(57)【要約】【課題】ストレス電圧印加合計時間に対する電流値の測定結果を、広い範囲で取得することにより、精度の高い寿命予測が可能な信頼性測定装置を提供する。【解決手段】上記課題は、被測定物に第１の電圧を所定時間印加した後に第２の電圧を印加して被測定物を流れる電流値を計測する第１のステップと、第１のステップを同一の被測定物に対して連続して２回以上実行する第２のステップと、第２のステップを複数の被測定物に対して順次実行する第３のステップと、第１のステップを同一の被測定物に対して１回または連続して２回以上実行する第４のステップと、第３のステップ実行後に第４のステップを複数の被測定物に対して順次実行する第５のステップと、被測定物ごとに第１の電圧を印加した合計時間と電流値との相関関係を求める第６のステップとを含むことを特徴とする被測定物の信頼性測定方法、およびこれを用いた装置等により解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に第１の電圧を所定時間印加した後に、第２の電圧を印加して前記被測定物を流れる電流値を計測する第１のステップと、
前記第１のステップを、同一の前記被測定物に対して、連続して２回以上実行する第２のステップと、
前記第２のステップを、複数の前記被測定物に対して順次実行する第３のステップと、
前記第１のステップを、同一の前記被測定物に対して、１回または連続して２回以上実行する第４のステップと、
前記第３のステップ実行後に、前記第４のステップを、複数の前記被測定物に対して順次実行する第５のステップと、
前記被測定物ごとに、前記第１の電圧を印加した合計時間と前記電流値との相関関係を求める第６のステップとを含むことを特徴とする前記被測定物の信頼性測定方法。
【請求項２】
前記信頼性測定方法が、さらに、
前記相関関係から、前記電流値が所定値に達する故障発生時間を予測する第７のステップと、
前記故障発生時間から、前記被測定物の寿命を予測する第８のステップとを含むことを特徴とする前記被測定物の請求項1記載の信頼性測定方法。
【請求項３】
前記信頼性測定方法が、さらに、前記第５のステップの実行中に、前記複数の被測定物のうち、前記第２のステップを実行していない被測定物に対して、前記第１の電圧を印加するステップを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の信頼性測定方法。
【請求項４】
複数の被測定物に第１の電圧を所定時間印加する第１のステップと、
前記複数の被測定物に、順次、第２の電圧を印加して前記被測定物を流れる電流値を計測する第２のステップと、
前記第１のステップと前記第２のステップを所定回数繰返す第３のステップと、
前記被測定物ごとに、前記第１の電圧を印加した合計時間と前記電流値から、前記電流値が所定値に達する故障発生時間を予測する第４のステップと、
予測された前記故障発生時間から、前記被測定物の寿命を予測する第５のステップとを含むことを特徴とする前記被測定物の信頼性測定方法。
【請求項５】
前記第１の電圧と前記第２の電圧が、同一電圧であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の信頼性測定方法。
【請求項６】
前記第２の電圧が、前記被測定物の通常使用状態で印加される範囲の電圧であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の信頼性測定方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の前記信頼性測定方法をコンピュータで機能させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】
第１および第２の電源と、
被測定物を接続するための複数の接続端子と、
複数の入力と１つの出力をもつスイッチを複数個備えたマルチプレクサであって、前記複数の入力が、前記第１の電源に電気的に接続された第１入力と、前記第２の電源に電気的に接続された第２入力と、いずれの電源にも電気的に接続されていない第３入力とを含むことを特徴とする前記マルチプレクサと、
前記第２の電源と直列に接続された電流計と、
メモリおよび情報処理手段を備えた制御手段とを備えた前記被測定物の信頼性測定装置であって、前記制御手段が、
前記複数の接続端子の一部を前記第２入力と接続し、かつ、他の接続端子を前記第３入力と接続する第１の機能と、
前記第１の電源の出力電圧をストレス電圧に設定するとともに、第２の電源の出力電圧を測定電圧に設定する第２の機能と、
前記第２入力に接続された前記接続端子を流れる電流値を連続して複数回測定し、測定後に、前記第２入力に接続された接続端子を、第１入力と接続する第３の機能と、
前記第３の機能を、前記複数の接続端子に対して順次実行する第４の機能と、
前記第３の機能実行後、前記複数の接続端子を順次前記第２入力に接続して、前記接続端子を流れる電流値を順次測定する第５の機能と、
前記電流値、および、前記測定を行った前記接続端子に対して前記ストレス電圧を印加した合計時間とを前記メモリに格納する第６の機能と、
前記メモリに格納された前記電流値および前記合計時間から、前記電流値が所定値に達する故障発生時間を予測する第７の機能と、
予測された前記故障発生時間から、前記被測定物の寿命を予測する第８の機能とを有すことを特徴とする前記信頼性測定装置。
【請求項１０】
前記測定電圧と前記ストレス電圧が、同一電圧であることを特徴とする請求項９記載の信頼性測定方法。
【請求項１１】
前記測定電圧が、前記ストレス電圧と被測定物の通常使用状態で印加される範囲の電圧とを含む複数の電圧レベルを有することを特徴とする請求項９記載の信頼性測定方法。
【請求項１２】
電源と、
被測定物を接続するための複数の接続端子と、
前記電源と前記接続端子との電気的接続を制御するスイッチを複数個備えたマルチプレクサと、
前記電源と直列に接続された電流計と、
メモリと情報処理手段を備えた制御手段とを備えた前記被測定物の信頼性測定装置であって、前記制御手段が、
前記マルチプレクサおよび前記電源を制御して、前記複数の接続端子に第１の電圧を印加する機能と、
前記マルチプレクサ、前記電流計および前記電源を制御して、前記接続端子の一部に第２の電圧を印加して前記接続端子を流れる電流値を計測する機能と、
前記電流値および前記測定を行った前記接続端子に対して前記第１の電圧を印加した合計時間とを前記メモリに格納する機能と、
前記メモリに格納された前記電流値および前記合計時間から、前記被測定物ごとに、前記被測定物に流れる電流値が所定値に達する故障発生時間を予測する機能と、
前記故障発生時間から、前記被測定物の寿命を予測する機能とを有すことを特徴とする前記信頼性測定装置。
【請求項１３】
前記電源が、前記ストレス電圧と前記被測定物の通常使用状態で印加される範囲の電圧とを切り替えて出力できることを特徴とする請求項１２記載の信頼性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの信頼性測定装置および測定方法に関し、特にＴＤＤＢ試験（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）を用いた信頼性測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの寿命を評価するための信頼性測定方法のひとつに、特許文献１に示したＴＤＤＢ試験がある。ＴＤＤＢ試験は、ＭＯＳ構造のゲート酸化膜（誘電体薄膜）に、その破壊耐圧以下の電圧を長時間印加すると、その印加時間に依存して前記ゲート酸化膜が破壊するという経時破壊現象を利用した測定方法である。すなわち、ＴＤＤＢ試験とは、試験用半導体デバイスのゲート酸化膜に、破壊耐圧以下であって通常使用状態よりも高いストレス電圧を印加し続けて、ゲート酸化膜の破壊を促進することによって、当該ゲート絶縁膜の信頼性を測定する試験である。ゲート酸化膜が破壊すると、酸化膜を流れる電流値が次第に増加する。ＴＤＤＢ試験は、この電流値が寿命判断の指標となる所定の電流値に達するまでに要したストレス電圧印加合計時間を測定して、通常使用状態における当該デバイスの寿命を予測する信頼性測定方法である。
【０００３】
近年、半導体技術の進歩に伴って、デバイスの信頼性も大幅に向上した。このため、故障判断の指標となる電流値に達するまでには非常に長時間にわたって、ストレス電圧を印加し、電流値をモニターすることが必要となった。そこで、現在では、故障が発生する電流値となるまで実際にモニターせずに、ストレス電圧印加合計時間と電流値の変化の相関関係から、故障となる電流値に達するストレス電圧印加合計時間（故障発生時間）を予測する方法が一般的となっている。
【０００４】
図１１に一般的な信頼性測定装置４１０の概略構成図を示す。信頼性測定装置４１０は、２つの電源１１、１２と、電源１２に直列に接続された電流計１３と、被測定物であるデバイス３１、３２、３３を接続するための接続端子５１、５２、５３と、電源１１、１２の出力を選択的に接続端子５１、５２、５３に接続するマルチプレクサ２０と、電源１１、１２、電流計１３、マルチプレクサ２０の動作を制御するための制御装置４４０により構成される。信頼性測定装置１０には、１００個の接続端子が備えられており、１００個の半導体デバイスの信頼性測定を並行して行うことができる。接続端子５１、５２、５３・・・とスイッチ２１、２２、２３・・・の数が増えれば増えるほど、並行して測定することのできるデバイス数が増加し、測定コストを低減することができる。
【０００５】
電源１１、１２は可変電圧電源であり、出力電圧は制御装置４４０により制御される。マルチプレクサ２０は、各接続端子５１、５２、５３ごと設けられたスイッチ２１、２２、２３で構成され、スイッチ２１、２２、２３を切り替えることにより、各接続端子５１、５２、５３を、電源１１に電気的に接続する状態、電源１２に電気的に接続する状態、いずれの電源にも接続しない状態の３つの状態を切り替えることができる。ここで、「電気的に接続」とは、回路パターンや配線により２つの部品が直接接続されている場合のみならず、スイッチや抵抗等の部品を介して導通状態にある場合も含む。信頼性測定装置１０は、１００個の接続端子があるため、マルチプレクサ２０のスイッチも１００個存在する。制御装置４４０は、メモリ４４２と情報処理手段であるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４４１を備えており、例えばコンピュータが利用される。なお、信頼性測定装置１０は、電流計１３が接続された電源１２が一つしかないため、スイッチ２１、２２、２３は３極スイッチであるが、電流計と電源の組み合わせが複数セットある場合には、セット数に２を加えた極数のスイッチにより構成される。
【０００６】
次に、従来の信頼性測定の方法を、信頼性測定装置４１０にて実現した例を、図２の動作フローチャートと図３のタイミングチャートに基づいて説明する。本出願に係るタイミングチャートは、電流計１３で電流値を計測する時間と、マルチプレクサ２０の切替や計測結果のメモリ４２２への書込など計測に伴う動作に必要な時間をあわせて、「測定」と表している。信頼性測定を開始すると、まず測定デバイスの測定回数を示す変数ｃと、現在測定しているデバイス番号を示す変数ｎが１に初期化される（ステップ１００）。このとき、マルチプレクサ２０の全てのスイッチ２１、２２、２３・・・は、電源１１、１２のいずれにも接続しない状態に設定される。また、電源１１、１２の出力電圧は、ともにストレス電圧に設定される。
【０００７】
次に、接続されたデバイスの測定を開始する。まず、マルチプレクサ２０を制御し、スイッチ２１を切り替えて、最初に測定するデバイス３１を電流計１３に電気的に接続する（ステップ１０１）。そして、電源１２からデバイス３１に流れる電流値を電流計１３で測定し電流値（初期値）をメモリ４４２に保存する（ステップ１０２）。電流値を測定後、スイッチ２１を切り替えて、接続端子５１を電源１１に接続する（ステップ１０３）。以上で、デバイス３１の初期値の測定が終了する。
【０００８】
そして、変数ｎをインクリメントして（ステップ１０４）、次のデバイス３２の電流値の初期値を測定する。このようにして１００個のデバイスの初期値を順次測定する（ステップ１０５）。各デバイスの電流値の測定は、スイッチ２１の切替動作がともなうため、最短でも１秒間の時間を要する。従って、１００個のデバイスの初期値の測定が終了するまでには１００秒の時間がかかる。次に、変数ｃをインクリメントし、変数ｎの値を１に初期化して（ステップ１０６）、１番目のデバイス３１から順次２回目の測定を行う。初期値の測定から２回目の測定までの間、デバイス３１には電源１１によりストレス電圧が印加されつづけているため、２回目測定で得られるデバイス３１の電流値は、ストレス電圧を１００秒間印加した状態における電流値となる。２回目以降の測定では、測定された電流値とともに、それぞれのデバイスについて、測定時のストレス電圧印加合計時間をメモリ４４２に格納する。
【０００９】
このようにして、各デバイスについて３０００回測定を繰返す（ステップ１０７）。測定が終了すると、各デバイスごとに、ストレス電圧印加時間と電流値の相関近似式を求める（ステップ１０８）。相関関係はデバイスの種類によって異なるが、横軸を対数目盛の時間軸にとって、線形、高次関数、指数関数などで近似することが一般的である。図４に、デバイス３１の測定結果と近似式の関係を示す。図では代表的な４点のみプロットしてあるが、実際には３０００点の測定結果をもとに近似式を求める。
【００１０】
次に、求めた近似式から故障が発生する時間を予測する（ステップ１０９）。故障発生の判断基準となる電流値は、ゲート酸化膜の破壊の度合いを勘案して予め規定されているため、近似式が当該電流値となる印加時間を逆算することによって、故障が発生するストレス電圧印加時間（故障発生時間）を予測することができる。デバイス３１の場合、図４のように１０１０秒間、ストレス電圧を印加すると故障が発生すると予測される。予測された故障発生時間は、通常使用状態よりも高いストレス電圧を印加しつづけて測定を行った結果であるので、通常使用状態で使用したときの寿命に換算して半導体デバイス３１、３２、３３・・・の寿命を予測する（ステップ１１０）。以上の寿命予測を各デバイスごとに実行して、信頼性測定が完了する。
【００１１】
【特許文献１】特開平５−３０８０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の信頼性測定方法によれば、図４に示すように、ストレス電圧印加１００秒経過後に、ストレス電圧印加後の最初の測定が行われる。このため、電流値の測定結果は、１０２〜１０５秒の間に分布することになる。従って、従来の信頼性測定方法では、この分布範囲から近似式を求め、１０１０秒程度寿命の予測することになる。すなわち、狭い範囲に集中した測定結果から近似式を求め、当該範囲を大幅に越える点の予測を行うことになる。このため、変化が大きなデバイスでは測定精度が悪くなり、安定した精度で信頼性の測定を行うことは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題は、被測定物に第１の電圧を所定時間印加した後に、第２の電圧を印加して前記被測定物を流れる電流値を計測する第１のステップと、前記第１のステップを、同一の前記被測定物に対して、連続して２回以上実行する第２のステップと、前記第２のステップを、複数の前記被測定物に対して順次実行する第３のステップと、前記第１のステップを、同一の前記被測定物に対して、１回または連続して２回以上実行する第４のステップと、前記第３のステップ実行後に、前記第４のステップを、複数の前記被測定物に対して順次実行する第５のステップと、前記被測定物ごとに、前記第１の電圧を印加した合計時間と前記電流値との相関関係を求める第６のステップとを含むことを特徴とする前記被測定物の信頼性測定方法、およびこれを用いた装置等より解決される。
【発明の効果】
【００１４】
広い範囲で、ストレス電圧印加合計時間を短時間印加したときの電流値を測定することができ、かかる測定結果を含めた広い測定結果分布から故障発生時間を予測することができるため、従来よりも格段に精度の高い信頼性測定が可能となる。よって、従来技術の装置基本構成を維持しつつ、精度の高い信頼性測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面参照下に、本発明の代表的な実施例を示す。本発明に係る信頼性測定装置１０の構成は、制御装置４０の制御方法が異なる点を除き、前述した従来技術に係る信頼性測定装置４１０と同じ構成である。このため、図１において、図１１と同じ機能を有するハードウェアには、同じ符号を付した。また、制御装置４０に内蔵されるＭＰＵ４１とメモリ４２のハードウェア構成は、制御装置４４０のＭＰＵ４４１、メモリ４４２と同じである。
以下、信頼性測定装置の動作を中心に、本発明に係る信頼性測定装置１０の説明を行う。
【００１６】
図５は、第１の実施態様にかかる信頼性測定装置１０の動作フローチャートである。
まず、使用者が、１００個の測定デバイス３１、３２、３３・・・を、それぞれ接続端子５１、５２、５３・・・に接続する。測定デバイス３１、３２、３３・・・は、いずれも通常使用状態で印加する電圧は３Ｖ程度である。接続が終了すると、使用者は、制御装置４０に、信頼性測定の開始を指示する。すると、制御装置４０は、まず測定デバイスの測定回数を示す変数ｃと、同一デバイスの測定回数を示すｍ、現在測定しているデバイス番号を示す変数ｎを１に初期化する（ステップ２００）。このとき、マルチプレクサ２０の全てのスイッチ２１、２２、２３・・・は、電源１１、１２のいずれにも接続しない状態に設定される。また、電源１１、１２の出力電圧をともにストレス電圧に設定する。本実施例では、ストレス電圧を、デバイスの通常使用状態の印加電圧の約３倍の１０Ｖとしたが、必ずしもかかる電圧に設定する必要はなく、デバイスの特性や測定に必要な時間などを勘案し、適宜設定可能である。
【００１７】
次に、接続されたデバイスの測定を開始する。まず、制御装置４０がマルチプレクサ２０のスイッチ２１を切り替えて、1番目のデバイス３１を電流計１３に電気的に接続する（ステップ２０１）。そして、電源１２からデバイス３１に流れる電流値を電流計１３で測定し電流値の初期値をメモリ４２に保存する（ステップ２０２、図６のＡ〜Ｂ間）。そして、変数ｍをインクリメントして（ステップ２０３）、同様な測定を２回測定を行う（ステップ２０４、図６のＢ〜Ｃ間）。１回目の測定と２回目の測定との間、および、２回目の測定と３回目の測定との間は、スイッチ２１の切替動作を行わないため、１０ｍｓおきに測定を行うことができる。すなわち、３回の測定により、初期値、ストレス電圧印加合計時間１０ｍｓの電流値、ストレス電圧印加合計時間２０ｍｓの電流値の３つのデータを取得することができる。測定結果は、合計時間とともに、メモリ４２に保存する。
【００１８】
次に、スイッチ２１を切り替えて、接続端子５１に電源１１に接続する（ステップ２０５）。以上で、デバイス３１の最初のセットの測定が終了する（図６のＣ点）。そして、変数ｎをインクリメントして、変数ｍを１に初期化後（ステップ２０６）、次のデバイス３２の電流値の最初のセットの測定を開始する。デバイス３２の測定を行うためには、スイッチ２１、２２の切替を行う必要があるため、測定開始までには約１秒の時間がかかる。しかし、図６に示すように、切替の間にデバイス３２にはストレス電圧が印加されていないため、デバイス３２についても、３回の測定により、初期値、ストレス電圧印加合計時間１０ｍｓの電流値、ストレス電圧印加合計時間２０ｍｓの３つのデータを取得することができる（図６のＣ〜Ｄ間）。
【００１９】
同様にして、１００個のデバイスにつき、連続した３回の測定で構成される最初のセットの測定を順次実行する（図６のＡ〜Ｅ間）。全てのデバイスについて最初のセットの測定が終了すると（ステップ２０７）、制御装置４０は、変数ｃをインクリメントし、変数ｍとｎを１に初期化して（ステップ２０８）、１番目のデバイス３１から２セット目の測定を行う。２セット目の測定も、各デバイスにつき、連続して３回ずつ測定を行う。
【００２０】
被測定デバイスを切り替えるためには、スイッチ２１の切替動作が必要となるため、各デバイスについて１セットの測定を完了するまでには１秒間の時間を要する。このため、全てのデバイスについて測定が完了するまでには、１セットの測定時間と測定デバイスの数との積だけ時間がかかる。本実施例においては、測定デバイスの数は１００個であるから、全てのデバイスについて測定が完了するまでには１００秒間の時間を要する。デバイス３１には、他のデバイスを測定している間、電源１１によりストレス電圧を印加しつづけている。従って、２セット目の測定では、ストレス電圧印加合計時間が１００秒、１００．０１秒、および１００．０２秒の電流値を測定することになる。
【００２１】
このようにして、各デバイスについて３０００セット測定を繰返す（ステップ２０９）。測定が終了すると、制御装置４０は、各デバイスごとに、ストレス電圧印加合計時間と電流値の相関関係を示す近似式をＭＰＵ４１で求める（ステップ２１０）。相関関係はデバイスの種類によって異なるが、横軸を対数目盛の時間軸にとって、最小自乗法等により線形、高次関数、指数関数などで近似することが一般的である。図７に、デバイス３１の測定結果と近似式の関係を示す。図では代表的な６点のみプロットしてあるが、実際には９０００点の測定結果をもとに、最小自乗法を用いて線形近似式を求めている。
【００２２】
次に、求めた近似式から故障が発生する時間を予測する（ステップ２１１）。故障発生の判断基準となる電流値は、ゲート酸化膜の破壊の度合いを勘案して予め規定されているため、近似式が当該値となる印加時間を逆算することによって、故障が発生するストレス電圧印加合計時間（故障発生時間）を予測することができる。デバイス３１の場合、図７のように、ストレス電圧を印加後１０１０秒程度で故障が発生すると予測される。予測された故障発生時間は、通常使用状態よりも高いストレス電圧を印加しつづけて測定を行った結果であるので、通常使用状態で使用したときの寿命に換算して半導体デバイス３１、３２、３３・・・の寿命を予測する（ステップ２１２）。以上の寿命予測を各デバイスごとに実行して、信頼性測定が完了する。
【００２３】
図４で示した従来例と、図７に示す本発明に係る実施例とを比較すれば明らかなように、本発明の方法によれば、対数スケールで時間軸をとった場合に、１０−２〜１０５秒の広い範囲にわたって測定結果が分布しているため、従来技術と比べて格段に高い精度の寿命予測結果を安定して得ることができる。
【００２４】
なお、上述した実施例においては、電源１１と電源１２の出力電圧をともにストレス電圧に設定したが、両者を同一電圧に設定する必要はない。例えば、電源１１の出力電圧をストレス電圧に、電源１２の出力電圧を通常使用状態で印加される範囲の電圧に設定することにより、より通常使用状態に近い測定環境での測定が可能となる。この場合には、上述した実施例のステップ２０２〜２０４を実行する際に、電源１２の出力電圧を、電流値測定時は通常使用状態で印加される範囲の電圧に（例えば、デバイス３１の場合は３Ｖ)、図６の「測定」のサイクルのうち、電流計１３の計測動作以外の実行時間（例えば、メモリ４２への書込時間など）はストレス電圧となるように、繰返し出力電圧を切り替えながら、１セット（３回）の測定を行うことになる。
【００２５】
ここで、本発明において、「連続して」（測定のステップを）実行するとは、複数の測定デバイスのうち、所定のデバイスを測定後に、他のデバイスを測定することなく、同一デバイスを再び測定するという意味である。従って、所定デバイス後に、電流計１３による計測を行った後、所定時間ストレス電圧を印加し、ふたたび同一デバイスを電流計１３により計測を行う場合も、「連続して」測定を行うという概念に含まれる。
【００２６】
また、２セット目以降の測定において１セットについて３回測定を行う必要がない場合には、２セット目以降の１セットの測定回数を１回にする（ステップ２０４の条件をｍ＞１とする）など測定回数を変えることにより、更なる測定時間の短縮が可能となる。１セットの所要時間は、ユーザが設定した測定回数とマルチプレクサ２０の切替時間などの制御時間により決定される。また、２セット目開始までのストレス電圧印加合計時間は、１セットの所要時間と測定デバイスの数の積によって決定される。つまり、１セット目の測定回数を多くすればするほど、少ないストレス電圧印加合計時間の電流値データを多く取得することができるが、２セット目開始までのストレス電圧印加合計時間が長くなってしまう。従って、ユーザは、相関関係や寿命予測の精度をあげるために必要な測定点を考慮して、測定回数を決定する必要がある。
【００２７】
図８に、本発明の第２の実施態様による信頼性測定装置８０の概略構成図を示す。本実施例の信頼性測定装置８０の構成は、図１の信頼性測定装置１０との違いは、電源１１が無い点、このためマルチプレクサ８１の各スイッチ８２、８３、８４・・・の極数が１つ少ない点（図では、電流計と電源は１セットしかないため２極のスイッチであるが、複数セットある場合にはセット数＋１個の極数のスイッチとなる）、制御装置８５の制御方法が異なる点の３点が異なる。図から明らかなように信頼性測定装置８０は、信頼性測定装置１０を簡素化した構成となっているため、信頼性測定装置１０の構成を利用して、制御装置４０の制御方法のみを変更して、本実施例の測定方法による信頼性測定を実行することも可能である。
【００２８】
次に、信頼性測定装置８０の動作を、図９のフローチャートおよび図１０のタイミングチャートを参照しながら詳細に説明する。使用者が、１００個の測定デバイス３１、３２、３３・・・を、それぞれ接続端子５１、５２、５３・・・に接続する。接続が終了すると、使用者は、制御装置８５に、信頼性測定の開始を指示する。すると、制御装置８５は、ストレス電圧印加時間の指標となる変数ｔを１に設定する（ステップ３００）。そして、マルチプレクサ８１の全てのスイッチ８２、８３、８４・・・を切り替えて、電源１２に電気的に接続する（ステップ３０１）。このとき、電源１２の出力電圧は０である。
【００２９】
次に、制御装置８５は、電源１２の出力電圧をｔ×１０ｍｓの間、ストレス電圧（１０Ｖ）を印加する（ステップ３０２、図１０のＡ〜Ｂ間）。初期状態ではｔ＝１であるので、全てのデバイスに対して１０ｍｓの間、ストレス電圧が印加されることになる。その後、制御装置８５は、マルチプレクサ８１を制御して、スイッチ８２以外の全てのスイッチを切り替える（ステップ３０３）。すなわち、接続端子５１に接続されたデバイス３１のみが電流計１３と電気的に接続された状態となる。この状態で、電源１２の出力電圧を、デバイス３１の通常使用状態で印加される範囲の電圧である３Ｖに設定して、電流計１３により接続端子５１を流れる電流値を測定し、測定結果をストレス電圧を印加した合計時間（１０ｍｓ）とともに、メモリ４２に格納する（図１０のＢ〜Ｃ間）。そして、スイッチ８２とスイッチ８３を切り替えて、接続端子５２に接続されたデバイス３２のみが電流計１３と電気的に接続された状態とし、同様に電流値の測定およびメモリ４２への格納を行う。このようにして、全てのデバイスについて、ストレス電圧印加合計時間１０ｍｓの電流値を測定する（ステップ３０４、図１０のＢ〜Ｄ間）。
【００３０】
次に、変数ｔを２倍する（ステップ３０５）。そして、ステップ３０１からステップ３０５までの動作を変数ｔが３０００を超えるまで繰返す（ステップ３０６）。すなわち、２回目の繰返しでは、全デバイスにストレス電圧を２０ｍｓ印加してから（図１０のＤ〜Ｅ間）、各デバイスごとに、ストレス電圧印加合計時間３０ｍｓの電流値を測定する（図１０のＥ〜Ｆ間）。３回目の繰返しでは、ストレス電圧を４０ｍｓ印加し、ストレス電圧印加合計時間７０ｍｓのデータを取得する。
【００３１】
変数ｔが３０００を超えたら、制御装置４０は、各デバイスごとに、ストレス電圧印加合計時間と電流値の相関近似式をＭＰＵ４１で求める（ステップ３０７）。相関関係はデバイスの種類によって異なるが、横軸を対数目盛の時間軸にとって、最小自乗法等により線形、高次関数、指数関数などで近似することが一般的である。次に、求めた近似式から故障が発生する時間を予測する（ステップ３０８）。故障発生の判断基準となる電流値は、ゲート酸化膜の破壊の度合いを勘案して予め規定されているため、近似式が当該値となる印加時間を逆算することによって、故障が発生するストレス電圧印加時間（故障発生時間）を予測することができる。予測された故障発生時間は、通常使用状態よりも高いストレス電圧を印加しつづけて測定を行った結果であるので、通常使用状態で使用したときの寿命に換算して半導体デバイス３１、３２、３３・・・の寿命を予測する（ステップ３０９）。以上の寿命予測を、各デバイスごとに順次実行して、信頼性測定が完了する。
【００３２】
本実施例の装置および方法によれば、電流値の測定を行っている間に、他のデバイスにはストレス電圧が印加されないため、信頼性測定装置８０に接続するデバイス数にかかわらず、幅広いストレス電圧印加合計時間の範囲の測定データが得られる。一方で、ストレス電圧が断続的に印加されるため、回復効果があるデバイス（ストレス電圧を連続して印加した場合と、断続的に印加した場合とで、ゲート酸化膜の破壊の度合いが異なるデバイス）の信頼性測定には利用できない。
【００３３】
以上、本発明に係る技術的思想を特定の実施例を参照しつつ詳細にわたり説明したが、本発明の属する分野における当業者には、請求項の趣旨及び範囲から離れることなく様々な変更及び改変を加えることが出来ることは明らかである。例えば、上述した第２の実施例では、ストレス電圧印加時間は１０ｍｓの倍数となるが、処理速度の早い装置の場合には、さらに短い時間を１単位として印加時間を設定してもよい。また、上述した実施例では、信頼性測定のひとつである半導体デバイスの寿命測定の測定について説明したが、本発明は、ホットキャリア測定など他の信頼性測定にも応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の信頼性測定装置の概略構成図である。
【図２】従来の信頼性測定装置の動作フローチャートである。
【図３】従来の信頼性測定装置のタイミングチャートである。
【図４】従来の信頼性測定装置の寿命予測の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施態様に係る信頼性測定装置の動作フローチャートである。。
【図６】本発明の第１の実施態様に係る信頼性測定装置のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第１の実施態様に係る信頼性測定装置の寿命予測の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施態様に係る信頼性測定装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施態様に係る信頼性測定装置の動作フローチャートである。。
【図１０】本発明の第２の実施態様に係る信頼性測定装置のタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施態様に係る信頼性測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、８０  信頼性測定装置
１１、１２  電源
１３  電流計
２１、２２、２３、８２、８３、８４  スイッチ
２０、８１  マルチプレクサ
５１、５２、５３  接続端子
４０、８５  制御装置
４２  メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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