする請求項3に記載のテスト方法。 After the third step, the method includes a fourth step of disconnecting the connection between the test apparatus and the drain terminal of the transistor under test.
The first to fourth steps are repeatedly performed a plurality of times,
4. The test according to claim 3, wherein in the plurality of second steps, a voltage difference between the first drain voltage and the first source voltage applied to the transistor under test is gradually increased. Method.
前記第2工程における前記第1ドレイン電圧の印加時において、充電された前記キャパシタの前記一端と前記被試験トランジスタの前記ドレイン端子を、前記抵抗器を介して接続し、
前記第2工程における前記第1ドレイン電圧の印加時において、
前記被試験トランジスタが良品の場合、前記試験電圧により定まる一定電圧まで前記第1ドレイン電圧が上昇するが、前記被試験トランジスタが不良品の場合、前記第1ドレイン電圧が前記一定電圧にまで上昇する電圧の立ち上がりの途中で、前記第1ドレイン電圧が低下し始めるように、前記抵抗器の抵抗値が設定されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のテスト方法。 The test voltage application circuit includes a resistor,
When the first drain voltage is applied in the second step, the one end of the charged capacitor and the drain terminal of the transistor under test are connected via the resistor,
At the time of applying the first drain voltage in the second step,
When the transistor under test is a good product, the first drain voltage rises to a constant voltage determined by the test voltage. When the transistor under test is a defective product, the first drain voltage rises to the constant voltage. 5. The test method according to claim 1, wherein a resistance value of the resistor is set so that the first drain voltage starts to decrease in the middle of a voltage rise. 6. .
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