JPS6321875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子回路、例えば半導体集積回路や混
成集積回路等の温度に対する性能、最適値および
限界等の特性を測定する方法に関する。

半導体集積回路や各種部品を組合せて作られた
混成集積回路ならびにツイン・トランジスタ等の
複合回路等は、まず机上で設計され実際に作られ
製品化される。この時、実際に作られた製品の設
計に対する実現値ならびにこの意味を含めた一般
性能特性や詳細な回路要素の最適値は、実製品や
試験用回路の測定値から得られることが極めて多
い。さらにこの際、試験用回路部品でも理想的性
能を有する製品は入手しにくく、また複雑な形式
の回路や、半導体集積回路等では多種の試験用回
路を作成することは困難である。

一般に、密でない比較的大型の電子回路、即ち
単体のトランジスタや抵抗等で構成された電子装
置の上記のような温度特性測定法の一例として
は、その電子装置の一部回路要素を恒温槽に入れ
ることによりその環境温度を制御したり、あるい
はヘアドライヤー等を用いて一部分的に高温化さ
せたり、冷却ガスを噴射し低温化する方法があ
る。しかし、回路構成が密でしかも小型でそれ自
体がある一つの回路機能をもつているもの、即ち
集積回路や混成集積回路等の電子部品では、上記
した温度特性測定方式は使用できない場合の方が
極めて多い。その理由をいくつかの例を上げて説
明する。第１の例として、ツイン・トランジスタ
のように、双方のトランジスタの微小な対称性の
温度特性を上記の方法によつて求める場合、環境
温度を変化させてもパツケージ全体の温度変化速
度が遅く測定時間の点から全く適さない。

第２の例は混成集積回路の内部配線部、例えば
半導体チツプ表面電極と外部電極とを結ぶ金属ワ
イヤの接着強度を調べる場合、一般に混成集積回
路ではその入出力間の電気特性を測定しながらこ
の接着強度を調べる。即ち、温度によつて素子が
基板配線から剥れると入出力間の電気信号は無く
なり、これによつて接着強度が測定できる。しか
し、全体回路の温度の上下による評価では他の素
子の剥れによつても電気信号は無くなり、このた
め測定すべき部分の温度特性が実際には測定され
ていないことになる。

第３の例は混成集積回路を構成する一素子、例
えば温度をパラメータとする特性が説明しやすい
電界効果トランジスタ（以下、FETと略す）の
特性が全体回路に及ぼす影響を測定する場合、例
えばある温度で不所望に回路の増幅利得が下がつ
た場合、上述のFETが果たして設計どおりに働
いているのかどうかを測定したい場合、全体の回
路の環境温度を上下することは全回路特性を変え
ることになり、このためほとんど無意味である。
また、FETの相互コンダクタンスgmはキヤリア
移動度μの1/2乗に比例して上がり、さらにキヤ
リア移動度μは約100〓までは絶対温度Ｔの１〜
３乗（以下平均２乗とする）に比例して上がつて
ゆく。

式で表わすなら、 gm∝μ^1/2∝（T^-2）^1/2＝１／Ｔ となる。よつて、相互コンダクタンスgmは常温
を300〓とし、いまFET部温度を100〓まで下げ
るならば、この式によると約３倍となる。さら
に、温度を下げることによつてFETのノイズや
表面リーク電流が小さくなり、より理想的な
FETが出現する。このため、FET部温度を100〓
に保つたままで、他の部分は前述した利得が低下
した温度に上昇させれば、このFETが悪いのか
それとも他の回路素子が悪いのかの判定がつく。
しかしながら、この状態は回路温度を室温より上
昇させることによつては得られないし、また極所
的な低温化ができないなら意味がない。

第４の例には集積回路や混成回路等における構
成回路、例えば増幅回路の入力や出力に接続され
た、例えば半導体抵抗の抵抗値を見積る場合、全
体の回路の温度の上下には他の回路特性も変動す
るのでやはり意味がない。つまり、半導体抵抗の
抵抗値を定めるのは、キヤリア移動度の温度によ
る変化であり、このためこのことに着目しない限
り、本来の目的からはずれてしまう。

第５の例としては、やはり集積回路を例にと
り、その中のバイポーラトランジスタの増幅度に
着目してみたとき、かりにトランジスタ部の温度
を上昇さらには下降させてもエミツタ、コレクタ
およびベース領域ならびにその接合界面のいろい
ろな特性の変動が複合され、一部の例えばエミツ
タ・ベース間接合部のみの温度による変動は評価
されない。

ここまでに、いくつかの類似した、あるいは全
く性格の異なつた例で述べたように、従来の温度
特性測定方法では、真に評価すべき部分の特性測
定は不可能であつた。従つて、本発明の目的は特
に微細部分の適性や性能限界をより精度よく測定
する方法を与えるものである。

本発明によれば、半導体集積回路や混成回路等
の特に微細で密な電子回路の一部に任意の赤外光
やレーザといつた細い光線を射照することによつ
て、その局所的部分や広範囲にわたる部分の温度
を制御し、評価すべき部分の特性をより精度よく
測定可能な電子回路の測定方法をえる。

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、上
述した第１から第５の例に適応して説明する。

上述の第１の例はツイントランジスタの対称性
の測定であつた。このツイントランジスタとし
て、第１図に示したプラステツクパツケージに入
つたトランジスタとし、外部リード１〜７を有し
ている。そして、このトランジスタは第２図にそ
の基本断面を示したツインFETを例にとつて説
明するが、ツインバイポーラトランジスタでも同
じような形である。第２図の端子４は半導体基板
と抵抗性接触をなした電極であると共に、第１図
の外部リード４上に金属学的に接続されている。
端子１，７は第１、第２ドレイン、端子３，５は
第１、第２ソース、端子２，６は第１、第２ゲー
トでこれらは細い金属（金線等）ワイヤで第１図
のそれぞれ同じ番号に対応する外部リード１，
２，３，５，６および７に接続されている。この
ツインFETの対称性の１例として、同一ドレイ
ン電流駆動している際のゲート・ソース間電圧の
差△V_GSの温度変化特性がある。これを測定する
場合、従来の方法では前述の如く第１図の製品に
バイアスを印加し、その環境温度を変えて求めて
いた。しかし、この方法ではチツプの温度が一定
の温度になるためにはパツケージ温度の上昇を待
たねばならず、長い時間を要する。

本実施例では、外部リード４にレーザや赤外線
の光を照射させることによつて、温度特性を求め
る。つまり、外部リード４に前述の光を照射する
と、このリード４と端子４を介して金属学的に接
続されたFETチツプは急激にその温度が上昇す
る。この場合のチツプの温度は片側のFETのゲ
ート・ソース間電圧V_GSの変化量で、一般のバイ
アス状態では非常な精度で測定できる。そして、
温度変化に対する任意の２点の△V_GSの測定によ
り双方のゲート・ソース間電位差△V_GSの温度特
性がすみやかに測定できる。また、環境温度を初
めに下げておくことにより、大きな温度範囲での
測定が可能となる。本実施例の測定法によると、
発熱部は外部リード４自体であり、非常にリー
ド・リード間が接近した場合でも効果的な発熱が
可能となり、さらにこのため測定時間が短縮され
る。

上記第２の例の混成集積回路において、半導体
チツプ表面電極と外部電極を結ぶ金属ワイヤの接
着状態を調べる場合、接部近傍にレーザや赤外線
の細い光を照射することにより周辺回路にほとん
ど影響を与えず、温度特性を測定できて、前述の
ような誤りもおかさない。

第３の例の場合は、例えば回路全体を冷却し、
FET以外の動作部を複数の光線で常温に戻すこ
とにより、より理想的な高性能のFETを回路内
に作り、これによつてFETの回路に及ぼす温度
特性が測定できる。

第４の例の半導体抵抗の抵抗値の温度特性で
も、この半導体抵抗部にのみ光線を照射して、温
度によるキヤリア移動度の変化に着目した特性測
定が可能となる。尚、この場合光線の集束性と照
射を受けた領域がどの程度狭い温度分布をもつか
によつて、本測定法の限界が与えられる。このう
ち、光線の集束性の問題に対してレーザ光の細さ
は現在ではミクロンのオーダまで細くすることが
可能であり、このオーダでは一般の半導体集積回
路の表面電極の寸法内にのみ射照することも可能
である。また、温度分布に対して表面電極は素
子・素子間を接続し、かつ表面電極の大部分は半
導体チツプ上の絶縁膜の上に形成されているの
で、このひとつの電極内にレーザ光を照射したと
きは他部に温度がろうえいすることは少なくな
る。また、一材料の表面に光を照射した場合にお
けるその部分の温度を求めることは比較的容易で
ある。つまり、この光を照射した部分の温度を求
める手段として、第１にその光を照射する部分が
金属であるのか又は半導体であるのかがあらかじ
めわかつている場合、その光の強さならびに波長
とその部分の特性とによつて求まる。第２はあら
かじめ被測定体の温度による特性変化を求めてお
き、それによつて光を照射した部分の特性変化か
ら求める。そして第３は、温度センサ等の温度測
定装置によつて求める。

このように、本測定法は正確かつ所望の部分の
みの温度特性測定が可能である。

さらに、光を断続的に照射したり、また走査さ
せたりすることも容易で、温度の制御は光の強さ
や光の細かばかりでなく可能であり、さらには断
続的あるいは単パルス的照射と測定時間の制御に
よつては、温度が他の部分にろうえいすることな
く、瞬時に測定することも可能となる。これによ
つて第３、第４の例のような測定の際、回路形式
を変えることなく、また短時間に評価ができるよ
うになり、非常な効果を期待することができる。

第５の例の場合も、エミツタ・ベース接合部あ
るいはその近傍部に光を照射することによつて上
述の第３、第４例の場合と同じように、バイポー
ラトランジスタの増幅度のエミツタ・ベース接合
部の温度変化による特性を測定できる。さらに、
半導体におけるＰ−Ｎ接合と光との関係から、別
の意味での測定が可能となる。つまり、トランジ
スタのエミツタ・ベース間接合が光学的に露出し
ている構造を有している場合、極端な例としてエ
ミツタ電極金属の一部がけずられ、この電極の上
部からエミツタ・ベース間Ｐ−Ｎ接合部に光を照
射できる構造の場合、これは容易に製造できかつ
トランジスタとしても無理なく動作するが、この
Ｐ−Ｎ接合にある波長である強さの光を照射する
とその波長と強さによつては、きわめて高効率に
キヤリアを発生させ、光のエネルギーを電流に変
化させ、ベース電流を増加させてトランジスタの
hfe（入出力電流増幅率）を変化させることができ
る。この場合はほとんど温度とは無関係である。
これによつて最適なhfeの測定が可能となり、そ
の結果によつて適切なエミツタおよびベース領域
の濃度や形状が決定できる。これは同じように回
路内ダイオードやその他素子にも使用できる方法
である。さらにこの場合もまた光をパルス的ある
いは断続的に照射することにより、短時間にそし
て交流的な観点からの回路特性測定が可能とな
る。

ここまでに５つの測定例とこれから派生する例
を述べたように、本発明によれば特に集積回路等
の回路が密で、一部を切り離すことができない回
路の所定部の電気的および温度特性の測定を正確
に行なえ、きわめて多くの応用と非常な効果を期
待することができることは明らかである。

尚、本発明は上記実施例に限られるものではな
く、被測定体として電子装置等の回路が密でない
電子回路にも同様に適応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はツイン・トランジスタの外形図、第２
図は第１図のパツケージ内に内蔵された電界効果
トランジスタの基本断面図である。 １，７は第１、第２ドレイン電極、３，５は第
１、第２ソース電極、２，６は第１、第２ゲート
電極、４は第１、第2FETの絶縁層と共通の基板
電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体チツプが接着搭載された第１のリード
   線を前記半導体チツプの電極に電気的に接続され
   た複数の第２のリード線と共に封止容器から外部
   に導出した半導体装置に対し、前記第１のリード
   線に光を照射して前記半導体チツプを加熱し、前
   記複数の第２のリード線の中の所定のリード線の
   電位変化をみることによつて前記半導体チツプの
   温度変化を測定すると共に電気的特性の温度変動
   を測定することを特徴とする半導体装置の特性測
   定方法。