JP6996420B2 - 半導体装置の試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の試験方法に関する。

特許文献１には、半導体素子の信頼性を確認するための寿命試験として、被試験素子を高温環境下におき、被試験素子を非導通状態で電圧を印加して劣化を加速する高温逆バイアス試験方法が開示されている。特許文献１では、被試験素子に試験電圧を供給する電源部のプラス側出力線と、被試験素子の電圧印加端子間に、保護抵抗が接続される。保護抵抗の両端電圧を測定することで、被試験素子のリーク電流が求められる。

特開２００１－９１５７１号公報

特許文献１の試験方法では、リーク電流が増加するほど被試験素子に印加される電圧が下がる。また、抵抗損失が高い抵抗を使用する場合、抵抗の外形が大きくなり、試験装置が大型化するおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、精度を向上できる半導体装置の試験方法を得ることを目的とする。

本開示に係る半導体装置の試験方法は、第１抵抗と半導体装置とを直列に接続する工程と、該第１抵抗と該半導体装置が形成する直列回路の両端に電圧を印加した状態で、該半導体装置のリーク電流が該第１抵抗を流れることで該第１抵抗の両端に発生する電圧をモニタする工程と、試験時間の経過に伴い該第１抵抗の両端の電圧が増加して閾値を超えると、該第１抵抗を該第１抵抗よりも抵抗値が小さい第２抵抗に交換する工程と、該第２抵抗と該半導体装置が形成する直列回路の両端に電圧を印加した状態で、該第２抵抗の両端に発生する電圧をモニタする工程と、を備え、該閾値は、該半導体装置に印加される電圧が予め定められた電圧よりも大きくなるように設定される。

本発明に係る半導体装置の試験方法では、リーク電流の増加に伴いリーク電流の測定用の第１抵抗を抵抗値の小さい第２抵抗に交換する。これにより、半導体装置に印加される電圧の低下を抑制でき、試験の精度を向上できる。

実施の形態１に係る半導体装置の試験装置を説明する図である。 リーク電流の時間変化の一例を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る試験装置を説明する図である。 実施の形態１の変形例に係る切替え部を説明する図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の試験方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置の試験装置１００を説明する図である。試験装置１００は、パワーモジュールの高温高湿バイアス試験に使用される治具である。高温高湿バイアス試験は、高温高湿下でパワーモジュール内の被試験素子である半導体装置１０に電圧を印加し、リーク電流の変化を観察する試験である。

被試験素子である半導体装置１０は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワーデバイスである。半導体装置１０のコレクタとエミッタとの間にはダイオードが接続されている。ダイオードは、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。ダイオードは、複数の半導体装置１０でインバータなどのパワーモジュールを形成した場合に、半導体装置１０がオフした際の負過電流を電源側へ還流させる。

図１では、半導体装置１０が１つのみ示されているが、複数の半導体装置１０がパワーモジュールを形成した状態で試験が行われても良い。

試験装置１００は、試験槽１８を備える。試験槽１８は高温高湿槽である。試験槽１８の内部は、予め定められた温度または湿度に維持される。試験槽１８には半導体装置１０が収納される。試験槽１８は環境試験装置とも呼ばれる。

電源１６は、半導体装置１０の主電極端子間に電圧を印加する。電源１６の正極は、半導体装置１０のコレクタと接続される。半導体装置１０のエミッタは、ツェナーダイオード１２のカソードと接続される。ツェナーダイオード１２のアノードは、第１抵抗１４の一端と接続される。第１抵抗１４の他端は、電源１６の負極と接続される。試験装置１００では、半導体装置１０と第１抵抗１４は直列回路を形成する。電源１６は、半導体装置１０と第１抵抗１４とが形成する直列回路の両端に電圧を印加する。

ツェナーダイオード１２は、第１抵抗１４と直列に接続される。試験中に半導体装置１０が劣化し特性が変動することで、サージ電圧が発生する可能性がある。ツェナーダイオード１２は、サージ電圧による第１抵抗１４の破壊を防ぐための保護素子である。

また、第１抵抗１４の両端には記録装置２０が接続される。記録装置２０は第１抵抗１４の両端に印加される電圧を測定する。第１抵抗１４の両端に印加される電圧を第１抵抗１４の抵抗値で除した値が、半導体装置１０のリーク電流となる。このように、記録装置２０によりリーク電流をモニタできる。

第１抵抗１４、ツェナーダイオード１２および記録装置２０は、試験槽１８の外側に設けられる。このため、後述する第１抵抗１４の交換および記録装置２０の測定結果のモニタが容易にできる。

次に、試験装置１００による半導体装置１０の試験方法について説明する。まず、半導体装置１０を試験槽１８に収納する。ここで、半導体装置１０のゲートとエミッタは短絡されている。次に、第１抵抗１４と半導体装置１０とを直列に接続する。次に、試験槽１８の温度または湿度を予め定められた値に維持する。また、第１抵抗１４と半導体装置１０が形成する直列回路の両端に、電源１６から電圧を印加する。この状態で、記録装置２０により、第１抵抗１４の両端に発生する電圧をモニタする。

このとき、半導体装置１０はオフ状態である。このため、第１抵抗１４の両端に発生する電圧は、半導体装置１０のリーク電流が第１抵抗１４を流れることで発生する。図２は、リーク電流の時間変化の一例を示す図である。試験時間の経過に伴い、半導体装置１０のリーク電流は増加する。このため、試験時間の経過に伴い第１抵抗１４の両端の電圧が増加する。

次に、第１抵抗１４の両端の電圧が閾値を超えると、第１抵抗１４を第１抵抗１４よりも抵抗値が小さい第２抵抗に交換する。次に、第２抵抗と半導体装置１０が形成する直列回路の両端に電源１６から電圧を印加した状態で、第２抵抗の両端に発生する電圧をモニタする。

ここで、試験開始時の第１抵抗１４の抵抗値は半導体装置１０の抵抗値と比較して十分小さい。このため、半導体装置１０に印加される電圧に対して、第１抵抗１４による電圧降下の影響は少ない。試験時間の経過に伴い、半導体装置１０は劣化する。これによりリーク電流が増加する。従って、第１抵抗１４に印加される電圧が増加し、抵抗損失も増加する。第１抵抗１４による電圧降下が大きくなると、半導体装置１０に印加される電圧が低下する。このとき、試験条件が変化するため、試験を正確に実施できない可能性がある。また、抵抗損失が増加すると、第１抵抗１４が破損する可能性がある。

これに対し本実施の形態では、リーク電流が増加すると、第１抵抗１４を抵抗値が小さい第２抵抗に交換する。これにより、電圧降下を抑制でき、試験の精度を向上できる。また、抵抗損失を抑制でき、第１抵抗１４の破損を防止できる。また、抵抗損失を抑制することで、定格電力の大きい抵抗を使用する必要がなくなる。従って、省スペースでリークモニタができる。

例えば、第１抵抗の抵抗値が１０ＫΩであるとする。また、電源１６の電圧を９６０Ｖとする。この状態において、半導体装置１０のリーク電流が０．００１Ａである場合、第１抵抗１４への印加電圧は１０Ｖとなり、半導体装置１０への印加電圧は９５０Ｖとなる。

ここで、リーク電流が０．０１Ａに増加したとする。このとき、第１抵抗１４への印加電圧は１００Ｖになり、半導体装置１０への印加電圧は８６０Ｖとなる。このように、リーク電流の増加により半導体装置１０の印加電圧が低くなる。

次に、第１抵抗１４を、抵抗値が１ＫΩである第２抵抗に交換したとする。リーク電流が０．０１Ａの場合、第２抵抗の電圧は１０Ｖになり、半導体装置１０の印加電圧は９５０Ｖとなる。従って、半導体装置１０の印加電圧を、試験開始時と同じ値にすることができる。このように、第２抵抗の抵抗値は、試験開始時の第１抵抗１４への印加電圧と、第２抵抗への交換時の第２抵抗への印加電圧が同等となるように決定されても良い。

ここで、第１抵抗１４を交換する閾値は、例えば、第１抵抗１４で消費される電力が第１抵抗１４の定格電力を超えないように設定される。これにより、第１抵抗１４の破損を確実に防止できる。また、閾値は、半導体装置１０に印加される電圧が予め定められた電圧よりも大きくなるように設定されても良い。これにより、半導体装置１０に印加される電圧が低くなりすぎることを防止でき、試験の精度を向上できる。

また、試験開始時から第１抵抗１４として抵抗値の小さいものを用いる場合、試験開始時にはリーク電流が小さいことから、第１抵抗１４への印加電圧が小さくなる。このため、リーク電流の測定精度が低くなる可能性がある。本実施の形態では、リーク電流の増加に伴い、抵抗値を小さくしていくことで、試験の精度を向上できる。

また、第１抵抗１４への印加電圧に閾値を複数設けても良い。この場合、抵抗値の異なる抵抗を複数準備し、リーク電流の増加に伴い抵抗値の小さい抵抗に交換していく。これにより、試験の精度をさらに向上できる。また、抵抗損失をさらに抑制できる。

図３は、実施の形態１の変形例に係る試験装置２００を説明する図である。試験装置２００では、半導体装置１０と切替え部２１４が直列回路を形成する。この直列回路が電源１６と並列に接続される。なお図３では、電源１６に対して、半導体装置１０と切替え部２１４から形成される直列回路が４つ接続されている。これに限らず、電源１６に接続される直列回路は１つ以上であれば良い。

切替え部２１４の両端間には保護素子２１２が接続される。保護素子２１２は切替え部２１４の両端に印加される電圧が、あらかじめ決められた値を超過した場合に機能する。保護素子２１２は、切替え部２１４の両端にあらかじめ決められた値以上の電圧が印加されることを防止する。

図４は、実施の形態１の変形例に係る切替え部２１４を説明する図である。切替え部２１４は、第１抵抗２１４ａ、第２抵抗２１４ｂ、第３抵抗２１４ｃおよびスイッチ部２１４ｄを有する。第１抵抗２１４ａ、第２抵抗２１４ｂおよび第３抵抗２１４ｃは、抵抗値が異なる。第１抵抗２１４ａ、第２抵抗２１４ｂおよび第３抵抗２１４ｃの一端は、半導体装置１０のエミッタと接続される。スイッチ部２１４ｄは、第１抵抗２１４ａ、第２抵抗２１４ｂおよび第３抵抗２１４ｃの何れかの他端と、電源１６の負極とを接続する。

切替え部２１４の両端には、記録装置２２０が接続される。記録装置２２０は、切替え部２１４の両端の電圧をモニタし、スイッチ部２１４ｄに通知する。スイッチ部２１４ｄは、通知された切替え部２１４の両端の電圧に応じて、第１抵抗２１４ａ、第２抵抗２１４ｂおよび第３抵抗２１４ｃのうち、電源１６と接続する抵抗を切替える。つまり、スイッチ部２１４ｄは、切替え部２１４の両端の電圧が高いほど、リーク電流を測定する抵抗を抵抗値が小さいものに切替える。

試験装置２００によれば、抵抗の切換えの自動化ができる。一般に、高温高湿バイアス試験では長時間の測定が実施される。試験装置２００を用いることで、昼夜を問わず、適切なタイミングでの抵抗を交換できる。また、抵抗の交換を短時間で実施でき、抵抗の交換により試験が中断される時間を短縮できる。

図４では、切替え部２１４に抵抗が３つ設けられるが、切替え部２１４が備える抵抗は複数であれば良い。なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。

１００、２００ 試験装置、１０ 半導体装置、１４、２１４ａ 第１抵抗、２１４ｂ 第２抵抗、２１４ｃ 第３抵抗、１６ 電源、１８ 試験槽、２０、２２０ 記録装置、２１４ 切替え部

Claims (4)

1. 第１抵抗と半導体装置とを直列に接続する工程と、
   前記第１抵抗と前記半導体装置が形成する直列回路の両端に電圧を印加した状態で、前記半導体装置のリーク電流が前記第１抵抗を流れることで前記第１抵抗の両端に発生する電圧をモニタする工程と、
   試験時間の経過に伴い前記第１抵抗の両端の電圧が増加して閾値を超えると、前記第１抵抗を前記第１抵抗よりも抵抗値が小さい第２抵抗に交換する工程と、
   前記第２抵抗と前記半導体装置が形成する直列回路の両端に電圧を印加した状態で、前記第２抵抗の両端に発生する電圧をモニタする工程と、
   を備え、
   前記閾値は、前記半導体装置に印加される電圧が予め定められた電圧よりも大きくなるように設定されることを特徴とする半導体装置の試験方法。
2. 前記閾値は、前記第１抵抗で消費される電力が前記第１抵抗の定格電力を超えないように設定されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の試験方法。
3. 前記半導体装置を試験槽に収納し、前記試験槽の温度または湿度を予め定められた値に維持した状態で、前記第１抵抗の両端の電圧と前記第２抵抗の両端の電圧をモニタすることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の試験方法。
4. 前記第１抵抗は、前記試験槽の外側に設けられることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の試験方法。

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