DE4223129C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung der Funktion einer Halbleitereinrichtung mit optisch induziertem Strom (OBIC) - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Um den Herstellungsertrag und die Qualität einer Halb­ leitereinrichtung zu verbessern, ist es erforderlich, eine Ausfallanalyse eines Produktes durchzuführen im Hinblick darauf, was in verschiedenen Tests während und nach den Herstellungsschritten als fehlerhaft anzusehen ist. Eine grundlegende Technik einer derartigen Ausfallanalyse funk­ tioniert wie folgt:
Zunächst wird ein Punkt auf einen Halbleiterchip, wel­ cher einen Ausfall verursacht, mittels elektrischer Analy­ sen gefunden. Dann wird ein Leitungsmetall, eine Isolati­ onsfilmzwischenschicht oder ähnliches mittels Ätzen ent­ fernt und ein Ausschnittsloch wird mittels eines fokussier­ ten Ionenstrahles ausgebildet, um den Punkt mittels eines Elektronenmikroskopes oder ähnlichem zu beobachten, der den Ausfall verursacht hat. Auf diese Art und Weise kann die Ursache für den Ausfall gefunden werden. Im Verhältnis zu einer jüngeren Halbleitereinrichtung, welche kompliziert und sehr hoch integriert ist, ist es besonders wichtig, den Teil, der einen Ausfall zur Folge hat, durch den ersten Schritt einer elektrischen Analyse zu finden. Während der­ artige elektrische Analysen mit einer Vielzahl von Techni­ ken durchgeführt werden können, betrifft die vorliegende Erfindung die sogenannte OBIC-Beobachtungstechnik der De­ tektion eines OBIC-Stromes, der bei der Anwendung eines Lichtstrahles auf einen p-n-Übergang in einer Halbleitereinrichtung erzeugt worden ist, und der Beobachtung einer Defekt- und Spannungsverteilung des p-n-Übergangs.

Fig. 5 zeigt ein exemplarisches OBIC-Beobachtungsver­ fahren, und zwar im Hinblick auf eine Probe eines CMOS-In­ verters, dessen Chip im Querschnitt dargestellt ist. Das in Fig. 5 gezeigte Verfahren ist angepaßt, um die Spannungs­ verteilung in einem p-n-Übergang zu beobachten.

Der Betrieb des in Fig. 5 gezeigten CMOS-Inverters wird im folgenden beschrieben, und zwar im Verhältnis zu der Er­ zeugung eines OBIC-Stroms.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird eine CMOS-Struktur durch einen n-Kanal-MIS Transistor definiert, der durch ei­ ne n-Typ-Störstellendiffusionsschicht 3a gebildet wird, welche als Drain-Elektrode dient, sowie aus einer n-Typ- Störstellendiffusionsschicht 3b, welche als eine Source- Elektrode dient, und aus einer Gate-Elektrode 5a, welche auf einem Teil eines p-Typ-Siliziumsubstrates 1 zwischen den Drain- und Source-Elektroden durch einen dielektrischen Gatefilm 9 befestigt ist, sowie einem p-Kanal-Transistor, welcher durch eine p-Typ-Störstellendiffusionsschicht 4b gebildet wird, welche als eine Drain-Elektrode dient, sowie aus einer p-Typ-Störstellendiffusionsschicht 4c, welche als eine Source-Elektrode dient und einer Gate-Elektrode 5b, welche auf einen Teil einer n-Typ-Quelle (well) 1a zwischen den Drain- und Source-Elektroden durch den dielektrischen Gatterfilm 9 auf der n-Typ-Quelle 1a befestigt ist. Die Ga­ te-Elektroden 5a und 5b sind gemeinsam mit einem Eingangs­ anschluß V_in verbunden, während die n-Typ- und die p-Typ- Störstellendiffusionsschichten 3a und 4c gemeinsam mit ei­ nem Ausgangsanschluß V_out verbunden sind. Das p-Typ-Silizi­ umsubstrat 1 ist durch die p-Typ-Störstellendiffusions­ schicht 3c und einen Metalldraht 13 geerdet, während die n- Typ-Störstellendiffusionsschicht 3b, welche als eine Sour­ ce-Elektrode dient, auch über den Metalldraht 13 geerdet ist. Demgegenüber ist die n-Typ-Quelle 1a mit einer Lei­ stungsversorgung 6 über die n-Typ-Störstellendiffusions­ schicht 4a und den Metalldraht 13 verbunden, während die p- Typ-Störstellendiffusionsschicht 4b, welche als eine Drain- Elektrode dient, gleichfalls mit der Leistungsversorgung 6 über den Metalldraht 13 verbunden ist.

Wenn eine negative Spannung an den Eingangsanschluß V_in angelegt wird, dann wird der p-Kanal-MIS-Transistor lei­ tend, so daß eine Source-Spannung an dem Ausgangsanschluß V_out auftaucht. Der n-Kanal-MIS-Transistor befindet sich in einem offenen Zustand. In diesem Zustand ist daher ein p-n- Übergang zwischen der n-Typ-Störstellendiffusionsschicht 3a und dem p-Typ-Siliziumsubstrat 1 umgekehrt vorgespannt, um ein hohes elektrisches Feld zu erzeugen.

Wenn zum Beispiel ein Lichtstrahl 10 von einem im all­ gemeinen verwendeten HeNe-Laser mit einer Wellenlänge von 633 nm auf diesen Teil angewendet wird, dann werden Paare von Elektronen 11 und Löchern 12 durch einen Sperrschicht­ photoeffekt erzeugt, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Löcher 12 bilden einen OBIC-Strom, welcher seinerseits in das Silizi­ umsubstrat 1 fließt, und weiter durch die p-Typ-Störstel­ lendiffusionsschicht 3c in die Erde. Dieser OBIC-Strom wird mittels eines Amperemeters 7 detektiert.

Der OBIC-Strom, der daher mittels eines Sperrschicht­ photoeffektes erzeugt worden ist, fließt in einem großen Umfang, da größere Mengen von Paaren von Elektronen 11 und Löchern 12 in dem p-n-Übergang gebildet werden, welcher um­ gekehrt vorgespannt ist, um ein hohes elektrisches Feld zu bilden, als verglichen mit einem nicht vorgespannten p-n- Übergang zwischen der n-Typ-Störstellendiffusionsschicht 3b und des Siliziumsubstrates 1, welche z. B. mit dem Licht­ strahl 10 beleuchtet werden. Daher ist es möglich, die Spannungsverteilung des p-n-Überganges zu erkennen, indem man den Lichtstrahl 10 bezüglich der Oberfläche des Halbleiterchips abtastend führt, und zwar von dem Wert des OBIC-Stromes in dem Bereich, der durch den Lichtstrahl 10 beleuchtet wird. Diese Technik ist beispielsweise in IEEE 21st Annual Proc. Rel. Phy., S. 118 (1983) von Daniel J. Burns et al. kurz beschrieben.

Mit der konventionellen OBIC Beobachtungstechnik kann der Lichtstrahl 10 in einem Bereich eines p-n-Überganges weder angewandt noch beobachtet werden, welcher mit einem Metalldraht 13 aus Aluminium etc. bedeckt wird, wie bei­ spielsweise die in Fig. 5 gezeigte p-Typ-Störstellendiffu­ sionsschicht 4c, da der Lichtstrahl 10 von der Seite einer Oberfläche des Halbleiterchips angewendet wird, die mit der Einrichtung ausgestattet ist. Insbesondere weist beispiels­ weise ein neuerer Massenspeicher, welcher mit vielfach ge­ schichteter Metallverdrahtung verdichtet ist, im wesentli­ chen keinen Bereich auf, der die Detektion eines OBIC-Stro­ mes erlaubt, daher kann er dem Test und der Analyse durch diese Technik nicht ausgesetzt werden.

Ausgehend von einem Verfahren zur Untersuchung einer Halbleitervorrichtung mit optisch induziertem Strom (OBIC) entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffes des anliegen­ den Patentanspruches 1, wie sie bei einem entsprechenden Verfahren etwa auch aus der US-PS 4,968,932 bekannt sind, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den durch den Lichtstrahl optisch induzierten Strom unabhängig davon de­ tektieren zu können, ob eine Metallverdrahtung an der Ober­ fläche der Halbleitervorrichtung vorliegt oder nicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Eine Lösung des der Erfindung zu­ grundeliegenden Problems wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 5 erzielt.

Die Unteransprüche geben Ausführungsarten der Erfindung an.

Das OBIC-Beobachtungsverfahren umfaßt die folgenden Schritte: (a) Anwenden eines Lichtstrahles auf ein Siliziumsubstrat, welches eine erste Hauptoberfläche aufweist, welche mit einem p-n Übergang aus­ gestattet ist, sowie eine zweite Hauptoberfläche, welche der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt, von der Seite der zweiten Hauptoberfläche, während das vorbeschriebene Abta­ sten durchgeführt wird, (b) Detektieren eines OBIC Stromes, welcher durch Elektron-Lochpaare geführt wird, die von dem Lichtstrahl infolge eines Sperrschichtphotoeffektes in dem p-n Übergang angeregt worden sind, und (c) Anzeigen der Ver­ teilung des OBIC Stromes in dem Siliziumsubstrat entspre­ chend der zuvor beschriebenen Abtastung. Der Lichtstrahl weist eine Wellenlänge auf, welche eine Lichteindringtiefe implementiert, die größer ist als die Dicke des Siliziumsub­ strats.

Vorzugsweise ist der Lichtstrahl ein YAG (Y₃Al₅O₁₂: Yttrium Aluminium Granat) Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1064 nm oder ein HeNe (Helium Neon) Laserstrahl einer Wellenlänge von 1152 nm.

Die OBIC Beobachtungsvorrichtung enthält lichtemittierende Vorrichtungen, um einen Lichtstrahl mit einer vorher beschriebenen Wellenlänge anzu­ wenden, Lichteinführungsvorrichtungen, um den Lichtstrahl in ein Siliziumsubstrat einzuführen, welches eine erste Hauptoberfläche aufweist, die mit einem p-n Übergang ausge­ stattet ist, sowie eine zweite Hauptoberfläche, die der er­ sten Hauptoberfläche gegenüberliegt, von der Seite der zwei­ ten Hauptoberflächen her, Abtastvorrichtungen, um das zuvor beschriebene Abtasten des Lichtstrahles bezüglich des Siliziumsubstrates durchzuführen, Vorrichtungen zum Detek­ tieren eines OBIC Stromes, welcher durch Elektron-Lochpaare geführt wird, die durch den Lichtstrahl in dem p-n Übergang infolge eines Sperrschichtphotoeffektes angeregt worden sind, sowie Vorrichtungen zum Anzeigen der Verteilung des OBIC Stromes in dem Siliziumsubstrat entsprechend der zuvor beschriebenen Abtastung.

Vorzugsweise sind die lichtemittierenden Vorrichtungen ein YAG (Y₃Al₅O₁₂: Yttrium Aluminium Granat) Laseroszillator mit einer Wellenlänge von 1064 nm oder ein HeNe (Helium Neon) Laseroszillator mit einer Wellenlänge von 1152 nm.

Das OBIC Beobachtungsverfahren ist angepaßt, um den Lichtstrahl anzuwenden, welcher eine Wellenlänge aufweist, die eine Lichteindringtiefe im­ plementiert, die größer ist als die Dicke des Siliziumsub­ strates, und zwar von der hinteren Oberflächenseite des Halbleiterchips her, wodurch die OBIC Beobachtung des p-n Überganges unter einem Metalldraht ermöglicht wird.

Über die Beschreibung hinaus zeigt der Ausdruck "Lichteindringtiefe" eine Tiefe des Eindringens von Licht an, das nötig ist, um einen Sperrschichtphotoeffekt in Sili­ zium zu erzeugen.

Der Lichtstrahl, der eine Lichteindringtiefe aufweist, die größer ist als die Dicke des Siliziumchips, wird von einem YAG Laser einer Wellen­ länge von 1064 nm angelegt, wenn die Dicke des Siliziumchips nicht mehr als 500 µm beträgt, oder von einem HeNe Laser ei­ ner Wellenlänge von 1152 nm, wenn die Dicke des Silizium­ chips nicht mehr als 1000 µm beträgt, wodurch eine OBIC Be­ obachtung eines p-n Überganges erlaubt wird, der mit einem Metalldraht bedeckt ist, was im Stand der Technik zuvor un­ möglich war. Daher ist die vorliegende Erfindung bemerkens­ werterweise im Hinblick auf eine Test- oder Ausfallanalyse einer neueren Einrichtung mit hoher Dichte geeignet, bei der die Oberfläche eines Halbleiterchips überwiegend mit einem Metalldraht bedeckt ist.

Die zuvor angesprochene Aufgabe und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht, welche ein Siliziumchip gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung zeigt;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Wellenlängenabhängigkeit einer Lichteindringtiefe dargestellt ist;

Fig. 3A bis 3C Eindringzustände der Lichtstrahlen 10 in Si­ lizium;

Fig. 4 ein Blockdiagramm, in dem eine OBIC Strombeob­ achtungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;

Fig. 5 eine Schnittansicht, in der die Struktur eines Sili­ ziumchips gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt schematisch ein OBIC Beobachtungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung. Die Schnittstruktur des in Fig. 1 gezeigten Chips ist identisch mit der des in Fig. 5 gezeigten CMOS Inverters. Dieser CMOS Inverter wird durch einen n-Kanal MIS Transistor und einen p-Kanal MIS Transistor gebildet.

Der n-Kanal MIS Transistor wird durch eine n-Typ Störstel­ lendiffusionsschicht 3a gebildet, welche als eine Drain- Elektrode dient, sowie durch eine n-Typ Störstellendiffusionsschicht 3b, welche als eine Source- Elektrode dient, und einer Gate-Elektrode 5a, welche mit ei­ nem Teil eines p-Typ Siliziumsubstrates 1 zwischen der Drain und der Source Elektrode durch einen dielektrischen Gatefilm 9 verbunden ist, welche in einem Bereich angeordnet sind, der durch einen Oxidisolationsfilm 2 umschlossen wird, der durch ein LOCOS Verfahren auf der Oberfläche des p-Typ Sili­ ziumsubstrates 1 ausgebildet ist. Demgegenüber wird der p- Kanal Transistor, welcher auf einer n-Typ Quelle (well) 1a bereitgestellt ist, die auf dem p-Typ Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist, aus einer p-Typ Störstellendiffusions­ schicht 4b gebildet, welche als eine Drain-Elektrode dient, sowie aus einer p-Typ Störstellendiffusionsschicht 4c, wel­ che als eine Source-Elektrode dient, und aus einer Gate- Elektrode 5b, welche mit einem Teil der n-Typ Quelle 1a zwi­ schen der Drain und der Source Elektrode durch den dielek­ trischen Gatefilm 9 verbunden ist, welche in einem Bereich angeordnet sind, der durch den Oxidisolationsfilm 2 um­ schlossen wird, der durch das LOCOS Verfahren gebildet wurde.

Die Gate-Elektroden 5a und 5b sind gemeinsam mit einem Ein­ gangsanschluß V_in verbunden, während die n-Typ und die p-Typ Störstellendiffusionsschichten 3a und 4c gemeinsam mit einem Ausgangsanschluß V_out verbunden sind. Das p-Typ Siliziumsub­ strat 1 wird durch die p-Typ Störstellendiffusionsschicht 3c geerdet, während die n-Typ Störstellendiffusionsschicht 3b, welche als eine Source-Elektrode dient, auch mit dem glei­ chen verbunden ist. Demgegenüber wird die n-Typ Quelle 1a durch die n-Typ Störstellendiffusionsschicht 4a mit einer Leistungsversorgung 6 verbunden mit der gleichfalls die p- Typ Störstellendiffusionsschicht 4b verbunden ist, welche als Drain-Elektrode dient. Die Dicke des Siliziumchips be­ trägt 500 µm.

Im folgenden wird angenommen, daß eine positive Spannung an den Eingangsanschluß V_in angelegt wird. In diesem Fall lei­ tet der n-Kanal MIS Transistor, so daß der Ausgangsanschluß V_out sich bei einem Erdpotential befindet. Der p-Kanal MIS Transistor befindet sich in einem offenen Zustand. In diesem Zustand befindet sich ein p-n Übergang J1 zwischen der p-Typ Störstellendiffusionsschicht 4c und der n-Typ Quelle 1a in einem umgekehrt vorgespannten Zustand, um hohes elektrisches Feld zu erzeugen. Wenn ein Lichtstrahl 10 auf diesen Teil von der hinteren Seite des Siliziumchips angelegt wird, wie in Fig. 1 gezeigt, ist es möglich, Paare von Elektronen 11 und Löchern 12 mittels eines Sperrschichtphotoeffektes zu erzeugen, wodurch die OBIC Beobachtung möglich wird.

Um daher Licht, welches zur Erzeugung eines Sperrschichtpho­ toeffektes in einem p-n Übergang, welcher in der Nähe einer Siliziumchipoberfläche ausgebildet ist, von der hinteren Oberflächenseite des Siliziumchips her zu übergeben, ist es nötig, einen Lichtstrahl auszuwählen, welcher eine Lichtein­ dringtiefe hat, die größer ist als die Dicke des Silizium­ chips.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Wellenlängen von Licht und die Lichteindringtiefen in Silizium dargestellt sind. Der Fig. 2 kann entnommen werden, daß die benötigte Wellen­ länge größer wird, wenn die Dicke des Siliziums sich erhöht.

Wenn der Siliziumchip beispielsweise eine Dicke von ungefähr 500 µm aufweist, ist es unmöglich, eine Photo-Elektromotori­ sche Kraft in einem p-n Übergang zu erzeugen, welcher in der Nähe der Siliziumchipoberfläche ausgebildet ist, selbst wenn der Lichtstrahl 10 von einen allgemein verwendeten HeNe La­ ser mit einer Wellenlänge von 633 nm emittiert wird, da die Lichteindringtiefe von ihm kleiner als 500 µm ist. Demgegen­ über ist es möglich, eine Photo-Elektromotorische Kraft in der Nähe einer Siliziumchipoberfläche zu erzeugen, wenn der Lichtstrahl 10 von einem YAG Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm emittiert wird, da seine Lichteindringtiefe größer als 500 µm ist.

Wenn die Dicke des Siliziumchips ungefähr 1000 µm beträgt, kann das erfinderische OBIC Beobachtungsverfahren in der zu­ vor erwähnten Art und Weise implementiert werden, indem ein HeNe Laser verwendet wird, der eine Wellenlänge von 1152 nm aufweist, die eine größere Lichteindringtiefe mit sich bringt.

Die Fig. 3A bis 3C zeigen dies typischerweise. In jeder Figur wird ein Diffusionsbereich 41 eines p-n Überganges auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats 40 ausgebil­ det, und ein Aluminiumdraht 42 ist ausgebildet, um ihn zu bedecken. Ein Lichtstrahl 10 wird von der anderen Hauptoberflächenseite her angelegt.

Wenn die Lichteindringtiefe klein ist, kann der Lichtstrahl 10 den Diffusionsbereich 41 nicht erreichen, wie in Fig. 3A dargestellt, um eine OBIC Beobachtung zu erlauben. Wenn der Lichtstrahl 10 eine Lichteindringtiefe aufweist, welche größer ist als die Dicke des Siliziumsubstrates 40, tritt der Lichtstrahl 10 durch den Diffusionsbereich 41 hindurch, um von dem Aluminiumdraht 42 reflektiert zu werden, und kehrt zu dem Diffusionsbereich 41 erneut zurück, wie in Fig. 3B gezeigt. Wenn der Lichtstrahl 10 eine noch größere Wellenlänge aufweist, tritt der Lichtstrahl 10 durch das Sili­ ziumsubstrat 40 hindurch, wie in Fig. 3C gezeigt. Daher ist es nicht zu empfehlen, einen Lichtstrahl 10 für die OBIC Beobachtung zu verwenden, welcher eine übermäßige Wellen­ länge aufweist. In jedem der in den Fig. 3B und 3C ge­ zeigten Fälle ist es indessen möglich, einen verstärkenden Effekt infolge der Reflexion des Lichtstrahles 10 durch den Aluminiumdraht 42 zu erreichen, in dem der Lichtstrahl 10 von der Seite der Hauptoberfläche angelegt wird, die der ge­ genüberliegt, die mit dem Diffusionsbereich 41 und dem Alu­ miniumdraht 42 versehen ist.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, in dem eine OBIC Beobachtungs­ vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung dargestellt ist. Ein OBIC Stromverstärker 30 ist mit einer OBIC-zu-beobachtenden Halbleitereinrichtung 27 verbunden, um eine Vorspannspannung 28 nach Bedarf anzu­ legen. Selbst wenn diese Vorspannspannung 28 nicht angelegt wird, ist es möglich, einen OBIC Strom zu beobachten, da eine Spannung, die durch ein Diffusionspotential bewirkt wird, an einen p-n Übergang angelegt wird.

Eine Laserquelle 20 wird in Abhängigkeit der Dicke der Halb­ leitereinrichtung 27 ausgewählt. Wie schon zuvor beschrie­ ben, wird ein Laseroszillator verwendet, welcher einen YAG Laserstrahl einer Wellenlänge von 1064 nm verwendet, wenn die Halbleitereinrichtung 27 eine Dicke von ungefähr 500 µm hat, während ein Laseroszillator verwendet wird, der einen HeNe Laserstrahl einer Wellenlänge von 1152 nm erzeugt, wenn die Dicke um die 1000 µm ist. Ein von der Laserquelle 20 emittierter Lichtstrahl 10 wird über einen reflektierenden Spiegel 21, eine Linse 22, eine X-Y Abtastereinheit 23, einen reflektierenden Spiegel 24, einen durchscheinenden Spiegel 25 und eine Objektivlinse 26 geführt, um eine hin­ tere Oberfläche 27b der Halbleitereinrichtung 27 zu errei­ chen.

Die X-Y Abtastereinheit 23 ist mit einem X-Richtungsabtast­ spiegel 23a und einem Y-Richtungsabtastpiegel 23b ausgestat­ tet, welche jeweils den Lichtstrahl 10 in X- und in Y-Rich­ tung abtastend führen. Ein Steuerungscomputer 34 steuert die Abtastzeit etc. über einen Schnittstellenschaltkreis 32.

Der Lichtstrahl 10 wird in einem Bereich nahe der Oberfläche 27a durch die hintere Oberfläche 27b hindurch auf der Halbleitereinrichtung 27 angewendet, während er in X- und Y- Richtung abtastend geführt wird. Der so erhaltene OBIC Strom wird in dem OBIC Stromverstärker 30 gemäß dem Steuercomputer 34 verstärkt und an eine CRT Anzeige 35 über einen Videover­ stärker 33 weitergeleitet. Der Videoverstärker 33 und die X- und Y-Richtungsabtastspiegel 23a und 23b sind miteinander mittels dem Steuercomputer 34 synchronisiert, so daß die CRT Anzeige 35 die Verteilung des OBIC Stromes (d. h. die Spannungsverteilung) anzeigt.

Der Videoverstärker 33 empfängt auch ein optisches Bild der hinteren Oberfläche 27b der Halbleitereinrichtung 27, wel­ ches durch reflektiertes Licht des Lichtstrahles 10 erhalten worden ist, nämlich über einen Schalter 36. In diesem Fall wird der von der hinteren Oberfläche 27b der Halbleiterein­ richtung 27 reflektierte Lichtstrahl 10 von dem durchschei­ nenden Spiegel 25 weiterreflektiert, über ein Filter 29 von einem Photomultiplier 31 photoelektrisch konvertiert und zu dem Videoverstärker 33 durch den Schalter 36 übertragen. Das optische Bild wird zuvor in der CRT Anzeige 35 vor der OBIC Beobachtung gespeichert, so daß die später erhaltene Spannungsverteilung in einem Zustand angezeigt werden kann, der mit diesem überlappt ist.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 wird der Lichtstrahl 10 auch auf einen anderen p-n Übergang J2 zwischen der n-Typ Quelle 1a und dem p-Typ Siliziumsubstrat 1 angewendet, wobei Paare von Elektronen 11 und 12 auch in diesem Bereich gebil­ det werden. Daher sind die in dem p-n Übergang J2 gebildeten Elektronen 11 in der n-Typ Quelle 1a zusätzlich zu denen an­ wesend, die in dem p-n Übergang J1 gebildet worden sind, wo­ durch Überschußelektronen 11 in der n-Typ Quelle 1 bereitge­ stellt werden. Es ist vorstellbar, daß das Potential der n- Typ Quelle 1a durch die Überschußelektronen 11 reduziert wird und daß das elektrische Feld über der n-Typ Quelle 1a und dem p-Typ Siliziumsubstrat 1 geschwächt wird, um die An­ zahl der Löcher 12 zu vermindern, die in dem p-n Übergang J1 gebildet worden sind. Daher bilden die Löcher 12 einen OBIC Strom, welcher seinerseits in das Siliziumsubstrat 1 fließt, um durch ein Amperemeter 7 durch die geerdete p-Typ Stör­ stellendiffusionsschicht 3c detektiert zu werden, während der OBIC Strom verglichen mit einem Fall vermindert wird, bei dem der Lichtstral 10 auf einen nicht vorgespannten p-n Übergangsteil angewendet wird, so wie beispielsweise den zwischen der p-Typ Störstellendiffusionsschicht 4b und der n-Typ Quelle 1a.

Eine derartige Verminderung des benötigten OBIC Stromes, welche von Sperrschichtphotoeffekten herrührt, die in einer Mehrzahl von p-n Übergängen durch den Lichtstrahl 10 verlaßt worden sind, tritt auch auf, wenn der Lichtstrahl 10 von der Oberflächenseite des Siliziumchips angewendet wird, wie in dem bekannten konventionellen Fall. Indessen wird die Verwendung der vorliegenden Erfindung dadurch nicht unmög­ lich gemacht.

Auch wenn der Lichtstrahl von der hinteren Oberflächenseite des Halbleiterchips angewendet wird, wie zuvor beschrieben, ist es möglich, Spannungsverteilungen des p-n Überganges aus dem Wert des OBIC Stromes zu erkennen. Darüberhinaus ist es möglich, eine OBIC Beobachtung in Bereichen der Halbleiter­ chipoberfläche durchzuführen, welche mit einem Metall be­ deckt sind, so wie die n-Typ Störstellenschicht 4a und die n-Typ Störstellenschicht 4a und die p-Typ Störstellendiffu­ sionsschichten 4b und 4c, welche in Fig. 1 gezeigt sind, wobei derartige Beobachtungen in Stand der Technik bislang unmöglich gewesen sind.

Zusammenfassend kann also festgehalten werden:
Um eine OBIC Beobachtung einer Silizium-Halbleitereinrich­ tung hoher Dichte zu erlauben, die auf einem Halbleiterchip bereitgestellt ist, dessen Oberfläche überwiegend mit einem Metalldraht bedeckt ist, wird die Silizium-Halbleiterein­ richtung mit einem Lichtstrahl beleuchtet, welcher eine Wellenlänge aufweist, dessen Eindringtiefe, d. h. eine Tiefe, um Lichtabsorption Lichtabsorption von Silizium zu erlauben (die Tiefe, die das Eindringen von Licht erlaubt, das für die Erzeugung eines Störstellenphotoeffektes benö­ tigt wird) größer ist als die Dicke des Siliziumchips, so wie mit einem YAG Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1064 nm oder mit einem HeNe Laserstrahl mit einer Wellen­ länge von 1064 nm, und zwar von einer hinteren Oberflächen­ seite des Siliziumchips, um so einen OBIC Strom zu messen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Untersuchung der Funktion einer Halbleitereinrichtung (27) mit optisch induziertem Strom (OBIC), welche ein Siliziumsubstrat (1; 40) mit einer vorderseitigen Hauptoberfläche (27a) und einer rückseitigen Hauptoberfläche (27b), und einen unter der vorderseitigen Hauptoberfläche angeordneten p-n-Übergang (J1; 41) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Hinführen eines Lichtstrahles (10) auf das Siliziumsubstrat (1; 40), so daß er den p-n-Übergang (J1; 41) erreicht;
Durchführen einer vorbestimmten Abrasterung vermittels des Lichtstrahles;
Erzeugen von Elektron-Loch-Paaren durch Absorption des Lichtstrahles;
Detektieren eines in dem p-n-Übergang (J1; 41) durch einen Sperrschichtfotoeffekt optisch induzierten Stromes (OBIC); und
Anzeigen der Verteilung des optisch induzierten Stromes gemäß der vorbestimmten Abrasterung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (10) durch die rückseitige Hauptoberfläche (27b) hindurch auf das Siliziumsubstrat (1; 40) hingeführt wird und Licht solcher Wellenlänge aufweist, daß es zumindest über die Dicke des Substrates (1; 40) eindringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
Reflektieren des Lichtstrahles (10) an einer Metallschicht (13; 42), die zumindest einen Teil des p-n-Überganges (J1; 41) bedeckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtstrahl ein Yttrium-Aluminium- Granat-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1064 nm eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtstrahl ein Helium-Neon- Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1152 nm eingesetzt wird.

5. Vorrichtung zur Untersuchung der Funktion einer Halbleitereinrichtung (27) mit optisch induziertem Strom (OBIC), welche ein Siliziumsubstrat (1; 40) mit einer vorderseitigen Hauptoberfläche (27a) und einer rückseitigen Hauptoberfläche (27b), und einen unter der vorderseitigen Hauptoberfläche angeordneten p-n-Übergang (J1; 41) aufweist, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Lichtemissions-Vorrichtung zum Hinführen eines Lichtstrahles (10) auf das Siliziumsubstrat (1; 40), so daß er den p-n-Übergang (J1; 41) erreicht;
eine Abrasterungs-Vorrichtung zum Durchführen einer vorbestimmten Abrasterung vermittels des Lichtstrahles;
eine Vorrichtung zum Detektieren eines in dem p-n- Übergang (J1; 41) durch einen Sperrschichtfotoeffekt op­ tisch induzierten Stromes (OBIC), wobei Elektron-Loch-Paare durch Absorption des Lichtstrahles erzeugt werden; und
eine Vorrichtung zum Anzeigen der Verteilung des op­ tisch induzierten Stromes gemäß der vorbestimmten Abraste­ rung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemissions-Vorrichtung derart ausgebildet ist, daß der Lichtstrahl (10) durch die rückwärtige Hauptoberfläche (27b) auf das Si­ liciumsubstrat (1; 40) hingeführt wird und Licht solcher Wellenlänge aufweist, daß er zumindest über die Dicke des Substrates (1; 40) eindringt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine auf der Halbleitereinrichtung (27) vorgesehene Metall­ schicht (13; 42), die zumindest einen Teil eines p-n-Über­ ganges (J1; 41) bedeckt, wobei der Lichtstrahl an der Me­ tallschicht (13; 42) reflektiert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtemissions-Vorrichtung einen Yttrium- Aluminium-Granat-Laser enthält, welcher eine Wellenlänge von 1064 nm aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtemissions-Vorrichtung einen Helium- Neon-Laser enthält, welcher eine Wellenlänge von 1152 nm aufweist.