JP4194969B2 - 自動伝送ラインパルスシステム - Google Patents

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Description

本発明は、一般的に半導体装置の電気特性の測定に関し、特に、半導体装置のESD特性の測定のためのシステムおよび方法に関する。
この出願は2003年8月8日に出願された米国特許プロビジョナル出願60/493355号について優先権を主張しており、その出願はここで参考文献とされる。
従来技術
1)米国特許第5,410,254号
2)米国特許第5,519,327号
3)米国特許第5,804,977号
4)米国特許第6,429,674号
5)バース(Barth) 電子会社によるバースパルス曲線トレーサ
6)CMOS技術の静電放電(ESD)頑強性基準のための試験構造
Sematech Technology Transfer Document TT98013452A- TR 1998年2月
(www.sematech.org/public/docubase/abstructs/wrapper29 .htm)
7)オリックス(Oryx)インスツルメント社によるTLP Celeasron
8)US2002/0145432A1,2002年10月
半導体集積回路(IC)は一般的に静電放電(以下“ESD”という)事故を受けやすく、それはICを損傷または破壊する可能性がある。ESD事故は短時間の電流(正または負)の放電であり、大量の電流がICに与えられる。大きな電流は人体や機械のような種々のソースから成長する可能性があり、それぞれ人体モデル(“HBM”)および機械モデル(“MM”)と呼ばれている。ICは特に製造中、輸送中、または取扱い中に生成されるHBMおよびMMを受ける。
相補型の金属・酸化物・半導体(CMOS)プロセスにより製造された通常のESD保護装置は一般的に、NMOS/PMOSトランジスタ、シリコン制御整流器(SCR)、フィールド酸化物装置(FOD)、および寄生垂直/ラテラルバイポーラ接合トランジスタ(BJT)のような幾つかの形式のESD保護装置を含んでいる。これらのESD保護装置はESD検出回路によりESD事故中にオンに切換えられ、そのESD検出回路はESD保護装置のゲートまたは基板にESDパルスのエネルギの一部を結合する。例示的な回路構造は図1の(A)および(B)に示されているようなESD保護装置およびESD検出回路を含んでいる。
図1の(A)はゲート駆動技術を使用する通常のESD保護回路の回路図である。図1の(A)を参照すると、回路構造10は、パッド12、ESD検出回路14、ESD保護装置として機能するNMOSトランジスタ16、およびIC(符号なし)の内部回路18を具備している。ESD保護装置16はゲート16-2、ドレイン16-4、ソース16-6および基板16-8を含んでいる。ゲート26-2とソース26-6とは接地点または基準電圧Vssに接続されている。基板26-8はESD検出回路14に結合されている。ドレイン16-4はパット12と内部回路18との間に結合されている。ソース16-6と基板16-8とは接地点または基準電圧Vssに接続されている。正のESDパルスがパット12上に現れると、ESDパルスのエネルギの一部分はESD検出回路14によりゲート16-2に結合される。ESD保護装置16はそのときオンに切換えられてESD電流をパッド12からVss電力端子に導く。
図1の(B)は基板トリガー技術を使用する通常のESD保護回路構造20の回路図である。図1の(B)を参照すると、回路構造20は、パッド22、ESD検出回路24、ESD保護装置として機能するNMOSトランジスタ26、およびIC(符号なし)の内部回路28を含んでいる。ESD保護装置26はゲート26-2、ドレイン26-4、ソース26-6および基板26-8を含んでいる。ゲート26-2とソース26-6とは接地点または基準電圧Vssに接続されている。基板26-8はESD検出回路24に結合されている。ドレイン26-4はパット22と内部回路28との間に結合されている。正のESDパルスがパット22上に現れると、ESDパルスのエネルギの一部分はESD検出回路24により基板26-8に結合される。ESD保護装置26中に形成された寄生ラテラルnpnバイポーラトランジスタ30はそのときオンに切換えられ、ESD電流をパッド22からVss電力端子に導く。
ICのESD保護回路の設計において、回路構造のESD保護装置のESD特性は、ESD相補型が製造される前に測定または試験されることが有効である。ESD保護装置のESD特性は、ESDパルスに対するESD保護装置の応答として一般的に示される。例えば、ESD保護装置が高い2次破壊電流を含んでいる場合には、ESD保護装置は高いESDストレスをサポートする可能性があることが認められている。ESD保護装置の2次破壊電流のようなESD特性は伝送ラインパルス(“TLP”)技術を使用することにより測定されることが可能であり、ESDの生じた場合に同じ時間および電流スケールの方形波パルスを生成する。
しかしながら、TLP技術を使用する通常の試験システムの測定は通常2つの点で行われる。それ故、例えば測定がESD保護装置のドレインとソースで行われたとき、ゲートまたは基板のESD特性はそれと結合されることができない。ゲートおよび基板のESD特性は上述のようにESD保護回路構造の設計において重要であるから、ESD保護装置のESD特性に関するさらに別の情報を得るためにESD保護装置の少なくとも3つの点で測定するシステムおよび方法が望まれている。
本発明は従来の技術の制限および欠点による1以上の問題を回避するESD保護装置を得ることを目的としている。
本発明の付加的な特徴および利点は以下説明する本発明の実施形態から明らかにされるであろう。本発明の目的よびその他の利点は添付図面を参照にした以下の説明および特許請求の範囲の記載により特に指摘された装置および方法により実現されることができるであろう。
上記の目的およびその他の利点を達成するために、本発明の目的にしたがって、半導体装置の静電放電(ESD)特性を測定するシステムが提供される。そのシステムは、ESDスケールパルスを発生する少なくとも1つのパルス発生装置と、その少なくとも1つのパルス発生装置から第1のESDスケールパルスを受取る半導体装置上の第1の点と、前記少なくとも1つのパルス発生装置から第1のESDスケールパルスを受取る半導体装置上の第2の点と、前記少なくとも1つのパルス発生装置から第2のESDスケールパルスを受取る半導体装置上の第3の点と、半導体装置のESD特性についてのデータを収集するデータ収集装置とを備えている。
また、本発明によれば、多端子装置の静電放電(ESD)特性を測定するシステムが提供される。そのシステムは、第1のESDスケールパルスを出力する第1のパルス発生装置と、第2のESDスケールパルスを出力する第2のパルス発生装置と、前記第1のパルス発生装置に結合されて第1のESDスケールパルスを受取る多端子装置の第1の端子と、前記第1のパルス発生装置に結合されて第1のESDスケールパルスを受取る多端子装置の第2の端子と、前記第2のパルス発生装置に結合されて第2のESDスケールパルスを受取る多端子装置の第3の端子と、多端子半導体装置の漏洩電流を検出する検出器とを備え、多端子装置のESD特性は、検出器が多端子半導体装置の漏洩電流を検出てたとき決定される。
さらに、本発明によれば、半導体装置の静電放電(ESD)特性を測定する方法が提供される。その方法は、ESDスケール信号を発生する少なくとも1つのパルス発生装置を設け、半導体装置上の第1の点を識別し、半導体装置上の第2の点を識別し、半導体装置上の第3の点を識別し、半導体装置上の第1および第2の点に第1のESDスケール信号を供給し、半導体装置上の第3の点に第2のESDスケール信号を供給するステップを含んでいる。
さらに、本発明によれば、静電放電(ESD)試験方法が提供される。その方法は、多端子装置を設け、少なくとも1つのESDスケールパルスを発生し、多端子装置の第1および第2の端子に少なくとも1つのESDスケールパルスの第1のESDスケールパルスを供給し、 多端子装置の少なくとも第3の端子に少なくとも1つのESDスケールパルスの第2のESDスケールパルスを供給し、第1および第2のESDスケールパルス下における多端子装置のESD特性を収集し、多端子半導体装置における漏洩電流が流れるか否かを検出する。
上述した一般的な説明および後述する詳細な説明は共に例示的な、説明のためのものであり、特許請求の範囲に記載された本発明の説明として記載されたものである。
添付図面に示された本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。同じ参照符号は図面全体を通して同一または類似する部分を示している。
図2は本発明の1実施形態による半導体装置60のESD特性を測定するシステム50の概略図である。図2を参照すると、システム50は半導体装置60および1以上のパルス発生器70を備えている。半導体装置60は少なくとも第1の端子62と、第2の端子64と、第3の端子66とを備えた多端子装置である。1実施形態では、半導体装置60は、金属・酸化物・半導体(MOS)トランジスタ、シリコン制御整流器(SCR)、低電圧トリガーSCR(LVTSCR)、フィールド酸化物装置(FOD)、またはバイポーラ接合トランジスタ(BJT)の1つである。パルス発生器70はESD現象を模擬する信号を発生する。例えば、パルス発生器70は、ESD電流または電圧と同じ立上がり時間、期間および大きさを有する方形波パルス信号を発生する。1実施形態では、パルス発生器70によって出力されるESDスケール信号は約2ナノ秒(ns)乃至500ナノ秒の時間幅を有している。
特に、パルス発生器70は、1985ESDシンポジウムでインテル社のT.J.MaloneyおよびN.Khuranaにより発表された文献(Transmission Line Pulsing qtechniques for Circuit Modeling)に記載されている伝送ラインパルス(“TLP”)発生器によって構成されることができる。
1実施形態では、パルス発生器70は、TLP発生器(図示せず)およびバイアスソース(図示せず)を備えている。TLP発生器は第1のESDスケールパルスを半導体装置60の第1の端子62および第2の端子64に供給する。バイアスソースは第2のESDスケールパルスを半導体装置60の第3の端子66に供給する。半導体装置60がMOSトランジスタである実施形態においては、第1の端子62および第2の端子64はそれぞれMOSトランジスタのソースとドレインであり、第3の端子66はMOSトランジスタのゲートまたは基板である。半導体装置60がSCRまたはLTVSCRである実施形態では、第1の端子62および第2の端子64はそれぞれSCRまたはLTVSCRのアノードとカソードであり、第3の端子66はSCRまたはLTVSCRの基板または半導体ウエル領域である。半導体装置60がBJTまたはFODである実施形態においては、第1の端子62および第2の端子64はそれぞれBJTまたはFODのコレクタとエミッタであり、第3の端子66はBJTまたはFODのベースである。
本発明の別の実施形態では、バイアスソースは第2のESDスケールパルスを半導体装置60の第3および第4の端子に供給する。ESD保護装置がMOSトランジスタである実施形態においては、第2のESDスケールパルスはMOSトランジスタのゲートおよび基板へ与えられる。ESD保護装置がSCRまたはLTVSCRである実施形態では、第2のESDスケールパルスはSCRまたはLTVSCRの基板または半導体ウエル領域へ与えられる。
さらに別の実施形態では、バイアスソースは第2のESDスケールパルスを半導体装置60の第5の端子に供給する。ESD保護装置がLTVSCRである実施形態においては、第2のESDスケールパルスはLTVSCR中に形成された寄生MOSトランジスタのゲートに与えられる。
図3は、本発明の別の実施形態による半導体装置60のESD特性を測定するためのシステム90の概略ブロック図である。図3を参照すると、システム90は、半導体装置60、スイッチング装置92、パルス発生器70、検出器94、データ収集装置96およびコンピュータ98を含んでいる。1実施形態では、スイッチング装置92はスイッチングマトリックスであり、検出器94とパルス発生器70との間で半導体装置60の接続を切換える。検出器94はヒューレットパッカード社により製造されているHP4155型アナライザのような電気的アナライザを含んでいる。検出器94がスイッチング装置92により半導体装置60に電気的に接続されたとき検出器94は例えば直流(DC)信号のような信号を半導体装置60に与えて、半導体装置60中に漏洩電流が流れているか否かを検出する。検出器94が漏洩電流を検出した場合には、半導体装置60は故障を有していると決定される。漏洩電流が検出されない場合には、パルス発生器70は次の測定のために半導体装置60へ切換えられる。
データ収集装置96は例えばオシロスコープを備え、半導体装置60のESD特性に関する電圧および電流データを収集する。コンピュータ98はパルス発生器70、検出器94、データ収集装置96の間で共同して動作する。図3に示された特定された実施形態では、データ収集装置96は半導体装置60へ電気的に接続されている。別の実施形態では、データ収集装置96は半導体装置60とスイッチング装置92との間に電気的に接続されている。
それ故、本発明はまた半導体装置60の静電放電(ESD)特性を測定する方法を提供する。
再度図2を参照すると、パルス発生器70はESDスケール信号を生成するために設けられている。第1のESDスケール信号は半導体装置60の第1の点62と第2の点64に与えられる。第2のESDスケール信号は半導体装置60の第3の点66に与えられる。1実施形態では、第2のESDスケール信号は半導体装置60の第3および第4の点の少なくとも1つに与えられる。別の実施形態では、第2のESDスケール信号は半導体装置60の第5の点に与えられる。
図4は本発明の1実施形態による方法のフロー図である。図4を参照すると、ステップ100 で少なくとも第1、第2、および第3の端子を有する半導体装置60が準備される。その後、半導体装置60はステップ102 で漏洩電流が流れているか否かを決定するために検査される。漏洩電流が検出された場合には、半導体装置60は故障を有していると決定され、本発明の方法はさらに進行はしない。
しかしながら、漏洩電流が存在しないことが検出された場合には、ステップ104 でESDスケールパルスが発生される。ステップ106 において、第1のESDスケールパルスが半導体装置60の第1および第2の端子に供給され、第2のESDスケールパルスが半導体装置60の第3の端子に供給される。1実施形態では、第1および第2のESDスケールパルスはTLPパルス発生器によって発生される。別の実施形態では、第1のESDスケールパルスはTLPパルス発生器によって発生され、第2のESDスケールパルスはバイアスソースによって発生される。また本発明によれば、別の実施形態では、ステップ106 において、半導体装置60の動作点の決定を助けるために、第1のESDスケールパルスが第1および第2の端子に与えられる前に第2のESDスケールパルスが第3の端子に供給される。さらに別の実施形態では、ステップ106 において、第2のESDスケールパルスは第1のESDスケールパルスが第1および第2の端子に与えられるのとほぼ同時に第3の端子に供給される。
ESDスケールパルス下の半導体装置60の電圧および電流データのようなESD特性はその後ステップ108 で収集される。次に、半導体装置60はステップ110 において、漏洩電流が流れているか否かを決定するために検査される。漏洩電流が検出された場合には、本発明の方法はさらに進行はしない。漏洩電流が存在しないことが検出された場合には、ステップ112 において第1および第2のESDスケールパルスの少なくとも一方の大きさが増加される。高いレベルのESDスケールパルスはその後、次の測定のため発生される。ステップ104, 106, 108, 112は半導体装置60中で漏洩電流が検出されるまで反復され、それによりそのESD特性が測定できる。
当業者には本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変形、変更が開示されたプロセスに対して行われることができることは明らかであろう。本発明のその他の実施形態はここに開示された明細書の記載から当業者には明らかであろう。したがって、明細書および実施形態の説明は単なる例示のためであり、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって規定されることを意図している。
図の(A)はゲート駆動技術を使用する静電放電(ESD)保護のための通常の回路構造を示し、図の(B)は基板トリガー技術を使用するESD保護のための通常の回路構造を示す図。 本発明の1実施形態による半導体装置のESD特性を測定するシステムの概略図。 本発明の別の実施形態による半導体装置のESD特性を測定するシステムの概略ブロック図。 本発明の1実施形態による方法のフロー図。

Claims (35)

  1. 少なくとも3個の端子を有する多端子半導体装置の静電放電(ESD)特性を測定するシステムにおいて、
    第1のESDスケールパルスと第2のESDスケールパルスとを発生するパルス発生装置と、
    半導体装置のESD特性についてのデータを収集するデータ収集装置とを具備し、
    前記多端子半導体装置の第1の端子は、前記パルス発生装置により発生される第1のESDスケールパルスを受取るために前記パルス発生装置に結合され
    前記多端子半導体装置の第2の端子は、前記パルス発生装置により発生される第1のESDスケールパルスを受取るために前記パルス発生装置に結合され
    前記多端子半導体装置の第3の端子は、第1のESDスケールパルス前記多端子半導体装置の前記第1および第2の端子に供給されるのとほぼ同時に前記パルス発生装置により発生される第2のESDスケールパルスを受取るために前記パルス発生装置に結合されている測定システム。
  2. 半導体装置は、金属・酸化物・半導体(MOS)トランジスタ、シリコン制御整流器 (SCR)、低電圧トリガーSCR(LVTSCR)、フィールド酸化物装置(FOD)、およびバイポーラ接合トランジスタ(BJT)の1つを含んでいる請求項1記載の補償システム。
  3. 前記パルス発生装置は、ESDスケールパルスを発生するために伝送ラインパルス(TLP)発生器を備えている請求項1記載のシステム。
  4. 前記パルス発生装置は、第1のESDスケールパルスを発生するために伝送ラインパルス(TLP)発生器を備えている請求項1記載のシステム。
  5. 前記パルス発生装置は、第2のESDスケールパルスを発生するためにパルスソースを備えている請求項1記載のシステム。
  6. 半導体装置がMOSトランジスタであり、第1のESDスケールパルスを受取るためのソース端子およびドレイン端子と、第2のESDスケールパルスを受取るためのゲート端子と基板端子の少なくとも一方の端子とを備えている請求項2記載のシステム。
  7. 半導体装置がSCRまたは低電圧トリガーSCRであり、第1のESDスケールパルスを受取るためのアノード端子およびカソード端子と、第2のESDスケールパルスを受取るための基板端子とおよび導体ウエル領域端子の少なくとも一方の端子とを備えている請求項2記載のシステム。
  8. 半導体装置が低電圧トリガーSCR(LVTSCR)であり、第2のESDスケールパルスを受取るためのゲート端子を備えている請求項2記載のシステム。
  9. 半導体装置がフィールド酸化物装置(FOD)またはバイポーラ接合トランジスタ(BJT)であり、第1のESDスケールパルスを受取るためのエミッタ端子およびコレクタ端子と、第2のESDスケールパルスを受取るためのベース端子とを備えている請求項2記載のシステム。
  10. さらに、半導体装置中の漏洩電流を検出するための検出器を備えている請求項1記載のシステム。
  11. さらに、前記パルス発生装置と検出器とに結合されて前記パルス発生装置と検出器との間の接続を切換えるスイッチング装置を具備している請求項1記載のシステム。
  12. 少なくとも3個の端子を有する多端子半導体装置の静電放電(ESD)特性を測定するシステムにおいて、
    第1のESDスケールパルスを出力する第1のパルス発生手段と、第2のESDスケールパルスを出力する第2のパルス発生手段とを具備しているパルス発生装置と、
    多端子半導体装置の漏洩電流を検出する検出器とを具備し、
    前記多端子半導体装置の第1の端子は、前記パルス発生装置の第1のパルス発生手段により発生される第1のESDスケールパルスを受取るために前記第1のパルス発生手段に結合され
    前記多端子半導体装置の第2の端子は、前記パルス発生装置の第1のパルス発生手段により発生される第1のESDスケールパルスを受取るために前記第1のパルス発生手段に結合され
    前記多端子半導体装置の第3の端子は、第1のESDスケールパルス前記多端子半導体装置の前記第1および第2の端子に供給されるのとほぼ同時に前記パルス発生装置の第2のパルス発生装置により発生される第2のESDスケールパルスを受取るために前記第2のパルス発生手段に結合され
    多端子半導体装置の静電放電特性は、検出器が多端子半導体装置の漏洩電流を検出することにより決定される測定システム。
  13. 前記第1および第2のパルス発生手段は、第1および第2のESDスケールパルスを発生する伝送ラインパルス(TLP)発生器を備えている請求項12記載のシステム。
  14. 前記第1のパルス発生手段は、第1のESDスケールパルスを発生するTLP発生器を備えている請求項12記載のシステム。
  15. 前記第2のパルス発生手段は、第2のESDスケールパルスを発生するパルススソースを備えている請求項12記載のシステム。
  16. さらに、前記第1および第2のパルス発生装置と検出器とに結合されて前記第1および第2のパルス発生装置と検出器との間で多端子半導体装置の接続を切換えるスイッチング装置を具備している請求項12記載のシステム。
  17. 多端子半導体装置は、金属・酸化物・半導体(MOS)トランジスタ、シリコン制御整流器(SCR)、低電圧トリガーSCR(LVTSCR)、フィールド酸化物装置(FOD)、およびバイポーラ接合トランジスタ(BJT)の1つを含んでいる請求項12記載の補償システム。
  18. 少なくとも3個の端子を有する多端子半導体装置の静電放電(ESD)特性を測定する方法において、
    第1のESDスケール信号と第2のESDスケール信号とを発生するパルス発生装置を設け、
    多端子半導体装置の第1の端子に第1のESDスケール信号を供給し、
    多端子半導体装置の第2の端子に第1のESDスケール信号を供給し、
    第1のESDスケールパルスを前記多端子半導体装置の第1および第2の端子に供給するのとほぼ同時に、多端子半導体装置の第3の端子に第2のESDスケール信号を供給して多端子半導体装置の静電放電特性を測定する多端子半導体装置の静電放電特性の測定方法。
  19. さらに、第1および第2のESDスケール信号を発生する伝送ラインパルス(TLP)発生器を設けるステップを含んでいる請求項18記載の方法。
  20. さらに、第1のESDスケール信号を発生するTLP発生器を設けるステップを含んでいる請求項18記載の方法。
  21. さらに、第2のESDスケール信号を発生するためのパルススソースを設けるステップを含んでいる請求項18記載の方法。
  22. さらに、半導体装置として機能すMOSトランジスタ、シリコン制御整流器(SCR)、低電圧トリガーSCR、フィールド酸化物装置、およびバイポーラ接合トランジスタの1つを設けるステップを含んでいる請求項18記載の方法。
  23. さらに、第1のESDスケール信号をMOSトランジスタのソース端子およびドレイン端子に供給し、第2のESDスケール信号をMOSトランジスタのゲート端子と基板端子の少なくとも一方の端子に供給するステップを含んでいる請求項22記載の方法。
  24. さらに、第1のESDスケール信号をSCRのアノード端子およびカソード端子に供給し、第2のESDスケール信号をSCRの基板端子と半導体ウエル領域端子の少なくとも一方の端子に供給するステップを含んでいる請求項22記載の方法。
  25. さらに、第1のESDスケール信号を低電圧トリガーSCRのアノード端子とカソード端子に供給し、第2のESDスケール信号を低電圧トリガーSCRの基板端子と半導体ウエル領域端子の少なくとも一方の端子に供給するステップを含んでいる請求項22記載の方法。
  26. さらに、第1のESDスケール信号をフィールド酸化物装置のエミッタ端子およびコレクタ端子に供給し、第2のESDスケールパルスをフィールド酸化物装置のベース端子に供給するステップを含んでいる請求項22記載の方法。
  27. さらに、第1のESDスケール信号をバイポーラ接合トランジスタのエミッタ端子およびコレクタ端子に供給し、第2のESDスケールパルスをバイポーラ接合トランジスタのベース端子に供給するステップを含んでいる請求項22記載の方法。
  28. さらに、多端子半導体装置のESD特性についてのデータを収集するデータ収集装置を設けるステップを含んでいる請求項18記載の方法。
  29. さらに、多端子半導体装置中の漏洩電流を検出するための検出器を設けるステップを含んでいる請求項18記載の方法。
  30. さらに、前記パルス発生装置と検出器とに結合されて前記パルス発生装置と検出器との間で多端子半導体装置の接続を切換えるスイッチング装置を具備している請求項18記載の方法。
  31. 多端子半導体装置の静電放電(ESD)の試験方法において、
    多端子半導体装置を設け、
    第1のESDスケールパルスと第2のESDスケールパルスを発生し、
    多端子半導体装置の第1および第2の端子に第1のESDスケールパルスを供給し、
    第1のESDスケールパルスを前記多端子半導体装置の第1および第2の端子に供給するのとほぼ同時に多端子半導体装置の第3の端子に2のESDスケールパルスを供給し、
    第1および第2のESDスケールパルスの供給された状態において多端子半導体装置のESD特性を収集し、
    多端子半導体装置に漏洩電流が流れているか否かを検出する試験方法。
  32. さらに、多端子装置として機能するMOSトランジスタ、シリコン制御整流器(SCR)、低電圧トリガーSCR、フィールド酸化物装置、およびバイポーラ接合トランジスタの1つを設けるステップを含んでいる請求項31記載の方法。
  33. さらに、第1のESDスケールパルスを第1および第2の端子に供給する前に前記第3の端子に第2のESDスケールパルスを供給するステップを含んでいる請求項31記載の方法。
  34. さらに、第1および第2のESDスケールパルスを供給する前に漏洩電流が多端子装置中を流れるか否かを検出するステップを含んでいる請求項31記載の方法。
  35. 第1および第2のESDスケールパルスを伝送ラインパルス(TLP)発生器によって発生させる請求項34記載の方法。
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