CN101576565A

CN101576565A - 集成电路缺陷定位测试系统及实现方法

Info

Publication number: CN101576565A
Application number: CN 200810037221
Authority: CN
Inventors: 刘学森
Original assignee: SHANGHAI FAILURE ANALYSIS LABORATORY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI FAILURE ANALYSIS LABORATORY Co Ltd
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: CN101576565B

Abstract

本发明提供一种集成电路缺陷定位测试系统及实现方法，属于电子测试设备领域，涉及一种对集成电路缺陷进行定位测试的系统及系统的实现方法。本发明所描述的系统中，主要包括有：控制分析单元，激光发生器，激光分配器，激光扫描装置，声波震荡发生器，光学显微装置，样品加电模块，微光探测装置，定额电流电压测量装置，定额电压电流测量装置，以及减震台与暗室箱体等。利用本发明，可直接对集成电路的各种不同类型缺陷，实现直观的物理位置缺陷定位功能，能够及时、准确地发现集成电路的缺陷，从而改进产品质量、加快研发速度、提高生产工艺水平。

Description

集成电路缺陷定位测试系统及实现方法

技术领域

本发明属于电子测试设备领域，涉及一种对集成电路缺陷进行定位测试的系统及系统的实现方法。

背景技术

对于集成电路的缺陷定位，目前一般是采用微光辐射定位技术，该技术利用缺陷部位的电子空穴对耦合释放光子来探测失效点，该技术有明显局限性，对于集成电路通孔开路、空洞、短路、铝线覆盖部位下方的缺陷点等无法实现定位。

本发明对缺陷定位技术进行了创新，联合利用超声波与激光光束(例：波长：1.3um，能量：100mW，聚焦点：0.65um，)扫描硅晶体，造成局部加热的效果，用超声波加强热量聚集效果，并观察其电流变化用以定位可能有问题的缺陷点，可以观察到现有微光辐射定位技术发现不了的缺陷点，如集成电路通孔开路、空洞、短路、铝线覆盖部位下方的缺陷点等，从而得到灵敏准确的缺陷定位。

用1.1um以上的激光束在器件表面扫描，因为硅能带主要是1.1um以下，大于1.1um的光束产生热量而避免产生大量光电流，同时加以15MHZ的超声波振荡，激光束的部分能量转化为热量，如果互连线中存在缺陷或者空洞，声波在缺陷处会加剧热量的产生，这些区域附近的热量传导不同于其它的完整区域，将引起局部温度变化，从而引起电阻值改变ΔR，如果对互连线施加恒定电压，则表现为电流变化ΔI＝(ΔR/V)I，通过此关系，将热引起的电阻变化和电流变化联系起来，内部的电流电压改变可以由电源模块端测量到变化，这种电流变化可以达到微安级别以上。将电流变化的大小与所成像的像素亮度对应，像素的位置和电流发生变化时激光扫描到的位置相对应。这样，就可以产生声致电流像来定位缺陷。

声致电流像常用于芯片内部高阻抗及低阻抗分析，线路漏电路径分析.利用声致电流方法，可以有效地对电路中缺陷定位，如线条中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻区等；

发明内容

本发明的目的是提供一种对集成电路缺陷进行定位测试的系统及系统的实现方法，可以观察到集成电路通孔开路、空洞、短路、铝线覆盖部位下方的缺陷点等，可以得到灵敏准确的缺陷定位。

一种对集成电路缺陷进行定位测试的系统，它是这样实现的，该系统包括：控制分析单元，是装载有集成电路缺陷定位测试程序的微型计算机，包括有用以对测试结果实现图像处理功能的程序，以及用以分析电流电压测试数据的测试单元；

激光发生器，用于产生1064nm激光与1340nm激光的功能模块；

激光分配器，是连接在所述的激光发生器和激光扫描装置之间的，用于分配不同强度和种类激光的功能模块；

激光扫描装置，是设置在激光与样品之间，用于实现激光在样品表面的步进扫描功能的机电装置；

声波震荡发生器，是用于加载声波震荡并作用于样品的机电功能装置；

光学显微装置，是用于对样品表面拍照的光学显微装置；

样品加电模块：是用于向被测试样品加载电子信号的电路模块，包括有微探针装置、接口插槽、电流加载源和电压加载源；

微光探测装置，是一种探测样品的微光辐射的光电子信号的机电功能模块；

定额电流电压测量装置，指的是能提供定额电流，并对被测试样品的电压信号进行A/D转换，并传输到控制分析单元中的电路结构；

定额电压电流测量装置，指的是能提供定额电压，并对被测试样品的电流信号进行A/D转换，并传输到控制分析单元中的电路结构；

减震台与暗室箱体，能提供减震功能与暗室功能，是承载样品台及探测与测量装置的结构部件。

一种对集成电路缺陷进行定位测试的系统的实现方法，它是这样实现的，该方法包括如下步骤：步骤1，给有缺陷的样品加电；

步骤2，启动声波震荡发生器作用于样品；

步骤3，进行光学显微镜拍照形成光学图像1；

步骤4，启动电流电压测量装置；

步骤5，对样品表面进行1064nm激光扫描，将电流数据形成图像2；

步骤6，对样品表面进行1340nm激光扫描，将电压数据形成图像3；

步骤7，进行微光辐射仪拍照，形成图像4；

步骤8，将图像1、2、3、4在控制分析单元集成重叠成一张图像；

步骤9，给无缺陷的样品加电，并重复步骤从2至8，比较有缺陷的样品和无缺陷的样品的图像，实现对样品缺陷位置的定位操作。

本发明的优点在于：利用本发明中的声波震荡操作，以及加载不同波段激光扫描功能，可直接对集成电路的各种不同类型缺陷，如漏电流、氧化层击穿、通孔空洞、短路、开路等，实现直观的物理位置缺陷定位功能，从而能够及时、准确地发现集成电路的缺陷、改进产品质量、加快研发速度、提高生产工艺水平。

附图说明

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

图1是本发明所述的集成电路缺陷定位测试系统的结构框图。

图2是本发明所述的集成电路缺陷定位测试系统的实现方法的流程图。

图3是利用本发明进行集成电路样品测试举例的框图。

具体实施方式

下面参照着附图对本发明做进一步的说明。

图中的数字标号说明：

100-1064纳米激光发生器，110-1340纳米激光发生器，200-激光分配器，210-激光扫描装置；300-光学显微装置，400-超声波震荡发生器，500-微光探测装置；600-样品加电模块，610-定额电流电压测量装置；611-定额电压源电流测量装置，700-控制分析单元，800-减震台与暗室箱体、900-待测样品。

图1的说明：

参图中所示，该集成电路缺陷定位测试系统，其结构情况是这样的：控制分析单元700是本系统中面向用户的主要操作界面，对整个测试过程的起到图像分析、总体控制作用；激光分配器200，是连接在1064纳米激光发生器100、1340纳米激光发生器110和激光扫描装置210之间的接口；针对于待测样品900，设置有样品加电模块600，可以向待测样品加载特定的电子信号，还设置有定额电流电压测量装置610和定额电压源电流测量装置611；针对于待测样品900，还设置有光学显微装置300、超声波震荡发生器400、微光探测装置500。承载待测样品900及控制分析单元700以外的其它装置是减震台与暗室箱体800，以提供减轻震动和暗室效果。

所述的控制分析单元700，可直接采用个人电脑、微型计算机等来实现。针对于本发明，该控制分析单元700包括有控制分析主机板、显示屏、键盘；另外，还包括有具有运算处理功能的运算处理器，如CPU，具有数据存储功能的存储器，如硬盘。另外，检测出的结果可以在PC机显示屏上进行显示，也可以通过打印机打印出来。

所述的控制分析主机板，包括有用以对待测样品900的测试结果实现运算分析功能的单片机，以及用以存储测试数据的存储单元。控制分析单元是用于实现样品的信号加载、信号采样、信号计算、图像处理、图像叠加比较的功能模块。其中所设置的单片机，是具有数据综合处理功能的模块结构，包括有运算处理功能、控制功能、时钟功能，存储功能，以及接口等，能够控制激光分配器200、定额电流电压测量装置610和定额电压源电流测量装置611、光学显微装置300、超声波震荡发生器400、微光探测装置500。其中的存储单元，能够存储用于执行本发明所述的定额电流电压测量装置610和定额电压源电流测量装置611、光学显微装置300、微光探测装置500的测试工作的相关程序，并能够缓存测试结果。

所述的样品加电模块600，指的是用于向待测样品900上加载电子信号的电源电路加载模块。主要包括电流电压源和显微探针装置。

整个加电模块600中的电子信号，可根据需要做具体选择，拓展功能非常灵活，从而为直接实现各种不同集成电路的测试操作奠定基础。

所述的激光分配器200，是连接在1064纳米激光发生器100、1340纳米激光发生器110和激光扫描装置210之间的接口，用来调节加载在激光扫描装置210的激光种类和激光强度。

所述的激光扫描装置210，指的是能对激光信号，通过微分步进马达来实现对待测样品表面的逐行扫描功能，并将其位置信息传送到控制分析单元700的功能结构。

所述的光学显微装置300，指的是能对待测样品900表面进行光学显微拍照，放大倍数从0.3倍到1000倍可调。

所述的超声波震荡发生器400，指的是能产生超声波震荡效果，对待测样品900进行超声波震荡，从而使样品在缺陷部位的发热效果更为明显，这也是本发明的重要特点。

所述的微光探测装置500，指的是一种对微光敏感的CCD探测装置，能捕捉到样品在加电情况下在缺陷部位发射出来的微弱光子，转化为图像信号。

所述的定额电流电压测量装置610，指的是能对待测样品900在被加载定额电压的情况下，测量其电流大小的微弱变化的装置，其测量精度能达到纳安级别，其电流大小微弱变化值传送到控制分析单元700，与激光扫描装置210的位置信号合成一起，可以形成对于待测样品900的电流变化图像。

所述的定额电压电流测量装置611，指的是能对待测样品900在被加载定额电流的情况下，测量其电压大小的微弱变化的装置，其测量精度能达到微伏级别，其电压大小微弱变化值传送到控制分析单元700，与激光扫描装置210的位置信号合成一起，可以形成对于待测样品900的电压变化图像。

所述的减震台与暗室箱体800，指的是承载待测样品900及控制分析单元以外的其它装置的载物台与暗室箱体，以提供减轻震动和暗室效果。

图2的说明：

在本发明中，分别用如下步骤，来实现对不同的待测样品的缺陷定位进行测试。

步骤1，图中标识为1001，对待测样品加电。

本发明所述的缺陷定位测试系统的通用性很强。对于不同类型的集成电路或半导体器件来说，首先需要对待测样品加电，再来安排下一步的各种操作。

步骤2，图中标识为1002：对样品进行超声波震荡。

承接上一步骤，对待测样品进行超声波震荡，缺陷处的晶格累积能量，使缺陷处的热效应较其它正常区域更为明显。

步骤3，图中标识为1003：对样品进行激光扫描。

当前面的准备工作做好之后，对应着要测试的待测样品900，直接进行激光扫描工作。在该步骤中，主要是启动整个激光反生器、激光分配器与激光扫描装置，包括激光分配器200、1064纳米激光发生器100、1340纳米激光发生器110、激光扫描装置210，实现对样品表面进行逐行扫描。进行通过光学显微镜拍照，形成光学图像1，以备下面的分析之用。

用激光束在器件表面扫描，激光束的部分能量转化为热量。如果互连线中存在缺陷或者空洞，这些区域附近的热量传导不同于其它的完整区域，将引起局部温度变化，从而引起电阻值改变ΔR。其中，电阻率变化与温度的关系是Δρ＝ρ₀×αTCR(T-T₀)，αTCR一电阻的温度系数。

如果对互连线施加恒定电压，则表现为电流变化ΔI＝(ΔR/V)I，通过此关系，将热引起的电阻变化和电流变化联系起来。将电流变化的大小与所成像的像素亮度对应，像素的位置和电流发生变化时激光扫描到的位置相对应。这样，就可以产生镭射诱导电流像来定位缺陷。

步骤4，图中标识为1004：测量样品电流、电压的变化。

该步骤的主要目的是，对待测样品的电流与电压进行测量监控，记录量值大小。通常量测样品的电源模块输入输出端，或者用显微探针选择探测有关电路区域。

步骤5，图中标识为1005：分析合成电流像。

对样品加载恒定电压时，将电流变化的大小与所成像的像素亮度对应，像素的位置和电流发生变化时激光扫描到的位置相对应。这样，就可以合成产生电流像。

步骤6，图中标识为1006：分析合成电压像。

对样品加载恒定电流时，将电压变化的大小与所成像的像素亮度对应，像素的位置和电压发生变化时激光扫描到的位置相对应。这样，就可以合成电压像。

步骤7，图中标识为1007：对样品进行微光辐射拍照成像。

在存在着漏电、击穿、热载流子效应的半导体器件中，其失效点由于电致发光过程而产生发光现象。这些光子流通过收集和增强，再经过微光探测装置500的CCD光电转换和图像处理，得到一张发光像，即微光辐射拍照成像。

步骤8，图中标识为1008：对样品进行光学拍照成像。

对器件表面进行光学显微镜拍照成像。

步骤9，图中标识为1009：将电流像、电压像、微光辐射拍照成像和光学拍照成像进行叠加，来实现对失效点和缺陷的物理定位。

所获得的图像结果，可通过控制分析单元700进行数据分析。

步骤10，图中标识为1010：标识待测样品缺陷点位置。

这一步骤，要对待测样品900的合成图像中的异常亮点进行标示，必要的时候还要将同型号的正常良品进行步骤1到步骤9的操作，以比较合成图像中的异常亮点的差别，从而标识待测样品缺陷点的物理位置。进行完该步骤后，针对于该待测样品900的缺陷定位测试分析工作，就结束了。

图3的说明：

参图中所示，这儿展示了一个利用本系统进行操作的测试数据方面的例子。

本实施例中，整体表格称为测量情况框图1100，从左至右，依次为：

测量编号1101，代表着测试点的序列号。

测试点1102，代表着在待测样品900上所对应的测试位置，如存储单元152栅极多晶硅上方。

标准值1103，代表着针对特定测试点1102的图像数据，就是前面图2的步骤10中，所集成的图像数据。

偏差域值1104，代表着针对特别测试点1102的标准值1103所允许的偏差范围，从亮度方面进行考量。

测量值1105，代表着利用本发明所述的系统，对测试点1102所进行测试的结果。

测试点评价1106，代表着对测试点1102测量结果的评价。如果测量值1105与标准值1103之间的偏差，小于偏差域值1104的话，则视为“正常”，否则视为“缺陷”。

总评价1107，代表着待测样品900的评价。依据所发现的异常亮点的位置来相应定位缺陷点的位置。

以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种集成电路缺陷定位测试系统，其特征在于该系统包括：

控制分析单元，是装载有集成电路缺陷定位测试程序的微型计算机，包括有用以对测试结果实现图像处理功能的程序，以及用以分析电流电压测试数据的测试单元；

激光发生器，用于产生1064nm激光与1340nm激光的功能模块；

光学显微装置，是用于对样品表面拍照的光学显微装置；

2.根据权利要求1所述的集成电路缺陷定位测试系统，其特征在于：所述的控制分析单元包括有控制分析主机板、显示屏、键盘，具有运算处理功能的运算处理器，以及具有数据存储功能的存储器。

3.一种集成电路缺陷定位测试系统的实现方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1，对待测样品加电；

步骤2，对样品进行超声波震荡；

步骤3，对样品进行激光扫描。

步骤4，测量样品电流、电压的变化；

步骤5，分析合成电流像；

步骤6，分析合成电压像；

步骤7，对样品进行微光辐射拍照成像；

步骤8，对样品进行光学拍照成像；

步骤9，将电流像、电压像、微光辐射拍照成像和光学拍照成像进行叠加，来实现对失效点和缺陷的物理定位；

步骤10，标识待测样品缺陷点位置。

4.根据权利要求3所述的集成电路缺陷定位测试系统的实现方法，其特征在于：在进行激光扫描时，要启动整个激光反生器、激光分配器与激光扫描装置对样品进行测量。