JP2002055146A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップの不良解析における不良箇所の
検出感度向上を図る。 【解決手段】 赤外線２を走査板のスリットに通して半
導体チップ１の主面１ａの微小領域を照射するととも
に、赤外線２をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ走査して
配線１ｂを微小領域ごとに加熱し、この微小領域に対応
させて電流値を監視することにより、配線ショート１ｄ
や素子リーク１ｅなどの不良箇所ではその直上の位置に
て電流値が大きく変動するため、この時の座標をスキャ
ナ座標に変換することによって前記不良箇所の位置の検
出感度の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関し、特に、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circui
t) の不良解析の精度および効率向上に適用して有効な
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。

【０００３】半導体製造工程において、ＬＳＩ中のショ
ート箇所などの不良解析には、発熱解析装置を使用する
場合が多い。

【０００４】その際、ショート不良が発生している半導
体チップでは、そのショート端子間に電圧を印加すると
ショート箇所が加熱され、加熱温度にしたがって、チッ
プ外に赤外線を放射する。

【０００５】前記発熱解析装置は、このショート箇所か
ら放射された赤外線を検出する装置である。

【０００６】なお、ＬＳＩの解析装置と解析方法につい
ては、例えば、特開平７−１４８９８号公報に記載され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術の発熱解析装置を使用する際、ショート抵抗値によっ
ては十分な発熱が得られず、その結果、不良箇所の検出
が困難になるという問題が起こる。

【０００８】以下に、その具体的な問題点を示す。

【０００９】１．発熱解析装置の検出感度は、例えば、
アルミ配線の場合、ショート抵抗値で数百Ω程度が良好
であり、これ以外の抵抗値を有するショート不良につい
ては、検出感度が低下する。

【００１０】２．高抵抗（〜ＭΩ）になると電流が得ら
れないため加熱が不十分となり、ショート箇所の検出が
困難となる。

【００１１】３．低抵抗（〜数十Ω）では、電流が流れ
過ぎるためにＬＳＩ全体が発熱し、不良箇所の検出が困
難となる。

【００１２】４．発熱により、不良箇所周辺も同時に加
熱されるため、不良箇所をピンポイントレベルで検出す
るのが困難となる。

【００１３】前記１〜４により、ショート箇所の検出感
度が不十分となり、ショート抵抗値によっては全く発熱
点が検出できなかったり、あるいは、発熱点が広がって
しまい、素子レベルでの不良箇所の検出ができなくなる
ことがある。

【００１４】その結果、不良原因が究明できず、不良に
対しての対策が実施できないことが問題となる。

【００１５】本発明の目的は、不良箇所の検出感度の向
上を図る半導体装置の製造方法を提供することにある。

【００１６】また、本発明のその他の目的は、不良解析
の精度および効率の向上を図る半導体装置の製造方法を
提供することにある。

【００１７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１９】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、微小領域に選択的に印加可能な抵抗可変手段を用い
て半導体チップの主面に前記抵抗可変手段を走査する工
程と、前記抵抗可変手段の前記走査によって起こる前記
半導体チップの不良箇所の抵抗変化による電流変動を検
知して前記半導体チップの前記不良箇所の位置を検出す
る工程とを有するものである。

【００２０】本発明によれば、ショート箇所などの不良
箇所を含むＬＳＩのみその不良箇所の直上で電流を変動
させることができ、したがって、ピンポイントレベルで
不良箇所を検出することが可能になる。

【００２１】これにより、不良箇所の検出感度を向上で
き、その結果、不良解析の高精度化および高効率化を図
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の機能を有する部材には同
一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【００２３】図１は本発明の実施の形態の半導体装置の
製造方法に用いられる不良解析装置の構成の一例を示す
構成概念図、図２（ａ),（ｂ）は図１に示す不良解析装
置による選択的な赤外線照射方法の原理の一例を示す概
念図、図３は図１に示す不良解析装置による赤外線照射
方法の一例を示す概念図、図４は図１に示す不良解析装
置による不良解析の具体例を示す解析図である。

【００２４】本実施の形態の半導体装置の製造方法で用
いられる図１に示す不良解析装置は、例えば、最小設計
寸法０.2μｍのＣＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor)
デバイスが形成された半導体チップ１において、図４に
示す配線１ｂや素子１ｃに生じた配線ショート１ｄや素
子リーク１ｅなどの不良を検知してその位置（不良箇
所）を解析するものである。

【００２５】そこで、前記不良解析装置は、非接触方式
で、かつ微小領域に選択的に印加可能な抵抗可変手段を
用いて半導体チップ１の主面１ａに前記抵抗可変手段を
走査し、この走査によって起こる半導体チップ１の不良
箇所の抵抗変化による電流変動を検知して半導体チップ
１の前記不良箇所の位置を検出するものである。

【００２６】本実施の形態では、前記抵抗可変手段とし
て図３に示すような赤外線２を用い、この赤外線２の照
射による温度上昇およびその抵抗値変化による電流変動
を検知するものである。

【００２７】なお、赤外線２の微小領域への選択的な照
射（印加）方法として、図１、図２（ａ),（ｂ）に示す
ように赤外線２を回折させる可動ミラー３と、スリット
４ａが形成された走査板４とを用い、図１に示すよう
に、可動ミラー３を移動させることによって半導体チッ
プ１の主面１ａのほぼ全域に亘って前記抵抗可変手段で
ある赤外線２を走査するとともに、図２に示すように、
赤外線２を走査板４のスリット４ａに通すことにより、
半導体チップ１の主面１ａの微小領域を照射できる。

【００２８】このような方法で、赤外線２を図２（ｂ）
に示すようにＸ方向１６およびＹ方向１７にそれぞれ走
査し、この走査による赤外線２の照射によって配線１ｂ
を微小領域ごとに加熱する。その際、前記微小領域に対
応させて電流値を監視することにより、不良箇所ではそ
の直上の位置にて電流値が大きく変動し、この時の座標
をスキャナ座標に変換することで不良箇所の位置検出を
行なう。

【００２９】次に、図１〜図４を用いて前記不良解析装
置の構成について説明すると、半導体チップ１（半導体
ウェハでもよい）を支持するチャック機能と半導体チッ
プ１を冷却する冷却機能とを有した支持台５と、半導体
チップ１の表面電極であるパッド１ｆに接触させて導通
を取るコンタクトピン６ａを備えたプローブカード６
（マニュピュレータでもよい）と、赤外線２を放出する
図２（ａ）に示すフィラメント７ａを備えて半導体チッ
プ１に赤外線２を照射する赤外線照射部７と、赤外線照
射部７を制御する赤外線照射制御部８と、平行移動自在
に設置されるとともに赤外線２を反射させて回折させる
可動ミラー３と、可動ミラー３の移動速度を制御すると
ともに可動ミラー３の移動座標を認識するミラー駆動制
御部９と、半導体チップ１に電圧を印加するパターン発
生器である電源装置１０とを備えている。

【００３０】さらに、前記不良解析装置は、ミラー駆動
制御部９によって監視される可動ミラー３のＸＹ座標と
電流計１１によって計測される電流値とを重ね合わせる
電流／座標重ね合わせ部１２と、電流／座標重ね合わせ
部１２から送られる情報を基に電流値／座標の関係をグ
ラフ化するデータ処理部１３ｂおよび図４に示すような
電流値／座標の関係のグラフを表示するモニタ部１３ａ
が設けられたパーソナルコンピュータ１３とを備えてい
る。

【００３１】また、赤外線照射制御部８では、赤外線照
射部７からの赤外線２の照射量（Ｊ／ｃｍ² ）を制御す
ることができ、これによって、評価用の半導体チップ１
に最適な照射条件を選択することができる。

【００３２】また、ミラー駆動制御部９では、可動ミラ
ー３の移動速度および移動量を制御することができ、こ
れによって、低倍で不良箇所を絞り込んだ後、さらに、
微小領域を評価してトランジスタレベルで不良箇所の位
置を検出できる。

【００３３】次に、本実施の形態の半導体装置の製造方
法について説明する。

【００３４】なお、前記半導体装置の製造方法は、図１
に示す不良解析装置を用いるものである。

【００３５】まず、不良が確認されている半導体チップ
１を支持台５の上に載置する。その際、半導体チップ１
内で温度分布にばらつきが生じないように半導体チップ
１を均等に支持する。

【００３６】続いて、プローブカード６（またはマニュ
ピュレータでもよい）のコンタクトピン６ａを半導体チ
ップ１のパッド１ｆに接触させてプローブカード６と半
導体チップ１とを導通させた後、電源装置１０によって
電圧を印加する。なお、この時に印加する電圧は、過電
流による不良箇所の溶融などを考慮して定格電源電圧以
下とする。

【００３７】その後、本実施の形態の半導体装置の製造
方法では、微小領域に選択的に照射（印加）可能な赤外
線２（抵抗可変手段）を用いて半導体チップ１の主面１
ａに赤外線２を走査し、この走査で起こる半導体チップ
１の不良箇所の抵抗変化による電流変動を検知して半導
体チップ１の不良箇所の位置を検出する。

【００３８】そこで、まず、赤外線照射制御部８によっ
て赤外線２の照射量（Ｊ／ｃｍ² ）を制御して赤外線照
射部７から赤外線２を照射する。

【００３９】なお、放射された赤外線２を図２（ａ）に
示すように走査板４のスリット４ａに通すことにより、
赤外線２を図２（ｂ）に示すように線状化し、半導体チ
ップ１の主面１ａの微小領域を照射することができる。
その際、赤外線２の照射幅は、赤外線照射部７によって
調節する。

【００４０】また、赤外線照射部７から放射された赤外
線２は可動ミラー３によって回折され、これによって、
半導体チップ１の主面１ａ（回路パターンが形成された
面）に到達する。

【００４１】さらに、半導体チップ１の主面１ａに照射
された赤外線２は、図４に示すように、半導体チップ１
のシリコン基板１ｇ上に形成された配線層１ｉの絶縁膜
１ｈを通り抜けて配線１ｂに到達し、これによって、配
線１ｂを加熱する。

【００４２】続いて、半導体チップ１に電圧を印加した
状態で、ミラー駆動制御部９の駆動により可動ミラー３
を移動させて赤外線２をＸ方向１６およびＹ方向１７の
所望の走査方向１８に走査させる。

【００４３】これにより、半導体チップ１の内部の図４
に示す不良である配線ショート１ｄの箇所では抵抗値が
大きくなって、その結果、電流値／座標グラフのＡ部に
示すように、電流値ピークは最小値となる。

【００４４】これに対して、図４に示す素子リーク１ｅ
の箇所では抵抗値が小さくなって、その結果、電流値／
座標グラフのＢ部に示すように、電流値ピークは最大値
となる。

【００４５】これらの電流値ピークを電流計１１によっ
て観察する。

【００４６】なお、例えば、拡散層に不良が発生してい
る場合でも、加熱によって半導体抵抗が減少するため、
同様に電流計１１によって観察できる。

【００４７】このようにして取得した電流計１１の電流
値ピークのデータと、ミラー駆動制御部９の線状の赤外
線２の座標データとを図１に示す電流／座標重ね合わせ
部１２によって重ね合わせることにより、不良箇所の位
置を検出することが可能になる。

【００４８】すなわち、図４の電流値／座標グラフに示
すように、正常チップ１４の電流値変動では異常な電流
値ピークは検出されないが、不良チップ１５では、不良
箇所の直上に赤外線２が移動した時（座標Ｘ１および座
標Ｘ２）に異常な電流値ピークが検出される。

【００４９】これによって、半導体チップ１の内部での
配線ショート１ｄや素子リーク１ｅなどの不良箇所の位
置を検出することができる。

【００５０】なお、不良箇所の検出後は、前記検出結果
に基づいて、半導体チップ１の主面１ａをその上方から
機械的研磨し、所望の層を露出させ、この露出した面を
顕微鏡などで観察することにより、不良箇所の内部にお
ける詳細位置を認識する。

【００５１】その後、認識した不良箇所の内部位置を、
半導体設計の前工程におけるプロセス要素担当者などに
フィードバックし、これにより、前記プロセス要素担当
者が前記不良箇所での配線ショート１ｄや素子リーク１
ｅなどの不良に対しての対策を図る。

【００５２】このようにして、本実施の形態の半導体装
置の製造方法では、図１に示す不良解析装置による解析
結果を、前記プロセス要素担当者にフィードバックす
る。

【００５３】本実施の形態の半導体装置の製造方法によ
れば、以下のような作用効果が得られる。

【００５４】すなわち、微小領域に選択的に照射（印
加）可能な赤外線２（抵抗可変手段）を半導体チップ１
の主面１ａに走査してその不良箇所の抵抗変化による電
流変動を検知して不良解析を行うことにより、配線ショ
ート箇所や素子リーク箇所などの不良箇所を含む半導体
チップ１のみその不良箇所の直上で電流を変動させるこ
とができる。

【００５５】したがって、ピンポイントレベルで前記不
良箇所を検出することが可能になり、これにより、前記
不良箇所の検出感度を向上できる。

【００５６】さらに、前記不良箇所の検出感度を向上で
きるため、不良解析の高精度化および高効率化を図るこ
とができる。

【００５７】また、不良解析の高精度化および高効率化
を図ることができるため、不良発生・不良解析・対策ま
でを短縮することができ、したがって、歩留りの早期向
上および早期安定化を図ることができる。

【００５８】さらに、不良箇所の抵抗変化による電流変
動を検知して不良解析を行うことにより、簡易的に前記
不良箇所を検出でき、その結果、不良解析の簡素化を図
ることができる。

【００５９】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言う
までもない。

【００６０】例えば、前記実施の形態においては、抵抗
可変手段が赤外線２の場合について説明したが、前記抵
抗可変手段は、微小領域に印加することができるととも
に、非接触方式で、かつ不良箇所における抵抗値を変化
させることが可能な手段であれば、図５、図６の変形例
に示す加熱用針１９などを用いてもよい。

【００６１】図５および図６に示す加熱用針１９は、発
熱部材であり、この加熱用針１９を用いて半導体チップ
１を非接触方式で、かつＸ方向１６およびＹ方向１７の
走査方向１８に微小領域ごとに走査させることにより、
半導体チップ１の主面１ａをピンポイントで加熱するこ
とができ、その結果、前記実施の形態の赤外線２の場合
と同様の作用効果を得ることができる。

【００６２】なお、抵抗可変手段は、加熱に限らず、冷
却などによって不良箇所の抵抗値を変化させてもよい。

【００６３】また、前記実施の形態および前記変形例で
は、半導体チップ１を支持台５に載置して不良解析を行
う場合について説明したが、不良解析が行われる半導体
チップ１としては、ダイシング後の単体の半導体チップ
１であっても、あるいはダイシング前の半導体ウェハに
形成された状態の半導体チップ１であってもよい。

【００６４】したがって、ダイシング前の半導体チップ
１の不良解析を行う際には、ダイシング前の前記半導体
ウェハを図１に示す不良解析装置の支持台５に載置し、
前記半導体ウェハを支持台５によって保持した状態でこ
の半導体ウェハに形成された個々の半導体チップ１の不
良解析を行う。

【００６５】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００６６】（１）．微小領域に選択的に印加可能な抵
抗可変手段を半導体チップの主面に走査してその不良箇
所の抵抗変化による電流変動を検知して不良解析を行う
ことにより、不良箇所の直上で電流を変動させることが
できる。したがって、ピンポイントレベルで不良箇所を
検出することが可能になり、これにより、不良箇所の検
出感度を向上できる。

【００６７】（２）．前記（１）より、不良解析の高精
度化および高効率化を図ることができる。

【００６８】（３）．前記（２）より、不良発生・不良
解析・対策までを短縮することができ、したがって、歩
留りの早期向上および早期安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法に
用いられる不良解析装置の構成の一例を示す構成概念図
である。

【図２】（ａ),（ｂ）は図１に示す不良解析装置による
選択的な赤外線照射方法の原理の一例を示す概念図であ
る。

【図３】図１に示す不良解析装置による赤外線照射方法
の一例を示す概念図である。

【図４】図１に示す不良解析装置による不良解析の具体
例を示す解析図である。

【図５】図１に示す不良解析装置を用いた不良解析方法
に対する変形例の不良解析方法の原理を示す概念図であ
る。

【図６】図５に示す変形例の不良解析方法の基本概念を
示す概念図である。

【符号の説明】

１ 半導体チップ １ａ 主面 １ｂ 配線 １ｃ 素子 １ｄ 配線ショート（不良） １ｅ 素子リーク（不良） １ｆ パッド １ｇ シリコン基板 １ｈ 絶縁膜 １ｉ 配線層 ２ 赤外線（抵抗可変手段） ３ 可動ミラー ４ 走査板 ４ａ スリット ５ 支持台 ６ プローブカード ６ａ コンタクトピン ７ 赤外線照射部 ７ａ フィラメント ８ 赤外線照射制御部 ９ ミラー駆動制御部 １０ 電源装置 １１ 電流計 １２ 電流／座標重ね合わせ部 １３ パーソナルコンピュータ １３ａ モニタ部 １３ｂ データ処理部 １４ 正常チップ １５ 不良チップ １６ Ｘ方向 １７ Ｙ方向 １８ 走査方向 １９ 加熱用針（抵抗可変手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G032 AA00 AB01 AD08 AE12 AE14 AF07 2G060 AA09 AE40 AF07 AG03 EA07 EB09 GA01 HC19 JA05 KA16 4M106 AA01 AA02 BA01 BA08 CA04 CA10 CA16 DH09 DH16 DH31 DH44

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小領域に選択的に印加可能な抵抗可変
   手段を用いて半導体チップの主面に前記抵抗可変手段を
   走査する工程と、 前記抵抗可変手段の前記走査によって起こる前記半導体
   チップの不良箇所の抵抗変化による電流変動を検知して
   前記半導体チップの前記不良箇所の位置を検出する工程
   とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。