(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源端子と接地端子と出力端子の３端子の半導体装置で構成された、センサ素子に印加される物理量に応じて出力ドライバのオン／オフ状態を切替えるセンサ装置であって、
前記物理量の大小に応じて２値のセンサ出力論理信号を出力するセンサ回路と、
前記センサ出力論理信号が入力され、出力ドライバのオン／オフ状態を切替え制御するアクティブ論理切替回路と、を備え
前記アクティブ論理切替回路は、内部で生成されるアクティブ論理切替信号に応じて、入力された前記センサ出力論理信号の論理を切替える
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記アクティブ論理切替回路は、
前記センサ出力論理信号と前記アクティブ論理切替信号が入力される論理回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記アクティブ論理切替回路は、
前記電源端子の電圧により前記アクティブ論理切替信号を切替えて出力する高電圧検出回路と、
前記高電圧検出回路の出力する前記アクティブ論理切替信号を前記センサ出力論理信号の遷移に応じて保持するフリップフロップ回路を有する前記論理回路と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサ装置の検査方法であって、
前記電源端子に第一の電圧を印加し、前記出力端子に第二の電圧を印加し、前記センサ装置を第一の状態に設定する工程と、
前記第一の状態で前記物理量を増加させ、前記物理量を検出することにより前記出力ドライバの出力が反転した時点の前記物理量を測定する工程と、
前記第一の状態で前記物理量を減少させ、前記物理量を検出しなくなったことにより前記出力ドライバの出力が反転した時点の前記物理量を測定する工程と、
前記電源端子に第一の電圧よりも高い第三の電圧を印加し、前記センサ装置を第二の状態に設定する工程と、
前記第二の状態で前記物理量を増加させ、前記物理量を検出することにより前記出力ドライバの出力が反転した時点の前記物理量を測定する工程と、
前記第二の状態で前記物理量を減少させ、前記物理量を検出しなくなったことにより前記出力ドライバの出力が反転した時点の前記物理量を測定する工程と、
を有することを特徴とするセンサ装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から印加される物理量を２値の電圧信号レベルに変換するセンサ装置及びその検査方法に関し、占有面積の大きなテストパッドを追加することなく、自己発熱を利用した高温検査を実施可能なセンサ装置及びその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、製造後にその機能と特性が製品規格を満たすことを確認するために、ウェハ状態またはパッケージ状態で検査される。常温だけでなく、一般に特性変動や機能不全を起こしやすい高温状態での検査も行うことが望ましいが、周囲温度を上昇させてそのような高温検査を行うためには装置の導入や追加検査時間が必要となり、コスト増加を招く。
従来、そのような課題を解決するために常温状態でチップの接合温度を上昇させて高温検査を実施する試みがなされてきた。
【０００３】
図１１は、従来の自己発熱による高温検査が可能な半導体装置のブロック図である。従来の半導体装置１は、電源端子２と、接地端子３と、出力端子４と、テスト端子１００と、テスト端子１００に接続された加熱用抵抗素子１０１を有している。テスト端子１００から電圧または電流を供給して加熱用抵抗素子１０１を発熱させることにより、チップの接合温度を上昇させた状態で半導体装置を動作させての高温検査が可能となる。
【０００４】
また、図１２は特許文献１に開示された、自己発熱による高温検査が可能な半導体装置である。半導体装置１は、電源端子２と、接地端子３と、出力端子４と、検査時の測定に使用されない端子１０２と、端子１０２に接続されたＥＳＤ保護素子等の寄生ＰＮ接合１０３、１０４を有する。この構成では、端子１０２から寄生ＰＮ接合１０３または寄生ＰＮ接合１０４に順方向電流を供給することにより、寄生ＰＮ接合を発熱させ、チップの接合温度を上昇させた状態で半導体装置を動作させての高温検査が可能となる。
【０００５】
このように、専用端子や検査時の測定に使用されない既存端子を利用して、内部素子に自己発熱によって接合温度を上昇させて高温検査を実施している。また、高温検査環境で生成出来る周囲温度の上限が所望温度に満たない場合においても、自己発熱を利用して周囲温度よりも高い接合温度とすることによって所望温度での検査が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１３５２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の半導体装置では、発熱素子に電圧もしくは電流を供給するための専用端子が必要、または検査時の測定に使用しない端子に接続されたＥＳＤ保護素子の寄生ＰＮ接合に電圧もしくは電流を供給する必要があった。
【０００８】
磁気スイッチに代表される三端子のセンサ装置では、電源端子、接地端子、出力端子以外に端子を有していないため、検査時の測定に使用されない端子が元来存在せず、また新たにテストパッドや加熱用抵抗素子をチップ内に設けようとすると、チップ面積を増大させ、コスト上のデメリットを生じてしまうという課題がある。
また、三端子パッケージでは、パッケージ状態での加熱テストを行うための専用端子を設けることが出来ないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の課題を解決するために、本発明のセンサ装置は以下のような構成とした。
センサ素子に印加される物理量に応じて出力ドライバのオン・オフを切替えるセンサ装置であって、出力ドライバのアクティブ論理を切り替えるアクティブ論理切替回路を備え、出力ドライバを発熱源として、検査工程中で出力ドライバのアクティブ論理を切り替えながら加熱検査を行う構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、出力ドライバのアクティブ論理を切り替えるアクティブ論理切替回路を備え、出力ドライバを加熱用素子として利用することにより、専用端子や加熱用素子を新たに設けることなく、自己発熱を利用した高温検査が可能であり、テストパッド追加によるチップ面積増大に伴うコスト増加を抑制したセンサ装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のセンサ装置のブロック図である。
【図２】本発明のセンサ装置に関わる第１の状態の磁電変換特性を表す図である。
【図３】本発明のセンサ装置に関わる第２の状態の磁電変換特性を表す図である。
【図４】本発明のセンサ装置に関わる出力ドライバ電流及び消費電力の出力電圧依存を表す図である。
【図５】本発明のセンサ装置に関わるセンサ特性の温度依存を表す図である。
【図６】本発明のセンサ装置の検査時における測定回路を表す図である。
【図７】本発明のセンサ装置の検査フローの一例を示すフローチャートである
【図８】本発明のセンサ装置のアクティブ論理切替回路の一例を示す回路図である。
【図９】本発明のセンサ装置のアクティブ論理切替回路の他の例を示す回路図である。
【図１０】本発明のセンサ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】従来の高温検査が可能な半導体装置の一例を示すブロック図である。
【図１２】従来の高温検査が可能な半導体装置の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のセンサ装置について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のセンサ装置の概念を表すブロック図である。センサ装置は、センサ素子に印加される物理量に応じて出力ドライバ７のオン／オフ状態を切替える。
本発明のセンサ装置１は、電源端子２と、接地端子３と、出力端子４と、センサ回路５と、アクティブ論理切替回路６と、出力ドライバ７を備えている。
【００１３】
本実施形態では、センサ装置１は、交番検知型の磁気センサ回路として説明する。
センサ回路５は、入力された鎖交磁束密度の極性と大小に応じてセンサ出力論理信号８を出力する。アクティブ論理切替回路６は、入力されたセンサ出力論理信号８を切替状態に応じて正論理または負論理の出力論理信号をドライバ制御信号９として出力する。出力ドライバ７は、ゲートにドライバ制御信号９が入力され、ドレインが出力端子４に接続された抵抗でプルアップされる。出力ドライバ７は、ドライバ制御信号９が“Ｈ”のときにはオン状態となり出力端子４から“Ｌ”を出力し、ドライバ制御信号９が“Ｌ”のときにはオフ状態となり出力端子４から“Ｈ”を出力する。
【００１４】
図２は、本発明のセンサ装置の第１の状態での磁電変換特性を表す図である。Ｂｉｎは印加される磁束密度、Ｖｏｕｔは出力端子４をチップ外部でプルアップした場合に出力される出力電圧を表す。アクティブ論理切替回路６は、第１の状態において、磁束密度に応じて図示した出力論理になるように設定されている。
図３は、本発明のセンサ装置の第２の状態での磁電変換特性を表す図である。アクティブ論理切替回路６は、第２の状態において、第１の状態と出力論理が反転する設定されている。
【００１５】
図４は、出力ドライバのオン状態における出力電流及び消費電力の出力電圧依存を表す図である。通常使用時には、負荷線Ｌで示すように外部に接続するプルアップ電圧ＶＰＵとプルアップ抵抗ＲＰＵで電流制限された状態で用いるため、出力電圧は飽和電圧ＶＤＳＡＴを上回ることがない。従って、出力ドライバ７は、抵抗領域動作して、抵抗体として振舞う。一方、検査時に外部から出力電圧を印加し、印加された出力電圧が飽和電圧ＶＤＳＡＴを上回ると、出力ドライバ７は飽和領域（定電流）動作となり、出力ドライバ７を構成するトランジスタのＷ／Ｌ比とトランスコンダクタンス係数で決まる一定出力電流ＩＯＭが流れる。このとき出力ドライバ７の消費電力（すなわち発熱量）はＰｄ＝ＶＯＵＴ・ＩＯＭとなり、外部から印加する出力電圧ＶＯＵＴの大小によってチップの発熱量を制御可能である。
【００１６】
図５は、本発明のセンサ装置に関わるセンサ特性の温度依存を表す図である。図５（ａ）は第１の状態である。Ｂｉｎ＜ＢＯＰにおいて出力ドライバ７はオフ状態（出力電圧“Ｈ”に相当）であり電流が流れないので、チップは、出力ドライバ７が自己発熱しないため接合温度Ｔｊが周囲温度Ｔａにほぼ等しい。Ｓ極磁場を印加してＢｉｎ＞ＢＯＰとなると、出力ドライバ７がオン（出力電圧“Ｌ”に相当）する。このとき、Ｔｊ＝ＴａにおけるＢＯＰが測定される。
【００１７】
チップは、出力ドライバ７がオン状態で発熱すると加熱され、周囲の環境に依存する熱抵抗と熱容量の積で表される時定数で決まる時間を経て接合温度ＴｊがＴａ＋θ・Ｐｄとなる。ここで、θはチップと周囲環境に依存する熱抵抗、Ｐｄは出力ドライバ７の消費電力である。
【００１８】
次に、Ｎ極磁場を印加してＢｉｎ＜ＢＲＰとなると、出力ドライバ７がオフ状態（出力電圧“Ｈ”に相当）となる。このとき、Ｔｊ＝Ｔａ＋θ・ＰｄにおけるＢＲＰが測定される。
【００１９】
図５（ｂ）は第２の状態である。Ｂｉｎ＜ＢＯＰにおいて、出力ドライバ７はオン状態であり、チップは、出力ドライバ７が発熱するためＴｊ＝Ｔａ＋θ・Ｐｄである。Ｓ極磁場を印加してＢｉｎ＞ＢＯＰとなると、出力ドライバ７がオフ（出力電圧“Ｈ”に相当）する。このとき、Ｔｊ＝Ｔａ＋θ・ＰｄにおけるＢＯＰが測定される。ドライバオフ状態では出力ドライバ７が発熱しないためチップは周囲雰囲気で冷却され、チップと周囲の環境に依存する熱抵抗と熱容量の積で表される時定数で決まる時間を経て接合温度ＴｊはＴａとなる。その後、Ｎ極磁場を印加しＢｉｎ＜ＢＲＰとなると出力ドライバ７がオン（出力電圧“Ｌ”に相当）となる。このとき、Ｔｊ＝ＴａにおけるＢＲＰが測定される。
【００２０】
ここで、Ｐｄ＝ＶＯＵＴ・ＩＯＭであり、Ｔｊの式を変形すると、ＶＯＵＴ＝（Ｔｊ−Ｔａ）／（θ・ＩＯＭ）＝ΔＴ／（θ・ＩＯＭ）と表される。例えば、Ｔｊ＝１２５℃、
Ｔａ＝２５℃、θ＝０．２℃／ｍＷ、ＩＯＭ＝５０ｍＡとすると、出力電圧ＶＯＵＴは１０Ｖのように与えられる。また、Ｔｊ＝１５０℃、Ｔａ＝８５℃、θ＝０．２℃／ｍＷ、ＩＯＭ＝５０ｍＡとすると、出力電圧ＶＯＵＴは６．５Ｖのように与えられる。この出力電圧ＶＯＵＴは出力端子４に印加可能な定格電圧で、上昇させることが可能なチップの温度の上限が律速される。
【００２１】
以上説明したように、第１の状態と第２の状態を切替えながら入力磁束密度を掃引することによって、接合温度ＴｊがＴａのときとＴａ＋θ・Ｐｄのときにおけるセンサ磁気特性ＢＯＰ及びＢＲＰを測定することが可能である。
【００２２】
図６は、本発明のセンサ装置の検査時における測定回路を表す図である。電源端子２には電源２００が接続され、出力端子４には出力電圧電源２０１及び電流計２０２が接続される。電源２００は、センサ装置に動作用の電源電圧を供給する。出力電圧電源２０１は、出力ドライバ７に加熱用の電圧を供給する。電流計２０２は、加熱電流をモニタリングして出力電圧電源２０１の出力電圧を調節する。電流計２０２に電流が流れるか遮断されるかをモニタリングして、入力磁束密度ＢｉｎがＢＯＰやＢＲＰを超えたか否かを判定することが出来る。
【００２３】
図７は、本発明のセンサ装置の検査フローの一例を示すフローチャートである。このような検査フローによって、接合温度ＴｊがＴａ及びＴａ＋θ・Ｐｄにおけるセンサ磁気特性ＢＯＰ，ＢＲＰを測定することが可能である。この検査フロー実現するためのセンサ装置の回路例を、以下に図を用いて説明する。
【００２４】
図８は、本発明のセンサ装置のアクティブ論理切替回路６の一例を示す回路図である。
図８のアクティブ論理切替回路６は、レーザートリミングヒューズ１０、プルダウン素
子１１、トランジスタ２１〜３０、インバータ３７を有する。レーザートリミングヒュー
ズ１０、プルダウン素子１１は電源端子２と接地端子３の間に直列に接続され、その中点
電圧はアクティブ論理切替信号１２である。レーザートリミングヒューズ１０はレーザー
トリミング装置によってウェハ検査工程中で溶断することが可能である。プルダウン素子
１１の抵抗値がレーザートリミングヒューズ１０の抵抗値に対し十分大きいとき、アクテ
ィブ論理切替信号１２はレーザートリミングヒューズ１０が溶断前の状態では  “Ｈ”、
溶断後の状態では“Ｌ”となる。
【００２５】
ここで、トランジスタ２１〜３０とインバータ３７は排他的論理和回路４０を構成し、その入力の一方はセンサ出力論理信号８、他方はアクティブ論理切替信号１２に接続され、その出力はドライバ制御信号９に接続される。レーザートリミングヒューズ１０が溶断前の状態では、ドライバ制御信号９はセンサ出力論理信号８の正論理（第１の状態に対応）として出力され、レーザートリミングヒューズ１０が溶断後の状態ではドライバ制御信号９はセンサ出力論理信号８の負論理（第２の状態に対応）として出力される。
【００２６】
このようにレーザートリミングヒューズ１０をレーザーで溶断する前後においてドライバ制御信号９の正負を切替えることが可能である。前述の通り、アクティブ論理切替回路６が第１の状態から第２の状態へ切替えられ、ドライバ制御信号９の正負を切替えることによって、接合温度ＴｊがＴａ及びＴａ＋θ・Ｐｄでのセンサ特性ＢＯＰ及びＢＲＰを測定することが可能である。
【００２７】
図８のアクティブ論理切替回路６は、レーザートリミングヒューズ１０、プルダウン素子１１をそれぞれ電源端子２側、接地端子３側に接続してアクティブ論理切替信号１２が溶断前には“Ｈ”、溶断後に“Ｌ”となるように構成しているが、レーザートリミングヒューズ１０、プルダウン素子１１をそれぞれ接地端子３側、電源端子２側に接続してアクティブ論理切替信号１２が溶断前に“Ｌ”、溶断後に“Ｈ”となるように構成してもよい。
【００２８】
また、プルダウン素子１１の代わりにゲート端子を接地端子３に接続したディプレッショントランジスタを使用してもよい。トランジスタ２１〜３０とインバータ３７は論理ゲートであるため使用する製造プロセスの最小寸法トランジスタで実現すればよく、追加テストパッドに必要な占有面積（通常１００ｕｍ×１００ｕｍ程度）に比べると遥かに小さい実装面積で実現可能なことは自明である。
【００２９】
図９は、本発明のセンサ装置のアクティブ論理切替回路６の他の例を示す回路図である。
図９のアクティブ論理切替回路６は、Ｎ型エンハンスメントトランジスタ３１〜３３、Ｐ型エンハンスメントトランジスタ３４〜３５、Ｎ型ディプレッショントランジスタ３６、インバータ３７、ＡＮＤゲート３８、Ｄ型フリップフロップ３９、ＥＸＯＲゲート４０を有する。図示しないがＤ型フリップフロップ３９にはリセット端子が設けられており、電源起動後の初期内部状態は“Ｌ”となっている。
【００３０】
図１０は、図９に示すアクティブ論理切替回路６の動作を示すタイミングチャートである。
Ｎ型ディプレッショントランジスタ３６は、ゲートが接地端子に接続され、定電流源として動作する。Ｐ型エンハンスメントトランジスタ３４〜３５は、カレントミラー回路として動作し、トランジスタ３１〜３３にＮ型ディプレッショントランジスタ３６で生成した微小な定電流を所定の係数倍した電流を供給する。トランジスタ３１〜３３は、電源端子２に接続されたトランジスタ３１のゲート電圧が３・ＶＴＨよりも低いときにはオフしている。
【００３１】
ここで、３・ＶＴＨはセンサ装置が通常使用される電源電圧の上限よりも高くなるように、センサ装置を構成するトランジスタの定格電圧よりも低くなるように設定される。このとき、インバータ３７の入力信号４３は“Ｈ”となっており、インバータ３７の出力信号である高電圧検出信号４１は“Ｌ”である。ＡＮＤゲート３８の出力である切替ＣＬＫ信号４２は、センサ出力論理信号によらず常に“Ｌ”であり、Ｄ型フリップフロップ３９のＣＬＫ端子にＣＬＫ信号が入力されず、ＥＸＯＲゲート４０の一方の入力に接続されるアクティブ論理切替信号１２は“Ｈ”である。この状態では、ＥＸＯＲゲート４０の出力であるドライバ制御信号９は、センサ出力論理信号８の正論理（第１の状態に対応）として出力される。
【００３２】
次に、トランジスタ３１のゲート電圧が３・ＶＴＨを超過すると、トランジスタ３１〜３３がオンとなり、インバータ３７の入力信号４３は“Ｌ”となる。このとき、高電圧検出信号４１は“Ｈ”となり、切替ＣＬＫ信号４２はセンサ出力論理信号８と等しくなる。ここでＢｉｎ＞ＢＯＰとなるように印加磁束密度を掃引することによって、センサ出力論理信号８を“Ｈ”から“Ｌ”に遷移させるとともに切替ＣＬＫ信号４２を“Ｈ”から“Ｌ”に遷移させると、Ｄ型フリップフロップ３９のＣＬＫ端子には立下りＣＬＫ信号が入力される。
【００３３】
このとき、Ｄ型フリップフロップ３９は内部状態を“Ｌ”（Ｑ＝“Ｌ”／ＱＸ＝“Ｈ”）から“Ｈ”  （Ｑ＝“Ｈ”／ＱＸ＝“Ｌ”）に切替えられ、ＥＸＯＲゲート４０の一方の入力に接続されるアクティブ論理切替信号１２は“Ｈ”から“Ｌ”に切替えられる。この状態ではＥＸＯＲゲート４０の出力であるドライバ制御信号９はセンサ出力論理信号８の負論理（第２の状態に対応）として出力される。
【００３４】
このように、電源端子２に印加する電圧と印加磁束密度Ｂｉｎによって出力ドライバ７のアクティブ論理を切替えることが可能である。第２の状態から元の第１の状態に復帰させるには、同様に電源端子２の電圧を３・ＶＴＨを超過した状態でＢｉｎ＞ＢＯＰとなるように磁界を掃引することによって、センサ出力論理信号８を“Ｈ”から“Ｌ”に遷移させればよい。
【００３５】
前述の通り、アクティブ論理切替回路６が第１の状態から第２の状態へ切替えられ、ドライバ制御信号９の正負を切替えることによって、接合温度ＴｊがＴａ及びＴａ＋θ・Ｐｄでのセンサ特性ＢＯＰ，ＢＲＰを測定することが可能である。
【００３６】
図９の回路では、Ｎ型エンハンスメントトランジスタ３１〜３３を３段縦積みの構成としたが、センサが通常使用される電源電圧の範囲やトランジスタの定格電圧を鑑みて任意の段数としてもよく、ｎ段縦積みとした場合の高電圧検出の閾値はｎ・ＶＴＨとなる。
また、Ｎ型エンハンスメントトランジスタを使用しているが、Ｐ型エンハンスメントトランジスタを使用してもよい。
【００３７】
また、定電流源としてゲート端子を接地端子３に接続したディプレッショントランジスタを用いているが、微小な定電流を生成することが出来ればよく、その他の定電流回路を使用してもよい。
また、アクティブ論理切替状態の保持のためにＤ型フリップフロップを使用しているが、Ｔ型やＪＫ型などの他のフリップフロップを用いて適宜前後のゲート構成を変更してもよい。
【００３８】
このように電源端子２と、接地端子３と、出力端子４と、センサ回路５と、アクティブ論理切替回路６と、出力ドライバ７とを設け、出力ドライバ７を発熱素子として利用することにより、専用端子を設けることなく、自己発熱を利用した高温検査が可能であり、新規装置の導入や検査時間の増大、テストパッド追加によるチップ占有面積増大に伴うコスト増加を抑制したセンサ装置を提供可能である。
【００３９】
明細書中の実施形態においては、レーザートリミングヒューズを用いたアクティブ論理切替回路、高電圧検出回路を用いたアクティブ論理切替回路を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の切替回路を適用することが可能である。
また、実施形態ではアクティブ論理切替回路にＥＸＯＲゲートを使用しているが、複数の並列トランスミッションゲートによるセレクタ回路を使用してもよい。
【００４０】
また、明細書中の実施形態においてセンサ回路５は交番検知型磁気スイッチとして説明したが、その他の２値出力の磁気センサ、例えば片極検知型磁気スイッチ、両極検知型磁気スイッチでもよいし、その他の２値出力の物理量センサ、例えば電流スイッチ、加速度スイッチや照度スイッチに適用してもよい。
【００４１】
本明細書には発明の好適な実施形態について述べられているが、上記述は本発明の原理の単なる例示であり、従って本発明の範囲および主旨から逸脱することなく様々な変更が、当業者によってなされ得る。
【符号の説明】
【００４２】
５  センサ回路
６  アクティブ論理切替回路
７  出力ドライバ
１０  レーザートリミングヒューズ
１１  プルダウン素子
【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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【図１２】
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