JP7040281B2

JP7040281B2 - 半導体装置の検査方法

Info

Publication number: JP7040281B2
Application number: JP2018097755A
Authority: JP
Inventors: 隆行村松; 義人水野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: JP2019203738A

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の検査方法に関する。

特許文献１には、半導体装置の検査方法が開示されている。この検査方法では、バッテリから半導体装置に電流を流すことによって、半導体装置を検査する技術が開示されている。

特開２０１６－０３１３５１号公報

充電されたコンデンサを半導体装置に接続し、コンデンサから半導体装置に電流を流すことによって、半導体装置を検査する方法が知られている。この方法によれば、バッテリから半導体装置に電流を流す場合よりも大きい電流を半導体装置に流すことができる。この種の検査方法において、半導体装置が短絡故障する場合がある。半導体装置が短絡故障すると、コンデンサから半導体装置に流れる電流を停止することができず、検査装置に高い電流が流れる。このため、検査装置が損傷するおそれがある。

本明細書が開示する検査方法では、検査装置を用いて半導体装置を検査する。前記検査装置が、第１コンデンサと、前記第１コンデンサよりも静電容量が小さい第２コンデンサを有する。前記検査方法が、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサによって前記半導体装置に電圧を印加する第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記第１コンデンサを前記半導体装置から電気的に切断し、前記第２コンデンサによって前記半導体装置に電圧を印加する第２ステップを有する。前記第１ステップを開始してから前記第２ステップが完了するまでの期間の途中で、前記半導体装置をオンからオフに切り換える。

この検査方法では、第１ステップにおいて、第１コンデンサと第２コンデンサによって半導体装置に電圧を印加する。また、第１ステップの少なくとも一部においては、半導体装置はオンしている。したがって、その期間においては、第１コンデンサと第２コンデンサから半導体装置に電流が流れている。第１コンデンサの静電容量が大きいので、半導体装置に高電流を流すことができる。第１ステップを開始してから第２ステップが完了するまでの期間の途中で、半導体装置をオンからオフに切り換える。半導体装置がオフすることで、半導体装置に流れる電流が停止する。また、第１ステップから第２ステップに移行するときに、第１コンデンサが半導体装置から電気的に切断される。したがって、第２ステップの少なくとも一部においては、第２コンデンサによってオフ状態の半導体装置に電圧が印加されている状態となる。この状態で、半導体装置の特性（漏れ電流等）を検査することができる。このように、高電流を停止させた直後の半導体装置に第２コンデンサが電圧を印加することで、高負荷が加えられた直後における半導体装置の特性を検査することができる。また、半導体装置をオンからオフに切り換えた後に、半導体装置が短絡故障する場合がある。半導体装置が短絡故障すると、第２コンデンサに蓄えられている電荷が半導体装置に流れる。第２コンデンサの静電容量が小さいので、このとき半導体装置に流れる電荷量は少なく、検査装置への負荷は小さい。したがって、検査装置の損傷を防止することができる。このように、この検査方法によれば、第１ステップにおいて半導体装置に高電流を流すことが可能であると共に、第２ステップにおいて半導体装置が短絡故障した場合における検査装置の損傷を防止することができる。

検査装置の回路図。治具の説明図。実施例１の検査方法における各値の変化を示すグラフ。実施例２の検査方法における各値の変化を示すグラフ。

図１は、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）１２を検査する検査装置１０を示している。検査装置１０は、ＩＧＢＴ１２を保持するための治具１４を有している。図２に示すように、治具１４は、プローブカード１６とステージ１８を有している。ステージ１８上に、チップ状のＩＧＢＴ１２が載置される。プローブカード１６は、上下に移動することができる。ステージ１８上のＩＧＢＴ１２に向かってプローブカード１６を下降させると、プローブカード１６のプローブがＩＧＢＴ１２と接触する。これによって、図１に示すように、ＩＧＢＴ１２が検査装置１０に接続される。

図１に示すように、検査装置１０は、電源２２、スイッチ２４、スイッチ２６及びコンデンサ２８を有している。電源２２の正極は、スイッチ２４とスイッチ２６を介してＩＧＢＴ１２のコレクタに接続されている。電源２２の負極は、ＩＧＢＴ１２のエミッタに接続されている。コンデンサ２８の一方の端子は、スイッチ２４とスイッチ２６の間の配線に接続されている。コンデンサ２８の他方の端子は、電源２２の負極に接続されている。スイッチ２４をオンすると、電源２２によってコンデンサ２８が充電される。スイッチ２６をオンすると、コンデンサ２８によってＩＧＢＴ１２のコレクタ‐エミッタ間に電圧が印加される。

検査装置１０は、電源３２、スイッチ３４、スイッチ３６及びコンデンサ３８を有している。電源３２の正極は、スイッチ３４とスイッチ３６を介してＩＧＢＴ１２のコレクタに接続されている。電源３２の負極は、ＩＧＢＴ１２のエミッタに接続されている。電源３２の出力電圧は、電源２２の出力電圧と略等しい。コンデンサ３８の一方の端子は、スイッチ３４とスイッチ３６の間の配線に接続されている。コンデンサ３８の他方の端子は、電源３２の負極に接続されている。コンデンサ３８の静電容量は、コンデンサ２８の静電容量よりも小さい。スイッチ３４をオンすると、電源３２によってコンデンサ３８が充電される。スイッチ３６をオンすると、コンデンサ３８によってＩＧＢＴ１２のコレクタ‐エミッタ間に電圧が印加される。

ＩＧＢＴ１２のゲートとエミッタの間に、ゲート電源２０が接続されている。ゲート電源２０は、ＩＧＢＴ１２のゲートの電位を制御する。

ＩＧＢＴ１２のコレクタ‐エミッタ間に、ダイオード４０が接続されている。ダイオード４０のアノードがＩＧＢＴ１２のエミッタに接続されており、ダイオード４０のカソードがＩＧＢＴ１２のコレクタに接続されている。

ＩＧＢＴ１２のコレクタ‐エミッタ間に、スイッチ４４と抵抗４２の直列回路が接続されている。スイッチ３６とスイッチ４４をオンすると、抵抗４２を介してコンデンサ３８が放電される。

コンデンサ２８の両端の間に、スイッチ５０と抵抗５２の直列回路が接続されている。スイッチ５０をオンすると、抵抗５２を介してコンデンサ２８が放電される。

なお、検査装置１０は、図示しない制御装置を有している。この制御装置によって、スイッチ２４、２６、３４、３６、４４、５０及びゲート電源２０が制御される。制御装置がこれらを制御することで、以下に説明する実施例１及び２の検査方法が実行される。

次に、実施例１の検査方法について説明する。実施例１の検査方法では、検査装置１０を用いて、高負荷動作後のＩＧＢＴ１２の特性を検査する。まず、検査方法を実施する前の準備として、コンデンサ２８、３８を充電する。ここでは、まず、スイッチ２４、３４をオンする。スイッチ２４をオンすると、コンデンサ２８が充電される。スイッチ３４をオンすると、コンデンサ３８が充電される。コンデンサ２８、３８が充電されたら、スイッチ２４、３４をオフする。これによって、電源２２からコンデンサ２８への電圧の印加を停止するとともに、電源３２からコンデンサ３８への電圧の印加を停止する。

図３は、実施例１の検査方法を実施するときの各値の変化を示している。検査方法の開始時において、スイッチ２６、３６はオフしている。また、検査方法の開始時において、ＩＧＢＴ１２のゲート電位Ｖｇｅは、ゲート電源２０によって低電位に制御されており、ＩＧＢＴ１２はオフしている。また、検査方法の開始時において、ＩＧＢＴ１２のコレクタ‐エミッタ間の電圧Ｖｃｅは略０Ｖとなっており、ＩＧＢＴ１２のコレクタ‐エミッタ間の電流Ｉｃｅは略０Ａとなっている。

図３のタイミングｔ１において、スイッチ２６とスイッチ３６をオンする。すると、コンデンサ２８、３８によって、ＩＧＢＴ１２に電圧が印加される。このため、タイミングｔ１において、電圧Ｖｃｅが上昇する。タイミングｔ１では、ゲート電位Ｖｇｅが低電位に維持されるので、ＩＧＢＴ１２がオフしている。このため、タイミングｔ１では、ＩＧＢＴ１２に電流Ｉｃｅが流れない。

次に、タイミングｔ２において、ゲート電位Ｖｇｅを高電位まで上昇させ、ＩＧＢＴ１２をオンさせる。すると、電流Ｉｃｅが上昇する。コンデンサ２８、３８とＩＧＢＴ１２の間に負荷となる素子（抵抗、コイル等）が存在しないので、ＩＧＢＴ１２がオンしても、ＩＧＢＴ１２にコンデンサ２８、３８の出力電圧が直接印加される。したがって、タイミングｔ２において、ＩＧＢＴ１２のコレクタ‐エミッタ間の電圧Ｖｃｅはほとんど変化しない。タイミングｔ２において、ＩＧＢＴ１２が短絡状態となり、電流Ｉｃｅが高い値（ピーク値Ｉｓｃ）まで上昇する。電流Ｉｃｅがピーク値Ｉｓｃに達した後は、電流Ｉｃｅは緩やかに低下する。ＩＧＢＴ１２には、ＩＧＢＴ１２がオフするタイミングｔ３まで高電流が流れる。コンデンサ２８の静電容量が大きいので、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間全体で、ＩＧＢＴ１２に高電流を流すことができる。ＩＧＢＴ１２がオンしている間は、ＩＧＢＴ１２で電力が消費されるので、ＩＧＢＴ１２が高温となる。

タイミングｔ２から一定時間が経過したタイミングｔ３において、ゲート電位Ｖｇｅを低電位まで低下させ、ＩＧＢＴ１２をオフさせる。すると、タイミングｔ３の直後のタイミングｔ４において、電流Ｉｃｅが略０Ａまで低下する。また、タイミングｔ３、ｔ４では、スイッチ２６、３６がオンに維持されるので、タイミングｔ４以降もＩＧＢＴ１２にコンデンサ２８、３８の出力電圧が印加される。したがって、タイミングｔ３、ｔ４において、電圧Ｖｃｅはほとんど変化しない。

タイミングｔ４の直後のタイミングｔ５において、スイッチ２６をオフする。例えば、タイミングｔ３からタイミングｔ４までが１μｓｅｃである場合には、タイミングｔ４からタイミングｔ５までが２μｓｅｃとなるように、タイミングｔ５を設定することができる。タイミングｔ５においてスイッチ２６をオフすると、コンデンサ２８の出力電圧が、ＩＧＢＴ１２に印加されなくなる。しかしながら、タイミングｔ５では、スイッチ３６がオンに維持されるので、タイミングｔ５以降もコンデンサ３８の出力電圧がＩＧＢＴ１２に印加される。したがって、タイミングｔ５において、電圧Ｖｃｅはほとんど変化しない。

タイミングｔ５から一定時間が経過したタイミングｔ６において、スイッチ３６をオフする。タイミングｔ６においてスイッチ３６をオフすると、コンデンサ３８の出力電圧が、ＩＧＢＴ１２に印加されなくなり、ＩＧＢＴ１２のコレクタの電位が浮遊電位となる。このため、タイミングｔ６において電圧Ｖｃｅはほとんど変化しない。タイミングｔ６の後のタイミングｔ７において、スイッチ３６、４４、５０をオンする。スイッチ３６、４４がオンすると、コンデンサ３８が抵抗４２を介して放電される。また、スイッチ４４がオンすることで、電圧Ｖｃｅが略０Ｖまで低下する。スイッチ５０がオンすることで、コンデンサ２８が抵抗５２を介して放電される。

この検査方法では、タイミングｔ４からタイミングｔ６までの期間において、図示しない電流センサによって、電流Ｉｃｅを検出する。すなわち、タイミングｔ２からｔ３までＩＧＢＴ１２に高電流を流し、ＩＧＢＴ１２をオフした直後の期間（タイミングｔ４からタイミングｔ６までの期間）においてオフ状態のＩＧＢＴ１２に流れる漏れ電流を測定する。高電流が流れた後にＩＧＢＴ１２に流れる漏れ電流の大きさを測定することによって、ＩＧＢＴ１２の耐久性等を検査することができる。

この検査方法によれば、コンデンサ２８の静電容量が大きいので、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間全体において、ＩＧＢＴ１２に高電流を流すことができる。したがって、ＩＧＢＴ１２に高い負荷をかけることができる。このため、タイミングｔ４からタイミングｔ６までの期間において、高負荷動作後のＩＧＢＴ１２の漏れ電流を測定することができ、ＩＧＢＴ１２の特性を適切に検査することができる。

また、ＩＧＢＴ１２がオフした以降（すなわち、漏れ電流を測定する期間）において、ＩＧＢＴ１２が短絡故障する場合がある。ＩＧＢＴ１２が短絡故障すると、ＩＧＢＴ１２を介して電流が流れる。検査装置１０に流れる電流が過度に大きくなると、検査装置１０が損傷する場合がある。例えば、プローブとＩＧＢＴ１２の接触点が高温となり、プローブがＩＧＢＴ１２の表面に溶着する場合がある。しかしながら、この検査方法では、漏れ電流を測定する期間（タイミングｔ４からタイミングｔ６までの期間）の大部分が、コンデンサ３８のみによってＩＧＢＴ１２に電圧が印加される期間（タイミングｔ５からタイミングｔ６までの期間）によって構成されている。コンデンサ３８の静電容量は、コンデンサ２８の静電容量よりも小さい。したがって、タイミングｔ５からタイミングｔ６までの期間でＩＧＢＴ１２が短絡故障したとしても、コンデンサ３８からＩＧＢＴ１２に流れる電流はそれほど大きくならない。このため、検査装置１０の損傷が抑制される。

以上に説明したように、実施例１の検査方法によれば、ＩＧＢＴ１２に十分な負荷をかけてＩＧＢＴ１２の特性を検査できると共に、ＩＧＢＴ１２が短絡故障した場合には検査装置１０の損傷を抑制することができる。

図４は、実施例２の検査方法における各値の変化を示している。実施例２の検査方法でも、図１に示す検査装置１０を用いる。実施例２の検査方法は、ＩＧＢＴ１２をオフするタイミングｔ３よりも前のタイミングｔ５ｂにおいてスイッチ２６をオフする点で、実施例１（図３）の検査方法とは異なる。その他の点については、実施例２の検査方法は、実施例１の検査方法と等しい。

図４に示すように、実施例２の検査方法では、ＩＧＢＴ１２がオフするタイミングｔ３の直前のタイミングｔ５ｂにおいて、スイッチ２６をオフする。実施例２の検査方法では、タイミングｔ５ｂからタイミングｔ４までの期間において、コンデンサ２８からＩＧＢＴ１２に電荷が供給されない。したがって、この期間では、コンデンサ３８から供給される電荷のみが、電流ＩｃｅとしてＩＧＢＴ１２に流れる。タイミングｔ４以降は、コンデンサ３８のみによってＩＧＢＴ１２に電圧が印加された状態で、ＩＧＢＴ１２の漏れ電流が測定される。

実施例２の検査方法では、タイミングｔ４からタイミングｔ６までの期間全体において、コンデンサ２８のみによってＩＧＢＴ１２に電圧が印加される。したがって、タイミングｔ４からタイミングｔ６までの期間のいずれのタイミングでＩＧＢＴ１２が短絡故障しても、検査装置１０に高い電流が流れることが抑制される。また、ＩＧＢＴ１２がオフする瞬間（すなわち、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの期間）においてＩＧＢＴ１２が短絡故障する場合がある。実施例２の検査方法では、ＩＧＢＴ１２がオフする瞬間において、コンデンサ２８のみによってＩＧＢＴ１２に電圧が印加される。したがって、ＩＧＢＴ１２がオフする瞬間にＩＧＢＴ１２が短絡故障しても、検査装置１０に高い電流が流れることが抑制され、検査装置１０の損傷が抑制される。

なお、実施例２では、ＩＧＢＴ１２がオンしている期間の途中でスイッチ２６をオフするので、スイッチ２６がオフしてからＩＧＢＴ１２が完全にオフするまでの期間（タイミングｔ５ｂからタイミングｔ４までの期間）では、コンデンサ３８のみによってＩＧＢＴ１２に電流を流す必要がある。すなわち、図４において斜線で示される部分の電荷Ｑｂを、コンデンサ３８のみによって供給する必要がある。したがって、実施例２では、実施例１よりも、コンデンサ３８の静電容量を大きくしてもよい。例えば、実施例２では、コンデンサ３８の静電容量を、コンデンサ２８の静電容量の１／２程度とすることができる。

なお、上述した実施例では、ＩＧＢＴの検査について説明したが、ＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子や、スイッチング素子以外の半導体装置の検査に本明細書に開示の技術を適用してもよい。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０：検査装置
１２：ＩＧＢＴ
１４：治具
１６：プローブカード
１８：ステージ
２０：ゲート電源
２２：電源
２４：スイッチ
２６：スイッチ
２８：コンデンサ
３２：電源
３４：スイッチ
３６：スイッチ
３８：コンデンサ
４０：ダイオード
４２：抵抗
４４：スイッチ
５０：スイッチ
５２：抵抗

Claims

検査装置を用いた半導体装置の検査方法であって、
前記検査装置が、
第１コンデンサと、
前記第１コンデンサよりも静電容量が小さい第２コンデンサ、
を有し、
前記検査方法が、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサによって前記半導体装置に電圧を印加する第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記第１コンデンサを前記半導体装置から電気的に切断し、前記第２コンデンサによって前記半導体装置に電圧を印加する第２ステップ、
を有し、
前記第１ステップを開始してから前記第２ステップが完了するまでの期間の途中で、前記半導体装置をオンからオフに切り換える、検査方法。