JP2022109668A - 半導体装置の電気特性検査装置および半導体装置の電気特性検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の電気特性検査に関する精密な測定条件を容易に作成することが可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】電気特性検査装置１００は、検査対象である半導体装置１０８の測定条件を記憶する記憶部１０１と、実施される検査内容に対応する測定条件を記憶部１０１から読み出す制御部１０２と、半導体装置１０８に対する誘導インダクタンスを設定する誘導インダクタンス制御回路部１０４と、半導体装置１０８に対する浮遊インダクタンスを設定する浮遊インダクタンス制御回路部１０６とを備える。制御部１０２は、記憶部１０１から読み出した測定条件に基づいて、誘導インダクタンス制御回路部１０４を制御することで誘導インダクタンスを調整し、かつ、浮遊インダクタンス制御回路部１０６を制御することで浮遊インダクタンスを調整する。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置の電気特性検査装置および半導体装置の電気特性検査方法に関するものである。

従来の電気特性検査装置では、検査装置内に半導体装置に対する誘導インダクタンスを調整する回路を有することで、実施される検査内容に対応する測定条件に基づいて測定電流および測定電圧を供給している（例えば特許文献１参照）。また、従来の電気特性検査装置では、供給された測定電流または測定電圧の異常を検知した場合は、遮断スイッチを利用して検査装置を保護し検査を実施している。

特開２００９－１６８６３０号公報

従来の電気特性検査装置では、検査装置内に半導体装置に対する誘導インダクタンスを調整する回路を用いて測定条件を作成しているものの、浮遊インダクタンスを調整する仕組みを備えていなかった。

検査装置内に存在する浮遊インダクタンスは、検査時のサージ電圧および電流変化速度ｄｉ／ｄｔなどの増減に作用する。このような浮遊インダクタンスを考慮した精密な測定条件を作成するためには、検査装置内の配線長の調整、およびインダクタの交換などの調整が必要であり、精密な測定条件を作成することは難しかった。

そこで、本開示は、半導体装置の電気特性検査に関する精密な測定条件を容易に作成することが可能な技術を提供することを目的とする。

本開示に係る半導体装置の電気特性検査装置は、検査対象である半導体装置の測定条件を記憶する記憶部と、実施される検査内容に対応する前記測定条件を前記記憶部から読み出す制御部と、前記半導体装置に対する誘導インダクタンスを設定する誘導インダクタンス制御回路部と、前記半導体装置に対する浮遊インダクタンスを設定する浮遊インダクタンス制御回路部とを備え、前記制御部は、前記記憶部から読み出した前記測定条件に基づいて、前記誘導インダクタンス制御回路部を制御することで前記誘導インダクタンスを調整し、かつ、前記浮遊インダクタンス制御回路部を制御することで前記浮遊インダクタンスを調整するものである。

本開示によれば、制御部は、誘導インダクタンスに加えて、浮遊インダクタンスを調整するため、検査装置内の配線長の調整、およびインダクタの交換などの調整が不要となり、検査装置内に存在する浮遊インダクタンスを考慮した精密な測定条件を容易に作成することができる。

実施の形態に係る半導体装置の電気特性検査装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態に係る半導体装置の電気特性検査方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る半導体装置の電気特性検査装置が備える浮遊インダクタンス制御回路部の構成の一例を示す回路図である。 浮遊インダクタンス制御回路部が備える減算調整用スイッチの切り替え状態と一次インダクタのインダクタンスとの関係を示す図である。 浮遊インダクタンス制御回路部が備える加算調整用スイッチの切り替え状態と二次インダクタのインダクタンスとの関係を示す図である。 ＲＢＳＯＡ試験における測定電圧と測定電流の波形を示す図である。

＜実施の形態＞
実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態に係る半導体装置の電気特性検査装置１００の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、電気特性検査装置１００は、検査対象である半導体装置１０８を検査する検査装置であり、記憶部１０１と、制御部１０２と、電源部１０３と、誘導インダクタンス制御回路部１０４と、ゲートドライバ１０５と、浮遊インダクタンス制御回路部１０６と、信号入力部１０７と、測定部１０９とを備えている。

記憶部１０１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）であり、半導体装置１０８の測定条件を複数記憶している。

制御部１０２は、例えばプロセッサであり、実施される検査内容に対応する測定条件を記憶部１０１から読み出し、読みだした測定条件に基づいて、電源部１０３、誘導インダクタンス制御回路部１０４、ゲートドライバ１０５、および浮遊インダクタンス制御回路部１０６の制御を行う。また、制御部１０２は、信号入力部１０７と測定部１０９の制御も行う。

電源部１０３は、検査で必要となる電力を供給する。具体的には、電源部１０３から供給される電力は、信号入力部１０７を介して半導体装置１０８に供給される。

誘導インダクタンス制御回路部１０４は、半導体装置１０８に対する誘導インダクタンスＬを設定する。誘導インダクタンス制御回路部１０４には公知の技術が使用されている。誘導インダクタンス制御回路部１０４は、例えば複数のインダクタとスイッチを有し、スイッチを切り替えることで接続するインダクタを切り替える。

誘導インダクタンスＬは半導体装置１０８のＬ負荷試験の内容に合わせて設定される。誘導インダクタンスＬは、数百μＨ以上数ｍＨ以下でありインダクタンス成分が大きい。そのため、精密な測定条件を作成するためには、後述する浮遊インダクタンス制御回路部１０６により設定される浮遊インダクタンスを調整する必要がある。

ゲートドライバ１０５は、制御部１０２により記憶部１０１から読み出された測定条件に基づいて、検査対象である半導体装置１０８のゲート電圧ＶＧＥとゲート抵抗Ｒｇを設定する。ゲートドライバ１０５は、例えば複数の抵抗素子とスイッチを有し、スイッチを切り替えることで接続する抵抗素子を切り替える。

浮遊インダクタンス制御回路部１０６は、制御部１０２により記憶部１０１から読みだされた測定条件に基づいて、半導体装置１０８に対する浮遊インダクタンスＬｓを設定する。図１には図示されていないが、浮遊インダクタンス制御回路部１０６は、複数のインダクタとスイッチを有し、スイッチを切り替えることで接続するインダクタを切り替える。浮遊インダクタンス制御回路部１０６の詳細については後述する。

ここで、測定条件とは、ＶＣＥと、ゲート電圧ＶＧＥと、ゲート抵抗Ｒｇと、誘導インダクタンスＬと、浮遊インダクタンスＬｓに設定される数値を含む情報である。

信号入力部１０７は、電源部１０３から、誘導インダクタンス制御回路部１０４とゲートドライバ１０５と浮遊インダクタンス制御回路部１０６とを介して供給された電力を半導体装置１０８に供給する。信号入力部１０７は、例えば電気特性検査装置１００が備えるテストヘッド（図示省略）に設けられていても良い。

測定部１０９は、信号入力部１０７を介して半導体装置１０８の被測定電圧と被測定電流を検出する。なお、制御部１０２は、被測定電圧の変化に応じて半導体装置１０８の破壊を判定しても良い。また、制御部１０２は、被測定電流の変化に応じて半導体装置１０８の破壊を判定しても良い。

検査対象である半導体装置１０８は、与えられた電流および電圧に応じて所定の作用を行う電子デバイスであり、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ－ＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、およびＤｉｏｄｅ等の半導体素子を含む。また、半導体装置１０８は、これらの電子デバイスを結合して１つのパッケージに収めた半導体装置、およびこれらの電子デバイスを基板に搭載して所定の機能を実現した半導体装置も含む。

次に、図２を用いて、電気特性検査装置１００を用いた半導体装置の電気特性検査方法について説明する。図２は、半導体装置の電気特性検査方法の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、電気特性検査が開始されると、制御部１０２は実施される検査内容に対応する測定条件を記憶部１０１から読み出す（ステップＳ１）。次に、制御部１０２は、記憶部１０１から読み出した測定条件に基づいて、電源部１０３にＶＣＥを設定させる（ステップＳ２）。

次に、制御部１０２は、記憶部１０１から読み出した測定条件に基づいて、誘導インダクタンス制御回路部１０４に誘導インダクタンスＬを設定させる（ステップＳ３）。ここで、制御部１０２は、誘導インダクタンス制御回路部１０４のスイッチを切り替えることで誘導インダクタンスＬを調整する。

次に、制御部１０２は、記憶部１０１から読み出した測定条件に基づいて、ゲートドライバ１０５にゲート電圧ＶＧＥとゲート抵抗Ｒｇを設定させる（ステップＳ４）。

次に、制御部１０２は、記憶部１０１から読み出した測定条件に基づいて、浮遊インダクタンス制御回路部１０６に浮遊インダクタンスＬｓを設定させる（ステップＳ５）。浮遊インダクタンスＬｓの調整方法については後述する。

なお、ステップＳ２～Ｓ５における測定条件に基づく設定は、必ずしもこの順番に行う必要はなく、どの順番で行っても良い。

次に、制御部１０２は、信号入力部１０７を介して検査対象である半導体装置１０８に電力を供給することで測定を開始し、測定部１０９に被測定電圧および被測定電流を測定させる（ステップＳ６）。そして、制御部１０２は、電気特性検査装置１００が備える表示部（図示省略）に測定結果と結果の判定を出力させた後、電気特性検査を完了する。

ここで、ステップＳ１において読み出された測定条件が複数ある場合、１つの測定条件に基づいた測定が完了した後、ステップＳ２に戻って次の測定条件に基づいた設定と測定を行っても良い。

次に、図３～図５を用いて、浮遊インダクタンス制御回路部１０６の詳細について説明する。図３は、浮遊インダクタンス制御回路部１０６の構成の一例を示す回路図である。図４は、浮遊インダクタンス制御回路部１０６が備える減算調整用スイッチ２０６－１～２０６－１０の切り替え状態と一次インダクタ２０１のインダクタンスＬｓ１との関係を示す図である。図５は、浮遊インダクタンス制御回路部１０６が備える加算調整用スイッチ２０３－１～２０３－３の切り替え状態と二次インダクタ２０４のインダクタンスＬｓ２との関係を示す図である。

図３に示すように、浮遊インダクタンス制御回路部１０６は、一次インダクタ２０１と、加算調整用インダクタ２０２－１～２０２－３と、加算調整用スイッチ２０３－１～２０３－３と、二次インダクタ２０４と、減算調整用スイッチ２０６－１～２０６－１０と、減算調整用インダクタ２０７－１～２０７－９とを備えている。

なお、加算調整用インダクタ２０２－１～２０２－３について、これらを区別しない場合は加算調整用インダクタ２０２と記載する。また、加算調整用スイッチ２０３－１～２０３－３、減算調整用スイッチ２０６－１～２０６－１０、および減算調整用インダクタ２０７－１～２０７－９についても同様に、これらを区別しない場合は、それぞれ加算調整用スイッチ２０３、減算調整用スイッチ２０６、および減算調整用インダクタ２０７と記載する。

また、図１に示すように、浮遊インダクタンス制御回路部１０６は、誘導インダクタンス制御回路部１０４と信号入力部１０７の間に配置されているが、浮遊インダクタンスＬｓの調整に悪影響を与えない範囲で、検査対象である半導体装置１０８の種類または浮遊インダクタンス制御回路部１０６の周辺にある回路の構成に応じて、浮遊インダクタンス制御回路部１０６の配置を変更しても良い。

図３に示すように、一次インダクタ２０１は、二次インダクタ２０４とでトランス２０５を構成し、二次インダクタ２０４との相互作用により、一次インダクタ２０１のインダクタンスＬｓ１を減算して調整することができる。

減算調整用インダクタ２０７－１～２０７－９は直列に接続されている。減算調整用スイッチ２０６－１～２０６－１０は、二次インダクタ２０４と減算調整用インダクタ２０７－１～２０７－９との接続状態を切り替える。図４に示すような減算調整用スイッチ２０６のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによって、二次インダクタ２０４と直列に接続される減算調整用インダクタ２０７の個数を変更することができる。

これにより、電流トランスの原理に基づいて、図４に示すような減算調整用スイッチ２０６のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによって、一次インダクタ２０１のインダクタンスＬｓ１を、０．１［μＨ］の単位で微調整しながら減算することができる。なお、図４において「ＯＮする減算調整用スイッチ」に記載されていない減算調整用スイッチ２０６はＯＦＦである。

また、浮遊インダクタンス制御回路部１０６は、一次インダクタ２０１と二次インダクタ２０４とで構成されるトランス２０５に対する外乱を絶縁するシールド機能を備えている。具体的には、減算調整用インダクタ２０７と加算調整用インダクタ２０２との間に、物理的に十分な距離を空けたり、シールドを配置することでノイズ対策が施されている。

加算調整用インダクタ２０２－１～２０２－３は直列接続され、加算調整用スイッチ２０３－１～２０３－３とそれぞれ並列接続されている。加算調整用スイッチ２０３－１～２０３－３は、一次インダクタ２０１と加算調整用インダクタ２０２－１～２０２－３との接続状態を切り替える。図５に示すような加算調整用スイッチ２０３のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによって、一次インダクタ２０１と直列に接続される加算調整用インダクタ２０２の個数を変更することができる。なお、図５において「ＯＮする加算調整用スイッチ」に記載されていない加算調整用スイッチ２０３はＯＦＦである。

これにより、図５に示すような加算調整用スイッチ２０３のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによって、一次インダクタ２０１のインダクタンスＬｓ１に、加算調整用インダクタ２０２のインダクタンスＬｓ２を加算して調整することができる。図５では加算調整用インダクタ２０２－１を１［μＨ］、加算調整用インダクタ２０２－２を２［μＨ］、加算調整用インダクタ２０２－３を４［μＨ］とした場合に、１［μＨ］の単位でインダクタンスＬｓ２を粗調整しながら加算できることを示している。

なお、加算調整用スイッチ２０３のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによって、加算調整用インダクタ２０２は、インダクタンスＬｓ２を１［μＨ］、２［μＨ］、４［μＨ］と段階的に大きくすることで加算しても良い。

本実施の形態では、減算による浮遊インダクタンスの微調整と、加算による浮遊インダクタンスの粗調整により、浮遊インダクタンスＬｓを設定することができる。すなわち、浮遊インダクタンスＬｓは、インダクタンスＬｓ１とインダクタンスＬｓ２とを加算して算出される。

次に、図６を用いて、検査対象である半導体装置１０８にコレクタ端子、エミッタ端子およびゲート端子を有するＩＧＢＴを用いて、ＲＢＳＯＡ（Reverse Biased Safe Operating Area）試験を実施した場合について説明する。図６は、ＲＢＳＯＡ試験における測定電圧と測定電流の波形を示す図である。

ここで、図６に示すＶＧＥとは検査対象である半導体装置１０８のゲート端子とエミッタ端子との間の電圧を示す。ＶＣＥとは半導体装置１０８のコレクタ端子とエミッタ端子との間の電圧を示す。Ｉｃとは半導体装置１０８のコレクタ端子とエミッタ端子との間を流れるコレクタ電流を示す。

図６に示すように、第１期間では、半導体装置１０８は、ゲート端子に電圧が印加されていない非導通状態である。そのため、誘導インダクタンス制御回路部１０４は、半導体装置１０８に測定電流Ｉｃを供給しない。また、半導体装置１０８のコレクタ端子とエミッタ端子との間の電圧ＶＣＥとして電源電圧の分圧が印加される。

第２期間では、半導体装置１０８は、ゲート端子に電圧が印加されることで導通状態となる。導通状態になることで半導体装置１０８はコレクタ端子とエミッタ端子との間に測定電流Ｉｃが流れる。測定電流Ｉｃは誘導インダクタンス制御回路部１０４を介して供給されるため、誘導インダクタンス制御回路部１０４の誘導インダクタンスＬに応じた変化速度で電流値が上昇すると共に、誘導インダクタンス制御回路部１０４にエネルギーが蓄積される。また、半導体装置１０８が導通状態になることで、半導体装置１０８のコレクタ端子とエミッタ端子との間の電圧ＶＣＥは０に近づく。

第３期間では、半導体装置１０８は、ゲート端子に印加される電圧がゲートドライバ１０５により遮断されるため非導通状態となる。半導体装置１０８が非導通状態となることで、半導体装置１０８のコレクタ端子とエミッタ端子との間に流れていた測定電流Ｉｃは流れなくなる。このときの測定電流Ｉｃはフリーホイールダイオードなどで還流させ、エネルギーを消費させても良い。また、半導体装置１０８が非導通状態となることでコレクタ端子とエミッタ端子との間の電圧ＶＣＥは、電源電圧の分圧にサージ電圧が上乗せされた値まで上昇する。

第４期間では、半導体装置１０８のコレクタ端子とエミッタ端子との間にテール電流Ｉｃが流れる。テール電流Ｉｃの大きさは、回路内に存在する浮遊インダクタンスＬｓの大きさに依存し、浮遊インダクタンスＬｓが大きいほどテール電流Ｉｃは大きくなる。また、テール電流Ｉｃが大きいほど、テール電流Ｉｃが流れる時間が長くなる。

一方、半導体装置１０８のコレクタ端子とエミッタ端子との間の電圧ＶＣＥの最大値も、回路内に存在する浮遊インダクタンスＬｓの大きさに依存し、浮遊インダクタンスＬｓが大きいほどサージ電圧ＶＣＥは大きくなる。このように、浮遊インダクタンスＬｓを調整することで、検査時のサージ電圧ＶＣＥおよびテール電流Ｉｃを制御することが可能となる。

以上のように、実施の形態に係る電気特性検査装置１００は、検査対象である半導体装置１０８の測定条件を記憶する記憶部１０１と、実施される検査内容に対応する測定条件を記憶部１０１から読み出す制御部１０２と、半導体装置１０８に対する誘導インダクタンスを設定する誘導インダクタンス制御回路部１０４と、半導体装置１０８に対する浮遊インダクタンスを設定する浮遊インダクタンス制御回路部１０６とを備え、制御部１０２は、記憶部１０１から読み出した測定条件に基づいて、誘導インダクタンス制御回路部１０４を制御することで誘導インダクタンスＬを調整し、かつ、浮遊インダクタンス制御回路部１０６を制御することで浮遊インダクタンスＬｓを調整している。

したがって、制御部１０２は、誘導インダクタンスＬに加えて、浮遊インダクタンスＬｓを調整するため、電気特性検査装置１００内の配線長の調整、およびインダクタの交換などの調整が不要となり、電気特性検査装置１００内に存在する浮遊インダクタンスＬｓを考慮した精密な測定条件を容易に作成することができる。

上記のように、制御部１０２は浮遊インダクタンスＬｓを容易に調整することができるため、電気特性検査装置１００では、以前実施した検査と同一の測定条件での検査を精度良く再現することができる。

また、浮遊インダクタンス制御回路部１０６は、一次インダクタ２０１と、一次インダクタ２０１とでトランス２０５を構成する二次インダクタ２０４と、一次インダクタ２０１と接続可能な複数の加算調整用インダクタ２０２と、一次インダクタ２０１と各加算調整用インダクタ２０２との接続状態を切り替えることで二次インダクタ２０４のインダクタンスＬｓ２を調整する加算調整用スイッチ２０３と、二次インダクタ２０４と接続可能な複数の減算調整用インダクタ２０７と、二次インダクタ２０４と各減算調整用インダクタ２０７との接続状態を切り替えることで一次インダクタ２０１のインダクタンスＬｓ１を調整する減算調整用スイッチ２０６とを備え、制御部１０２は、加算調整用スイッチ２０３および減算調整用スイッチ２０６を制御することで一次インダクタ２０１のインダクタンスＬｓ１と二次インダクタ２０４のインダクタンスＬｓ２により浮遊インダクタンスＬｓを調整している。

したがって、一次インダクタ２０１と二次インダクタ２０４の相互作用により浮遊インダクタンスＬｓを容易に調整することができる。

また、浮遊インダクタンス制御回路部１０６は、トランス２０５に対する外乱を絶縁するシールド機能を有するため、トランス２０５に対する外乱を抑えることで、浮遊インダクタンスＬｓの調整精度を向上させることが可能となる。

なお、実施の形態を適宜、変形することが可能である。

１００ 電気特性検査装置、１０１ 記憶部、１０２ 制御部、１０４ 誘導インダクタンス制御回路部、１０６ 浮遊インダクタンス制御回路部、１０８ 半導体装置、２０１ 一次インダクタ、２０４ 二次インダクタ、２０５ トランス、２０２－１～２０２－３ 加算調整用インダクタ、２０３－１～２０３－３ 加算調整用スイッチ、２０６－１～２０６－１０ 減算調整用スイッチ、２０７－１～２０７－９ 減算調整用インダクタ。

Claims (4)

1. 検査対象である半導体装置の測定条件を記憶する記憶部と、
   実施される検査内容に対応する前記測定条件を前記記憶部から読み出す制御部と、
   前記半導体装置に対する誘導インダクタンスを設定する誘導インダクタンス制御回路部と、
   前記半導体装置に対する浮遊インダクタンスを設定する浮遊インダクタンス制御回路部と、を備え、
   前記制御部は、前記記憶部から読み出した前記測定条件に基づいて、前記誘導インダクタンス制御回路部を制御することで前記誘導インダクタンスを調整し、かつ、前記浮遊インダクタンス制御回路部を制御することで前記浮遊インダクタンスを調整する、半導体装置の電気特性検査装置。
2. 前記浮遊インダクタンス制御回路部は、
   一次インダクタと、
   前記一次インダクタとでトランスを構成する二次インダクタと、
   前記一次インダクタと接続可能な複数の加算調整用インダクタと、
   前記一次インダクタと各前記加算調整用インダクタとの接続状態を切り替えることで前記二次インダクタのインダクタンスを調整する加算調整用スイッチと、
   前記二次インダクタと接続可能な複数の減算調整用インダクタと、
   前記二次インダクタと各前記減算調整用インダクタとの接続状態を切り替えることで前記一次インダクタのインダクタンスを調整する減算調整用スイッチと、を備え、
   前記制御部は、前記加算調整用スイッチおよび前記減算調整用スイッチを制御することで前記一次インダクタのインダクタンスと前記二次インダクタのインダクタンスにより前記浮遊インダクタンスを調整する、請求項１に記載の半導体装置の電気特性検査装置。
3. 前記浮遊インダクタンス制御回路部は、前記トランスに対する外乱を絶縁するシールド機能を有する、請求項２に記載の半導体装置の電気特性検査装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の電気特性検査装置を用いた半導体装置の電気特性検査方法であって、
   （ａ）実施される前記検査内容に対応する前記測定条件を前記記憶部から読み出す工程と、
   （ｂ）前記記憶部から読み出した前記測定条件に基づいて、前記誘導インダクタンスを設定する工程と、
   （ｃ）前記記憶部から読み出した前記測定条件に基づいて、前記浮遊インダクタンスを設定する工程と、
   （ｄ）前記半導体装置の測定を実施する工程と、
   を備えた、半導体装置の電気特性検査方法。

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