JP3108455B2 - ブレークダウン電圧の測定方法 - Google Patents
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Description
測定方法に関し、特にダイオード,サイリスタその他各
種半導体装置のブレークダウン電圧の自動測定に適した
測定方法に関するものである。
該半導体装置にジュール熱等のストレスが加わると容易
に破壊・焼損する傾向が強くなっている。上記半導体装
置の破壊・焼損は、半導体装置を被測定デバイス(DU
T)とするブレークダウン電圧測定の際に、測定用の電
圧を印加したような場合にも当然生じる。すなわち、例
えばダイオード等のブレークダウン電圧の測定において
は、何度も一時的にDUTをブレークダウン状態に置く
ので、DUTに流れる電流はパルス状となる。DUT
は、このパルス電流によりミクロ的なストレスを受ける
と共に、上記パルス電流とブレークダウン電圧とによる
発熱によりマクロ的な熱的ストレスを受ける。
置のブレークダウン電圧を測定するためには、マニュア
ル測定,自動測定の双方が行われており、上記ストレス
をできる限り小さくするような工夫がなされている。
サが用いられる。図3に示すようにダイオード等のDU
Tのブレークダウン電圧VBDより大きい波高値の半波正
弦波電圧vHSをDUTに印加し、正弦波形の頂部付近で
ブレークダウンを生じさせ(図3の斜線部参照)、オペ
レータの目視により所定電流値でのブレークダウン電圧
を測定する。vHSの周期をT、ブレークダウン状態の継
続時間をtBDとすると、測定時間に対するブレークダウ
ン状態の時間比率はtBD/Tとなる。例えば、目視時間
が3秒、tBD/T=0.1である場合には、ブレークダ
ウン状態は300msecにも及ぶ。このため、上記ストレ
スは解消されているとは言えず、場合によってはDUT
が破壊・焼損に至るという不都合がある。
生器が用いられる。この方法では、図4に示すようにラ
ンプ電圧の立ち上りを所定時刻t0にセットしておき、
所定電圧をDUTに印加する。応答電圧Vがある値に達
すると、DUTにブレークダウンが生じ、ブレークダウ
ン電流IBDが急激にDUTに流れる。このとき、ランプ
電圧発生器とDUTとの間に介在した電流制限回路が作
動しDUTに流れる電流を一定に制限し、これによりD
UTの応答電圧Vは一定となる。そして、t0から一定
時間経過後の時刻t11における応答電圧Vを測定するこ
とで該電流値におけるブレークダウン電圧VBDを求めて
いる。上記ランプレートRRは、測定系のスルーレー
ト、DUTの静電容量C、電流制限器の設定値I
LIMを考慮して設定されている。
クダウン電圧VBDはまちまちであり、例えば10V〜1
00Vの範囲でばらつくことさえある。このため、以下
に述べる問題が生じる。例えば、図2(B)において、
あるDUT、A,Bについての電圧応答VAとVBとを比
較すると、両者のランプレートは同一であるが、ブレー
クダウン電圧が低いVBについては早期にブレークダウ
ンを起こしている。このため、VBについてのブレーク
ダウンから測定時刻tM迄の時間TBが、VAについての
ブレークダウンから測定時刻tM迄の時間TAに比較して
長くなる。また、DUT、B,Cについての電圧応答V
BとVCとを比較すると、ブレークダウン電圧はVCの方
が高いにもかかわらず、ランプレートが大きいため、V
Cの測定時間TCはVBの測定時間TBより長くなる。この
ため、AとBとCとでは同一条件での測定が実現され
ず、均一な測定を実現することができないという問題が
ある。
ように、ブレークダウンが生じている時間が長くなる
と、前述した熱等によるストレスが顕著に現れる。すな
わち、DUTが破壊されたりストレスそのものによりブ
レークダウン電圧が変化してしまう。また、ストレスに
基づく発熱によっても、ブレークダウン電圧そのものが
変化し、所定条件下におけるブレークダウン電圧の正確
な測定が行えないという問題がある。加えて、ランプ電
圧発生器として、ランプレートを変更できる高価なもの
を使用しなければならないという製造コスト上の問題も
あった。
るために提案されたものであって、半導体デバイス等の
ブレークダウン電圧を測定するに際し、測定時間を短く
することで熱的ストレス等を激減させ、高精度の測定を
行うことができ、かつ測定条件を一様とすることで再現
性が高い自動測定を行うことができるブレークダウン電
圧測定方法を提供することを目的とする。
ンプ状に立ち上がるステップ電圧が印加された場合、該
電圧が一定状態に変化した後においてもその応答が経時
的に変化するものが多い。本発明はこのようなDUTに
好ましく適用される。ブレークダウン状態となった場合
には、DUTには電流制限器により制限された一定電流
がDUTに流れ、DUTの応答電圧は一定状態となるよ
うに変化する。本発明の測定方法では、DUTの応答電
圧のランプ部が一定状態に変化する時(例えば、電圧勾
配がランプレートに対して一定率減少した時)を基準時
点として、該時点からの一定短時間後に測定が行われ
る。すなわち、該時点後に熱等のストレスによりDUT
の応答の変化が増大する前にブレークダウン電圧の測定
が行われる。また、複数のDUTに対して一様な測定が
なされる。更に電力消費による発熱も極小となり、DU
Tに余分なストレスが加わらず、DUTの破壊・焼損も
生じない。
めの回路の一例を示すブロック図である。同図(A)に
おいて、ランプ電圧発生器1は電流制限器2を介してD
UT3に接続されている。上記電流制限器2は電流制限
値ILIMの設定が適宜変更できるように構成されてい
る。そして、DUT3の端子間電圧(応答電圧)Vは、
電圧モニタ4により測定される。なお、同図(A)にお
いて、ランプ電圧発生器1によるランプ電圧VRの発生
や電圧モニタ4によるDUTの応答電圧Vの測定は、制
御部5(CPUからなる)の指示により行われる。
レークダウン電圧の測定方法を説明する。まず、予め、
ランプ電圧発生器1の電流制限値ILIMを設定する。こ
の設定値は、測定されるブレークダウン電圧VBDに対応
するブレークダウン電流IBDである。ここで、制御部5
によりランプ電圧発生器1にランプ電圧VRの発生を指
示する。このランプ電圧VRの印加により、DUT3の
電圧応答Vもランプ状に立ち上がる(同図(B)の時刻
t0参照)。このときのDUT3の応答電圧Vのランプ
レートRRは概ねDUT3の充電電流ICが電流制限値
ILIMより大きくならない程度に設定することが好まし
い。例えば、ILIMは、 ILIM>C・(dV/dt) (1) としてもよいし、DUT3のリーク電流ILeakを考慮
し、 ILIM>C・(dV/dt)+ILeak (2) とすることもできる。そして、次第に上昇するDUTの
応答電圧Vの勾配SRを電圧モニタ4により検出し続け
る。
し、ブレークダウン電圧VBDに達すると、DUTには急
激にブレークダウン電流IBDが流れる。IBDがILIMに
達すると、例えば、電流制限器2はランプ電圧発生器1
にその出力を抑制するようにフィードバック信号を出力
する。これにより、IBDがILIMのまま応答電圧Vの勾
配SRは一定状態に向かって変化する。ここで、上記勾
配SRが所定分だけ低下する時点(以下、「基準時点」
と言う)t1を電圧モニタ4により検出する。通常は、
SRの上記所定分の低下はランプレートRRに対する比
率を用いて決定される。図1(B)では、SR=RR/
2となった時点を基準時点t1としている。そして、該
基準時点t1または該時点t1から一定期間経過後におけ
る時刻(これらの時刻はユーザにより設定される)t2
のDUT3の応答電圧Vをブレークダウン電圧VBDとし
て測定した後、ランプ電圧発生器1の出力電圧を零とす
る。
た応答電圧Vの立上り時刻t0から測定時刻迄の時間を
従来の3msecから1〜2msecとすることができた。ま
た、ストレスに起因する発熱量が、図3により説明した
カーブトレーサによる計測方法に比べて1/150に、
図4により説明した従来のランプ電圧を用いた方法と比
べて1/50に激減した。
数のDUT(A,B,C)のブレークダウン電圧にばら
つきがあり、しかも各応答電圧VA,VB,VCのランプ
レートRRが異なっていても(ただし、図2(A)では
VAとVBとのランプレートは同一)、各DUTについて
ブレークダウンが生じてから一定時間後(TA,TB,T
C)に測定がなされるので、測定のばらつきが無く再現
性が高くなった。
では、ブレークダウンが発生した時または該時刻から一
定時間経過後にDUTの応答電圧を測定するので、次の
ような効果を奏することができる。 DUTの応答電圧の立上り時を基準にした測定ではな
い。従って、DUTの静電容量や充電電圧を考慮してラ
ンプレートの決定等を行い、これにより測定精度を向上
させる、という煩雑な手段を講ずるする必要がない。こ
の結果、速やかな測定が可能となる。 ブレークダウン発生時から短い時間内に測定を行うこ
とができるので、DUTへのストレスを小さくするとが
でき、DUTの破壊・焼損も生じない。 DUTへの電力条件が比較的一定となることから、測
定条件が一様であり再現性の高い測定方法の提供が可能
となる。 ランプレートを変更できるランプ電圧発生器を用いな
くてもよいので、製造コストの低減に寄与できる。
法を実施するための回路の一例を示すブロック図、
(B)は(A)の回路におけるDUTの応答電圧を示す
図である。
法による効果を説明するための図であり、(B)は従来
の測定方法による欠点を説明するための図である。
定する従来の方法を示す図である。
て測定する従来の方法を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】ランプ電圧を電流制限器を介して被測定デ
バイスに印加してブレークダウンを生じさせ、該デバイ
スの応答に基づいてブレークダウン電圧を測定する方法
であって、被測定デバイスの応答電圧勾配が所定分低下
した時点または該時点から一定時間経過時に被測定デバ
イスの応答電圧を測定することを特徴とするブレークダ
ウン電圧の測定方法。
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