JP7497629B2 - 半導体チップの試験装置および試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップの試験装置および試験方法に関する。

ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワーデバイスは、半導体ウエハまたは半導体チップの状態での動特性試験が行われている。

図１２は従来の半導体チップ試験に用いられる測定機構を示す図、図１３は試験による半導体チップの破壊後に半導体チップに印加されるエネルギによってコンタクトプローブに付着物が生じる場合を示す図である。

図１２に示したように、半導体チップである被測定デバイス１００は、テスタ１０１、コンタクトプローブ１０２、コンタクトプローブ１０２を保持するコンタクトブロック１０３および測定ステージ１０４を用いて試験が行われる。このとき、被測定デバイス１００は、コンタクトプローブ１０２および測定ステージ１０４によってテスタ１０１に電気的に接続され、テスタ１０１から短時間の電気的なストレスを受けることで良品／不良品の選別が行われる。

テスタ１０１は、電源と被測定デバイス１００との間に半導体スイッチを備えており、試験時に被測定デバイス１００が破壊されるようなことがあると、半導体スイッチをターンオフして被測定デバイス１００に流れる電流を遮断している。この半導体スイッチには、ターンオフ時に発生するサージ電圧を吸収するスナバ回路として、放電阻止型のスナバ回路が用いられる（たとえば、特許文献１参照）。このため、半導体スイッチがターンオフ後に流れる継続電流を減少させることができ、被測定デバイス１００の損傷の拡大およびコンタクトプローブ１０２および測定ステージ１０４の損傷が抑制されるので、メンテナンスコストが低減される。

また、被測定デバイス１００の試験時には、図１３に示したように、被測定デバイス１００の電極にコンタクトプローブ１０２を荷重をかけながら接触させて動特性試験を行っている。ここで、試験時に被測定デバイス１００が破壊されるような電流が流れると、コンタクトプローブ１０２に被測定デバイス１００の成分（シリコンデバイスであれば、シリコン）が溶融した異物１０５が付着することがある。このような異物１０５は、コンタクトプローブ１０２だけでなく、測定ステージ１０４にも付着することがある。

コンタクトプローブ１０２および測定ステージ１０４に異物１０５が付着していると、その異物１０５が次に試験される被測定デバイス１００に物理的なダメージを与えるだけでなく、試験回路に異物１０５が介在することにより正常な試験ができなくなる。このため、被測定デバイス１００が破壊されたときには、テスタ１０１による試験を中断してコンタクトプローブ１０２および測定ステージ１０４の点検が必要になる。

これに対し、デバイス破壊時の点検を自動化する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この特許文献２の技術によれば、半導体チップが破壊した場合に、まず、その半導体チップの画像情報から半導体チップの上部電極に形成された破壊痕とコンタクトプローブの圧接痕との距離を計測する。次いで、その距離が判定基準距離（たとえば０．５ミリメートル）以下かどうかを判定し、判定基準距離以下のときだけ、コンタクトプローブのメンテナンスを行うようにしている。これにより、半導体チップの破壊が発生する都度、コンタクトプローブをメンテナンスしていた場合と比べて、試験装置の停止時間が短縮され、メンテナンスコストを低減することができる。

特開２０１３－９２５３４号公報 特開２０１０－２７６４７７号公報

しかしながら、半導体スイッチのターンオフ時に発生するサージ電圧を吸収するスナバ回路として、放電阻止型のスナバ回路を用いた場合でも、破壊後に流れる継続電流によるダメージを完全に抑制することができない。また、半導体チップの画像処理にてコンタクトプローブのメンテナンス要否を判断する技術では、システムが複雑になるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、半導体チップの破壊発生時におけるコンタクトプローブおよび測定ステージのメンテナンスを必要最小限にした半導体チップの試験装置および試験方法を提供することを目的とする。

本発明では、上記の課題を解決するために、１つの案では、パワーデバイスの半導体チップに対してチップ破壊が起こり得るスクリーニング試験のための半導体チップの試験装置が提供される。この半導体チップの試験装置は、スクリーニング試験により半導体チップにチップ破壊が生じたかどうかを判定する破壊判定部と、破壊判定部によりチップ破壊と判定されたことを受けて半導体チップに印加される印加エネルギを算出するエネルギ算出部と、エネルギ算出部によって算出された印加エネルギの値が設定値以上かどうかを判定する判定部と、半導体チップを組み込んだ完成品のアバランシェ耐量試験での完成品の熱抵抗と、試験装置において半導体チップを完成品のアバランシェ耐量試験でのアバランシェエネルギで試験を行った際の測定系での熱抵抗とから、完成品のアバランシェエネルギに相当する測定系でのアバランシェエネルギに補正する補正値を算出する補正値算出部と、を備える。

また、本発明は、パワーデバイスの半導体チップに対してチップ破壊が起こり得るスクリーニング試験のための半導体チップの試験方法が提供される。この半導体チップの試験方法は、スクリーニング試験により半導体チップにチップ破壊が生じたとき、半導体チップを不良と判定するとともに、半導体チップに印加される印加エネルギを算出し、印加エネルギの値が設定値以上かどうかを判定し、印加エネルギの値が設定値以上と判定したとき、試験装置の停止を指示する、ステップを有し、半導体チップを組み込んだ完成品のアバランシェ耐量試験での完成品の熱抵抗と、試験装置において半導体チップを完成品のアバランシェ耐量試験でのアバランシェエネルギで試験を行った際の測定系での熱抵抗とから、完成品のアバランシェエネルギに相当する測定系でのアバランシェエネルギに補正する補正値を算出するステップをさらに有する。

上記構成の半導体チップの試験装置および試験方法は、チップ破壊後のメンテナスを削減できるので、メンテナンスのための装置停止時間の短縮およびそれに伴う製造コストを低減することができるという利点がある。

本発明の実施の形態に係る誘導性負荷アバランシェ耐量試験の試験装置を例示する図である。 テスタの構成例を示すブロック図である。 半導体チップを搬送するハンドラを例示する図である。 試験装置の動作の流れを説明するフローチャートである。 試験時に測定される被測定デバイスのドレイン・ソース間電圧およびドレイン電流の時間変化を示す図である。 破壊後エネルギと測定ステージおよびコンタクトプローブへのダメージとの関係を示す図である。 パワーデバイスの概要図であり、（ａ）は半導体チップの要部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図、（ｃ）は被測定デバイスを組み込んだ完成品の要部を示す図である。 アバランシェ試験のために印加したエネルギに対する被測定デバイスの温度変化を示す図である。 デバイス固有のアバランシェ耐量と温度との関係を示す図である。 温度センスダイオードの温度センス電圧をサンプリングするタイミングを説明する図である。 印加エネルギの熱抵抗の違いによる電流補正を説明する図である。 従来の半導体チップ試験に用いられる測定機構を示す図である。 試験による半導体チップの破壊後に半導体チップに印加されるエネルギによってコンタクトプローブに付着物が生じる場合を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、パワーデバイスの半導体チップに対してチップ破壊が起こり得るスクリーニング試験として、誘導性負荷アバランシェ耐量試験に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一の符号で示される部分は、同一の構成要素を示している。

図１は本発明の実施の形態に係る誘導性負荷アバランシェ耐量試験の試験装置を例示する図、図２はテスタの構成例を示すブロック図、図３は半導体チップを搬送するハンドラを例示する図である。

図１に示す試験装置は、被測定デバイス１としてパワーデバイスの誘導性負荷アバランシェ耐量試験を行う装置である。なお、図示の被測定デバイス１は、ＭＯＳＦＥＴの半導体チップ２に温度検出用の温度センスダイオード３を内蔵し、ゲート端子Ｇ、ドレイン端子Ｄ、ソース端子Ｓ、アノード端子Ａおよびカソード端子Ｋを有している。

なお、本実施の形態では、温度検出素子である温度センスダイオード３は、半導体チップ２に内蔵されているが半導体チップ２に内蔵される必要はない。また、温度検出素子を被測定デバイス１ではなく試験装置に配置することができる。

テスタ１９は、図２に示したように、デジタイザ２２、電流計１２、インダクタ１３、電源１４、コンデンサ１５、電圧計１６、電流源１７、電圧計１８およびゲートドライブユニット（ＧＤＵ）１１を有している。

被測定デバイス１のゲート端子Ｇは、ゲートドライブユニット１１の出力端子に接続され、ゲートドライブユニット１１の低電位端子は、被測定デバイス１のソース端子Ｓに接続されている。被測定デバイス１のドレイン端子Ｄは、電流計１２の負極端子に接続され、電流計１２の正極端子は、誘導性負荷であるインダクタ１３の一方の端子に接続され、インダクタ１３の他方の端子は、電圧可変の電源１４の正極端子およびコンデンサ１５の正極端子に接続されている。被測定デバイス１のドレイン端子Ｄは、また、電圧計１６の正極端子に接続され、電圧計１６の負極端子は、被測定デバイス１のソース端子Ｓに接続されている。被測定デバイス１のアノード端子Ａは、電流源１７の出力端子および電圧計１８の正極端子に接続され、電流源１７の他方の端子および電圧計１８の負極端子は、被測定デバイス１のカソード端子Ｋに接続されている。

電流計１２は、被測定デバイス１のドレイン電流Ｉｄを計測し、その計測結果はデジタイザ２２に送られる。電圧計１６は、被測定デバイス１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓを計測し、その計測結果はデジタイザ２２に送られる。電圧計１８は、電流源１７によって定電流駆動された温度センスダイオード３の順方向電圧である温度センス電圧ＶＦを計測し、その計測結果はデジタイザ２２に送られる。温度センスダイオード３は、温度係数を有し、計測した温度センス電圧ＶＦは、被測定デバイス１の温度情報となる。

なお、この試験装置では、被測定デバイス１のドレイン端子Ｄと電流計１２との間の電気的接続は、測定ステージにより行われる。また、被測定デバイス１のゲート端子Ｇとゲートドライブユニット１１との間の電気的接続、被測定デバイス１のソース端子Ｓと電源１４との間の電気的接続および被測定デバイス１のアノード端子Ａおよびカソード端子Ｋと電流源１７および電圧計１８との間の電気的接続は、それぞれコンタクトプローブにより行われる。コンタクトプローブは、図１２と同様であり、コンタクトプローブは、コンタクトブロックにより保持されている。

デジタイザ２２は、図２に示したように、入力部２０、記憶部２１、演算部４１、出力部２３および表示部２４を有している。入力部２０は、取得部２０ａを有し、演算部４１は、破壊判定部４１ａ、エネルギ算出部４１ｂ、交換要否判定部４１ｃおよび補正値算出部４１ｄを有している。補正値算出部４１ｄは、必要に応じて設けられる。設けない場合において、補正値を用いる場合は、装置外部で算出した補正値を入力部２０より入力し記憶部２１に記憶する。

入力部２０では、取得部２０ａが電流計１２からの電流値（ドレイン電流Ｉｄ）と、電圧計１６からの電圧値（ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ）と、電圧計１８からの電圧値（温度センスダイオード３の温度センス電圧ＶＦ）とを取得する。入力部２０の取得部２０ａは、また、被測定デバイス１を組み込んだ完成品に対してあらかじめ解析されたアバランシェエネルギおよび熱抵抗Ｒｔｈが入力される。補正値算出部４１ｄが設けられていない場合は、入力は行わなくてもよい。

記憶部２１は、各測定値と、交換要否判定部２２ｃで使用される設定値と、必要に応じて、熱抵抗の違いによる補正値算出のためにあらかじめ取得した温度およびアバランシェエネルギとが記憶される。

演算部４１の破壊判定部４１ａは、取得した電流値（ドレイン電流Ｉｄ）が急変した場合、被測定デバイス１は破壊されたと判断する。エネルギ算出部４１ｂは、破壊されたと判断された場合、試験終了後に被測定デバイス１に印加されたエネルギを算出する。交換要否判定部４１ｃは、エネルギ算出部４１ｂによって算出されたエネルギが測定ステージおよびコンタクトプローブの交換を必要とするような設定値であるかどうかを判定する。補正値算出部４１ｄは、測定系の条件を完成品の条件に合わせるべく被測定デバイス１に流す補正値を算出する。

出力部２３は、ハンドラ２５に接続されていて、破壊判定部４１ａによる判定結果に応じて被測定デバイス１の選別を指示したり、測定終了等を出力する。出力部２３は、また、補正値算出部４１ｄの算出結果に応じてゲートドライブユニット１１または電源１４に対して被測定デバイス１に印加する電流値または電圧値の補正を行う。表示部２４は、被測定デバイス１の破壊が発生した場合のアラーム報知を含むデジタイザ２２の動作状態を表示する。

ハンドラ２５は、図３に示したように、搬送部２６と測定部２７とを有し、搬送部２６では、吸着コレット２８がチップトレイ２９に収容された被測定デバイス１を取り出して測定部２７の測定ステージ３０まで搬送する。搬送部２６は、また、吸着コレット３１が測定済みの被測定デバイス１をピックアップし、測定結果に応じて、被測定デバイス１を良品用のチップトレイ３２または不良品用のチップトレイ３３へ搬送する。

次に、図１に示す試験装置を用いて、被測定デバイス１の誘導性負荷アバランシェ耐量試験を行う手順について説明する。
図４は試験装置の動作の流れを説明するフローチャートであり、図５は試験時に測定される被測定デバイスのドレイン・ソース間電圧およびドレイン電流の時間変化を示す図、図６は破壊後エネルギと測定ステージおよびコンタクトプローブへのダメージとの関係を示す図である。

まず、被測定デバイス１の誘導性負荷アバランシェ耐量試験は、ハンドラ２５において被測定デバイス１をチップトレイ２９から測定部２７の測定ステージ３０まで搬送し（ステップＳ１）、被測定デバイス１にコンタクトプローブをコンタクトさせる（ステップＳ２）。

次に、電源１４の電圧を所定の電圧まで上げ、その電圧を被測定デバイス１に印加する（ステップＳ３）。このとき、図５に示したように、被測定デバイス１のドレイン端子Ｄおよびソース端子Ｓには、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが印加され、ドレイン電流Ｉｄは、被測定デバイス１がターンオフしているので、０アンペア（Ａ）である。

次に、ゲートドライブユニット１１がパルス信号を出力して被測定デバイス１のゲート端子Ｇに印加することにより被測定デバイス１のスイッチングが開始される（ステップＳ４）。被測定デバイス１がターンオンされると、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが０ボルト（Ｖ）に近い値まで低下し、ドレイン電流Ｉｄは、インダクタ１３があることによって徐々に増加する。このとき、インダクタ１３にはエネルギが蓄えられる。その後、被測定デバイス１がターンオフされると、インダクタ１３に蓄えられたエネルギが被測定デバイス１のドレイン・ソース間に一気になだれ込むことで、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓが跳ね上がり、ドレイン電流Ｉｄは、徐々に減少する。

その後、電流計１２が測定していたドレイン電流Ｉｄおよび電圧計１６が測定していたドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは、デジタイザ２２により取得され、記憶部２１に保存される（ステップＳ５）。

次に、演算部４１の破壊判定部４１ａは、被測定デバイス１がターンオフした後にサンプリングしたドレイン電流Ｉｄの波形を解析し、被測定デバイス１が破壊したかどうかを判定する（ステップＳ６）。破壊判定部４１ａは、被測定デバイス１がターンオフした後、ドレイン電流Ｉｄが０Ａまで徐々に減少すれば、被測定デバイス１の誘導性負荷アバランシェ耐量試験を合格と判定する。被測定デバイス１がターンオフした後、徐々に減少するドレイン電流Ｉｄが、図５に示したように急増する場合、破壊判定部４１ａは、被測定デバイス１が破壊されたと判定する。

次に、破壊判定部４１ａによる判定の結果、被測定デバイス１は不良かどうかを判定する（ステップＳ７）。破壊判定部４１ａにより破壊と判定された被測定デバイス１は不良となる。被測定デバイス１が不良であれば、処理は、ステップＳ８に進み、被測定デバイス１が不良でなければ、処理は、ステップＳ１２に進む。

被測定デバイス１が不良と判定されると、演算部４１のエネルギ算出部４１ｂにより、破壊後のエネルギ解析が行われる（ステップＳ８）。このエネルギ解析は、図５に示したように、破壊後（以下、ドレイン電流Ｉｄが瞬時に増加する時点ともいう）からドレイン電流Ｉｄが振動しながらほぼ０Ａに低下するまでの期間行われ、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓとドレイン電流Ｉｄとの積の時間積分で破壊後の印加エネルギが算出される。印加エネルギの算出の開始時点は、破壊後から開始することが望ましいが、破壊後からでなく、半導体チップ２のゲート端子Ｇにパルス信号が印加開始時点からでもよい。

次に、演算部４１の交換要否判定部４１ｃにて、被測定デバイス１の破壊後に被測定デバイス１に印加されたエネルギが設定値以上かどうかが判定される（ステップＳ９）。ここで、設定値は、使用している測定系における破壊後エネルギとデバイスダメージ（破壊痕深さと破壊痕幅）との間に図６のような一定の関係があることを利用して決定される。すなわち、破壊後エネルギとデバイスダメージとの関係をあらかじめ解析しておき、デバイスダメージが生じ始めるときの破壊後エネルギを設定値としている。したがって、破壊後のエネルギが設定値以上であれば、被測定デバイス１の破壊による測定ステージ３０およびコンタクトプローブへのダメージがあると判断され、処理は、ステップＳ１０に進む。また、破壊後のエネルギが設定値未満であれば、被測定デバイス１の破壊があったとしてもそれによる測定ステージ３０およびコンタクトプローブへのダメージがないと判断され、処理は、ステップＳ１２に進む。

なお、実際には、被測定デバイス１の破壊により測定ステージ３０およびコンタクトプローブがダメージを受けるときの破壊後のエネルギは相違する場合が多く、一般的には、交換要否判定のための設定値は、測定ステージ３０よりコンタクトプローブが小さい。そのため、コンタクトプローブのための第１の設定値と測定ステージ３０のための第２の設定値とを用意し、算出した破壊後のエネルギが第１の設定値以上で第２の設定値未満の場合、コンタクトプローブのみの交換を指示することができる。また、算出した破壊後のエネルギが第２の設定値以上となった場合、測定ステージ３０およびコンタクトプローブの交換を指示することができる。稀に、破壊の種類によっては、測定ステージ３０のみを交換すればよい場合もある。

次に、デジタイザ２２が被測定デバイス１の破壊による測定ステージ３０およびコンタクトプローブへのダメージがあると判断した場合、ハンドラ２５に指示して破壊された被測定デバイス１を不良品用のチップトレイ３３へ搬送させる（ステップＳ１０）。本例では、不良品用のチップトレイ３３を用いたが、チップトレイでなくてもよい。

次に、デジタイザ２２は、装置アラームを報知し、ハンドラ２５に対して測定ステージ３０およびコンタクトプローブの交換を指示し（ステップＳ１１）、その後、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ７にて被測定デバイス１が不良でないと判定され、または、ステップＳ９にて被測定デバイス１に印加したエネルギが設定値以上でないと判定された場合、試験済みの被測定デバイス１がチップトレイ３２または３３に搬送され（ステップＳ１２）、その後、ステップＳ１に戻る。

この試験装置は、被測定デバイス１の破壊後に印加されるエネルギ量によって測定ステージ３０およびコンタクトプローブの交換の要否を判断している。このため、デバイスへのダメージの少ないときは、メンテナンス工数を削減できるので、それによるチップ製造のスループットを向上でき、それに伴う製造コストを低減することができる。

次に、被測定デバイス１に対して破壊が起こり得るスクリーニング試験において、被測定デバイス１の実際の使用に即した試験について検討する。すなわち、被測定デバイス１をチップ状態で試験をする場合と被測定デバイス１を組み込んだ完成品の状態で被測定デバイス１を試験する場合とでは、同じ温度条件で試験をしても試験結果が異なることがある。

図７はパワーデバイスの概要図であり、（ａ）は半導体チップの要部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図、（ｃ）は被測定デバイスを組み込んだ完成品の要部を示す図である。

図７（ａ）および（ｂ）に示すように、半導体チップ２は、半導体基板２ａの一方の面にドレイン電極２ｂが配置され、他方の面にソース電極２ｃが配置されている。また、他方の面にはゲート電極２ｇ、アノード電極２ｈおよびカソード電極２ｉが配置されている。温度センスダイオード３は、保護膜２ｊの下で半導体基板２ａ上の図示しない絶縁膜内に設けられている。図７（ｃ）に示すように、完成品は、絶縁基板５に設けられた配線６と半導体チップ２のドレイン電極２ｂとがはんだ７により電気的に接続されている。半導体チップ２のソース電極２ｃなどは、ワイヤボンディングによりワイヤ８と接合されている。半導体チップ２のドレイン電極２ｂは、はんだ７との接合性を考慮し、Ｎｉを主成分として含む層とＡｕ層の積層層を最表面に配置することができる。半導体チップ２のソース電極２ｃは、Ａｌを主成分として含む層を最表面に配置することができる。また、ドレイン電極２ｂと同様の層を最表面に配置することもできる。ソース電極２ｃの最表面にＮｉを主成分として含む層とＡｕ層の積層層を配置する場合、ソース電極２ｃとリードフレームなどとをはんだにより電気的に接続してもよい。

図８はアバランシェ試験のために印加したエネルギに対する被測定デバイスの温度変化を示す図、図９はデバイス固有のアバランシェ耐量と温度との関係を示す図である。
この図８によれば、アバランシェ試験を行ったときの被測定デバイス１の温度は、チップ状態の場合よりも被測定デバイス１を組み込んだ完成品の状態の場合の方が、被測定デバイス１の温度上昇が低いことを示している。これは、チップ状態の場合、被測定デバイス１と測定ステージ３０およびコンタクトプローブとの間の接触抵抗が大きく、測定ステージ３０およびコンタクトプローブを介しての放熱性が悪く、熱抵抗が大きいためであると考えられる。一方、被測定デバイス１を組み込んだ完成品の状態では、被測定デバイス１とボンディングワイヤおよびプリント基板との電気的接続が主としてはんだによるために、接触抵抗が小さく、放熱性もよいので、熱抵抗が小さい。

また、被測定デバイス１は、図９に示したように、温度が低いとアバランシェ耐量が高く、温度が高くなるほどアバランシェ耐量が低くなる傾向を有している。これは、アバランシェ試験において、被測定デバイス１の温度が変化してしまえばアバランシェ耐量も変化してしまうことを示している。

このように、チップ状態でのアバランシェ耐量試験は、熱抵抗にも影響されるため、測定ステージ３０の材質、吸着穴設計、上面のコンタクトプローブの材質、レイアウトや荷重により放熱特性が変わると、完成品における狙いエネルギ量に対してずれが生じることになる。たとえば、図８のように、測定条件として、１．０ジュール（Ｊ）のエネルギ印加狙いをしたいが、実際には、チップ状態での温度上昇が大きく１．０Ｊ以上のエネルギ印加条件に相当する試験をしていたことになる。ただし、温度上昇に対するアバランシェ耐量は、被測定デバイス１のデバイスに依存するため、測定系による熱抵抗に応じた条件の最適調整が必要になる。

そこで、この試験装置では、測定部に被測定デバイスの温度を測定するために、電流源１７および電圧計１８を備える。これにより、アバランシェ耐量試験における半導体チップ２の熱抵抗を得ることができる。

以下、熱抵抗の具体的な求め方について説明する。
まず、完成品に組み込んだ被測定デバイス１を用いて、図９に示したようなデバイスに応じたアバランシェ耐量の温度依存性をあらかじめ解析し、そこから得られた完成品の狙いのアバランシェ耐量から複数の被測定デバイス１においてアバランシェ耐量試験を行い、その際の被測定デバイス１の温度と印加されたアバランシェエネルギとを取得し、熱抵抗を算出する。

次に、測定系による熱抵抗は、完成品のアバランシェ耐量試験により印加するアバランシェエネルギと同じ印加電圧およびパルス信号によって、チップ状態の複数の被測定デバイス１についてアバランシェ耐量試験を行い、電流計１２が計測したドレイン電流Ｉｄ、電圧計１６が計測したドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓおよび電圧計１８が計測した温度センスダイオード３の温度センス電圧ＶＦを取得し、温度と印加されたアバランシェエネルギから熱抵抗を算出する。

図１０は温度センスダイオードの温度センス電圧をサンプリングするタイミングを説明する図、図１１は印加エネルギの熱抵抗の違いによる電流補正を説明する図である。
測定系による熱抵抗を求めるには、図１０に示したように、まず、アバランシェ試験の測定前の温度センス電圧ＶＦ１［Ｖ］と測定後の温度センス電圧ＶＦ２［Ｖ］とを取得し、その差を算出する。次に、温度センス電圧ＶＦ２［Ｖ］の取得と同時に、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ［Ｖ］とドレイン電流Ｉｄ［Ａ］との積をＰ［Ｗ］として熱抵抗Ｒｔｈ［℃／Ｗ］＝（ＶＦ１－ＶＦ２）／Ｐを算出する。

次に、測定系による熱抵抗に応じた条件の最適調整のための補正値の算出について説明する。被測定デバイス１のアバランシェ耐量と熱抵抗との関係は、図１１に破線で示す関係を有していて、熱抵抗Ｒｔｈが小さいほどアバランシェ耐量を大きくすることができる。ここで、完成品のアバランシェ耐量および熱抵抗があらかじめ測定されているので、完成品と同じ温度条件となるときのアバランシェ耐量を知ることができる。このときの被測定デバイス１のアバランシェ耐量と熱抵抗との関係から、先に算出した熱抵抗に相当するアバランシェ耐量がチップ条件として求められ、そのときのアバランシェ耐量に相当するようにチップ状態での測定系による試験条件への補正値として求められる。この補正値は、たとえば、記憶部２１に記憶できる。補正値は、電流値であっても電圧値であってもよい。

補正値の算出は、補正値算出部４１ｄにより行うことができる。この場合は、たとえば、完成品の狙いのアバランシェ耐量から導き出された印加するアバランシェエネルギと熱抵抗とをデジタイザ２２に入力しておく。アバランシェエネルギとしては、被測定デバイス１に印加する電圧とパルス信号幅の試験条件としてもよい。そして、前述したようにチップ状態の熱抵抗を算出し、補正値算出部４１ｄにより補正値を算出する。補正値が電流値である場合はゲートドライブユニット１１に伝えられ、パルス信号の幅を短くする。補正値が電圧値である場合は電源１４に伝えられ、電源１４は、ドレイン・ソース間に印加する電圧を小さくする。これにより、被測定デバイス１は、完成品の狙い値に対応した低い補正値のチップ条件でアバランシェ試験が行われることになるので、過剰なエネルギの印加がなくなる。

なお、補正値算出部４１ｄを設けない場合は、完成品の印加するアバランシェエネルギをデジタイザ２２に入力し、測定系での熱抵抗を算出し出力し、完成品の熱抵抗と測定系の熱抵抗とから補正値を算出し、補正値もしくは測定系での印加するアバランシェエネルギをデジタイザ２２に入力する。

このことから、被測定デバイス１を組み込んだ完成品の状態と同じ温度条件で試験するときの印加エネルギが少なくてよいので、スクリーニング試験としては、過剰なエネルギの印加がない分、不良品の発生率を減らすことができる。

なお、この実施の形態では、被測定デバイス１として個片化された半導体チップの場合について説明した。しかし、個片化される前の半導体ウエハの状態で半導体チップのスクリーニング試験をすることも可能である。

１ 被測定デバイス
２ 半導体チップ
２ａ 半導体基板
２ｂ ドレイン電極
２ｃ ソース電極
２ｇ ゲート電極
２ｈ アノード電極
２ｉ カソード電極
２ｊ 保護膜
３ 温度センスダイオード
５ 絶縁基板
６ 配線
７ はんだ
８ ワイヤ
１１ ゲートドライブユニット
１２ 電流計
１３ インダクタ
１４ 電源
１５ コンデンサ
１６ 電圧計
１７ 電流源
１８ 電圧計
１９ テスタ
２０ 入力部
２０ａ 取得部
２１ 記憶部
２２ デジタイザ
２３ 出力部
２４ 表示部
２５ ハンドラ
２６ 搬送部
２７ 測定部
２８ 吸着コレット
２９ チップトレイ
３０ 測定ステージ
３１ 吸着コレット
３２，３３ チップトレイ
４１ 演算部
４１ａ 破壊判定部
４１ｂ エネルギ算出部
４１ｃ 交換要否判定部
４１ｄ 補正値算出部

Claims (15)

1. パワーデバイスの半導体チップに対してチップ破壊が起こり得るスクリーニング試験のための試験装置において、
   前記スクリーニング試験により前記半導体チップに前記チップ破壊が生じたかどうかを判定する破壊判定部と、
   前記破壊判定部により前記チップ破壊と判定されたことを受けて前記半導体チップに印加される印加エネルギを算出するエネルギ算出部と、
   前記エネルギ算出部によって算出された前記印加エネルギの値が設定値以上かどうかを判定する判定部と、
   前記半導体チップを組み込んだ完成品のアバランシェ耐量試験での前記完成品の熱抵抗と、前記試験装置において前記半導体チップを前記完成品のアバランシェ耐量試験でのアバランシェエネルギで試験を行った際の測定系での熱抵抗とから、前記完成品のアバランシェエネルギに相当する前記測定系でのアバランシェエネルギに補正する補正値を算出する補正値算出部と、
   を備えた、半導体チップの試験装置。
2. 前記印加エネルギの値が前記設定値以上の場合前記半導体チップと電気的に接触されていたコンタクトプローブの交換のために前記試験装置の停止を指示する停止指示部をさらに有する、請求項１記載の半導体チップの試験装置。
3. 前記印加エネルギの値が前記設定値以上の場合前記半導体チップと電気的に接触されていた測定ステージの交換のために前記試験装置の停止を指示する停止指示部をさらに有する、請求項１記載の半導体チップの試験装置。
4. 前記エネルギ算出部は、前記半導体チップに印加される電圧と電流との積の時間積分により前記印加エネルギの値を算出する、請求項１記載の半導体チップの試験装置。
5. 前記印加エネルギの算出は、前記チップ破壊が生じたときから前記半導体チップに印加される破壊後印加エネルギを算出する、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体チップの試験装置。
6. 前記設定値は、あらかじめ解析した前記破壊後印加エネルギに対する前記半導体チップへのダメージの大きさの関係から決められた値である、請求項５記載の半導体チップの試験装置。
7. 前記スクリーニング試験のときに前記半導体チップを測定部まで搬送し、前記スクリーニング試験の終了後に、前記破壊判定部による判定結果に応じて前記測定部の前記半導体チップを良品トレイまで搬送するハンドラを備えている、請求項１記載の半導体チップの試験装置。
8. パワーデバイスの半導体チップに対してチップ破壊が起こり得るスクリーニング試験のための半導体チップの試験方法において、
   前記スクリーニング試験により前記半導体チップに前記チップ破壊が生じたとき、前記半導体チップを不良と判定するとともに、前記半導体チップに印加される印加エネルギを算出し、
   前記印加エネルギの値が設定値以上かどうかを判定し、
   前記印加エネルギの値が前記設定値以上と判定したとき、試験装置の停止を指示する、ステップを有し、
   前記半導体チップを組み込んだ完成品のアバランシェ耐量試験での前記完成品の熱抵抗と、前記試験装置において前記半導体チップを前記完成品のアバランシェ耐量試験でのアバランシェエネルギで試験を行った際の測定系での熱抵抗とから、前記完成品のアバランシェエネルギに相当する前記測定系でのアバランシェエネルギに補正する補正値を算出するステップをさらに有する、
   半導体チップの試験方法。
9. 前記試験装置の停止後、コンタクトプローブを交換し、試験を再開するステップをさらに有する、請求項８記載の半導体チップの試験方法。
10. 前記試験装置の停止後、測定ステージを交換し、試験を再開するステップをさらに有する、請求項８記載の半導体チップの試験方法。
11. 前記印加エネルギは、前記半導体チップに印加される電圧と電流との積の時間積分により算出される、請求項８ないし１０のいずれかに記載の半導体チップの試験方法。
12. 前記印加エネルギの算出は、前記チップ破壊が生じたときから前記半導体チップに印加される破壊後印加エネルギを算出する、請求項８ないし１１のいずれかに記載の半導体チップの試験方法。
13. 前記設定値は、あらかじめ解析した前記破壊後印加エネルギに対する前記半導体チップへのダメージの大きさの関係から決められた値である、請求項１２記載の半導体チップの試験方法。
14. 前記半導体チップを組み込んだ前記完成品のアバランシェ耐量試験での前記完成品の熱抵抗と、前記試験装置において前記半導体チップを前記完成品のアバランシェ耐量試験でのアバランシェエネルギで試験を行った際の測定系での熱抵抗とから、前記完成品のアバランシェエネルギに相当する前記測定系でのアバランシェエネルギを算出するステップをさらに有する、請求項８ないし１３のいずれかに記載の半導体チップの試験方法。
15. パワーデバイスの半導体チップに対してチップ破壊が起こり得るスクリーニング試験のための半導体チップの試験方法において、
    前記スクリーニング試験により前記半導体チップに前記チップ破壊が生じたとき、前記半導体チップを不良と判定するとともに、前記半導体チップに印加される印加エネルギを算出し、
    前記印加エネルギの値が設定値以上かどうかを判定し、
    前記印加エネルギの値が前記設定値以上と判定したとき、試験装置の停止を指示する、ステップを有し、
    前記半導体チップを組み込んだ完成品のアバランシェ耐量試験での前記完成品の熱抵抗と、前記試験装置において前記半導体チップを前記完成品のアバランシェ耐量試験でのアバランシェエネルギで試験を行った際の測定系での熱抵抗とから、前記完成品のアバランシェエネルギに相当する前記測定系でのアバランシェエネルギを算出するステップをさらに有する、
    半導体チップの試験方法。

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