(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーンイン用の信号をバーンイン槽内に収納された被試験対象の少なくとも１つの半導体素子を有する半導体装置に入力し、半導体装置のバーンインを行うダイナミック・バーンイン装置であって、
上記半導体装置の表面温度分布を測定する測定手段と、
被試験対象の半導体装置のバーンイン試験中の電気的特性をモニタする特性モニタ部と、
バーンイン装置を制御する制御手段を備え、
前記特性モニタ部によって不良半導体素子を発見した場合、上記制御手段に、上記特性モニタ部を制御して上記不良半導体素子の不良アドレスに対して連続的にアクセスし、そのアドレスに対応した部分の温度を他の部分より上昇させる手順と、
前記測定手段を制御して測定された上記不良半導体素子の表面温度分布を測定する手順と、上記表面温度分布を基に上記不良半導体素子の不良箇所を特定する手順とを実行させる
ことを特徴とするダイナミック・バーンイン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は不良な半導体をスクリーニングするためのバーンイン装置に関し、特に、最適なバーンイン温度を設定して、バーンインを行うことができるバーンイン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の受け入れ等に際し、バーンイン槽内に半導体装置を収納し、半導体装置に信号発生器からバーンイン信号を入力し、ダイナミックバーンインを行うことにより、不良品をスクリーニングすることが行われている。
図５（ａ）に上記バーンイン装置の概略構成を示し、図５（ｂ）にバーンインカードの構成例を示す。
バーンイン装置は、例えば同図（ａ）に示すようにバーンイン槽１と、ＩＣテスタ等から構成される特性モニタ部２と、バーンイン槽１内の温度を制御する温度制御装置１０と、バーンインの開始／終了を制御するバーンインコントロール部４とバーンイン時間を設定するタイマー部５から構成される。
被試験対象となるＬＳＩ等の半導体装置は、図５（ｂ）に示すように、バーンインカード３に設けられたＩＣソケット３ａに装着される。
半導体装置（以下ＩＣともいう）３ｂが装着されたバーンインカード３は、バーンイン槽１内に収納され、バーンイン槽内に設けられたコネクタＣに装着される。
【０００３】
バーンイン槽３内には、槽内の温度を測定する温度センサ１ａが設けられ、温度センサ１ａによりバーンイン槽１内の温度を検出し、温度制御装置１０の温度検出部１０ａに送る。温度制御部１０ｂは図示しないヒータ等を制御し、温度検出部１１から入力されるバーンイン槽１内の温度が所定の値になるように制御する。
上記バーンイン槽１内を上記温度制御装置１０により所定の温度に保持し、特性モニタ部２からコネクタ１ｂを介してバーンインカード３に装着された半導体装置３ｂにバーンイン信号を入力し、半導体装置３ｂのバーンイン加速試験を行う。
図６にＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の汎用メモリをバーンインする際のバーンイン信号の一例を示す。同図に示すように、バーンイン信号は、クロックＣＬＫ、行アドレスストローブＲＡＳ（以下単にＲＡＳという）、列アドレスストローブＣＡＳ（以下単にＣＡＳという）、ライトイネーブルＷＥと、データＤＩＮ、行アドレスＡＤ（Ｒ），列アドレスＡＤ（Ｃ）からなり、アドレスはインクリメントされ、メモリの各セルにデータを書き込む処理を行う。
特性モニタ部２は、上記バーンイン信号を被試験対象の各ＩＣに印加し、各ＩＣ４ｂが正常に動作するかを調べ、不良ＩＣのスクリーニングを行う。
【０００４】
従来、上記バーンイン槽１内の温度は、作業者が、予めＩＣのスペックの熱抵抗値等からＩＣのチップ内温度が所望の値になるようなバーンイン槽１内の温度を計算し設定していた。
例えば、ＩＣの熱抵抗値が６０（°Ｃ／Ｗ）の場合、ＩＣの内部温度と外部温度の差ΔＴｊを以下の（１）式で計算し、ＩＣのチップ内温度をＴｊ（例えば１２５°Ｃ）に設定したい場合、以下の（２）式により、ＩＣの周囲温度Ｔａ（即ちバーンイン槽内の温度）を求めて、前記温度制御装置を設定していた。
ΔＴｊ＝電源電圧×電源電流×熱抵抗値
＝３．６Ｖ×１００ｍＡ×６０°Ｃ／Ｗ
＝２１．６°Ｃ…（１）
Ｔａ＝Ｔｊ−ΔＴｊ＝１２５−２１．６
＝１０３．４°Ｃ…（２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバーンイン装置は以下の問題点を有していた。
(1) 半導体装置のロット製造のバラツキにより電源電流が変動することがあり、期待するチップ内温度Ｔｊでバーンイン加速試験が行われていない場合があった。
(2) 半導体装置の寿命試験等を行う場合には、通常、温度条件等を実際に使用するときより厳しくし、時間を加速して試験を行っており、この加速係数ｋ（加速時間Ｔk ／バーンイン時間Ｔbn）は、アレニウスの定理による温度（チップ内温度）と、電圧の積で定めている。なお、ここで加速時間Ｔk とは、バーンイン時間を、通常の使用条件における半導体装置の使用時間に換算した値である。
したがって、寿命試験等を行うときのバーンイン時間Ｔbnは、上記加速係数k とバーンイン時間の積が、予め与えられる加速期間Ｔk になるように定める。
従来においては、チップ内温度が必ずしも期待する値になっていないため、上記加速係数は推定値となり、この推定加速係数を用いてバーンイン時間を定めていた。このため、適切なバーンイン時間によりバーンイン加速試験が行われない場合があった。
(3) 不良ＩＣの解析等を行うため、ＩＣのどの部分が不良であるかを調べることがある。従来のバーンイン装置においては、不良発生時に、ＩＣのどの部分が不良であるか等の詳細な解析をすることができなかった。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、半導体装置のチップ内温度を正確に制御して、最適なバーンイン加速試験を行うことができ、また不良ＩＣの解析を行うことが可能なバーンイン装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１に示すように、バーンイン槽内に、赤外線センサ等の半導体装置の表面温度や表面温度分布を測定することができる測定手段を設ける。そして、該測定手段により測定された半導体装置の表面温度と、半導体装置のパッケージの熱抵抗値に基づき上記半導体装置の内部温度を求め、該半導体装置の内部温度に基づき、上記バーンイン槽内の温度を制御する。
また、上記のようにして求めた内部温度に基づき加速係数を求め、該加速係数と予め与えられた加速期間からバーンイン時間を定め、該バーンイン時間により上記半導体装置のバーンイン加速試験を行う。
さらに、バーンインを行うことにより、不良半導体が発生したとき、不良が発生した半導体装置の不良アドレスを連続的にアクセスし、前記測定手段により半導体装置の表面温度分布を測定し、上記半導体装置の不良箇所を特定する。
本発明においては、上記のように半導体装置の内部温度を求めて、該内部温度に基づきバーンイン槽内の温度を制御するようにしたので、期待するチップ内温度でバーンイン加速試験を行うことが可能となる。
また、内部温度に基づき加速係数を求め、該加速係数と予め与えられた加速期間からバーンイン時間を定め、該バーンイン時間により上記半導体装置のバーンイン加速試験を行うようにしたので、適切なバーンイン時間によりバーンイン加速試験を行うことができる。
さらに、不良が発生した半導体装置の不良アドレスを連続的にアクセスし、該半導体装置の表面温度分布を測定して、不良半導体装置の不良箇所を特定するようにしたので、不良箇所の検査を行い不良原因等を解析することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例のバーンイン装置の構成を示す図である。
同図において、１は前記したバーンイン槽であり、バーンイン槽１内にはバーンインカード３が収納され、バーンインカード３に取り付けられたＩＣソケット３ａには被検査対象となるＩＣ３ｂが装着される。なお、同図では、ＩＣ３ｂが一つしか示されていないが、前記図５に示したように、バーンインカード３には複数のＩＣが装着されている。
バーンインカード３に装着された半導体装置３ｂには、前記したようにＩＣテスタ等からなる特性モニタ部２から、例えば図６に示したようなバーンイン信号を入力され、特性モニタ部２により各ＩＣの電気的特性がモニタされる。
１ａはバーンイン槽内の温度を検出する温度センサ、１０は前記した温度制御装置であり、温度センサ１ａにより検出されたバーンイン槽内の温度が温度制御装置１０に送出され、温度制御装置１０は、前記したようにバーンイン槽１内に設けられたヒータ等を制御して、バーンイン槽内の温度が所定の値になるように制御する。
【０００８】
バーンイン槽３内には、上記温度センサ１ａに加え、赤外線センサ制御部１１により制御される赤外線センサ１ｂが設けられている。
赤外線センサ１ｂは、例えば特開平１−５３１７４号公報に記載されるようなスキャンニング型のセンサであり、上記赤外線センサ制御部１１により赤外線センサ１ｂをスキャンして、バーンイン槽１内に収納された各ＩＣパッケージの表面温度を測定したり、特定のＩＣパッケージの表面温度分布を測定する。赤外線センサ１ｂとしては、上記公報に開示されるものの外、市販されている各種の赤外線センサを使用することができる。
赤外線センサ１ｂにより検出されたＩＣの表面温度、表面温度分布等は、赤外線センサ制御部１１を介して制御部１２に送られる。
【０００９】
制御部１２は、後述するように上記赤外線センサ１ｂにより検出されたＩＣの表面温度と、ＩＣの熱抵抗値データからＩＣのチップ内温度を求め、該チップ内温度が所望の値になるように前記温度制御装置１０を制御する。また上記チップ内温度に基づきバーンイン時間を定めて、後述するように、タイマー部１４にバーンイン時間を設定する。また、上記制御部１２は、バーンインコントロール部１３を制御して、バーンインを開始／停止させる。
さらに、後述するように、バーンインを行うことにより不良なＩＣが生じたとき、上記制御部１２は、特性モニタ部２から上記不良ＩＣのアドレスに連続的にバーンイン信号を送出させ、赤外線センサ１ｂにより測定された上記不良ＩＣの表面温度分布に基づき、異常発熱箇所を特定する。
【００１０】
以下、図１および図２〜図４により、本発明の実施例について説明する。
（１）実施例１
前記したように、従来においては、ＩＣのバラツキにより、期待するチップ内温度Ｔｊでバーンイン加速試験が行われていない場合があった。そこで、本実施例では、バーンイン槽内に収納されたバーンインカードに装着されたＩＣの表面温度からＩＣのチップ内温度を求め、バーンイン槽内を最適な温度に設定する。
図２は本実施例のおける制御部１２の処理を示すフローチャートであり図２を参照しながら、本実施例について説明する。
ＩＣが装着されたバーンインカードを図１に示すようにバーンイン槽１内に収納する。制御部１２は温度制御装置１０によりバーンイン槽１内を所定の温度まで上昇させ、バーンインコントロール部１３にバーンイン開始信号を送出する（図２のステップＳ１）。これにより、特性モニタ部２は、バーンイン信号をバーンイン槽１内のバーンインカード３に装着された各ＩＣ３ｂに送出する。
赤外線センサ１ｂは、複数のＩＣパッケージの表面温度を検出し、制御部１２に送る。制御部１２は、上記赤外線センサ１ｂにより検出されたＩＣパッケージの表面温度の平均値を求める（ステップＳ２，Ｓ３）。そして、上記ＩＣパッケージの表面温度の平均値ＴｓからＩＣのチップ内温度Ｔｊを計算する（ステップＳ４）。
【００１１】
すなわち、ＩＣの内部温度と表面温度の差ΔＴｊは前記（１）式に示したように、電源電圧×電源電流×ＩＣパッケージの熱抵抗値から求めることができる。
制御部１２は、バーンインカードに供給される電源電圧、電源電流と、予め与えられるＩＣパッケージの熱抵抗値から上記ΔＴｊを求め、上記表面温度の平均値ＴｓとΔＴｊの和からＩＣのチップ内温度Ｔｊを計算する。
そして、上記ＩＣのチップ内温度Ｔｊが予め定められた値（例えば１２５°Ｃ）になるバーンイン槽１内の温度を求め（ステップＳ５）、上記温度制御装置１０の温度制御部１０ｂに出力する（ステップＳ６）。
一方、バーンイン槽内の温度は温度センサ１ａにより検出され、温度検出部１０ａから温度制御部１０ｂに送られる。温度制御部１２は、上記バーンイン槽１内の温度が上記温度になるように図示しないヒータ等を制御する（ステップＳ６）。
以上のように、本実施例においては、ＩＣの表面温度を検出して、電源電圧、電源電流と、ＩＣパッケージの熱抵抗値から、ＩＣのチップ内温度を求め、チップ内温度が予め設定された温度になるようにバーンイン槽内の温度を制御しているので、ＩＣの電源電流等にバラツキがあっても、チップ内温度を所望の値にすることができる。このため、所望のチップ内温度でバーンイン加速試験を行うことが可能となる。
【００１２】
（２）実施例２
前記したように、半導体装置の寿命試験等を行う場合、バーンイン時間は、加速係数（チップ内温度と電圧の積）と、予め与えられる加速期間に基づき定められる。
上記第１の実施例によれば、ＩＣのチップ内温度を所望の値にすることができるので、上記加速係数を正確に求めることができる。そこで、本実施例においては、上記のようにして求めた加速係数と、予め与えられる加速期間からバーンイン時間を求め、このバーンイン時間によりバーンインを行い、半導体装置の寿命試験を行う。
図３は本実施例における制御部１２の処理を示すフローチャートであり図３を参照しながら、本実施例について説明する。
ＩＣが装着されたバーンインカードを図１に示すようにバーンイン槽１内に収納する。制御部１２は温度制御装置１０によりバーンイン槽１内を所定の温度まで上昇させ、バーンインコントロール部１３にバーンイン開始信号を送出する（図３のステップＳ１）。これにより、特性モニタ部２は、バーンイン信号をバーンイン槽１内のバーンインカード３に装着された各ＩＣ３ｂに送出する。
【００１３】
赤外線センサ１ｂは、複数のＩＣパッケージの表面温度を検出し、制御部１２に送る。制御部１２は、上記赤外線センサ１ｂにより検出されたＩＣパッケージの表面温度の平均値を求める（ステップＳ２，Ｓ３）。
ついで、制御部１２は、上記ＩＣパッケージの表面温度の平均値Ｔｓから前記したように、ＩＣのチップ内温度Ｔｊを計算する（ステップＳ４）。
そして、上記ＩＣのチップ内温度Ｔｊが予め定められた値（例えば１２５°Ｃ）になるような、バーンイン槽内の温度を求め、バーンイン槽内の温度を制御する（ステップＳ５，Ｓ６）。
一方、制御部１２は、上記チップ内温度ＴｊとＩＣに印加される電圧Ｖから加速係数を求め（ステップＳ７）、入力された加速時間Ｔk と、加速係数ｋからバーンイン時間Ｔbnを算出する（ステップＳ８）。
すなわち、前記したように、加速係数ｋは、〔温度Ｔｊ〕×〔電圧Ｖ〕であり、加速時間Ｔk は、〔加速係数ｋ〕×〔バーンイン時間Ｔbn〕であるので、バーンイン時間Ｔbnは、Ｔk ／Ｔj ×Ｖにより求めることができる。
制御部１２は上記のようにバーンイン時間Ｔbnを算出し、算出されたバーンイン時間Ｔbnをタイマ部１４に設定する（図３のステップＳ９）。タイマ部１４は、バーンインを開始してから上記設定された時間経過すると、バーンインコントロール部１３に停止信号を送出し、バーンイン加速試験を終了させる。
以上のように本実施例においては、ＩＣのチップ内温度に基づき加速係数を定め、該加速係数に基づきバーンイン時間を求めて、バーンイン加速試験を行っているので、適切なバーンイン時間を設定して、バーンイン加速試験を行うことができる。
【００１４】
（３）実施例３
不良ＩＣの解析等を行うため、ＩＣのどの部分が不良であるかを調べることがある。本実施例は、上記バーンイン加速試験により不良ＩＣが発生したとき、不良ＩＣの表面温度分布から不良ＩＣの不良箇所を特定し、不良ＩＣを効率的に解析できるようにしたものである
図４は本実施例のおける制御部１２の処理を示すフローチャートであり図４を参照しながら、本実施例について説明する。
前記第１、第２の実施例で説明したように、ＩＣが装着されたバーンインカードをバーンイン槽１内に収納し、バーンイン槽１内を所定の温度まで上昇させ、特性モニタ部２から、バーンイン信号をバーンイン槽１内のバーンインカード３に装着された各ＩＣ３ｂに送出し、バーンイン加速試験を行う（図４のステップＳ１，Ｓ２）。
特性モニタ部２は、各ＩＣの電気的特性をモニタし、不良なＩＣが発生したかを調べる（ステップＳ３，Ｓ４）。例えば、ＩＣが汎用メモリの場合、特性モニタ部２は、前記図６に示すバーンイン信号を送出し、各ＩＣの各アドレスに対して、データの書き込み／読み取り処理を行い、各ＩＣ３ｂが正常に動作するかを調べる。そして、不良なＩＣが発生していない場合には、制御部１２の、その旨を通知し処理を終了する。
【００１５】
一方、不良ＩＣが発生すると、制御部１２は特性モニタ部２から不良ＩＣの情報を取得し（ステップＳ５）、特性モニタ部２に、そのＩＣの不良アドレスに対する連続アクセスを指令する。これにより、特性モニタ部２は、上記不良アドレスに対して連続アクセスを開始する（図４のステップＳ６）。
一方、制御部１２は、赤外線センサ制御部１１に対して、上記不良ＩＣのスキャンを指令する。これにより、赤外線センサ１ｂは、上記不良ＩＣ上をスキャンして、その表面温度を検出する。
制御部１２は、赤外線センサ１ｂにより検出された不良ＩＣパッケージの表面温度分布を取得し（ステップＳ６）、赤外線センサ１ｂより検出された不良ＩＣパッケージの異常発熱部分から不良ＩＣの不良箇所を特定する（ステップＳ７）。すなわち、上記のように不良アドレスに対して連続アクセスをすることにより、そのアドレスに対応した部分の温度が他の部分より上昇するので、ＩＣパッケージの表面温度分布により、ＩＣパッケージ上における不良アドレスの位置を特定することができる。
なお、上記不良ＩＣの表面温度分布をモニタ上に表示し、モニタ画面を作業者が観察して、不良箇所を特定するようにしてもよい。
以上のように、本実施例においては、不良ＩＣが発生したとき、その不良アドレスに連続的にアクセスし、赤外線センサ１ｂにより、不良ＩＣパッケージ表面温度分布を検出するようにしたので、不良ＩＣの不良箇所を特定することができる。このため、例えば、不良ＩＣを開いて、不良ＩＣの内部の不良箇所を検査することが可能となり、不良原因の解析等を行うことができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）半導体装置の内部温度を求めて、該内部温度に基づきバーンイン槽内の温度を制御するようにしたので、最適なバーンイン温度を設定することができる。（２）上記内部温度に基づき加速係数を求め、該加速係数と予め与えられた加速期間からバーンイン時間を定め、該バーンイン時間により上記半導体装置のバーンイン加速試験を行うようにしたので、適切なバーンイン時間によりバーンイン加速試験を行うことができる。
（３）不良が発生した半導体装置の不良アドレスを連続的にアクセスし、該半導体装置の表面温度分布を測定して、不良半導体装置の不良箇所を特定するようにしたので、不良箇所の検査を行い不良原因等を解析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のバーンイン装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施例の処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第３の実施例の処理を示すフローチャートである。
【図５】バーンイン装置とバーンインカードの構成例を示す図である。
【図６】汎用メモリをバーンインする際のバーンイン信号の一例を示す図である。
【符号の説明】
１    バーンイン槽
１ａ  温度センサ
１ｂ  赤外線センサ
２    特性モニタ部
３    バーンインカード
３ａ  ＩＣソケット
３ｂ  半導体装置
１０  温度制御装置
１１  赤外線センサ制御部
１２  制御部
１４  タイマー部
１３  バーンインコントロール部
【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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