JP2010071809A - Method of inspecting electric characteristic of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の電気的特性を検査する検査方法に関するものである。 The present invention relates to an inspection method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device.
従来、回路が構成された半導体装置の検査として、常温や動作保障温度付近の高温など所定温度で電気的特性の検査が実施されている。このような検査では、恒温槽などの温度調整手段を用いて半導体装置の温度を調整するのが一般的であるが、例えば特許文献１〜３に示されるように、温度調整手段を用いることなく、素子の自己発熱を利用することで、半導体装置を高温状態として検査を行う方法も提案されている。 Conventionally, as an inspection of a semiconductor device in which a circuit is configured, an inspection of electrical characteristics is performed at a predetermined temperature such as a normal temperature or a high temperature near an operation guarantee temperature. In such an inspection, it is common to adjust the temperature of the semiconductor device using temperature adjusting means such as a thermostatic bath, but for example, as shown in Patent Documents 1 to 3, without using the temperature adjusting means. There has also been proposed a method for inspecting a semiconductor device in a high temperature state by utilizing the self-heating of the element.
特許文献１では、素子として、出力がオープンコレクタであって、接地端子と出力端子との間に寄生ダイオードを備えた出力トランジスタを備える半導体装置（ＩＣ）において、寄生ダイオードに電流を印加することで生じる熱により、半導体装置を高温である所定温度にし、テスタにより半導体装置の検査を行うようにしている。 In Patent Document 1, an output is an open collector as an element, and in a semiconductor device (IC) including an output transistor having a parasitic diode between a ground terminal and an output terminal, current is applied to the parasitic diode. Due to the generated heat, the semiconductor device is set to a predetermined high temperature, and the semiconductor device is inspected by a tester.
特許文献２では、ＣＭＯＳ素子からなるＣＭＯＳ回路を備えた半導体装置において、クロック入力端子をハイレベルに固定し、回路の一部を不定状態とすることによって貫通電流を流し、それによる自己発熱で半導体装置を高温状態とするようにしている。 In Patent Document 2, in a semiconductor device including a CMOS circuit made of a CMOS element, a clock input terminal is fixed at a high level, a part of the circuit is made in an indefinite state, a through current flows, and self-heating thereby causes the semiconductor to generate heat. The device is in a high temperature state.
特許文献３では、半導体装置の信号入出力端子と電源供給端子間、または、信号入出力端子と接地端子間に設けられた、過電圧保護用の保護ダイオードに通電して発熱させることにより、半導体装置を高温である所定温度とし、加熱した半導体装置の信号入出力端子に信号を入力することで電気的特性の検査を行うようにしている。
ところで、半導体チップ上に形成された複数の素子によって回路が構成された半導体装置では、同一構成の半導体装置であっても、異常動作（例えば電源ＩＣにおいて、出力電圧５Ｖのところ、４Ｖが出力される）の生じる温度が、製品（不良品）によって異なる場合がある。このような現象は、本発明者によっても確認されている。このように、電気的特性に不良が生じる温度が一定でない場合、換言すれば何℃で不良が生じるか不明確な場合、例えば常温から動作保障温度付近の高温までの所定の温度範囲全域で電気的特性の検査を行うか、所定の温度範囲において、所定温度ごとの複数点で電気的特性の検査を行うことで、不良品を精度良く選別することができる。 By the way, in a semiconductor device in which a circuit is configured by a plurality of elements formed on a semiconductor chip, even if the semiconductor device has the same configuration, abnormal operation (for example, when a power supply IC has an output voltage of 5 V, 4 V is output). May occur depending on the product (defective product). Such a phenomenon has also been confirmed by the present inventors. As described above, when the temperature at which the failure occurs in the electrical characteristics is not constant, in other words, when it is unclear at what temperature the failure occurs, for example, the electrical characteristics are generated over a predetermined temperature range from room temperature to a high temperature near the guaranteed operating temperature. It is possible to select defective products with high accuracy by inspecting electrical characteristics or inspecting electrical characteristics at a plurality of points for each predetermined temperature in a predetermined temperature range.
これに対し、上記した特許文献１〜３に示す方法では、いずれにおいても、素子を自己発熱させるための信号と電気的特性を検査するための信号を別としなければならず、素子を発熱させつつ電気的特性を検査することができない。したがって、所定の温度範囲全域で電気的特性の検査を行うことはできない。また、所定の温度範囲において、所定温度ごとの複数点で電気的特性の検査を行うことは可能である。しかしながら、発熱させるための信号を素子に印加して半導体装置を所定温度まで発熱させたのち、電気的特性を検査するための信号に切り替えて検査しなければならないため、検査時間が長くなってしまう。 On the other hand, in any of the methods described in Patent Documents 1 to 3, the signal for self-heating the element and the signal for inspecting the electrical characteristics must be separated from each other, and the element is heated. However, the electrical characteristics cannot be inspected. Therefore, the electrical characteristics cannot be inspected over the entire predetermined temperature range. Further, it is possible to inspect electrical characteristics at a plurality of points for each predetermined temperature in a predetermined temperature range. However, since a signal for generating heat is applied to the element to heat the semiconductor device up to a predetermined temperature, the inspection must be switched to the signal for inspecting the electrical characteristics, resulting in a long inspection time. .
本発明は上記問題点に鑑み、素子の自己発熱を利用しつつ、短時間の検査で不良品を精度良く選別することができる半導体装置の電気的特性検査方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device that can accurately select defective products by a short time inspection while utilizing self-heating of elements.
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の発明は、半導体チップ上に形成された複数の素子によって回路が構成され、素子として、回路を構成する他の素子と電気的に接続され、回路における出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子を有する半導体装置の電気的特性検査方法であって、回路に対し、通常動作時よりも高く、スイッチング素子の素子耐圧未満の電圧を印加することにより、スイッチング素子を発熱させるとともに回路の電気的特性を検査することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a circuit is constituted by a plurality of elements formed on a semiconductor chip, and the element is electrically connected to other elements constituting the circuit, A method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device having a power switching element arranged at an output stage of a circuit, wherein a voltage higher than that during normal operation and less than a withstand voltage of the switching element is applied to the circuit. Thus, the switching element is caused to generate heat and the electrical characteristics of the circuit are inspected.
本発明では、半導体装置の温度を調整するに際し、回路を構成する素子として、回路における出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子の自己発熱を利用する。また、電気的特性の検査に際し、回路に対して通常動作時よりも高く、スイッチング素子の素子耐圧未満の電圧を印加する。したがって、１つの信号（上記した電圧の印加）により、出力段に配置（出力端子と接続）されたスイッチング素子を効率よく発熱させるとともに、上記信号の入力により回路から出力された信号に基づいて、回路の電気的特性を検査することができる。すなわち、自己発熱と電気的特性の検査において、信号の切り替えが不要である。また、電圧印加によるスイッチング素子の発熱で、半導体装置の温度を変化させることができる。すなわち、所定の温度範囲において、電気的特性を検査することができる。このように本発明によれば、素子の自己発熱を利用しつつ、短時間の検査で不良品を精度良く選別することができる。 In the present invention, when adjusting the temperature of the semiconductor device, the self-heating of the power switching element arranged at the output stage in the circuit is used as an element constituting the circuit. In the inspection of the electrical characteristics, a voltage higher than that during normal operation and less than the withstand voltage of the switching element is applied to the circuit. Accordingly, the switching element disposed in the output stage (connected to the output terminal) is efficiently heated by one signal (application of the voltage described above), and based on the signal output from the circuit by the input of the signal, The electrical characteristics of the circuit can be inspected. That is, there is no need to switch signals in the self-heating and electrical characteristic inspection. Further, the temperature of the semiconductor device can be changed by heat generation of the switching element due to voltage application. That is, electrical characteristics can be inspected in a predetermined temperature range. As described above, according to the present invention, defective products can be accurately selected by a short inspection while utilizing the self-heating of the element.
なお、パワー系のスイッチング素子としては、所謂パワーＭＯＳトランジスタ素子、ＩＧＢＴ素子、バイポーラトランジスタ素子などの周知の素子を採用することができる。 As the power switching element, a known element such as a so-called power MOS transistor element, IGBT element, or bipolar transistor element can be employed.
また、請求項２に記載の発明は、半導体チップ上に形成された複数の素子によって回路が構成され、素子として、回路を構成する他の素子と電気的に接続され、回路における出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子を有する半導体装置の電気的特性検査方法であって、回路に対し、スイッチング素子の安全動作領域内で通常動作時よりも大きい電流を印加することにより、スイッチング素子を発熱させるとともに回路の電気的特性を検査することを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, a circuit is constituted by a plurality of elements formed on a semiconductor chip, and the elements are electrically connected to other elements constituting the circuit and arranged at an output stage in the circuit. A method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device having a switching element of a power system, wherein the switching element generates heat by applying a larger current to the circuit than in normal operation within a safe operation region of the switching element. And inspecting the electrical characteristics of the circuit.
本発明では、半導体装置の温度を調整するに際し、回路を構成する素子として、回路における出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子の自己発熱を利用する。また、電気的特性の検査に際し、回路に対してスイッチング素子の安全動作領域内で通常動作時よりも大きい電流を印加する。したがって、１つの信号（上記した電流の印加）により、出力段に配置（出力端子と接続）されたスイッチング素子を効率よく発熱させるとともに、上記信号の入力により回路から出力された信号に基づいて、回路の電気的特性を検査することができる。すなわち、自己発熱と電気的特性の検査において、信号の切り替えが不要である。また、電流印加によるスイッチング素子の発熱で、半導体装置の温度を変化させることができる。すなわち、所定の温度範囲において、電気的特性を検査することができる。このように本発明によれば、素子の自己発熱を利用しつつ、短時間の検査で不良品を精度良く選別することができる。 In the present invention, when adjusting the temperature of the semiconductor device, the self-heating of the power switching element arranged at the output stage in the circuit is used as an element constituting the circuit. Further, when the electrical characteristics are inspected, a current larger than that during normal operation is applied to the circuit within the safe operation region of the switching element. Accordingly, the switching element disposed in the output stage (connected to the output terminal) is efficiently heated by one signal (application of the current described above), and based on the signal output from the circuit by the input of the signal, The electrical characteristics of the circuit can be inspected. That is, there is no need to switch signals in the self-heating and electrical characteristic inspection. Further, the temperature of the semiconductor device can be changed by heat generation of the switching element due to current application. That is, electrical characteristics can be inspected in a predetermined temperature range. As described above, according to the present invention, defective products can be accurately selected by a short inspection while utilizing the self-heating of the element.
なお、パワー系のスイッチング素子としては、所謂パワーＭＯＳトランジスタ素子、ＩＧＢＴ素子、バイポーラトランジスタ素子などの周知の素子を採用することができる。 As the power switching element, a known element such as a so-called power MOS transistor element, IGBT element, or bipolar transistor element can be employed.
請求項３に記載のように、スイッチング素子の発熱により、半導体装置を所定の温度範囲内で低温側から高温側へ連続的に変化させ、所定の温度範囲全域において回路の電気的特性を検査（所謂温度スイープ検査）するようにしても良い。上記した方法によれば、自己発熱と電気的特性の検査において信号の切り替えが不要であるので、所定の温度範囲全域において、回路からの出力を連続的にモニタし、電気的特性を検査することができる。これによれば、短時間の検査でより精度良く不良を選別することができる。また、温度スイープ検査するので、所定温度範囲における複数点で電気的検査を実施する構成よりも、装置構成を簡素化することができる。 According to a third aspect of the present invention, the semiconductor device is continuously changed from the low temperature side to the high temperature side within a predetermined temperature range due to the heat generated by the switching element, and the electrical characteristics of the circuit are inspected over the entire predetermined temperature range ( A so-called temperature sweep inspection) may be performed. According to the above method, since switching of signals is not necessary in the self-heating and electrical characteristic inspection, the output from the circuit is continuously monitored over the predetermined temperature range to inspect the electrical characteristics. Can do. According to this, it is possible to sort out defects with higher accuracy by a short inspection. Further, since the temperature sweep inspection is performed, the apparatus configuration can be simplified as compared with the configuration in which the electrical inspection is performed at a plurality of points in a predetermined temperature range.
また、請求項４に記載のように、スイッチング素子の発熱により、半導体装置を所定の温度範囲内で低温側から高温側へ連続的に変化させ、所定の温度範囲における複数点で回路の電気的特性を検査することもできる。上記した方法によれば、自己発熱と電気的特性の検査において信号の切り替えが不要であり、スイッチング素子の自己発熱によって半導体チップの温度を変化させる。したがって、所定の温度範囲における複数点（多点）での電気的特性の検査を短時間で実施し、この検査により精度良く不良を選別することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the semiconductor device is continuously changed from the low temperature side to the high temperature side within a predetermined temperature range by the heat generation of the switching element, and the electrical circuit is connected at a plurality of points in the predetermined temperature range. Properties can also be inspected. According to the method described above, it is not necessary to switch signals in the inspection of self-heating and electrical characteristics, and the temperature of the semiconductor chip is changed by the self-heating of the switching element. Therefore, the inspection of electrical characteristics at a plurality of points (multiple points) in a predetermined temperature range can be performed in a short time, and defects can be selected with high accuracy by this inspection.
請求項５に記載のように、半導体チップ上に形成された温度センサの出力信号をモニタして、半導体装置の温度を検出しても良いし、請求項６に記載のように、スイッチング素子のスイッチング周波数をモニタして、半導体装置の温度を検出しても良い。スイッチング周波数には温度特性があるので、スイッチング周波数をモニタすることで、別途温度センサを不要とすることができる。なお、温度センサの出力信号としては、半導体チップに構成されたＭＯＳトランジスタ素子のＶｔ（閾値電圧）や、保護ダイオードのＶｆ（順方向電圧）などを採用することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, the output signal of the temperature sensor formed on the semiconductor chip may be monitored to detect the temperature of the semiconductor device. The switching frequency may be monitored to detect the temperature of the semiconductor device. Since the switching frequency has temperature characteristics, a separate temperature sensor can be dispensed with by monitoring the switching frequency. As an output signal of the temperature sensor, Vt (threshold voltage) of a MOS transistor element formed on a semiconductor chip, Vf (forward voltage) of a protection diode, or the like can be employed.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の、電気的特性検査時における概略構成を示す図である。本実施形態では、半導体チップ上に形成された複数の素子によって回路が構成され、素子として、回路を構成する他の素子と電気的に接続され、回路における出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子を有する半導体装置として、図１に示すように、スイッチング電源回路１０とシリーズ電源回路２０とを有し、スイッチング電源回路１０とシリーズ電源回路２０とが直列に接続された半導体装置１００の例を示す。このような半導体装置１００は、例えば車両用の電源装置（電源ＩＣ）として好適である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention at the time of electrical characteristic inspection. In the present embodiment, a circuit is constituted by a plurality of elements formed on a semiconductor chip, and as elements, switching of a power system that is electrically connected to other elements constituting the circuit and arranged at an output stage in the circuit As an example of a semiconductor device having elements, as shown in FIG. 1, an example of a
スイッチング電源回路１０は、半導体装置１００におけるスイッチング素子１１をオン・オフ動作させ、入力電圧を該入力電圧よりも低い電圧に変換し、出力するものである。スイッチング素子１１は、特許請求の範囲に記載のパワー系のスイッチング素子に相当するものであり、イオン注入などによる半導体チップ４０への作り込み、若しくは、はんだ付けなどの実装によって、半導体チップ４０上に形成された、パワーＭＯＳトランジスタ素子、ＩＧＢＴ素子、バイポーラトランジスタ素子などの周知のパワー系のスイッチング素子、より好ましくは電流が基板の厚さ方向に流れ、耐圧に優れた所謂縦型のパワーＭＯＳトランジスタ素子やＩＧＢＴ素子を採用することができる。
The switching
本実施形態では、スイッチング素子１１として、半導体チップ４０上に実装されたＮチャネル型の縦型パワーＭＯＳトランジスタ素子を採用している。そして、スイッチング素子１１の入力側（ドレイン）が、半導体チップ４０（半導体装置１００）の入力端子４１を介して、半導体装置１００の電気的特性を検査するための電気的特性検査用の電源５０（例えば３２Ｖ電源）に接続され、出力側（ソース）が、半導体チップ４０の出力端子４２を介して、半導体装置１００の電気的特性を検査するための定電流源５１に接続されている。なお、通常動作時（例えば車両搭載時）においては、電源５０に代えて、入力端子４１に、電源５０よりも低電圧の電源（例えば車載のバッテリ）が接続され、出力端子４２と定電流源５１との電気的な接続関係は解消される。また、このスイッチング素子１１は、抵抗直列回路、基準電源回路、エラーアンプ、ＰＷＭ回路、三角波発生回路などを有する周知構成のスイッチング制御回路１７から与えられる駆動パルス信号により、オン・オフ動作されるようになっている。
In the present embodiment, an N-channel vertical power MOS transistor element mounted on the
スイッチング素子１１の下流（定電流源５１よりも上流）には、スイッチング素子１１から断続して出力される電圧を平滑化するために、平滑回路１２が接続されている。平滑回路１２は、スイッチング素子１１の出力側（ソース）と、半導体チップ４０の出力端子４２を介して接続されたチョークコイル１３、該チョークコイル１３の上端とグランドとの間に接続されたフリーホイールダイオード１４、チョークコイル１３の下端とグランドとの間に並列的に接続された、容量が夫々１００μＦ，０．１μＦのコンデンサ１５，１６とから構成されている。この平滑回路１２の出力は、上記したスイッチング制御回路１７に入力され、スイッチング制御回路１７にて、スイッチング素子１１を駆動するための駆動パルス信号が生成される。そして、スイッチング素子１１がオン・オフされることによって入力信号はＰＷＭ変調され、ＰＷＭ変調された信号が平滑回路１２で平滑化されることにより、後述するシリーズ電源回路２０の目標出力電圧に近い所定の中間出力電圧（例えば６Ｖ）の信号となる。このように、スイッチング素子１１、平滑回路１２、およびスイッチング制御回路１７により、スイッチング電源回路１０が構成されている。このスイッチング電源回路１０の下流には、シリーズ電源回路２０が直列に接続されている。
A smoothing
シリーズ電源回路２０は、制御トランジスタ素子２１を備え、該制御トランジスタ素子２１のオン状態における導通状態を調整することで、上記した中間出力電圧を所定の目標出力電圧まで降下させて出力するものである。本実施形態では、図１に示すように、制御トランジスタ素子２１としてＰＮＰバイポーラトランジスタ素子を採用している。この制御トランジスタ素子２１のエミッタは、平滑回路１２の下端に接続されており、ベースは半導体チップ４０の出力端子４４に接続されている。また、制御トランジスタ素子２１のコレクタは、半導体チップ４０の入力端子４５，並びに位相補償用のコンデンサ２２を介して同入力端子４６に接続されている。また、制御トランジスタ素子２１のコレクタは、半導体装置１００の出力電圧（例えば５Ｖ電源）の供給端子となっており、図１に示す例では、半導体装置１００の出力が、ＤＳＰ６０（Digital Signal Processor）に入力されてデジタル信号処理され、電気的特性が検査されるようになっている。さらに、制御トランジスタ素子２１のエミッタ，ベース間には、抵抗素子２３が接続されている。
The series
半導体チップ４０の出力端子４４は、ＮＰＮバイポーラトランジスタ素子２４（以下、トランジスタ素子２４と示す）のコレクタに接続されており、トランジスタ素子２４のエミッタは、抵抗素子２５を介してグランドに接続されていると共に、入力端子４６に接続されている。また、トランジスタ素子２４のベースは、コンパレータ２６の出力端子に接続されている。
The
コンパレータ２６の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒ（例えば、１．５Ｖ）が付与されており、反転入力端子は、抵抗素子２７を介してグランドに接続されていると共に、抵抗素子２８を介して入力端子４５に接続されている。即ち、コンパレータ２６は、基準電圧Ｖｒと、制御トランジスタ素子２１のコレクタより出力される電圧（５Ｖ）を抵抗素子２７、２８により分圧した電位と、の比較結果に応じてトランジスタ素子２４のベース電流を制御し、以って制御トランジスタ素子２１のベース電流を制御することで、半導体装置１００の出力電圧を所定電圧（例えば５Ｖ）に維持するようにしている。このようにして、シリーズ電源回路２０が構成されている。
A reference voltage Vr (for example, 1.5 V) is applied to the non-inverting input terminal of the
また、本実施形態においては、半導体装置１００として、半導体チップ４０上に、半導体装置１００（半導体チップ４０）の温度を検出する温度センサとしてのＭＯＳトランジスタ素子３０が形成されている。そして、このＭＯＳトランジスタ素子３０のＶｔ（閾値電圧）を電圧計７０にてモニタすることで、半導体装置１００の温度を検出するようにしている。なお、符号３１はＭＯＳトランジスタ素子３０のスイッチング制御回路を示し、符号７１は定電流源を示している。
In the present embodiment, as the
次に、上記した半導体装置１００における電気的特性の検査方法について説明する。図２は、半導体装置１００の電気的特性検査方法の効果を示す図であり、（ａ）は本実施形態に示す検査方法の場合、（ｂ）は比較対象としての従来の検査方法の場合を示している。なお、図２（ａ），（ｂ）では、横軸に素子を自己発熱させる信号の印加開始からの経過時間を示し、縦軸に半導体チップの温度を示している。この検査は、パッケージされ、各半導体装置１００（ＩＣ）が電気的に分離された状態（リードフレームの不要部分が除去され、ＩＣ毎に分離された状態）の個々の半導体装置１００に対してそれぞれ実施される。
Next, a method for inspecting electrical characteristics in the
具体的には、図１に示したように、温度センサとしてのＭＯＳトランジスタ素子３０に、電圧計７０や定電流源７１を接続し、ＭＯＳトランジスタ素子３０のＶｔをモニタできるようにする。また、半導体装置１００（半導体チップ４０）の入力端子４１を電気的特性検査用の電源５０と接続し、出力端子４２を電気的特性検査用の定電流源５１と接続する。すなわち、半導体装置１００の回路に対し、電圧が通常動作時よりも高く、スイッチング素子１１の素子耐圧未満であり、電流がスイッチング素子１１の安全動作領域内で通常動作時よりも大きい信号を印加する。これにより、素子を破壊することなく半導体装置１００の回路を駆動させ、回路（シリーズ電源回路２０）から信号を出力させることができる。また、上記信号の印加により、回路の出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子１１を効率よく発熱させ、スイッチング素子１１の形成された半導体チップ４０の温度、ひいては半導体装置１００の温度を、室温（Ｔ０）から時間経過と共に上昇させることができる。このように、１つの信号により、出力段に配置されたスイッチング素子１１を効率よく発熱させるとともに、上記信号の入力により回路から出力された信号に基づいて、半導体装置１００における回路の電気的特性を検査することができる。
Specifically, as shown in FIG. 1, a
本実施形態では、ＭＯＳトランジスタ素子３０のＶｔに基づき検出される半導体チップ４０の温度が、室温Ｔ０から該Ｔ０よりも高い動作保障温度付近の温度Ｔ４（例えば１２０℃）に達するまで、上記信号を印加し続ける。すなわち、ＭＯＳトランジスタ素子３０のＶｔに基づいて、信号印加の終点を決定する。そして、温度Ｔ０〜Ｔ４の範囲全域において、回路からの出力信号を連続的にモニタし、電気的特性を検査する。すなわち、半導体装置１００に印加する信号を切り替えることなく、温度Ｔ０〜Ｔ４の所定範囲全域において、回路からの出力信号をスイープ検査する。このスイープ検査では、信号の切り替えロスが生じないので、図２（ａ）に示すように、半導体チップ４０の温度を室温Ｔ０からＴ４とするのに要する時間ｔ１が、所定の温度範囲（Ｔ０〜Ｔ４）において、不良品を精度良く選別する（リジェクトする）ための電気的特性の検査に掛かる時間となる。
In the present embodiment, the above signal is output until the temperature of the
これに対し、上記背景技術で示した特許文献１〜３に示される方法では、素子を発熱させる信号と電気的特性を検査する信号とで切り替えが必要であるため、所定の温度範囲全域でのスイープ検査ができず、複数点での検査は可能である。例えば、上記した温度Ｔ０〜Ｔ４の所定範囲において、温度Ｔ０〜Ｔ４を等分するＴ１，Ｔ２，Ｔ３と温度Ｔ４の４点（多点）で信号をそれぞれ切り替え、電気的特性を検査するものとする。この場合、発熱させるための信号を素子に印加して半導体装置を所定温度まで発熱させたのち、電気的特性を検査するための信号に切り替えて検査を実行することとなる。また、検査時においては素子を発熱させることができないため、半導体チップ４０の温度が下降する。したがって、図２（ｂ）に示すように、各検査温度で信号の切り替えロスＴｒ（Ｔｒ１〜Ｔｒ４）が生じることとなり、同じ温度範囲（Ｔ０〜Ｔ４）を検査対象としながら、検査に掛かる時間が、上記したｔ１よりも長いｔ２となる。
On the other hand, in the methods shown in Patent Documents 1 to 3 shown in the background art, switching between a signal for generating heat and a signal for inspecting electrical characteristics is necessary. Sweep inspection is not possible, and inspection at multiple points is possible. For example, in the above-mentioned predetermined range of temperatures T0 to T4, signals are switched at four points (multiple points) T1, T2, T3 and temperature T4 that equally divide temperatures T0 to T4, respectively, and electrical characteristics are inspected. To do. In this case, a signal for generating heat is applied to the element to cause the semiconductor device to generate heat to a predetermined temperature, and then the inspection is performed by switching to a signal for inspecting electrical characteristics. Further, since the element cannot generate heat during the inspection, the temperature of the
次に、上記した半導体装置１００の電気的特性検査方法の効果について説明する。本実施形態では、半導体装置１００の温度を調整するに際し、回路を構成する素子として、回路における出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子１１の自己発熱を利用する。また、電気的特性の検査に際し、半導体装置１００の回路に対して、電圧が通常動作時よりも高く、スイッチング素子１１の素子耐圧未満であり、電流がスイッチング素子１１の安全動作領域内で通常動作時よりも大きい信号を印加する。したがって、１つの信号により、出力段に配置されたスイッチング素子１１を効率よく発熱させるとともに、上記信号の入力により回路から出力された信号に基づいて、回路の電気的特性を検査することができる。すなわち、自己発熱と電気的特性の検査において、信号の切り替えが不要である。また、上記信号の印加によるスイッチング素子１１の発熱で、半導体チップ４０、ひいては半導体装置１００の温度を変化させることができる。したがって、同一構成の半導体装置において、異常動作（例えば電源ＩＣにおいて、出力電圧５Ｖのところ、４Ｖが出力される）の生じる温度が、製品（不良品）によって異なる場合、換言すれば電気的特性に不良が生じる温度が一定でない場合や何℃で不良が生じるか不明確な場合であっても、所定の温度範囲において電気的特性を検査して、不良品を精度良く選別することができる。このように、本実施形態に係る半導体装置１００の電気的特性検査方法によれば、スイッチング素子１１の自己発熱を利用しつつ、従来よりも短時間の検査で不良品を精度良く選別することができる。
Next, the effect of the electrical characteristic inspection method of the
なお、本実施形態では、電気的特性の検査に際し、半導体装置１００の回路に対して、電圧が通常動作時よりも高く、スイッチング素子１１の素子耐圧未満であり、電流がスイッチング素子１１の安全動作領域内で通常動作時よりも大きい信号を印加する例を示した。しかしながら、半導体装置１００の回路に入力する信号としては、回路を構成する素子が破壊されない範囲で、スイッチング素子１１の発熱量が、通常動作時よりも大きくなるような信号であれば良い。したがって、回路に対し、通常動作時よりも高く、スイッチング素子１１の素子耐圧未満の電圧を印加しても良いし、スイッチング素子１１の安全動作領域内で通常動作時よりも大きい電流を印加しても良い。
In the present embodiment, when the electrical characteristics are inspected, the voltage of the circuit of the
また、本実施形態では、スイッチング素子１１の発熱により、半導体装置１００を所定の温度範囲Ｔ０〜Ｔ４内で低温（室温）側から高温側へ連続的に変化させ、所定の温度範囲全域において、回路からの出力信号をスイープ検査する。したがって、短時間の検査でより精度良く不良を選別することができる。また、スイープ検査の場合、終点（Ｔ４）のみを検出すればよいので、所定温度範囲における複数点で電気的検査を実施する構成よりも、装置構成を簡素化することもできる。
Further, in the present embodiment, the
なお、所定の温度範囲において、不良品を精度良く選別する方法としては、スイッチング素子１１の発熱により、半導体装置１００を所定の温度範囲Ｔ０〜Ｔ４内で低温側から高温側へ連続的に変化させ、所定の温度範囲における複数点で回路の電気的特性を検査する方法を採用することもできる。この方法においても、自己発熱と電気的特性の検査において信号の切り替えが不要であり、１つの信号により、スイッチング素子１１を自己発熱させて半導体装置１００の温度を変化させつつ、回路から出力される信号に基づいて電気的特性を検査することができる。すなわち、信号の切り替えロスが生じない。したがって、上記した温度Ｔ０〜Ｔ４の所定範囲において、例えば温度Ｔ０〜Ｔ４を等分するＴ１，Ｔ２，Ｔ３と温度Ｔ４の４点（多点）で電気的特性を検査するものとしても、電気的特性の検査に掛かる時間を、半導体チップ４０の温度を室温Ｔ０からＴ４とするのに要する時間ｔ１と略一致させることができる。また、スイープ検査に比べればデータ量が少ないものの、多点で電気的特性を検査するので、短時間の検査で精度良く不良を選別することができる。
In addition, as a method of accurately selecting defective products in a predetermined temperature range, the
また、本実施形態では、温度センサとして、半導体チップ４０上に形成されたＭＯＳトランジスタ素子３０を採用し、ＭＯＳトランジスタ素子３０のＶｔをモニタして、半導体チップ４０（半導体装置１００）の温度を検出する例を示した。しかしながら、温度センサは、上記ＭＯＳトランジスタ素子３０に限定されるものではない。例えば回路に接続された保護ダイオードを温度センサとし、保護ダイオードのＶｆ（順方向電圧）をモニタすることで、半導体チップ４０（半導体装置１００）の温度を検出することもできる。
In the present embodiment, the
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図３に基づいて説明する。図３は、第２実施形態に係る半導体装置の、電気的特性検査時における概略構成を示す図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the semiconductor device according to the second embodiment at the time of electrical characteristic inspection.
第２実施形態に係る半導体装置の電気的特性検査方法は、第１実施形態に示した半導体装置の電気的特性検査方法と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。 The method for inspecting the electrical characteristics of the semiconductor device according to the second embodiment is common in common with the method for inspecting the electrical characteristics of the semiconductor device shown in the first embodiment. Focus on the differences. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown in 1st Embodiment.
第１実施形態においては、半導体チップ４０上に形成されたＭＯＳトランジスタ素子３０のＶｔをモニタして、半導体チップ４０（半導体装置１００）の温度を検出する例を示した。これに対し、本実施形態においては、スイッチング素子１１のスイッチング周波数をモニタして、半導体チップ４０（半導体装置１００）の温度を検出する点を特徴とする。図３に示す例では、上記した信号の印加によりスイッチング素子１１から出力された信号の周期（オン・オフの周期）を、出力端子４２と平滑回路１２との間に接続された周波数カウンタ８０にてモニタすることで、半導体チップ４０（半導体装置１００）の温度を検出するようにしている。
In the first embodiment, an example in which the temperature of the semiconductor chip 40 (semiconductor device 100) is detected by monitoring Vt of the
このように、本実施形態に係る半導体装置１００の電気的特性検査方法によれば、スイッチング周波数をモニタして半導体チップ４０（半導体装置１００）の温度を検出するので、別途温度センサを不要とすることができる。
As described above, according to the electrical characteristic inspection method for the
なお、スイッチング素子１１から出力された信号の周期は、上記したスイッチング制御回路１７の三角波発生回路にて生成される三角波の周期に基づいて変化する。すなわち、三角波や、三角波によって生成される駆動パルス信号も温度によって変化する。したがって、スイッチング周波数として、上記三角波や駆動パルス信号の周期を検出するようにしても良い。
The period of the signal output from the switching
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本実施形態では、半導体装置１００のうち、スイッチング電源回路１０におけるスイッチング素子１１と、シリーズ電源回路２０の一部、及び温度センサとしてのＭＯＳトランジスタ素子３０が、同一の半導体チップ４０上に形成さえる例を示した。すなわち、スイッチング電源回路１０における平滑回路１２とシリーズ電源回路２０の残りの一部については、その配置について特に言及しなかった。しかしながら、スイッチング電源回路１０における平滑回路１２とシリーズ電源回路２０の残りの一部についても、スイッチング素子１１と同じ半導体チップ４０上に形成された構成、すなわち回路を構成する複数の素子の全てが同一の半導体チップ４０上に形成された構成としても良い。また、スイッチング素子１１とは異なる半導体チップ上に形成された構成、すなわち、回路を構成する複数の素子が複数の半導体チップ上に形成された構成としても良い。
In the present embodiment, in the
本実施形態では、半導体装置１００が、スイッチング電源回路１０とシリーズ電源回路２０とが直列に接続された回路を有し、電源ＩＣとして構成される例を示した。しかしながら、半導体装置１００の構成は上記例に限定されるものではない。例えば、スイッチング電源回路１０及びシリーズ電源回路２０のいずれか一方のみを有する構成であっても、上記した電気的特性の検査方法を適用することができる。なお、シリーズ電源回路２０のみを有する場合、上記した制御トランジスタ素子２１を、特許請求の範囲に記載のパワー系のスイッチング素子として機能させることとなる。さらには、電源ＩＣに限定されず、回路として半導体チップ上に形成された複数の素子によって回路が構成され、素子として、回路を構成する他の素子と電気的に接続され、回路における出力段に配置されたパワー系のスイッチング素子を有する半導体装置であれば、上記した電気的特性の検査方法を適用することができる。
In the present embodiment, the
１０・・・スイッチング電源回路
１１・・・スイッチング素子
１２・・・平滑回路
２０・・・シリーズ電源回路
３０・・・ＭＯＳトランジスタ素子（温度センサ）
４０・・・半導体チップ
５０・・・電源
５１・・・定電流源
１００・・・半導体装置
DESCRIPTION OF
40 ...
Claims (6)
前記回路に対し、通常動作時よりも高く、前記スイッチング素子の素子耐圧未満の電圧を印加することにより、前記スイッチング素子を発熱させるとともに前記回路の電気的特性を検査することを特徴とする半導体装置の電気的特性検査方法。 A circuit is constituted by a plurality of elements formed on a semiconductor chip, and as the element, a power switching element electrically connected to the other elements constituting the circuit and disposed at an output stage in the circuit A method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device having
A semiconductor device characterized in that, by applying a voltage to the circuit that is higher than that during normal operation and less than the element withstand voltage of the switching element, the switching element generates heat and the electrical characteristics of the circuit are inspected. Electrical property inspection method.
前記回路に対し、前記スイッチング素子の安全動作領域内で通常動作時よりも大きい電流を印加することにより、前記スイッチング素子を発熱させるとともに前記回路の電気的特性を検査することを特徴とする半導体装置の電気的特性検査方法。 A circuit is constituted by a plurality of elements formed on a semiconductor chip, and as the element, a power switching element electrically connected to the other elements constituting the circuit and disposed at an output stage in the circuit A method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device having
A semiconductor device that heats the switching element and inspects the electrical characteristics of the circuit by applying a larger current to the circuit than in normal operation within a safe operation region of the switching element. Electrical property inspection method.
前記所定の温度範囲全域において前記回路の電気的特性を検査することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の電気的特性検査方法。 Due to the heat generated by the switching element, the semiconductor device is continuously changed from a low temperature side to a high temperature side within a predetermined temperature range,
3. The method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device according to claim 1, wherein electrical characteristics of the circuit are inspected over the entire predetermined temperature range.
前記所定の温度範囲における複数点で前記回路の電気的特性を検査することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の電気的特性検査方法。 Due to the heat generated by the switching element, the semiconductor device is continuously changed from a low temperature side to a high temperature side within a predetermined temperature range,
3. The method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor device according to claim 1, wherein electrical characteristics of the circuit are inspected at a plurality of points in the predetermined temperature range.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008239802A JP2010071809A (en) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | Method of inspecting electric characteristic of semiconductor device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011223760A (en) * | 2010-04-12 | 2011-11-04 | Hitachi Ltd | Power conversion device |
| JP2014157133A (en) * | 2013-02-18 | 2014-08-28 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device inspection method and semiconductor device inspection device |
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2008
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