JP2605607B2 - 半導体集積回路の故障解析装置 - Google Patents

半導体集積回路の故障解析装置

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JP2605607B2
JP2605607B2 JP5308245A JP30824593A JP2605607B2 JP 2605607 B2 JP2605607 B2 JP 2605607B2 JP 5308245 A JP5308245 A JP 5308245A JP 30824593 A JP30824593 A JP 30824593A JP 2605607 B2 JP2605607 B2 JP 2605607B2
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semiconductor integrated
integrated circuit
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康子 花釜
豊一 中村
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302Contactless testing
    • G01R31/305Contactless testing using electron beams
    • G01R31/307Contactless testing using electron beams of integrated circuits

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路の電位変
化を試験する電子ビームテスターを用いた故障解析に関
わる。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路(以下、DUTと呼ぶ)
の故障解析や故障箇所絞り込みに電子ビームテスターを
用いて取得した電位波形情報を利用する場合は、設計者
や、CADデータベース等の設計情報(以下、CADデ
ータ)が必要であったり、ある程度他の方法で故障箇所
を絞り込んでからでないと使えない等の問題があった。
故障解析を行なう現場では、必ずしも設計者がいるとは
限らず、またCADデータも必ずしも入手可能でない。
このような場合に、有効な絞り込み手法として提案され
たのが電位分布像を比較する方法である。これはダイナ
ミック フォールト イメージング法、Dynamic
Fault Imaging法(略してDFI法)と
呼ばれている(第1の従来例)。例えばアイイーイーイ
ー、アイアールピーエス 論文集95〜108頁参照
(T.C.May,et al.,”Dynamic
Fault Imaging of VLSI Ran
domLogic Devices,”1984,IE
EE/IRPS pp.95−108)。DFI法のタ
イミング図を図5に示す。DUTを駆動しながら、それ
ぞれのテストパターンに於て良品と不良品に対して電位
分布像を取得してこれらの差から得られる電位分布像の
明度の食い違った部分(故障像と呼ぶ)をテストパター
ンを遡りつつトレースすることにより故障箇所を絞り込
むのがこの方法の特徴である。しかしながら実際にDF
Iを適用しようとする電子光学系の大きさ(走査範囲、
倍率)制限や、DUT面積の大規模化や、配線密度の高
密度化のため、配線の各素子の電位を観察するための充
分な分解能でDUT全面の電位分布像を一度に得ること
が出来なくなってきている。またDUTの規模が大きく
なるに従って、DUTテストをするための一連のテスト
パターン数が多くなるため、電位分布像の信号対ノイズ
比が低下することにより、像を得るのに時間が多くかか
る問題があった。
【0003】中村ほか、”EBテスタでの像の高速取得
新手法開発とLSI故障箇所絞り込みへの応用”(19
92、電子情報通信学会信頼性研究会の電子情報通信学
会技術研究報告43〜48頁、R91−68 CPM9
1−1135)で中村らは、この像取得時間が長くなる
問題の改善のため、像を取得するために指定したテスト
パターンのDUTへの入力時間を延長することにより単
位時間当たりの像信号の取得時間割合を増すことを基本
として、全体としての像取得時間を短縮化させることに
成功している。この手法はCGFI法(Continu
ous e−beam with synchroni
zed Gated signal acquisit
ion Fault Imaging techniq
ue)と呼ばれ、入射電子ビームには連続ビームを用い
ていることを特徴としている。このタイミング図を図7
に示す。また、中村らはこれらテストパターンを遡る際
のテストパターンの変更作業、すなわちテストパターン
の編集(指定するテストパターンの変更や入力時間延長
の設定やこれに続くテストパターンがDUTに入力され
ないように設定)を自動的に行なうようにEBテスタ1
04とLSIテスタ103をGPIB制御線113によ
って接続した。これらによって中村らは、入射電子ビー
ムをDUT107に照射して得られる二次電子を検出し
た量から形成した電位分布像を用い、DUT107の故
障回路部分を特定するシステムにおいて、繰り返して集
積回路に入力する一連のテストパターンの中から電位分
布像を取得するために指定したテストパターンを集積回
路に入力している時間を他のテストパターン入力時間よ
りも長くして電位分布像を取得することで像取得の高速
化を実現している(第2の従来例)。この第2の従来例
の装置構成図を図6に示す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし第2の従来例に
おいては、絶縁膜付のLSIチップに電子ビームを照射
する際、テストパターンのHigh,Lowレベルが偏
ったものや、固定電位故障の場合にチャージアップの影
響で電位コントラストが低下する場合があり、電位像か
らの電位レベルの判断がしにくくなるという問題があ
る。
【0005】本発明の目的は、入射電子ビームをDUT
に照射して得られる二次電子を検出した量から形成した
電位分布像を用い、DUTの故障回路部分を特定するシ
ステム(第2の従来例)を改良し、CGFI法の電位像
におけるチャージアップの影響を低減することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、1次電子
ビームを半導体集積回路に照射して得られる2次電子を
検出した量から形成した電位分布像を用い、半導体集積
回路の故障回路部分を特定する故障解析装置において、
半導体集積回路への電力及びテストパターン群の信号印
加開始に同期させて帯電により電位分布像の画質が劣化
する前に電位分布像を取得することを特徴とする。
【0007】第2の発明は、1次電子ビームを半導体集
積回路に照射して得られる2次電子を検出した量から形
成した電位分布像を用い、半導体集積回路の故障回路部
分を特定する故障解析装置において、半導体集積回路
の電力及びテストパターン群の信号の印加停止時に同期
させて、帯電により電位分布像の画質が劣化する前に電
位分布像を取得することを特徴とする。
【0008】第3の発明は、第1又は第2の発明におい
て、1次電子ビームの電流量を少なくすることを特徴と
する。
【0009】第4の発明は、第1又は第2の発明におい
て、1次電子ビームを連続照射にしたことを特徴とす
る。
【0010】第5の発明は、第3の発明において、1次
電子ビームを連続照射にしたことを特徴とする。
【0011】第6の発明は、第1又は第2の発明におい
て、1次電子ビームをテストパターン印加周期と非同期
の繰返しパルス電子ビームとすることを特徴とする。
【0012】第7の発明は、第1、第2又は第4の発明
において、1次電子ビームの電流量が電位分布像の拡大
率に連動して変化することを特徴とする。
【0013】第8の発明は、第1の発明において、テス
トパターンを印加していない場合に信号電位、電源線お
よびグランド線の電位をテストパターン印加時のハイレ
ベルとローレベルの中間電位に設定することを特徴とす
る。
【0014】第9の発明は、第1の発明において、テス
トパターンを印加していない場合に信号電位、電源線お
よびグランド線の電位を全てテストパターン印加時のハ
イレベルに設定することを特徴とする。
【0015】第10の発明は、第1の発明において、テ
ストパターンを印加していない場合に信号電位、電源線
およびグランド線の電位を全てテストパターン印加時の
ローレベルに設定することを特徴とする。
【0016】第11の発明は、第1の発明において、テ
ストパターンを印加していない場合に信号電位、電源線
およびグランド線の電位をテストパターン印加時のハイ
レベルとローレベルの適当な組み合せに設定することを
特徴とする。
【0017】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【0018】図1は本発明の第1の実施例を示す装置構
成図である。図中に示すように第2の従来例の装置構成
の制御プログラム100に新規に電源(信号)のON−
OFFの制御プログラムを備えたものである。従来のC
GFI法ではLSIテスタ103上でテストパターンを
走らせ、信号105をDUT107に入力している状態
にした後、数秒後に電子ビームテスタ104で像を取得
していた。図8に従来のCGFI法の像取得のタイミン
グ図に示す。
【0019】本発明では、電子ビームテスタ5とLSI
テスタ4を制御線14で結び、制御プログラム1に図2
の新規プログラムを加えることで、DUT8の電源のO
N,OFFを制御する。これによって電源ON,OFF
と像取得を数十ミリ秒以下で同期させることが出来る。
本発明による像取得のタイミング図を図3に示す。本発
明で信号電位のみをOFFする手法を自動的信号ON−
OFF法、信号電位を含む電源の電位を全てOFFする
手法を自動的電源ON−OFF法と呼んでいる。このと
き図3(1)の「電位保持、パターンは自動変更 20
0」に示すテストパターンを印加していない時間では信
号電位、電源線およびグランド線の電位を全てテストパ
ターン印加時のハイレベルとローレベルの中間電位、ま
たはHighレベルまたはLowレベルに設定した。こ
れにより、像取得直前に電位変化、あるいは電位反転さ
せることで更にチャージアップの影響の少ない電位コン
トラストが得られた。また、CGFI法では像を取得し
たいテストパターンを長くした部分のテストベクター全
体に対する割合をDuty比と定義しており、従来まで
のCGFI法ではこの値を0.1にしていた。図3に示
す本発明の手法ではこの値を0.9に大きくし、像取得
時間は0.5秒にして第1の実施例と併用することで
0.5秒の過渡的なチャージアップの影響の少ない電位
像を取得することが出来た。
【0020】更に前記実施例にビーム電流量の低減を併
用した第2の実施例を示す。電子ビームテスタのフィラ
メント電流を変化させることにより、通常使用時0.7
nAであるビーム電流量を1/7の0.1nAに低減
し、像取得は前記実施例によって行なった。また入射電
子ビームをテストパターン印加周期と非同期の繰返しパ
ルス電子ビームとすることによって、ビーム電流量を低
減することも出来る。電子ビームをパルスビームにする
方法を連続ビームを用いるCGFi法に対してPGFI
法(Pulse e−beam With Synch
ronizedGated Signal Acqui
sition Fault Imaging Tech
nique)と呼んでいる。パルス電子ビームの場合の
像取得のタイミング図を図4に示す。また前記第1の実
施例に更に、電子ビームテスタ4のコンデンサーレンズ
の電流制御により入射電子ビームの電流量を電位像の倍
率を変化するのに連動して変化させた。像取得は前記第
1の実施例によって行なった。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、テストパターンがHi
gh,Lowに偏っている場合でも、自動的信号ON−
OFF法、自動的電源ON−OFF法によって信号の入
力と同期して自動的に像取得が行なわれるため、チャー
ジアップが進む前の過渡時間に像が取得出来る様になっ
た。同様に電位が固定し、チャージアップで従来のCG
FI法では電位コントラストの低い電位像になっていた
ものでも電位コントラストが得られるようになった。ま
た、ビーム電流量の低減を併用すると更にチャージアッ
プの影響を低減することが出来る。また像の拡大率が高
くなるにしたがってチャージアップの影響が大きくなる
ことから、入射電子ビームの電流量が電位分布像の拡大
率に連動して変化することで高倍率での電位像でもチャ
ージアップの影響を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を示す装置構成図
【図2】本発明のプログラムフロー
【図3】本発明の像取得タイミング図
【図4】本発明のパルス電子ビームの場合のタイミング
【図5】第1の従来例(DFI法)のタイミング図
【図6】第2の従来例を示す装置構成図
【図7】第2の従来例(従来のCGFI法)のタイミン
グ図
【図8】従来のCGFI法の像取得のタイミング図
【符号の説明】
1 制御プログラム 2 テストパターンデータ 3 電子計算機 4 LSIテスター 5 電子ビームテスター 6 信号線 7 像取得タイミング線 8 DUT 9 電子ビーム 10 二次電子検出器(センサー) 11 ゲート発生回路 12 電子計算機 13 イメージプロセッサー 14 制御線 15 二次電子 16 モニター 100 制御プログラム 101 テストパターンデータ 102 電子計算機 103 LSIテスター 104 電子ビームテスター 105 信号線 106 像取得タイミング線 107 DUT 108 電子ビーム 109 二次電子検出器(センサー) 110 ゲート発生回路 111 電子計算機 112 イメージプロセッサー 113 制御線 114 二次電子 115 モニター 200 図3の「電位保持、パターンは自動変更」の指
定箇所
フロントページの続き (72)発明者 辻出 徹 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−1040(JP,A) 特開 平3−10177(JP,A) 特開 平3−161948(JP,A)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次電子ビームを半導体集積回路に照射
    して得られる2次電子を検出した量から形成した電位分
    布像を用い、半導体集積回路の故障回路部分を特定する
    故障解析装置において、半導体集積回路への電力及び
    ストパターン群の信号印加開始に同期させて帯電により
    電位分布像の画質が劣化する前に電位分布像を取得する
    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】 1次電子ビームを半導体集積回路に照射
    して得られる2次電子を検出した量から形成した電位分
    布像を用い、半導体集積回路の故障回路部分を特定する
    故障解析装置において、半導体集積回路への電力及び
    ストパターン群の信号の印加停止時に同期させて、帯電
    により電位分布像の画質が劣化する前に電位分布像を取
    得することを特徴とする半導体集積回路の故障解析装
    置。
  3. 【請求項3】 1次電子ビームの電流量を少なくするこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の半導体集積回路の
    故障解析装置。
  4. 【請求項4】 1次電子ビームを連続照射にしたことを
    特徴とする請求項1又は2記載の半導体集積回路の故障
    解析装置。
  5. 【請求項5】 1次電子ビームを連続照射にしたことを
    特徴とする請求項3記載の半導体集積回路の故障解析装
    置。
  6. 【請求項6】 1次電子ビームをテストパターン印加周
    期と非同期の繰返しパルス電子ビームとすることを特徴
    とする請求項1又は2記載の半導体集積回路の故障解析
    装置。
  7. 【請求項7】 1次電子ビームの電流量が電位分布像の
    拡大率に連動して変化することを特徴とする請求項1、
    2又は4記載の半導体集積回路の故障解析装置。
  8. 【請求項8】 テストパターンを印加していない場合に
    信号電位、電源線およびグランド線の電位をテストパタ
    ーン印加時のハイレベルとローレベルの中間電位に設定
    することを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路の
    故障解析装置。
  9. 【請求項9】 テストパターンを印加していない場合に
    信号電位、電源線およびグランド線の電位を全てテスト
    パターン印加時のハイレベルに設定することを特徴とす
    る請求項1記載の半導体集積回路の故障解析装置。
  10. 【請求項10】 テストパターンを印加していない場合
    に信号電位、電源線およびグランド線の電位を全てテス
    トパターン印加時のローレベルに設定することを特徴と
    する請求項1記載の半導体集積回路の故障解析装置。
  11. 【請求項11】 テストパターンを印加していない場合
    に信号電位、電源線およびグランド線の電位をテストパ
    ターン印加時のハイレベルとローレベルの適当な組み合
    せに設定することを特徴とする請求項1記載の半導体集
    積回路の故障解析装置。
JP5308245A 1993-12-08 1993-12-08 半導体集積回路の故障解析装置 Expired - Lifetime JP2605607B2 (ja)

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