JP2010197051A - Failure analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、故障解析装置に関する。 The present invention relates to a failure analysis apparatus.
近年、半導体素子の微細化、低消費電力化の進展に伴い、半導体集積回路(LSI)は高集積度化されている。高集積度化された論理回路や順序回路などを含むシステムLSIやSoC(System on a chip)では、不良モード及び不良箇所の特定が非常に重要となる。システムLSIやSoCの不良解析には、EMS(Emission Micro Scope)、OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change)、EBAC(Electron Beam Absorbed Current)、SDL(Soft Defect Localization)、EBテスタ等が多用される。OBIRCHやEBACは被テストデバイスに発生する電流などを観察及び画像化して主に配線系の不良解析に適用される。SDLは、被テストデバイスにレーザ光を照射して被テストデバイスのPASS/FAILマップの変化をモニタして、主に被テストデバイスのFNC(Function)マージンの解析に適用される(例えば、特許文献1及び2参照。)。 In recent years, with the progress of miniaturization and low power consumption of semiconductor elements, semiconductor integrated circuits (LSIs) have been highly integrated. In a system LSI or SoC (System on a chip) including a highly integrated logic circuit or sequential circuit, it is very important to identify a failure mode and a failure location. EMS (Emission Micro Scope), OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change), EBAC (Electron Beam Absorbed Current), SDL (Soft Defect Localization), EB tester, etc. are frequently used for failure analysis of system LSI and SoC. OBIRCH and EBAC are mainly applied to failure analysis of a wiring system by observing and imaging a current generated in a device under test. The SDL is mainly applied to the analysis of the FNC (Function) margin of the device under test by irradiating the device under test with a laser beam to monitor the change in the PASS / FAIL map of the device under test (for example, Patent Documents). 1 and 2).
特許文献1及び2などに記載されるOBIRCH、EBAC、SDLなどの解析手法では、被テストデバイスに対して水平方向での不良箇所を特定できるが、垂直方向を含めた3次元的な被テストデバイスの不良箇所の特定ができないという問題点がある。
The analysis methods such as OBIRCH, EBAC, and SDL described in
本発明は、被テストデバイスの不良箇所の位置を3次元的に特定することができる故障解析装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a failure analysis apparatus that can three-dimensionally specify the position of a defective portion of a device under test.
本発明の一態様の故障解析装置は、被テストデバイスにレーザ光を照射して、照射された被テストデバイスの特定箇所を加熱して熱起電流を発生させるレーザ照射手段と、前記レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査して前記被テストデバイスの光加熱抵抗変化画像を撮影する撮影手段と、水平方向の前記光加熱抵抗変化画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を水平方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第1の位置座標設定手段と、縦方向の光学ステージ位置情報と前記被テストデバイスの断面情報を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第2の位置座標設定手段とを具備し、前記被テストデバイスの不良箇所を3次元的に特定することを特徴とする。 A failure analysis apparatus according to an aspect of the present invention includes a laser irradiation unit that irradiates a device under test with laser light, heats a specific portion of the irradiated device under test to generate a thermoelectromotive current, and the laser light. An imaging unit that scans in a horizontal direction and a vertical direction to capture a light heating resistance change image of the device under test, a horizontal position coordinate of the light heating resistance change image in the horizontal direction and a planar layout image of the device under test First position coordinate setting means for superimposing the same so as to be the same, and a second position for superimposing the vertical optical stage position information and the cross-sectional information of the device under test so that the vertical position coordinates are the same. And a coordinate setting means for specifying a defective portion of the device under test three-dimensionally.
更に、本発明の他態様の故障解析装置は、被テストデバイスにレーザ光を水平方向及び垂直方向に照射する照射手段と、前記被テストデバイスに電源及び信号を供給して、前記被テストデバイスのFNCマージンに対するPASS或いはFAILを判定するLSIテスタと、前記被テストデバイスのPASS/FAILマップを作成する作成手段と、前記レーザ光を前記被テストデバイスの水平方向に走査して、前記レーザ光照射状態で前記被テストデバイスのPASS/FAILマップ上でのPASS/FAILの変化数をカウントし、PASS/FAILの変化数を第1のPASS/FAIL画像とする第1の画像作成手段と、前記第1のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を水平方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第1の位置座標設定手段と、前記レーザ光を前記被テストデバイスの垂直方向に走査して、前記レーザ光照射状態で前記被テストデバイスのPASS/FAILマップ上でのPASS/FAILの変化数をカウントし、PASS/FAILの変化数を第2のPASS/FAIL画像とする第2の画像作成手段と、前記第2のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの断面画像を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第2の位置座標設定手段とを具備し、前記第1のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を重ね合わせ、前記第2のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの断面画像を重ね合わせることにより前記被テストデバイスの不良箇所を3次元的に特定することを特徴とする。 Furthermore, a failure analysis apparatus according to another aspect of the present invention includes an irradiation unit that irradiates a device under test with laser light in a horizontal direction and a vertical direction, and supplies power and a signal to the device under test. An LSI tester for determining PASS or FAIL with respect to an FNC margin, creation means for creating a PASS / FAIL map of the device under test, scanning the laser light in the horizontal direction of the device under test, and the laser light irradiation state Counting the number of PASS / FAIL changes on the PASS / FAIL map of the device under test, and setting the number of PASS / FAIL changes as a first PASS / FAIL image; and The horizontal position coordinates of the PASS / FAIL image and the planar layout image of the device under test are the same. A first position coordinate setting unit that superimposes the laser light so that the laser beam is scanned in the vertical direction of the device under test, and the PASS on the PASS / FAIL map of the device under test in the laser light irradiation state A second image creating means that counts the number of changes in / FAIL and sets the number of changes in PASS / FAIL as a second PASS / FAIL image, and a cross-sectional image of the second PASS / FAIL image and the device under test. Second position coordinate setting means for superimposing the position coordinates in the vertical direction to be the same, superimposing the first PASS / FAIL image and the planar layout image of the device under test, By superimposing a PASS / FAIL image and a cross-sectional image of the device under test, the defective portion of the device under test is three-dimensionally displayed. And identifies the.
本発明によれば、被テストデバイスの不良箇所の位置を3次元的に特定することができる故障解析装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the failure analysis apparatus which can specify the position of the defect location of a to-be-tested device three-dimensionally can be provided.
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の実施例1に係る故障解析装置について、図面を参照して説明する。図1は故障解析装置を示す概略構成図、図2は不良調査部を示す概略構成図である。本実施例では、OBIRCHを用いて被テストデバイスの不良箇所の位置を3次元的に特定している。
First, a failure analysis apparatus according to
図1に示すように、故障解析装置70には、不良解析部1とEWS2が設けられる。故障解析装置70は、主に、高集積度化された論理回路や順序回路などを含むシステムLSIやSoC(System on a chip)である被テストデバイス(DUT Device under Test)の不良、例えばロジック部の配線系の不良モード及び不良箇所の解析と特定に適用することができる。不良解析部1とEWS2は、LAN(Local Area Network)に接続される。
As shown in FIG. 1, the
不良解析部1には、不良調査部11と制御・解析部12が設けられる。不良調査部11は、例えばシステムLSIやSoCである被テストデバイス(DUT)の不良解析を行う。不良調査部11では、EMS(Emission Micro Scope)解析及びOBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change)解析が行われる。制御・解析部12は、不良調査部11を制御し、不良調査部11で調査された情報を解析する。制御・解析部12には表示部13が設けられる。表示部13は、例えば制御・解析部12で処理された情報やLAN経由で送信された情報が表示される。
The
EWS(engineering workstation)2には、情報格納部14と表示部15が設けられる。情報格納部14には、設計レイアウト情報、プロセス情報、サポートソフト情報等が格納される。表示部15には、例えばEWS2で処理された情報やLAN経由で送信された情報等が表示される。
An EWS (engineering workstation) 2 is provided with an
ここで、設計レイアウト情報とは、被テストデバイス(DUT)の平面的なレイアウト情報、素子形成領域、ソース・ドレイン領域、ゲート電極及びゲート電極配線、コンタクト、金属配線、ビアなどの水平方向の情報をいう。設計レイアウト情報の中で、顕微鏡により画像作成される光学画像で明瞭に表示される金属配線、ゲート電極及びゲート電極配線、金属ビアなどが特に重要な情報となる。 Here, the design layout information refers to planar layout information of a device under test (DUT), horizontal information such as element formation region, source / drain region, gate electrode and gate electrode wiring, contact, metal wiring, and via. Say. Among design layout information, metal wiring, a gate electrode and a gate electrode wiring, a metal via, and the like that are clearly displayed in an optical image created by a microscope are particularly important information.
プロセス情報とは、素子形成領域の深さ、ソース・ドレイン領域の深さ、絶縁膜の厚さ、ゲート電極の厚さ、コンタクトの高さ、配線の厚さ、ビアの高さなどであり、システムLSIやSoCである被テストデバイス(DUT)の縦方向の情報である。 Process information includes the depth of the element formation region, the depth of the source / drain region, the thickness of the insulating film, the thickness of the gate electrode, the height of the contact, the thickness of the wiring, the height of the via, etc. This is information in the vertical direction of a device under test (DUT) that is a system LSI or SoC.
サポートソフト情報とは、被テストデバイス(DUT)の不良モード及び不良箇所の解析や特定、不良調査部11で取得された映像情報の映像補正、被テストデバイス(DUT)の平面レイアウト表示や断面部分の3次元表示、解析情報と設計情報の重ね合わせや表示等に用いられるサポートソフトである。
Support software information includes analysis and identification of failure mode and failure location of the device under test (DUT), video correction of the video information acquired by the
図2に示すように、不良調査部11には、半導体デバイス(DUT)21、DUTステージ22、プローバ23、アンプ24、顕微鏡部26、光学ステージ27、及びレーザ発生/光検出部28が設けられる。
As shown in FIG. 2, the
半導体デバイス(DUT)21は、DUTステージ22上に載置される。被テストデバイスである半導体デバイス(DUT)21とは、システムLSI、SoC(System on a Chip)、メモリLSIなどの高集積化され、多層配線化されたシリコンデバイスである半導体集積回路、シリコン半導体装置、化合物デバイスなどである。
The semiconductor device (DUT) 21 is placed on the
半導体デバイス(DUT)21には、X方向、Y方向、及びZ方向に走査されるレーザ光が表面或いは裏面に照射される。なお、X方向、Y方向を水平方向とし、Z方向を垂直方向とする。ここでは、半導体デバイス(DUT)21の表面にレーザ光を照射しているが、想定される半導体デバイス(DUT)21の不良モード或いは不良箇所に応じて表面或いは裏面が適宜選択される。半導体デバイス(DUT)21が、例えば、6層以上の金属配線を有するシステムLSI或いはSoC(System on a Chip)の場合、OBIRCH解析に使用されるレーザ光が厚い金属配線や積層された金属配線を透過しにくいので、半導体デバイス(DUT)21の裏面からレーザ光を照射するのが好ましい。なお、裏面からレーザ光を照射する場合、レーザ光が減衰しないように半導体デバイス(DUT)21のシリコン基板の厚さを薄くした方がよい。 The semiconductor device (DUT) 21 is irradiated with laser light scanned in the X direction, the Y direction, and the Z direction on the front surface or the back surface. The X direction and the Y direction are horizontal directions, and the Z direction is a vertical direction. Here, the surface of the semiconductor device (DUT) 21 is irradiated with laser light, but the front surface or the back surface is appropriately selected according to the assumed failure mode or failure location of the semiconductor device (DUT) 21. When the semiconductor device (DUT) 21 is, for example, a system LSI or SoC (System on a Chip) having six or more layers of metal wiring, a metal wiring with a thick laser beam or a stacked metal wiring used for OBIRCH analysis is used. Since it is difficult to transmit, it is preferable to irradiate the laser beam from the back surface of the semiconductor device (DUT) 21. In addition, when irradiating a laser beam from a back surface, it is better to make the thickness of the silicon substrate of the semiconductor device (DUT) 21 thin so that the laser beam is not attenuated.
半導体デバイス(DUT)21の表面上に設けられた図示しない端子或いは評価用金属パターンとプローバ23とは電気的に接続され、一方のプローブ23側にはアンプ24が設けられ、他方のプローブ側には定電圧源が設けられる。アンプ24は、レーザ光照射時に半導体デバイス(DUT)21で発生し、プローブ23でモニタされた熱起電流を検出して、検出された信号を増幅する。アンプ24で検出及び増幅された熱起電流は、制御・解析部12で光加熱抵抗変化画像であるOBIRCH画像として表示部13に階調表示される。なお、制御・解析部12で光加熱抵抗変化画像を取得するための機能を具備したものを撮影手段とする。
A terminal or evaluation metal pattern (not shown) provided on the surface of the semiconductor device (DUT) 21 and the prober 23 are electrically connected, and an amplifier 24 is provided on one probe 23 side, and on the other probe side. Is provided with a constant voltage source. The amplifier 24 detects a thermoelectromotive current generated by the semiconductor device (DUT) 21 at the time of laser light irradiation and monitored by the probe 23, and amplifies the detected signal. The thermoelectromotive current detected and amplified by the amplifier 24 is displayed in gradation on the display unit 13 as an OBIRCH image that is a light heating resistance change image by the control /
顕微鏡部26は、光学ステージ27下に設けられ、半導体デバイス(DUT)21の光学画像を取得する。ここでは、光学画像取得用として、OBIRCH解析に使用される波長1300nmを有するレーザ光を用いている(レーザ顕微鏡)。波長1300nmの場合、解像度が約0.42μm程度である。
The
微細化及び高集積度化されたシステムLSI或いはSoCをより高解像度に画像表示する場合、波長1300nmよりも短波長(例えば、波長405nm(解像度0.13μm))のレーザ光を用いてもよい(高解像度レーザ顕微鏡)。なお、短波長のレーザ光は、エネルギーが高く、被テストデバイスを破壊させる可能性があるので被テストデバイスのOBIRCH解析やSDL解析には使用せず、画像表示用のみに使用するのが好ましい。 When displaying a miniaturized and highly integrated system LSI or SoC with higher resolution, laser light having a wavelength shorter than 1300 nm (for example, wavelength 405 nm (resolution 0.13 μm)) may be used ( High resolution laser microscope). It should be noted that short-wavelength laser light has high energy and may destroy the device under test, so it is preferably not used for OBIRCH analysis or SDL analysis of the device under test but only for image display.
顕微鏡部26は、光学ステージ27を介して、半導体デバイス(DUT)21の発熱箇所から発生する発熱情報(赤外線など)をレーザ発生/光検出部28に送付する。
The
光学ステージ27は、顕微鏡部26とレーザ発生/光検出部28の間に設けられ、制御・解析部12の指示に基づいて光学系の座標とレーザ系の座標を正確に制御及び設定する。光学ステージ27は、制御・解析部12の指示に基づいて、X方向、Y方向、及びZ方向に走査されるレーザ光の照射位置(レーザ光が集光された位置)を高精度に設定する。
The
レーザ発生/光検出部28は、光学ステージ27上に設けられる。レーザ発生/光検出部28には、レーザ光を発生するレーザ発生部、半導体デバイス(DUT)21の発熱情報(赤外線など)などを高感度に検出するフォトダイオード(例えば、InSbフォトダイオード)或いは高感度CCDなどが搭載される。レーザ発生/光検出部28に送付された発熱情報(赤外線など)は、制御・解析部12でEMS画像として表示部13に階調表示される。レーザ発生部には、半導体デバイス(DUT)21に応じた最適波長を発生する複数のレーザが搭載される。ここでは、発熱情報や発光情報を検出する機能を搭載しているが省いてもよい。なお、少なくともレーザ発生部、光学ステージ機能を具備したものをレーザ照射手段とする。
The laser generation /
半導体デバイス(DUT)21が、例えばシリコンデバイスであるシステムLSIやSoCの場合、レーザ波長は1060nmから1400nmの波長範囲が選択される。トランジスタ系の不良解析には1060nmから1160nmの波長範囲が選択され、配線系の不良解析には1300nmから1400nmの範囲の波長が選択される。 When the semiconductor device (DUT) 21 is, for example, a system LSI or SoC that is a silicon device, the laser wavelength is selected from a wavelength range of 1060 nm to 1400 nm. A wavelength range of 1060 nm to 1160 nm is selected for the failure analysis of the transistor system, and a wavelength range of 1300 nm to 1400 nm is selected for the failure analysis of the wiring system.
半導体デバイス(DUT)21が、例えばGaAs系デバイスの場合、レーザ波長は900nmから1400nmの波長範囲が選択される。トランジスタ系の不良解析には900nmから1000nmの波長範囲が選択され、配線系の不良解析には1300nmから1400nmの範囲の波長が選択される。 When the semiconductor device (DUT) 21 is, for example, a GaAs-based device, the wavelength range of 900 nm to 1400 nm is selected as the laser wavelength. A wavelength range of 900 nm to 1000 nm is selected for failure analysis of the transistor system, and a wavelength range of 1300 nm to 1400 nm is selected for failure analysis of the wiring system.
なお、OBIRCH解析では、金属配線やゲート電極配線部分にレーザ光が照射されると熱抵抗変化(OBIRCH効果)による電流減少或いは電流増加が観察することができる。ビア周辺にレーザ光が照射されるとゼーベック効果による電流増加或いは電流減少が観察することができる。金属配線やゲート電極配線部分にレーザ光が照射されるとゼーベック効果による配線での電流増加或いは電流減少が観察することができる。金属と半導体基板が直接接触する箇所(ショットキーダイオード)では、光励起による電流の発生を観察することができる。 In the OBIRCH analysis, when the metal wiring or the gate electrode wiring is irradiated with laser light, a current decrease or an increase due to a thermal resistance change (OBIRCH effect) can be observed. When laser light is irradiated around the via, an increase in current or a decrease in current due to the Seebeck effect can be observed. When laser light is irradiated to the metal wiring or the gate electrode wiring, an increase in current or a decrease in current due to the Seebeck effect can be observed. At a place where the metal and the semiconductor substrate are in direct contact (Schottky diode), it is possible to observe the generation of current due to photoexcitation.
これらの情報から、OBIRCHによる配線系の不良解析は、ショート不良(抵抗値が約ゼロ)から抵抗値が105Ωの範囲が好適となる。 From these information, the failure analysis of the wiring system by OBIRCH is preferably in the range of short-circuit failure (resistance value is about zero) to resistance value of 10 5 Ω.
次に、OBIRCHを用いた解析情報と設計情報の関係及び対応化について図3を参照して説明する。図3は解析情報と設計情報の関係を示すフローチャートである。 Next, the relationship and correspondence between analysis information and design information using OBIRCH will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the relationship between analysis information and design information.
解析情報と設計情報の対比及び画像表示については、図3に示すように、半導体デバイス(DUT)21表面の光学画像としての光学系情報が不良調査部11で取得される(ステップS11)。 Regarding the comparison between the analysis information and the design information and the image display, as shown in FIG. 3, optical system information as an optical image of the surface of the semiconductor device (DUT) 21 is acquired by the defect investigation unit 11 (step S11).
取得された光学系情報は、例えばLAN経由でEWS2に送られ、EWS2で映像補正される。具体的には、シュレーディング補正、ディストーション補正、倍率収差補正などが行われ、水平方向の位置座標が半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト画像(パターンレイアウト画像)と同一になるように映像補正される(ステップS12)。
The acquired optical system information is sent to the
レーザ光照射時半導体デバイス(DUT)21で発生された熱起電流が、制御・解析部12で光加熱抵抗変化画像であるOBIRCH画像として取得される(撮影手段)(ステップS21)
取得されたOBIRCH画像は、例えばLAN経由でEWS2に送られ、EWS2で水平方向の位置座標が半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト画像(パターンレイアウト画像)と同一になるように、光学系情報と同様に映像補正される(ステップS22)。
The thermal electromotive current generated in the semiconductor device (DUT) 21 at the time of laser light irradiation is acquired as an OBIRCH image that is a light heating resistance change image by the control / analysis unit 12 (imaging means) (step S21).
The acquired OBIRCH image is sent to the
半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト情報(設計データ)は、LAN経由でEWS2に送られる(ステップS31)。半導体デバイス(DUT)21の縦方向情報(プロセス情報)は、LAN経由でEWS2に送られる(ステップS32)。
The planar layout information (design data) of the semiconductor device (DUT) 21 is sent to the
半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト情報(設計データ)と半導体デバイス(DUT)21の縦方向情報(プロセス情報)は、情報格納部14に格納され、並行してサポートソフトを用いてレーザ照射される領域の平面レイアウト図及び断面図が適宜作成される(ステップS33)。
The planar layout information (design data) of the semiconductor device (DUT) 21 and the vertical direction information (process information) of the semiconductor device (DUT) 21 are stored in the
画像の重ね合わせでは、以下のような処理が行われる。映像補正された光学系情報と映像補正されたOBIRCH画像は、水平方向の位置座標が同一になるように重ね合わせ処理される。映像補正されたOBIRCH画像と半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト画像(パターンレイアウト画像)は、水平方向の位置座標が同一になるように重ね合わせ処理される(第1の位置座標設定手段)。 In superimposing images, the following processing is performed. The optical system information subjected to the image correction and the OBIRCH image subjected to the image correction are subjected to an overlay process so that the position coordinates in the horizontal direction are the same. The image-corrected OBIRCH image and the planar layout image (pattern layout image) of the semiconductor device (DUT) 21 are overlaid so that the horizontal position coordinates are the same (first position coordinate setting means).
縦方向の光学ステージ位置情報と半導体デバイス(DUT)21の断面情報を縦方向の位置が同一となるように重ね合わせ処理される(第2の位置座標設定手段)。縦方向にレーザ光が走査され、取得された複数のOBIRCH画像は、映像補正された後、縦方向に合成されたOBIRCH画像として作成される。縦方向に合成されたOBIRCH画像と半導体デバイス(DUT)21の断面図は、垂直方向位置座標が同一になるように重ね合わせ処理される(第3の位置座標設定手段)(ステップS41)。 The vertical optical stage position information and the cross-sectional information of the semiconductor device (DUT) 21 are overlaid so that the vertical position is the same (second position coordinate setting means). The plurality of OBIRCH images acquired by scanning the laser beam in the vertical direction are corrected and then created as OBIRCH images synthesized in the vertical direction. The OBIRCH image synthesized in the vertical direction and the cross-sectional view of the semiconductor device (DUT) 21 are overlaid so that the vertical position coordinates are the same (third position coordinate setting means) (step S41).
重ね合わせ処理された映像補正後の光学系情報と映像補正後のOBIRCH画像、重ね合わせ処理された映像補正後のOBIRCH画像と半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト画像(パターンレイアウト画像)、重ね合わせ処理された縦方向に合成されたOBIRCH画像と半導体デバイス(DUT)21の断面図は、OBIRCH解析中或いは解析後において、レーザ照射対象領域で表示部13或いは表示部15にそれぞれ適宜表示される。
Superimposed optical system information after video correction and OBIRCH image after video correction, OBIRCH image after video correction after superposition processing and planar layout image (pattern layout image) of semiconductor device (DUT) 21, superposition The processed longitudinally synthesized OBIRCH image and the cross-sectional view of the semiconductor device (DUT) 21 are appropriately displayed on the display unit 13 or the
次に、SoCの配線系不良解析について図4乃至図9を参照して説明する。図4はSoCの配線系不良解析を示すフローチャート、図5は被テストデバイスへのレーザ照射を示す模式図、図6はX方向或いはY方向でのレーザ照射に対する電流変化を示す図、図7はXY方向での電流変化画像と平面レイアウト図との重ね合わせを示す図、図8はZ方向でのレーザ照射に対する電流変化を示す図、図9は、Z方向での電流変化合成画像と断面図との重ね合わせを示す図である。 Next, the SoC wiring system failure analysis will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing the SoC wiring system failure analysis, FIG. 5 is a schematic diagram showing laser irradiation to the device under test, FIG. 6 is a diagram showing current changes with respect to laser irradiation in the X direction or Y direction, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing a superposition of a current change image in the XY direction and a plane layout diagram, FIG. 8 is a diagram showing a current change with respect to laser irradiation in the Z direction, and FIG. 9 is a current change composite image and a sectional view in the Z direction. FIG.
被テストデバイスであるSoC(シリコンデバイス)の配線系不良解析を直接OBIRCH解析を実行できるが、被テストデバイスの真の不良位置を確実に特定するために、ここではIDDQテスト/ソフト解析/EMS解析を実施して不良位置を絞り込んでからOBIRCH解析を実行している。 OBIRCH analysis can be directly executed for wiring system failure analysis of SoC (silicon device), which is the device under test, but in order to reliably identify the true failure location of the device under test, IDDQ test / software analysis / EMS analysis is used here. OBIRCH analysis is executed after narrowing down the defective position.
図4に示すように、まず、図示しないLSIテスタを用いてSoCである半導体デバイス(DUT)21の電気的な評価が行われる。具体的には、IDDQテスト、スキャンテスト、或いはFNCテストなどである(ステップS1)。 As shown in FIG. 4, first, electrical evaluation of a semiconductor device (DUT) 21 that is a SoC is performed using an LSI tester (not shown). Specifically, an IDDQ test, a scan test, an FNC test, or the like (step S1).
次に、LSIテスタによるSoCである半導体デバイス(DUT)21のテスト結果から故障診断が行われる。具体的には、SoCである半導体デバイス(DUT)21の不良モードを電流系不良とタイミング系不良に分類分けを行い、並行してSoCである半導体デバイス(DUT)21のどの回路領域に不良が発生しているかを推定する(ステップS2)。 Next, failure diagnosis is performed from the test result of the semiconductor device (DUT) 21 which is SoC by the LSI tester. Specifically, the failure mode of the semiconductor device (DUT) 21 that is the SoC is classified into a current system failure and a timing system failure, and in parallel, in which circuit area of the semiconductor device (DUT) 21 that is the SoC is defective. It is estimated whether it has occurred (step S2).
続いて、電流系不良が発生しているSoCである半導体デバイス(DUT)21に電圧が印加され、不良箇所から発生する発熱情報(赤外線など)が感知される。光学画像とEMS画像を重ね合わせて水平方向での不良位置を概略特定する。なお、ソフト解析でSoCである半導体デバイス(DUT)21の不良位置が概略特定できる場合は、EMS解析を行わずにOBIRCH解析が行われる(ステップS3)。 Subsequently, a voltage is applied to the semiconductor device (DUT) 21 that is a SoC in which a current system failure has occurred, and heat generation information (such as infrared rays) generated from the defective portion is sensed. The optical image and the EMS image are overlapped to roughly identify the defective position in the horizontal direction. In addition, when the defect position of the semiconductor device (DUT) 21 which is SoC can be roughly specified by the software analysis, the OBIRCH analysis is performed without performing the EMS analysis (step S3).
そして、図5に示すEMS解析により不良位置が概略特定された領域に、例えば波長1300nmを有するレーザ光を照射(X方向、Y方向、Z方向にスキャン)してOBIRCH解析が行われる。 Then, an OBIRCH analysis is performed by irradiating, for example, a laser beam having a wavelength of 1300 nm (scanning in the X direction, the Y direction, and the Z direction) to the region where the defect position is roughly specified by the EMS analysis shown in FIG.
OBIRCH解析では、まず、レーザ光の照射は、例えば焦点位置をシリコン基板の表面に設定してX方向、Y方向(つまり、水平方向)に走査される。照射された領域で発生する熱起電流の電流変化はモニタされ、照射された領域毎にOBIRCH画像が作成される。このとき、OBIRCH画像で最大輝度の部分での電流変化がモニタされる。 In the OBIRCH analysis, first, the laser beam is scanned in the X direction and the Y direction (that is, the horizontal direction), for example, with the focal position set on the surface of the silicon substrate. The change in the thermoelectromotive current generated in the irradiated area is monitored, and an OBIRCH image is created for each irradiated area. At this time, the current change in the maximum luminance portion is monitored in the OBIRCH image.
次に、図6に示すように、レーザ光の照射位置に対してモニタされた電流変化が図示され、電流変化の最大部分が特定される。ここで、特定された領域を領域Aと表記する。 Next, as shown in FIG. 6, the current change monitored with respect to the irradiation position of the laser beam is illustrated, and the maximum portion of the current change is specified. Here, the identified region is referred to as region A.
続いて、図7に示すように、領域AのOBIRCH画像とレーザ照射された領域のSoCである半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト図とが重ね合わされる。重ね合わされた画像から電流変化部分の水平方向位置を特定する。つまり、領域AがSoCチップのどの部分に対応するのかを特定する。 Subsequently, as shown in FIG. 7, the OBIRCH image of the region A and the planar layout diagram of the semiconductor device (DUT) 21 that is the SoC of the region irradiated with the laser are superimposed. The horizontal position of the current change portion is specified from the superimposed image. That is, it specifies which part of the SoC chip the area A corresponds to.
そして、領域A部分でレーザ光の照射を垂直方向(SoCである半導体デバイス(DUT)21の断面方向)に走査される。具体的には、シリコン基板表面から配線層が形成される方向(図5の上方向)にレーザ走査する。照射された領域で発生する熱起電流の電流変化はモニタされ、照射された領域毎にOBIRCH画像が作成される。このとき、OBIRCH画像で最大輝度の部分での電流変化がモニタされる。 Then, in the region A, the laser beam is scanned in the vertical direction (the cross-sectional direction of the semiconductor device (DUT) 21 as SoC). Specifically, laser scanning is performed from the silicon substrate surface in the direction in which the wiring layer is formed (upward direction in FIG. 5). The change in the thermoelectromotive current generated in the irradiated area is monitored, and an OBIRCH image is created for each irradiated area. At this time, the current change in the maximum luminance portion is monitored in the OBIRCH image.
次に、図8に示すように、レーザ光の照射位置に対してモニタされた電流変化が図示され、電流変化の最大部分が特定される。ここで、特定された領域を領域Bと表記する。取得された垂直方向(SoCである半導体デバイス(DUT)21の断面方向)のOBICH画像は画像合成される。 Next, as shown in FIG. 8, the current change monitored with respect to the irradiation position of the laser beam is illustrated, and the maximum part of the current change is specified. Here, the identified region is referred to as region B. The obtained OBICH image in the vertical direction (the cross-sectional direction of the semiconductor device (DUT) 21 that is the SoC) is synthesized.
続いて、図9に示すように、画像合成されたOBIRCH画像と領域BでのSoCである半導体デバイス(DUT)21の断面図とが重ね合わされる。重ね合わされた画像から電流変化部分の垂直方向位置を特定する。領域BがSoCチップのどの部分に相当するのか特定される。つまり、SoCである半導体デバイス(DUT)21の配線系の不良箇所が3次元的に特定される。ここでは、2層目配線と3層目配線の間のビア(2‘ndビア)起因の配線系不良と推定される(ステップS4)。 Subsequently, as shown in FIG. 9, the image-combined OBIRCH image and the cross-sectional view of the semiconductor device (DUT) 21 that is the SoC in the region B are superimposed. The vertical position of the current change portion is specified from the superimposed image. It is specified to which part of the SoC chip the region B corresponds. That is, the defective part of the wiring system of the semiconductor device (DUT) 21 that is the SoC is specified three-dimensionally. Here, it is estimated that the wiring system is defective due to a via (2′nd via) between the second layer wiring and the third layer wiring (step S4).
次に、OBIRCH解析で3次元的に不良位箇所が特定された領域をSEM或いはTEMにより、垂直方向或いは水平方向に調査(外観チェック)が行われ、異常個所の分析(AESやEELS)が行われる。その結果、SoCである半導体デバイス(DUT)21の配線系の不良箇所の3次元的な特定と、不良原因の推定とが可能となる。 Next, the area where the defect position is identified three-dimensionally by OBIRCH analysis is examined by SEM or TEM in the vertical or horizontal direction (appearance check), and the abnormal part is analyzed (AES or EELS). Is called. As a result, it is possible to three-dimensionally identify a defective portion of the wiring system of the semiconductor device (DUT) 21 that is a SoC and estimate the cause of the defect.
なお、配線層が積層形成され、レーザ光が配線層に吸収され、レーザ照射に対して後方の配線層にレーザ光が照射することが困難な場合、積層形成された配線領域付近が配線系不良であると水平方向でのOBIRCH解析で概略特定し、この領域の絶縁層、配線層、ビア等を適宜エッチング除去し、新たに配線層を形成し、配線層にタングステンなどのテスト端子を設けて垂直方向でのOBIRCH解析により配線系の不良箇所の3次元的な特定を行うのが好ましい。 If the wiring layer is laminated and the laser light is absorbed by the wiring layer, and it is difficult to irradiate the laser light to the wiring layer behind the laser, the vicinity of the laminated wiring region is defective in the wiring system. If this is the case, the OBIRCH analysis in the horizontal direction is roughly specified, and the insulating layer, wiring layer, via, etc. in this region are appropriately removed by etching, a new wiring layer is formed, and a test terminal such as tungsten is provided on the wiring layer. It is preferable to perform a three-dimensional identification of a defective part of the wiring system by OBIRCH analysis in the vertical direction.
上述したように、本実施例の故障解析装置では、不良解析部1とEWS2が設けられる。不良解析部1には、不良調査部11と制御・解析部12が設けられる。不良調査部11には、半導体デバイス(DUT)21、DUTステージ22、プローバ23、アンプ24、顕微鏡部26、光学ステージ27、及びレーザ発生/光検出部28が設けられる。レーザ発生/光検出部28は、光学ステージ27及び顕微鏡部26を介して、被テストデバイスである半導体デバイス(DUT)21にレーザ光を照射して、照射された被テストデバイスの特定箇所を加熱して熱起電流を発生させる。制御・解析部12は、レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査制御して前記被テストデバイスの光加熱抵抗変化画像を撮影する。EWS2は、水平方向の光加熱抵抗変化画像と被テストデバイスの平面レイアウト画像を水平方向の位置座標が同一となるように重ね合わせし、縦方向の光学ステージ位置情報と被テストデバイスの断面情報を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせし、複数の水平方向の光加熱抵抗変化画像を縦方向に合成した合成画像と被テストデバイスの断面画像を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる。
As described above, in the failure analysis apparatus of this embodiment, the
このため、水平方向の光加熱抵抗変化画像と被テストデバイスの平面レイアウト画像を重ね合わせ、合成画像と被テストデバイスの断面画像を重ね合わせることにより、被テストデバイスである半導体デバイス(DUT)21の不良箇所を3次元的に特定することができる。また、故障解析装置70を用いた半導体デバイス(DUT)21の不良解析では、半導体デバイス(DUT)21にレーザ光を照射するだけで半導体デバイス(DUT)21の不良解析が可能であり、不良発生箇所が多数あった場合や想定以外の不良モードが混在した場合でも、半導体デバイス(DUT)21の非破壊での不良解析が可能となり、他の故障解析装置との併用が可能となる。
Therefore, by superimposing the horizontal light heating resistance change image and the planar layout image of the device under test, and superimposing the composite image and the cross-sectional image of the device under test, the semiconductor device (DUT) 21 that is the device under test is overlapped. The defective part can be specified three-dimensionally. Further, in the failure analysis of the semiconductor device (DUT) 21 using the
なお、本実施例では、配線層やビアに関連した場合でのシリコン系半導体デバイス(DUT)の配線系の不良を想定している。このため、レーザ波長が1300nmを有するレーザ光を採用しているが、コンタクト、ソース・ドレイン、ゲートなどが関係するシリコン系半導体デバイス(DUT)の配線系の不良の場合には、レーザ波長が例えば1060nmを有するレーザ光を採用してもよい。 In this embodiment, it is assumed that the wiring system of the silicon-based semiconductor device (DUT) is defective when it is related to the wiring layer or via. For this reason, laser light having a laser wavelength of 1300 nm is used. However, in the case of a defective wiring system of a silicon semiconductor device (DUT) involving contacts, sources / drains, gates, etc., the laser wavelength is, for example, You may employ | adopt the laser beam which has 1060 nm.
次に、本発明の実施例2に係る故障解析装置について、図面を参照して説明する。図10は故障解析装置を示す概略構成図、図11は不良調査部を示す概略構成図である。本実施例では、SDL手法を用いてSoCの3次元的なFNCマージン解析を行っている。
Next, a failure analysis apparatus according to
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図10に示すように、故障解析装置71には、不良解析部1a、EWS2、及びLSIテスタ3が設けられる。故障解析装置71は、主に、高集積度化された論理回路や順序回路などを含むシステムLSIやSoC(System on a chip)である被テストデバイス(DUT Device under Test)の不良の不良モード及び不良箇所の解析と特定に適用される。不良解析部1a、EWS2、及びLSIテスタ3は、LANに接続される。
As shown in FIG. 10, the
不良解析部1aには、不良調査部11aと制御・解析部12aが設けられる。不良調査部11aは、被テストデバイスである半導体デバイス(DUT)21の不良解析を行う。不良調査部11aは、例えばSDL(Soft Defect Localization)解析を行う。制御・解析部12aは、不良調査部11aを制御し、不良調査部11aで調査された情報を解析する。制御・解析部12aには表示部13aが設けられる。表示部13aは、例えば制御・解析部12aで処理された情報やLAN経由で送信された情報が表示される。
The defect analysis unit 1a is provided with a defect investigation unit 11a and a control /
LSIテスタ3は、不良調査部11a内の半導体デバイス(DUT)21に電源電圧、入力信号、クロック信号などを出力し、半導体デバイス(DUT)21から出力される出力信号を入力して半導体デバイス(DUT)21のPASS(良)或いはFAIL(不良)の判定を行う。
The
ここで、SDL(Soft Defect Localization)解析では、細く収束させたレーザ光を、例えばシステムLSIやSoCである半導体デバイス(DUT)21に照射し、局所的な加熱、光励起電流、或いは局所的な半導体デバイス(DUT)21の動作変化などにより、故障解析を行う。この故障解析では、例えば動作マージン不足のトランジスタの特定、配線の断線或いはショート箇所の特定、ビア或いはコンタクトの高抵抗箇所の特定などを行うことができる。 Here, in SDL (Soft Defect Localization) analysis, a laser beam that is converged finely is irradiated onto a semiconductor device (DUT) 21 that is, for example, a system LSI or SoC, and is subjected to local heating, photoexcitation current, or local semiconductor. Failure analysis is performed based on operational changes of the device (DUT) 21 and the like. In this failure analysis, for example, it is possible to specify a transistor having an insufficient operation margin, specify a disconnection or short-circuit portion of a wiring, specify a high-resistance portion of a via or a contact, and the like.
図11に示すように、不良調査部11aには、半導体デバイス(DUT)21、顕微鏡部26、光学ステージ27、レーザ発生/光検出部28、及びインターフェース30が設けられる。なお、図示していないが不良調査部11aには、実施例1と同様にアンプ24、プローバ23が設けられる。
As shown in FIG. 11, the defect investigation unit 11 a includes a semiconductor device (DUT) 21, a
半導体デバイス(DUT)21には、X方向、Y方向、及びZ方向に走査されるレーザ光が表面或いは裏面に照射される(照射手段)。ここでは、半導体デバイス(DUT)21の表面にレーザ光を照射しているが、想定される半導体デバイス(DUT)21の不良モード或いは不良箇所に応じて表面或いは裏面が適宜選択される。 The semiconductor device (DUT) 21 is irradiated with laser light scanned in the X direction, Y direction, and Z direction on the front surface or the back surface (irradiation means). Here, the surface of the semiconductor device (DUT) 21 is irradiated with laser light, but the front surface or the back surface is appropriately selected according to the assumed failure mode or failure location of the semiconductor device (DUT) 21.
インターフェース30は、LSIテスタ3から出力される電源電圧、入力信号Sin、クロック信号Sclkなどを半導体デバイス(DUT)21に出力し、半導体デバイス(DUT)21の判定結果である出力信号SoutなどをLSIテスタ3に出力する。
The interface 30 outputs the power supply voltage, the input signal Sin, the clock signal Sclk, and the like output from the
SDL解析では、半導体デバイス(DUT)21が、例えばシリコンデバイスであるシステムLSIやSoCの場合、レーザ波長は1060nmから1400nmの波長範囲が選択される。トランジスタ系の不良解析には1060nmから1160nmの波長範囲が選択され、配線系の不良解析には1300nmから1400nmの範囲の波長が選択される。 In the SDL analysis, when the semiconductor device (DUT) 21 is a system LSI or SoC which is a silicon device, for example, a wavelength range of 1060 nm to 1400 nm is selected. A wavelength range of 1060 nm to 1160 nm is selected for the failure analysis of the transistor system, and a wavelength range of 1300 nm to 1400 nm is selected for the failure analysis of the wiring system.
次に、SDL手法によるSoCのFNC(Function)マージン解析について図12乃至図14を参照して説明する。図12はSoCのFNCマージン解析を示すフローチャート、図13はSoCの電源電圧及びクロック信号に対するPASS/FAILを示す図、図14はレーザ照射状態でのクロック信号に対するPASS/FAILを示す図、図15はX方向或いはY方向でレーザ照射に対するPASS/FAIL変化数の変化を示す図、図16はZ方向でレーザ照射に対するPASS/FAIL変化数の変化を示す図である。ここでは、被テストデバイスであるSoC(シリコンデバイス)のFNCマージン解析には、配線系の不良を想定してレーザ光の波長は1300nmが選択される。 Next, SoC FNC (Function) margin analysis by the SDL method will be described with reference to FIGS. 12 is a flowchart showing SoC FNC margin analysis, FIG. 13 is a diagram showing PASS / FAIL with respect to the power supply voltage and clock signal of SoC, FIG. 14 is a diagram showing PASS / FAIL with respect to the clock signal in the laser irradiation state, and FIG. FIG. 16 is a diagram showing a change in the PASS / FAIL change number with respect to laser irradiation in the X direction or the Y direction, and FIG. 16 is a diagram showing a change in the PASS / FAIL change number with respect to laser irradiation in the Z direction. Here, for the FNC margin analysis of the SoC (silicon device) that is the device under test, the wavelength of the laser beam is selected to be 1300 nm, assuming that the wiring system is defective.
図12に示すように、SoCのFNCマージン解析では、LSIテスタ3からSoCである半導体デバイス(DUT)21に電源電圧、入力信号、クロック信号などが出力され、半導体デバイス(DUT)21から半導体デバイス(DUT)21の判定結果である出力信号SoutがLSIテスタ3に出力される。LSIテスタ3は、出力信号Soutが所定の規格を満足しているかの判定を行う。
As shown in FIG. 12, in the SoC FNC margin analysis, a power supply voltage, an input signal, a clock signal, and the like are output from the
その判定結果は、図13に示すように、例えばクロック信号Sclkと電源電圧に対するPASS/FAILマップとして作成される(作成手段)。PASS/FAILマップでは、クロック信号Sclkが早い方がPASSの個数が増大し、電源電圧が高い方がPASSの個数が増大する。クロック信号Sclkが所定の速度以上になると半導体デバイス(DUT)21は応答できなくなりFAILとなる(図示していない)。電源電圧が所定の電圧以上になると半導体デバイス(DUT)21に、例えばリーク電流など発生してFAILとなる。ここでは、クロック信号Sclkと電源電圧に対するPASS/FAILマップを選択しているが、入力信号Sinと電源電圧に対するPASS/FAILマップを選択してもよい(ステップS51)。 The determination result is created as, for example, a PASS / FAIL map for the clock signal Sclk and the power supply voltage as shown in FIG. 13 (creating means). In the PASS / FAIL map, the faster the clock signal Sclk, the greater the number of PASSs, and the higher the power supply voltage, the greater the number of PASSs. When the clock signal Sclk exceeds a predetermined speed, the semiconductor device (DUT) 21 cannot respond and becomes FAIL (not shown). When the power supply voltage becomes equal to or higher than a predetermined voltage, for example, a leakage current is generated in the semiconductor device (DUT) 21 and becomes FAIL. Although the PASS / FAIL map for the clock signal Sclk and the power supply voltage is selected here, the PASS / FAIL map for the input signal Sin and the power supply voltage may be selected (step S51).
次に、半導体デバイス(DUT)21にレーザ光を照射(X方向、Y方向、にスキャン)され、レーザ照射位置で、レーザ照射状態でのPASS/FAILマップが順次作成される。レーザ照射の焦点位置は、例えばシリコン基板の表面に設定される。 Next, the semiconductor device (DUT) 21 is irradiated with laser light (scanned in the X direction and Y direction), and a PASS / FAIL map in the laser irradiation state is sequentially created at the laser irradiation position. The focal position of laser irradiation is set, for example, on the surface of the silicon substrate.
レーザ照射されたとき、レーザ照射領域の半導体デバイス(DUT)21では、熱励起電流が発生し、レーザ照射された領域の動作マージンが変化する。そのため、図14に示すように、例えばFAIL領域に接するPASSの箇所がFAILに変化し、PASSの個数が減少する。ここでは、FAIL領域に接するPASSの箇所の8箇所がFAILに変化している(電源電圧が高い側で4箇所、電源電圧が低い側で4箇所)。なお、図14では、PASSの個数が減少しているが、PASS領域に隣接するFAILの箇所がPASSに変化してFAILの個数が減少する場合もある(ステップS52)。 When laser irradiation is performed, in the semiconductor device (DUT) 21 in the laser irradiation region, a thermal excitation current is generated, and the operation margin of the laser irradiation region changes. For this reason, as shown in FIG. 14, for example, the location of the PASS in contact with the FAIL region is changed to FAIL, and the number of PASS is reduced. Here, eight PASS locations in contact with the FAIL region are changed to FAIL (four locations on the high power supply voltage side and four locations on the low power supply voltage side). In FIG. 14, the number of PASS is decreased, but the FAIL location adjacent to the PASS region may be changed to PASS, and the number of FAIL may be decreased (step S52).
続いて、レーザ照射された場合のPASS或いはFAILの変化数をカウントする。図15に示すように、レーザ光の照射位置に対してPASS或いはFAILの変化数をプロットする。その後、レーザ光の照射位置に対してPASS或いはFAILの変化数をPASS/FAL画像(I)として2次元的に表示する(第1の画像作成手段)。なお、2次元的に表示する表示画像は、水平方向の位置座標が半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト図に一致するように画像補正される。PASS/FAIL画像(I)と半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト図を例えば、重ね合わせる(第1の位置座標設定手段)(ステップS53)。 Subsequently, the number of changes in PASS or FAIL when laser irradiation is performed is counted. As shown in FIG. 15, the number of changes in PASS or FAIL is plotted with respect to the irradiation position of the laser beam. Thereafter, the number of changes in PASS or FAIL is two-dimensionally displayed as a PASS / FAL image (I) with respect to the irradiation position of the laser beam (first image creation means). Note that the display image displayed two-dimensionally is corrected so that the position coordinates in the horizontal direction match the planar layout diagram of the semiconductor device (DUT) 21. For example, the PASS / FAIL image (I) and the planar layout diagram of the semiconductor device (DUT) 21 are superimposed (first position coordinate setting means) (step S53).
そして、PASS或いはFAILの変化数が最も多いところの位置である図15に示す領域I(即ち、半導体デバイス(DUT)21の水平方向の位置)を特定する。なお、並行して実施例1と同様にOBIRCH画像をモニタしてもよい(ステップS54)。 Then, the region I shown in FIG. 15 (that is, the horizontal position of the semiconductor device (DUT) 21), which is the position where the number of changes in PASS or FAIL is the largest, is specified. In parallel, the OBIRCH image may be monitored in the same manner as in the first embodiment (step S54).
次に、位置が特定された領域Iとその周辺部分の領域で、レーザ光の照射が垂直方向(SoCの断面方向)に走査される。具体的には、シリコン基板表面から配線層が形成される方向にレーザ走査する(ステップS55)。 Next, the laser beam irradiation is scanned in the vertical direction (the cross-sectional direction of the SoC) in the region I where the position is specified and the peripheral portion thereof. Specifically, laser scanning is performed from the surface of the silicon substrate in the direction in which the wiring layer is formed (step S55).
続いて、レーザ照射された場合のPASS或いはFAILの変化数をカウントする。図16に示すように、レーザ光の照射位置に対してPASS或いはFAILの変化数をプロットする。その後、レーザ光の照射位置に対してPASS或いはFAILの変化数をPASS/FAIL画像(II)として2次元的に表示する(第2の画像表示作成手段)。なお、2次元的に表示する表示画像は、垂直方向の位置座標が半導体デバイス(DUT)21の断面図に一致するように画像補正される。PASS/FAIL画像(II)と半導体デバイス(DUT)21の断面図を例えば、重ね合わせる(第2の位置座標設定手段)(ステップS56)。 Subsequently, the number of changes in PASS or FAIL when laser irradiation is performed is counted. As shown in FIG. 16, the number of changes in PASS or FAIL is plotted against the irradiation position of the laser beam. Thereafter, the number of changes in PASS or FAIL is two-dimensionally displayed as a PASS / FAIL image (II) with respect to the irradiation position of the laser beam (second image display creation means). The display image displayed two-dimensionally is corrected so that the position coordinates in the vertical direction match the cross-sectional view of the semiconductor device (DUT) 21. For example, the PASS / FAIL image (II) and the cross-sectional view of the semiconductor device (DUT) 21 are overlapped (second position coordinate setting means) (step S56).
そして、PASS或いはFAILの変化数が最も多いところの位置である図16に示す領域II(即ち、半導体デバイス(DUT)21の垂直方向の位置)を特定する。なお、並行して実施例1と同様にOBIRCH画像をモニタしてもよい(ステップS57)。 Then, the region II shown in FIG. 16 (that is, the vertical position of the semiconductor device (DUT) 21), which is the position where the number of changes in PASS or FAIL is the largest, is specified. In parallel, the OBIRCH image may be monitored in the same manner as in the first embodiment (step S57).
この結果、SoCのFNCマージンに関連した配線系の不良箇所が3次元的に特定される。なお、実施例1と同様にOBIRCH画像を用いてSoCのFNCマージンに関連した配線系の不良箇所を3次元的に特定してもよい。 As a result, the defective part of the wiring system related to the SoC FNC margin is identified three-dimensionally. Similar to the first embodiment, a defective portion of the wiring system related to the SoC FNC margin may be specified three-dimensionally using the OBIRCH image.
上述したように、本実施例の故障解析装置では、不良解析部1a、EWS2、及びLSIテスタ3が設けられる。不良解析部1aには、不良調査部11aと制御・解析部12aが設けられる。不良調査部11aには、半導体デバイス(DUT)21、顕微鏡部26、光学ステージ27、レーザ発生/光検出部28、及びインターフェース30が設けられる。レーザ発生/光検出部28は、光学ステージ27及び顕微鏡部26を介して、被テストデバイスである半導体デバイス(DUT)21にレーザ光を水平方向及び垂直方向に照射する。LSIテスタ3は、半導体デバイス(DUT)21に電源及び信号を供給して、半導体デバイス(DUT)21のFNCマージンに対するPASS或いはFAILを判定する。EWS2は、半導体デバイス(DUT)21のPASS/FAILマップを作成する。制御・解析部12aによりレーザ光が半導体デバイス(DUT)21の水平方向に走査制御され、EWS2によりレーザ光照射状態で半導体デバイス(DUT)21のPASS/FAILマップ上でのPASS/FAILの変化数がカウントされ、PASS/FAILの変化数が第1のPASS/FAIL画像として作成される。EWS2は、第1のPASS/FAIL画像と半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト画像を水平方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる。制御・解析部12aによりレーザ光が半導体デバイス(DUT)21の垂直方向に走査制御され、EWS2によりレーザ光照射状態で半導体デバイス(DUT)21のPASS/FAILマップ上でのPASS/FAILの変化数がカウントされ、PASS/FAILの変化数を第2のPASS/FAIL画像として作成される。EWS2は、第2のPASS/FAIL画像と半導体デバイス(DUT)21の断面画像を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる。
As described above, the failure analysis apparatus according to the present embodiment includes the failure analysis unit 1a, the
このため、第1のPASS/FAIL画像と半導体デバイス(DUT)21の平面レイアウト画像を重ね合わせ、第2のPASS/FAIL画像と半導体デバイス(DUT)21の断面画像を重ね合わせることにより被テストデバイスである半導体デバイス(DUT)21の不良箇所を3次元的に特定することができる。また、故障解析装置71を用いた半導体デバイス(DUT)21の不良解析では、半導体デバイス(DUT)21にレーザ光を照射するだけで半導体デバイス(DUT)21の不良解析が可能であり、不良発生箇所が多数あった場合や想定以外の不良モードが混在した場合でも、半導体デバイス(DUT)21の非破壊での不良解析が可能となり、他の故障解析装置との併用が可能となる。
For this reason, the first PASS / FAIL image and the planar layout image of the semiconductor device (DUT) 21 are overlaid, and the second PASS / FAIL image and the cross-sectional image of the semiconductor device (DUT) 21 are overlaid. The defective portion of the semiconductor device (DUT) 21 can be identified three-dimensionally. In the failure analysis of the semiconductor device (DUT) 21 using the
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
例えば、実施例では、被テストデバイス(DUT)がSoC或いはシステムLSI(シリコンデバイス)であるが、メモリLSI(シリコンデバイス)、アナログIC(シリコンデバイス)、アナログデジタルIC(シリコンデバイス)、パワーデバイスなどの半導体デバイス(シリコンデバイス)、或いはGaAs系化合物デバイスなどにも適用することができる。その場合、不良モード及び基板等を考慮してレーザ光の波長やパワーなどの条件を適宜選択するのが好ましい。 For example, in the embodiment, the device under test (DUT) is SoC or system LSI (silicon device), but memory LSI (silicon device), analog IC (silicon device), analog digital IC (silicon device), power device, etc. The present invention can also be applied to a semiconductor device (silicon device) or a GaAs compound device. In that case, it is preferable to appropriately select conditions such as the wavelength and power of the laser light in consideration of the failure mode and the substrate.
また、実施例2では、配線層やビアに関連した場合でのシリコン系半導体デバイス(DUT)の配線系の不良を想定してFNCマージン解析を行っている。このため、レーザ波長が1300nmを有するレーザ光を採用しているが、コンタクト、ソース・ドレイン、ゲートなどが関係するシリコン系半導体デバイス(DUT)の配線系の不良の場合でのFNCマージン解析には、レーザ波長が例えば1060nmを有するレーザ光を採用してもよい。 In the second embodiment, the FNC margin analysis is performed on the assumption that the wiring system of the silicon semiconductor device (DUT) is defective when it is related to the wiring layer or via. For this reason, laser light having a laser wavelength of 1300 nm is used, but for FNC margin analysis in the case of a defective wiring system of a silicon-based semiconductor device (DUT) involving contacts, sources / drains, gates, etc. A laser beam having a laser wavelength of, for example, 1060 nm may be employed.
また、実施例では、レーザ光を被テストデバイス(DUT)に照射しているが、代わりに荷電ビームとしての電子線を被テストデバイス(DUT)に照射し、被テストデバイス(DUT)の吸収電流を3次元的に画像化してもよい。或いは荷電ビームとしての電子線を被テストデバイス(DUT)に照射し、被テストデバイス(DUT)の電位勾配を3次元的に画像化してもよい。 In the embodiment, the device under test (DUT) is irradiated with laser light. Instead, the device under test (DUT) is irradiated with an electron beam as a charged beam, and the absorbed current of the device under test (DUT). May be imaged three-dimensionally. Alternatively, the device under test (DUT) may be irradiated with an electron beam as a charged beam, and the potential gradient of the device under test (DUT) may be imaged three-dimensionally.
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) 被テストデバイスに荷電ビームを照射して、照射された被テストデバイスの特定箇所に励起電流を発生させる照射手段と、前記荷電ビームを水平方向及び縦方向に走査して前記テストデバイスの吸収電流画像を撮影する撮影手段と、水平方向の前記吸収電流画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を平面の位置座標が同一となるように重ね合わせる第1の位置座標設定手段と、複数の水平方向の前記吸収電流画像を縦方向に合成した合成画像と前記被テストデバイスの断面画像を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第2の位置座標設定手段とを具備し、水平方向の前記吸収電流画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を重ね合わせ、前記合成画像と前記被テストデバイスの断面画像を重ね合わせることにより前記被テストデバイスの不良箇所を3次元的に特定する故障解析装置。
The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Supplementary Note 1) Irradiation means for irradiating a device under test with a charged beam and generating an excitation current at a specific location of the irradiated device under test; and scanning device for scanning the charged beam horizontally and vertically. A plurality of first position coordinate setting means for superimposing the horizontal current absorption current image and the planar layout image of the device under test so that the plane position coordinates are the same; A second position coordinate setting unit that superimposes the synthesized image obtained by synthesizing the absorption current image in the horizontal direction in the vertical direction and the cross-sectional image of the device under test so that the position coordinates in the vertical direction are the same, The absorption current image in the horizontal direction and the planar layout image of the device under test are overlaid, and the composite image and the cross-sectional image of the device under test are overlaid. A failure analysis apparatus that three-dimensionally identifies a defective portion of the device under test by
(付記2) 被テストデバイスに荷電ビームを照射して、照射された被テストデバイスの特定箇所に励起電流を発生させる照射手段と、前記荷電ビームを水平方向及び縦方向に走査して前記テストデバイスの電位勾配を電位勾配画像とする電位勾配画像手段と、水平方向の前記電位勾配画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を平面の位置座標が同一となるように重ね合わせる第1の位置座標設定手段と、複数の水平方向の前記電位勾配画像を縦方向に合成した合成画像と前記被テストデバイスの断面画像を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第2の位置座標設定手段とを具備し、水平方向の前記電位勾配画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を重ね合わせ、前記合成画像と前記被テストデバイスの断面画像を重ね合わせることにより前記被テストデバイスの不良箇所を3次元的に特定する故障解析装置。 (Supplementary Note 2) Irradiation means for irradiating a device under test with a charged beam and generating an excitation current at a specific location of the irradiated device under test, and the test device by scanning the charged beam horizontally and vertically First potential coordinate setting for superimposing the potential gradient image in the horizontal direction and the planar layout image of the device under test so that the plane position coordinates are the same. And second position coordinate setting means for superimposing a composite image obtained by combining a plurality of horizontal potential gradient images in the vertical direction and a cross-sectional image of the device under test so that the vertical position coordinates are the same. A horizontal layout of the potential gradient image and a planar layout image of the device under test, and a cut-off between the composite image and the device under test. The failure analysis apparatus for identifying the defective portion of the DUT three-dimensionally by superimposing images.
(付記3) 前記荷電ビームは、電子線である付記1又は2に記載の故障解析装置。
(Supplementary note 3) The failure analysis apparatus according to
1、1a 不良解析部
2 EWS
3 LSIテスタ
11、11a 不良調査部
12、12a 調査解析部
13、13a、15 表示部
14 情報格納部
21 半導体デバイス(DUT)
22 DUTステージ
23 プローバ
24 アンプ
26 顕微鏡部
27 光学ステージ
28 レーザ発生部/光検出部
30 インターフェース
70、71 故障解析装置
Sclk クロック信号
Sin 入力信号
Sout 出力信号
1, 1a
3
22 DUT stage 23 prober 24
Claims (5)
前記レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査して前記被テストデバイスの光加熱抵抗変化画像を撮影する撮影手段と、
水平方向の前記光加熱抵抗変化画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を水平方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第1の位置座標設定手段と、
縦方向の光学ステージ位置情報と前記被テストデバイスの断面情報を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第2の位置座標設定手段と、
を具備し、前記被テストデバイスの不良箇所を3次元的に特定することを特徴とする故障解析装置。 A laser irradiation means for irradiating the device under test with laser light and heating a specific portion of the irradiated device under test to generate a thermoelectromotive current;
An imaging unit that scans the laser light in a horizontal direction and a vertical direction to capture a light heating resistance change image of the device under test;
A first position coordinate setting means for superimposing the light heating resistance change image in the horizontal direction and the planar layout image of the device under test so that the position coordinates in the horizontal direction are the same;
A second position coordinate setting means for superimposing the vertical optical stage position information and the cross-sectional information of the device under test so that the vertical position coordinates are the same;
A failure analysis apparatus characterized by three-dimensionally identifying a defective portion of the device under test.
前記被テストデバイスに電源及び信号を供給して、前記被テストデバイスのFNCマージンに対するPASS或いはFAILを判定するLSIテスタと、
前記被テストデバイスのPASS/FAILマップを作成する作成手段と、
前記レーザ光を前記被テストデバイスの水平方向に走査して、前記レーザ光照射状態で前記被テストデバイスのPASS/FAILマップ上でのPASS/FAILの変化数をカウントし、PASS/FAILの変化数を第1のPASS/FAIL画像とする第1の画像作成手段と、
前記第1のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を水平方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第1の位置座標設定手段と、
前記レーザ光を前記被テストデバイスの垂直方向に走査して、前記レーザ光照射状態で前記被テストデバイスのPASS/FAILマップ上でのPASS/FAILの変化数をカウントし、PASS/FAILの変化数を第2のPASS/FAIL画像とする第2の画像作成手段と、
前記第2のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの断面画像を縦方向の位置座標が同一となるように重ね合わせる第2の位置座標設定手段と、
を具備し、前記第1のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの平面レイアウト画像を重ね合わせ、前記第2のPASS/FAIL画像と前記被テストデバイスの断面画像を重ね合わせることにより前記被テストデバイスの不良箇所を3次元的に特定することを特徴とする故障解析装置。 Irradiating means for irradiating the device under test with laser light in a horizontal direction and a vertical direction;
An LSI tester that supplies power and signals to the device under test to determine PASS or FAIL for the FNC margin of the device under test;
Creating means for creating a PASS / FAIL map of the device under test;
The laser beam is scanned in the horizontal direction of the device under test, the number of PASS / FAIL changes on the PASS / FAIL map of the device under test in the laser light irradiation state is counted, and the number of PASS / FAIL changes A first image creating means that takes the first PASS / FAIL image as a first PASS / FAIL image;
First position coordinate setting means for superimposing the first PASS / FAIL image and the planar layout image of the device under test so that the position coordinates in the horizontal direction are the same;
The laser beam is scanned in the vertical direction of the device under test, and the number of PASS / FAIL changes on the PASS / FAIL map of the device under test in the laser light irradiation state is counted, and the number of PASS / FAIL changes. A second image creation means that takes the second PASS / FAIL image as a second PASS / FAIL image;
Second position coordinate setting means for superimposing the second PASS / FAIL image and the cross-sectional image of the device under test so that the position coordinates in the vertical direction are the same;
The device under test by superimposing the first PASS / FAIL image and the planar layout image of the device under test, and superimposing the second PASS / FAIL image and the cross-sectional image of the device under test. A failure analysis apparatus characterized by three-dimensionally identifying a defective portion.
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