JP2003066115A

JP2003066115A - 半導体装置の故障解析方法および故障解析装置

Info

Publication number: JP2003066115A
Application number: JP2001251227A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamashita; 洋山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】赤外線レーザー光を用いても半導体装置の故
障箇所の特定を精度よく行える半導体装置の故障解析方
法および故障解析装置を提供する。【解決手段】半導体装置を搭載した半導体基板を裏面
研磨する（ステップ１）。次に、研磨された半導体基板
の裏面上の所定の箇所にマーキングする（ステップ
２）。次に、マーキングされた所定の箇所と面対称の位
置となる半導体基板の表面上の所定の箇所にマーキング
する（ステップ２）。次に、赤外線レーザービームを半
導体基板の裏面または表面から照射することにより半導
体装置の故障箇所を特定する（ステップ３）。次に、故
障箇所を荷電ビーム装置により解析する際に、マーキン
グ位置により故障箇所を特定する（ステップ４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の解析
方法、特に赤外線レーザーを用いた半導体基板裏面から
の故障箇所の解析方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、微細化に
伴う配線層の多層化に対応すべく、半導体基板裏面から
の解析手法が提案されている。

【０００３】例えば、特願平７−３０２６４９号の「半
導体デバイスの配線電流観察方法、検査方法および装
置」では、図６のフローチャートに示すような工程に従
って解析する。

【０００４】図６に示すように、ステップ１は半導体装
置の裏面を研磨する工程、ステップ２は赤外線レーザー
を半導体装置の裏面上に走査して故障箇所を特定する工
程、ステップ３は荷電ビーム装置により故障箇所を解析
する工程である。

【０００５】まず、ステップ１では、半導体装置の半導
体基板を紙やすりや研磨機により数１００μｍの厚さに
なるまで研磨し、さらに研磨材を用いて鏡面研磨を施
す。

【０００６】次に、ステップ２では、赤外線ビームを半
導体装置の被観測領域に半導体基板の裏面から照射し、
この赤外線ビームの照射に伴ってこの半導体装置のグラ
ンド端子に現われる電流の変化を検出する。この被観測
領域の配線電流観測を行うことにより、故障箇所８を特
定する。

【０００７】次に、ステップ３では、走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、集束イオン
ビーム装置（ＦＩＢ）などの荷電ビーム装置を用いて、
故障箇所８について詳細な観察や分析を実施し、故障原
因を解明する。

【０００８】上記のような方法では、半導体基板の裏面
から故障箇所を観測するために、文献（Ｊｏｓｅｐｈ，
Ｔ．Ｗ．，Ａ．Ｌ．ＢｅｒｒｙａｎｄＢ．Ｂｏｓｓ
ｍａｎ，”ＩｎｆｒａｒｅｄＬａｓｅｒＭｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｙｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｎＨｅ
ａｖｉｌｙＤｏｐｅｄＳｉｌｉｃｏｎ，”Ｐｒｏ
ｃ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ
ｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇａｎｄＦａｉｌｕｒｅＡｎ
ａｌｙｓｉｓ，ｐｐ．１−７（１９９２））に開示され
ているように、例えば半導体基板の場合には１．０μｍ
以上の波長が必要であり、ＯＢＩＣ電流現象を抑えるこ
とを考慮すれば、１．３μｍ付近が最適である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学顕
微鏡の分解能は光源の波長に依存するため、可視光に比
べて、波長の長い赤外線レーザー光を用いた場合、像の
分解能は劣り、異常箇所の特定がきわめて困難であると
いう課題が生じる。

【００１０】本発明は、このような従来の課題を解決す
るもので、赤外線レーザー光を用いても半導体装置の故
障箇所の特定を精度よく行える半導体装置の故障解析方
法および故障解析装置を提供することを目的とする。

【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、本発明の半導体装置の故障解析方法は、半導体装置
を搭載した半導体基板を裏面研磨する工程と、研磨され
た半導体基板の裏面上の所定の箇所にマーキングする工
程と、マーキングされた所定の箇所と面対称の位置とな
る半導体基板の表面上の所定の箇所にマーキングする工
程と、赤外線レーザービームを半導体基板の裏面または
表面から照射することにより半導体装置の故障箇所を特
定する工程とを有し、故障箇所を荷電ビーム装置により
解析する際に、マーキング位置により故障箇所を特定す
る。

【００１２】この構成によって、半導体基板裏面または
表面からマーキング箇所と故障箇所との相対的ＸＹ座標
をあらかじめ算出することにより、荷電ビーム装置によ
り解析する際に、半導体基板表面での故障箇所を精度よ
く特定することを可能にする。

【００１３】また、本発明の半導体装置の故障解析装置
は、半導体装置の故障箇所を特定する解析装置であっ
て、前記半導体装置に電力を供給する手段と、波長を可
変できる輻射ビーム源と、前記半導体装置の配線を、集
束した前記輻射ビームで走査する手段と、前記輻射ビー
ムによる走査箇所の各点の電流変化を検出して表示する
手段と、前記輻射ビームによる半導体基板からの発光を
検出して表示する手段とを備える。

【００１４】また、本発明の半導体装置の故障解析装置
において、輻射ビームは赤外線レーザービームまたは紫
外線レーザービームであることが好ましい。

【００１５】この構成によって、本発明の半導体装置の
故障解析装置では、半導体装置の半導体基板裏面から故
障箇所を特定すると同時に半導体基板の裏面または表面
にマーキングすることを可能にし、荷電ビーム装置によ
り解析する際に、半導体基板表面での故障箇所を精度よ
く特定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について、
図面を参照しながら説明する。

【００１７】図１は本発明の実施形態に係る、半導体装
置の故障解析方法のフローチャートを示す図である。

【００１８】図１に示すように、ステップ１は半導体装
置の裏面を研磨する工程、ステップ２は紫外線レーザー
を用いて半導体装置の裏面および表面にマーキングする
工程、ステップ３は赤外線レーザーを半導体装置の裏面
上に走査して故障箇所を検査する工程、ステップ４は荷
電ビーム装置により故障箇所を解析する工程である。

【００１９】まず、ステップ１では、半導体装置の半導
体基板を紙やすりや研磨機により数１００μｍの厚さに
なるまで研磨し、さらに研磨材を用いて鏡面研磨を施
す。

【００２０】次に、ステップ２では、紫外線レーザーを
用いて半導体装置の裏面上に輻射ビームを照射し、半導
体基板裏面上の所定の箇所にマーキングとなる凹部を形
成する。それに続いて、紫外線レーザーを用いて半導体
装置の表面上に輻射ビームを照射し、半導体基板裏面上
のマーキング箇所と面対称の位置関係にある半導体基板
表面上の所定の位置に、マーキングとなる凹部を形成す
る。

【００２１】次に、ステップ３では、赤外線ビームを半
導体装置の被観測領域に半導体基板の裏面から照射し、
この赤外線ビームの照射に伴ってこの半導体装置のグラ
ンド端子に現われる電流の変化を検出する。この被観測
領域の配線電流観測を行うことにより、故障箇所を特定
する。

【００２２】次に、ステップ４では、走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、集束イオン
ビーム装置（ＦＩＢ）などの荷電ビーム装置を用いて、
故障箇所８について詳細な観察や分析を実施し、故障原
因を解明する。

【００２３】次に、図２および図３により、本実施形態
をさらに詳しく説明する。

【００２４】図２は、上記ステップ１およびステップ２
における半導体装置の平面図および側面図である。

【００２５】まず、図２（ａ）に示すように、本実施形
態において、半導体装置１は半導体基板裏面２と半導体
基板表面３とを備えた半導体基板４の半導体基板表面３
側に搭載されている。次に、図２（ｂ）に示すように、
半導体装置１の半導体基板４を紙やすりや研磨機により
数１００μｍの厚さになるまで裏面から研磨し、さらに
研磨材を用いて鏡面研磨を施す。

【００２６】次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、
発振波長５３２ｎｍの紫外線レーザーを、輻射ビーム５
として研磨後の半導体基板４の裏面上に照射し、半導体
基板裏面２上の所定の箇所にマーキング６を施す。

【００２７】次に、図２（ｄ）に示すように、例えば、
発振波長５３２ｎｍの紫外線レーザーを、研磨後の半導
体基板表面３において、半導体基板裏面上のマーキング
６の位置と面対称の位置関係にある半導体基板表面３上
の所定の位置に、マーキング半導体基板表面のマーキン
グ７を施す。

【００２８】図３は上記ステップ４における半導体装置
の平面図である。

【００２９】まず、図３（ａ）に示した半導体基板裏面
２側において、図３（ｂ）に示すように、例えば、発振
波長１０６４ｎｍの赤外線レーザーを半導体装置の裏面
上で走査して故障箇所８を特定する。ここで、半導体基
板裏面２から故障箇所８が特定できれば、半導体基板裏
面のマーキング６と故障箇所８との相対座標（Ｘｂ，Ｙ
ｂ）が算出できる。

【００３０】このようにすれば、図３（ｃ）に示すよう
に、半導体基板表面３側での故障箇所８と半導体基板表
面のマーキング７との相対座標（Ｘｓ，Ｙｓ）は、次式
（１）の関係から求まる。

【００３１】Ｘｓ＝−Ｘｂ，Ｙｓ＝Ｙｂ（１）このように、半導体装置の半導体基板裏面からの故障箇
所に対応する半導体基板表面での故障箇所を精度よく特
定することが可能になり、故障箇所の解析を容易にす
る。

【００３２】次に、図示しないが、走査電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、集束イオンビー
ム装置（ＦＩＢ）などの荷電ビーム装置を用いて、故障
箇所８について詳細な観察や分析を実施することによ
り、故障原因を解明する。

【００３３】以上のような半導体装置の故障解析方法に
よれば、半導体装置を構成する半導体基板を裏面研磨
し、半導体基板裏面の所定の箇所に施したマーキング箇
所と面対称の位置関係にある半導体基板表面上の所定の
位置に、マーキングを施すことによって、赤外線レーザ
ービームを半導体基板の裏面または表面から照射するこ
とにより半導体装置の故障箇所を特定することができ、
故障箇所を荷電ビーム装置により解析する際、マーキン
グ位置により故障箇所を求めれば、容易にかつ正確に故
障箇所を特定し、解析できる。

【００３４】また、本発明では、荷電ビーム装置を用い
て解析について説明したが、二次イオン質量分析装置
（ＳＩＭＳ）、オージェ電子分光装置（ＡＥＳ）、Ｘ線
電子分光装置（ＸＰＳ）、エネルギー分散Ｘ線分光装置
（ＥＤＳ）を用いた解析についても同様の効果が得られ
る。

【００３５】また、本発明では、紫外線レーザーを用い
て半導体装置の裏面上に輻射ビームを照射し、半導体基
板裏面上の所定の箇所にマーキングとなる凹部を形成す
る工程と、それに続いて、紫外線レーザーを用いて半導
体装置の表面上に輻射ビームを照射し、半導体基板裏面
上のマーキング箇所と面対称の位置関係にある半導体基
板表面上の所定の位置に、マーキングとなる凹部を形成
する工程を、裏面研磨する工程と赤外線レーザーを半導
体装置の裏面上に走査して故障箇所を検査する工程との
間に設けたが、図４のように、赤外線レーザーを半導体
装置の裏面上に走査して故障箇所を特定する工程と荷電
ビーム装置により故障箇所を解析する工程との間に設け
ても同様な効果が得られる。

【００３６】図５は本発明の実施形態に係る半導体装置
の故障解析装置を示す構成図である。

【００３７】図５において、試料台９上には試料となる
表面に半導体装置１を搭載した半導体基板４が設置され
る。また、赤外線レーザービーム１０および紫外線レー
ザービーム１１が対物レンズ１２および顕微鏡部本体１
３を通してレーザー光源１４から照射される。また、定
電圧源１５、電流変化検出部１６、テストパターン発生
部１７、システム制御・信号処理部１８、像・波形表示
部１９、ＣＣＤカメラ２０、光源２１、ガラス板２２、
発光検出部２３が所定の動作をするように設置される。

【００３８】ここで、試料台９には試料として半導体基
板４がガラス板２２を介して設置されている。また、波
長が可変できるレーザー光源１４が用意されており、半
導体装置１の故障箇所を特定する場合はレーザービーム
として、例えば赤外線レーザービーム１０が用いられ
る。ここから射出される赤外線レーザービーム１０は顕
微鏡部本体１３に入射し、対物レンズ１２を介して半導
体装置１上に集束して照射される。

【００３９】試料台９には、定電圧源１５、電流変化検
出部１６、テストパターン発生部１７が接続されてい
る。テストパターン発生部１７は試料としての半導体装
置１をある特定の動作状態に設定するためのテストパタ
ーンを発生する部分である。

【００４０】試料台９に接続された定電圧源１５、電流
変化検出部１６およびテストパターン発生部１７は半導
体装置１の該当するピンと電気的に接続されている。発
光検出部２３は半導体装置１から放出される異常光を検
出する部分である。定電圧源１５、電流変化検出部１
６、顕微鏡部本体１３およびテストパターン発生部１７
はシステム全体を制御するとともに、取得した信号の処
理を行うためのシステム制御・信号処理部１８に接続さ
れている。

【００４１】システム制御・信号処理部１８は、図示し
ないが、ＣＰＵ（中央処理装置）とこの装置の制御プロ
グラムを格納する記憶部を備えており、所定の制御動作
や信号処理を行うようになっている。像・波形表示部１
９はＣＲＴからなり、このシステム制御・信号処理部１
８に接続されている。像・波形表示部１９には、所得し
た信号を処理した結果としての電流像、欠陥像または電
流波形が表示されるようになっている。

【００４２】半導体装置１にマーキングを施す際は、レ
ーザー光源１４を紫外線レーザーに選択して用いる。こ
こから射出される紫外線レーザービーム１１は顕微鏡部
本体１３に入射し、対物レンズ１２を介して半導体装置
１上に集束して照射される。

【００４３】このような故障解析装置を用いることによ
って、半導体装置の故障箇所の特定とマーキングを同時
にすることができ、その結果、簡便に故障箇所を特定
し、解析できる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置の故
障解析方法によれば、半導体装置を構成する半導体基板
を裏面研磨し、半導体基板裏面の所定の箇所に施したマ
ーキング箇所と面対称の位置関係にある半導体基板表面
上の所定の位置に、マーキングを施すことによって、赤
外線レーザービームを半導体基板の裏面または表面から
照射することにより半導体装置の故障箇所を特定するこ
とができ、故障箇所を荷電ビーム装置により解析する
際、マーキング位置により故障箇所を求めれば、容易に
かつ正確に故障箇所を特定し、解析できるという効果を
もたらす。

【００４５】また、本発明の半導体装置の故障解析装置
では、半導体装置の故障箇所の特定とマーキングを同時
にすることができ、その結果、簡便に故障箇所を特定
し、解析できるという効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の故障解析
方法のフローチャート

【図２】本発明の実施形態に係るステップ１およびステ
ップ２における半導体装置の平面図および側面図

【図３】本発明の実施形態に係るステップ４における半
導体装置の平面図

【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の故障解析
方法のフローチャートの変形例を示す図

【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の故障解析
装置を示す構成図

【図６】従来の半導体装置の故障解析方法のフローチャ
ート

【符号の説明】

１半導体装置２半導体基板裏面３半導体基板表面４半導体基板５輻射ビーム６半導体基板裏面のマーキング７半導体基板表面のマーキング８故障箇所９試料台１０赤外線レーザービーム１１紫外線レーザービーム１２対物レンズ１３顕微鏡部本体１４レーザー光源１５定電圧源１６電流変化検出部１７テストパターン発生部１８システム制御・信号処理部１９像・波形表示部２０ＣＣＤカメラ２１光源２２ガラス板２３発光検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置を搭載した半導体基板を裏面
研磨する工程と、前記研磨された半導体基板の裏面上の
所定の箇所にマーキングする工程と、前記マーキングさ
れた所定の箇所と面対称の位置となる前記半導体基板の
表面上の所定の箇所にマーキングする工程と、赤外線レ
ーザービームを半導体基板の裏面または表面から照射す
ることにより半導体装置の故障箇所を特定する工程とを
有し、前記故障箇所を荷電ビーム装置により解析する際
に、前記マーキング位置により故障箇所を特定すること
を特徴とする半導体装置の故障解析方法。
【請求項２】半導体装置の故障箇所を特定する解析装
置であって、前記半導体装置に電力を供給する手段と、
波長を可変できる輻射ビーム源と、前記半導体装置の配
線を、集束した前記輻射ビームで走査する手段と、前記
輻射ビームによる走査箇所の各点の電流変化を検出して
表示する手段と、前記輻射ビームによる半導体基板から
の発光を検出して表示する手段とを備えたことを特徴と
する半導体装置の故障解析装置。
【請求項３】輻射ビームは赤外線レーザービームまた
は紫外線レーザービームであることを特徴とする請求項
２記載の半導体装置の故障解析装置。