DE102007009549B4

DE102007009549B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Stromaufnahme und der Kapazität eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102007009549B4
Application number: DE102007009549.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Christian Mielke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: DE102007009549A1; US7646206B2; US20080204045A1

Abstract

Meßvorrichtung, umfassend: mindestens eine Spannungsquelle (VDDF) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für ein zu testendes Halbleiterbauelement (DUT), wobei die Spannungsquelle (VDDF) vorgesehen ist, mit dem zu testenden Halbleiterbauelement (DUT) verbunden zu werden; zumindest einen ersten Testerkanal (TC1), der über ein erstes RC-Glied, das einen ersten Widerstand (R; R1) und einen damit reihengeschalteten ersten Kondensator (C; C1) umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle (VDDF) verbunden ist; wobei der erste Testerkanal (TC1) zum zeitaufgelösten Messen einer Ladespannung (V; V1) des ersten Kondensators (C; C1) angepaßt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Halbleiterbauelemente werden umfangreichen Funktionstests unterzogen, um fehlerhafte Bauelemente auszusondern. Dabei kann das zeitliche Verhalten der Stromaufnahme eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines komplexen Bauelements wie beispielsweise einer integrierten Schaltung, Aufschluß darüber geben, ob das Bauelement fehlerhaft ist oder nicht. Ebenfalls kann die Kapazität des Bauelements Aufschluß darüber geben, ob das Bauelement fehlerhaft ist oder nicht.
Bislang wird die Stromaufnahme des Halbleiterbauelements direkt durch die Versorgungsspannungsmodule der Chip-Tester gemessen. Die Zeitauflösung dieser Testersysteme für die Messung der Stromaufnahme liegt jedoch typischerweise im Bereich einiger Millisekunden. Daher sind diese Testersysteme nicht in der Lage, schnelle Vorgänge wie beispielsweise Stromspitzen beim Anschalten von Schaltungsblöcken in einer integrierten Schaltung zu erfassen.
Die US 6,307,363 beschreibt einen Fühlerkopf zum Erfassen eines hochfrequenten breitbandigen Eingangssignals. Der Fühlerkopf weist eine Schaltungsanordnung auf, in der mehrere parallel geschaltete Filterzweige mit jeweils verschiedener Filtercharakteristik die Gleichspannungsanteile aus dem Eingangssignal herausfiltern.
Aus der US 6 246 248 B1 ist eine Testvorrichtung zum Erfassen eines ungewöhnlichen Ruhestroms in einem Bauelement bekannt.
Dazu werden Testmuster dem Bauteil zugeführt und dabei die Leistungsaufnahme des Bauteils, konkret der dabei fließende Versorgungsstrom, gemessen und mit Referenzwerten verglichen.
Einen dazu ähnlichen Ansatz beschreibt die US 5 949 798 , welche ebenfalls den vom Bauteil verbrauchten Strom ermittelt und daraus ein Leistungsspektrum ermittelt, dass einer Analyse zugeführt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund soll eine verbesserte Messvorrichtung vorgeschlagen werden, welche in der Lage ist, schnelle Vorgänge bei der Erfassung der Stromaufnahme zu registrieren.
Im Hinblick auf das oben Gesagte wird eine Meßvorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 26 sowie ein Meßverfahren nach Anspruch 18 bereitgestellt. Die Meßvorrichtung weist mindestens eine Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für ein zu testendes Halbleiterbauelement, zumindest einen ersten Testerkanal, der über ein erstes RC-Glied, das einen ersten Widerstand und einen damit reihengeschalteten ersten Kondensator umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, auf, wobei der erste Testerkanal zum zeitaufgelösten Messen einer Ladespannung des ersten Kondensators angepaßt ist. Die Unteransprüche beziehen sich auf besondere Ausführungsarten der Erfindung.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den beigefügten Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombination eines Ausführungsbeispiels mit Merkmalen und Merkmalskombinationen eines anderen Ausführungsbeispiels zu kombinieren.
1 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Testerkanals, wie er in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
3 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt typische Strom-, Spannungs- und Signalverläufe bei einem Meßverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt typische Strom-, Spannungs- und Signalverläufe bei einem Meßverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt einen typischen Spannungs- und Signalverlauf bei einem Meßverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß noch einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt typische Stromverläufe bei einem Meßverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
1 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte Meßvorrichtung ist insbesondere zur Messung einer Stromaufnahme eines zu testenden Halbleiterbauelements DUT geeignet. Insbesondere kann die hier beschriebene Meßvorrichtung in einen Chip-Tester integriert sein. Dabei weist der Chip-Tester Testerkanäle TCn, TCn + 1, TCn + m auf, über die Testpattern an das Halbleiterbauelement DUT angelegt werden können. Da solche Chip-Tester bekannt sind wird an dieser Stelle nicht weiter auf die genaue Struktur des Testers eingegangen. Die Meßvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Spannungsquelle V_DDF, die eine Versorgungsspannung für das zu testende Halbleiterbauelement DUT bereitstellt. Typischerweise ist das Halbleiterbauelement während des Tests in einem dafür vorgesehenen Sockel (nicht gezeigt) aufgenommen, der über Anschlüsse verfügt, mittels derer die Versorgungsspannung angelegt werden kann. Gemeinhin verfügt der Sockel über weitere Anschlüsse, die mit den Testerkanälen TCn, TCn + 1, TCn + m verbunden sind.
Die Meßvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet weiterhin einen Testerkanal TC1, der über ein RC-Glied mit der Versorgungsspannungsquelle V_DDF verbunden ist. Das RC-Glied umfaßt einen Widerstand R und einen damit in Reihe geschalteten Kondensator C. In der Darstellung der 1 ist der Kondensator C zwischen den Testerkanal TC1 und den Widerstand R geschaltet, jedoch kann die Anordnung des RC-Glieds auch umgekehrt sein. Mit anderen Worten könnte auch der Widerstand R zwischen den Kondensator C und den Testerkanal TC1 geschaltet sein. Das RC-Glied stellt eine Zeitkonstante τ = R × C bereit. Typischweise liegt die Zeitkonstante τ des RC-Glieds im Bereich von 1 μs bis 1 ms, insbesondere im Bereich von 1 μs bis 100 μs. Typischweise liegt der Widerstandswert des Widerstands R im Bereich von 0,7 kΩ bis 5 kΩ. Da der Innenwiderstand des zu testenden Bauelements typischerweise im Bereich um 10 Ω liegt, wird auf diese Weise sichergestellt, daß nur ein vernachlässigbar kleiner Strom über den Meßzweig und über den Kondensator abfließt. Bei einem zu testenden Bauelement mit einem Innenwiderstand von 10 Ω fließt nur etwa 1% des Stroms über den Meßzweig mit dem RC-Glied, wenn der Widerstandswert des Widerstands R im RC-Glied 1 kΩ beträgt. Der genaue Widerstandswert kann in Abhängigkeit von dem zu testenden Bauelement sowie der Empfindlichkeit der Meßvorrichtungen gewählt werden. Darüber hinaus ist der Testerkanal TC1 angepaßt, eine Ladespannung V des ersten Kondensators C zeitaufgelöst zu messen. Dazu ist neben einer Spannungsmeßeinrichtung ebenfalls ein Taktsignal von einer Uhr TCLK an den Testerkanal TC1 bereitgestellt.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Testerkanals, wie er in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der in 2 gezeigte Aufbau entspricht dem gestrichelten Kasten in 1. Darin ist ein Padfleck 21 über einen Schalter 22 mit Masse GND verbindbar. Alternativ kann anstatt eines Masseanschlusses auch ein Treiber DRV verwendet werden, der eine bestimmte Spannung treiben kann. Die weiteren Ausführungen beziehen sich der Einfachheit halber lediglich auf einen Masseanschluß GND, jedoch ist stets auch die Lösung mittels Treiber DRV mitumfaßt. Weiterhin kann die Spannung zwischen dem Padfleck 21 und Masse GND mittels einer Spannungsmeßeinrichtung 23 ermittelt werden. Die Spannungsmeßeinrichtung 23 ist für diesen Zweck zwischen den Padfleck 21 und Masse GND und parallel zum Schalter 22 geschaltet. Es ist in 2 angedeutet, daß der Padfleck 21 mit dem Meßzweig, d. h. mit dem RC-Glied, verbunden ist. Daher liegt der Padfleck 21 auf demselben Potential wie die mit ihm verbundene Elektrode des Kondensators C. Somit ist die Spannungsmeßvorrichtung 23 geeignet, die Spannung zwischen dem Kondensator C und dem Masseanschluß GND, d. h. insbesondere die Ladespannung des Kondensators C, zu messen. Weiterhin ist ein Komparator 24 mit der Spannungsmeßvorrichtung 23 verbunden.
Der Komparator 24 ist eingerichtet, die von der Spannungsmeßvorrichtung 23 gemessene Spannung V mit einer vorbestimmten Schwellenspannung V_th zu vergleichen. Der Komparator 24 verfügt über einen Ausgang, an dem das Ergebnis des Vergleichs bereitgestellt wird. Weiterhin ist eine Uhr TCLK bereitgestellt, deren Taktsignal an dem Komparator 24 anliegt. Auf diese Weise ist es möglich, die Spannungsmessung, beziehungsweise den Vergleich der aktuellen Ladespannung V mit der Schwellenspannung V_th, zeitaufgelöst vorzunehmen. Typischerweise weist die Uhr TCLK einen Takt im Bereich von 2 ns bis 10 μs, insbesondere im Bereich 10 ns bis 200 ns auf. Durch diese schnelle Taktfrequenz wird eine hohe Zeitauflösung der Spannungsmessung bewirkt, so daß der Zeitpunkt des Erreichens der Schwellenspannung V_th sehr genau ermittelt werden kann. Insbesondere kann die Taktzeit der Uhr TCLK somit um bis zu sechs Größenordnungen kleiner sein als die Zeitkonstante τ des RC-Glieds. Insofern kann die Ladekurve des Kondensators C mit einer sehr hohen Zeitauflösung gemessen werden. Insbesondere ist es möglich, die Ladekurve mehrfach innerhalb eines Testpatterns zu messen. Typischerweise ist die Uhr TCLK eine interne Uhr des Chip-Testers und muß nicht zusätzlich bereitgestellt werden. Weiterhin wird das Signal der Uhr TCLK auch an den Schalter 22 bereitgestellt, so daß dieser durch den Uhrentakt getriggert geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Ist statt des Masseanschlusses GND ein Treiber DRV vorgesehen, kann das Taktsignal auch an den Treiber DRV bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann die vom Treiber DRV bereitgestellte Spannung durch den Uhrentakt getriggert werden.
Der in 2 gezeigte Aufbau entspricht im wesentlichen dem Aufbau bekannter Tester-Kanäle, insbesondere auch in einer Ausführungsform mit einem Treiber DRV anstelle des Masseanschlusses GND. Weiterhin kann der oben beschriebene Aufbau des Testerkanals als exemplarisch für alle in dieser Anmeldung beschriebenen Testerkanäle für zeitaufgelöste Spannungsmessung angesehen werden.
Die anhand der 1 und 2 beschriebene Meßvorrichtung ist geeignet, den Zeitverlauf der Stromaufnahme des zu testenden Halbleiterbauelements DUT mit hoher Zeitauflösung zu ermitteln. Dazu wird die Stromaufnahme des Bauelements über die Ladekurve des Kondensators C im RC-Glied abgebildet. Aufgrund der relativ kleinen Zeitkonstante τ im Bereich von einigen Mikrosekunden ist die Meßvorrichtung in der Lage, die Stromaufnahme mit einer Zeitauflösung von ungefähr 2τ bis 10τ, insbesondere 3τ bis 5τ zu messen. Auf diese Weise kann eine Zeitauflösung für die Strommessung erreicht werden die ein bis 4 Größenordnungen kleiner ist als die Zeitauflösung herkömmlicher Testersysteme. Dadurch ermöglicht die Meßvorrichtung, auch schnelle Vorgänge wie beispielsweise Stromspitzen beim Anschalten von Schaltungsblöcken in einer integrierten Schaltung zu erfassen. Auf diese Weise kann die Fehlererkennung und Fehlerlokalisierung beim Testen von Halbleiterbauelementen, insbesondere komplexen Halbleiterbauelementen wie etwa integrierten Schaltungen, verbessert werden. Darüber hinaus weist die oben beschriebene Meßvorrichtung einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf und ist deutlich kostengünstiger als herkömmliche Tester-Module zur Messung der Stromaufnahme.
3 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Darin ist zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Aufbau eine sogenannte Sense-Leitung gezeigt, über die eine Sense-Spannung V_DDS an das zu testende Bauelement DUT bereitgestellt werden kann. Eine solche Sense-Spannung dient zur Erhöhung der Eingangsspannungskonstanz am Bauelement DUT. Über die Sense-Spannungsquelle V_DDS lassen sich lastabhängige unterschiedliche Spannungsfälle ausregeln, wodurch die Eingangsspannungskonstanz deutlich erhöht wird. Dieses Konzept ist bekannt und in gängigen Testersystemen integriert. Die Reaktionszeit der Sense-Regelung ist jedoch kleiner als die Zeitauflösung der Stromaufnahmemessung bei herkömmlichen Testersystemen. Daher können diese herkömmlichen Testersysteme den Effekt durch die Sense-Regelung nicht erfassen. Insbesondere können Oszillationen, die durch die Sense-Regelung entstehen können, durch herkömmliche Testersysteme nicht aufgelöst werden. Im Gegensatz dazu kann die Zeitauflösung der Stromaufnahmemessung mittels des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung so klein eingestellt werden, daß die durch die Sense-Regelung hervorgerufenen Effekte erkannt und berücksichtigt werden können. Auf diese Weise können insbesondere durch die Sense-Regelung hervorgerufene Oszillationen erkannt werden und bei der Ermittlung der Stromaufnahme des Bauelements berücksichtigt werden. Weiterhin zeigt die 3 eine Spannungsquelle V_DDC, die typischerweise bereitgestellt ist, wenn es sich bei dem zu testenden Bauelement um eine integrierte Schaltung bzw. einen Prozessor handelt. In diesem Fall stellt die Spannungsquelle V_DDC eine Core-Spannung für den Prozessor bereit. Dabei wird unter einer Core-Spannung eine Versorgungsspannung eines Prozessorkerns oder eines anderen zentralen und schnell getakteten Teilbereichs einer integrierten Schaltung verstanden. Typischerweise ist die Core-Spannung niedriger als andere Versorgungsspannungen im System, damit bei den hohen Taktfrequenzen im Prozessorkern ein möglichst geringer Schalthub und damit eine möglichst geringe Verlustleistung entstehen.
Im folgenden wird nun ein Meßverfahren zur Messung der zeitaufgelösten Stromaufnahme eines Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei zeigt 4 typische Strom-, Spannungs- und Signalverläufe bei einem solchen Meßverfahren. Zunächst wird bei dem Meßverfahren zumindest die Spannungsquelle V_DDF, typischerweise jedoch auch die Spannungsquellen V_DDS und V_DDC, mit dem zu testenden Halbleiterbauelement DUT verbunden. Dazu kann das Bauelement beispielsweise in einen dafür vorgesehenen Sockel eines Chip-Testers eingesetzt werden. Auf diese Weise kann eine Versorgungsspannung an das Halbleiterbauelement DUT angelegt werden. Sodann wird der Kondensator C des RC-Glieds entladen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Schalter 22 zwischen dem Padfleck 21 und dem Masseanschluß GND geschlossen wird. Ist ein Treiber DRV vorgesehen, kann beispielsweise Masse GND durch den Treiber bereitgestellt werden. Anschließend wird der Kondensator C mittels der Versorgungsspannungsquelle V_DDF geladen, beispielsweise indem der Schalter 22 zwischen dem Padfleck 21 und dem Masseanschluß GND geöffnet wird. Die Spannungsmeßvorrichtung 23 mißt die Ladespannung V des Kondensators C. In 4 ist dies in der linken Hälfte der Figur dargestellt. Dabei zeigt das obere Diagramm den Verlauf der Stromaufnahme I_IC des Bauelements DUT, die im gezeigten Fall im wesentlichen konstant ist. Darunter ist die typische Ladekurve V(t) = V_sat(1 – e^–t/RC) des Kondensators C gezeigt. Dabei kann die Ladespannung des Kondensators V theoretisch bis zur Sättigungsspannung V_sat ansteigen. Die Zeitkonstante τ = RC, bezeichnet dabei den Zeitpunkt, bei dem die Ladespannung V ca. 63% der Sättigungsspannung V_sat erreicht hat. Während des Ladevorgangs des Kondensators wird die Ladespannung zeitaufgelöst gemessen. Dazu wird typischerweise das Taktsignal, das von der Uhr TCLK bereitgestellt wird, verwendet. Wie oben beschrieben liegt die Zeitkonstante τ des RC-Glieds im Bereich von 1 μs bis 1 ms, insbesondere im Bereich von 1 μs bis 100 μs, wohingegen die Uhr TCLK typischerweise einen Takt im Bereich von 2 ns bis 10 μs, insbesondere im Bereich 10 ns bis 200 ns, aufweist. Daher liegt die relative Zeitauflösung bei der Ladekurve in der Größenordnung von 10^–3 bis 10^–6. Auf diese Weise wird eine sehr genaue Auflösung der Ladekurve sichergestellt. Weiterhin kann so auch der Zeitpunkt t₁ sehr genau bestimmt werden, zu dem die Ladespannung eine vorbestimme Schwellenspannung V_th erreicht. Dazu wird die von der Spannungsmeßvorrichtung 23 ermittelte Ladespannung V des Kondensators an den Komparator 24 ausgegeben. Dieser vergleicht nun die Ladespannung V mit der Schwellenspannung V_th und gibt ein entsprechendes Vergleichssignal TCSignal aus. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform liegt der Ausgang des Komparators 24 auf LOW solange die Schwellenspannung V_th nicht erreicht wurde und springt bei Erreichen der Schwellenspannung auf HIGH. Dies ist natürlich nur beispielhaft zu verstehen, da auch ein beliebiges anderes Ausgangssignal, das das Erreichen der Schwellenspannung V_th signalisiert, verwendet werden kann. Typischerweise wird das Ausgangssignal des Komparators 24 in eine Datei geschrieben, die den gesamten Testvorgang dokumentiert. Selbstverständlich ist auch jede andere Art der Speicherung bzw. Ausgabe möglich. Da der Komparator 24 typischerweise ebenfalls mit dem Taktsignal TCLK arbeitet, ist auch hier die hohe relative Zeitauflösung gewährleistet. Die Schwellenspannung V_th liegt unterhalb der Sättigungsspannung V_sat und kann beispielsweise durch ein Vielfaches der Zeitkonstante τ charakterisiert werden, die bis zum Erreichen der Schwellenspannung V_th vergeht. Beispielsweise liegt dabei die Schwellenspannung V_th in einem Bereich von 2τ bis 5τ, wobei 5τ einer Aufladung des Kondensators auf mehr als 99% entspricht. In einem letzten Schritt zur Auswertung der Daten wird aus der Zeit t₁ zum Erreichen der Schwellenspannung V_th der Ladestrom I bis zu diesem Zeitpunkt gemäß
bestimmt. Auf diese Weise kann die Stromaufnahme des Bauelements mit einer Zeitauflösung von ungefähr 2τ bis 10τ, insbesondere 2τ bis 5τ, ermittelt werden. Bei typischen Zeitkonstanten τ von wenigen Mikrosekunden ist das oben beschriebene Meßverfahren um Größenordnungen genauer in der Zeitauflösung als die Messungen mit herkömmlichen Testersystemen.
Wie in 4 gezeigt, wird die Stromaufnahme typischerweise jedoch nicht nur einmal gemessen. Vielmehr werden die oben beschriebenen Schritte mehrfach hintereinander ausgeführt. Dabei muß der Kondensator C zunächst wieder entladen werden, was auch eine gewisse Zeit, typischerweise 5τ oder mehr, beansprucht. Daher kann die Stromaufnahme des Bauelements zwar mit einer Zeitauflösung im Bereich von ungefähr 2τ bis 10τ gemessen werden, jedoch kommt noch eine etwa gleich große Totzeit zum Entladen des Kondensators C hinzu. Während dieser Totzeit kann die Stromaufnahme nicht durch denselben Testerkanal gemessen werden. Es ist jedoch möglich, einen zweiten Testerkanal (nicht gezeigt) bereitzustellen, der jeweils zeitversetzt zum ersten Testerkanal mißt. Mit anderen Worten, während der erste Testerkanal auflädt wird der Kondensator im zweiten Kanal entladen und umgekehrt. Da beide Testerkanäle von demselben Signal TCLK getriggert werden können, ist eine Synchronisierung relativ einfach herzustellen. Anschließend können die Daten aus beiden Kanälen zusammengeführt werden, um eine kontinuierliches Stromaufnahmesignal zu erstellen. In dem im rechten Teil der 4 gezeigten Beispiel sinkt die Stromaufnahme I_IC kurz nach Meßbeginn ab. Dadurch wird der Kondensator C im rechten Beispiel langsamer geladen als im linken Beispiel. Entsprechend ist die Zeitdauer t₂ bis zum Erreichen der Schwellenspannung V_th im rechten Beispiel länger als im linken Beispiel in 4. Auf diese Weise kann die Variation in der Stromaufnahme des Bauteils mittels der Zeitdifferenz zwischen den beiden Messungen bestimmt werden. Insbesondere kann zwischen innerhalb eines Testpatterns aufeinanderfolgend ermittelten Stromwerten I₁, I₂ die Differenz ΔI bestimmt werden, um eine Veränderung der Stromaufnahme des Bauteils während des Testpatterns zu detektieren. Aufgrund der kurzen Meßdauer können entsprechende Differenzen ΔI sogar mehrmals innerhalb eines Testpatterns bestimmt werden. Auf diese Weise können auch schnelle Vorgänge wie beispielsweise Stromspitzen beim Anschalten von Schaltungsblöcken in einer integrierten Schaltung ermittelt werden.
5 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 5 gezeigte Meßvorrichtung umfaßt zusätzlich zu dem bereits in 1 bis 3 gezeigten ersten Testerkanal TC1 einen zweiten Testerkanal TC2. Der zweite Testerkanal TC2 weist im wesentlichen denselben in 2 gezeigten Aufbau wie der erste Testerkanal auf. Der zweite Testerkanal TC1 ist über ein zweites RC-Glied, das einen zweiten Widerstand R2 und einen damit reihengeschalteten zweiten Kondensator C2 umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle V_DDF verbunden ist. Ebenso wie der erste Testerkanal TC1 ist auch der zweite Testerkanal TC2 zum zeitaufgelösten Messen einer Ladespannung, nämlich der zweiten Ladespannung V2 des zweiten Kondensators C2 eingerichtet. Weiterhin umfaßt die Meßvorrichtung einen Spannungsteiler R3, R4, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle V_DDF und dem Halbleiterbauelement DUT angeordnet ist. Dabei ist der erste Kondensator C1 im ersten RC-Glied direkt mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden während der zweite Kondensator C2 im zweiten RC-Glied mit dem Zwischenabgriff des Spannungsteilers verbunden ist. Auf diese Weise liegt am ersten Kondensator C1 zwischen dem Verbindungsknoten V_ch1 und dem Masseanschluß GND bzw. dem Treiber DRV während des Meßvorgangs die Versorgungsspannung V_DDF an. Im Gegensatz dazu wird der zweite Kondensator C2 lediglich mit der Teilspannung V_ch2 = V_DDFR₄/(R₃ + R₄) aufgeladen. Beispielsweise können hier aus Gründen der Einfachheit ganzzahlige Verhältnisse R₄ = nR₃, n = 1, 2, 3, ..., zwischen den Widerständen des Spannungsteilers gewählt werden. Typischerweise weisen das erste RC-Glied R1, C1 und das zweite RC-Glied R2, C2 die gleiche Zeitkonstante τ = RC auf. Auf diese Weise wird ein Vergleich zwischen den Ladekurven des ersten Kondensators C1 und des zweiten Kondensators C2 vereinfacht. Insbesondere können dabei das erste RC-Glied und das zweite RC-Glied identisch ausgebildet sein. Mit anderen Worten können der erste Widerstand R1 im ersten RC-Glied und der zweite Widerstand R2 im zweiten RC-Glied den gleichen Widerstandswert aufweisen und ebenfalls der erste Kondensator C1 im ersten RC-Glied und der zweite Kondensator C2 im zweiten RC-Glied den gleichen Kapazitätswert aufweisen. Um eine Synchronizität der Meßvorgänge im ersten Testerkanal TC1 und im zweiten Testerkanal TC2 zu gewährleisten wird typischerweise dasselbe Taktsignal TCLK sowohl an den ersten Testerkanal TC1 als auch an den zweiten Testerkanal TC2 bereitgestellt. Wie bereits oben erwähnt kann dabei eine vom Chip-Tester bereitgestellte Uhr verwendet werden.
6 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Meßvorrichtung ist im wesentlichen ähnlich aufgebaut wie die in 5 gezeigte Meßvorrichtung, jedoch ist der Strompfad von der Versorgungsspannungsquelle V_DDF zu dem Halbleiterbauelement DUT in zwei zueinander parallel geschaltete Stränge aufgeteilt. Dabei sind der erste und das zweite RC-Glied R1, C1; R2, C2 mit demselben Strang verbunden. Der zweite Strang weist Widerstände R5 und R6 auf, wobei R5 + R6 = R3 + R4 ist. Auf diese Weise wird der Stromfluß über jeden Pfad verringert, wodurch beispielsweise die Gefahr des Groundbouncings vermindert wird. Obwohl die in 6 gezeigte Ausführungsform zwei Stränge aufweist, können selbstverständlich auch mehr parallele Stränge im Strompfad verwendet werden.
7 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform gemäß 7 unterscheidet sich von der in 6 gezeigten Ausführungsform, indem der erste und der zweite Testerkanal TC1, TC2 die erste und die zweite Ladespannung V1, V2 nicht nach den jeweiligen RC-Gliedern sondern zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Widerstand R1, R2 und dem ersten bzw. zweiten Kondensator C1, C2 abgreifen. Der erste und der zweite Kondensator C1, C2 sind jeweils gegen Masse GND geschaltet. Auch auf diese Weise können die erste und die zweite Ladespannung V1, V2 ermittelt werden. Jedoch kann in dieser Anordnung eine Beeinträchtigung der Messung durch Einstreuen des Uhrsignals TCLK in die Kapazitäten C1, C2 vermindert werden. Im übrigen kann diese Anordnung mit Abgriff zwischen Widerstand und Kondensator natürlich auch bei einer Meßanordnung mit nur einem Meßzweig, beispielsweise gemäß 1 oder 3, verwendet werden, um denselben Vorteil zu erzielen.
8 zeigt typische Strom-, Spannungs- und Signalverläufe bei einem Meßverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Meßverfahren wird eine Meßvorrichtung mit zwei Testerkanälen TC1, TC2 verwendet. Der grundsätzliche Ablauf der Messung in jedem der Testerkanäle ist wie oben beschrieben. Mit anderen Worten wird auch das zweite reihengeschalteten RC-Glied R2, C2 zunächst entladen, und anschließend der zweite Kondensator C2 mittels der Spannungsquelle V_DDF geladen. Im Gegensatz zum ersten Kondensator C1 wird der zweite Kondensator jedoch nur mit der durch den Spannungsteiler bereitgestellten Teilspannung geladen. Dies führt dazu, daß die Sättigungsspannung V_sat2 des zweiten RC-Glieds niedriger ist als die Sättigungsspannung V_sat1 des ersten RC-Glieds. Jedoch ist, wie in 8 gezeigt, die Schwellenspannung V_th für beide Testerkanäle TC1, TC2 gleich. Dabei wird typischerweise die Schwellenspannung V_th so gewählt, daß sie im ersten Testerkanal TC1 schon im Bereich des steilen Spannungsanstiegs, beispielsweise bei 0,3τ bis 1τ, erreicht wird. Hingegen wird im zweiten Kanal TC2 die Schwellenspannung V_th erst im Bereich von etwa 1,5τ bis 5τ erreicht. Auf diese Weise erhält man zwei Zeitpunkte t₁ und t₂, zu denen die Schwellenspannung V_th von der ersten bzw. von der zweiten Ladespannung V1, V2 erreicht wird. Dies ist im unteren Diagramm von 8 dargestellt, indem das Ausgangssignal des Komparators im ersten Testerkanal TC1 zum Zeitpunkt t₁ auf HIGH wechselt wohingegen das Signal des Komparators im zweiten Testerkanal TC2 erst zum Zeitpunkt t₂ auf HIGH springt. Aus den Zeitpunkten t₁ und t₂ läßt sich die Zeitdifferenz Δt₁ zwischen dem Erreichen der Schwellenspannung ermitteln. Nun wird die Stromaufnahme I_IC des Bauelements aus der Zeitdifferenz Δt₁ ermittelt, was analog zu der oben beschriebenen Berechnung erfolgt. Jedoch ist im vorliegenden Fall zu beachten, daß es sich um Zeitdifferenzen handelt, so daß der Einfluß systematische Fehler auf die Messung, etwa durch die Sense-Regelung, stark vermindert werden können. Weiterhin ergibt sich durch die starke Nichtlinearität der Ladekurve eine hohe „Verstärkung”, d. h. der Zeitpunkt t₂, zu dem die Ladekurve des zweiten Kondensators C2 die Schwellenspannung V_th, erreicht, ist äußerst empfindlich gegen Schwankungen in der Stromaufnahme. Mit anderen Worten führen schon kleinste Schwankungen in der Stromaufnahme zu einer erheblichen Veränderung der Zeitdifferenz Δt₁. Wird beispielsweise die Schwellenspannung V_th auf ca. 90% der zweiten Sättigungsspannung V_sat2 gesetzt, so können Stromvariationen von –10% unter Nennstrom bis +20% über Nennstrom mit guter Auflösung vermessen werden.
So konnten beispielsweise in einer Anordnung mit R4 = R3, d. h. V_sat2 = 0,5 V_DDF, und τ = 3,3 μs bei V_DDF = 2 V folgende Werte bestimmt werden:

V_th = 0,5 V V_th = 0,9 V

t₁ (μs) 2,29 7,6

t₂ (μs) 0,95 1,97

Δt (μs) 1,34 5,63

Tabelle 1
Ebenso wie oben zu 4 beschrieben kann natürlich auch das Meßverfahren mit zwei Meßzweigen einmal oder mehrmals wiederholt werden. Insbesondere ist das Meßverfahren schnell genug, um auch innerhalb eines Testpatterns eines Chiptests mindestens zweimal ausgeführt werden. Dies ist ebenfalls in 8 gezeigt, wo auf der rechten Seite eine zweite Messung durchgeführt wird, bei der die Zeitpunkt t₁' und t₂' wie oben ermittelt werden. Allerdings ist im vorliegenden Beispiel die Stromaufnahme I_IC im Vergleich zur ersten Messung abgesenkt. Dies hat auf den ersten Zeitpunkt t₁' kaum einen Einfluß, da sich die Differenzen in der Ladekurve im Bereich des steilen Anstiegs kaum auswirken. Der Zeitpunkt t₁' ist demnach trotz der abgesenkten Stromaufnahme im wesentlichen gleich dem Zeitpunkt t₁. Für den zweiten Zeitpunkt t₂' bedeutet die abgesenkte Stromaufnahme jedoch eine gravierende Verschiebung bezüglich dem Zeitpunkt t₂, da er im nichtlinearen „Verstärkungsbereich” der Ladekurve liegt. Daher ist die Zeitdifferenz Δt₂ = t₂' – t₁' deutlich größer als die Zeitdifferenz Δt₁. Im übrigen soll erwähnt werden, daß die Zeitdifferenz Δt₂ natürlich kleiner wäre als Δt₁, wenn die Stromaufnahme I_IC höher gewesen wäre als im ersten Fall. Es wird nun anhand der aufeinanderfolgend ermittelten Stromwerten I₁, I₂ die Differenz ΔI bestimmt, um eine Veränderung der Stromaufnahme des Halbleiterbauelements DUT während des Testpatterns zu detektieren. Durch Bilden dieser „doppelten” Differenz, nämlich sowohl bezüglich der Zeit als auch bezüglich der Ströme, erhöht sich die relative Genauigkeit der Messung, da systematische Fehler wie beispielsweise die Regelung der Spannungsquelle über die Senseleitung einen Großteil ihres Einflusses verlieren. Auf diese Weise kann die Stromaufnahme des Bauteils DUT mit hoher Genauigkeit und in hoher Zeitauflösung gemessen werden.
9 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Meßvorrichtung umfaßt einen ersten Testerkanal TC zum zeitaufgelösten Messen einer ersten Spannung V_test. Der Testerkanal TC weist im wesentlichen den in 2 gezeigten Aufbau auf. Weiterhin ist der erste Testerkanal TC über einen ersten Widerstand R mit einem zu testenden Halbleiterbauelement DUT verbindbar. Typischerweise ist der Testerkanal TC über den Widerstand R mit einem Sockel zur Aufnahme des Bauteils DUT verbunden. Weiterhin verfügt die Meßvorrichtung über eine schaltbare Spannungsquelle V₊ zum Aufladen des Halbleiterbauelements DUT, die mit dem Testerkanal über einen Schalter verbunden ist. Beispielsweise kann als Spannungsquelle V₊ der Treiber DRV aus 2 verwendet werden. Die Spannungsquelle V₊ ist angepaßt, eine Ladespannung an das Halbleiterbauelement DUT bereitzustellen, die größer oder gleich der Schaltschwelle des Halbleiterbauelements DUT ist. Dies ist typischerweise erforderlich, da sich das Bauelement DUT nur dann in einem definierten Zustand befindet, wenn es mit einer Spannung oberhalb der Schaltschwelle versorgt wird. Weiterhin umfaßt die Meßvorrichtung einen Komparator (vgl. 2) zum Feststellen, ob die erste Spannung V_test eine vorgegebene Schwellenspannung V_th erreicht hat. Ebenso umfaßt die Meßvorrichtung eine Uhr TCLK, die typischerweise einen Takt im Bereich von 2 ns bis 10 μs aufweist. Im allgemeinen kann hierzu die interne Uhr eines Chip-Testers, in den die Meßvorrichtung integriert sein kann, verwendet werden. Ebenso kann bei Bedarf aber auch eine separate Uhr bereitgestellt werden. Die in 9 gezeigte Meßvorrichtung stellt eine einfache Anordnung zur Messung der Kapazität des Bauelements dar. Herkömmliche Anordnungen für solche Kapazitätsmessungen sind relativ aufwendig und teuer.
Im folgenden wird nun ein Meßverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, anhand dessen eine Kapazitätsmessung auf einfache Weise erfolgen kann. Bei diesem Meßverfahren dient das Bauelement DUT als Kapazität eines reihengeschalteten RC-Glieds, das weiterhin den Widerstand R umfaßt. Dabei wird zunächst das zu testende Halbleiterbauelement DUT, beispielsweise eine integrierte Schaltung bzw. ein Prozessor, mittels der Spannungsquelle V₊ aufgeladen. Dabei ist aus den oben genannten Gründen die Ladespannung V₊ größer oder gleich der Schaltschwelle des Halbleiterbauelements DUT, jedoch ist eine interne Uhr des Bauteils abgeschaltet. Auf diese Weise wird das Bauelement in einen definierten Zustand gebracht, ohne daß es jedoch anfängt zu arbeiten. Anschließend wird die Ladespannung V₊ weggenommen, beispielsweise durch Öffnen eines Schalters oder durch Umschalten bzw. Ausschalten der Spannungsquelle V₊. Im folgenden wird die Entladespannung V_test1 des Bauelements DUT am Testerkanal TC zeitaufgelöst gemessen. 10 zeigt einen typischen Spannungsverlauf während des Entladens. Dabei fällt die Spannung V_test1 von der anfänglichen Sättigungsspannung V_sat gemäß V_test1(t) = V_sate^–t/RC ab, wobei hier C die zu ermittelnde Kapazität des Bauteils DUT ist. Der vom Testerkanal TC umfaßte Komparator ermittelt den Zeitpunkt t₁, zu dem die Entladespannung V_test1 eine Schwellenspannung V_th erreicht und gibt ein entsprechendes Signal TCSignal über seinen Ausgang aus. Anhand der oben beschriebenen Entladekurve, der Schwellenspannung und des ermittelten Zeitpunkts t₁ kann die Kapazität des Bauelements DUT auf einfache Weise ermittelt werden.
11 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß noch einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Meßvorrichtung umfaßt zusätzlich zu dem oben beschriebenen ersten Meßzweig noch einen zweiten Meßzweig, der sehr ähnlich aufgebaut ist und parallel zum ersten Zweig zwischen Spannungsquelle V₊ und das zu testende Bauelement DUT geschaltet ist. Dabei weist der zweite Meßzweig einen zweiten Widerstand R2 auf, der den gleichen Widerstandswert wie der erste Widerstand R1 im ersten Meßzweig aufweist. Zusätzlich ist jedoch im zweiten Meßzweig ein dritter Widerstand R3 mit dem zweiten Widerstand R2 in Reihe geschaltet, um eine vom ersten Meßzweig verschiedene Zeitkonstante zu erhalten. Mit anderen Worten weist das RC-Glied des ersten Meßzweigs eine erste Zeitkonstante τ₁ = R1 × C auf, wohingegen das RC-Glied des zweiten Meßzweigs eine zweite Zeitkonstante τ₂ = (R2 + R3) × C aufweist. Der zweite Testerkanal TC2 ist zum zeitaufgelösten Messen der zweiten Entladespannung V_test2 eingerichtet, wobei typischerweise dasselbe Uhrsignal TCLK sowohl an den ersten Testerkanal TC1 als auch an den zweiten Testerkanal TC2 bereitgestellt ist.
Mit der in 11 gezeigten Ausführungsform läßt sich ein Meßverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchführen. Dabei wird zusätzlich zu dem oben beschriebenen Meßverfahren noch die zweite Entladespannung V_test2 gemessen und ein zweiter Zeitpunkt t₂ bestimmt, zu dem die zweite Entladespannung V_test2 die vorbestimmte Schwellenspannung V_th erreicht. Typischerweise sind dabei das Widerstandsverhältnis R1/(R2 + R3) und die Schwellenspannung V_th so aufeinander abgestimmt, daß wie schon bei der Stromaufnahmemessung die Schwellenspannung V_th für die eine Entladekurve im stark nichtlinearen „Verstärkungsbereich” liegt und für die andere Entladekurve im steil abfallenden Bereich. Durch Bildung der Zeitdifferenz Δt zwischen dem ersten Zeitpunkt t₁ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ kann so der relative Fehler bei der Kapazitätsmessung verringert werden. Bei der Auswertung kann nun die Kapazität des Halbleiterbauelements DUT mittels der Schwellenspannung V_th und der Zeitdifferenz Δt bestimmt werden.
12 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 12 gezeigte Meßvorrichtung ähnelt der Vorrichtung aus 9, umfaßt jedoch weiterhin eine Strommeßvorrichtung I. Die Strommeßvorrichtung ist angepaßt, einen an das zu testende Halbleiterbauelement DUT bereitgestellten Ladestrom I zeitaufgelöst zu messen. 13 zeigt typische Stromverläufe bei einem Meßverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Darin ist zu sehen, daß der Ladestrom I von einem anfänglichen Maximalwert I₀ gemäß I(t) = I₀e^–t/RC abfällt. Nach einer gewissen Zeit. stellt sich ein konstanter Stromfluß I_min, I_max ein, der im wesentlichen durch den Leckstrom I_leak des Halbleiterbauelements bestimmt ist. Um die Kapazität des Bauelements DUT korrekt zu ermitteln, müssen die Leckströme bzw. der Gesamtleckstrom I_leak des Bauteils berücksichtigt werden.
Dazu wird das Halbleiterbauelement zunächst mit einer minimalen Betriebsspannung V_DDmin aufgeladen. Zu diesem Zweck stellt die Spannungsquelle V₊ die minimale Betriebsspannung V_DDmin bereit. Die minimalen Betriebsspannung V_DDmin ergibt sich aus der Spezifikation des Bauteils und kann von Fall zu Fall unterschiedlich sein. Typischerweise bezeichnet die minimale Betriebsspannung V_DDmin die kleinste Spannung, z. B. 1 V, bei der sich das Bauelement noch in einem definierten Zustand befindet. Nachdem das Bauelement aufgeladen wurde, wird ein erster stationärer Strom I_min bestimmt. Dieser erste stationäre Strom I_min gibt Auskunft über den Gesamtleckstrom bei minimaler Betriebsspannung. In einem nächsten Schritt wird das Halbleiterbauelement mit einer maximalen Betriebsspannung V_DDmax, beispielsweise 1,5 V, aufgeladen. Ebenso wie die minimale Betriebsspannung ergibt sich auch die maximale Betriebsspannung aus der Bauteilspezifikation und kann von Bauteil zu Bauteil variieren. Ebenso wie für die minimale Betriebsspannung wird für die maximale Betriebsspannung ein zweiter stationärer Strom I_max bestimmt, der Auskunft über den Gesamtleckstrom des Bauteils bei maximaler Betriebsspannung gibt. Da die minimale Betriebsspannung V_DDmin mindestens so groß wie die Schaltschwelle des Bauteils ist, muß eine interne Uhr des Bauelements unterdrückt werden, da ansonsten das Bauteil zu arbeiten beginnt. Durch die Messung der Leckströme bei minimaler und maximaler Betriebsspannung können diese bei der Bestimmung der Bauteilkapazität berücksichtigt werden. Auf diese Weise ist eine einfache aber genaue Bestimmung der Bauteilkapazität möglich. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Halbleiterbauelement im Entladeschritt von der maximalen Betriebsspannung V_DDmax auf die minimale Betriebsspannung V_DDmin entladen. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, daß die Schwellenspannung V_th = V_DDmin gesetzt wird. Auf diese Weise befindet sich das Bauteil während des gesamten Entladevorgangs in einem definierten Zustand.
14 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Meßvorrichtung stellt eine kombinierte Meßvorrichtung dar, mit der sowohl die Stromaufnahme als auch die Kapazität des zu testenden Bauteils bestimmt werden können. Dabei umfaßt die Meßvorrichtung eine Spannungsquelle V_DDF zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für das zu testendes Halbleiterbauelement DUT sowie einen ersten Testerkanal TC1, der über ein erstes RC-Glied, das einen ersten Widerstand R1 und einen damit reihengeschalteten ersten Kondensator C1 umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle V_DDF verbunden ist. Der erste Testerkanal TC1 ist zum zeitaufgelösten Messen einer Ladespannung V1 des ersten Kondensators C1 eingerichtet. Weiterhin umfaßt die Meßvorrichtung einen zweiten Testerkanal TC2, der über ein zweites RC-Glied, das einen zweiten Widerstand R2 und einen damit reihengeschalteten zweiten Kondensator C2 umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle V_DDF verbunden ist. Auch der zweite Testerkanal TC2 ist zum zeitaufgelösten Messen einer zweiten Ladespannung V2 des zweiten Kondensators C2 eingerichtet. Weiterhin ist ein Spannungsteiler R3, R4 zwischen der Versorgungsspannungsquelle V_DDF und dem Halbleiterbauelement DUT angeordnet, so daß der erste Kondensator C1 mit der Versorgungsspannung und der zweite Kondensator C2 mit einer Teilspannung aufgeladen werden kann. Zusätzlich umfaßt die Meßvorrichtung einen dritten Testerkanal TC3 zum zeitaufgelösten Messen einer dritten Spannung, wobei der dritte Testerkanal TC3 über einen dritten Widerstand R1, R3, R4 mit dem Halbleiterbauelement verbindbar ist. Ebenfalls von der Meßvorrichtung umfaßt ist ein vierter Testerkanal TC4 zum zeitaufgelösten Messen einer vierten Spannung, wobei der vierte Testerkanal TC4 über einen vierten Widerstand R2, R4 mit dem Halbleiterbauelement DUT verbindbar ist. Schließlich ist zumindest eine schaltbare Spannungsquelle (nicht gezeigt) zum Aufladen des Halbleiterbauelements vorhanden. Die Spannungsquelle ist angepaßt, eine Ladespannung an das Halbleiterbauelement bereitzustellen, die größer oder gleich der Schaltschwelle des Halbleiterbauelements ist. Die Meßvorrichtung umfaßt weiterhin eine erste Schalteranordnung RL1, beispielsweise ein Relais, mittels derer der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 wahlweise auf den ersten Testerkanal TC1 bzw. den zweiten Testerkanal TC2 oder auf einen jeweiligen Masseanschluß GND geschaltet werden können. Weiterhin umfaßt die Meßvorrichtung eine zweite Schalteranordnung RL2, mittels derer der dritte Testerkanal TC3 und der vierte Testerkanal TC4 wahlweise zu- bzw. weggeschaltet werden können.
Während eines Tests können nun beispielsweise über den ersten und den zweiten Testerkanal TC1, TC2 in der beschriebenen Weise zeitaufgelöste Messungen der Stromaufnahme durchgeführt werden. Während der Messung der Stromaufnahme sind der erste und der zweite Kondensator C1, C2 mittels der ersten Schalteranordnung auf den ersten und den zweiten Testerkanal TC1 bzw. TC2 geschaltet. Der dritte und der vierte Testerkanal TC3, TC4 sind dagegen weggeschaltet. Umgekehrt sind bei der Kapazitätsmessung der dritte und der vierte Testerkanal TC3, TC4 zugeschaltet während der erste und der zweite Kondensator auf Masse gelegt werden. Die in 14 gezeigte Ausführungsform realisiert die oben beschriebenen Vorteile der vorliegenden Erfindung mittels einer sehr einfachen und kostengünstig herzustellenden Schaltungsanordnung.

Claims

Meßvorrichtung, umfassend: mindestens eine Spannungsquelle (V_DDF) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für ein zu testendes Halbleiterbauelement (DUT), wobei die Spannungsquelle (V_DDF) vorgesehen ist, mit dem zu testenden Halbleiterbauelement (DUT) verbunden zu werden; zumindest einen ersten Testerkanal (TC1), der über ein erstes RC-Glied, das einen ersten Widerstand (R; R1) und einen damit reihengeschalteten ersten Kondensator (C; C1) umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle (V_DDF) verbunden ist; wobei der erste Testerkanal (TC1) zum zeitaufgelösten Messen einer Ladespannung (V; V1) des ersten Kondensators (C; C1) angepaßt ist.
Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Testerkanal (TC1) die Ladespannung (V; V1) nach dem ersten Widerstand (R; R1) und dem ersten Kondensator (C; C1) abgreift.
Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Testerkanal (TC1) die Ladespannung (V; V1) zwischen dem ersten Widerstand (R; R1) und dem ersten Kondensator (C; C1) abgreift, wobei der erste Kondensator (C; C1) gegen Masse (GND) geschaltet ist.
Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Komparator zum Feststellen, ob die Ladespannung (V; V1) eine vorgegebene Schwellenspannung (V_th) erreicht.
Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Uhr (TCLK), wobei die Uhr einen Takt im Bereich von 2 ns bis 10 μs aufweist.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zeitkonstante τ des ersten RC-Glieds (R1, C1) im Bereich von 1 μs bis 1 ms liegt.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Widerstand (R1, R2) des ersten RC-Glieds (R1, C1) im Bereich von 0,7 kΩ bis 5 kΩ liegt.
Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: zumindest einen zweiten Testerkanal (TC2), der über ein zweites RC-Glied, das einen zweiten Widerstand (R2) und einen damit reihengeschalteten zweiten Kondensator (C2) umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle (V_DDF) verbunden ist; wobei der zweite Testerkanal (TC2) zum zeitaufgelösten Messen einer zweiten Ladespannung (V2) des zweiten Kondensators (C2) angepaßt ist.
Meßvorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin umfassend einen Spannungsteiler (R3, R4), der zwischen der Versorgungsspannungsquelle (V_DDF) und dem Halbleiterbauelement (DUT) angeordnet ist, so daß der erste Kondensator (C1) mit der Versorgungsspannung und der zweite Kondensator (C2) mit einer Teilspannung aufladbar ist.
Meßvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das erste RC-Glied (R1, C1) und das zweite RC-Glied (R2, C2) die gleiche Zeitkonstante τ = RC aufweisen.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Zeitkonstante τ des ersten und/oder des zweiten RC-Glieds im Bereich von 1 μs bis 1 ms liegt.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Widerstand (R1, R2) des ersten und/oder des zweiten RC-Glieds im Bereich von 0,7 kΩ bis 5 kΩ liegt.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der erste Widerstand (R1) im ersten RC-Glied und der zweite Widerstand (R2) im zweiten RC-Glied den gleichen Widerstandswert aufweisen und wobei der erste Kondensator (C1) im ersten RC-Glied und der zweite Kondensator (C2) im zweiten RC-Glied die gleiche Kapazität aufweisen.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei dasselbe Uhrsignal (TCLK) an den ersten Testerkanal (TC1) und an den zweiten Testerkanal (TC2) bereitstellbar ist.
Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei der Strompfad von der Versorgungsspannungsquelle (V_DDF) zu dem Halbleiterbauelement (DUT) mindestens zwei zueinander parallel geschaltete Stränge aufweist, wobei das erste und das zweite RC-Glied (R1, C1; R2, C2) mit demselben Strang verbunden sind.
Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Meßvorrichtung in einen Chip-Tester integriert ist, der noch weitere Testerkanäle (TCn, TCn + 1, TCn + m) zum Anlegen eines Testpatterns an das Halbleiterbauelement (DUT) umfaßt.
Meßvorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Chip-Tester eine Uhr (TCLK) umfaßt, deren Uhrsignal (TCLK) an den ersten und/oder den zweiten Testerkanal (TC1, TC2) bereitstellbar ist.
Meßverfahren, umfassend die Schritte: (a) Verbinden einer Spannungsquelle (V_DDF) mit einem zu testenden Halbleiterbauelement (DUT) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung an das Halbleiterbauelement (DUT); (b1) Entladen eines ersten reihengeschalteten RC-Glieds (R, C; R1, C1); (c1) Laden eines ersten Kondensators (C; C1) des ersten RC-Glieds (R, C; R1, C1) mittels der Spannungsquelle (V_DDF); (d1) zeitaufgelöstes Messen einer ersten Ladespannung (V) des ersten Kondensators (C; C1); (e1) Bestimmen eines ersten Zeitpunkts (t₁), zu dem die erste Ladespannung (V) eine vorbestimmte Schwellenspannung (V_th) erreicht; (f) Ermitteln eines Ladestroms (I) mittels der Schwellenspannung (V_th) und dem ersten Zeitpunkt (t₁).
Meßverfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Schritte (b1) bis (f) zumindest einmal wiederholt werden.
Meßverfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Schritte (b1) bis (f) innerhalb eines Testpatterns eines Chiptests mindestens zweimal ausgeführt werden.
Meßverfahren gemäß Anspruch 20, wobei zwischen innerhalb eines Testpatterns aufeinanderfolgend ermittelten Stromwerten (I₁, I₂) die Differenz (ΔI) bestimmt wird, um eine Veränderung der Stromaufnahme des Halbleiterbauelements während des Testpatterns zu detektieren.
Meßverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, weiterhin umfassend die Schritte: (b2) Entladen eines zweiten reihengeschalteten RC-Glieds (R2, C2) (c2) Laden eines zweiten Kondensators (C2) des zweiten RC-Glieds (R2, C2) mittels der Spannungsquelle (V_DDF); (d2) zeitaufgelöstes Messen einer zweiten Ladespannung (V2) des zweiten Kondensators (C2); (e2) Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts (t₂), zu dem die zweite Ladespannung (V2) die vorbestimmte Schwellenspannung (V_th) erreicht; wobei Schritt (f) die folgenden Schritte umfaßt: (f1) Ermitteln der Zeitdifferenz (Δt) zwischen dem ersten Zeitpunkt (t₁) und dem zweiten Zeitpunkt (t₂); (f2) Ermitteln eines Ladestroms (I) mittels der Schwellenspannung (V_th) und der Zeitdifferenz (Δt) zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt.
Meßverfahren gemäß Anspruch 22, wobei die Schritte (b1) bis (f2) zumindest einmal wiederholt werden.
Meßverfahren gemäß Anspruch 23, wobei die Schritte (b1) bis (f2) innerhalb eines Testpatterns eines Chiptests mindestens zweimal ausgeführt werden.
Meßverfahren gemäß Anspruch 24, wobei zwischen innerhalb eines Testpatterns aufeinanderfolgend ermittelten Stromwerten (I₁, I₂) die Differenz (ΔI) bestimmt wird, um eine Veränderung der Stromaufnahme des Halbleiterbauelements (DUT) während des Testpatterns zu detektieren.
Meßvorrichtung, umfassend: mindestens eine Spannungsquelle (V_DDF) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für ein zu testendes Halbleiterbauelement (DUT); zumindest einen ersten Testerkanal (TC1), der über ein erstes RC-Glied, das einen ersten Widerstand (R; R1) und einen damit reihengeschalteten ersten Kondensator (C; C1) umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle (V_DDF) verbunden ist; wobei der erste Testerkanal (TC1) zum zeitaufgelösten Messen einer Ladespannung (V; V1) des ersten Kondensators (C; C1) angepaßt ist; zumindest einen zweiten Testerkanal (TC2), der über ein zweites RC-Glied, das einen zweiten Widerstand (R2) und einen damit reihengeschalteten zweiten Kondensator (C2) umfaßt, mit der Versorgungsspannungsquelle (V_DDF) verbunden ist; wobei der zweite Testerkanal (TC2) zum zeitaufgelösten Messen einer zweiten Ladespannung (V2) des zweiten Kondensators (C2) angepaßt ist; einen Spannungsteiler (R3, R4), der zwischen der Versorgungsspannungsquelle (V_DDF) und dem Halbleiterbauelement (DUT) angeordnet ist, so daß der erste Kondensator (C1) mit der Versorgungsspannung und der zweite Kondensator (C2) mit einer Teilspannung aufladbar ist; einen dritten Testerkanal (TC3) zum zeitaufgelösten Messen einer dritten Spannung (V_test1), wobei der dritte Testerkanal (TC3) über einen dritten Widerstand (R1, R3, R4) mit dem Halbleiterbauelement verbindbar ist; einen vierten Testerkanal (TC4) zum zeitaufgelösten Messen einer vierten Spannung (V_test2), wobei der vierte Testerkanal (TC4) über einen vierten Widerstand (R2, R4) mit dem Halbleiterbauelement (DUT) verbindbar ist; und zumindest eine schaltbare Spannungsquelle (V₊) zum Aufladen des Halbleiterbauelements (DUT), die angepaßt ist, eine Ladespannung an das Halbleiterbauelement (DUT) bereitzustellen, die größer oder gleich der Schaltschwelle des Halbleiterbauelements (DUT) ist.