(57)【要約】【課題】恒温室等の温度環境および評価用ボードの性能に関わらず、高温（特に１５０℃を超える温度）加熱下での半導体デバイスの信頼性試験を可能にし、複数の温度環境にわたる信頼性試験に要する時間を短縮する。【解決手段】恒温槽１１内に設置された評価用ボード２１上の半導体デバイスを選択し、選択された半導体デバイスのポリシリコンヒータに対して通電して、所望の半導体デバイスを選択的に恒温室１１の槽内温度以上に加熱しながら通電試験が行なえるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を有する半導体デバイスを選択的に加熱することにより半導体デバイスの信頼性試験を行なう信頼性試験装置。
【請求項２】
前記加熱手段として加熱ヒータを備え、該加熱ヒータに通電することにより前記半導体デバイスを加熱することを特徴とする請求項１に記載の信頼性試験装置。
【請求項３】
前記加熱ヒータは、半導体プロセスで作製されたことを特徴とする請求項２に記載の信頼性試験装置。
【請求項４】
通電する加熱ヒータを選択し、選択された加熱ヒータに対して通電を行なう通電制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の信頼性試験装置。
【請求項５】
半導体プロセスで作製された加熱ヒータを有する半導体デバイスを準備するデバイス準備工程と、
前記半導体デバイスの前記加熱ヒータに選択的に通電し、通電された加熱ヒータを有する半導体デバイスを選択的に環境温度より高温に加熱する加熱工程と、
を有する信頼性試験方法。
【請求項６】
前記半導体デバイスは評価用ボード上に設置されており、前記デバイス準備工程は、半導体デバイスが設置された評価用ボードを準備することを特徴とする請求項５に記載の信頼性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスを高温下で動作させて信頼性を評価するのに好適な信頼性試験装置および信頼性試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、作製された半導体デバイスに対して信頼性試験が行なわれている。
この信頼性試験は、一般に、あらかじめ半導体デバイスをパッケージに組み付け、そのパッケージをさらに配線が施されている評価用のボードに組み付けた後、これを例えば１５０℃〜１７０℃程度に温調された恒温室内に配置して行なわれる。
このとき、半導体デバイスの基本パラメータが所望の範囲内での特性変動であるか否かを調べ、半導体デバイスの信頼性の合否が判定される。
【０００３】
また、作製された半導体デバイスの長期信頼性が保てる最大温度を試験しようとした場合、複数の温度環境下で長時間動作させる必要がある。
【０００４】
そのため、温度を複数変化させて長時間動作させようとすると、例えば一つの温度環境での評価時間が１０００時間である場合ｎ個の温度環境では１０００ｎ時間を要する等、試験に膨大な時間が必要になる。
【０００５】
半導体デバイスを加熱する方法の一つとして、デバイスの周囲にポリシリコンヒータが設けられたものが開示されている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】”Bias temperature instability assessment of n- and p-channel MOS transistors using a polysilicon resistive heated scribe lane test structure”Microelectronics Reliability、Werner Muth and Wolfgang Walter、p.1251-1262.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、これまでも作製された半導体デバイスの信頼性を評価するための試験は行なわれているが、近年では、例えば車載用の半導体デバイスなど、より劣悪な高温環境下で使用されることが多いことから、従来以上の高い温度、特に２００℃や３００℃を超えるような温度での信頼性の試験を行なう必要性が生じている。
【０００７】
ところが、２００℃や３００℃を超えるような高温領域で試験を行なおうとすると、従来から用いられている評価用のボードでは耐熱性が不足する。したがって、このような高温領域での試験を行なうには、セラミック等の特殊な素材を用いたボードを選択する必要があり、コスト的に不利である。
【０００８】
さらに、長期信頼性を保証する最大温度を評価する試験を行なう場合、複数の恒温室を用意してそれぞれ温度を変えて長時間動作させるようにすれば試験時間の短縮が図れるが、設備投資が不可避であり、やはりコスト的に不利である。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、恒温室等の温度環境および評価用ボードの性能に関わらず、信頼性試験を半導体デバイスを高温（特に評価用ボードの耐熱温度（例えば２００℃）以上の温度）加熱して行なえ、複数の温度環境にわたる信頼性試験を短時間で行なうことができる信頼性試験装置および信頼性試験方法を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、半導体デバイスを作製する際に半導体プロセス中の工程を流用することにより、余分な工程を設けずまた恒温室や評価用ボードの性能に制限されずに、所望の半導体デバイスを従来困難であった所望の高温度に加熱しながら動作試験を短時間に行なうことができるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の第１の発明である信頼性試験装置は、加熱手段を有する半導体デバイスを選択的に（好ましくは環境温度より高温に）加熱することにより半導体デバイスの信頼性試験を行なう構成としたものである。
【００１２】
第１の発明である信頼性試験装置においては、（例えば評価用ボード上に設けられた）半導体デバイスのうち試験対象とする所望の半導体デバイスの一部もしくは全部を選択し、選択された半導体デバイスの加熱手段を加熱することで、環境温度とは別に半導体デバイス毎に加熱温度を選択できるので、恒温室等の環境温度を順次変更して各温度での信頼性試験を行なうことなく、複数の温度環境での試験を短時間に行なうことができると共に、恒温室の設定温度以上での高温加熱が可能である。
【００１３】
また、試験を行なう恒温室等の環境温度を試験温度に応じて上げる必要がないので、評価ボード等の耐熱性に関わらず、高温度（例えば評価用ボードの耐熱温度（例えば２００℃）以上の温度）で試験を行なうことができる。しかも、長期信頼性を保障する最高環境温度を評価する試験が可能であり、半導体デバイスの信頼性設計が容易になる。
【００１４】
第１の発明においては、前記加熱手段として加熱ヒータを用いることができ、この加熱ヒータに通電することにより半導体デバイスを加熱する構成とすることができる。加熱ヒータを用いることで、半導体デバイスのうち選択された一部もしくは全部の半導体デバイスの加熱ヒータへの通電により加熱を行なうことができる。これにより、上記のように環境温度とは別に半導体デバイス毎に加熱温度を選択できるので、恒温室等の環境温度を順次変更して各温度での信頼性試験を行なうことなく、複数の温度環境での試験を短時間に行なうことができると共に、恒温室の設定温度以上での高温加熱が可能である。
【００１５】
加熱ヒータは、半導体プロセスで作製されたものが好ましい。半導体構造部の作製プロセスを部分的に流用するので、ヒータ作製用に別途工程を設けたり、設備投資する必要がなく、半導体デバイスの一連の作製プロセス内でコストをかけずに、半導体構造部ごとに精細にヒータを設けることができる。
【００１６】
第１の発明には、通電する加熱ヒータを選択し、選択された加熱ヒータに対して通電を行なう通電制御手段を更に設けて構成することができる。
【００１７】
通電制御手段を設けた場合には、例えば半導体デバイスが設けられた評価用ボードを恒温室内に設置する等のみにより、自動的に所望の半導体デバイスを選択し、選択された半導体デバイスの加熱ヒータに通電し、加熱を行なうことができる。また、半導体デバイスへの通電は、加熱ヒータに通電するための通電手段を更に設け、この通電手段を用いて行なえる。
【００１８】
第２の発明である信頼性試験方法は、半導体プロセスで作製された加熱ヒータを有する半導体デバイスを準備するデバイス準備工程と、半導体デバイスの加熱ヒータに選択的に通電し、通電された加熱ヒータを有する半導体デバイスを選択的に環境温度より高温に加熱する加熱工程と、を設けて構成されたものである。
【００１９】
第２の発明においては、半導体デバイスのうち試験対象とする所望の半導体デバイスの一部もしくは全部を選択し、選択された半導体デバイスの加熱ヒータに通電して加熱を行なうことで、環境温度とは別に半導体デバイス毎に加熱温度を選択できるので、恒温室等の環境温度を順次変更して各温度での信頼性試験を行なうことなく複数の温度環境での試験を短時間に行なえると共に、環境温度（例えば恒温室の設定温度）以上での高温加熱が可能である。
【００２０】
また、試験を行なう恒温室等の環境温度を試験温度に応じて上げる必要がないので、評価ボード等の耐熱性に関わらず、高温度（例えば評価用ボードの耐熱温度（例えば２００℃）以上の温度）で試験を行なうことができる。しかも、長期信頼性を保障する最高環境温度を評価する試験が可能であり、半導体デバイスの信頼性設計が容易になる。
【００２１】
半導体デバイスは、評価用ボード上に設置された形態で試験に用いることができる。この場合には、デバイス準備工程により、半導体デバイスが設置された評価用ボードを準備することができる。
【００２２】
本発明は、作製された半導体デバイスの信頼性を試験する場合に、評価用の恒温室の準備や評価用ボードの耐熱性対策などの設備投資を行なうことなく、評価用ボードの耐熱温度（例えば２００℃）以上の高温環境での過酷な動作試験を短時間に行なうことが可能な信頼性試験システムを構築することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、恒温室等の温度環境および評価用ボードの性能に関わらず、信頼性試験を半導体デバイスを高温（特に評価用ボードの耐熱温度（例えば２００℃）以上の温度）加熱して行なえ、複数の温度環境にわたる信頼性試験を短時間で行なうことができる信頼性試験装置および信頼性試験方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の信頼性試験装置の実施形態の一例を図１〜図９を参照して詳細に説明すると共に、該説明を通じて、本発明の信頼性試験方法の詳細についても述べる。但し、本発明においては、これら実施形態に制限されるものではない。
【００２５】
本実施形態の信頼性試験装置は、図１に示すように、被試験物である半導体デバイスが設けられた評価用ボードが設置される恒温槽１１と、評価ボード上に設置された半導体デバイスを動作させるための通電試験用電源１２と、半導体デバイスのポリシリコンヒータに通電可能なヒータ電力用電源１３と、半導体デバイスのポリシリコンヒータに対する通電制御を行なう通電制御手段として機能を有すると共に恒温槽の温度制御など信頼性試験に必要な制御を担う制御装置１４と、を備えている。
【００２６】
恒温槽１１は、内部中空の立方形状の箱型に形成されており、図示しない加熱器、温度センサ等を備え、中空内部の温度を設定された一定温度に保つことができるようになっている。本実施形態では、恒温槽の槽内温度は１５０℃に設定されている。
【００２７】
槽内温度は、試験の種類や半導体デバイスの構成などにより適宜選択することができ、室温〜２００℃の範囲で選択することが可能である。本実施形態では、槽内の設定温度Ｔを１５０℃としたが、例えば、長期信頼性を保障する最高環境温度を評価する試験を行なうような場合など、比較的高温環境下での信頼性試験を行うときには、ある程度長期の通電試験が行なえ、かつ半導体デバイス作製時の最低温度である点や半導体デバイスの特性変動の加速及び特性変動量の推定が必要である等の点で、１５０＜Ｔ≦４００℃の範囲が好ましい。
【００２８】
恒温槽１１の内壁には、評価用ボードを保持する保持部材が取り付けられており、この保持部材によって、評価用ボード２１が図１に示すように保持されている。恒温槽内に保持された評価用ボード２１は、所望の設定温度に保たれた温度環境下で通電試験用電源１２およびヒータ電力用電源１３により電力供給がなされ、被試験物である評価用ボード上の半導体デバイスの信頼性試験が行なえるように構成されている。
【００２９】
評価用ボード２１は、樹脂製のプリント基板であり、図２に示すように６つの半導体デバイス２２が配列されて、２つの半導体デバイス２２を１組として３組が組み付けられている。半導体デバイス２２の各々には、図２に示すように、評価用ボード２１に配線された通電用配線２３とヒータ用配線２４とＧＮＤ配線とが接続されており、組単位で試験条件を変更して試験可能なようになっている。本実施形態では、３組同時に異温度での試験が可能なようにしてある。
【００３０】
評価用ボード２１上には、通電用配線２３の端子２３ａ、２３ｂおよび２３ｃと、ヒータ用配線２４の端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄとが設けられており、端子２３ａ、２３ｂおよび２３ｃから通電用配線２３を介して各半導体デバイスに通電することができ、端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄからヒータ用配線２４を介して各半導体デバイスのポリシリコンヒータに通電できるようになっている。
【００３１】
半導体デバイス２２は、図３に示す半導体デバイスをチップにカットし、このチップをセラミック製のパッケージに組み付けた構造になっており、このパッケージごと評価用ボード２１の上に組み付けられている。
【００３２】
この半導体デバイスは、図３に示すように、半導体基板の短手方向の中央部に半導体構造部２８を有し、この半導体構造部２８の加熱が可能なように半導体プロセスによりポリシリコンヒータ２５を設けて構成されている。
【００３３】
ポリシリコンヒータ２５は、半導体プロセスにより半導体構造部２８を作製する工程内でポリシリコンを堆積させて形成された、厚み約０．３μｍの加熱ヒータである。また、このポリシリコンヒータは、半導体基板の長手方向の両端部においてヒータ電極２６、２７とそれぞれ接続されている。ヒータ電極２６、２７間に電流を流すことにより、ポリシリコンヒータ２５が加熱し、その加熱温度で半導体デバイスを加熱できるようになっている。
【００３４】
加熱ヒータとしては、半導体プロセスにおいて半導体構造の作製と共に作製可能なヒータが好ましく、ポリシリコンヒータ以外に、例えば、拡散抵抗を用いたヒータ、金属配線層、ＣｒＳｉのような比較的抵抗率の大きな金属膜を用いたヒータ等が挙げられる。
【００３５】
半導体プロセスにより、すなわち半導体構造部の作製プロセスを部分的に流用して加熱ヒータを設けるので、ヒータ作製用に別途工程を設けたり、設備投資する必要がなく、半導体デバイスの一連の作製プロセス内でコストをかけずに、半導体構造部ごとに精細にヒータを作製することができる。
なお、加熱ヒータは、半導体デバイスの信頼性試験に必要な加熱が可能であればよく、ヒータ自身には信頼性試験に必要な性能以上の耐久性は必要ではない。
【００３６】
ここで、加熱ヒータを作製する半導体プロセスは、金属またはポリシリコンを堆積して膜状にするプロセスであり、例えば、半導体構造のポリシリコン膜を形成する半導体シリコンプロセス、薄膜抵抗体を形成するプロセス、ＣＭＯＳプロセス、不揮発性メモリプロセス、バイポーラプロセス、ＢｉＣＭＯＳプロセス、ＢｉＣＤＭＯＳプロセス、等の手段がある。
【００３７】
評価用ボード２１には、端子２３ａ、２３ｂおよび２３ｃを介して、デバイス通電用リード線１５の一端が接続されており、また、端子２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄを介して、ヒータ通電用リード線１６の一端が接続されている。
【００３８】
デバイス通電用リード線１５は、半導体デバイスの信頼性試験を行なう際に通電して半導体デバイスを動作させるための配線であり、その他端は通電試験用電源１２と接続されている。また、ヒータ通電用リード線１６は、半導体デバイスの信頼性試験を行なう際に所望の半導体デバイスのポリシリコンヒータに選択的に通電し、所望とする半導体デバイスを加熱するための配線であり、その他端はヒータ電力用電源１３と接続されている。
【００３９】
通電試験用電源１２は、評価ボード２１上に設置された半導体デバイス２２を動作させるための電力を供給するための電源である。この通電試験用電源１２は、少なくとも電力の供給制御が可能なように電気的に制御装置１４と接続されており、制御装置１４からの信号を受けて半導体デバイスへの電力供給が行なわれるようになっている。
【００４０】
ヒータ電力用電源１３は、加熱しようとする半導体デバイスのポリシリコンヒータに通電するための電力を供給するための電源である。このヒータ電力用電源は、少なくとも電力の供給制御が可能なように電気的に制御装置１４と接続されており、制御装置１４からの信号を受けて選択されたポリシリコンヒータに電力供給が行なわれるようになっている。
【００４１】
上記した恒温槽１１の加熱器や温度センサ、通電試験用電源１２、ヒータ電力用電源１３等は、制御装置１４と電気的に接続されている。制御装置１４は、信頼性試験を行なう際の半導体デバイスの選択、ポリシリコンヒータのＯＮ／ＯＦＦ切替、半導体デバイスの動作のＯＮ／ＯＦＦ、恒温槽およびポリシリコンヒータの温度制御、試験時間の監視など、信頼性試験時の動作制御を担うものである。
【００４２】
次に、半導体デバイスの信頼性試験を行なう信頼性試験方法の例を説明する。
まず、上記のように３組の半導体デバイス２２が組み付けられた評価用ボード２１を恒温槽１１の内部に配置し、槽内温度を１５０℃に設定する。１５０℃の温度環境下、半導体デバイスのポリシリコンヒータ２５にヒータ電力用電源１３から通電して半導体デバイスの加熱を行なうと共に、通電試験用電源１２から半導体デバイスに電力を投入し、半導体デバイスを動作させる。このようにすることで、１５０℃以上の温度で半導体デバイスの通電試験を行なうことができる。
【００４３】
ポリシリコンヒータ２５による加熱は、制御装置１４によりヒータ電力用電源１３を制御してヒータ電極２６、２７間に電流を流すことによりポリシリコンヒータ２５が加熱し、その加熱温度に半導体デバイスは加熱される。
【００４４】
このとき、半導体デバイス２２の通電試験は、組ごとに加熱温度が異なるように半導体デバイスの組を選択し、具体的には、例えば１５０℃、３００℃、３５０℃での通電試験を行なうことができる。１５０℃の温度環境下、例えば、ポリシリコンヒータ２５に３．６Ｗ、４．６Ｗの電力をそれぞれ投入すると、半導体デバイス２２の温度を３００℃、３５０℃に上げることができる。
【００４５】
なお、半導体デバイスの温度は、例えば、半導体デバイスのｐｎ接合ダイオードで測定することができる。
ここで、ダイオードの電流−電圧特性の温度依存性を図４に示す。図４に示すように、電流一定では、温度上昇と共に電圧ＶＦは変化する。これより、ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧と温度との関係を示したグラフが図５である。図５のように、順方向電圧は温度に対して直線的に変化しており、下記の関係が得られる。
ＶＦ／ＶＦ０＝１−β・（Ｔ−Ｔ０）
〔Ｔ：ｐｎ接合ダイオードの温度、Ｔ０：雰囲気温度、ＶＦ：順方向電圧、ＶＦ０：雰囲気温度Ｔ０でのＶＦ、β：温度係数〕
したがって、上記の式より半導体デバイスの温度は、
Ｔ＝（１−ＶＦ／ＶＦ０）／β＋Ｔ０
となり、ポリシリコンヒータに電力を投入したときのＶＦを測定することにより、電力と温度との関係を求めることができる。
【００４６】
この例を図６に示す。図６は、ポリシリコンヒータへの投入電力と温度との関係を示す図である。ポリシリコンヒータに電力を投入したときのデバイスの温度Ｔｓ（℃）は、
Ｔｓ＝Ｒｔｈ・Ｐ＋Ｔ０
〔Ｒｔｈ：滅抵抗、Ｐ：投入電力（Power；Ｗ）〕
で表される。
したがって、投入電力Ｐを一定にすれば、一定の雰囲気温度の環境であればデバイスの温度も一定になる。よって、ポリシリコンヒータの投入電力を一定にすることで、デバイス領域の温度を一定に保つことができる。そして、ポリシリコンヒータに投入する電力を一定にするには、一般には、印加する電圧あるいは電流を一定にすればよい。しかし、ポリシリコンの発熱により、ポリシリコン自身の抵抗が変化する。したがって、投入電力を一定にするには、絶えず電力値をモニターして、電力が一定になるように電圧あるいは電流のフィードバック制御を行なうことが好ましい。
【００４７】
本実施形態では、半導体デバイスの特性変動は、試験前と試験期間中ないし試験後に、セラミック製パッケージを評価用ボードごと恒温槽１１から取り出すことなく、室温にて電気的特性を測定し、所望のパラメータ変化を求める。これは、恒温槽１１の槽内温度をコンピュータ制御可能にすることで自動運転可能になり、信頼性評価をより効率よく行なえる。
【００４８】
本実施形態の制御装置１４による制御ルーチンのうち、半導体デバイスの高温環境下での長期信頼性を試験する制御ルーチンについて詳細に説明する。図７は、恒温槽の温度設定並びにヒータ加熱および通電動作を自動制御する試験制御ルーチンを示すものである。
【００４９】
本ルーチンが実行されると、まず、ステップ１００において、高温環境下におく前の半導体デバイス２２の動作特性（初期特性）が測定される。
【００５０】
初期特性の測定後、ステップ１２０において、半導体デバイスの信頼性試験を行なうための恒温槽１１の環境温度を設定する。ここでは、１５０℃に設定してある。
【００５１】
次に、ステップ１４０において、評価用ボード２１上の半導体デバイスのうち、目的の温度環境で試験を行おうとする半導体デバイス２２が制御装置１４により選択され（２つを１組として３組とする）、選択された半導体デバイスのポリシリコンヒータ２５に対して、ヒータ電力用電源１３から電力を投入、加熱する。ここでは、恒温槽１１の１５０℃の恒温環境のもと、上記のように制御装置１４により投入電力を制御して、各組の半導体デバイスがそれぞれ１５０℃、３００℃、３５０℃に加熱されるように制御される。
【００５２】
ステップ１６０において、３組の半導体デバイスを、それぞれ１５０℃、３００℃、３５０℃に加熱した状態で通電試験用電源１２からの電力供給により動作させ、通電試験を開始する。そして、次のステップ１８０において、動作開始からの通電時間が設定時間に到達したか否かが判定される。
【００５３】
ステップ１８０において、通電時間が設定時間に未だ到達していないと判定されたときは、通電試験が所定の安定した電力状態で所定の設定時間が経過するまで継続されるように、ステップ２００において、ポリシリコンヒータへの投入電力をモニターしながら電力が一定になるように電圧あるいは電流のフィードバック制御をかけ、再びステップ１４０に戻って同様の制御を繰り返す。
【００５４】
逆に、ステップ１８０において、通電時間が設定時間に到達したと判定されたときには、所期の高温動作が終了したので、ステップ２２０において、ポリシリコンヒータへの通電をオフ（ＯＦＦ）する。
【００５５】
そして、ステップ２４０において、恒温槽１１の槽内温度を室温まで冷却し、室温まで冷えた後、ステップ２６０において、高温環境下での試験後の半導体デバイス２２の動作特性（耐久特性）が、ステップ１００における場合と同様にして測定される。
【００５６】
そして、ステップ２８０において、ステップ１６０での通電試験の通電時間の積算値が、予め設定された信頼性試験の全設定時間に到達したか否かが判定される。例えば、全設定時間が１０００時間である場合は、最初のステップ１２０で恒温室の設定温度を１５０℃に設定して上記のようにステップ１２０〜ステップ２６０を終えた後、ステップ２８０において、通電時間の積算値が全設定時間である１０００時間に到達しているか否かが判定される。
【００５７】
ステップ２８０において、通電時間の積算値が全設定時間（ここでは１０００時間）に未だ達していないと判定されたときには、ステップ１２０に戻って、再び恒温槽の設定温度を設定する。このとき、設定温度は、同温度のままにして更に動作試験を継続してもよいし、他の温度に変更して動作試験を行なうようにしてもよい。目的とする信頼性試験に応じて、適宜選択すればよい。
【００５８】
ステップ２８０において、通電時間の積算値が全設定時間（ここでは１０００時間）に達していると判定されたときには、所期の信頼性試験が完了したので、そのまま本ルーチンを終了する。
【００５９】
上記のように、評価用ボードの耐熱性の程度に関わらず、半導体デバイスの高温環境下での動作信頼性を評価する試験を、目的とする半導体デバイスに対して選択的に、環境温度（例えば恒温室の室内温度）以上に、しかも評価用ボードの耐熱温度以上（例えば２００℃や３００℃、３５０℃等の２００℃以上の温度）にまで上げて、複数の温度環境にわたる信頼性試験を短時間に行なうことができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明を具体的な実施例を示して更に詳細に説明する。但し、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６１】
本実施例では、評価用ボードを設置する恒温槽１１、半導体デバイスに電力を供給（通電）して動作させる通電試験用電源１２、半導体デバイスのポリシリコンヒータに通電可能なヒータ電力用電源１３、および半導体デバイスのポリシリコンヒータに対する通電制御などの信頼性試験に必要な制御を担う制御装置１４を配置して、図１と同様に構成された信頼性試験装置を準備し、その恒温槽１１内に、図２〜図３と同様に６つのバイポーラ（bipolar）トランジスタ（半導体チップ）２２がセラミック製のパッケージに組み付けた状態で配列された評価用ボード２１を設置した。
【００６２】
ポリシリコンヒータ２５を有するバイポーラトランジスタ２２は、半導体基板上にバイポーラトランジスタとＭＯＳＦＥＴ等を同一半導体基板上に作製する一般的な半導体プロセスにより作製し、これをチップにカットして得た。
【００６３】
そして、２つの半導体チップを１組とし、３組のそれぞれに対して図７に示す試験制御ルーチンを実行し、１５０℃の温度環境下、各組のポリシリコンヒータ２５への投入電力をそれぞれ０Ｗ（ヒータ加熱なし）、３．６Ｗ、４．６Ｗとし、各組のバイポーラトランジスタの加熱温度を１５０℃、３００℃、３５０℃に制御した。また、ステップ１６０での通電時間を５０時間とし、５０時間ごとに測定を繰り返して１０００時間（ステップ２８０の全設定時間）の通電試験を行なった。
【００６４】
ここで、バイポーラトランジスタの通電試験を行なったときの各温度環境下での飽和電圧の変化率（％）の時間変化を図８に示す。
図８−（ａ）〜（ｃ）に示すように、飽和電圧は、時間に対して変動が飽和する傾向を示したが、その変化量は温度の増加に伴なって大きくなることが確認された。また、バイポーラトランジスタ（半導体デバイス）の信頼性の良否を判定する変化率を１０％で規定すると、本実施例では、このバイポーラトランジスタの動作信頼性は３００℃まで保障されることが確認された。
また、図９は、図８から飽和電圧の変化率の温度依存性を求めてグラフにしたものである。図９に示すように、活性化エネルギーは約０．３ｅＶであった。
【００６５】
上記のように、従来より使用されている装置および評価用ボードを用いることができ、従来から困難とされていた３００℃、３５０℃での長時間にわたる通電試験が可能であった。しかも、１度のセットアップにより複数の温度環境での信頼性試験が可能であり、短時間に効率よく信頼性試験を行なうことができた。
【００６６】
上記の実施例に対する比較として、ヒータ電力用電源１３を設けなかった以外は前記同様にして図１０に示す構造の信頼性試験装置を準備し、その恒温槽１１内に、実施例１と同様の評価用ボード２１を設置して、実施例と同様の信頼性試験を試みた。このとき、評価用ボード２１上のポリシリコンヒータ２５に繋がるヒータ用配線２４の端子には電源を接続せず、ポリシリコンヒータ２５に電力が投入されないようにした。
この信頼性試験装置では、１５０℃、３００℃、３５０℃での通電試験を順次行なう必要があり、１度のセットアップでは複数の温度環境での信頼性試験は困難で長時間を要した。また、恒温槽の槽内温度を３００℃、３５０℃にまで上げるのは困難であり、評価用ボードの耐熱性も保てず、３００℃、３５０℃での長時間にわたる通電試験は行なえなかった。
【００６７】
上記では、本発明に係る実施形態および実施例において、恒温室等の温度環境を１５０℃に設定した場合を中心に説明したが、１５０℃に限られず、信頼性試験を行なう環境温度は、半導体デバイスの試験温度に対応して適宜選択することができる。従来の評価用ボード等の耐熱性を考慮すると、環境温度は１５０℃以下であることが望ましい。
【００６８】
上記では、半導体プロセスで作製される加熱ヒータを用いた場合を中心に説明したが、例えば、加熱手段として、加熱ヒータをパッケージ内部に形成した場合や、パッケージの外から熱風等により選択的に半導体デバイスを加熱する場合においても、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る信頼性試験装置の構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態における評価用ボードの組み付け構成の一例を示す平面図である。
【図３】ポリシリコンヒータを有する半導体デバイスの構成の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態における半導体デバイスのｐｎ接合ダイオードの電流−電圧特性の温度依存性を示すグラフである。
【図５】図４のｐｎ接合ダイオードの順方向電圧と温度との関係を示すグラフである。
【図６】ポリシリコンヒータへの投入電力と温度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態において、恒温槽の温度設定並びにヒータ加熱および通電動作を自動制御する試験制御ルーチンを示す流れ図である。
【図８】実施例のバイポーラトランジスタの通電試験において、（ａ）は１５０℃での飽和電圧の変化率（％）の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は３００℃での飽和電圧の変化率（％）の時間変化を示すグラフであり、（ｃ）は３５０℃での飽和電圧の変化率（％）の時間変化を示すグラフである。
【図９】実施例のバイポーラトランジスタを通電試験した際の飽和電圧の変化率の温度依存性を示すグラフである。
【図１０】従来の信頼性試験装置の構成を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１１…恒温槽
１２…通電試験用電源
１３…ヒータ電力用電源
１４…制御装置
２１…評価用ボード
２２…半導体デバイス、バイポーラトランジスタ
２５…ポリシリコンヒータ
【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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