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半導体用語集

バーンイン試験

英語表記：burn-in test

　バーンイン試験とは，様々な手法を用いて半導体デバイスの初期故障を取り除くスクリーニング手法の一つである。デバイスの動作条件よりも高温でかつ高電圧の加速ストレスを印加し，故障発生を加速して短時間で不良品を取り除く試験であり，スクリーニング手法として非常に有効な試験である。
　半導体デバイスの故障モードは，製造時の不良や欠陥などが原因で発生する初期故障，デバイス固有の信頼性で決まる偶発故障，デバイスの寿命による磨耗故障の三つに分類される。故障率は，使用時間とともに減少し（初期故障），一定の低い故障率におちつく（偶発故障）。さらに使用すると疲労劣化のため再び故障率が増加する（磨耗故障）経過をたどる。半導体デバイスでは，使用期間において磨耗故障に至らないように構造設計がなされているため，バーンイン試験を行い，高い故障率を持つ初期故障を低減することで信頼性を向上することができる。
　試験は，パッケージングされたデバイスをバーンインボードに多数個配置し，恒温槽中にて，外部から加速ストレスとなる電源電圧，入力信号を一定時間印加する。その後，外部に取り出し良品／不良品の判定テストを行う。ストレスの印加方法によりスタティックバーンイン試験とダイナミックバーンイン試験に分けられる。また，ウェハ状態でバーンイン試験を行うウェハレベルバーンイン試験方法もある。
　スタティックバーンイン試験とは，デバイス内部の各ノード電位を固定したスタティック状態（スタンバイ状態）でバーンインを行う試験方法である。DC的な電圧ストレスが絶縁膜などに印加され，欠陥によるリーク電流の増加，動作速度の劣化， しきい値電圧の変動などによる不良品を取り除くことができる。
　ダイナミックバーンイン試験とは，加速ストレスとして電源電圧と入力信号パルスを与え，動作状態でスクリーニングを行う試験方法である。スタティックバーンイン試験で取り除くことができる故障メカニズムの他に，パルス電圧ストレスや電流ストレスで劣化する故障モード，たとえば，コンタクトの欠陥，多層配線の欠陥による不良品を取り除くことができる。また，ダイナミック動作時に出力信号波形をモニタし，正常に動作しているか確認しながらバーンインを行う試験方法をモニタバーンイン試験という。バーンイン試験中も常にデバイスの動作状態が確認できるため，回復性の故障の検出が可能となる。
　ウェハレベルバーンイン試験とは，ウェハ状態で各デバイスに加速ストレスを与えバーンインする試験方法である。パッケージングされたデバイスのバーンイン試験では，数時間から数10時間のバーンイン時間を要するが，ウェハレベルバーンイン試験では，処理時間の点で数秒～数100秒の短時間
の試験が要求される。したがって，加速ストレスをウェハ内のデバイスに効率よく印加し，高加速できるような回路上の工夫などが必要である。

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