(57)【要約】  半導体素子９１の温度を変数としたときの、一定電流Ｉ０の通電に必要な端子間電圧との相関データを保持するデータ保持部５ｂと、パワーサイクル試験において、半導体素子９１に一定電流Ｉ０を通電した際の端子間電圧の実測データを収集するデータ収集部４と、データ収集部４が収集した実測データと、データ保持部５ｂが保持する相関データに基づき、半導体素子９１の温度を算出する温度算出部５ａと、を備える。
2016035388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験装置であって、
前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持部と、
前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集部と、
前記データ収集部が収集した前記実測データと、前記相関データ保持部が保持する前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出部と、
を備えたことを特徴とする半導体試験装置。
【請求項２】
前記データ収集部は、前記パワーサイクル試験における各サイクルで、前記半導体素子への通電を開始する通電開始信号を受信すると、前記通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間からの経過時間が異なる時点での前記実測データとその測定時間とのデータ組を２組以上収集し、
前記温度算出部は、前記収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した前記受信時間における前記半導体素子の温度を前記各サイクルにおける最低温度とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項３】
前記経過時間は、前記半導体装置内における前記半導体素子の温度変化時定数より短い時間に設定され、
前記温度算出部は、前記収集した２組以上のデータ組を時間の一次関数に近似することを特徴とする請求項２に記載の半導体試験装置。
【請求項４】
前記データ収集部は、前記パワーサイクル試験における各サイクルで予定された前記通電を停止する停止予定時間の情報に基づき、前記停止予定時間から所定時間前の時間における前記実測データを収集し、
前記温度算出部は、前記所定時間前の時間における前記実測データに基づいて算出された前記半導体素子の温度を、前記各サイクルにおける最高温度とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【請求項５】
半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験方法であって、
前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持工程と、
前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集工程と、
前記データ収集工程で収集した前記実測データと、前記相関データ保持工程で保持した前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出工程と、
を含むことを特徴とする半導体試験方法。
【請求項６】
前記データ収集工程では、前記パワーサイクル試験における各サイクルで、前記半導体素子への通電を開始する通電開始信号を受信すると、前記通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間からの経過時間が異なる時点での前記実測データとその測定時間とのデータ組を２組以上収集し、
前記温度算出工程では、前記収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した前記受信時間における前記半導体素子の温度を前記各サイクルにおける最低温度とすることを特徴とする請求項５に記載の半導体試験方法。
【請求項７】
前記経過時間は、前記半導体装置内における前記半導体素子の温度変化時定数より短い時間に設定され、
前記温度算出工程では、前記収集した２組以上のデータ組を時間の一次関数に近似することを特徴とする請求項６に記載の半導体試験方法。
【請求項８】
前記データ収集工程では、前記パワーサイクル試験における各サイクルで予定された前記通電を停止する停止予定時間の情報に基づき、前記停止予定時間から所定時間前の時間における前記実測データを収集し、
前記温度算出工程では、前記所定時間前の時間における前記実測データに基づいて算出された前記半導体素子の温度を、前記各サイクルにおける最高温度とすることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の半導体試験方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体試験装置および半導体試験方法に関し、とくにパワーサイクル試験における温度を管理するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーサイクル試験は、モジュール（半導体装置）に組み込まれた半導体素子の電極接合部周辺の信頼性を評価するための装置であり、電流を繰り返し半導体素子に印加し、局所的に発熱させることで、その電極接合部周辺の劣化度合いを評価する。その際、半導体素子の温度が想定した最低温度と最高温度内にあることを確認する必要があり、半導体素子の温度を正確に測定できることが望ましい。【０００３】
ここで、半導体素子自体に温度センサー機能が備わっていれば、容易に温度を測定することができるが、半導体素子の多くは温度センサー機能を備えていない。しかも、半導体装置内での半導体素子は、その表面がパッケージ材で覆われているため、赤外線カメラのような手段を用いて温度を測定することもできない。【０００４】
そこで、半導体素子のＰＮ接合部分に、温度測定用の微小電流を通電させ、予め取得した電圧と温度との関係から、半導体素子の温度を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１１４１６号公報（段落００１２〜００１７、図１〜図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、温度測定用の微小電流を通電させて温度を推定する方法では、微小電流を安定に供給するための電源や、微小電流とパワーサイクル用の電流とをタイミングよく切替えるための回路構成が必要となる。一方、パワーサイクル試験は、信頼性を評価するための試験であり、数日から数ヶ月にわたる連続運転が実施される場合が多い。この場合、装置構成が複雑化すると試験装置自体の動作が不安定となり、適正な信頼性評価が困難になる。【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、装置構成を複雑化することなく、適正な温度管理によるパワーサイクル試験が可能な半導体試験装置および半導体試験方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる半導体試験装置は、半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験装置であって、前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持部と、前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集部と、前記データ収集部が収集した前記実測データと、前記相関データ保持部が保持する前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出部と、を備えたことを特徴とする。【０００９】
また、本発明にかかる半導体試験方法は、半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験方法であって、前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持工程と、前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集工程と、前記データ収集工程で収集した前記実測データと、前記相関データ保持工程で保持した前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、パワーサイクルにおいて主電流を流すための半導体素子への印加電圧から素子温度を算出できるので、装置構成を複雑化することなく、適正に温度管理したパワーサイクル試験が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置を構成する制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】パワーサイクル試験での通電電流、印加電圧、および素子温度の経時変化を示す図である。
【図４】半導体素子に、一定の電流を通電させたときの素子温度と端子間電圧の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置、および半導体試験方法において、最低温度を算出するための、電流導通開始直後のデータ収得タイミングを示す電流と端子間電圧の波形図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる半導体試験装置、および半導体試験方法において、最高温度を算出するための、電流停止時のデータ収得タイミングを示す電流と端子間電圧の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図５は、本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置および半導体試験方法について説明するためのものであり、図１は半導体試験装置において、試験体である半導体装置との接続を示す電気回路と装置内の各構成部分との関係を示すブロック図、図２は半導体試験装置の部分である制御部の構成を示すブロック図である。また、図３は本試験装置および本試験方法で実施するパワーサイクル試験において繰り返される通電電流、印加電圧、および半導体素子の温度（素子温度）の経時変化を示す図である。
【００１３】
図４は、所定のゲート電圧と通電電流における端子間電圧と素子温度との関係を示す図である。そして、図５はパワーサイクル試験におけるサイクルごとの最低温度を算出するための、電流導通開始直後のデータ収得タイミングを示す電流と端子間電圧の波形図である。
【００１４】
はじめに、本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置および半導体試験方法の詳細な説明の前に、その前提となるパワーサイクル試験について説明する。パワーサイクル試験は、外部から加熱を行うヒートサイクル試験とは異なり、半導体素子に通電することで、半導体素子自身を発熱させて温度を変化させるものである。例えば、図３はＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）に、所定の電流を周期的に通電（入／切の繰返し）したときの、電流値（上段）、ドレイン・ソース間電圧（端子間電圧：中段）、ＭＯＳＦＥＴの温度（素子温度：下段）の経時変化を示すものである。
【００１５】
電流が通電されている通電期間Ｐａでは、素子の発熱により素子温度が上昇し、通電を止めた停止期間Ｐｒでは、放熱により素子温度が下降する。そのため、通電期間Ｐａから停止期間Ｐｒに切り替わる際に、その周期の最高温度ＴＨになり、停止期間Ｐｒから通電期間Ｐａに切り替わる際に、その周期の最低温度ＴＬになる。このようなサイクルが十万回のオーダーで繰り返されるが、適正な耐久性評価には、サイクルごとの最高温度ＴＨおよび最低温度ＴＬが設定範囲内で管理されることが要求される。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置１０は、パワーサイクル試験の対象である半導体装置９０（電気回路としては、半導体装置９０内の半導体素子９１（ＭＯＳＦＥＴ）とその端子部分を記載）のドレイン端子９１ｄとソース端子９１ｓに電気接続され、半導体装置９０に電流を通電する電源１と、ゲート端子９１ｇとソース端子９１ｓに接続され、ゲート電圧を印加するゲート電源２と、ソース端子９１ｓとドレイン端子９１ｄにかかる印加電圧（端子間電圧）を計測する電圧計３と、電源１から出力される通電開始信号、あるいは通電停止信号のような半導体装置９０（半導体素子９１）への通電状態を示す情報や、電圧計３から出力される端子間電圧を示す信号等のデータを時間と関連づけて収集するデータ収集部４と、パワーサイクル試験の動作全体を制御するとともに、データ収集部４からのデータに基づいて上述した最低温度ＴＬ、最高温度ＴＨを算出する制御部５と、パワーサイクル試験の状態等を表示する表示部６と、を備えている。
【００１７】
データ収集部４は、デジタルオシロスコープなどのような、デジタル化した時間と関連づけたデータを一定期間保持できるものであれば良い。例えば、電圧計３で測定され、出力された信号が、データ収集部４に入力されると、データ収集部４は、端子間電圧とその信号を受けた時の時間データを制御部５に出力する。
【００１８】
制御部５は、いわゆるマイコン等にソフトウェアをインストールすることにより構成され、図２に示すように、後述する端子間電圧と素子温度との相関データが保持されているデータ保持部５ｂと、データ収集部４からのデータを受け入れるデータ受信部５ｃと、データ受信部５ｃが受信したデータとデータ保持部５ｂに保持された相関データ、および通電状態の情報に基づいて、素子温度、最低温度を算出する温度算出部５ａと、を備えている。
【００１９】
なお、制御部５には、パワーサイクル試験自体の動作として、電源１やゲート電源２の動作を制御する機能を有する部分が設けられることもあるが、温度を算出する機能に特化して説明を行うため、それらについての説明は省略する。なお、温度を算出する部分と験自体を制御する部分とが一体であるか否かは、本発明を限定するものではなく、どのように構成してもよい。
【００２０】
データ保持部５ｂに保持される素子温度と端子間電圧の相関データは、素子温度をパラメータとし、ゲート電圧が一定で、所定のドレイン電流を通電するのに必要な端子間電圧のデータを事前に測定することによって取得する。具体的には、パワーサイクル試験の対象となる半導体装置９０を恒温槽中或いはホットプレート上等で一定温度に保持し、ゲート―ソース間電圧（ゲート電圧）を一定とした条件で、所定の電流値のパルス電流を通電し、ドレイン―ソース間電圧（端子間電圧）を計測する。パルス通電時間が長いと自己発熱効果により、素子温度が計測中に保持温度より大きく変化することになる。
【００２１】
そのため、試験対象となる半導体装置９０内の半導体素子９１の、恒温槽中或いはホットプレート上で保持され、一定となった温度からの変化（上昇）が許容範囲となるように、パルス通電時間が調整される。つまり、端子間電圧と素子温度との相関データは、恒温槽或いはホットプレートの温度をパラメータとして収得されるが、上述したパルス時間の調整により、素子温度をパラメータとして取得したことになる。
【００２２】
このようにして、得られたゲート電圧と、ドレイン電流が一定の場合における、端子間電圧と素子温度との関係は、図４に示すように、一対一の関係になり、端子間電圧が分かれば、素子温度が一意的に定まる。そのため、データ保持部５ｂには、試験対象となる半導体装置９０のパワーサイクル試験に対応するドレイン電流とゲート電圧における、端子間電圧と素子温度との相関データが、例えば、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）のような形で保持されている。これにより、温度算出部５ａは、少なくとも通電期間Ｐａにおいては、データ受信部５ｃが受信した電圧データとデータ保持部５ｂに保持された相関データに基づいて、その電圧が印加された時の素子温度を算出することができる。
【００２３】
最高温度ＴＨは、通電期間Ｐａから停止期間Ｐｒに切り替わる際の素子温度であるので、通電期間Ｐａにおける最後の電圧データをもとに容易に算出することができる。一方、最低温度ＴＬは通電されない状態での温度であるので、通電期間Ｐａに切り替わった際の電流導通開始直後における（時間の異なる）２点以上の端子間電圧のデータから、以下のようにして算出する。
【００２４】
原理的には、電流導通開始直後において２点以上の端子間電圧値から求めた２点以上の温度をそれぞれの温度を測定した（電流導通開始時を０とする）時間の２次関数でフィッティングし、２次関数の０次の値を最低温度ＴＬとすることができる。このようにして最低温度ＴＬを演算する場合、電源１の通電開始信号が、最低温度ＴＬを算出するためのデータ収集のトリガ信号となる。このとき、データ収集部４に対しては、（導通開始直後の不安定な期間を除く）電流が一定値となるタイミングでデータを収得するように、トリガ信号に対して遅延時間Δｔが設定されている。
【００２５】
そして、本実施の形態１にかかる半導体試験装置１０あるいは半導体試験方法では、後述する条件を考慮して、図５に示すように、電流導通開始直後の時間の異なる２点のデータから、最低温度ＴＬを演算するようにした。図において、あるサイクルにおける電源１からの通電開始信号（トリガ信号）が、時間ｔ０時にデータ収集部４に入力される。すると、時間ｔ０から遅延時間Δｔ後の時間に第一点目の電圧データＶ１とその測定時間のデータである時間データｔ１がデータ収集部４によって収得される。遅延時間Δｔは、上述したように、電流が一定値（一定電流Ｉ０）となる時間によって決められ、これは電源１と半導体装置９０（半導体素子９１）の熱的な接続環境に固有な値であり、事前に評価することで決めることができる。
【００２６】
そして、第二点目のデータは、時間ｔ１より後の時間ｔ２時に収集される。時間ｔ０と時間ｔ２の間隔ｔ２−ｔ０は、半導体装置９０（半導体素子９１）の温度変化時定数τ＝Ｒ×Ｃより十分短い時間で設定されることが望ましい。Ｒは半導体素子９１の過渡熱抵抗、Ｃは半導体素子９１周辺の熱容量である。半導体素子９１の温度（素子温度）をＴｍとし、半導体素子９１周辺の過渡的な熱抵抗と熱容量が定数とみなせるモデルでは、Ｔｍの時間変化は、以下の式（１）で記述される。
【００２７】
【数１】
2016035388.tif 000003
【００２８】
ここで、時間ｔは、時間ｔ０＝０秒とした時の値である。Ｔ０は時間ｔ０時の素子温度、Ｔｆは飽和温度である。このとき、間隔ｔ２−ｔ０が、温度変化時定数τより十分短ければ、式（１）は、以下の式（２）で示す１次近似式となる。
【００２９】
【数２】
2016035388.tif 000004
【００３０】
Ｔｍの時間変化が、式（２）で示す線形式で近似されるなら、異なる時間の２点の温度データがあれば、Ｔ０を求めることができる。例えば、半導体素子９１がＭＯＳＦＥＴならば、端子間電圧として時間ｔ０、ｔ１、ｔ２時のドレイン―ソース間電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２が制御部５（データ受信部５ｃ）に出力される。なお、時間ｔ０時点では、電流が流れていないので、Ｖ０＝０Ｖとなり、ｔ０時のドレイン―ソース間電圧Ｖ０は計測する必要が無い。
【００３１】
そして、時間ｔ１、ｔ２の電圧データＶ１、Ｖ２から、具体的には以下のようにしてＴ０を演算する。制御部５（温度算出部５ａ）は、電圧データＶ１、Ｖ２とデータ保持部５ｂに保持された相関データから、時間ｔ１、ｔ２における素子温度Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ計算する。さらに、式（２）を用い、時差データｔ１−ｔ０、ｔ２−ｔ０と、算出した素子温度Ｔ１、Ｔ２からＴ０を計算する。計算されたＴ０がそのサイクルにおける半導体素子９１の最低温度ＴＬとなる。算出した最低温度ＴＬは、表示部６に表示される。なお、算出した最低温度ＴＬ、最高温度ＴＨはパワーサイクル試験の履歴として別途保存するようにしてもよい。
【００３２】
なお、上記では、第二点目のデータ取得時間ｔ２とｔ０との間隔を温度変化時定数τより短くすることで、式（１）を線形近似した式（２）を基に、端子間電圧の測定点数を減らし、単純な計算で最低温度ＴＬを算出する方法を述べた。しかし、式（１）を２次式で近似した式を使用すれば、さらに精度良く最低温度ＴＬを算出する事ができる。但し、この場合は、データ収集部４は、端子間電圧を異なる時間の最低３点計測し、制御部５（温度算出部５ａ）は、３点それぞれの時間と端子間電圧データを基に、最低温度ＴＬを計算する。
【００３３】
このように、ＭＯＳＦＥＴのドレイン―ソース間電圧のように、半導体素子９１へ主電流を通電した時の端子間電圧を電流導通開始直後の時間の異なる２点以上測定することで、最低温度ＴＬが演算できる。さらに、電流停止直前の１点の端子間電圧を測定することで、最高温度ＴＨも簡易に求めることができる。つまり、各サイクルにおける最高温度ＴＨと最低温度ＴＬを単純な方法により算出し、管理したパワーサイクル試験が可能な半導体試験装置１０あるいは半導体試験方法が得られる。なお、上記例では、素子温度を時間関数に近似する例について説明したが、これに限ることはない。例えば、端子間電圧を時間関数に近似して算出した時間ｔ０の端子間電圧に基づいて素子温度を算出するようにしてもよい。
【００３４】
とくに、背景技術で述べたような、ＰＮ接合部分に、温度測定用の微小電流を通電させて素子温度を推定する方法では、温度測定用の微小電流を安定に供給するための電源と微小電流を制御するための付加的な回路が必要となる。しかし、本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置１０では、微小電流を安定に供給するための電源や微小電流を制御するための付加的な回路は不要であり、装置構成が複雑化することがない。
【００３５】
なお、試験対象となる半導体装置に用いられる半導体素子としては、シリコンウエハを基材とした一般的な素子でも良い。しかし、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム系材料（ＧａＮ）、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を用いた場合の方が、運転温度が高く、接合部の信頼性が重要になる。本発明の実施の形態１にかかる半導体試験装置１０あるいは試験方法を用いれば、耐久性等を適正に評価し、信頼性の高い半導体装置が得られる効果が顕著となる。半導体素子の種類としては、上述したＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）のようなスイッチング素子、またはダイオードのような整流素子であってもよい。また、半導体素子９１としてＩＧＢＴを用いた場合、本実施の形態で使用した端子の名称を以下のように置き換えれば良い。ソース（ソース端子９１ｓ）→エミッタ、ドレイン（ドレイン端子９１ｄ）→コレクタ。
【００３６】
以上のように、本実施の形態にかかる半導体試験装置１０によれば、半導体装置９０内に実装された半導体素子９１に対し、電流Ｉ０の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験装置１０であって、半導体素子９１の温度を変数としたときの、電流Ｉ０の通電に必要な印加電圧（端子間電圧）との相関データを保持する相関データ保持部（データ保持部５ｂ）と、パワーサイクル試験において、半導体素子９１に電流Ｉ０を通電した際の印加電圧（端子間電圧）の実測データを収集するデータ収集部４と、データ収集部４が収集した実測データと、相関データ保持部（データ保持部５ｂ）が保持する相関データに基づき、半導体素子９１の温度を算出する温度算出部５ａと、を備えるように構成したので、微小電流を安定に供給するための電源や微小電流を制御するための付加的な回路は不要であり、装置構成が複雑化することがないのに、半導体素子９１の温度を適正に管理してパワーサイクル試験を行うことができる。
【００３７】
また、データ収集部４は、パワーサイクル試験における各サイクルで、半導体素子９１への通電を開始する通電開始信号を受信すると、通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間（時間ｔ０）からの経過時間が異なる時点での実測データとその測定時間とのデータ組（Ｖ１，ｔ１）、（Ｖ２，ｔ２）を２組以上収集し、温度算出部５ａは、収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した受信時間（時間ｔ０）における半導体素子９１の温度を各サイクルにおける最低温度ＴＬとするように構成したので、停止期間Ｐｒから通電期間Ｐａに切り替わる際の温度であり、パワーサイクル試験の適正さを判断するのに重要な最低温度ＴＬを容易に算出することができる。
【００３８】
とくに、経過時間は、半導体装置９０内における半導体素子９１の温度変化時定数τより短い時間に設定され、温度算出部５ａは、収集した２組以上のデータ組を時間の一次関数に近似するので、例えば、２組のデータ組でも最低温度ＴＬを算出でき、より簡易に最低温度ＴＬを算出することができる。
【００３９】
また、本実施の形態１にかかる半導体試験方法によれば、半導体装置９０内に実装された半導体素子９１に対し、電流Ｉ０の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験方法であって、（パワーサイクル試験の前に実行される）半導体素子９１の温度を変数としたときの、電流Ｉ０の通電に必要な印加電圧（端子間電圧）との相関データを保持する（パワーサイクル試験の前に実行される）相関データ保持工程と、パワーサイクル試験において、半導体素子９１に電流Ｉ０を通電した際の印加電圧（端子間電圧）の実測データを収集するデータ収集工程と、データ収集工程で収集した実測データと、相関データ保持工程で保持した相関データに基づき、半導体素子９１の温度を算出する温度算出工程と、を含むように構成したので、微小電流を安定に供給するための電源や微小電流を制御するための付加的な回路は不要であり、装置構成が複雑化することがないのに、半導体素子９１の温度を適正に管理してパワーサイクル試験を行うことができる。
【００４０】
また、データ収集工程では、パワーサイクル試験における各サイクルで、半導体素子９１への通電を開始する通電開始信号を受信すると、通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間（時間ｔ０）からの経過時間が異なる時点での実測データとその測定時間とのデータ組（Ｖ１，ｔ１）、（Ｖ２，ｔ２）を２組以上収集し、温度算出工程では、収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した受信時間（時間ｔ０）における半導体素子９１の温度を各サイクルにおける最低温度ＴＬとするように構成したので、停止期間Ｐｒから通電期間Ｐａに切り替わる際の温度であり、パワーサイクル試験の適正さを判断するのに重要な最低温度ＴＬを容易に算出することができる。
【００４１】
とくに、経過時間は、半導体装置９０内における半導体素子９１の温度変化時定数τより短い時間に設定され、温度算出工程では、収集した２組以上のデータ組を時間の一次関数に近似するので、例えば、２組のデータ組でも最低温度ＴＬを算出でき、より簡易に最低温度ＴＬを算出することができる。
【００４２】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、最高温度については、通電期間の最後の電圧データから算出する旨のみ説明した。本実施の形態２においては、最後の電圧データの取得タイミングを予定された切替タイミングに応じて設定するようにした。図６は、本発明の実施の形態２にかかる半導体試験装置及び半導体試験方法において、最高温度を算出するための電流停止時のデータ収得タイミング、を示すための電流と端子間電圧の波形図である。なお、その他の基本的な構成については、実施の形態１と同様であり、図を援用するとともに、同様部分については説明を省略する。
【００４３】
図において、通電期間Ｐａから停止期間Ｐｒに切り替わる際、電源１からの電流停止トリガ信号が、時間ｔｘにデータ収集部４に入力される。このとき、理想的には、時間ｔｘ以前の、電流が一定値（一定電流Ｉ０）を保持し、かつ時間ｔｘに近い時間における端子間電圧を測定することが望ましい。しかし、そのためには、時間ｔｘから遡った時間のデータを収集する必要があり、例えば、切替タイミング前の電圧データを細かい測定周期で計測し、ＦＩＦＯ（先入先出）形式で記憶・読み出しが可能な計測・記憶装置等を設ける必要がある。
【００４４】
一方、停止期間Ｐｒから通電期間Ｐａに切り替わる場合と異なり、通常のパワーサイクル試験条件においては、時間ｔｘ付近での素子温度が急激に変化することは無い。そこで、本実施の形態２にかかる半導体試験装置、および半導体試験方法では、実際に電流を停止する際に出力される電流停止トリガ信号ではなく、パワーサイクル試験として計画された切替タイミングｔｓに基づき、最高温度ＴＨを算出するための電圧データを取得する取得タイミングｔａを設定するようにした。取得タイミングｔａは、計画された切替タイミングｔｓと実際の切り替え時間ｔｘがずれた場合でも、ｔｘより後になることがなく、かつ電流が一定値（一定電流Ｉ０）を保持し、かつ時間ｔｘに近くなるように、定める。
【００４５】
切替タイミングｔｓの情報は、例えば、予めデータ保持部５ｂ等に保持するようにしてもよいが、例えば、周期ごとにタイミングを調整する場合等は、図示しない試験を制御する制御部等から入手するようにしてもよい。このように構成することで、データ収集部４は、その周期において予定された切替タイミングｔｓに対して、所定期間前の時点を取得タイミングｔａに設定し、取得タイミングｔａになると、端子間電圧の電圧データＶａを収集し、制御部５に出力する。
【００４６】
制御部５（温度算出部５ａ）では、実施の形態１で説明したのと同様に、入力された電圧データＶａとデータ保持部５ｂに保持された相関データに基づいて、取得タイミングｔａでの素子温度を算出する。算出した素子温度をその周期における最高温度ＴＨとすることができ、例えば、算出した最高温度ＴＨは表示部６に表示される。本実施の形態２においても、算出した最低温度ＴＬ、最高温度ＴＨはパワーサイクル試験の履歴として別途保存するようにしてもよい。
【００４７】
つまり、最高温度ＴＨを得るのに必要な端子間電圧のデータは１点で済み、例えば、取得タイミングｔａに該当するかもしれない膨大な数のデータを収集する必要が無い。つまり、高速で記憶容量を要する計測器を用いる必要が無く、単純な計測器を用いて、パワーサイクル試験における周期ごとの最高温度ＴＨを管理することができる。つまり、実施の形態１で説明した最低温度ＴＬを算出する方法と組み合わせることで、より単純な装置により、適正な温度管理下でパワーサイクル試験を実行できる半導体試験装置１０あるいは半導体試験方法を得ることができる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態２にかかる半導体試験装置１０によれば、データ収集部４は、パワーサイクル試験における各サイクルで予定された通電を停止する停止予定時間（切替タイミングｔｓ）の情報に基づき、停止予定時間（切替タイミングｔｓ）から所定時間前の時間（取得タイミングｔａ）における実測データ（電圧データＶａ）を収集し、温度算出部５ａは、取得タイミングｔａにおける実測データ（電圧データＶａ）に基づいて算出された半導体素子９１の温度を、各サイクルにおける最高温度ＴＨとするように構成したので、通電期間Ｐａから停止期間Ｐｒに切り替わる際の温度であり、パワーサイクル試験の適正さを判断するのに重要な最高温度ＴＨを容易に算出することができる。
【００４９】
また、本実施の形態にかかる半導体試験方法によれば、データ収集工程では、パワーサイクル試験における各サイクルで予定された通電を停止する停止予定時間（切替タイミングｔｓ）の情報に基づき、停止予定時間（切替タイミングｔｓ）から所定時間前の時間（取得タイミングｔａ）における実測データ（電圧データＶａ）を収集し、温度算出工程では、取得タイミングｔａにおける実測データ（電圧データＶａ）に基づいて算出された半導体素子９１の温度を、各サイクルにおける最高温度ＴＨとするように構成したので、通電期間Ｐａから停止期間Ｐｒに切り替わる際の温度であり、パワーサイクル試験の適正さを判断するのに重要な最高温度ＴＨを容易に算出することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１：電源、  ２：ゲート電源、  ３：電圧計、  ４：データ収集部、  ５：制御部、  ５ａ：温度算出部、  ５ｂ：データ保持部、  ５ｃ：データ受信部、  ６：表示部、  １０：半導体試験装置、  ９０：半導体装置、  ９１：半導体素子、  ９１ｄ：ドレイン端子（電力端子）、  ９１ｇ：ゲート端子（制御端子）、  ９１ｓ：ソース端子（電力端子）、  Ｉ０：一定電流、  Ｐａ：通電期間、  Ｐｒ：停止期間、  ｔ０：時間（通電期間に切替るタイミング）、  ｔａ：取得タイミング、  ＴＨ：再移行温度、  ＴＬ：最低温度、時間ｔ０：時間（受信時間）、  ｔｓ：（予定された）切替タイミング（停止予定時間）、  ｔｘ：（実際の）切替タイミング、  Ｖ１，Ｖ２：電圧データ（実測データ）、  Ｖａ：（取得タイミングにおける）電圧データ（実測データ）、  Δｔ：遅延時間。  
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月26日(2016.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験装置であって、
前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持部と、
前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集部と、
前記データ収集部が収集した前記実測データと、前記相関データ保持部が保持する前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出部と、
を備え、
前記データ収集部は、前記パワーサイクル試験における各サイクルで、前記半導体素子への通電を開始する通電開始信号を受信すると、前記通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間からの経過時間が異なる時点での前記実測データとその測定時間とのデータ組を２組以上収集し、
前記温度算出部は、前記収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した前記受信時間における前記半導体素子の温度を前記各サイクルにおける最低温度とすることを特徴とする半導体試験装置。
【請求項２】
前記経過時間は、前記半導体装置内における前記半導体素子の温度変化時定数より短い時間に設定され、
前記温度算出部は、前記収集した２組以上のデータ組を時間の一次関数に近似することを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項３】
前記データ収集部は、前記パワーサイクル試験における各サイクルで予定された前記通電を停止する停止予定時間の情報に基づき、前記停止予定時間から所定時間前の時間における前記実測データを収集し、
前記温度算出部は、前記所定時間前の時間における前記実測データに基づいて算出された前記半導体素子の温度を、前記各サイクルにおける最高温度とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体試験装置。
【請求項４】
半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験方法であって、
前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持工程と、
前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集工程と、
前記データ収集工程で収集した前記実測データと、前記相関データ保持工程で保持した前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出工程と、
を含み、
前記データ収集工程では、前記パワーサイクル試験における各サイクルで、前記半導体素子への通電を開始する通電開始信号を受信すると、前記通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間からの経過時間が異なる時点での前記実測データとその測定時間とのデータ組を２組以上収集し、
前記温度算出工程では、前記収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した前記受信時間における前記半導体素子の温度を前記各サイクルにおける最低温度とすることを特徴とする半導体試験方法。
【請求項５】
前記経過時間は、前記半導体装置内における前記半導体素子の温度変化時定数より短い時間に設定され、
前記温度算出工程では、前記収集した２組以上のデータ組を時間の一次関数に近似することを特徴とする請求項４に記載の半導体試験方法。
【請求項６】
前記データ収集工程では、前記パワーサイクル試験における各サイクルで予定された前記通電を停止する停止予定時間の情報に基づき、前記停止予定時間から所定時間前の時間における前記実測データを収集し、
前記温度算出工程では、前記所定時間前の時間における前記実測データに基づいて算出された前記半導体素子の温度を、前記各サイクルにおける最高温度とすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体試験方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明にかかる半導体試験装置は、半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験装置であって、前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持部と、前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集部と、前記データ収集部が収集した前記実測データと、前記相関データ保持部が保持する前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出部と、を備え、前記データ収集部は、前記パワーサイクル試験における各サイクルで、前記半導体素子への通電を開始する通電開始信号を受信すると、前記通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間からの経過時間が異なる時点での前記実測データとその測定時間とのデータ組を２組以上収集し、前記温度算出部は、前記収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した前記受信時間における前記半導体素子の温度を前記各サイクルにおける最低温度とすることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明にかかる半導体試験方法は、半導体装置内に実装された半導体素子に対し、電流の通電と停止を周期的に繰り返すパワーサイクル試験を実行する半導体試験方法であって、前記半導体素子の温度を変数としたときの、前記電流の通電に必要な印加電圧との相関データを保持する相関データ保持工程と、前記パワーサイクル試験において、前記半導体素子に前記電流を通電した際の前記印加電圧の実測データを収集するデータ収集工程と、前記データ収集工程で収集した前記実測データと、前記相関データ保持工程で保持した前記相関データに基づき、前記半導体素子の温度を算出する温度算出工程と、を含み、前記データ収集工程では、前記パワーサイクル試験における各サイクルで、前記半導体素子への通電を開始する通電開始信号を受信すると、前記通電開始信号を受信した後の、それぞれ受信時間からの経過時間が異なる時点での前記実測データとその測定時間とのデータ組を２組以上収集し、前記温度算出工程では、前記収集した２組以上のデータ組を時間の関数に近似して算出した前記受信時間における前記半導体素子の温度を前記各サイクルにおける最低温度とすることを特徴とする。
【国際調査報告】
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