JP3734995B2 - Integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学サンプリングにより電極配線の信号状態を測定するための観測用パッドを備えた集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
高密度な集積回路を搭載した集積回路装置においては、内蔵する膨大な数の素子間を接続するための配線は、多層化されている。したがって、多層構造の下層に配置された配線における信号波形を測定するためには、この配線に接続して最上層まで引き出されているビアを形成し、ビアに検査測定用のパッドを接続配置している。この検査測定用パッドを用いた上記配線における信号波形の測定には、電子ビームプロービングが用いられている。
しかしながら、集積回路の高速化が進展するに伴って、電子ビームプロービングでは時間分解能が不足し、集積回路動作を通常動作させた状態での測定は困難となってきている。
【0003】
上記の問題点を解消する測定技術として、電気光学結晶を電界測定のためのセンサーに用いる方法が、高速の電気信号波形を計測する手段として知られている。これは、電界によって複屈折率が変化するという電気光学結晶の性質を利用するものであり、電気光学サンプリングと呼ばれている。
簡単に説明すると、電気光学結晶にレーザ光をプローブ光として照射すると、照射した光の直交する2つの方向の振動成分の位相差、すなわち偏光状態が、この電気光学結晶に対する電界の大きさに応じて変化する。通常、上記の偏光変化は、ある適当な軸方向に設定された偏光板を通すことによってレーザ光の強度変化に変換できる。したがって、このレーザ光の強度の変化を検出すれば、電気光学結晶に対する電界の変化を検出できる。また、レーザ光にパルス波を用いれば、時間的に変化する電界,すなわち電気信号の時間変化を、パルス幅に相当する分解能で測定可能となる。以上が、電気光学サンプリングの原理である。
【0004】
そして、上記の電気光学結晶を集積回路の配線電極上に配置して用いれば、配線電極に信号が流れたときに発生する電界を検出することができ、配線電極の導通試験を行うことができる。
なかでも、図3に示す方法が最も汎用的な方法であり、一般に「外部プローブ法」と呼ばれているものを、検査用のパッドを持つ集積回路の試験に適用した。この方法では、回路基板301上に絶縁膜302を介して形成された配線電極303を、この上に形成されている絶縁保護膜304を貫通して形成されているビア金属305に接続し、さらにビア金属305を絶縁保護膜304上に形成されている検査用パッド306に接続して試験する。
【0005】
上記の試験では、まず、検査用パッド306上で、電気光学結晶310の誘電体多層膜ミラー311が形成された面を、絶縁保護膜304に近づけて配置する。そして、検査用パッド306からの漏れ電界320を電気光学結晶310に結合させ、電界強度変化に応じて誘電体多層膜ミラー311を反射してくるレーザ光313の偏光変化を検出する。この偏光変化の検出により、検査用パッド306とビア金属305を介して電気的に接続している配線電極303の試験を行うことができる。
【0006】
ところで、上述したような電気光学(EO)サンプリング技術は、電気光学結晶に結合する電界を検出する。このため、図3に示す測定対象の配線電極303の信号電圧が非常に小いために検査用パッド306からの電界が非常に弱く、これに対して測定対象外の近隣の配線電極からの電界が非常に強い場合には、近隣の配線電極からの洩れ電界320aでクロストーク330が発生する。そして、クロストーク330が発生すれば、検査用パッド306の電気光学サンプリングによる検査に影響を及ぼす場合があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、電気光学サンプリング技術を高密度に集積化されたLSIの内部ノード測定に適用しようとした場合、信号が微少であると正確に波形を測定することが困難な場合があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電気光学サンプリング技術を用いて、集積回路の任意の配線電極の信号状態を高精度に測定できる集積回路装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の集積回路装置は、半導体基板上に形成された集積回路と、この集積回路を覆うように形成された絶縁保護膜と、集積回路を構成する第1の配線電極に接続して絶縁保護膜上に形成された金属からなる第1の観測用パッドと、集積回路に信号を印加して動作させた状態における信号強度が第1の電極配線より小さい第2の電極配線に接続された第2の観測用パッドとを備え、第2の観測用パッドは、第1の観測用パッドより大きい面積に形成され、観測用パッドからの洩れ電界を所望の電気光学結晶に結合させて漏れ電界を電気光学結晶を用いた電気光学サンプリングで測定する状態で、観測用パッドは、集積回路に信号を印加して動作させた状態における観測用パッドが接続する電極配線を通る信号の信号強度に応じて所望の電気光学結晶を用いた電気光学サンプリングで検出可能となる電界が得られる面積以上に形成され、集積回路に信号を印加して動作させた状態における電極配線の信号波形が、観測用パッドから発生した電界を電気光学サンプリングで検出することで測定されるようにしたものである。
この発明によれば、観測用パッドにおける電界強度が、電極配線における信号強度に対応する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
本実施の形態では、図1に示すように集積回路装置を構成した。なお、図1において、(a)は正面図で、(b)は平面図である。この集積回路は、まず、回路基板101上に絶縁膜102を介して形成された配線電極103l,103m,103nを備えている。また、これら配線電極上に形成されている絶縁保護膜104を貫通し、ビア105l,105m,105nが各々配線電極103l,103m,103nに接続して形成されている。また、絶縁保護膜104上には、正方形の観測用パッド106lが形成され、ビア105lに接続している。同様に、絶縁保護膜104上には、正方形の観測用パッド106nが形成され、ビア105nに接続している。上記の構成において、この実施の形態においては、各々の配線電極における信号強度は、配線電極103l<配線電極103n<配線電極103mであるものとする。
【0010】
図1における観測用パッド106l,106nの面積は、観測用パッドの面積と電気光学サンプリングにおける測定感度の関係を示す図2に基づいて設計されているようにした。図2に示すように、非接触型の電気光学サンプリングによる測定では、観測用パッドの面積に測定感度が依存しており、観測用パッドの面積が広いほど測定感度が向上する。このように測定感度が観測用パッド面積依存性を持つのは、電子ビームプロービングや接触型電気光学サンプリングにはない非接触型の電気光学サンプリングの特徴であり、本発明はこの現象を利用している。
【0011】
図2に関してより詳細に説明すると、まず、点21lは、配線電極103lを通る電気信号が電気光学サンプリングによって十分な信号雑音比(S/N)を持って測定できる測定感度を示す点である。また、点21mは、配線電極103mを通る電気信号が電気光学サンプリングによって十分な信号雑音比を持って測定できる測定感度を示す点である。そして、点21nは、配線電極103nを通る電気信号が電気光学サンプリングによって十分な信号雑音比を持って測定できる測定感度を示す点である。
【0012】
前述したように、各々の配線電極における信号強度は、配線電極103l<配線電極103n<配線電極103mであるので、各々に必要な測定感度は、図2に示すように、配線電極103l>配線電極103n>配線電極103mとなる。なお、用いる電気光学結晶により測定感度とパッド面積との関係は変化するため、図2では、縦軸横軸とも任意目盛りとしている。例えば、カドミウムテルルを電気光学結晶として用いた場合、横軸の単位はμm2である。
【0013】
したがって、点21lで示される感度に対応する観測用パッド面積は、点22lで示されるものとなり、図1に示した観測用パッド106lの面積は、点22lで示される面積とすればよい。同様に、点21nで示される感度に対応する観測用パッド面積は、点22mで示されるものとなり、図1に示した観測用パッド106nの面積は、点22nで示される面積とすればよい。なお、配線電極103mを通る信号は非常に大きいため、測定感度は小さくてよく、ビア105の上面の面積で十分な測定感度が得られるため、観測用パッドは不要である。
【0014】
以上述べたように、観測用パッドの面積を、各々の配線電極を通る電気信号の強度に応じた測定感度になる面積以上にすれば、任意の配線電極を通る信号波形をこの信号の強度によらず高精度に測定できる。
ところで、図2に示すように、観測用パッドの面積はある値以上とすると測定感度が向上しなくなる。また、観測用パッドの面積を大きくしすぎると、集積回路の集積度の向上の阻害となる。したがって、観測用パッドは、例えば一辺が30μm程度の正方形を上限として用いるようにすれば、集積度向上を阻害することなく、また、感度向上の効果が十分に得られる。なお、上記実施の形態では、平面形状が正方形の観測用パッドを用いるようにしたが、これに限るものではなく、長方形や円形など他の形状としてもよい。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、半導体基板上に形成された集積回路と、この集積回路を覆うように形成された絶縁保護膜と、集積回路を構成する配線電極に接続して絶縁保護膜上に形成された金属からなる観測用パッドとを備え、観測用パッドは、集積回路に信号を印加して動作させた状態における観測用パッドが接続する電極配線の信号強度に応じた面積に形成され、集積回路に信号を印加して動作させた状態における電極配線の信号波形が、観測用パッドから発生した電界を電気光学サンプリングで検出することで測定されるものである。
この発明によれば、観測用パッドにおける電界強度が、電極配線における信号強度に対応するので、電気光学サンプリング技術を用いて、集積回路の任意の配線電極の信号状態を高精度に測定できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における集積回路の一部構成を示す断面図と平面図である。
【図2】 観測用パッドの面積と電気光学サンプリングにおける測定感度の関係を示す相関図である。
【図3】 従来よりある電気光学サンプリングによる試験方法を示す説明図である。
【符号の説明】
101…回路基板、102…絶縁膜、103l,103m,103n…配線電極、104…絶縁保護膜、105l,105m,105n…ビア、106l,106m,106n…観測用パッド。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an integrated circuit device including an observation pad for measuring a signal state of an electrode wiring by electro-optic sampling.
[0002]
[Prior art]
In an integrated circuit device equipped with a high-density integrated circuit, wiring for connecting a huge number of built-in elements is multilayered. Therefore, in order to measure the signal waveform in the wiring arranged in the lower layer of the multilayer structure, a via extending to the uppermost layer is formed by connecting to this wiring, and a pad for inspection and measurement is connected to the via. ing. Electron beam probing is used for measurement of the signal waveform in the wiring using the inspection / measurement pad.
However, as the speed of integrated circuits has increased, electron beam probing has insufficient time resolution, and measurement in a state where the integrated circuit operation is normally performed has become difficult.
[0003]
As a measurement technique for solving the above problems, a method using an electro-optic crystal as a sensor for measuring an electric field is known as a means for measuring a high-speed electric signal waveform. This utilizes the property of the electro-optic crystal in which the birefringence changes with an electric field, and is called electro-optic sampling.
Briefly, when laser light is irradiated onto the electro-optic crystal as probe light, the phase difference of the vibration components in the two orthogonal directions of the emitted light, that is, the polarization state, depends on the magnitude of the electric field on the electro-optic crystal. Change. Usually, the polarization change described above can be converted into a change in the intensity of laser light by passing through a polarizing plate set in an appropriate axial direction. Therefore, if the change in the intensity of the laser beam is detected, the change in the electric field with respect to the electro-optic crystal can be detected. Further, when a pulse wave is used for the laser light, it is possible to measure a time-varying electric field, that is, a temporal change of an electric signal with a resolution corresponding to the pulse width. The above is the principle of electro-optic sampling.
[0004]
If the electro-optic crystal is disposed on the wiring electrode of the integrated circuit and used, an electric field generated when a signal flows through the wiring electrode can be detected, and a continuity test of the wiring electrode can be performed. .
Among these, the method shown in FIG. 3 is the most general method, and what is generally called “external probe method” is applied to the test of the integrated circuit having the test pad. In this method, a
[0005]
In the above test, first, the surface of the electro-optic crystal 310 on which the
[0006]
By the way, the electro-optic (EO) sampling technique as described above detects an electric field coupled to an electro-optic crystal. Therefore, since the signal voltage of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when trying to apply the electro-optic sampling technique to the internal node measurement of LSI integrated with high density, it may be difficult to accurately measure the waveform if the signal is very small. .
The present invention has been made to solve the above problems, and provides an integrated circuit device capable of measuring a signal state of an arbitrary wiring electrode of an integrated circuit with high accuracy by using an electro-optic sampling technique. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An integrated circuit device of the present invention is connected to an integrated circuit formed on a semiconductor substrate, an insulating protective film formed so as to cover the integrated circuit, and a first wiring electrode constituting the integrated circuit, thereby protecting the insulation. A first observation pad made of metal formed on the film and a second electrode wiring connected to a second electrode wiring having a signal intensity lower than that of the first electrode wiring when the integrated circuit is operated by applying a signal. The second observation pad is formed in a larger area than the first observation pad, and the leakage electric field from the observation pad is coupled to a desired electro-optic crystal to reduce the leakage electric field. In the state measured by electro-optic sampling using an electro-optic crystal, the observation pad corresponds to the signal strength of the signal passing through the electrode wiring connected to the observation pad in a state where the signal is applied to the integrated circuit and operated. Desired electric light Is formed over the area where the electric field which can be detected by electro-optical sampling using crystals are obtained, the signal waveform of the electrode wiring in a state of being operated by applying a signal to the integrated circuit, the electric field generated from the observation pad It is made to measure by detecting by electro-optic sampling.
According to the present invention, the electric field strength at the observation pad corresponds to the signal strength at the electrode wiring .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the present embodiment, an integrated circuit device is configured as shown in FIG. In FIG. 1, (a) is a front view and (b) is a plan view. This integrated circuit first includes wiring electrodes 103l, 103m, and 103n formed on a circuit board 101 with an insulating film 102 interposed therebetween. Further, vias 105l, 105m, and 105n are formed through the insulating protective film 104 formed on these wiring electrodes and connected to the wiring electrodes 103l, 103m, and 103n, respectively. On the insulating protective film 104, a square observation pad 106l is formed and connected to the via 105l. Similarly, a square observation pad 106n is formed on the insulating protective film 104 and connected to the via 105n. In the above configuration, in this embodiment, it is assumed that the signal intensity in each wiring electrode is wiring electrode 103l <wiring electrode 103n <wiring electrode 103m.
[0010]
The areas of the observation pads 106l and 106n in FIG. 1 are designed based on FIG. 2 showing the relationship between the area of the observation pads and the measurement sensitivity in electro-optic sampling. As shown in FIG. 2, in the measurement by non-contact type electro-optic sampling, the measurement sensitivity depends on the area of the observation pad, and the measurement sensitivity improves as the area of the observation pad increases. The measurement sensitivity depends on the observation pad area as described above, which is a feature of non-contact type electro-optic sampling that is not found in electron beam probing or contact type electro-optic sampling. The present invention utilizes this phenomenon. Yes.
[0011]
Referring to FIG. 2 in more detail, first, the point 21l is a point that shows a measurement sensitivity at which an electric signal passing through the wiring electrode 103l can be measured with a sufficient signal-to-noise ratio (S / N) by electro-optic sampling. Further, the point 21m is a point indicating a measurement sensitivity at which an electric signal passing through the wiring electrode 103m can be measured with a sufficient signal-to-noise ratio by electro-optic sampling. And the point 21n is a point which shows the measurement sensitivity which can measure the electric signal which passes through the wiring electrode 103n with a sufficient signal-to-noise ratio by electro-optic sampling.
[0012]
As described above, since the signal intensity at each wiring electrode is wiring electrode 103l <wiring electrode 103n <wiring electrode 103m, the measurement sensitivity required for each is wiring electrode 103l> wiring electrode as shown in FIG. 103n> wiring electrode 103m. Since the relationship between the measurement sensitivity and the pad area varies depending on the electro-optic crystal used, in FIG. 2, the vertical axis and the horizontal axis are arbitrarily scaled. For example, when cadmium tellurium is used as an electro-optic crystal, the unit of the horizontal axis is μm 2 .
[0013]
Accordingly, the observation pad area corresponding to the sensitivity indicated by the point 21l is indicated by the point 22l, and the area of the observation pad 106l illustrated in FIG. 1 may be the area indicated by the point 22l. Similarly, the observation pad area corresponding to the sensitivity indicated by the point 21n is indicated by the point 22m, and the area of the observation pad 106n shown in FIG. 1 may be the area indicated by the point 22n. Note that since the signal passing through the wiring electrode 103m is very large, the measurement sensitivity may be small, and sufficient measurement sensitivity is obtained with the area of the upper surface of the via 105, so that an observation pad is unnecessary.
[0014]
As described above, if the area of the observation pad is set to be equal to or larger than the area where the measurement sensitivity according to the intensity of the electric signal passing through each wiring electrode is reached, the signal waveform passing through any wiring electrode is set to the intensity of this signal. It can measure with high accuracy.
Incidentally, as shown in FIG. 2, if the area of the observation pad is greater than a certain value, the measurement sensitivity is not improved. Further, if the area of the observation pad is made too large, it will hinder the improvement of the degree of integration of the integrated circuit. Therefore, if the observation pad is, for example, a square whose side is about 30 μm is used as the upper limit, the effect of improving the sensitivity can be sufficiently obtained without hindering the improvement of the integration degree. In the above embodiment, the observation pad having a square planar shape is used. However, the present invention is not limited to this, and other shapes such as a rectangle or a circle may be used.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the integrated circuit formed on the semiconductor substrate, the insulating protective film formed so as to cover the integrated circuit, and the insulating protective film connected to the wiring electrode constituting the integrated circuit An observation pad made of metal formed on the surface, and the observation pad is formed in an area corresponding to the signal strength of the electrode wiring connected to the observation pad in a state in which the signal is applied to the integrated circuit and operated. Then, the signal waveform of the electrode wiring in a state in which the integrated circuit is operated by applying a signal is measured by detecting the electric field generated from the observation pad by electro-optic sampling.
According to the present invention, since the electric field strength at the observation pad corresponds to the signal strength at the electrode wiring, the signal state of any wiring electrode of the integrated circuit can be measured with high accuracy using the electro-optic sampling technique. Effect.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view showing a partial configuration of an integrated circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a correlation diagram showing the relationship between the area of an observation pad and measurement sensitivity in electro-optic sampling.
FIG. 3 is an explanatory view showing a conventional test method using electro-optic sampling.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Circuit board, 102 ... Insulating film, 103l, 103m, 103n ... Wiring electrode, 104 ... Insulating protective film, 105l, 105m, 105n ... Via, 106l, 106m, 106n ... Observation pad.
Claims (1)
この集積回路を覆うように形成された絶縁保護膜と、
前記集積回路を構成する第1の配線電極に接続して前記絶縁保護膜上に形成された金属からなる第1の観測用パッドと、
前記集積回路に信号を印加して動作させた状態における信号強度が前記第1の電極配線より小さい第2の電極配線に接続された第2の観測用パッドと
を備え、
前記第2の観測用パッドは、前記第1の観測用パッドより大きい面積に形成され、
前記観測用パッドからの洩れ電界を所望の電気光学結晶に結合させて前記漏れ電界を前記電気光学結晶を用いた電気光学サンプリングで測定する状態で、前記観測用パッドは、前記集積回路に信号を印加して動作させた状態における前記観測用パッドが接続する電極配線を通る信号の信号強度に応じて所望の電気光学結晶を用いた電気光学サンプリングで検出可能となる電界が得られる面積以上に形成され、
前記集積回路に信号を印加して動作させた状態における前記電極配線の信号波形が、前記観測用パッドから発生した電界を電気光学サンプリングで検出することで測定されることを特徴とする集積回路装置。An integrated circuit formed on a semiconductor substrate;
An insulating protective film formed so as to cover the integrated circuit;
A first observation pad made of a first metal formed on the insulating protective film is connected to a wiring electrode constituting the integrated circuit,
A second observation pad connected to a second electrode wiring whose signal intensity in a state of being operated by applying a signal to the integrated circuit is smaller than the first electrode wiring ;
The second observation pad is formed in a larger area than the first observation pad,
In the state where the leakage electric field from the observation pad is coupled to a desired electro-optic crystal and the leakage electric field is measured by electro-optic sampling using the electro-optic crystal, the observation pad sends a signal to the integrated circuit. Formed more than the area where an electric field that can be detected by electro-optic sampling using a desired electro-optic crystal is obtained according to the signal intensity of the signal passing through the electrode wiring connected to the observation pad in the state of being applied and operated. And
An integrated circuit device, wherein a signal waveform of the electrode wiring in a state in which a signal is applied to the integrated circuit is measured by detecting an electric field generated from the observation pad by electro-optic sampling. .
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