JP2002131372A - 半導体デバイスの検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実使用環境における半導体デバイスの製品仕
様を確実に保証し、電圧・温度に依存して起こる不良品
の検出も可能にすること。 【解決手段】 制御装置３内のメイン制御部７は、恒温
槽１内の温度を温度制御部４を通じて任意に制御すると
共に、恒温槽１内に収納された半導体デバイス２に印加
する電源電圧を電圧制御部５を通じて任意に制御でき
る。メイン制御部７は、メモリ９に保存された試験条件
フローに従って、恒温槽１内の温度を実使用条件に応じ
た温度に設定した状態で半導体デバイス２に対し印加す
る電源電圧を複数段階に変更しながら半導体デバイス２
の出力特性をモニタする電気特性試験と、恒温槽１内の
温度を所定のバーンイン温度まで上昇させた状態で半導
体デバイス２に所定の電源電圧を印加してその出力特性
をモニタする高温試験とを１セットとしたバーンイン試
験を所定セット繰り返し実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、潜在欠陥がある半
導体デバイスをスクリーニングするためのバーンイン試
験を行うようにした半導体デバイスの検査方法及び検査
装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、半導体デバ
イスの製造工場においては、その品質及び信頼性レベル
を保証するために、製品として出荷する前の段階におい
て、経時劣化やストレスに依存する故障を起こす可能性
があるデバイス、つまり潜在欠陥があるデバイスを取り
除くというスクリーニングが行われており、このスクリ
ーニングのためにバーンイン装置を利用している。この
ようなバーンイン装置では、実使用条件よりも厳しい温
度条件下で定格若しくはそれを越える電源電圧を印加し
て半導体デバイスを駆動することにより、当該デバイス
に対し温度及び電圧ストレスを加えて潜在欠陥に起因す
る特性劣化を加速している。また、通常においては、バ
ーンイン装置により半導体デバイスの駆動のみを行い、
その良否判定はバーンイン試験後の検査で行っている
が、故障の検出能力及び信頼性の向上のために、バーン
イン試験中にデバイス特性をモニタしたり、半導体デバ
イスの良否判別を行う機能を持ったモニタードバーンイ
ン装置も提供されている。

【０００３】しかしながら、上記のようなバーンイン装
置では、バーンイン試験中において実際の使用条件と異
なる環境で半導体デバイスを動作させているため、実使
用環境におけるデバイスの製品仕様を確実に保証するこ
とが困難である。また、バーンイン試験中における温度
条件及び印加電圧条件が一定であるため、温度及び印加
電圧条件を種々変更した状態での検査ができず、電圧・
温度に依存して起こる不良品の検出が困難になるという
問題点があった。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、実使用環境における半導体デバイス
の製品仕様を確実に保証できると共に、電圧・温度に依
存して起こる不良品の検出も可能になる半導体デバイス
の検査方法及び検査装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の検査方法を採用できる。この検査方法
によれば、電気特性試験中には、半導体デバイスに対し
その実使用温度若しくはこれに近い温度の試験雰囲気下
で所定の電源電圧が印加されることになるから、その半
導体デバイスを実際の使用条件に対応した環境で動作さ
せた状態で出力特性をモニタ可能となる。また、このよ
うな電気特性試験と、半導体デバイスに対し高温度の試
験雰囲気下で所定の電源電圧を印加しながら出力特性を
モニタする高温試験とが交互に実行されるから、その高
温試験により温度及び電圧ストレスが加えられた半導体
デバイスが上記のような電気特性試験にかけられること
になり、結果的に半導体デバイスの実使用環境における
製品仕様を確実に保証可能になる。また、上記電気特性
試験及び高温試験より成るバーンイン試験期間中におけ
る試験雰囲気の温度及び印加電源電圧を任意に変更可能
な構成となっているから、温度及び印加電圧条件を種々
変更した状態での検査が可能となり、電圧・温度に依存
して起こる不良品の検出も可能となる。

【０００６】請求項２記載の検査方法によれば、半導体
デバイスの実使用環境で行われる前記電気特性試験時に
おいて、その半導体デバイスに対する印加電源電圧が複
数段階に変更されるから、半導体デバイスの電圧特性に
依存して起こる不良品の検出を精度良く行い得るように
なる。

【０００７】請求項３記載の検査方法によれば、電気特
性試験と高温試験とを１セットとしたバーンイン試験が
所定セット繰り返し実行されるから、例えば、所定セッ
トのバーンイン試験が終了した段階で、全ての半導体デ
バイスが不良品と判断された場合には、その時点で残り
のセットのバーンイン試験を中止して次のロットの半導
体デバイスについての検査に早期に移行できることにな
って、バーンイン試験に必要な時間の短縮を実現できる
ようになり、結果的に製造コストの引き下げを図り得る
ようになる。

【０００８】前記目的を達成するために請求項４記載の
検査装置を採用できる。この検査装置によれば、主制御
手段が実行する電気特性試験中には、半導体デバイスに
対しその実使用温度若しくはこれに近い温度の試験雰囲
気下で所定の電源電圧が印加されることになるから、そ
の半導体デバイスを実際の使用条件に対応した環境で動
作させた状態で出力特性をモニタ可能となる。また、主
制御手段は、このような電気特性試験と、半導体デバイ
スに対し高温度の試験雰囲気下で所定の電源電圧を印加
しながら出力特性をモニタする高温試験とを交互に実行
するから、その高温試験により温度及び電圧ストレスが
加えられた半導体デバイスが上記のような電気特性試験
にかけられることになり、結果的に半導体デバイスの実
使用環境における製品仕様を確実に保証可能になる。ま
た、主制御手段は、バーンイン試験期間中における試験
雰囲気の温度及び印加電源電圧を、温度制御手段及び電
圧制御手段を通じて任意に変更可能な構成となっている
から、温度及び印加電圧条件を種々変更した状態での検
査が可能となり、電圧・温度に依存して起こる不良品の
検出も可能となる。

【０００９】請求項５記載の検査装置によれば、主制御
手段は、半導体デバイスの実使用環境で行われる前記電
気特性試験時において、その半導体デバイスに対する印
加電源電圧を電圧制御手段を通じて複数段階に変更する
から、半導体デバイスの電圧特性に依存して起こる不良
品の検出を精度良く行い得るようになる。

【００１０】請求項６記載の検査装置によれば、主制御
手段は、電気特性試験と高温試験とを１セットとしたバ
ーンイン試験が所定セット繰り返し実行するから、例え
ば、所定セットのバーンイン試験が終了した段階で、全
ての半導体デバイスが不良品と判断された場合には、そ
の時点で残りのセットのバーンイン試験を中止して次の
ロットの半導体デバイスについての検査に早期に移行で
きることになって、バーンイン試験に必要な時間の短縮
を実現できるようになり、結果的に製造コストの引き下
げを図り得るようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照しながら説明する。図１にはモニタードバー
ンイン装置の全体構成例が機能ブロックの組み合わせに
より模式的に示されている。この図１において、バーン
インを行うための恒温槽１内には多数個の半導体デバイ
ス２（図中ではＤＵＴ（Divice Under Test ：被測定デ
バイス）と表記）が収納される。尚、本実施例では、上
記半導体デバイス２としてメモリを内蔵したマイコンＩ
Ｃ（例えば樹脂モールドしたもの）を想定している。ま
た、図示しないが、恒温槽１内に半導体デバイス２群を
収納するために周知のバーンインボードや中継ボードな
どが使用されるものであり、これにより、各半導体デバ
イス２は外部に設けられた制御装置３と電気的に接続さ
れた状態とされる。

【００１２】上記制御装置３は、恒温槽１内の温度及び
半導体デバイス２に印加する電源電圧などの制御や半導
体デバイス２の診断などを行うためのものであり、以下
に述べるようなハードウェア構成を備えている。即ち、
制御装置において、温度制御部４（本発明でいう温度制
御手段に相当）は、恒温槽１内の温度を検出する機能及
びその検出結果に基づいて恒温槽１内の温度をフィード
バック制御する機能を有し、電圧制御部５（電圧制御手
段に相当）は、恒温槽１内の半導体デバイス２に印加す
る電源電圧を制御する機能を有し、また、通信制御部６
は、半導体デバイス２との間でデータの授受を行う機能
を有する。これら温度制御部４、電圧制御部５及び通信
制御部６を統括するメイン制御部７（主制御手段に相
当）は、恒温槽１内の温度及び半導体デバイス２に対す
る印加電圧などの試験及びバーンイン条件や半導体デバ
イス２に与える検査用プログラムの作成機能、バーンイ
ン条件を実行する機能、半導体デバイス２の状態をモニ
タする機能などを備えたもので、これに付随してバーン
イン条件を実行するのに必要な時計部８と、ユーザーが
設定する試験条件フローや検査用プログラムを記憶保存
するためのメモリ９とが設けられている。

【００１３】図２に機能ブロックの組み合わせにより概
略的に示すように、半導体デバイス２は、ＣＰＵ２ａ、
ＲＯＭ２ｂ、ＲＡＭ２ｃの他に、所定のテストプログラ
ムを記憶したテストＲＯＭ２ｄ、入出力インタフェース
２ｅを備えた構成となっており（但し、テストプログラ
ムをＲＯＭ２ｂ内に記憶することによりテストＲＯＭ２
ｄが省略されることもある）、そのテストプログラム
は、半導体デバイス２が端子設定などによりテストモー
ドに設定されたときにＣＰＵ２ａによって実行される構
成となっている。上記テストプログラムには、メイン制
御部７側に記憶された前記検査用プログラムを通信制御
部６を通じてＲＡＭ２ｃに転送して記憶する制御ルーチ
ンが含まれるものであり、その転送が完了した時点でＣ
ＰＵ２ａが当該検査用プログラムを実行する。そして、
ＣＰＵ２ａにあっては、上記検査用プログラムに基づい
て半導体デバイス２の状態を診断し、その診断結果を通
信制御部６を通じてメイン制御部７へ送信するものであ
り、メイン制御部７にあっては、送信されてきた診断結
果に基づいて半導体デバイス２の出力特性をモニタし、
その良否判定を行う構成となっている。

【００１４】前記制御装置３は、メモリ９に保存された
試験条件フローに従って、設定された時刻になる毎に、
温度制御部４及び電圧制御部５に対し温度及び電圧条件
を指定する命令をそれぞれ与えると共に、通信制御部６
を通じて前記検査用プログラムを半導体デバイス２に転
送する動作及び当該半導体デバイス２側から送信される
診断結果を受信する動作を行い、受信した診断結果に基
づいて半導体デバイス２の良否判定を行う構成となって
いる。

【００１５】図３には、制御装置３による制御内容のう
ち前記試験条件フローに基づいた制御例がタイミングチ
ャートにより示されており、以下これについて説明す
る。即ち、制御装置３は、恒温槽１内の温度を実使用条
件に応じた温度に設定した状態で半導体デバイス２に対
し印加する電源電圧を複数段階に変更しながら半導体デ
バイス２の出力特性をモニタする電気特性試験と、恒温
槽１内の温度を所定のバーンイン温度まで上昇させた状
態で半導体デバイス２に所定の電源電圧を印加してその
出力特性をモニタする高温試験（加速試験）とを１セッ
トとしたバーンイン試験を所定セット繰り返し実行す
る。

【００１６】この場合、制御装置３は、上記電気特性試
験中において、半導体デバイス２側実行される前述の検
査用プログラムに基づいた診断結果を受信してその半導
体デバイス２の良否判定を行い、また、上記バーンイン
試験中には、上記のような受信診断結果に基づいた良否
判定の他に、半導体デバイス２の出力特性を繰り返しモ
ニタし、そのモニタ結果を予め決められた検査規格と比
較することにより不良品か否かの判定動作を行うように
なっている。具体的には、上記電気特性試験において
は、半導体デバイス２に対し実使用条件時より高い電源
電圧を印加する高電圧試験、半導体デバイス２に対し実
使用条件と同じ電源電圧を印加する定格電圧試験、半導
体デバイス２に対し実使用条件時より低い電源電圧を印
加する低電圧試験を、例えばこの順に実行するものであ
り、また、上記高温試験においては、半導体デバイス２
に対し実使用条件時より高い電源電圧を印加した状態を
比較的長い時間保持するものである。尚、高温試験の継
続時間は、合計で数時間〜数十時間となるように設定さ
れる。

【００１７】上記した本実施例による検査方法によれ
ば、以下に述べるような効果を奏することができる。電
気特性試験中には、半導体デバイス２に対しその実使用
温度の試験雰囲気下で複数段階の電源電圧が印加される
ことになるから、その半導体デバイス２を実際の使用条
件に対応した環境で動作させた状態で出力特性をモニタ
できるようになり、半導体デバイス２の電圧特性に依存
して起こる不良品の検出を精度良く行い得るようにな
る。また、このような電気特性試験と、半導体デバイス
２に対し高温度の試験雰囲気下で所定の電源電圧を印加
しながら出力特性をモニタする高温試験とが交互に実行
されるから、その高温試験により温度及び電圧ストレス
が加えられた半導体デバイス２が上記のような電気特性
試験にかけられることになり、結果的に半導体デバイス
の実使用環境における製品仕様を確実に保証可能にな
る。また、上記電気特性試験及び高温試験より成るバー
ンイン試験期間中における試験雰囲気の温度及び印加電
源電圧を任意に変更可能な構成となっているから、温度
及び印加電圧条件を上記のような電気特性試験及び高温
試験とは種々異ならせた状態での検査も可能となり、電
圧・温度に依存して起こる不良品の検出を容易に行い得
るようになる。

【００１８】さらに、図４には、バーンイン時間（各サ
イクルの高温試験の通算時間）に応じた製品特性（例え
ば、半導体デバイス２の動作電圧（動作状態を維持する
電源電圧））の変化例が３つのサンプルＡ、Ｂ、Ｃにつ
いて示されている。従来の検査方法では、バーンイン試
験が完了したタイミング（バーンイン時間がｔ２となっ
た時点）で検査規格との比較に基づいた良否判定を行う
ものであり、この例では、サンプルＡ、Ｃが良品と判定
され、サンプルＢが不良品と判断されることになる。こ
の場合、サンプルＣは、劣化傾向が大きいため、その後
の実使用中において故障発生する可能性が高いものであ
るが、従来の検査方法では、サンプルＣのような特性劣
化傾向を示す製品を取り除くことが不可能になるという
問題点があった。これに対して、本実施例の検査方法に
よれば、バーンイン試験中に半導体デバイス２の電圧特
性を経時的にモニタできてその特性変動傾向を把握でき
るため、サンプルＣのような特性劣化傾向を示す製品を
容易に検出することが可能となる。この結果、半導体デ
バイスのスクリーニング時における検査精度を高めるこ
とができて、検査に対する信頼性を高める得るようにな
る。

【００１９】また、バーンイン試験中において、半導体
デバイス２の特性をモニタした結果、比較的早い時期
（例えば図４中に示すようなバーンイン時間がｔ１とな
った時点）において全ての半導体デバイス２が不良品と
判断された場合には、そのロットの検査を終了して次の
ロットの半導体デバイス２についての検査に早期に移行
できることになるから、バーンイン試験に必要な時間の
短縮を実現できるようになり、結果的に製造コストの引
き下げを図り得るようになる。

【００２０】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。電気特性試験時においては、半導体デバイス２に対
しその実使用温度の試験雰囲気下で複数段階の電源電圧
を印加する構成としたが、試験温度雰囲気は、半導体デ
バイス２の実使用温度に近い温度であれば良く、また、
印加する電源電圧は、一定電圧（例えば定格電圧）であ
っても良い。本実施例では、バーンイン対象の半導体デ
バイス２としてメモリを内蔵したマイコンＩＣ（樹脂モ
ールドしたもの）を想定したが、汎用ＩＣなどような他
の半導体集積回路をバーンイン対象としても良く、或い
はウェハ（チップ）バーンインでも良いことは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成例を示す機能ブロ
ック図

【図２】半導体デバイスの構成を概略的に示す機能ブロ
ック図

【図３】制御装置による制御内容の一例を説明するため
のタイミングチャート

【図４】製品特性の変化例を示す図

【符号の説明】

１は恒温槽、２は半導体デバイス、３は制御装置、４は
温度制御部（温度制御手段）、５は電圧制御部（電圧制
御手段）、６は通信制御部、７はメイン制御部（主制御
手段）、８は時計部、９はメモリを示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体デバイスに対し所定温度の試験雰
   囲気下で電源電圧を印加すると共にその半導体デバイス
   の出力特性をモニタするというバーンイン試験を行うよ
   うにした半導体デバイスの検査方法において、 前記バーンイン試験期間中における試験雰囲気の温度及
   び印加電源電圧を任意に変更可能に構成した上で、 前記半導体デバイスに対しその実使用温度若しくはこれ
   に近い温度の試験雰囲気下で所定の電源電圧を印加しな
   がら出力特性をモニタする電気特性試験と、その半導体
   デバイスに対し高温度の試験雰囲気下で所定の電源電圧
   を印加しながら出力特性をモニタする高温試験とを交互
   に実行することを特徴とする半導体デバイスの検査方
   法。
2. 【請求項２】 前記電気特性試験では、前記半導体デバ
   イスの実使用温度若しくはこれに近い温度の試験雰囲気
   下で当該半導体デバイスに対する印加電源電圧を複数段
   階に変更しながら出力特性をモニタすることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体デバイスの検査方法。
3. 【請求項３】 前記電気特性試験と高温試験とを１セッ
   トとしたバーンイン試験を所定セット繰り返し実行する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体デバイ
   スの検査方法。
4. 【請求項４】 検査対象の半導体デバイスを収納するた
   めの恒温槽を備え、その恒温槽内を所定温度に保持した
   状態で前記半導体デバイスに電源電圧を印加すると共に
   その半導体デバイスの出力特性をモニタするというバー
   ンイン試験を行うための半導体デバイスの検査装置おい
   て、 前記恒温槽内の温度を任意に変更可能な温度制御手段
   と、 前記半導体デバイスに印加する電源電圧を任意に変更可
   能な電圧制御手段と、 前記恒温槽内の温度を前記温度制御手段を通じて前記半
   導体デバイスの実使用温度若しくはこれに近い温度に保
   持すると共に、その半導体デバイスに対し所定の電源電
   圧を印加しながら出力特性をモニタする電気特性試験
   と、前記恒温槽内の温度を前記温度制御手段を通じて所
   定のバーンイン温度まで高めた状態に保持すると共に、
   前記半導体デバイスに対し所定の電源電圧を印加しなが
   ら出力特性をモニタする高温試験とを交互に実行する主
   制御手段とを備えたことを特徴とする半導体デバイスの
   検査装置。
5. 【請求項５】 前記主制御手段は、前記高温試験時にお
   いて、前記恒温槽内の温度を前記温度制御手段を通じて
   前記半導体デバイスの実使用温度若しくはこれに近い温
   度に保持すると共に、その半導体デバイスに対する印加
   電源電圧を前記電圧制御手段を通じて複数段階に変更し
   ながら出力特性をモニタすることを特徴とする請求項４
   記載の半導体デバイスの検査装置。
6. 【請求項６】 前記主制御手段は、前記電気特性試験と
   高温試験とを１セットとしたバーンイン試験を所定セッ
   ト繰り返し実行することを特徴とする請求項４または５
   記載の半導体デバイスの検査装置。