JP2001201545A - 半導体集積回路の故障解析装置及び故障解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】動作状態の半導体集積回路の故障箇所を特定す
るために、良品の半導体集積回路におけるエミッション
像と故障解析を行う半導体集積回路におけるエミッショ
ン像とを検出し、両エミッション像を比較して故障解析
を行うことを特徴とする。 【解決手段】ファンクションテスタ１１で発生されるテ
ストパターンが良品及び不良品の半導体集積回路に供給
され、動作状態の半導体集積回路の故障している箇所か
らホットエレクトロンが放出され、エミッション解析装
置１２によって発光像として検出される。そして、画像
処理ユニット１３によって画像処理が行われ、良品の半
導体集積回路に対応した発光像から不良品の半導体集積
回路に対応した発光像が差し引かれ、故障箇所の発光像
が抽出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路
から放出されるホットエレクトロンによるエミッション
像（発光像）を用いて故障箇所の特定を行う半導体集積
回路の故障解析装置及び故障解析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の超高集積度半導体集積回路（ＶＬ
ＳＩ）の大規模化及び高集積化に伴い、故障箇所を特定
するための技術開発と解析期間の短縮とが大きな課題と
なっている。

【０００３】従来、ＶＬＳＩのファンクション不良解析
は、シミュレータとエレクトロンビームテスタ（ＥＢ
Ｔ）とを用いた故障箇所特定方法として一般に行われて
いる。

【０００４】しかし、シミュレータとＥＢテスタとを用
いた従来の方法は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）
とのリンク・故障辞書の作成と実際のシミュレーション
解析・故障シミュレーション結果からのプローブポイン
トの絞り込みを行い、その後、実際にシミュレータとＥ
Ｂテスタとを用いて解析を行うので、多大な前準備が必
要であり、故障箇所を特定するために要する期間が増加
する傾向にある。

【０００５】さらに従来では、スタンバイ−ＥＭＳ（Em
ission Micro Scope）手法が知られている。この手法
は、半導体集積回路チップ等のデバイスをスタンバイ状
態あるいは安定な状態で保持し、故障箇所で発生するホ
ットエレクトロンを積算することで発光像（エミッショ
ン像）を取得し、この発光像に基づいて故障箇所を特定
するものである。

【０００６】しかし、この手法では、安定動作状態が保
持しにくいダイナミック型製品や、貫通電流が常時流れ
る回路を有するアナログ混載製品では、ＥＭＳ解析が不
可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようにシミュレー
タとＥＢテスタとを用いた従来の方法では故障箇所を特
定するために要する期間が長くなるという問題があり、
スタンバイ−ＥＭＳ手法による従来の方法ではダイナミ
ック製品やアナログ混載製品の故障解析が行えないとい
う問題がある。

【０００８】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、故障箇所の特定に要す
る期間の短縮を図ることができ、かつダイナミック製品
やアナログ混載製品の故障解析も行うことができる半導
体集積回路の故障解析装置及び故障解析方法を提供する
ことにある。

【０００９】また、この発明の他の目的は、真の故障箇
所を特定することができる半導体集積回路の故障解析装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体集積回
路の故障解析装置は、導体集積回路を動作させるための
テスト信号を発生するテスト信号発生部と、それぞれ上
記テスト信号を受けて動作する良品の半導体集積回路か
ら放出されるホットエレクトロンによる発光像と故障解
析を行う半導体集積回路から放出されるホットエレクト
ロンによる発光像とを検出し、両発光像を比較して故障
箇所を特定する解析部とを具備している。

【００１１】また、この発明の半導体集積回路の故障解
析方法は、試験装置から良品の半導体集積回路と故障解
析を行う半導体集積回路とに対してテスト信号を供給す
ることによって良品の半導体集積回路と故障解析を行う
半導体集積回路とをそれぞれ動作させ、エミッション解
析装置により、上記良品の半導体集積回路と故障解析を
行う半導体集積回路とから放出されるホットエレクトロ
ンによる発光像を検出し、これら検出された両発光像の
差に基づいて故障箇所を特定するものである。

【００１２】さらにこの発明の半導体集積回路の故障解
析装置は、テスト信号を発生し、半導体集積回路に供給
してファンクションテストを行うファンクションテスタ
と、ファンクションテスト時の半導体集積回路から放出
されるホットエレクトロンによる発光像を検知するエミ
ッション解析装置と、上記エミッション解析装置によっ
て検知された良品の半導体集積回路における発光像と、
故障解析を行う半導体集積回路における発光像とを比較
する画像処理装置と、上記画像処理装置からの比較結果
を受け、故障解析を行う半導体集積回路における故障箇
所を表示する表示装置とを具備している。

【００１３】この発明の半導体集積回路の故障解析装置
は、電源電圧及びテスト信号を発生し、半導体集積回路
に供給してファンクションテストを行うファンクション
テスタと、ファンクションテスト時の半導体集積回路か
ら放出されるホットエレクトロンによる発光像を検知す
る、ホットエレクトロンの積算時間が可変のエミッショ
ン解析装置と、上記エミッション解析装置によって検知
された良品の半導体集積回路における発光像と、故障解
析を行う半導体集積回路における発光像とを比較する画
像処理装置と、上記画像処理装置からの比較結果を受
け、故障解析を行う半導体集積回路における故障箇所を
表示する表示装置と、少なくとも上記ファンクションテ
スタで発生される電源電圧の値及び／又は上記エミッシ
ョン解析装置におけるホットエレクトロンの積算時間を
種々に変えて動作条件を変更し、その都度、故障解析を
行う半導体集積回路を上記ファンクションテスタによっ
て動作させて上記エミッション解析装置で検知された発
光像における擬似発光の発生数を調査し、擬似発光の発
生数が所定数以下となる動作条件を自動的に取得する手
段とを具備し、上記手段によって取得された動作条件に
基づいて上記ファンクションテスタ及び／又は上記エミ
ッション解析装置を動作させるようにしている。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、この発明の実施の形態を説
明する前に、この発明に係る半導体集積回路の故障解析
装置及び故障解析方法の原理について説明する。すなわ
ち、この発明では、ファンクションテスタとエミッショ
ン解析装置を利用したＩＤＤＡ（Activate Vdd Supply
Current）−ＥＭＳ（Emission Micro Scope）手法によ
って故障解析を行い、故障箇所を特定するものである。
ＩＤＤＡ−ＥＭＳとは、ファンクションテスタによるテ
ストがＮＧ（ファンクションテスト不良）の場合に、故
障解析を行う半導体集積回路に対し、ファンクションテ
スタから不良カテゴリのテストパターンを連続的に供給
して半導体集積回路チップを動作させ、この際にチップ
から放出されるホットエレクトロンによる発光をＥＭＳ
解析にて抽出する手法である。

【００１５】図１は、このような原理を用いたこの発明
の第１の実施の形態に係る故障解析装置の構成を示すブ
ロック図である。ファンクションテスタ（テスト信号発
生部）１１は電源電圧と共に所定のテスト信号を発生す
るものであり、ここで発生される電源電圧及びテスト信
号は、エミッション解析装置１２内に設置されている良
品または不良品の半導体集積回路チップ（図示せず）に
供給される。電源電圧及びテスト信号が供給されると、
半導体集積回路チップはテスト信号に基づいて動作す
る。また、半導体集積回路チップが動作すると、チップ
の故障箇所からホットエレクトロンが放出される。そし
て、半導体集積回路チップから放出されるホットエレク
トロンによる発光は、エミッション解析装置１２によっ
て発光像（エミッション像）として検出・解析される。
また、エミッション解析装置１２で検出・解析された発
光像は画像処理ユニット１３に送られる。

【００１６】画像処理ユニット１３は、所定の画像処理
を行って半導体集積回路チップの故障箇所を特定し、故
障箇所に対応した位置に丸印などの所定のマークを表示
するための画像データを出力する。画像処理ユニット１
３から出力される画像データはモニタ１４に送られる。

【００１７】１５は、故障解析が行われる半導体集積回
路チップのレイアウトデータを画像データとして格納し
ているレイアウトデータ格納ユニットであり、このユニ
ット１５に格納されている画像データはモニタ１４に送
られる。従って、モニタ１４では、故障解析が行われる
半導体集積回路チップのレイアウトデータと共に故障箇
所に対応した位置に丸印などの所定のマークが重なった
状態で画像表示がなされる。

【００１８】１６は、ＣＰＵ、メモリ、プログラムやデ
ータなどが記録されたデータ記録媒体（例えばフロッピ
ィディスクなど）をドライブするデータ記録再生装置を
有し、メモリに格納されたプログラムに基づいて上記フ
ァンクションテスタ１１、エミッション解析装置１２、
画像処理ユニット１３、モニタ１４及びレイアウトデー
タ格納ユニット１５の動作を制御するコントロールユニ
ットである。そして、上記ファンクションテスタ１１か
ら半導体集積回路チップに対して電源電圧及びテスト信
号が供給され、半導体集積回路チップがＩＤＤスタンバ
イ不良（初期不良）やファンクション不良の場合には、
その旨が不良の状態（例えば電源間にリーク電流が生じ
ている場合、そのリーク電流の大きさなどのデータ）と
共にコントロールユニット１６に通報される。

【００１９】なお、半導体集積回路チップが１回に動作
する際に放出されるホットエレクトロンによる発光像の
光量は少ないため、画像処理ユニット１３で解析可能と
なるような十分な光量の発光像がエミッション解析装置
１２によって得られるまで半導体集積回路チップが動作
され、エミッション解析装置１２によって発光量が積算
される。

【００２０】また、上記積算については、半導体集積回
路チップの故障（ＮＧ）のみを示すテスト信号を用い、
半導体集積回路チップを繰り返し動作させて発光量を積
算する方法や、半導体集積回路チップの活性化率が高く
なるようなテスト信号を用いて、半導体集積回路チップ
を繰り返し動作させて発光量を積算する方法等が考えら
れる。そして、このような方法によって効率良く故障箇
所の特定を行うことができる。

【００２１】また、上記画像処理ユニット１３は、ファ
ンクション不良の場合に、良品の半導体集積回路チップ
が動作する際にエミッション解析装置１２によって得ら
れる発光像と、不良品の半導体集積回路チップが動作す
る際にエミッション解析装置１２によって得られる発光
像とを用いた種々の画像処理、例えば両画像の差分処理
を行い、この差分処理結果に基づいて不良の半導体集積
回路チップの故障箇所を特定する。

【００２２】次に、上記構成でなる装置を用いた半導体
集積回路の故障解析方法を説明する。故障解析を行うサ
ンプル（半導体集積回路チップやウエハー）が、例えば
図２に示すように、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタ２
１とＮチャネルのＭＯＳトランジスタ２２とからなるＣ
ＭＯＳインバータ回路を含んでおり、故障解析を行う不
良品のサンプルではＰチャネルのＭＯＳトランジスタ２
１のソース・ドレイン間がショートしているような故障
が発生していると仮定する。

【００２３】上記のような回路構成をそれぞれ有する良
品及び不良品のサンプルに対してファンクションテスタ
１１からテスト信号を供給し、それぞれ動作させ、さら
にエミッション解析装置１２によってそれぞれの発光像
を検出・解析する。このとき、先に述べたように、半導
体集積回路チップが１回に動作する際に放出されるホッ
トエレクトロンによる発光像の光量が少ないため、エミ
ッション解析装置１２で解析可能となるような十分な光
量の発光像が得られるまで、良品及び不良品のサンプル
をそれぞれ繰り返し動作させて、発光像を積算する。

【００２４】図３は、ファンクションテスタ１１から出
力され上記両トランジスタ２１、２２のゲート共通接続
ノードである入力端子に入力される信号ＩＮと、上記両
トランジスタ２１、２２のドレイン共通接続ノードであ
る出力端子から出力される信号ＯＵＴとを、このＣＭＯ
Ｓインバータ回路に流れる電流ＩＤＤと共に示したもの
である。

【００２５】入力信号ＩＮがＨレベルのときは、Ｐチャ
ネルのＭＯＳトランジスタ２１がオフし、Ｎチャネルの
ＭＯＳトランジスタ２２がオンするので、出力信号ＯＵ
Ｔは本来ならばＬレベルになるはずである。しかし、不
良品のサンプルではＰチャネルのＭＯＳトランジスタ２
１のソース・ドレイン間がショートしているので、出力
信号ＯＵＴはＨレベルになる。

【００２６】一方、入力信号ＩＮがＬレベルのときは、
ＰチャネルのＭＯＳトランジスタ２１がオンし、Ｎチャ
ネルのＭＯＳトランジスタ２２がオフするので、出力信
号ＯＵＴはＨレベルになる。

【００２７】従って、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタ
２２がオンしている期間に流れる電流ＩＤＤは良品に比
べて不良品の方が多くなり、この電流の差が発光量の差
として現れる。

【００２８】しかし、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタ
２１及びＮチャネルのＭＯＳトランジスタ２２がオンか
らオフあるいはオフからオンに切り替わる際にそれぞれ
大きな貫通電流が流れるので、電流ＩＤＤの値は良品及
び不良品共にこれら切り替わり時に大きくなる。このよ
うにトランジスタのスイッチングに伴って流れる貫通電
流により疑似発光が生じるが、この疑似発光量は図３に
示すように良品及び不良品共に貫通電流の値が同じなの
でほぼ同じ光量になる。なお、擬似発光が生じる箇所
は、トランジスタのスイッチングに伴って貫通電流が流
れる箇所の他に、負荷素子を介して常時電流が流れるよ
うな箇所などがある。

【００２９】このような疑似発光を低減する必要があ
り、以下の２つの方法によって疑似発光を低減してい
る。１つは電源電圧、動作周波数、積算時間の適正化で
あり、２つ目はバックグランドの処理である。

【００３０】本発明者は、疑似発光について電源電圧と
チップの動作周波数の適正化を検討するために、種々の
電源電圧と周波数、及び積算時間における疑似発光の発
生数を調べた。その結果を図４の特性図に示す。図４は
縦軸にＥＭＳ積算時間（ｓ）を、横軸に動作電圧（Ｖ）
をそれぞれ取り、動作周波数が１００ＫＨｚと４ＭＨｚ
の２種類の特性をとったものである。

【００３１】例えば、疑似発光がサンプル全体で１０個
以下の場合が解析可能であるという条件にして、特性曲
線よりも左側は解析可能領域であり、かつ特性曲線上の
点は全て解析可能な最適条件であり、解析するサンプル
に応じてこの条件を使い分けることで効率のよい解析が
実施できる。

【００３２】次にバックグランドの処理について説明す
る。

【００３３】従来のスタンバイ−ＥＭＳ手法による方法
では、ＥＭＳ解析装置において、装置内に漏洩する微弱
な光や、解析を行う半導体集積回路チップにおける熱な
どをバックグラウンドとして発光像から差し引くための
画像処理としてバックグラウンド処理が行われるが、こ
の場合のバックグラウンドとは、まず、図５（ａ）に示
すような電源印加状態の発光像と、図５（ｂ）に示すよ
うな電源オフ状態の発光像とを得て、電源印加状態の発
光像から電源オフ状態の発光像を差し引くことにより、
図５（ｃ）に示すように故障箇所のみ発光する発光像を
得るものである。

【００３４】この実施の形態では画像処理ユニット１３
によってこのバックグラウンド処理が行われるが、この
場合のバックグラウンド処理は、動作時におけるサンプ
ルの発熱による発光をバックグラウンドとして差し引く
ことであり、具体的には先に述べたように良品のサンプ
ルが動作する際に検出される発光像と、不良品のサンプ
ルが動作する際に検出される発光像との差分を取ること
によって行われる。

【００３５】ここで、図６（ａ）は不良品を動作させて
発光像を得た場合の光量を電流に換算した場合のテスト
時間（ｔ）と電流量（Ａ）との関係を示しており、大き
なピーク電流が生じている箇所が故障によるリークであ
り、それよりも小さないくつかのピーク電流が生じてい
る箇所は先の貫通電流などによるものである。これに対
して、図６（ｂ）は良品を動作させて発光像を得た場合
の光量を電流に換算した場合のテスト時間（ｔ）と電流
量（Ａ）との関係を示しており、図６（ａ）中の大きな
ピーク電流に相当する箇所は存在せず、小さないくつか
のピーク電流の箇所のみが存在する。そして、図６
（ａ）の電流量から図６（ｂ）の電流量を差し引くこと
で、図６（ｃ）に示すように、故障によるリークのみが
抽出される。

【００３６】すなわち、この実施の形態によるバックグ
ラウンド処理とは、不良品の発光像と良品の発光像との
差分を取る、つまり不良品の発光像から良品の発光像を
差し引いて、スイッチング時に発生する疑似発光または
アナログ回路における疑似発光を除去し、故障箇所のみ
のリーク電流に基づく発光像を抽出するものである。そ
して、このようにして抽出された発光像に基づき、画像
処理ユニット１３によって故障箇所が特定され、その
後、モニタ１４によってサンプルのレイアウトデータと
共に故障箇所に対応した位置に丸印などの所定のマーク
が重なった状態で故障箇所が特定された画像表示がなさ
れる。

【００３７】このような解析装置及び解析方法によれ
ば、不良のサンプルに対し、ファンクションテスタ１１
から電源電圧及びテスト信号を供給し、チップを動作状
態にして不良を再現し、良品及び不良品のＥＭＳ発光像
を得て、両発光像を比較するようにしたので、シミュレ
ータとＥＢテスタとを用いた従来の方法のような多大な
前準備が不要となり、短時間で故障箇所を特定すること
ができる。

【００３８】しかも、良品及び不良品のＥＭＳ発光像を
得て、両発光像を比較するようにしており、従来のよう
にサンプルを安定に動作した状態で保持させておく必要
がないので、いままでＥＭＳにて解析できなかったアナ
ログ混載品やダイナミック型製品などの解析も行うこと
ができる。

【００３９】ここで、従来のスタンバイＥＭＳ手法と、
上記実施の形態による解析装置及び解析方法のそれぞれ
を用いて、ポリシリコンからなる配線間のショートが発
生している故障を解析したところ、従来のスタンバイＥ
ＭＳ手法では発光を検出することができなかったが、こ
の発明の解析装置及び解析方法では配線間のショート箇
所からの発光像を確認することができ、故障箇所を特定
することができた。

【００４０】さらに、ＭＯＳＦＥＴのゲート破壊が生じ
ている故障を解析したところ、従来のスタンバイＥＭＳ
手法では発光を検出することができなかったが、上記実
施の形態による解析装置及び解析方法ではゲート破壊が
生じている故障からの発光像を確認することができ、故
障箇所を特定することができた。

【００４１】次にこの発明の第２の実施の形態に係る故
障解析装置について説明する。

【００４２】先に説明した第１の実施の形態に係る故障
解析装置では、貫通電流などの故障要因以外の要因で検
出される発光（擬似発光）を低減するために、解析を行
う際の条件、例えば電源電圧、動作周波数、積算時間な
どを抽出し、最適化する必要があった。この最適条件の
抽出については、電源電圧、動作周波数、積算時間など
の条件を変更しながら、発光が擬似発光か故障原因によ
るものかの区別を人の目によって判断しており、これに
より１製品、１パターンの条件を最適化するために例え
ば８時間程度の時間が必要であった。

【００４３】そこで、この第２の実施の形態に係る故障
解析装置では、故障解析を行う際の条件の抽出及び最適
化をプログラムにより自動的に行うことにより、最適化
に要する時間の短縮を図るようにしたものであり、その
構成を図７のブロック図に示す。

【００４４】この実施の形態の故障解析装置では、図１
のものに対して条件出しユニット１７及びデータ格納ユ
ニット１８が追加されている。なお、図１のものに対し
て追加された条件出しユニット１７及びデータ格納ユニ
ット１８の動作も、先のコントロールユニット１６に基
づいて制御される。

【００４５】条件出しユニット１７は、エミッション解
析装置１２からの出力に基づいてファンクションテスタ
１１、エミッション解析装置１２及び画像処理ユニット
１３の動作を制御する。また、データ格納ユニット１８
は条件出しユニット１７に対し、必要に応じてデータを
供給し、また条件出しユニット１７から送られるデータ
を格納すると共に画像処理ユニット１３で処理されたエ
ミッション像データをリファレンスデータとして格納す
る機能を有する。

【００４６】図８は、図７に示す解析装置の動作の一例
を示すフローチャートである。以下、このフローチャー
トを参照して図７の装置の動作を説明する。

【００４７】まず、ステップＳ１においてＩＤＤスタン
バイ不良であるかどうが判定される。ＩＤＤスタンバイ
不良であると判定された場合には、次にステップＳ２に
おいて、ファンクションテスタ１１からの結果に基づい
て、リーク電流が数ｍＡ以上かそうでないかが判定され
る。リーク電流が数ｍＡ未満の場合には、ステップＳ３
においてエミッション解析装置１２によりＥＭＳ解析が
行われる。

【００４８】リーク電流が数ｍＡ以上であると判定され
た場合には、別の解析方法によって故障解析を行うよう
にしてもよい。この別の解析方法としては、例えば、液
晶をチップ表面に塗布し、リーク電流が発生して温度が
部分的に高くなっている位置の液晶の状態が変化（変
色）することを利用する液晶解析法や、高波長領域の発
光を利用するThemos解析法がある。

【００４９】先のステップＳ１において、ＩＤＤスタン
バイ不良ではないと判定された場合には、次にステップ
Ｓ４において、ファンクション不良が発生しているかそ
うでないかがファンクションテスタ１１からの結果に基
づいて判定される。ファンクション不良が発生していな
ければ、そのチップは良品と判定される。一方、ファン
クション不良が発生している場合には、次にステップＳ
５において、全てのファンクションがＮＧであるいわゆ
るメタ不良であるかそうでないかが判定される。メタ不
良と判定された場合には、従来から行われているシミュ
レータとエレクトロンビームテスタ（ＥＢＴ）とを用い
た故障箇所特定方法により、故障箇所を特定するように
してもよい。

【００５０】また、ステップＳ５において、メタ不良で
はなく、特定のファンクション不良が発生している判定
された場合には、次のステップＳ６において、エミッシ
ョン解析装置１２によりＩＤＤ−ＥＭＳ解析が行われ
る。すなわち、図１を用いて説明したように、画像処理
ユニット１３において、良品のサンプルが動作する際に
エミッション解析装置１２によって得られる発光像と、
不良品のサンプルが動作する際にエミッション解析装置
１２によって得られる発光像とを用いた種々の画像処理
に基づいて不良のサンプルの故障箇所が特定される。

【００５１】また、上記ステップＳ６において、エミッ
ション解析装置１２によって発光が検出されない場合に
は、先の場合と同様に、従来から行われているシミュレ
ータとエレクトロンビームテスタとを用いた故障箇所特
定方法により、故障箇所を特定するようにしてもよい。

【００５２】さらに、ステップＳ６において、エミッシ
ョン解析装置１２によって発光が検出された後は、ステ
ップＳ７において、モニタ１４で故障解析が行われてい
る半導体集積回路チップのレイアウトデータと共に、故
障箇所に対応した位置に丸印などの所定のマークが重な
った状態で画像表示がなされ、故障箇所の絞込みが行わ
れる。なお、この後、エレクトロンビームテスタを用い
て、ＥＭＳ発光箇所に基づいてＥＢＴ解析により、より
詳細な故障位置の特定を行うようにしてもよい。

【００５３】ところで、上記図８のフローチャート中の
ステップＳ６におけるＩＤＤ−ＥＭＳ解析の際に、故障
解析の条件の抽出及び最適化がプログラム動作によって
自動的に行われるが、以下にその動作の一例を図９のフ
ローチャートを参照して説明する。

【００５４】先に説明したように、ファンクションテス
タ１１からエミッション解析装置１２内に設置されてい
るサンプル（半導体集積回路チップやウエハー）に対
し、電源電圧及びテスト信号が供給され、半導体集積回
路チップがファンクションテスト状態にされる。そこ
で、まず、ステップＳ１１において、フェイルしている
ファンクションパターン（ＦＣＮパターン）が抽出され
る。このＦＣＮパターンの抽出はコントロールユニット
１６により行われる。例えば、図１０に示すように、フ
ァンクションテスタ１１からサンプルに対し、Ａ０１〜
Ａ１００の１００通りのファンクションパターンが供給
された際に、ファンクションパターンＡ０３のみがＮＧ
（フェイル）であり、それ以外のファンクションパター
ンについては全てＰＡＳＳ（正常）であったとすると、
ファンクションパターンＡ０３がフェイルしているパタ
ーンとして抽出される。

【００５５】次に、ステップＳ１２において、擬似発光
調査が行われ、最適条件が抽出され、データベースに格
納される。すなわち、このステップＳ１２では、条件出
しユニット１７からの指示に従ってファンクションテス
タ１１、エミッション解析装置１２及び画像処理ユニッ
ト１３の動作が制御され、サンプルの種々の動作条件に
おける擬似発光の発生箇所の数が調査される。

【００５６】この場合の動作条件とは、サンプルに供給
される電源電圧の値、ホットエレクトロンの積算時間、
サンプルの動作周波数、サンプルの動作温度、発光の周
波数特性などである。そして、これらの値をパラメータ
として種々に変化させたときの擬似発光の数が調査され
る。

【００５７】例えば、３種の動作周波数１００ＫＨｚ，
１ＭＨｚ，４ＭＨｚのそれぞれに対し電源電圧及び積算
時間を変化させた時に、エミッション解析装置１２で得
られる擬似発光の数を調べたところ、例えば図１１に示
すようなデータが得られたとする。

【００５８】図１２は、図１１に示される調査結果をま
とめて特性曲線として表したものである。この特性曲線
はアナログ混載品の場合を例示しており、擬似発光がな
い場合を含む擬似発光が１０個以下の場合を解析可能と
しており、解析可能領域における電源電圧及び積算時間
が、抽出された最適条件としてデータ格納ユニット１８
にデータベースとして格納される。

【００５９】次に、ステップＳ１３において、故障解析
を行うサンプルに対しフェイルパターンを繰り返し供給
してＥＭＳ解析を実施する。この場合、ステップＳ１２
において得られた最適条件の下でサンプルを動作させる
ために、条件出しユニット１７はデータ格納ユニット１
８のデータベースから解析可能領域における電源電圧や
積算時間などのデータを取得し、このデータに基づいて
ファンクションテスタ１１、エミッション解析装置１２
の動作を制御する。これにより、ファンクションテスタ
１１はあるサンプルに対し、そのサンプルが最適な条件
で動作するような値の電源電圧を発生し、エミッション
解析装置１２は最適な積算時間でホットエレクトロンの
積算を行うように動作する。

【００６０】次に、ステップＳ１４において、良品条
件、不良品条件にてエミッション解析装置１２で発光像
を得る。不良品条件とはサンプルが故障している判断さ
れるテストパターンが与えられる条件であり、良品条件
とはフェイルパターンのベクターの１つ前に遡りそこで
ループをかけてテストパターンが与えられる条件であ
る。

【００６１】すなわち、この場合には良品のサンプルの
代わりに故障解析が行われるサンプル自体が使用され
る。そして、エミッション解析装置１２により良品条
件、不良品条件にて得られた発光画像を用いて画像処理
ユニット１３で画像処理、例えば両画像の差分処理を行
い、この差分処理結果に基づいて不良の半導体集積回路
チップの故障箇所を特定し、故障箇所の絞込みを行う。

【００６２】次に、ステップＳ１５において、良品条件
にて得られた発光画像をその波長と共にデータ格納ユニ
ット１８に格納し、次回に同じ種類のサンプルを解析す
る際のリファレンスデータとして再利用できるようにす
る。

【００６３】図１３は、エミッション解析装置１２で得
られた発光像及び画像処理ユニット１３で画像処理され
た後の発光像の一例を示している。図１３（ａ）に示さ
れる良品条件にてエミッション解析装置１２で得られた
発光像から、図１３（ｂ）に示される不良品条件にてエ
ミッション解析装置１２で得られた発光像を差し引くこ
とで、図１３（ｃ）に示されるように故障箇所のみが抽
出された画像が得られる。

【００６４】このように上記実施の形態によれば、第１
の実施の形態の場合と同様に、シミュレータとＥＢテス
タとを用いた従来の方法のような多大な前準備が不要と
なり、短時間で故障箇所を特定することができる上に、
ＥＭＳにて解析できなかったアナログ混載品やダイナミ
ック型製品などの解析を行うことができるという効果が
得られる上に、サンプルの故障解析を行う際の条件を抽
出して最適化する動作をプログラム制御によって自動的
に行わせるようにしたので、最適化に要する時間を大幅
に短縮することができるという効果がさらに得られる。

【００６５】なお、上記第２の実施の形態では、故障解
析を行う際に最適化する条件が、サンプルに供給する電
圧電圧、エミッション解析装置におけるエミッション光
の積算時間、サンプルの動作周波数である場合について
説明したが、これはその他にテストパターン、テスト時
間、サンプル温度などを、最適化する条件としてもよ
い。

【００６６】また、上記第２の実施の形態において、画
像処理ユニット１３は、良品条件にてエミッション解析
装置１２で得られた発光像から、不良品条件にてエミッ
ション解析装置１２で得られた発光像を差し引くことで
故障箇所のみが抽出された画像データを得る場合につい
て説明したが、これは良品と不良品のサンプルに基づく
発光像でカラーリング差を設け、両発光像を画像処理に
よって加算することにより、故障箇所の色が濃くなって
その部分が強調されるような画像データを得るように変
更してもよい。このような画像処理ユニット１３におけ
る画像処理方法の変更は、データ格納ユニット１８内の
データベースから読み出されるデータに基づく条件出し
ユニット１７からの指示により行われる。

【００６７】次にこの発明の第３の実施の形態に係る故
障解析装置について説明する。

【００６８】先に説明した第２の実施の形態に係る故障
解析装置では、エミッション解析装置１２によりＩＤＤ
Ａ−ＥＭＳ手法を用いて良品と不良品の発光像をそれぞ
れ取得し、その発光像から差異のある部分を抽出して故
障箇所の特定を行うようにしている。これによれば、あ
る程度の不良箇所の絞り込みは行えるが、それだけでは
真の不良箇所を特定することはできない。すなわち、前
段回路の故障が原因で次段回路にリーク電流が流れ、こ
のリーク電流が生じている箇所が発光し、故障箇所とし
て特定されてしまうことがある。

【００６９】そこで、この第３の実施の形態に係る故障
解析装置では、真の故障箇所を特定できるようにしたも
のであり、その構成を図１４のブロック図に示す。

【００７０】この実施の形態の故障解析装置は、図７の
ものに対してナビゲーションツールユニット１９、電位
測定ユニット２０及び電位比較ユニット２１が追加され
ている。なお、図７のものに対して追加されたこれら各
ユニットの動作も、先のコントロールユニット１６に基
づいて制御される。

【００７１】ナビゲーションツールユニット１９は、サ
ンプル（例えば半導体集積回路チップ）のネットデー
タ、すなわち回路内の全てのノードデータ（接続デー
タ）及び座標データを有しており、画像処理ユニット１
３から発光点の座標データを受け、この座標データに対
応したノードの前段回路のノードに応じたノードデータ
と座標データとを発生する。ナビゲーションツールユニ
ット１９で発生された座標データは電位測定ユニット２
０に供給され、ノードデータは電位比較ユニット２１に
供給される。また、ナビゲーションツールユニット１９
で発生された座標データ及びノードデータはコントロー
ルユニット１６にも供給される。

【００７２】電位測定ユニット２０は、例えば静電測定
器や、レーザや超音波を用いた電位測定器からなり、エ
ミッション解析装置１２内に設置されて動作状態にされ
ているサンプルの、上記ナビゲーションツールユニット
１９で発生される座標データに対応した位置における配
線表面の絶対電位又は相対電位を、サンプルに対して非
接触で測定するものである。電位測定ユニット２０で測
定されたサンプルの電位は電位比較ユニット２１に供給
される。

【００７３】電位比較ユニット２１は、故障解析が行わ
れるサンプルの全てのノードにおける電位の期待値デー
タを予め格納しており、電位比較ユニット２１で測定さ
れた電位を、ナビゲーションツールユニット１９から入
力するノードデータに対応したノードの期待値と比較す
る。そして、この比較結果はコントロールユニット１６
に供給される。

【００７４】電位比較ユニット２１からの比較結果を受
けたコントロールユニット１６は、ナビゲーションツー
ルユニット１９の動作を制御する。これによりナビゲー
ションツールユニット１９は、電位測定ユニット２０に
対し前段回路に遡って順次座標データを出力し、かつ電
位比較ユニット２１に対して対応するノードデータを出
力する。そして、電位測定ユニット２０で測定された電
位と期待値とに差がある位置が真の故障箇所であり、こ
の箇所に対応した座標データがコントロールユニット１
６からモニタ１４に送られ、モニタ１４で表示される。
このとき、モニタ１４では、故障箇所に対応した位置に
前記所定のマークが重なった状態で画像が表示されるよ
うにしてもよく、さらには測定された電位がその位置の
期待値と共に表示されるようにしてもよい。

【００７５】このように、第３の実施の形態によれば、
ナビゲーションツールユニット１９によって前段回路を
順次辿っていき、電位測定ユニット２０でサンプルの電
位を測定し、さらに電位比較ユニット２１で期待値と比
較するようにしたので、発光していない真の故障箇所を
特定することができる。

【００７６】従来、真の故障箇所の特定を行う場合、専
門技術者によるＥＢＴ解析を行う必要があったが、この
実施の形態の装置によれば専門技術者は不要となる。ま
た、静電測定器や、レーザまたは超音波を用いた電位測
定器からなる電位測定ユニット２０は、大気中で電位の
測定が行えるので、ＥＢＴなどで行うようなサンプルが
設置されている環境を低い気圧にするためのいわゆる真
空引き作業が不要となり、解析時間のさらなる短縮化が
達成される。例えば、真空引き作業はサンプルがチップ
の場合には１時間程度、ウエハーの場合には８時間程度
を要する。

【００７７】これに対し、上記第３の実施の形態の場合
には、ＩＤＤ−ＥＭＳ手法を用いてある程度の確度で故
障箇所の特定を行ってから、電位測定及び比較による真
の故障箇所の特定を行うために、大幅な時間短縮が可能
となり、ＥＢＴ解析による場合と比べて約１／１０に短
縮することができた。さらに、故障箇所の特定率の精度
もほぼ１００％となり、ＩＤＤ−ＥＭＳ手法による精度
（例えば７０％）に比べて大幅に向上する。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
故障箇所の特定に要する期間の短縮を図ることができ、
かつダイナミック製品やアナログ混載製品の故障解析も
行うことができる半導体集積回路の故障解析装置及び故
障解析方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係る故障解析装
置の構成を示すブロック図。

【図２】図１の故障解析装置で解析を行う半導体集積回
路の一例を示す回路図。

【図３】図２の回路における入出力信号とそこに流れる
電流の波形を示す図。

【図４】種々の電源電圧と周波数及び積算時間における
疑似発光の発生数を示す特性図。

【図５】従来のスタンバイ−ＥＭＳ手法による方法によ
るバックグラウンド処理を示す図。

【図６】第１の実施の形態によるバックグラウンド処理
を示す図。

【図７】この発明の第２の実施の形態に係る故障解析装
置の構成を示すブロック図。

【図８】図７に示す解析装置の動作の一例を示すフロー
チャート。

【図９】図７に示す解析装置において故障解析の条件の
抽出及び最適化を行う際の動作の一例を示すフローチャ
ート。

【図１０】図７に示す解析装置においてファンクション
テスタからサンプルに対して供給されるファンクション
パターンの一例を示す図。

【図１１】図７に示す解析装置において３種の動作周波
数のそれぞれに対し電源電圧及び積算時間を変化させた
時にエミッション解析装置で得られる擬似発光の数を調
べた結果を示す図。

【図１２】図１１に示される調査結果をまとめて特性曲
線として表した図。

【図１３】図７に示す解析装置においてエミッション解
析装置で得られた発光像及び画像処理ユニットで画像処
理された後の発光像の一例を示す図。

【図１４】この発明の第３の実施の形態に係る故障解析
装置の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１１…ファンクションテスタ、 １２…エミッション解析装置、 １３…画像処理ユニット、 １４…モニタ、 １５…レイアウトデータ格納ユニット、 １６…コントロールユニット、 １７…条件出しユニット、 １８…データ格納ユニット、 １９…ナビゲーションツールユニット、 ２０…電位測定ユニット、 ２１…電位比較ユニット。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G032 AA00 AB19 AB20 AD10 AE06 AE08 AE09 AE10 AE12 AF07 AG01 5B057 AA03 BA01 DA03 DA07 DA16 DB02 DC32

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体集積回路を動作させるためのテス
   ト信号を発生するテスト信号発生部と、 それぞれ上記テスト信号を受けて動作する良品の半導体
   集積回路から放出されるホットエレクトロンによる発光
   像と故障解析を行う半導体集積回路から放出されるホッ
   トエレクトロンによる発光像とを検出し、両発光像を比
   較して故障箇所を特定する解析部とを具備したことを特
   徴とする半導体集積回路の故障解析装置。
2. 【請求項２】 前記解析部は、前記良品の半導体集積回
   路から放出されるホットエレクトロンによる発光像と前
   記故障解析を行う半導体集積回路から放出されるホット
   エレクトロンによる発光像との差に基づいて故障箇所を
   特定することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積
   回路の故障解析装置。
3. 【請求項３】 試験装置から良品の半導体集積回路と故
   障解析を行う半導体集積回路とに対してテスト信号を供
   給することによって良品の半導体集積回路と故障解析を
   行う半導体集積回路とをそれぞれ動作させ、 エミッション解析装置により、上記良品の半導体集積回
   路と故障解析を行う半導体集積回路とから放出されるホ
   ットエレクトロンによる発光像を検出し、これら検出さ
   れた両発光像の差に基づいて故障箇所を特定することを
   特徴とする半導体集積回路の故障解析方法。
4. 【請求項４】 テスト信号を発生し、半導体集積回路に
   供給してファンクションテストを行うファンクションテ
   スタと、 ファンクションテスト時の半導体集積回路から放出され
   るホットエレクトロンによる発光像を検知するエミッシ
   ョン解析装置と、 上記エミッション解析装置によって検知された良品の半
   導体集積回路における発光像と、故障解析を行う半導体
   集積回路における発光像とを比較する画像処理装置と、 上記画像処理装置からの比較結果を受け、故障解析を行
   う半導体集積回路における故障箇所を表示する表示装置
   とを具備したことを特徴とする半導体集積回路の故障解
   析装置。
5. 【請求項５】 電源電圧及びテスト信号を発生し、半導
   体集積回路に供給してファンクションテストを行うファ
   ンクションテスタと、 ファンクションテスト時の半導体集積回路から放出され
   るホットエレクトロンによる発光像を検知する、ホット
   エレクトロンの積算時間が可変のエミッション解析装置
   と、 上記エミッション解析装置によって検知された良品の半
   導体集積回路における発光像と、故障解析を行う半導体
   集積回路における発光像とを比較する画像処理装置と、 上記画像処理装置からの比較結果を受け、故障解析を行
   う半導体集積回路における故障箇所を表示する表示装置
   と、 少なくとも上記ファンクションテスタで発生される電源
   電圧の値及び／又は上記エミッション解析装置における
   ホットエレクトロンの積算時間を種々に変えて動作条件
   を変更し、その都度、故障解析を行う半導体集積回路を
   上記ファンクションテスタによって動作させて上記エミ
   ッション解析装置で検知された発光像における擬似発光
   の発生数を調査し、擬似発光の発生数が所定数以下とな
   る動作条件を自動的に取得する手段とを具備し、 上記手段によって取得された動作条件に基づいて上記フ
   ァンクションテスタ及び／又は上記エミッション解析装
   置を動作させるようにしたことを特徴とする半導体集積
   回路の故障解析装置。
6. 【請求項６】 前記画像処理装置は、前記エミッション
   解析装置によって検知された良品の半導体集積回路にお
   ける発光像と、故障解析を行う半導体集積回路における
   発光像とを比較して故障箇所に対応した座標データを出
   力するものであり、 故障解析を行う半導体集積回路のネットデータ及び座標
   データを有し、前記画像処理装置から出力される座標デ
   ータを受け、この座標データに対応したノードの前段回
   路のノードに応じたノードデータと座標データとを順次
   発生するナビゲーション装置と、 上記ナビゲーション装置で発生される座標データに対応
   した位置における前記半導体集積回路の表面の電位を測
   定する電位測定装置と、 故障解析が行われる半導体集積回路の全てのノードにお
   ける電位の期待値データを格納し、上記電位測定装置で
   測定された電位を、ナビゲーション装置から入力するノ
   ードデータに対応したノードの期待値と比較する電位比
   較装置と、 上記電位比較装置の出力を受け、上記電位比較装置で測
   定された電位が、上記ナビゲーション装置から入力する
   ノードデータに対応したノードの期待値と不一致である
   場合に、少なくともそのノードの座標データを出力する
   手段とをさらに具備したことを特徴とする請求項５記載
   の半導体集積回路の故障解析装置。