JP2004327858A

JP2004327858A - 半導体装置の検査方法および検査装置

Info

Publication number: JP2004327858A
Application number: JP2003122651A
Authority: JP
Inventors: Kenji Norimatsu; 研二則松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】半導体装置の回路配線の故障箇所を特定するのに必要な電流を自動的に作り出し、且つオープン故障箇所の特定ができる半導体装置の検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】半導体装置４２内のトランジスタを構成するｐｎ接合が導通状態にならない範囲のバイアス電圧を電圧源４３により印加して、光励起電流を生じさせる波長の第１の光４６を照射する。第１の光４６を照射した照射領域内に、更に光励起電流を生じさせない波長の第２の光４７を集束光学系４９により細く絞って照射し、照射スポットを局所的に加熱する。局所的に加熱された部位に流れる電流の変化を電流計４４により検出して故障箇所を特定する。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等の半導体装置の検査方法および検査装置に係わり、特に、半導体集積回路チップ上の配線の通電経路や配線系の故障箇所および、トランジスタの故障箇所を特定するのに好適な半導体装置の検査方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高性能化、高集積化にともない、回路配線の微細化、多層化が著しく進展している。
【０００３】
この半導体装置の微細な配線の通電経路や配線系のオープンまたはリーク（ショート）などの故障箇所を特定するための検査手法として種々の方法が提案されている。
【０００４】
その中に、配線にレーザ、電子、イオン連続ビームを照射して局所的に配線を加熱し照射部分の抵抗が変化する現象を利用して、その配線に流れている電流の変化から配線上にある欠陥を検出するＢＩＲＣＨ（ＢｅａｍＩｎｄｕｃｅｄＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＣｈａｎｇｅ）法が知られている。
【０００５】
しかし、このＢＩＲＣＨ法では、加熱により抵抗が変化すれば良いため、配線，半導体に拘わらず故障箇所の検出が可能であるが、電流通路が形成されない故障、即ちオープン故障の場合には、抵抗の変化を検出するための電流が故障箇所に流れないため適用できない。
【０００６】
また、故障箇所に電流が流れている状態を作り出すために、外部端子から検査信号およびテストパターンを印加するテストパターン発生装置が必要である。
【０００７】
更に、半導体基板にレーザビームや電子ビームが照射されると、半導体基板には電子・正孔対が発生し、これによっても回路配線に電流が流れる。レーザビームの場合にはＯＢＩＣ（ＯｐｔｉｃａｌＢｅａｍＩｎｄｕｃｅｄＣｕｒｒｅｎｔ）現象であり、電子ビームの場合はＥＢＩＣ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＩｎｄｕｃｅｄＣｕｒｒｅｎｔ）現象である。以下、簡単にＯＢＩＣ現象について記すが、ＥＢＩＣ現象の場合にも同様である。
【０００８】
このＯＢＩＣ信号は上述したＢＩＲＣＨ信号に重なって現れる。通常、ＢＩＲＣＨ信号はＯＢＩＣ信号よりも弱いため、ＯＢＩＣ信号に埋もれて見えなくなる問題がある。
【０００９】
更に、また、イオンビームを用いた場合には、照射箇所がスパッタされるため、非破壊での検査が困難になると言う問題がある。
【００１０】
このレーザビームを用いるＯＢＩＲＣＨ（ＯｐｔｉｃａｌＢｅａｍＩｎｄｕｃｅｄＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＣｈａｎｇｅ）法の問題を解決する半導体装置の検査方法および装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
この特許文献１に開示された検査方法および装置について、図を用いて説明する。図９はその検出原理を示す図で、図１０はその検査装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図９に示すように、配線１０１に電圧源１０２により電圧が印加され、配線１０１に流れる電流Ｉが電流計１０３によりモニターされている。この配線１０１にＯＢＩＣが発生しない波長のレーザビーム１０４を照射して局所的に加熱し、配線１０１の温度変化量ΔＴに対応した電流の変化量ΔＩを検出している。
【００１３】
図１０に示すように、試料台１１１に試料（集積回路）１１２がセットされ、検査箇所の配線に所定の電流が流れるように定電圧源１１３とテストパターン発生部１１４により電圧が印加されている。
【００１４】
次に、この検査箇所に顕微鏡１１５で細く絞ったＯＢＩＣを発生させない波長の赤外レーザ１１６を照射して局所的に加熱している。
【００１５】
そして、この検査箇所に流れる電流の変化を電流変化検出部１１７でモニターして、その結果をシステム制御・信号処理部１１８を介して像・波形表示部１１９に表示している。
【００１６】
しかしながら、この特許文献１に開示された検査方法および検査装置においては、依然として半導体装置の故障箇所に電流が流れている状態を作り出すために、外部端子から検査信号およびテストパターンを印加するテストパターン発生装置が必要である。特に、近年の多ピンパッケージに実装される集積度の高い半導体装置に適用するには大掛かりなテストパターン発生装置が必要になる問題がある。
【００１７】
また、電流通路が形成されないオープン故障には適用できない。
【００１８】
【特許文献１】
特開平９−１４５７９５号公報（４頁、図５）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、特許文献１に開示された半導体装置の検査方法および検査装置では、半導体装置の故障箇所に電流が流れている状態を作り出すために大掛かりなテストパターン発生装置が必要で、しかもオープン故障には適用できない問題がある。
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、大掛かりなテストパターン発生装置が不要で、且つオープン故障箇所の特定ができる半導体装置の検査方法および検査装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の検査方法では、半導体装置内のｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電圧を印加する工程と、この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す工程と、前記第１の光が照射された領域内に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する工程と、前記バイアス電圧を印加する電源端子と接地端子間の電流を検出する工程と、この電流の変化量から前記照射スポット内の回路配線の故障箇所を特定する工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の半導体装置の検査方法では、半導体装置内のｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電流を印加する工程と、この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す工程と、前記第１の光が照射された領域内に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する工程と、前記バイアス電流を印加する電源端子と接地端子間の電圧を検出する工程と、この電圧の変化量から前記照射スポット内の回路配線の故障箇所を特定する工程と、を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の半導体装置の検査装置では、半導体装置内のトランジスタを構成するｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電圧を印加する手段と、この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す手段と、前記第１の光の照射領域に、更に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する手段と、前記バイアス電圧を印加する電源端子と接地端子間の電流を検出する手段と、前記照射スポットで反射した前記第２の光ビームの反射光を検出する手段と、この第２の光ビームを前記半導体装置の面内で二次元的に走査する手段とこの反射光の強度および前記電流の変化量を、前記照射スポットの位置座標に対応させた前記半導体装置の光学像、前記電流変化像および、それらを重ね合わせた画像を生成する画像処理手段と、前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段とを有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の半導体装置の検査装置では、半導体装置内のトランジスタを構成するｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電流を印加する手段と、この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す手段と、前記第１の光の照射領域に、更に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する手段と、前記バイアス電流を印加する電源端子と接地端子間の電圧を検出する手段と、前記照射スポットで反射した前記第２の光ビームの反射光を検出する手段と、この第２の光ビームを前記半導体装置の面内で二次元的に走査する手段と、この反射光の強度および前記電圧の変化量を、前記照射スポットの位置座標に対応させた前記半導体装置の光学像、前記電圧変化像およびそれらを重ね合わせた画像を生成する画像処理手段と、前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段と、
を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、ｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電圧または電流を印加した状態でＯＢＩＣによりｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流し、半導体装置の故障箇所に電流が流れている状態を自動的作り出す手段を有するので、大掛かりなテストパターン発生装置が不要になり且つオープン故障箇所の特定ができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法の原理を説明するための図で、図１はＣＭＯＳインバータ回路からなる半導体装置の断面図、図２は図１の半導体装置内部のｐｎ接合部にバイアス電圧が印加される状態を示す回路配線図である。
【００２８】
図１に示すように、ＣＭＯＳインバータ回路は、ｎ型シリコン基板１１に形成されたｐ＋ソース１２、ｐ＋ドレイン１３、ゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５からなるｐチャンネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１６（以下、ｐ−ｃｈトランジスタという）と、ｎ型シリコン基板１１の内部に設けられたｐウェル領域１７に形成されたｎ＋ソース１８、ｎ＋ドレイン１９、ゲート絶縁膜２０およびゲート電極２１からなるｎチャンネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ２２（以下、ｎ−ｃｈトランジスタという）から構成されている。
【００２９】
そして、電圧源２３がｐ−ｃｈトランジスタ１６のｐ＋ソース１２とｐ＋コンタクト領域２４を介してｐウェル領域１７に接続され、接地端子２５がｎ型シリコン基板１１およびｎ−ｃｈトランジスタ２２のｎ＋ドレイン２７ｂに接続され、ｐウェル領域１７およびｎ−ｃｈトランジスタ２２のｎ＋ドレイン２７ｂとｎ型シリコン基板１１との間に電圧が印加される。また、電圧源９と接地端子２５との間に流れる電流を電流計２６により検出している。
【００３０】
図２に示すように、このＣＭＯＳインバータ回路には、４つのｐｎ接合２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを含む回路配線が形成されている。
【００３１】
即ち、第１の回路配線は、ｐ＋ソース１２とｎ型シリコン基板１１の間のｐｎ接合２７ａを含む回路配線であり、第２の回路配線は、ｐウェル領域１７とｎ型シリコン基板１１と同電位になるように接地されたｎ＋ドレイン１９との間のｐｎ接合２７ｂを含む回路配線である。
【００３２】
更に、第３の回路配線は、インバータ出力端子２８で互いに接続された、ｐ＋ドレイン１３とｎ型シリコン基板１１の間のｐｎ接合２７ｃとｐウェル領域１７とｎ＋ソース１８の間のｐｎ接合２７ｄを含む回路配線である。
【００３３】
このｐｎ接合２７ｃ、２７ｄを含む第３の回路配線は、インバータ出力端子２８がフローティングのために２つのｐｎ接合２７ｃ、２７ｄが直列に接続された状態になり、電圧を印加しても電流は流れない。
【００３４】
次に、電圧源２３によりｐｎ接合部２７ａ、２７ｂに順方向の電流が流れない程度の極低い電圧Ｖｉｎ（＞０Ｖ）を印加する。この電圧はｐｎ接合２７ａ、２７ｂに対して逆バイアスとなる負電位でも構わない。
【００３５】
次に、この状態において全てのｐｎ接合２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに同時にＯＢＩＣを発生させるために、半導体装置の表面側からシリコンのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の第１の光を照射する。
【００３６】
ｎ型シリコン基板１１側から照射する場合には、ｎ型シリコン基板１１を透過できる波長の短い光を選択する。これは、シリコンが間接遷移型半導体であるため、バンドキャップ近傍の波長の光は、一部はシリンに吸収され、一部は透過するためである。
【００３７】
これにより、ｐｎ接合２７ａで発生した電子・正孔対は接合２７ａに印加された電界に引かれてＯＢＩＣとして回路配線に取り出され、電流計２６で検出される。
【００３８】
同様に、ｐｎ接合２７ｂで発生した電子・正孔対もＯＢＩＣとして回路配線に取り出され、電流計２６で検出される。
【００３９】
次に、直列に接続されたｐｎ接合２７ｃ、２７ｄの電子・正孔対が回路配線に取り出せる原理について、図３を用いて説明する。
【００４０】
図３はインバータ出力端子２８がフローティング状態において、ＯＢＩＣを発生させる波長の第１の光がｐｎ接合２７ｃ、２７ｄに照射されたときの電子・正孔対の動きを説明するための図である。
【００４１】
まず、出力端子２８がフローティング状態では、その出力端子２８の電位ａの初期値は一義的に定まらないため、次の３つの場合に分けて考える。
【００４２】
図３（ａ）は、ａの初期値がａ≦０Ｖの場合の電子・正孔対の動作を示す図、図３（ｂ）は、ａの初期値がａ≧Ｖｉｎ以上の場合の電子・正孔対の動作を示す図、図３（ｃ）は、ａの初期値が０＜ａ＜Ｖｉｎの場合の電子・正孔対の動作を示す図である。
【００４３】
１）ａの初期値がａ≦０Ｖの場合
図３（ａ）に示すように、ｐ＋ドレイン１３とｎ型シリコン基板１１との間は逆方向にバイアスされるため、このｐｎ接合２７ｃで発生した電子・正孔対はｐｎ接合２７ｃに印加された電界により、正孔が出力端子２８側に、電子がｎ型シリコン基板側１１に流れる。
【００４４】
一方、ｎ＋ソース１８とｐウエル１７の間のｐｎ接合２７ｄは順方向にバイアスされるため、このｐｎ接合２７ｄで発生した電子・正孔対はｐｎ接合２７ｄに印加された電界により、正孔が出力端子２８側に、電子がｐウエル１７側に流れ込む。
【００４５】
これにより、ｐ＋ドレイン１３とｎ＋ソース１８を接続する回路配線に正孔が流れ込むことになり、その結果、出力端子２８の電圧ａが上昇する。
【００４６】
そして、出力端子２８の電圧ａが電圧源２３による印加電圧Ｖｉｎに等しくなったところで、正孔の流入が停止する。
【００４７】
２）ａの初期値がａ≧Ｖｉｎの場合
図３（ｂ）に示すように、上記（ａ）の場合とは逆に接合２７ｃが順方向にバイアスされ、接合２７ｄが逆方向にバイアスされる。
【００４８】
これにより、電子がｐ＋ドレイン１３とｎ＋ソース１８を接続する回路配線に流れ込むことになり、その結果、出力端子２８の電圧ａが下降する。
【００４９】
そして、出力端子２８の電圧ａが電圧源２３による印加電圧Ｖｉｎに等しくなったところで、電子の流入が停止する。
【００５０】
３）ａの初期値が０＜ａ＜Ｖｉｎの場合
図３（ｃ）に示すように、接合部２７ｃ、２７ｄは両方とも順方向にバイアスされる。
【００５１】
これにより、インバータ出力端子２８の電位ａは、その初期値が上記１）または２）のいずれの場合でも、３）の状態になるように変化して平衡状態となり、ｐウエル１７からｎ＋ソース１８とｐ＋ドレイン１３を通ってｎ型シリコン基板１１に至る電流通路が構成される。
【００５２】
従って、全てのｐｎ接合２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄにＯＢＩＣが発生する状態で暫く放置すれば、回路の持つ抵抗値等のパラメータで決まる平衡電流が流れる。これにより、発生した電子・正孔対はＯＢＩＣとして回路配線に取り出され、電流計２６で検出される。
【００５３】
以上より、半導体装置の回路配線の故障箇所を特定するのに必要な電流を、自動的に回路配線に流すことができる。
【００５４】
次に、ＯＢＩＲＣＨ現象を発生させるために、ＯＢＩＣを生じさせない波長の第２の光をビーム状に細く絞って検査領域に照射し、局部的に加熱する。
【００５５】
この加熱により発熱部位の抵抗が変化するので、発熱部位に流れるＯＢＩＣの変化として電流計２６で検出することにより故障箇所を特定することができる。
【００５６】
次に、上述した半導体装置の故障箇所を特定する検査をおこなう場合について、図４および図５を参照して説明する。図４はその試験工程を示すフローチャート、図５は故障箇所の判定条件を示す図である。
【００５７】
図４に示すように、半導体装置を電圧源、電流計、接地端子に接続する（第１ステップＳ０１）。次に、半導体装置の全面または特定の領域に電子・正孔対を発生しＯＢＩＣを生じさせる波長の第１の光を照射する（第２ステップＳ０２）。
【００５８】
そして、半導体装置に流れる電流を電流計でモニターし電流値が安定して平衡状態になるまで待ち（第３ステップＳ０３）、電流値が安定した時の値を平衡電流値として記憶する（第４ステップＳ０４）。この平衡電流値は故障箇所を特定するための基準値となるものである。
【００５９】
次に、ＯＢＩＣを生じさせない波長の第２の光を細く絞って半導体装置の検査箇所に照射する。照射スポットが局所的に加熱されて抵抗が変化するので、抵抗の変化量を電流の変化量として読み取る（第５ステップＳ０５）。
【００６０】
次に、検出された電流変化量が予め定めた上限設定値および下限設定値と比較され、設定値１より大きい箇所を被疑箇所グループ１として記憶し（第６ステップＳ０６）、設定値２より小さい箇所を被疑箇所グループ２として記憶する（第７ステップＳ０７）。その結果を欠陥被疑箇所として表示する（第８ステップＳ０８）。
【００６１】
次に、全ての領域の検査が終了したかどうかがチェックされ（第９ステップＳ０９）、終了していなければ第２の光の照射位置を次ぎの検査箇所に移動し（第１０ステップＳ１０）、終了していれば検査結果のサマリーを表示して（第１１ステップＳ１１）、検査を終了する。
【００６２】
図５に示すように、電流変化量が設定値１より大きい被疑箇所グループ１では、例えば、配線におけるボイドや異物、トランジスタのゲート酸化膜不良などの熱伝導を異ならしめる欠陥が特定され、電流変化量が設定値２より小さい被疑箇所グループ２では、例えば、電流変化を全く起こさない箇所をオープン不良として特定される。
【００６３】
このオープン箇所が特定されるのは、故障箇所を含め正常な箇所にも常時僅かながらもＯＢＩＣが流れる状態にしているので、本来ＯＢＩＲＣＨ法により光を照射した箇所の電流値は必ず変化するためである。
【００６４】
以上説明したように、第１の実施の形態の半導体装置の検査方法では、ｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電圧を印加した状態でＯＢＩＣによりｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流し、半導体装置の回路配線の故障箇所を特定するのに必要な電流を自動的に作り出している。
【００６５】
従って、複雑で大掛かりなテストパターン発生装置が不要になり、且つオープン故障箇所の特定が容易にできる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明による第２の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法による検査手順を示すフローチャートである。本実施の形態において、上記第１の実施の形態と同一の手順には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６７】
この第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、被検査用半導体装置と基準用半導体装置の電流変化量の差を求め、基準用半導体装置に較べ電流変化パターンの異なる箇所を故障箇所として検出することである。
【００６８】
即ち、図６に示すように、複数の被検査用半導体装置と基準用半導体装置を用意する（第２１ステップＳ２１）。始めに基準用半導体装置をセットして（第２２ステップＳ２２）、基準用半導体装置から検査を開始する（第２３ステップＳ２３）。検査する手順は、図４に示した第１ステップＳ０１から第１１ステップＳ１１に従って行い、全ての検査点の電流変化量を基準データとして記憶する（第２４ステップＳ２４）。
【００６９】
次に、試料を被検査用半導体装置に交換して（第２５ステップＳ２５）、基準用半導体装置と同様に測定をおこない（第２６ステップＳ２６）、全ての検査点の電流変化量を被検査データとして記憶する（第２７ステップＳ２７）。
【００７０】
次に、基準データと被検査データとの差を求め（第２８ステップＳ２８）、差分データとして記憶し（第２９ステップＳ２９）、基準データと電流変化パターンの異なる箇所を故障箇所として表示する（第３０ステップＳ３０）。
【００７１】
次に、全ての被検査用半導体装置の検査が終了したかどうかがチェックされ（第３１ステップＳ３１）、終了していなければ試料を交換し（第３２ステップＳ３２）、終了していれば検査結果のサマリーを表示して（第３３ステップＳ３３）、検査を終了する。
【００７２】
以上説明したように、第２の実施の形態の半導体装置の検査方法では、被検査用半導体装置の検査結果を基準用半導体装置の基準データと比較して、その電流変化のパターンの異なる箇所を故障箇所として特定するようにしている。
【００７３】
従って、故障箇所や特性の把握が一目で視覚的におこなえ、迅速で効率的な検査ができる利点がある。
【００７４】
ここでは、基準用半導体装置の検査を最初に行ったが、一連の測定の途中や最後に行っても構わない。
【００７５】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の半導体装置の検査装置について、図面を参照しながら説明する。図７は本発明による第１の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法における検査装置の構成を示すブロック図である。
【００７６】
図７示すように、試料台４１に試料として被検査用半導体装置４２（以下ＤＵＴ（ＤｅｖｉｃｅＵｎｄｅｒＴｅｓｔ）という）が載置され、ＤＵＴ４２には、ｐｎ接合の順方向電流が流れない程度の極弱い電圧Ｖｉｎを印加するための電圧源４３と、ＤＵＴ４２に流れる電流を検出するための電流計４４が接地端子４５との間に接続される。
【００７７】
このＤＵＴ４２の全面または特定の領域を照射して半導体中に電子・正孔対を発生しＯＢＩＣを生じさせる波長の第１の光源４６が設けられ、ＤＵＴ４２内の全箇所または特定箇所の回路配線に故障箇所を特定するのに必要な電流が自動的に流れる状態にしている。
【００７８】
この第１の光源４６としては、シリコンのバンドギャップ以下の波長の光であれば特に限定されないが、白熱ランプや赤色ＬＥＤなどを用いることができる。特に，ＬＥＤは、発熱が少ないので試料に温度変化を与えることが少なくより好ましい。
【００７９】
ここでは、第１の光源４６からの光を特に光学系を用いて集束させていないが、特定の領域だけに照射するための集束光学系を用いても構わない。
【００８０】
また、ＯＢＩＣを生じさせない波長の第２の光源４７が設けられており、第２の光源４７の光を集束光学系４８、例えば光学顕微鏡で細く絞り、そのビームを走査光学系４９、例えば光スキャナーまたはＸＹスキャナーによりＤＵＴ４２上の任意の位置に照射し、局部的に加熱するようになっている。
【００８１】
この第２の光源４７としては、シリコンのバンドギャップ以上の波長の光であれば特に限定されないが、赤外ランプや赤外レーザを用いることができる。特に、赤外半導体レーザでは小型でエネルギー密度が高いのでより好ましい。
【００８２】
更に、ＤＵＴ４２の表面で反射した第２の光の反射強度を検出する反射光検出器５０が設けられ、この反射光検出器５０の出力信号が画像処理装置５２に与えられるようになっている。この画像処理装置５２により、反射光検出器５０の出力信号が走査系制御ユニット５１の走査位置信号に同期して光学像に変換され、ＤＵＴ４２表面の反射強度の二次元光学画像を得ている。
【００８３】
この画像データは制御用計算機５３に入力され、表示装置５４に表示されるとともに、記憶装置５５に保存される。
【００８４】
次に、上述した検査装置により半導体装置の検査を行う場合について、図８を参照して説明する。図８はその検査手順を示すフローチャートである。
【００８５】
図８に示すように、まず、第２の光源４７の光を集束光学系４８で細く絞ったビームを走査光学系４９によりＤＵＴ４２の表面を走査し、その反射光強度を検出して、ＤＵＴ４２の表面の２次元光学像を取得する（第４１ステップＳ４１）。この光学像を制御用計算機５３に接続された記憶装置５５に保存する（第４２ステップＳ４２）。
【００８６】
次に、ＤＵＴ４２に接続した電圧源４３により定電圧ＶｉｎをＤＵＴ４２に印加する（第４３ステップＳ４３）。
【００８７】
続いて、ＯＢＩＣ用の第１の光源４６からの光をＤＵＴ４２の全面に照射し（第４４ステップＳ４４）、ＯＢＩＣを発生させる。このときＤＵＴ４２の電源と接地端子間に流れる電流を電流計４４により計測し、この値が一定になるのを待つ（第４５ステップＳ４５）。
【００８８】
次に、ＯＢＩＲＣＨ用の第２の光源４７からの光を集束光学系４８で細く絞って走査光学系４９によりＤＵＴ４２の表面に照射し、局部的に加熱する。このときの電流値の変化を画像処理装置５２により画像信号に変換し、制御用計算機５３上で、走査光学系４８により第２の光を照射した位置と同期させて記憶装置５５に保存する。
【００８９】
この加熱時の電流検出をＤＵＴ４２内の複数箇所で実施し、この電流値の変動（第２の光照射時と非照射時）を明暗或いは色の違いとして、記憶装置５５に保存されていた光学像データに重畳させ、表示装置５４上に表示させる。
【００９０】
この電流値の変化を重畳させた光学像を観測することにより、ＤＵＴ４２内のどの位置で電流の変動がより多く起こっていたか、また変動が無かったかを判断して故障箇所を特定することができる。
【００９１】
以上説明したように、第１の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法における検査装置では、ｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電圧を印加した状態でＯＢＩＣによりｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流し、半導体装置の回路配線の故障箇所を特定するのに必要な電流を自動的に作り出している。
【００９２】
従って、複雑で大掛かりなテストパターン発生装置が不要となるので検査が簡単で容易であり、且つオープン故障箇所の特定ができる。
【００９３】
また、被測定半導体装置と基準用半導体装置を用意し、被測定半導体装置の測定結果を基準用半導体装置の基準データと比較して、その電流変化のパターンの異なる箇所を故障箇所として特定することができる。
【００９４】
上述した実施の形態の半導体装置の検査方法および検査装置では、定電圧源４３により定電圧を印加して電源および接地端子間の電流の変化を検出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定電圧源４３に代えて定電流源により定電流を印加して電源および接地端子間の電圧の変化を検出するようにしても構わない。
【００９５】
即ち、半導体装置内のｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電流を印加しておき、この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射するとｐｎ接合を含む配線回路に平衡電流が流れる。この平衡電流はバイアス電流に加算されてバイアス電流を変化させるため、この変化を打ち消すように電源端子と接地端子間の電圧が変化して平衡電圧状態となる。
【００９６】
この状態で、第１の光が照射された領域内に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射してその照射スポットを局所的に加熱すると、照射領域の抵抗が変化する。この抵抗変化によるバイアス電流の変化を打ち消すように電源端子と接地端子間の電圧が変化する。
【００９７】
これにより、電圧の変化量から照射スポット内の回路配線の故障箇所を上述の実施の形態と同様に特定することが可能である。
【００９８】
また、上述した半導体装置の検査装置において、定電圧源４３により定電圧を印加して電源および接地端子間の電流の変化を検出するモード（電流モード）と、定電流源により定電流を印加して電源および接地端子間の電圧の変化を検出するモード（電圧モード）の両方を設け、スイッチによりモードを選択出来るようにしても構わない。
【００９９】
更に、多層配線の下に検査箇所が隠れている場合には適当な波長の第１および第２の光を選定し、あるいはＤＵＴ４２の裏面から光を照射できるようにしても構わない。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の検査方法および検査装置によれば、回路配線の故障箇所の特定が簡単で容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法を説明するための半導体装置を示す断面図。
【図２】図１の半導体装置内部のｐｎ接合にバイアス電圧が印加される状態を示す回路配線図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法の原理を説明するための図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法を示すフローチャート。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法による故障箇所の判定条件を示す図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる半導体装置の検査方法を示すフローチャート。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わる半導体装置の検査装置の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わる半導体検査装置による検査手順を示すフローチャート。
【図９】従来の半導体装置の検査方法による測定原理を示す図。
【図１０】従来の半導体装置の検査装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１１ｎ型シリコン基板
１２ｐ＋ソース
１３ｐ＋ドレイン
１４、２０ゲート絶縁膜
１５、２１ゲート電極
１６ｐ−ｃｈトランジスタ
１７ｐウェル
１８ｎ＋ソース
１９ｎ＋ドレイン
２２ｎ−ｃｈトランジスタ
２３、４３電圧源
２４ｐ＋コンタクト領域
２５、４５接地端子
２６、４４電流計
２７ｐｎ接合
２８インバータ出力端子
４１試料台
４２試料（ＤＴＵ）
４６第１の光源
４７第２の光源
４８集束光学系
４９走査系
５０反射光検出器
５１走査系制御ユニット
５２画像処理装置
５３制御用計算機
５４表示装置
５５記憶装置

Claims

半導体装置内のｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電圧を印加する工程と、
この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す工程と、
前記第１の光が照射された領域内に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する工程と、
前記バイアス電圧を印加する電源端子と接地端子間の電流を検出する工程と、
この電流の変化量から前記照射スポット内の回路配線の故障箇所を特定する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
前記電流の変化量から回路配線の故障箇所を特定する工程は、
試験用半導体装置および基準用半導体装置の電流の変化量を求める工程と、
それらの電流変化量の差を求める工程と、
この差から回路配線の故障箇所を特定する工程と、
を有すること特徴とする請求項１記載の半導体装置の検査方法。
前記電流の変化量から回路配線の故障箇所を特定する工程は、
電流の変化を起こさない箇所を回路配線のオープン故障箇所として特定する工程を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の検査方法。
半導体装置内のｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電流を印加する工程と、
この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す工程と、
前記第１の光が照射された領域内に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する工程と、
前記バイアス電流を印加する電源端子と接地端子間の電圧を検出する工程と、
この電圧の変化量から前記照射スポット内の回路配線の故障箇所を特定する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
前記電圧の変化量から回路配線の故障箇所を特定する工程は、
試験用半導体装置および基準用半導体装置の電圧の変化量を求める工程と、
それらの電圧変化量の差を求める工程と、
この差から回路配線の故障箇所を特定する工程と、
を有すること特徴とする請求項４記載の半導体装置の検査方法。
前記電圧の変化量から回路配線の故障箇所を特定する工程は、
電圧の変化を起こさない箇所を回路配線のオープン故障箇所として特定する工程を有することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の検査方法。
半導体装置内のトランジスタを構成するｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電圧を印加する手段と、
この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す手段と、
前記第１の光の照射領域に、更に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する手段と、
前記バイアス電圧を印加する電源端子と接地端子間の電流を検出する手段と、
前記照射スポットで反射した前記第２の光ビームの反射光を検出する手段と、
この第２の光ビームを前記半導体装置の面内で二次元的に走査する手段と、
この反射光の強度および前記電流の変化量を、前記照射スポットの位置座標に対応させた前記半導体装置の光学像、前記電流変化像およびそれらを重ね合わせた画像を生成する画像処理手段と、
前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段と、
を有することを特徴とする半導体装置の検査装置。
前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段は、検査用半導体装置および基準用半導体装置の電流の変化量を求める手段と、
それらの電流変化量の差を求める手段と、
この差から回路配線の故障箇所を特定する手段と、
を有すること特徴とする請求項７記載の半導体装置の検査装置。
前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段は、電流の変化を起こさない箇所を検出し、回路配線のオープン故障箇所として特定する手段を有することを特徴とする請求項７記載の半導体装置の検査装置。
半導体装置内のトランジスタを構成するｐｎ接合に導通状態とならない範囲のバイアス電流を印加する手段と、
この半導体装置に光励起電流を生じさせる波長の第１の光を照射して、前記ｐｎ接合を含む回路配線に平衡電流を流す手段と、
前記第１の光の照射領域に、更に光励起電流を生じさせない波長の第２の光ビームを照射して、その照射スポットを局所的に加熱する手段と、
前記バイアス電流を印加する電源端子と接地端子間の電圧を検出する手段と、
前記照射スポットで反射した前記第２の光ビームの反射光を検出する手段と、
この第２の光ビームを前記半導体装置の面内で二次元的に走査する手段と、
この反射光の強度および前記電圧の変化量を、前記照射スポットの位置座標に対応させた前記半導体装置の光学像、前記電圧変化像およびそれらを重ね合わせた画像を生成する画像処理手段と、
前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段と、
を有することを特徴とする半導体装置の検査装置。
前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段は、検査用半導体装置および基準用半導体装置の電圧の変化量を求める手段と、
それらの電圧変化量の差を求める手段と、
この差から回路配線の故障箇所を特定する手段と、
を有すること特徴とする請求項１０記載の半導体装置の検査装置。
前記画像データから回路配線の故障箇所を特定する手段は、電圧の変化を起こさない箇所を検出し、回路配線のオープン故障箇所として特定する手段を有することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の検査装置。