JPH09218241A - 半導体要素の試験方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
ず、且つ、半導体要素全般に適用できる破壊耐量決定の
ための試験方法及び試験装置を提供することである。 【解決手段】 半導体要素に、キャパシタンス既知の容
量を接続し、この容量に対して電圧を印加すると共に、
容量を充電及び放電させる。この放電の際における半導
体要素の破壊の有無を検出し、破壊した時点におけるキ
ャパシタンス及び電圧から、充電及び放電の際に注入さ
れた電荷及びエネルギーのいずれか一方を算出し、この
算出結果を破壊耐量として決定する。
Description
ラ等の半導体要素の試験方法及び試験装置に関し、特
に、これら半導体要素の破壊耐量を破壊試験によって決
定するための試験方法及び試験装置に関する。
としては、特開平2−259585号公報、特開平3−
15773号公報、特開平5−180899号公報にあ
げられた試験方法が採用されている。これらの方法は、
いずれも、試験されるべき半導体要素に対して、可変電
圧源から電圧を発生させ、一定の容量を有する容量を充
電した後、この容量を半導体要素側に切り替えて、容量
を放電させることにより、半導体要素の破壊状態を検出
している。この場合、可変電圧源からは、1000V〜
5000Vの高電圧が印加されている。このような試験
方法によって試験された半導体要素の破壊耐量は、破壊
電圧或いは絶縁破壊電圧として表示されることは、全て
の試験方法において共通である。
おける容量は、半導体ウェハーの状態と、容器内に封入
された状態とでは、大きく異なると共に、測定環境、及
び、測定機器によっても変化することを考慮しておく必
要がある。良く知られているように、半導体要素内に充
電される電荷量Q、印加される電圧V、及び、容量Cの
間には、Q=CVの関係、即ち、V=Q/Cの関係が成
立するから、試験の際における容量が変化したのでは、
試験の結果をあらわす破壊電圧は、実際上、容量との関
係が示されない限り、正確な値を表示しているとは言え
ない。
体装置と、バイポーラ半導体装置に分類され、MOS型
半導体装置の破壊耐量は、主に絶縁膜の破壊耐量によっ
て決定され、他方、バイポーラ半導体装置の破壊耐量
は、主にPN接合の破壊耐量によって決定される。更に
言えば、半導体装置の構造、寸法によって異なるが、多
くの場合、MOS型半導体装置の絶縁膜の破壊耐量は、
1〜10pFの容量に充電された電荷を放電したときの
破壊耐量であらわされ、バイポーラ半導体装置のPN接
合の破壊耐量は、100〜1000pFの容量に充電さ
れた電荷を放電したときの破壊耐量によってあらわされ
る。いずれにしても、半導体要素における破壊耐量を決
定するためには、容量を広い範囲に亘って変化させる必
要がある。このように広い範囲に亘る容量の変化を考慮
すると、従来の試験方法では、半導体要素に応じた正確
な破壊耐量を決定できないことは明らかである。
きる半導体要素の試験方法を提供することである。
共通に適用できる半導体要素の試験方法を提供すること
である。
に算出できる半導体要素の試験装置を提供することであ
る。
ば、キャパシタンス既知の容量を充電した後、試験され
るべき半導体要素に対して放電させることにより、前記
半導体要素の破壊試験を行い、前記半導体要素が破壊し
た時における電荷量、及び、エネルギーの少なくとも一
方を前記半導体要素の破壊耐量として決定する半導体要
素の試験方法が得られる。この場合、充電及び放電の際
に注入された電荷及びエネルギーを算出することによっ
て、破壊耐量を定めることができる。また、同一の半導
体要素に対して複数回行い、半導体要素の破壊耐量が電
荷量、及び、エネルギーのいずれによってあらわされる
かを定めることができる。
印加することによって、キャパシタンス既知の第1の容
量を充電した後、第1の半導体要素に対して放電させる
ことにより、当該第1の半導体要素の第1の破壊試験を
行った後、前記第1の半導体要素と同一の構成を有する
第2の半導体要素と、第1の容量とは異なるキャパシタ
ンスを有する第2の容量とを用意し、第2の容量を充電
及び放電させることにより、当該第2の半導体要素につ
いて第2の破壊試験を行い、前記第1及び第2の破壊試
験の結果を参照して、電荷及びエネルギーのいずれか一
方によって、破壊耐量を定めることを特徴とする半導体
要素の試験方法が得られる。
体要素を破壊試験する試験装置において、前記半導体要
素を搭載でき、且つ、所定の電位に保たれた導体板と、
前記半導体要素に印加される電圧を発生すると共に、当
該電圧を可変できる可変電圧発生手段と、前記半導体要
素を充電及び放電するための容量を定める容量値0を含
む可変容量手段と、前記可変電圧手段により、前記可変
容量手段を介して前記半導体要素を充電状態にした後、
前記半導体要素を放電状態にするスイッチを有する半導
体要素の試験装置が得られる。
Cと破壊電圧Vとの関係を用いて本発明の原理を説明す
る。このグラフでは、0〜1000pFの範囲のキャパ
シタンスCと破壊電圧Vが、log C及びlog V
の形でそれぞれ横軸及び縦軸にとられ、示されている。
Cを介して、1000〜3000ボルトの高電圧Vを半
導体装置に印加した後、放電させた場合に、半導体装置
が破壊されるのは、電圧モード破壊であり、この破壊は
MOSIC等であればゲート酸化膜等の絶縁膜において
発生することが多い。この電圧モード破壊は、外部から
印加される高電圧Vが、破壊される部分、例えば、ゲー
ト酸化膜に加わる電圧によって定まる。
置と呼ぶ)について破壊試験をした所、電圧モードによ
る破壊がキャパシタンスC1、電圧V1において生じた
ものとする。更に、同一の構成を有する半導体装置(第
2の半導体装置)について、キャパシタンスC1を異な
るキャパシタンスC2に変えた状態で、同様な破壊試験
を行った場合、電圧V2において電圧モードによる破壊
が生じたものとする。これらの値を図1に示すグラフ上
にプロットすると、点P1及びP2が得られ、点P1及
びP2を結ぶことにより直線Ca1が得られる。
Cと電圧Vとの関係は、良く知られているように、電荷
量Qを使用してQ=CVであらわすことができる。ま
た、この式はV=Q/Cと変形することができ、また、
点P1及びP2における電荷量Q1及びQ2は、それぞ
れQ1=C1V1及びQ2=C2V2であらわされる。
上記したように、第1及び第2の半導体装置は互いに同
一の構成を有しているから、電圧モード破壊が生じるま
での電荷量Q1及びQ2は互いに等しい筈である。した
がって、この電荷量Qを使用して、同一の構成を有する
第1及び第2の半導体装置の破壊耐量を決定できること
が、本発明者等の研究によって判明した。
じるまでの電荷量Q1及びQ2は、直線Ca1上の点と
してあらわされる。この直線Ca1の傾きは、破壊試験
の結果が電圧モード破壊であることを特徴づけている。
したがって、直線Ca1の傾きを知ることによって、破
壊試験の結果が電圧モード破壊であることを検出するこ
とができる。
若干のバラツキがあるから、同一構成の半導体装置を複
数用意して、これら複数の半導体装置の破壊試験を行
い、点P1の分布及びP2の分布から、中心となる点を
統計的に決定すれば良い。
って、キャパシタンス値に依存しない値を半導体装置の
破壊耐量としてあらわすことができる。
囲のキャパシタンスCを介して、電圧Vを半導体装置に
印加して破壊試験を行った場合、半導体装置が破壊する
のは、充電、放電の際に、例えば、バイポーラ半導体装
置に流れる大電流による発熱に起因していることが知ら
れている。したがって、このような場合には、半導体装
置の破壊の際に、当該半導体装置に注入されたエネルギ
ー(J)を破壊耐量として決定すれば、破壊電圧を破壊
耐量として定める場合に比較して正確に、また、一義的
に破壊耐量を決定できることを本発明者等は見出だし
た。
て電圧Vを半導体装置に印加して、半導体装置が破壊し
た場合におけるエネルギーE(J)は、E=(1/2)
CV2であらわすことができ、且つ、V=√2√(E/
C)と変形できる。したがって、例えば、特定の半導体
装置に対し、キャパシタンスC3を介して電圧V3を印
加した状態で、充放電を行い、半導体装置が破壊した場
合、図1の点P3を決定することができる。同様にし
て、同一構成の半導体装置に、キャパシタンスC4を介
して電圧V4を印加した時に、半導体装置が破壊した場
合、点P4を決定できる。これら点P3及びP4におけ
るエネルギーE1及びE2(J)は、それぞれE1=
(1/2)C1V12及びE2=(1/2)C2V22
であらわすことができる。
成を有しており、同一のエネルギーで破壊される筈であ
るから、E1=E2とおくことができる。また、上記し
たキャパシタンスと電圧との関係を図1に示すように、
log Cとlog Vとの関係で示すと、図1に示す
ように、直線Ca2が得られる。
壊の際に注入されたエネルギー(J)を特徴付けてお
り、この傾きは直線Ca1の傾きとは明らかに相違して
いる。
を算出することによって、絶縁体量として、電荷量で表
示すべきか、エネルギーで表示すべきを容易に決定する
ことができる。
より、電荷量Q(クーロン)、又は、エネルギー(J)
を破壊耐量として決定すれば、破壊電圧によって破壊耐
量を決定する場合に比較して、極めて合理的な値を利用
者に対して指示できることになる。
には、キャパシタンスC3又はC4を固定した状態で複
数の半導体装置の破壊試験を行い、破壊電圧を測定し、
統計的に各点を決定することは、点P1及びP2の場合
と同様である。
1及びCa2のいずれにあるかを識別するために、傾き
の大きさを検出する場合について説明したが、少なくと
も3点をグラフ上に取ることによって、各直線Ca1及
びCa2のいずれの上にあるかを識別できる。
係る試験装置を概略的に説明する。まず、図2では、パ
ッケージ内に封入され、且つ、パッケージの外側に延び
る複数のリード15を有している半導体装置10が試験
されるものとする。
た(即ち、ここでは接地された)導体板11を備え、こ
の導体板11の上には、絶縁板12が戴置されている。
図示されているように、半導体装置10は絶縁板12上
に配置されているから、半導体装置10と導体板11と
の間のキャパシタンスを実質的に無視できる。
の範囲で電圧を可変できる電圧源13を有し、この電圧
源13の負電極は導体板11に接続されており、他方、
電圧源13の正電極は、スイッチSW1を介して、容量
14の一端子、及び、半導体装置10の1つのリード1
5に接続されている。上記した容量14の他の端子は図
示されているように、導体板11に接続されており、半
導体装置10の他のリード15は、スイッチSW2を介
して導体板11に接続されている。
を可変できる可変容量であっても良いし、または、既知
のキャパシタンスを持つ容量が取換え可能に接続されて
も良い。いずれにしても、容量14のキャパシタンスC
は、1pF〜1000pFの範囲で試験の際に変化され
る。
ると、半導体装置として、破壊耐量が絶縁膜によって定
まるようなMOS型半導体装置が試験されるものとす
る。この場合、まず、容量14として、既知キャパシタ
ンスCの容量が接続される。ここでは、既知キャパシタ
ンスCとして、比較的小さなキャパシタンス、例えば、
3pF程度のキャパシタンスを有する容量14が接続さ
れたものとする。
イッチSW1が閉成されると、電圧源13からの電圧V
によって容量14は所定時間、充電される。この状態
で、容量14に充電された電荷QはキャパシタンスCと
電圧Vの値から算出できる。
了すると、スイッチSW1を開くと共に、スイッチSW
2が閉成される。これによって、半導体装置10には、
充電の際に印加された電圧Vに応じた電圧が加わり、容
量14に充電された電荷Qは、半導体装置10のリード
15及びスイッチSW2を介して放電される。容量14
の放電状態において、半導体装置10が破壊したか否か
が、図示しないテスターにより測定される。測定の結
果、半導体装置10が破壊していない場合には、電圧源
13の電圧Vを上昇させ、同様な動作を繰り返す。
れると、破壊時点における容量14のキャパシタンスC
と電圧Vとから電荷量Qが算出され、この電荷量Qを当
該半導体装置10の破壊耐量として決定することができ
る。
Cと電圧Vとの関係から電荷量Qを算出する場合には、
前述した半導体装置10と同様な構成を有する半導体装
置を用意すると共に、キャパシタンスCを、例えば、1
0pFに変え、上記した3pFの容量14の場合と同様
に、破壊試験を繰り返し、破壊した時におけるキャパシ
タンスCと電圧Vとの関係を導きだすと共に、前の破壊
試験の際におけるキャパシタンスCと電圧Vをも利用し
て、図1の直線Ca1の傾きを求めることによって、破
壊試験の結果が、電荷量一定で破壊しているのか否かを
決定することができる。
いて、単一の半導体装置を破壊試験することによって電
荷量Qを算出するものとして説明したが、実際には、各
キャパシタンスCについて、同一構成の多数の半導体装
置を用意し、これら半導体装置の破壊の際における電圧
Vの分布から統計的に、或いは、平均的に、破壊の際の
電圧を決定する。
壊耐量がPN接合に依存するようなバイポーラ型の半導
体装置が試験される場合について説明する。この場合に
は、容量14として、例えば、50pF程度の比較的大
きなキャパシタンスCを接続する。この状態で、電圧源
13の電圧Vを変化させることにより、当該バイポーラ
型半導体装置の破壊試験をMOS型半導体装置の場合と
同様に行う。
半導体装置の破壊は、主に、PN接合の破壊耐量によっ
て決定される。このことは、バイポーラ型半導体装置に
実際に電流が流れることによって破壊されることを意味
しているから、容量14の放電の際におけるエネルギー
E(J)を算出することによって、破壊耐量とするのが
合理的である。
装置の試験の際には、図1の直線Ca2にしたがって変
化するエネルギーE(J)を算出し、この算出結果であ
るエネルギーEを破壊耐量として決定する。図1に関連
して既に説明したように、エネルギーEは、E=(1/
2)CV2であらわされるから、破壊の際におけるキャ
パシタンスC及び電圧Vとから、エネルギーEを求め、
これを破壊耐量として決定しても良い。
量14のキャパシタンスCを、例えば、50pFから1
000pFに変化させ、1000pFにおいても同様な
破壊試験を行うことにより、破壊電圧Vを求め、このと
きのキャパシタンスCと破壊電圧Vと、以前の試験結果
のキャパシタンスCと破壊電圧Vとの関係から、直線C
a2の傾きを求め、直線Ca1との傾きの差を算出する
ことによって、当該破壊がPN接合の破壊によるもので
あることを判断することができる。尚、充電の際に使用
されるスイッチSW1は、必ずしも必要ではなく、例え
ば、1〜10MΩの抵抗に置き換えられても良い。
破壊試験する場合についてのみ説明したが、本発明に係
る試験装置は、半導体ウェハーを試験する場合にも適用
できる。
の変形例を説明する。図3に示された試験装置は、図2
に示された試験装置とは、容量14に直接接続されたト
ランスファスイッチSW1´を備えると共に、導体板1
1に接続された直流電源20を有している点で異なって
いる。このように、導体板11の電位を直流電源20の
電圧により、所定の電位に保ち、且つ、トランスファス
イッチSW1´により、を電圧源13側と半導体装置1
0側と切り替えることにより、容量14を充電及び放電
させてもよい。
に、容量14を充電した後、トランスファスイッチSW
´を半導体装置10側に切り替えることにより、放電さ
せ。これによって、半導体装置10の破壊耐量を電荷量
又はエネルギーによってあらわすことができる。
る試験装置は、図2のスイッチSW1の代わりに、1〜
10MΩの抵抗を電圧源13と容量14との間に接続す
ると共に、絶縁板12上には、半導体ウェハー10´が
戴置されている。この例では、容量14の放電の際に、
閉成されるスイッチSWのみが設けられている。また、
図示されたスイッチSWは、接地電位と、テスター18
とを選択的に切り替えるトランファスイッチによって構
成すると、試験が効率的に行える。
上の電極と電気的なコンタクトを取るためにプローブ1
5´が設けられており、このプローブ15´によって電
圧Vを印加すべき電極及び容量14の放電させるための
電極を指定する。図示された試験装置においても、図2
と同様に、スイッチSWを接地電位から切り離した状態
の時に、容量14を充電し、充電終了後、スイッチSW
を接地電位に接続することにより、容量14を放電させ
る。放電終了後、スイッチSWはテスター18側に切り
替えられ、半導体ウェハー10´に破壊が生じたか否か
を検出し、破壊時点の電荷量又はエネルギーによって、
破壊耐量をあらわすことができる。
側の複数の電極にプローブ15´を並列に接続させてお
き、複数の電極における状態を同時的に試験できるよう
にしても良い。
0、図4に示された半導体ウェハー10´、並びに、半
導体チップ、プリント基板、ICカード、液晶パネル等
を総称して、半導体要素と呼ぶ。
壊耐量を決定する場合についてのみ説明したが、各半導
体装置に定められている定格電圧によって、容量14を
充電し、且つ、放電の際、複数のリード15及び電極の
状態を監視するようにしておけば、半導体装置が良品か
否かをも決定することができる。
ッチ、及び、絶縁板12内のキャパシタンスを無視でき
るものとして説明したが、半導体要素内の電荷量が無視
できない場合には、特願平6−119115号明細書に
記載された電荷量測定法により、電圧印加後の電荷量を
測定しておき、当該測定結果をも加味して、前記キャパ
シタンスや破壊耐量を決定することも可能である。
置及び試験方法は、半導体要素の破壊耐量を測定環境等
に依存することなく、一義的な量によって正確にあらわ
すことができるという利点がある。また、本発明は、各
半導体要素に共通な試験方法により、破壊耐量を決定で
きると共に、半導体要素の良否判定にも適用できるとい
う利点もある。
ここでは、電圧Vとキャパシタンスとの関係を示してい
る。
成を示す図である。
めの概略構成図である。
構成を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 キャパシタンス既知の容量を充電した
後、試験されるべき半導体要素に対して放電させること
により、前記半導体要素の破壊試験を行い、前記半導体
要素が破壊した時における電荷量、及び、エネルギーの
少なくとも一方を前記半導体要素の破壊耐量として決定
することを特徴とする半導体要素の試験方法。 - 【請求項2】 請求項1において、前記破壊試験を同一
の半導体要素に対して複数回行い、半導体要素の破壊耐
量が電荷量、及び、エネルギーのいずれによってあらわ
されるかを定めることを特徴とする半導体要素の試験方
法。 - 【請求項3】 第1の電圧を印加することによって、キ
ャパシタンス既知の第1の容量を充電した後、第1の半
導体要素に対して放電させることにより、当該第1の半
導体要素の第1の破壊試験を行った後、前記第1の半導
体要素と同一の構成を有する第2の半導体要素と、第1
の容量とは異なるキャパシタンスを有する第2の容量と
を用意し、第2の容量を充電及び放電させることによ
り、当該第2の半導体要素について第2の破壊試験を行
い、前記第1及び第2の破壊試験の結果を参照して、電
荷及びエネルギーのいずれか一方によって、破壊耐量を
定めることを特徴とする半導体要素の試験方法。 - 【請求項4】 請求項3において、前記容量を横軸にと
り、前記充電及び放電に使用される電圧を縦軸にとった
グラフを作成し、前記第1及び第2の試験結果を前記グ
ラフ上にプロットすることにより、前記破壊耐量が電荷
及びエネルギーのどちらに依存しているかを直線の傾き
によって決定することを特徴とする半導体要素の試験方
法。 - 【請求項5】 半導体要素に接続されたキャパシタンス
既知の容量に対して、電圧を印加すると共に、前記容量
を充電及び放電させることにより、当該半導体要素の破
壊試験を行った後、破壊時点におけるキャパシタンス及
び電圧から、充電及び放電の際に注入された電荷及びエ
ネルギーのいずれか一方を算出し、算出結果を破壊耐量
として決定することを特徴とする半導体要素の試験方
法。 - 【請求項6】 半導体要素を破壊試験する試験装置にお
いて、前記半導体要素を搭載できると共に、所定の電位
に保たれた導体板と、前記半導体要素に印加される電圧
を発生すると共に、当該電圧を可変できる可変電圧発生
手段と、前記半導体要素を充電及び放電するための容量
を定める、容量値0を含む可変容量手段と、前記可変電
圧手段により、前記可変容量手段を介して前記半導体要
素を充電状態にした後、前記半導体要素を放電状態にす
るスイッチを有することを特徴とする半導体要素の試験
装置。 - 【請求項7】 請求項6において、前記半導体要素の破
壊の際における前記電圧及び容量から前記半導体要素の
破壊耐量として、電荷及びエネルギーを算出する手段を
有していることを特徴とする半導体要素の試験装置。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP8023820A JP2836676B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | 半導体要素の試験方法及び装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8023820A JP2836676B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | 半導体要素の試験方法及び装置 |
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Family
ID=12121001
Family Applications (1)
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