JP6422424B2 - 半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置、半導体デバイスの寄生容量測定システム、および半導体デバイスの寄生容量の測定方法 - Google Patents
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たとえば、特許文献1(特開平2−309264号公報)に記載の装置は、複数の整合インピーダンスと直列に並列共振回路とスイッチの直列回路、あるいは、直列共振回路とスイッチの並列回路が接続される。スイッチは、共振回路の共振周波数と測定信号周波数の大小関係により、その状態を変える。
まず、トランジスタなどの半導体デバイスの寄生容量を測定する従来の半導体デバイスの寄生容量測定システムについて説明する。
被測定対象の半導体デバイス50は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とする。
従来の半導体デバイスの寄生容量測定システムは、インピーダンスアナライザ1と、テストフィクスチャ9と、外部電源10とを備える。
発振器2から出力された正弦波電流が電流印加端子5および8を通じて、被測定物である半導体デバイス50に印加される。ベクトル電流計3は、半導体デバイス50に流れる正弦波電流の大きさを測定する。ベクトル電圧計4は、電圧モニタ端子6および7を通じて、半導体デバイス50に印加された電圧を測定する。このようにして得られた電流と電圧の位相のズレと電圧の振幅によって容量値を求めることができる。
図5は、第1の実施形態の半導体デバイスの寄生容量測定システムの構成を表わす図である。
ただし、式(1)におけるCBaはブロックコンデンサCBaの容量値、Cpは被測定容量Cpの容量値である。
Zlc=ω×La−1/(ω×CSa)…(2)
ただし、式(2)におけるLaはインダクタンスLaのインダクタンス値、CSaはコンデンサCSaの容量値である。ωは、測定角周波数である。この測定角周波数は、測定周波数に2πを乗じた値である。
LC回路18aが共振するように、ω×La−1/(ω×CSa)=0となるLaとCSaを設定すると、LC回路18aのインピーダンスZlc″は、以下の式で表される。
これによって、ωの値とZlc″の値によって、被測定容量Cpの容量を測定することができる。つまり、LC回路18aを利用することによって、コンデンサCBaの容量を被測定容量Cpの容量よりもはるかに大きくしなくても、被測定容量Cpの容量を測定することができる。
図6は、第2の実施形態の半導体デバイスの寄生容量測定システムを表わす図である。
以上のように、LC回路18a〜18dが共振するように調整することができる。
図7は、第3の実施形態の半導体デバイスの寄生容量測定システムを表わす図である。
端子P9は、モニタ端子24−1と接続する。端子P1は、HC端子21aとコンデンサCSaの間のノードND1に接続される。端子P3は、HP端子21bとコンデンサCSbの間のノードND3に接続される。端子P5は、LP端子21cとコンデンサCScの間のノードND5に接続される。端子P7は、LC端子21dとコンデンサCSdの間のノードND7に接続される。端子P9は、端子P1、端子P3、端子P5、端子P7のいずれかと接続することができる。
端子P10は、モニタ端子24−2と接続する。端子P2は、インダクタンスLaとHC端子22aとの間のノードND2に接続される。端子P4は、インダクタンスLbとHP端子22bとの間のノードND4に接続される。端子P6は、インダクタンスLcとLP端子22cとの間のノードND6に接続される。端子P8は、インダクタンスLdとLC端子22dとの間のノードND8に接続される。端子P10は、端子P2、端子P4、端子P6、端子P8のいずれかと接続することができる。
以上のように、第3の実施形態によれば、第2の実施形態よりも、モニタ端子を減らすことができるので、共振装置30のサイズを小さくすることができる。また、第3の実施形態によれば、第2の実施形態よりも、LP端子7およびHP端子6に接続するモニタ端子を切り替える手間を削減できる。
図8は、第4の実施形態の半導体デバイスの寄生容量測定システムを表わす図である。
図13は、第5の実施形態の半導体デバイスの寄生容量測定システムの構成を表わす図である。
図14は、第6の実施形態の半導体デバイスの寄生容量測定システムの構成を表わす図である。
コンデンサCSbは、HP端子21bとHP端子22bとの間に設けられる。
Zα=ω×Ld−1/{ω×(CSa+CSd)}…(5)
共振状態となるために、インピーダンスZαから抵抗成分を差し引いたリアクタンスが0Ωとなるように、可変インダクタンスVLdを調整すれば、インピーダンスZαから抵抗成分を差し引いたリアクタンスを0にすることができる。ただし、式(5)におけるLdは可変インダクタンスVLdのインダクタンス、CSaはコンデンサCSaの容量、CSdはコンデンサCSdの容量を表わす。
Zβ=ω×Lc−1/{ω×(CSb+CSc)}…(6)
共振状態となるために、インピーダンスZβから抵抗成分を差し引いたリアクタンスが0Ωとなるように、可変インダクタンスVLcを調整すれば、インピーダンスZβから抵抗成分を差し引いたリアクタンスを0にすることができる。ただし、式(6)におけるLcは可変インダクタンスVLcのインダクタンス、CSbはコンデンサCSbの容量、CScはコンデンサCScの容量を表わす。
図17は、第7の実施形態の半導体デバイスの寄生容量測定システムの構成を表わす図である。
よって、測定される入力容量は、実際の入力容量(CGC+CGE)よりもCm1+Cm2だけ大きくなる。
式(8)を変形すると以下のようになる。
ここで、ω×(Cm1+Cm2+Ck)−1/(ω×Lk)=0となるように、Lkを調整すれば、アドミッタンスY′は、以下の式で表される。
よって、浮遊容量の影響のない正確な測定が可能となる。
Claims (10)
- インピーダンスアナライザと、テスト対象の半導体デバイスに接続可能なテストフィクスチャとを備える半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置であって、
各々が、前記インピーダンスアナライザの対応する端子と前記テストフィクスチャの対応する端子の間に接続され、前記インピーダンスアナライザによって前記半導体デバイスの寄生容量を測定する際に測定周波数で共振するように構成された直列に接続されたインダクタンスとコンデンサとからなる複数のLC回路を備え、
前記コンデンサは、前記テストフィクスチャに接続される外部電源の印加電圧よりも高い耐圧のコンデンサである、半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。 - 前記複数のLC回路の各々の両端に接続された複数のモニタ端子を備える、請求項1に記載の半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。
- 第1のモニタ端子と、
第2のモニタ端子と、
前記複数のLC回路の一端のうちのいずれと前記第1のモニタ端子と接続するかを切替えることが可能な第1の切替器と、
前記複数のLC回路の他端のうちのいずれと前記第2のモニタ端子と接続するかを切替えることが可能な第2の切替器とを備えた、請求項1に記載の半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。 - 前記インダクタンスは、可変インダクタンスである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。
- 前記インダクタンスは、固定の第1のインダクタンスと、可変の第2のインダクタンスとを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。
- 前記可変インダクタンスは、微調整用の第1の可変インダクタンスと、粗調整用の第2の可変インダクタンスとを含む、請求項4に記載の半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。
- インピーダンスアナライザと、テスト対象の半導体デバイスに接続可能なテストフィクスチャとを備える半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置であって、
前記インピーダンスアナライザの端子と前記テストフィクスチャの第1の端子との間に配置される直列に接続された第1のインダクタンスと第1のコンデンサからなる第1のLC回路と、
前記インピーダンスアナライザの端子と前記テストフィクスチャの第2の端子との間に配置される直列に接続された第2のインダクタンスと第2のコンデンサからなる第2のLC回路と、
前記インピーダンスアナライザの端子と前記テストフィクスチャの第3の端子との間に配置される第3のコンデンサと、
前記インピーダンスアナライザの端子と前記テストフィクスチャの第4の端子との間に配置される第4のコンデンサとを備え、
前記第1のLC回路は、前記インピーダンスアナライザの第1の電流印加端子および第2の電流印加端子のうちの一方に接続され、前記第3のコンデンサは、前記インピーダンスアナライザの前記第1の電流印加端子および前記第2の電流印加端子のうちの他方に接続され、
前記第2のLC回路は、前記インピーダンスアナライザの第1の電圧モニタ端子および第2の電圧モニタ端子のうちの一方に接続され、前記第4のコンデンサは、前記インピーダンスアナライザの前記第1の電圧モニタ端子および前記第2の電圧モニタ端子のうちの他方に接続され、
前記第1のコンデンサ、前記第2のコンデンサ、前記第3のコンデンサおよび前記第4のコンデンサは、前記テストフィクスチャに接続される外部電源の印加電圧よりも高い耐圧のコンデンサである、半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。 - インピーダンスアナライザと、テスト対象の半導体デバイスに接続可能なテストフィクスチャとを備える半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置であって、
前記インピーダンスアナライザの第1の電流印加端子と前記テストフィクスチャの第1の端子との間に配置される直列に接続された第1のインダクタンスと第1のコンデンサからなる第1のLC回路と、
前記インピーダンスアナライザの第1の電圧モニタ端子と前記テストフィクスチャの第2の端子との間に配置される直列に接続された第2のインダクタンスと第2のコンデンサからなる第2のLC回路と、
前記インピーダンスアナライザの第2の電圧モニタ端子と前記テストフィクスチャの第3の端子との間に配置される第3のインダクタンスと第3のコンデンサからなる第3のLC回路と、
前記インピーダンスアナライザの第2の電流印加端子と前記テストフィクスチャの第4の端子との間に配置される直列に接続された第4のインダクタンスと第4のコンデンサからなる第4のLC回路と、
前記第2のLC回路と前記テストフィクスチャの前記第2の端子との間の第1のノードと、前記第3のLC回路と前記テストフィクスチャの前記第3の端子との間の第2のノードとの間に配置される直列に接続された第5のインダクタンスと第5のコンデンサからなる第5のLC回路とを備え、
前記第1のコンデンサ、前記第2のコンデンサ、前記第3のコンデンサおよび前記第4のコンデンサは、前記テストフィクスチャに接続される外部電源の印加電圧よりも高い耐圧のコンデンサであり、前記第5のインダクタンスは、共振用の可変インダクタンスである、半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置。 - インピーダンスアナライザと、
テスト対象の半導体デバイスに接続可能なテストフィクスチャと、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の共振装置とを備えた半導体デバイスの寄生容量測定システム。 - インピーダンスアナライザと、テスト対象の半導体デバイスに接続可能なテストフィクスチャと、共振装置とを備えた半導体デバイスの寄生容量測定システムを用いた半導体デバイスの寄生容量の測定方法であって、
前記共振装置は、
各々が、前記インピーダンスアナライザの対応する端子と前記テストフィクスチャの対応する端子の間に接続され、直列に接続された可変のインダクタンスとコンデンサからなる複数のLC回路と、前記複数のLC回路の各々の両端に接続された複数のモニタ端子を備え、前記コンデンサは、前記テストフィクスチャに接続される外部電源の印加電圧よりも高い耐圧のコンデンサであり、
前記モニタ端子の出力に基づいて、前記複数のLC回路に含まれる可変のインダクタンスのインダクタンス値を調整するステップと、
前記インピーダンスアナライザによって前記半導体デバイスの寄生容量を測定する際に測定周波数で前記複数のLC回路を共振させるステップとを備えた、半導体デバイスの寄生容量の測定方法。
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