(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタを検査する方法であって、
発熱させる前の前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第１ゲートしきい値電圧を特定する工程と、
所定時間にわたって前記トランジスタのコレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間に所定の大きさの電流を流して前記トランジスタを発熱させる工程と、
発熱して高温となった前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第２ゲートしきい値電圧を特定する工程と、
前記第１ゲートしきい値電圧と前記第２ゲートしきい値電圧からゲートしきい値電圧差を計算する工程と、
前記ゲートしきい値電圧差に基づいて前記トランジスタの良否を判定する工程を備えるトランジスタの検査方法。
【請求項２】
トランジスタを検査する装置であって、
発熱させる前の前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第１ゲートしきい値電圧を特定する手段と、
所定時間にわたって前記トランジスタのコレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間に所定の大きさの電流を流して前記トランジスタを発熱させる手段と、
発熱して高温となった前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第２ゲートしきい値電圧を特定する手段と、
前記第１ゲートしきい値電圧と前記第２ゲートしきい値電圧からゲートしきい値電圧差を計算する手段と、
前記ゲートしきい値電圧差に基づいて前記トランジスタの良否を判定する手段を備えるトランジスタの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタを検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴをはじめとするパワートランジスタの開発が活発に行われている。これらのトランジスタは大きな電力を扱うため、高度な信頼性が必要とされる。高度な信頼性を保障するためには、製造されたトランジスタを適切に検査する技術が必要とされる。
【０００３】
製造されたトランジスタの良否を検査する種々の技術が開発されている。
特許文献１には、インバータを構成するトランジスタの良否をインバータに組み込まれた状態で検査する技術が開示されている。
特許文献２には、トランジスタの種々の電気的特性に関して、その温度依存性の大きさに応じて異なる検査手法を用いる技術が開示されている。
特許文献３には、トランジスタを検査する際のリーク電流の影響を抑制して、トランジスタの良否を精度良く検査する技術が開示されている。
特許文献４には、あるトランジスタの低温動作特性の試験結果に基づいて、同一構造を有する他のトランジスタの低温動作特性を試験を行うことなく推定する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１８６０８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９３５５号公報
【特許文献３】特開２００６−３１７２０８号公報
【特許文献４】特開平５−２８３６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大電力を扱うパワートランジスタの場合、負荷の短絡が生じた際の素子の破壊が問題となる。負荷の短絡が生じて、電源電圧が直接印加される状態になると、トランジスタの内部に過大な電流が流れ、素子の破壊を招く。このような負荷の短絡に対するトランジスタの耐性を短絡耐量という。
【０００６】
トランジスタの短絡耐量に関する良否の検査は、通常は同じロットで製造されたトランジスタの一部を抜き取り検査して、負荷を短絡させた状態で所定の電圧を印加し、トランジスタが破壊するまでの時間を計測することによって行っている。しかしながら、より信頼性の高い検査を行うためには、個々のトランジスタについて短絡耐量の検査を行うことが好ましい。トランジスタを破壊してしまうことなく、短絡耐量に関するトランジスタの良否の判定を行うことが可能な検査技術が待望されている。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決する。本発明は、トランジスタの短絡耐量を適切に検査することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はトランジスタを検査する方法として具現化される。その方法は、発熱させる前の前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第１ゲートしきい値電圧を特定する工程と、所定時間にわたって前記トランジスタのコレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間に所定の大きさの電流を流して前記トランジスタを発熱させる工程と、発熱して高温となった前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第２ゲートしきい値電圧を特定する工程と、前記第１ゲートしきい値電圧と前記第２ゲートしきい値電圧からゲートしきい値電圧差を計算する工程と、前記ゲートしきい値電圧差に基づいて前記トランジスタの良否を判定する工程を備えている。
【０００９】
この検査方法では、検査対象とするトランジスタのゲートしきい値電圧を測定した後、コレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間に電流を流してトランジスタを発熱させて高温状態とする。その後、発熱によって高温となったトランジスタのゲートしきい値電圧を測定し、発熱の前後におけるゲートしきい値電圧の変化量をゲートしきい値電圧差として計算する。そして、ゲートしきい値電圧差に基づいて、トランジスタの良否を判定する。
【００１０】
図６は一般的なトランジスタのゲートしきい値電圧Ｖｔｈの温度依存性を示している。ゲートしきい値電圧Ｖｔｈは、トランジスタの温度Ｔａが上昇するのに伴って低下する傾向を示す。従って、発熱の前後におけるゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈは、発熱によるトランジスタの温度上昇度合を示す指標として用いることができる。
【００１１】
トランジスタが複数のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを集積したディスクリートデバイスである場合、個々のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴの特性のばらつきに応じて、発熱によるトランジスタの温度上昇度合が変化する。トランジスタの内部の個々のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴに特性のばらつきがある場合、コレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間に電流を流すと、トランジスタの内部で局所的に電流が集中して流れる。電流が集中して流れる部位は過熱されて他の部位よりも高温となり、発熱後のトランジスタのゲートしきい値電圧は発熱前のゲートしきい値電圧よりも大幅に低下する。このようなトランジスタで負荷の短絡が生じると、やはりその内部で局所的に電流が集中して流れるため、短絡耐量は低いものとなる。従って、トランジスタが複数のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを集積したディスクリートデバイスである場合、発熱の前後におけるゲートしきい値電圧差に基づいて短絡耐量についての良否を適切に判定することができる。
【００１２】
なお、本発明の検査方法と、トランジスタの発熱前後におけるオン電圧の差に基づいて良否を判定する技術との相違について以下に述べる。図５は一般的なＩＧＢＴにおける、コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥとコレクタ電流ＩＣの関係の温度依存性を示している。コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥが低い領域では、所定のコレクタ電流ＩＣを流すためのコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥは、トランジスタの温度Ｔａが上昇するのに伴って減少する。すなわち、コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥが低い領域では、トランジスタのオン電圧は負の温度係数を有している。しかしながら、コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥが高い領域では、所定のコレクタ電流ＩＣを流すためのコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥは、トランジスタの温度Ｔａが上昇するのに伴って増加する。すなわち、コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥが高い領域では、トランジスタのオン電圧は正の温度係数を有している。このように、トランジスタのオン電圧の温度依存性は、コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥが低い領域と高い領域とで正反対の傾向を示す。ここではＩＧＢＴのオン電圧について説明したが、ＭＯＳＦＥＴのオン電圧も同様の傾向を示す。従って、トランジスタを発熱させる前後でのオン電圧の差に基づいてトランジスタの良否を判定しようとすると、検査対象とするトランジスタの仕様や、検査のためにトランジスタと接続する電源等の仕様に合せて検査の基準をその都度変更しなければならず、検査のために多大な労力を割かなければならない。
【００１３】
これに対して、図６に示すように、トランジスタのゲートしきい値電圧Ｖｔｈは、トランジスタの温度Ｔａが上昇するのに伴って常に低下していく傾向を示しており、常に負の温度係数を有する。従って、本発明の検査方法のように、トランジスタを発熱させる前後でのゲートしきい値電圧Ｖｔｈの差に基づいてトランジスタの良否を判定することで、検査の基準を大きく変更することなく、様々な仕様のトランジスタを少ない労力で検査することができる。
【００１４】
また、トランジスタのオン電圧の測定では、コレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間にある程度の電流を流す必要があり、オン電圧を測定している最中にもトランジスタが発熱して温度上昇していく。このため、発熱の前後におけるオン電圧の差を正確に評価することは困難である。これに対して、ゲートしきい値電圧を測定する際には、トランジスタに流れる電流は非常に小さいので、ゲートしきい値電圧を測定している最中にはトランジスタはほとんど発熱せず、ほとんど温度上昇しない。従って、発熱の前後におけるゲートしきい値電圧の差は正確な評価がしやすい。このため、本発明の検査方法によれば、発熱の前後でのトランジスタの特性の変化を正確に評価することができる。
【００１５】
本発明は装置としても具現化される。本発明の装置は、トランジスタを検査する装置である。その装置は、発熱させる前の前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第１ゲートしきい値電圧を特定する手段と、所定時間にわたって前記トランジスタのコレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間に所定の大きさの電流を流して前記トランジスタを発熱させる手段と、発熱して高温となった前記トランジスタのゲートしきい値電圧を測定して第２ゲートしきい値電圧を特定する手段と、前記第１ゲートしきい値電圧と前記第２ゲートしきい値電圧からゲートしきい値電圧差を計算する手段と、前記ゲートしきい値電圧差に基づいて前記トランジスタの良否を判定する手段を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の検査方法および検査装置によれば、トランジスタの短絡耐量を適切に検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（形態１）検査対象とするトランジスタは複数のＩＧＢＴを集積したディスクリートデバイスである。
（形態２）トランジスタのコレクタ／エミッタ間またはソース／ドレイン間に電流を流してトランジスタを発熱させる工程では、トランジスタを飽和領域で駆動する。
（形態３）ゲートしきい値電圧差に基づいてトランジスタの良否を判定する工程では、ゲートしきい値電圧差が所定の基準値を下回る場合に、そのトランジスタを不良品と判定する。
【実施例】
【００１８】
図１を参照しながら本発明を具現化した検査装置２０について説明する。
検査装置２０が検査対象とするトランジスタＴｒは、複数のＩＧＢＴを集積したディスクリートデバイスである。トランジスタＴｒは、ゲート端子Ｇと、コレクタ端子Ｃと、エミッタ端子Ｅを備えている。
【００１９】
トランジスタＴｒのゲート端子Ｇは、検査装置２０の検査用ゲート電源２２に接続される。検査用ゲート電源２２は出力電圧を可変とした電圧源であって、ゲート端子Ｇに印加する電圧を調整することができる。検査用ゲート電源２２の出力電圧は、制御回路２８によって制御される。
【００２０】
トランジスタＴｒのコレクタ端子Ｃは、検査装置２０の検査用コレクタ電源２４に接続される。検査用コレクタ電源２４は出力電圧を可変とした電圧源であって、コレクタ端子Ｃに印加する電圧を調整することができる。検査用コレクタ電源２４の出力電圧は、制御回路２８によって制御される。
【００２１】
トランジスタＴｒのエミッタ端子Ｅは、検査装置２０のエミッタ電流計測器２６を介して接地線に接続されている。エミッタ電流計測器２６はエミッタ端子Ｅから接地線に流れるエミッタ電流ＩＥの電流値を測定する。エミッタ電流計測器２６が測定した電流値は、制御回路２８に入力される。
【００２２】
エミッタ電流計測器２６はごくわずかな抵抗しか有しておらず、エミッタ端子Ｅの電位は実質的に接地電位とみなすことができる。すなわち、検査用ゲート電源２２の出力電圧は、トランジスタＴｒのゲート／エミッタ間電圧ＶＧＥに相当し、検査用コレクタ電源２２の出力電圧は、トランジスタＴｒのコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥに相当する。
【００２３】
制御回路２８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える制御用のコンピュータである。制御回路２８はＲＯＭに格納されたプログラムに従い、検査用ゲート電源２２および検査用コレクタ電源２４を制御して、トランジスタＴｒの良否を判定し、図示されない出力手段に判定結果を出力する。
【００２４】
図２を参照しながら、検査装置２０によるトランジスタＴｒの検査方法について説明する。
【００２５】
ステップＳ２０２で、検査装置２０は、トランジスタＴｒの常温でのゲートしきい値電圧を第１ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ１として測定する。ステップＳ２０２の時点では、トランジスタＴｒは常温のままである。トランジスタＴｒの第１ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ１は、検査用コレクタ電源２４の出力電圧を所定値に固定しておいて、検査用ゲート電源２２の出力電圧を０Ｖから徐々に増加させていき、エミッタ電流計測器２４で計測されるエミッタ電流ＩＥが所定値に達したときの検査用ゲート電源２２の出力電圧を取得することで測定される。ステップＳ２０２では、トランジスタＴｒに微弱な電流しか流れないので、トランジスタＴｒは常温に維持される。制御回路２８は、測定されたトランジスタＴｒの第１ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ１をＲＡＭに格納する。
【００２６】
ステップＳ２０４で、検査装置２０は、トランジスタＴｒのコレクタ／エミッタ間に大電流を流して発熱させ、トランジスタＴｒを高温状態にする。
図３は一般的なトランジスタＴｒにおいて所定のゲート／エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態における、コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥとコレクタ電流ＩＣとの関係を例示している。図３に示すように、コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥの増加に伴い、コレクタ電流ＩＣは増加していくが、ある程度のところでコレクタ電流ＩＣは頭打ちとなり、それ以上コレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥを増加させてもコレクタ電流ＩＣはほぼ一定に保たれる。このようにコレクタ電流ＩＣがほぼ一定となるコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥの範囲を、飽和領域という。飽和領域におけるコレクタ電流ＩＣの大きさは、印加しているゲート／エミッタ間電圧ＶＧＥの大きさによって変動する。ゲート／エミッタ間電圧ＶＧＥを増加させると、飽和領域におけるコレクタ電流ＩＣは増加し、ゲート／エミッタ間電圧ＶＧＥを減少させると、飽和領域におけるコレクタ電流ＩＣは減少する。
【００２７】
本実施例の検査装置２０では、ステップＳ２０４において、トランジスタＴｒを飽和領域で所定時間駆動して、トランジスタＴｒを発熱させる。制御回路２８は、検査用コレクタ電源２４の出力電圧を飽和領域に固定し、エミッタ電流計測器２４で計測されるエミッタ電流が所定値となるようにゲート電源２２の出力電圧を調整した後、所定時間の間トランジスタＴｒを駆動し続ける。ステップＳ２０４によって、トランジスタＴｒは発熱して高温となる。
【００２８】
ステップＳ２０６で、検査装置２０は、トランジスタＴｒの高温でのゲートしきい値電圧を第２ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ２として測定する。ステップＳ２０６の時点では、トランジスタＴｒはステップＳ２０４での発熱によって高温となっている。制御回路２８は、ステップＳ２０２における第１ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ１の測定と同様にして、トランジスタＴｒの第２ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ２を測定する。制御回路２８は、測定されたトランジスタＴｒの第２ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ２をＲＡＭに格納する。
【００２９】
ステップＳ２０８で、検査装置２０は、ステップＳ２０２で測定した第１ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ１と、ステップＳ２０６で測定した第２ゲートしきい値電圧Ｖｔｈ２との差を計算し、トランジスタＴｒのゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈ＝Ｖｔｈ１−Ｖｔｈ２を取得する。制御回路２８は、計算されたゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈをＲＡＭに格納する。
【００３０】
ステップＳ２１０で、検査装置２０は、ステップＳ２０８で計算されたトランジスタＴｒのゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈに基づいて、トランジスタＴｒの良否を判定する。
本実施例の検査装置２０では、ゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈが大きなトランジスタＴｒは、短絡耐量が低いものとして不良品と判定し、ゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈが小さなトランジスタＴｒは、短絡耐量が高いものとして良品と判定する。
【００３１】
図４は本願の発明者が試験により取得した、ゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈと、短絡耐量Ｓｃとの関係を示している。図４ではトランジスタＴｒが負荷短絡状態に入ってから破壊に至るまでにトランジスタＴｒに供給される電力量を短絡耐量Ｓｃとしている。図４から良く分かるように、トランジスタＴｒのゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈが大きいほど、そのトランジスタＴｒの短絡耐量Ｓｃは低いものとなっている。これは、次のような理由によるものと考えられる。
トランジスタＴｒは並列に接続された複数のＩＧＢＴによって構成されている。個々のＩＧＢＴの特性にばらつきがあると、トランジスタＴｒを駆動した際の個々のＩＧＢＴのコレクタ電流にもばらつきが生じる。このため、このようなトランジスタＴｒをステップＳ２０４で発熱させると、各ＩＧＢＴで発熱量にばらつきが生じ、トランジスタＴｒ内では均一に温度が上昇せずに、局所的に過熱される。局所的に過熱されたトランジスタＴｒでは、ステップＳ２０６で測定される高温でのゲートしきい値電圧Ｖｔｈ２は低い値となり、その結果ゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈは大きな値となる。
一方、このようなトランジスタＴｒが負荷短絡状態に入ると、やはり個々のＩＧＢＴのコレクタ電流にばらつきが生じ、トランジスタＴｒ内で局所的に大電流が集中して流れ、その結果最も大きな電流が流れるＩＧＢＴから破壊される。このようなトランジスタＴｒは、個々のＩＧＢＴの特性にばらつきがなく、内部に電流が均一に流れるトランジスタＴｒにくらべて早く破壊してしまうため、短絡耐量は低下する。
【００３２】
本実施例の検査装置２０では、上記したゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈと短絡耐量Ｓｃとの関係に着目して、ゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈに基づいてトランジスタＴｒの良否を判定する。ステップＳ２１０で、検査装置２０は、ステップＳ２０８で計算されたゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈを、制御回路２８のＲＡＭに予め格納されている所定の基準値ΔＶｔｈｃと比較し、しきい値電圧差ΔＶｔｈが基準値ΔＶｔｈｃを超えている場合にはトランジスタＴｒを不良品と判定し、しきい値電圧差ΔＶｔｈが基準値ΔＶｔｈｃを下回る場合にはトランジスタＴｒを良品と判定する。その後、検査装置２０はトランジスタＴｒの良否判定の結果を出力する。
【００３３】
以上のように本実施例の検査装置２０を用いることで、トランジスタＴｒの短絡耐量に関する良否を適切に判定することができる。トランジスタＴｒを破壊することなく、短絡耐量の低いトランジスタＴｒを不良品として発見することができる。
【００３４】
本実施例の検査装置２０では、ステップＳ２０２やステップＳ２０６におけるゲートしきい値電圧Ｖｔｈの測定において、トランジスタＴｒにはわずかな電流しか流れないため、トランジスタＴｒはほとんど発熱しない。このため、ステップＳ２０４ではトランジスタＴｒは発熱によって温度上昇するが、ステップＳ２０２やステップＳ２０６でゲートしきい値電圧Ｖｔｈを測定している間は、トランジスタＴｒの発熱による温度上昇がほとんどない。従って、ゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈを適切に評価して、トランジスタＴｒの良否の判定を精度よく行うことができる。
【００３５】
本実施例の検査装置２０では、トランジスタＴｒの発熱の前後におけるゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈを評価して、その評価結果に基づいてトランジスタＴｒの良否判定を行っている。トランジスタＴｒのゲートしきい値電圧Ｖｔｈは、他の電気的特性とは異なり、トランジスタの温度が上昇すると常に減少していく傾向を示す。従って、本実施例の検査装置２０は、どのような仕様のトランジスタＴｒについても、検査の基準を大きく変更することがなく、少ない労力で検査を行うことができる。
【００３６】
なおステップＳ２０２やステップＳ２０６でのゲートしきい値電圧Ｖｔｈの測定におけるコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥやエミッタ電流ＩＥの具体的な数値や、ステップＳ２０４でのトランジスタＴｒの発熱におけるコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥ、コレクタ電流ＩＣおよび発熱時間ｔの具体的な数値は、検査対象とするトランジスタＴｒの大きさや放熱性に応じて、適切に変更することができる。
【００３７】
なお本実施例ではステップＳ２０４においてトランジスタＴｒを飽和領域で所定時間駆動することでトランジスタＴｒを高温状態とする場合について説明したが、トランジスタＴｒを所定時間駆動する代わりに、例えばトランジスタＴｒの温度を監視する温度センサを用意しておいて、温度センサが検出するトランジスタＴｒの温度が所定温度に達するまでトランジスタＴｒを飽和領域で駆動する構成としてもよい。
【００３８】
なお本実施例では複数のＩＧＢＴを集積したディスクリートデバイスであるトランジスタＴｒを検査する場合について説明したが、検査対象とするトランジスタはこれに限られない。本実施例の検査装置２０が検査対象とするトランジスタは、例えば複数のＭＯＳＦＥＴを集積したディスクリートデバイスであってもよい。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は検査装置２０に検査対象とするトランジスタＴｒをセットした状態の回路構成図を示す。
【図２】図２は検査装置２０によるトランジスタＴｒの検査のフローチャートを示す図である。
【図３】図３はトランジスタＴｒのコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥとコレクタ電流ＩＣとの関係を示す図である。
【図４】図４はゲートしきい値電圧差ΔＶｔｈと短絡耐量Ｓｃとの関係を示す図である。
【図５】図５はトランジスタＴｒのコレクタ／エミッタ間電圧ＶＣＥとコレクタ電流ＩＣとの関係の温度依存性を示す図である。
【図６】図６はトランジスタＴｒのゲートしきい値電圧Ｖｔｈの温度依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
２０：検査装置
２２：検査用ゲート電源
２４：検査用コレクタ電源
２６：エミッタ電流計測器
２８：制御回路
【図１】
0005045325.tif 000002
【図２】
0005045325.tif 000003
【図３】
0005045325.tif 000004
【図４】
0005045325.tif 000005
【図５】
0005045325.tif 000006
【図６】
0005045325.tif 000007