JPH0572243A - 集積回路装置の計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 差動増幅器の入力電圧の設定精度を向上さ
せ、電気的特性の測定精度を改善する。 【構成】 差動増幅器１の二つの差動入力端子２，４
に、抵抗値の等しい二つの抵抗８，９の一端を接続し、
その抵抗８，９の他端を共通接続し、その共通接続点に
電圧源３からのバイアス電圧を与える。そして、差動入
力端子４に電流源１０から所定の電流を与えて、差動入
力端子２，４間に２段階の所定入力電圧を印加し、この
入力電圧に応じた差動増幅器１の出力電圧の変化量を計
測することによって、差動増幅器１の入力オフセット電
圧や利得を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差動増幅器を内蔵した集
積回路装置の計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】差動増幅回路は、整合性の良い素子を用
いて回路構成を行ない、かつ差動入力端に平衡した入力
バイアスを与えることを配慮していれば、平衡した出力
電圧が得られることと、周囲温度の変化によって特性が
変化しにくいことから、多段直結接続された増幅器を構
成するのに好都合であり、集積回路装値において多用さ
れている。しかしながら、集積回路装値内部に集積化さ
れた素子、たとえばトランジスタや抵抗等は、常に整合
性が良いとは限らず、酸化膜のエッチング精度、拡散炉
内の温度分布、拡散炉内の不純物濃度の分布等によって
多少のばらつきを有している。この素子の相対ばらつき
が、差動増幅器の動作のアンバランスに関与して来る。
特に、多段直結接続された増幅器では、初段の増幅器が
オフセット電圧を発生すると、後段の増幅器がそのオフ
セット電圧を更に増幅することから、初段増幅器の入力
オフセット電圧の特性が最も重視される。

【０００３】これらのことから、差動増幅器のオフセッ
ト電圧や利得等の特性は、製造過程の各段階に応じて、
ＤＣテスター、ＡＣテスターおよびＡＣ評価ユニット等
を用いて検査を行なっている。ＤＣテスターを用いたＤ
Ｃ検査は、後工程の歩留まりを高くするために、ウエハ
状態の半完成品の段階で集積回路装値の電気的特性を検
査している。従って、ＤＣテスターによる測定精度が悪
いと、後工程の歩留まりを悪化する要因となり、ＤＣ検
査工程における高精度の測定が望まれる。

【０００４】以下に従来の構成について、図３を参照し
ながら説明する。図３において、差動増幅器１の非反転
入力端子２に電圧源３を接続し、差動増幅器１の反転入
力端子４に電圧源５を接続し、差動増幅器１の入力端に
入力電圧を与える。そして、出力端子６に接続された電
圧計７で出力電圧を測定する構成にしている。

【０００５】このように構成された、集積回路装置の計
測方法について説明する。差動増幅器１の利得を測定す
る場合、差動増幅器１の非反転入力端子２に電圧源３の
基準電圧を与え、反転入力端子４に電圧源５の電圧を与
える。そして、電圧源３の電圧を固定して、電圧源５の
電圧を可変し、差動増幅器１の出力電圧が「高」または
「低」の状態に固定されるように、電圧源５の電圧を設
定する。すなわち、差動増幅器１の出力トランジスタを
飽和状態または遮断状態にする。これは、製造工程で用
いる電圧源３，５が必ずしも安定な電圧源ではなく、周
囲の環境から電圧源３，５に多くのノイズが混入するこ
とがあり、高利得の増幅器１を測定する時、特に増幅器
１の出力電圧が不安定になり、測定値の信頼性が悪化す
るが、その悪影響を排除するためである。

【０００６】たとえば、電源電圧１０Ｖ、利得１００ｄ
Ｂ、出力電圧振幅５Ｖ_P-Pの差動増幅器の特性を測定す
る場合、非反転入力端子２に対して反転入力端子４の入
力電圧を−０.０５ｍＶ以下に設定すれば、差動増幅器
の出力状態を「高」に固定することができ、逆に、反転
入力端子４の入力電圧を０.０５ｍＶ以上に設定すれ
ば、差動増幅器の出力状態を「低」に固定することがで
きる。

【０００７】従って、入力電圧を＋１ｍＶと−１ｍＶの
二つのレベルに設定して、差動増幅器の出力電圧が
「低」から「高」へ変化した場合は、入力オフセット電
圧が±１ｍＶ以内と判断できる。そして、入力電圧を±
１ｍＶの範囲でレベル変化させても、差動増幅器の出力
電圧が「低」または「高」の状態から変化しなければ、
入力オフセット電圧が±１ｍＶ以上と判断できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、差動
増幅器１の非反転入力端子２と反転入力端子４の間の入
力電圧を入力オフセット電圧より小さな誤差範囲内で設
定する必要がある。具体的には、電圧源３，５の電圧設
定に際して、数百μＶ以下の精度で設定する必要があ
り、極めて高精度の電圧設定が要求される。

【０００９】しかしながら、検査設備に用いる電圧源の
設定誤差は、印加する電圧レンジに対して約±０.２％
であるため、設定電圧を２.５Ｖとした場合、設定電圧
のばらつきが最大で±５ｍＶの誤差となり、入力オフセ
ット電圧の測定に必要とされる充分な精度が得れない。
このことから、上述の従来の測定方法を用いた場合、設
定電圧のばらつき分を配慮して、設定電圧を大きめに設
定しなければ、差動増幅器１の動作が確実にならなかっ
た。このため、従来の測定方法では、差動増幅器１のオ
フセット電圧の実力が±１ｍＶ以内であっても、±１１
ｍＶの保証しかできなかった。

【００１０】本発明は、上記の課題を解決するもので、
入力電圧の設定精度を向上し、オフセット電圧の測定精
度を向上することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の集積回路装置の計測方法は、差動増幅器の二
つの差動入力端子のうち少なくとも一方の差動入力端子
に抵抗を介して前記二つの差動入力端子に同じバイアス
電圧を与え、前記抵抗に２段階の所定電流を与え、前記
２段階の所定電流に応じた前記差動増幅器の出力電圧の
変化量を測定し、前記差動増幅器の動作の良否を判断す
ることを特徴とする集積回路装置の計測方法である。

【００１２】第２の発明の集積回路装置の計測方法は、
バイアス電源回路と、二つの差動入力端が前記バイアス
電源回路の出力端に各々接続され、かつ少なくとも前記
差動入力端の一方が抵抗を介して前記バイアス電源回路
の出力端に接続された差動増幅器と、前記一方の差動入
力端に接続された外部入力端子を備えた集積回路装置を
被測定回路とし、前記抵抗の設計値と外部入力端子に与
える電流の積から推定される２段階の所定入力電圧を前
記二つの差動入力端の間に与え、前記２段階の所定入力
電圧に応じた前記差動増幅器の出力電圧の変化量を測定
し、前記差動増幅器の動作の良否を判断することを特徴
とする集積回路装置の計測方法である。

【００１３】

【作用】本発明の構成により、差動増幅器の入力端子間
に接続された抵抗に所定の電流を流し、抵抗の電圧降下
で差動入力電圧の設定するため、差動入力電圧が一定に
設定される。従って、バイアス用の基準電圧源がノイズ
成分を出力するような不安定なものであっても、差動増
幅器がそのノイズ成分を増幅することはなく、そのこと
が入力電圧の設定精度を悪化する要因にならない。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の一実施例にかかる集積
回路装置の計測方法を説明するための測定回路を示す構
成図である。

【００１５】基準電圧用の電圧源３に抵抗８，９の一端
を共通接続し、抵抗８の他端に差動増幅器１の非反転入
力端子２を接続し、抵抗９の他端に反転入力端子４を接
続し、非反転入力端子２及び反転入力端子４に同じバイ
アス電圧を与える。そして、反転入力端子４に電流源１
０を接続し、抵抗９に２段階の所定電流を与え、抵抗９
の電圧降下を差動入力電圧として差動増幅器１の差動入
力端の間に与える。差動増幅器１の出力端子５に電圧計
７を接続し、差動増幅器１の出力電圧の変化量を測定す
る。

【００１６】以上のように構成された本実施例の集積回
路装置の計測方法について、以下に説明する。

【００１７】本実施例の計測方法を要約すると、電流源
１０で抵抗９に２段階の所定電流を与え、抵抗９に生じ
る電圧降下を差動入力電圧として差動増幅器１の反転入
力端子４と非反転入力端子２との間に与える。そして、
差動増幅器１の出力端子５の出力電圧を測定し、２段階
の入力電圧に対応した出力電圧の変化量を確認すること
で、電気的特性の良否を判定するものである。

【００１８】さらに詳しく言えば、高利得の差動増幅器
の入力オフセット電圧の測定を行う場合は、抵抗９の電
圧降下が差動増幅器１の入力オフセット電圧の最大許容
値になるように、電流源１０の電流値を正負の二つの電
流値に設定し、差動増幅器１の出力電圧の変化量を測定
する。そして、差動入力電圧の極性を切り替えても、差
動増幅器の出力電圧が「高」または「低」の状態を維持
する時は、被測定回路である差動増幅器１が不良品であ
ると判断し、逆に、差動増幅器の出力電圧が差動入力電
圧の極性の切り替えに応じて「高」または「低」の状態
に切り替る時は、差動増幅器１が良品であると判断す
る。

【００１９】たとえば、電源電圧１０Ｖ、利得１００ｄ
Ｂ、最大出力電圧振幅１０Ｖ_P-P、入力オフセット電圧
がゼロの差動増幅器の場合、非反転入力端子２に対して
反転入力端子４の入力電圧を−０.０５ｍＶ以下に設定
すれば、差動増幅器の出力状態を「高」に固定すること
ができ、逆に、反転入力端子４の入力電圧を０.０５ｍ
Ｖ以上に設定すれば、差動増幅器の出力状態を「低」に
固定することができる。

【００２０】従って、抵抗値１００Ωの抵抗９に１０μ
Ａまたは−１０μＡの電流を与え、入力電圧を＋１ｍＶ
と−１ｍＶの二つのレベルに設定すると、入力オフセッ
ト電圧がゼロであれば、入力電圧の変化に対応して差動
増幅器の出力電圧が「低」または「高」に切り替わる。
すなわち、差動増幅器の出力電圧が「低」または「高」
に切り替われば、入力オフセット電圧が±１ｍＶ以内と
判断できる。そして、入力電圧を±１ｍＶの範囲でレベ
ル変化させても、差動増幅器の出力電圧が「低」または
「高」の状態から変化しなければ、入力オフセット電圧
が±１ｍＶ以上と判断できる。

【００２１】次に、入力電圧の設定精度について述べる
と、抵抗８及び抵抗９の抵抗値をそれぞれ１００Ωと
し、電流源４の電流値を１０μＡとした場合、電流源の
設定精度が電圧源の設定精度と同じく±０.２％の誤差
とすると、差動入力電圧の設定が（１±０.００２）ｍ
Ｖとなり、±２μＶの誤差が生じるだけである。すなわ
ち、本実施例の設定誤差は、従来例の設定誤差±５ｍＶ
に比べて１／１０００以下のはるかに小さい値となる。
通常、差動増幅器の入力オフセット電圧は±数ｍＶであ
るから、本実施例の設定誤差は無視できる。

【００２２】本実施例では、抵抗９に電流源１０から所
定の電流を与えて、差動増幅器１の差動入力電圧の設定
を行なうため、基準用の電圧源３の出力電圧が不安定で
あったり、出力電圧に雑音電圧が重複していても、差動
増幅器１の差動入力端子２,４間に不要な雑音電圧が混
入しないので、安定な測定ができる。また、仮に差動増
幅器１の差動入力端子２，４間に、数百μＶの不要な雑
音電圧が混入しても、差動増幅器１の出力電圧が出力ダ
イナミックレンジを越える程度に充分に大きな入力電圧
が印加されているため、差動増幅器１の出力電圧が
「低」または「高」の状態に固定され、差動増幅器１の
出力端子６に雑音電圧を出力する心配がほとんどない。

【００２３】次に、差動増幅器１の利得を測定する場合
について説明する。たとえば、電源電圧１０Ｖ、利得４
０ｄＢ、最大出力電圧振幅１０Ｖ_P-Pの差動増幅器の場
合、抵抗８及び抵抗９の抵抗値をそれぞれ１ｋΩとし、
電流源１０から±１０μＡを抵抗９に与え、非反転入力
端子２に対して反転入力端子４の入力電圧を−１０ｍＶ
に設定すれば、差動増幅器の出力電圧は６Ｖになり、逆
に、反転入力端子４の入力電圧を１０ｍＶに設定すれ
ば、差動増幅器の出力電圧は４Ｖになる。このように、
電流源１０の電流レベルを２水準に振って、入力電圧の
変動量と出力電圧の変動量との比を求める。すなわち、
電流源１０で設定される差動入力電圧の変化量ΔＶ_INを
変化させ、そのときの出力端子６の出力電圧の変化量Δ
Ｖ_OUTを測定し、出力電圧と入力電圧の変化量の比ΔＶ
_OUT／ΔＶ_INを演算すれば、差動増幅器１の利得が求め
られ、差動増幅器１の利得を測定することができる。

【００２４】この場合、差動増幅器１の出力トランジス
タ（図示せず）が活性状態で動作しているため、差動増
幅器１の入力端子間に雑音電圧が混入しやすくなるが、
入力端子２と４の間に容量を付加すれば、差動増幅器１
の出力端子６に雑音電圧が出力されず、出力電圧を安定
に測定することができる。

【００２５】すなわち、本実施例の集積回路装置の計測
方法では、差動増幅器１の入力オフセット電圧の測定だ
けでなく、差動増幅器１の利得の測定にも十分に応用で
き、高精度で安定な測定ができる。

【００２６】なお、本実施例は抵抗８，９の抵抗値のバ
ランスを保った最適の測定系を示したが、入力電流が小
さい差動増幅器の測定を行なう時には、必ずしも抵抗
８，９の抵抗値のバランスを保つ必要がなく、抵抗９を
通じて反転入力端子４にバイアス電流を与える際、抵抗
９での電圧降下が小さければ、抵抗８を短絡しても支障
がない。また、本発明の非反転入力端子２と反転入力端
子４との接続を置き換えても同様の効果があることは言
うまでもない。

【００２７】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。集積回路装値内部に集積化された被測定回路は、
入力用外部端子または出力用外部端子のうち、いずれか
１個の外部端子が一つの回路ブロックに接続される場合
が多く、２個以上の外部端子が一つの回路ブロックに接
続されることは少ない。従って、被測定回路の直接的な
電気的特性を測定することが困難である。

【００２８】第２の実施例の目的は、このような不都合
を排除するもので、間接的な電気的特性の測定であって
も、精度の高い差動増幅器の入力オフセット電圧の計測
方法を提供することにある。

【００２９】図２は本発明の第２の実施例の構成を示
す。図２に示す被測定回路である差動増幅器１は、集積
回路装値１１の内部に内蔵されており、差動増幅器１の
非反転入力端子２及び反転入力端子４に各々同じ抵抗値
の内部抵抗１２、１３の一端が接続され、内部抵抗１
２、１３の他端はバイアス電源回路１４の一端に接続さ
れたものが一般的である。内部抵抗１２は、差動増幅器
１の入力端子間にオフセット電圧が発生しないように、
入力バイアス電圧のバランスを保つために設けられるも
のであって、オフセット電圧特性を重視しない場合、差
動増幅器１の入力インピーダンスが高い場合には、設計
上の選択的事項で内部抵抗１２，１３をアンバランスに
したり、内部抵抗１２を除去したりすることがある。

【００３０】そして、バイアス電源回路１４の他端はＧ
ＮＤ用外部端子１５が接続され、バイアス電源回路１４
と差動増幅器１は電源用外部端子１６とＧＮＤ用外部端
子１５との間に電源電圧が与えられることで、これらの
回路が動作する構成になっている。外部端子１７とＧＮ
Ｄ用外部端子１５との間に内部抵抗１８が接続され、内
部抵抗１２,１３及び１８は同一基板上に同一拡散層も
しくは同一のシリコン多結晶層で形成された抵抗であ
る。そして、外部入力端子１９は反転入力端子４に接続
され、出力端子６は差動増幅器１の出力端に直接に接続
されたものか、あるいは、別種の増幅器、スイッチ回路
等の電子回路を介して間接的に接続されたものであって
もよい。第２の実施例の被測定回路は、以上のように破
線で示された集積回路装値１１の内部に構成されてい
る。

【００３１】そして、第２の実施例の測定系の回路は、
電圧源２０が電源用外部端子１６とＧＮＤ用外部端子１
５との間に接続され、電流源１０が外部入力端子１９を
介して内部抵抗１３の一端に接続され、電圧計７が差動
増幅器１の出力端子６と接地電位との間に接続された構
成となっている。

【００３２】以上のように、差動増幅器１及び入力バイ
アス回路が集積回路装値内部に集積化された第２の実施
例の集積回路装置の計測方法について、以下に説明す
る。

【００３３】入力バイアス回路が集積回路装置内部に集
積化された場合の入力オフセット電圧を計測する第１の
方法は、内部抵抗１３が設計値どうりに作り込まれるも
のと仮定して計測する方法である。これは、外部入力端
子１９に印加される電流値と内部抵抗１３の設計値との
積が、差動増幅器１の入力オフセット電圧の最大許容値
になるように、電流源１０から外部入力端子１９に印加
される電流を設定し、電流源１０の電流の極性を正負二
つの値に切り替え、差動増幅器１の出力電圧の変化量を
測定する。そして、差動入力電圧の極性を切り替えて
も、差動増幅器の出力電圧が「高」または「低」の状態
を維持する時は、被測定回路である差動増幅器１が不良
品であると判断し、逆に、差動増幅器の出力電圧が差動
入力電圧の極性の切り替えに応じて「高」または「低」
の状態に切り替る時は、差動増幅器１が良品であると判
断する。

【００３４】この計測方法では、出来上がった抵抗１３
のばらつきに測定精度が決定され、製造工程が安定して
いれば、抵抗の製造ばらつきである±１５％程度の精度
が期待できる。

【００３５】差動増幅器１の出力端から出力端子６の間
に他の電子回路が接続されている場合、出力電圧が変化
しない動作不良があったとき、差動増幅器１と他の電子
回路の回路のない、何れの動作不良かを特定できない
が、差動増幅器１の動作不良であっても、他の電子回路
の動作不良であっても、集積回路装値全体として不良品
であるから、不良と判断する。従って、差動増幅器１の
出力端が出力端子６に直接接続されていなくても、入力
オフセット電圧を計測するのに支障がない。

【００３６】しかしながら、前述の第１の計測方法で
は、内部抵抗１３の抵抗値が定かではなく、拡散工程等
の製造工程でイレギュラーが発生した場合、必ずしも、
±１５％のばらつき内に収まるとは限らないため、測定
値の信頼性がよくない。

【００３７】第２の計測方法の目的は、拡散工程等の製
造工程でイレギュラーが発生した場合でも、所望のばら
つき範囲内の入力オフセット電圧を保証する計測方法を
提供することにある。

【００３８】第２の計測方法では、前述の第１の計測方
法に加えて、外部端子１７とＧＮＤ用外部端子１５との
電圧−電流特性を測定することで、外部端子１７とＧＮ
Ｄ用外部端子１５との間に接続され、内部抵抗１３と同
じ拡散層で形成された内部抵抗１８を測定し、内部抵抗
１８が抵抗の製造ばらつきである±１５％の範囲内に収
まっているものを選択する。

【００３９】すると、同じ拡散層で形成された抵抗同士
は±２％程度のばらつき範囲内に収まるから、第２の計
測方法ではほぼ±１５％の測定精度で入力オフセット電
圧の測定値が保証される。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、被測定回路の差
動増幅器に入力バイアスを与える抵抗に２段階の所定電
流を流し、抵抗の端子間電圧を差動入力端子間に与える
から、差動入力端に一定の入力電圧が与えられ、差動入
力端に雑音電圧が混入しにくく、差動増幅器の出力電圧
が安定に測定され、差動増幅器の電気的特性が高精度に
測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における集積回路装置の計測
方法を説明するための測定回路図

【図２】本発明の第２の実施例の集積回路装置の計測方
法を説明するための測定回路図

【図３】従来における集積回路装置の計測方法を説明す
るための測定回路図

【符号の説明】

１ 差動増幅器 ２ 非反転入力端子 ３,５,２０ 電圧源 ４ 反転入力端子 ６ 出力端子 ７ 電圧計 ８,９ 抵抗 １０ 電流源 １１ 集積回路装置 １２,１３,１８ 内部抵抗 １４ バイアス電源回路 １５ ＧＮＤ用外部端子 １６ 電源用外部端子 １９ 外部入力端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】差動増幅器の二つの差動入力端子にそれぞ
   れ抵抗を介して同じバイアス電圧を与えるとともに、前
   記抵抗の一方に２段階の所定電流を与え、前記所定電流
   に応じた前記差動増幅器の出力電圧の変化量を測定し
   て、前記差動増幅器の動作の良否を判定することを特徴
   とする集積回路装置の計測方法。
2. 【請求項２】バイアス電源回路と、二つの差動入力端が
   前記バイアス電源回路の出力端に各々接続され、かつ少
   なくとも前記差動入力端の一方が抵抗を介して前記バイ
   アス電源回路の出力端に接続された差動増幅器と、前記
   一方の差動入力端に接続された外部入力端子を備えた集
   積回路装置を被測定回路とし、前記抵抗の設計値と外部
   入力端子に与える電流の積から推定される２段階の所定
   入力電圧を前記二つの差動入力端の間に与え、前記２段
   階の所定入力電圧に応じた前記差動増幅器の出力電圧の
   変化量を測定し、前記差動増幅器の動作の良否を判断す
   ることを特徴とする集積回路装置の計測方法。