JP5418015B2 - 半導体解析装置及び半導体解析方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体解析装置及び半導体解析方法に関する。

近年、半導体集積回路等の半導体装置の高集積化、微細化、高電力化が進んでおり、これに伴い半導体装置内部に発生する故障や欠陥の大きさは、極めて小さく、また、故障による異常電流や電圧も微小である。このため、高感度で半導体装置の故障部分を検出する方法が望まれている。

半導体装置の解析として、半導体装置の表面又は裏面よりレーザ光を照射し、レーザ光の照射により発生した熱によって変化する半導体装置内の電気回路における電流、電圧、抵抗を検出するＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance CHange）法がある（例えば、特許文献１）。また、半導体装置にレーザ光を照射し、照射したレーザ光により生成された電子やホールを検出するＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current）法がある（例えば、特許文献２）。

上記の方法では、レーザ光が用いられるが、通常、半導体装置は内部回路が多層メタルに覆われており、表面から照射するレーザ光が多層メタル層に遮られる。よって、下層メタル配線や電気回路を構成するトランジスタまで到達しない場合があり、この場合においては、半導体装置の異常検出は困難なものとなる。このためシリコン基板を透過する１０００ｎｍ以上の近赤外光を裏面より照射する方法があり、ＯＢＩＲＣＨ法では約１３４０ｎｍ、ＯＢＩＣ法では約１０６４ｎｍの波長のレーザ光が用いられている。

特開平８−２５５８１８号公報 特開平７−１６７９２４号公報

ところで、半導体装置における配線は半導体装置の全体にわたり形成されており、前述したＯＢＩＲＣＨ法、ＯＢＩＣ法では、特定の領域の電気回路にのみ絞った解析を行うことは困難であった。また、特定の領域の電気回路に絞った解析を行うためには、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工等により特定の領域の電気回路を切り出して解析を行う方法もある。しかしながら、この場合、ＦＩＢ加工において多大な工程と、時間を要し、また、ＦＩＢ加工により、電気回路にダメージを与えてしまう可能性がある。

また、前述したＯＢＩＲＣＨ法、ＯＢＩＣ法では、半導体装置における不良箇所で発生する微小リーク電流や電気配線であるメタル配線の短絡、トランジスタの破壊による電流、ＰＮ接合破壊により生じるリーク電流は比較的容易に検出をすることが可能である。しかしながら、メタル配線の断線、電流が減少する方向に作用するトランジスタのスレッシュホールド電圧（閾値電圧）の変化については、検出することが極めて困難である。

このため、半導体装置において、ＦＩＢ加工等を施すことなく、簡易に特定の領域の電気回路にのみ絞った解析を行うことができ、また、半導体装置内におけるメタル配線の断線等の検査を行うことのできる半導体解析装置及び半導体解析方法が望まれている。

本実施の形態の一観点によれば、検査対象である半導体装置に電圧を印加するための電源部と、レーザ光を発する光源と、前記レーザ光を前記半導体装置に走査しながら照射する光学系と、絶縁膜を介し前記半導体装置に設置された検出電極と、を有し、前記検出電極は前記半導体装置の配線と容量的に結合されており、前記レーザ光を走査しながら照射することにより前記検出電極で検出される信号に基づき、前記半導体装置の故障部分を解析する。

また、本実施の形態の他の観点によれば、検査対象である半導体装置に電圧を印加するための電源部と、レーザ光を発する光源と、前記レーザ光を前記半導体装置に走査しながら照射する光学系と、前記半導体装置と接する面に絶縁膜が形成されており、前記半導体装置に設置される検出電極と、を有し、前記検出電極は前記半導体装置の配線と容量的に結合されており、前記レーザ光を走査しながら照射することにより前記検出電極で検出される信号に基づき、前記半導体装置の故障部分を解析する。

また、本実施の形態の他の観点によれば、半導体装置に絶縁膜を介し検出電極を設置する検出電極設置工程と、前記半導体装置に電圧を印加する電圧工程と、前記半導体装置にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光照射工程と、前記レーザ光の反射光より前記半導体装置のパターン像を取り込むパターン像取り込み工程と、前記検出電極より、前記レーザ光が照射されることにより生じる信号により形成される解析像を取り込む解析像取り込み工程と、前記パターン像と前記解析像とを合成する合成工程と、を有する。

開示の半導体解析装置及び半導体解析方法によれば、半導体装置において、ＦＩＢ加工等を施すことなく、簡易に特定の領域の電気回路にのみ絞った解析を行うことができ、また、半導体装置内におけるメタル配線の断線等の検査を行うことができる。

第１の実施の形態における半導体解析装置の構成図 第１の実施の形態における半導体解析方法のフローチャート 第１の実施の形態における半導体解析装置の検出電極の斜視図（１） 第１の実施の形態における半導体解析装置の検出電極の斜視図（２） 第１の実施の形態における半導体解析装置の検出電極の説明図 レーザ光照射により生じる電界の説明図 第１の実施の形態における半導体解析方法の説明図 導電性ペースト検出電極の斜視図 導電性ペースト検出電極の断面図 第１の実施の形態における半導体解析装置の他の検出電極の斜視図 第１の実施の形態における半導体解析装置の他の検出電極の説明図 第１の実施の形態における半導体解析装置の更に他の検出電極の構成図 第１の実施の形態における半導体解析の説明図 第２の実施の形態における半導体解析装置の構成図 第２の実施の形態における半導体解析装置の調整方法の説明図 第２の実施の形態における半導体解析方法のフローチャート 第２の実施の形態における半導体解析方法の説明図 第２の実施の形態における印加電圧の波形図 第３の実施の形態における半導体解析装置の構成図

実施するための形態について、以下に説明する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における半導体装置の半導体解析装置及び半導体解析方法について説明する。

（半導体解析装置）
図１に基づき、本実施の形態における半導体装置の半導体解析装置について説明する。本実施の形態における半導体解析装置は、ステージ１１、電源１４、接続端子１５及び１６、検出電極１７、アンプ１８、画像制御部１９、光源２１、ガルバノスキャンミラー２２、ハーフミラー２３、光検出器２４、反射光アンプ２５、表示部２６等を有している。

ステージ１１は光を透過する材料により形成された光透過部１２を有しており、この光透過部１２に、検査の対象となる半導体装置である半導体チップ１３を設置することができる。

電源１４は、半導体チップ１３に電流を流すためのものであり、接続端子１５及び１６を介して、半導体チップ１３に電流が流される。

検出電極１７は、半導体チップ１３の所定の領域の電荷の変化を測定するためのものである。具体的には、接続端子１５及び１６を介し電源１４により半導体チップ１３に電流を流し、光源２１よりレーザ光を照射することにより、半導体チップ１３において生成した電子又はホールの移動を電荷の変動の信号として検出する機能を有する。

アンプ１８は、検出電極１７において検出された信号を増幅する機能を有している。

画像制御部１９は、アンプ１８からの入力と、後述する反射光アンプからの入力に基づきパターン像と解析像とを合成する。

光源２１は、波長が約１３４０ｎｍのレーザ光源と、波長が約１０６４ｎｍのレーザ光源を有している。光源２１より発せられたレーザ光は、ガルバノスキャンミラー２２により２次元的に偏向され、その後、ハーフミラー２３を介し、半導体チップ１３の裏面に照射される。光透過部１２は、光源２１からの光を透過する材料により形成されており、半導体チップ１３は、ステージ１１に設けられた光透過部１２上に設置されている。

また、ハーフミラー２３は、光源２１からのレーザ光は透過し、半導体チップ１３において反射した光は反射する機能を有している。これにより、半導体チップ１３において反射された光は、ハーフミラー２３において反射され、光検出器２４に入射する。光検出器２４に入射した光は電気信号に変換された後出力され、反射光アンプ２５に入力する。反射光アンプ２５では、入力された電気信号を増幅した後出力され、画像制御部１９に入力する。画像制御部１９は、アンプ１８からの入力と、反射光アンプ２５からの入力に基づきパターン像と解析像とを合成し、合成されたパターン像と解析像は表示部２６において表示する。

（半導体解析方法）
次に、図２に基づき、図１に示す半導体解析装置を用いた本実施の形態における半導体装置の半導体解析方法について説明する。

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、検査の対象となる半導体装置に検出電極を設置する。具体的には、検査の対象となる半導体装置である半導体チップ１３を半導体装置のステージ１１の光透過部１２上に載置し、その後、半導体チップ１３の表面に検出電極１７を設置する。検出電極１７は、図３に示すように四角形の形状をしたものでもよく、また、図４に示すように円形の形状をしたものであってもよく、用途により形状を使い分けることが可能である。また、検出電極１７は、後述するようにレーザ光の照射により半導体チップ１３に生じた電荷の変動を容量的に検出するものであるため、半導体チップ１３の配線と絶縁する必要があり、絶縁膜であるカバー膜２８を介し検出電極１７が設置される。即ち、図５に示すように、検出電極１７と半導体チップ１３における絶縁膜２９の間に設けられたメタル配線３０とは、カバー膜２８を介しコンデンサを形成しており、容量的に結合されている。

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、半導体チップ１３に電圧を印加し電流を流す。具体的には、半導体チップ１３の配線領域又は電極端子に接続端子１５及び１６を接触させ、電源１４より所定の電圧を印加することにより、半導体チップ１３内部における回路及び配線に電流を流す。

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、半導体チップ１３にレーザ光を照射する。具体的には、半導体チップ１３において検出電極１７が設置された側と反対側（裏面）よりレーザ光を照射する。レーザ光は光源２１より発せられ、半導体チップ１３の裏面に二次元方向に走査しながら照射する。ステージ１１における光透過部１２は、光源２１からのレーザ光の波長の光を透過する材料により形成されているため、レーザ光は半導体チップ１３の裏面より照射することができる。

次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、パターン像の取り込みを行う。具体的には、光源２１より半導体チップ１３の裏面に照射されたレーザ光をハーフミラー２３で反射して、光検出器２４に入力させる。光検出器２４に入力した光は反射光アンプ２５で増幅され半導体チップ１３の光学像である反射像がパターン像として画像制御部１９に取り込まれる。

次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、リアルタイム解析像を取り込む。具体的には、検出電極１７において検出される信号をアンプ１８において増幅し、画像制御部１９に取り込む。レーザ光は、半導体チップ１３の裏面を走査しているため、この走査に対応した解析像が取り込まれる。即ち、レーザ光の照射により電子とホールが生成され、この生成された電子とホールがメタル配線３０に流れ、検出電極１７における電荷が変化し電流として検出され、この電流変化に基づいた解析像が取り込まれる。

このことを図６に基づきより詳しく説明する。図６（ａ）に示すように、半導体チップ１３にレーザ光２７を照射しながら走査（スキャン）した場合、図６（ｂ）に示すように、電界Ｅが発生する。電界Ｅは、主に、照射された赤外のレーザ光の照射熱によるゼーベック効果（熱起電力）、または、半導体チップ１３のシリコン基板のバンドギャップより高いエネルギーのレーザ光を照射した場合に生じる電子・正孔対による光起電力により生じる。このように生じた電界Ｅを後述する方法により検出し解析像を形成することにより、メタル配線の断線、電流が減少する方向に作用するトランジスタのスレッシュホールド電圧（閾値電圧）の変化を検出することができる。尚、図６（ａ）においては、上記内容を説明するため便宜上レーザ光２７が半導体チップ１３の表面より照射される場合を示したが、半導体チップ１３の裏面より照射される場合も同様である。

次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、印加電圧等の調整を行う。具体的には、ステップ１１０において取り込まれた、リアルタイム解析像に基づき、電源１１を制御することにより、半導体チップ１３に印加される電圧値の調整を行う。

次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）において、解析像の取り込みを行う。具体的には、ステップ１１２において電圧等の調整が行われた後の解析像を検出電極１７より、アンプ１８を介し画像制御部１９に取り込む。

次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）において、パターン像と解析像との合成を行う。具体的には、ステップ１０８において取り込まれたパターン像と、ステップ１１４において取り込まれた解析像とを画像制御部１９において合成する。この後、表示部２６において、画像制御部１９において合成されたパターン像と解析像が表示される。このパターン像と解析像を比べることにより、メタル配線がされている部分における断線等の検出を行うことができる。

次に、ステップ１１８（Ｓ１１８）において、半導体チップ１３における故障部分の有無が判断される。半導体チップ１３において故障部分がないものと判断された場合には、終了する。一方、半導体チップ１３において故障部分が存在しているものと判断された場合には、ステップ１２０に移行する。

次に、ステップ１２０（Ｓ１２０）において、半導体チップ１３における故障部分の特定が可能であるか否かが判断される。半導体チップ１３における故障部分の特定が可能であるものと判断された場合には、ステップ１２２に移行する。一方、半導体チップ１３における故障部分の特定が可能ではないものと判断された場合には、ステップ１２４に移行する。

次に、ステップ１２２（Ｓ１２２）において、構造解析が行われる。具体的には、半導体チップ１３における故障部分が特定され、その後終了する。

一方、ステップ１２４（Ｓ１２４）においては、検出電極１７を移動させる。即ち、現状における検出電極１７の設置されている位置では、半導体チップ１３における故障部分の特定ができないため、検出電極１７を移動させる。この後、再度ステップ１０８に移行し、パターン像の取り込みを行う。

以上により、本実施の形態における半導体解析方法が行われる。

次に、図７に基づき本実施の形態における半導体解析装置及び半導体解析方法により解析される半導体装置について説明する。電源１１からの電圧を接続端子１５及び１６により半導体チップ１３に印加する。この後、光源より発せられたレーザ光２７を照射し走査することにより、電界が発生しメタル配線３０を介し、発生した電界に基づく電気信号が検出電極１７において検出される。検出された電気信号は、アンプ１８において増幅され画像制御部に入力される。

（検出電極の変形例）
また、本実施の形態として用いられる検出電極は、図８及び図９に示すように、半導体チップ１３において、絶縁膜であるカバー膜２８を介して導電性ペーストにより形成される導電性ペースト検出電極３７により形成してもよい。半導体チップ１３の所望の領域に検出電極を任意の形状で形成することができ、また、安定した容量を確保することも可能である。

また、上述した説明では、半導体チップ１３の裏面よりレーザ光を照射する場合について説明したが、本実施の形態における半導体解析装置においては、半導体チップ１３の表面よりレーザ光を照射することも可能である。図１０及び図１１には、この場合に適用可能な検出電極４７の構造を示す。この検出電極４７は、絶縁膜であるカバー膜２８を介し中央部分にレーザ光を照射するための開口部４８が形成されている。レーザ光を発する光源２１は、半導体チップ１３の表面側に設置されており、図１１に示すように、半導体チップ１３の表面側よりレーザ光４９が照射される。この場合、検出電極４７と半導体チップ１３におけるメタル配線３０とは、カバー膜２８を介し、コンデンサを形成しており容量的に結合している。

また、半導体チップ１３において、メタル配線が露出している場合がある。このような場合においては、図１２に示すように、検出電極５７において半導体チップ１３との接触面に誘電体からなる絶縁層５８を形成した構造であることが好ましい。これにより、絶縁層５８を介して、半導体チップ１３のメタル配線等と検出電極５７とによりコンデンサを形成し容量的に結合させることができる。

次に、図１３に基づき半導体チップ６３に、電源電圧と、信号とを入力した状態における検査の様子について説明する。半導体チップ６３には電極パッド６４、６５、６６、６７、６８及び６９が設けられており、半導体チップ６３内の電気回路と接続されている。電極パッド６４には電源より電圧Ｖｃｃが印加され、電極パッド６９は接地されている。電極パッド６５には信号Ａが入力されており、電極パッド６６には信号Ｂが入力されており、電極パッド６７には信号Ｃが入力されており、電極パッド６８には信号Ｄが入力されている。カバー膜７０を介し検出電極１７と半導体チップ６３の配線とは容量的に結合されているため、レーザ光７１を照射することにより、検出電極１７により検出された信号がアンプ１８で増幅される。このようにして、半導体チップ６３の検査を行うことができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、電源電圧にリップル重畳させた半導体解析装置である。

図１４に基づき、本実施の形態における半導体解析装置について説明する。本実施の形態における半導体解析装置は、ステージ１１１、電源１１４、検出電極１１７、ロックインアンプ１１８、画像制御部１１９、パルス発生器１２０、光源１２１、ガルバノスキャンミラー１２２、光検出器１２４、リップル重畳回路１２８等を有している。

ステージ１１１は光を透過する材料により形成された光透過部１１２を有しており、この光透過部１１２に、検査の対象となる半導体装置である半導体チップ１１３を設置することができるものである。

電源１１４は、半導体チップ１１３に電流を流すためのものであり、接続端子１１５及び１１６を介して、半導体チップ１１３に電流が流される。本実施の形態では、パルス発生器１２０において発生したパルスがリップル重畳回路１２８を介し重畳されており、電源１１４からの電圧にリップル重畳されている。

検出電極１１７は、半導体チップ１１３の所定の領域の容量を測定するためのものである。接続端子１１５及び１１６を介し電源１１４により半導体チップ１１３に電流を流し、後述する光源１２１よりレーザ光を照射することにより、半導体チップ１１３において生成された電子及び正孔の移動を電荷の変動の信号として検出する機能を有する。

ロックインアンプ１１８は、検出電極１１７において検出された信号を増幅する機能、及び、パルス発生器１２０において発生したパルスの周波数に同期した信号を取り込む機能を要している。これにより、解析像の画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

画像制御部１１９は、アンプ１１８からの入力と、後述する反射光アンプからの入力に基づきパターン像と解析像とを合成する。

光源１２１は、波長が約１３４０ｎｍのレーザ光源と、波長が約１０６４ｎｍのレーザ光源を有している。光源１２１より発せられたレーザ光は、ガルバノスキャンミラー１２２により２次元的に偏向され、その後、ハーフミラー１２３を介し、半導体チップ１１３の裏面に照射される。光透過部１１２は、光源１２１からの光を透過する材料により形成されており、半導体チップ１１３は、ステージ１１１に設けられた光透過部１１２上に設置されている。

また、ハーフミラー１２３は、光源１２１からのレーザ光は透過し、半導体チップ１１３において反射した光は反射する機能を有している。これにより、半導体チップ１１３において反射され、ハーフミラー１２３において反射された光は、光検出器１２４において検出され電気信号に変換された後、反射光アンプ１２５に入力される。反射光アンプ１２５では、入力された電気信号を増幅した後、画像制御部１１９に入力される。

画像制御部１１９は、ロックインアンプ１１８からの入力と、反射光アンプ１２５からの入力に基づきパターン像と解析像とを合成し、合成されたパターン像と解析像は表示部１２６において表示する。

図１５に基づき、本実施の形態における半導体検査装置の調整するための方法の一例を説明する。本実施の形態では、検出電極１１７により形成される容量が小さいと信号レベルは低下するため、この場合、ロックインアンプ１１８の入力容量は小さくなることが好ましい。よって、抵抗１３２、１３３、１３４、１３５に示すブリッジ回路を設ける。交流電源１３１は、図１４に示す電源１１１、パルス発生器１２０及びリップル重畳回路１２８を組み合わせたものであり、電源１１１からの電圧にパルス発生器１２０において発生したパルスがリップルとして重畳されている。交流電源１３１は、抵抗１３２と１３４との接点と、抵抗１３３と１３５との接点に接続されている。このブリッジ回路において抵抗１３２のインピーダンスをＺ１、抵抗１３３のインピーダンスをＺ２、抵抗１３４のインピーダンスをＺ３、抵抗１３５のインピーダンスをＺ４とした場合に、Ｚ１／Ｚ２＝Ｚ３／Ｚ４となるように可変容量１３６を変化させて調整する。半導体チップ１１３と検出電極１１７との間では寄生容量ＣＬ容量を有しており、可変容量１３６を調節することにより、抵抗１３２と抵抗１３３の接点Ｐにおける電位と、抵抗１３４と抵抗１３５の接点Ｎにおける電位と同じとなるように調整される。尚、接点Ｐと接点Ｎはロックインアンプ１１８の入力端子に接続されている。

（半導体解析方法）
次に、図１６に基づき図１４に示す半導体解析装置を用いた本実施の形態における半導体装置の半導体解析方法について説明する。

最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、検査の対象となる半導体装置に検出電極を設置する。具体的には、検査の対象となる半導体装置である半導体チップ１１３を半導体装置のステージ１１１の光透過部１１２上に載置し、その後、半導体チップ１１３の表面に検出電極１１７を設置する。

次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、半導体チップ１１３に電圧を印加し電流を流す。具体的には、半導体チップ１１３の配線部分に接続端子１１５及び１１６を接触させ、電源１１４より所定の電圧を印加することにより、半導体チップ１１３内部における回路及び配線に電流を流す。この際、パルス発生器１２０において発生したパルスをリップル重畳回路１２８によりリップルが重畳されている。

次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）において、半導体チップ１１３にレーザ光を照射する。具体的には、半導体チップ１１３において検出電極１１７が設置された側と反対側（裏面）よりレーザ光を照射する。レーザ光は光源１２１より発せられ、半導体チップ１１３の裏面に二次元方向に走査しながら照射する。ステージ１１１における光透過部１１２は、光源１２１からのレーザ光の波長の光を透過する材料により形成されているため、レーザ光は、半導体チップ１１３の裏面に照射される。

次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）において、パターン像の取り込みを行う。具体的には、光源１２１より半導体チップ１１３の裏面に照射されたレーザ光をハーフミラー１２３で反射して、光検出器１２４に入力させる。光検出器１２４に入力した光は反射光アンプ１２５で増幅され半導体チップ１１３の光学像である反射像がパターン像として画像制御部１１９に取り込まれる。

次に、ステップ２１０（Ｓ２１０）において、リアルタイム解析像を取り込む。具体的には、検出電極１１７において検出される信号をロックインアンプ１１８において増幅し、画像制御部１１９に取り込む。レーザ光は、半導体チップ１１３の裏面を走査しているため、この走査に対応した解析像が取り込まれる。即ち、レーザ光の照射により電子とホールが生成され、この生成された電子とホールが配線層に流れ、検出電極１１７における電荷が変化し電流として検出され、この電流変化に基づいた解析像が取り込まれる。

次に、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、周波数等の調整を行う。具体的には、ステップ２１０において取り込まれたリアルタイム解析像に基づき、電源１１１及びパルス発生器１２０を制御することにより、半導体チップ１１３に印加される電圧値、周波数、パルス波形の形状、立ち上がり時間、立ち下がり時間等の調整を行う。

次に、ステップ２１４（Ｓ２１４）において、解析像の取り込みを行う。具体的には、ステップ２１２において周波数等の調整の行われた後の解析像を検出電極１１７より、ロックインアンプ１１８を介し画像制御部１１９に取り込む。

次に、ステップ２１６（Ｓ２１６）において、パターン像と解析像との合成を行う。具体的には、ステップ２０８において取り込まれたパターン像と、ステップ２１４において取り込まれた解析像とを画像制御部１１９において合成する。この後、表示部１２６において、画像制御部１１９において合成されたパターン像と解析像が表示される。このパターン像と解析像とを比べることにより、メタル配線がされている部分における断線等の検出を行うことができる。

次に、ステップ２１８（Ｓ２１８）において、半導体チップ１１３における故障部分の有無が判断される。半導体チップ１１３において故障部分がないものと判断された場合には、終了する。一方、半導体チップ１１３において故障部分が存在しているものと判断された場合には、ステップ２２０に移行する。

次に、ステップ２２０（Ｓ２２０）において、半導体チップ１１３における故障部分の特定が可能であるか否かが判断される。半導体チップ１１３における故障部分の特定が可能であるものと判断された場合には、ステップ２２２に移行する。一方、半導体チップ１１３における故障部分の特定が可能ではないものと判断された場合には、ステップ２２４に移行する。

次に、ステップ２２２（Ｓ２２２）において、構造解析が行われる。具体的には、半導体チップ１１３における故障部分が特定され、その後終了する。

一方、ステップ２２４（Ｓ２２４）においては、検出電極１１７を移動させる。即ち、現状における検出電極１１７の設置されている位置では、半導体チップ１３における故障部分の特定ができないため、検出電極１１７を移動させる。この後、ステップ２０８に移行し、再度パターン像の取り込みを行う。

以上により、本実施の形態における半導体解析方法が行われる。

次に、図１７に基づき本実施の形態における半導体解析装置及び半導体解析方法により解析される半導体装置について説明する。電源１１１からの電圧にパルス発生器１２０において生成されたパルスをリップル重畳回路１２８であるリップル重畳トランスによりリップル重畳される。図１８には、図１７の接点Ｓにおける電圧の波形を示す。図に示すように、導電部Ｓにおいてはリップルが重畳された電圧となる。このようにリップル重畳された電圧を接続端子１１５及び１１６により半導体チップ１１３に印加する。この後、光源より発せられたレーザ光１２７を照射し走査することにより、電界が発生しメタル配線１３０を介し、発生した電界に基づく電気信号が検出電極１１７において検出される。検出された電気信号は、ロックインアンプ１１８において増幅された後、画像制御部に入力される。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光源から発せられるレーザ光に強度変調（パワー変調）させた半導体解析装置である。

図１９に基づき、本実施の形態における半導体解析装置について説明する。本実施の形態における半導体解析装置は、ステージ２１１、電源２１４、検出電極２１７、ロックインアンプ２１８、画像制御部２１９、パルス発生器２２０、光源２２１、ガルバノスキャンミラー２２２、光検出器２２４、光変調素子２２８等を有している。

ステージ２１１は光を透過する材料により形成された光透過部２１２を有しており、この光透過部２１２に、検査の対象となる半導体装置である半導体チップ２１３を設置することができるものである。

電源２１４は、半導体チップ２１３に電流を流すためのものであり、接続端子２１５及び２１６を介して、半導体チップ２１３に電流が流される。

検出電極２１７は、半導体チップ２１３の所定の領域の容量を測定するためのものである。接続端子２１５及び２１６を介し電源２１４により半導体チップ２１３に電流を流し、後述する光源２２１よりレーザ光を照射することにより、半導体チップ２１３において生じた電子又はホールの変動を電荷変動の信号として検出する機能を有する。

ロックインアンプ２１８は、検出電極２１７において検出された信号を増幅する機能、及び、光変調素子２２８におけるパルス発生器２２０において発生したパルスの周波数に同期した信号を取り込む機能を要している。これにより、解析像の画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

画像制御部２１９は、ロックインアンプ２１８からの入力と、後述する反射光アンプからの入力に基づきパターン像と解析像とを合成する。

光源２２１は、波長が約１３４０ｎｍのレーザ光源と、波長が約１０６４ｎｍのレーザ光源を有している。尚、光源２２１より発せられるレーザ光はパルス発生回路２２０に接続された光変調素子２２８により、周波数ｆで光量変調（パワー変調）がかけられている。光変調素子２２８としては、ＡＯ（Acousto Optic：音響光学）素子等が用いられる。

光源２２１より発せられたレーザ光は、ガルバノスキャンミラー２２２により２次元的に偏向され、その後、ハーフミラー２２３を介し、半導体チップ２１３の裏面に照射される。光透過部２１２は、光源２２１からの光を透過する材料により形成されており、半導体チップ２１３は、ステージ２１１に設けられた光透過部２１２上に設置されている。

また、ハーフミラー２２３は、光源２２１からのレーザ光は透過し、半導体チップ２１３において反射した光は反射する。このため、半導体チップ２１３において反射され、更に、ハーフミラー２２３において反射された光は、光検出器２２４において検出され電気信号に変換された後、反射光アンプ２２５に入力される。反射光アンプ２２５では、入力された電気信号を増幅した後、画像制御部２１９に入力される。

画像制御部２１９は、ロックインアンプ２１８からの入力と、反射光アンプ２２５からの入力に基づきパターン像と解析像とを合成し、合成されたパターン像と解析像は表示部２２６において表示する。

本実施の形態では、光源２２１におけるレーザ光に光量の変調がかけられており、検出電極２１７からの信号をロックインアンプ２１８において周波数ｆで同期をとることにより、第２の実施の形態と同様に、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
検査対象である半導体装置に電圧を印加するための電源部と、
レーザ光を発する光源と、
前記レーザ光を前記半導体装置に走査しながら照射する光学系と、
前記絶縁膜を介し前記半導体装置に設置された検出電極と、
を有し、前記検出電極は前記半導体装置の配線と容量的に結合されており、前記レーザ光を走査しながら照射することのより得られる前記検出電極により検出される信号に基づき、前記半導体装置の故障部分を解析することを特徴とする半導体解析装置。
（付記２）
検査対象である半導体装置に電圧を印加するための電源部と、
レーザ光を発する光源と、
前記レーザ光を前記半導体装置に走査しながら照射する光学系と、
前記半導体装置と接する面に絶縁膜が形成されており、前記半導体装置に設置される検出電極と、
を有し、前記検出電極は前記半導体装置の配線と容量的に結合されており、前記レーザ光を走査しながら照射することのより得られる前記検出電極により検出される信号に基づき、前記半導体装置の故障部分を解析することを特徴とする半導体解析装置。
（付記３）
前記半導体装置には、前記電源部からの供給される電圧に、リップル重畳回路により、リップルが重畳された電圧が印加されるものであることを特徴とする付記１または２に記載の半導体解析装置。
（付記４）
前記レーザ光は、周期的に光量変調された光であることを特徴とする付記１または２に記載の半導体解析装置。
（付記５）
前記レーザ光は、前記検出電極が設置された面とは、反対側の面に照射されるものであることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の半導体解析装置。
（付記６）
前記レーザ光の波長は、赤外領域であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の半導体解析装置。
（付記７）
半導体装置に絶縁膜を介し検出電極を設置する検出電極設置工程と、
前記半導体装置に電圧を印加する電圧工程と、
前記半導体装置にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光の反射光より前記半導体装置のパターン像を取り込むパターン像取り込み工程と、
前記検出電極より、前記レーザ光が照射されることにより生じる信号により形成される解析像を取り込む解析像取り込み工程と、
前記パターン像と解析像とを合成する合成工程と、
を有することを特徴とする半導体解析方法。
（付記８）
前記半導体装置に印加される電圧はリップル重畳された電圧であることを特徴とする付記７に記載の半導体解析方法。
（付記９）
絶縁膜の形成された検出電極を前記絶縁膜の側を半導体装置に設置する検出電極設置工程と、
前記半導体装置に電圧を印加する電圧工程と、
前記半導体装置にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光の反射光より前記半導体装置のパターン像を取り込むパターン像取り込み工程と、
前記検出電極より、前記レーザ光が照射されることにより生じる信号により形成される解析像を取り込む解析像取り込み工程と、
前記パターン像と解析像とを合成する合成工程と、
を有することを特徴とする半導体解析方法。
（付記１０）
前記レーザ光の波長は、赤外領域であることを特徴とする付記７から９のいずれかに記載の半導体解析方法。

１１ ステージ
１２ 光透過部
１３ 半導体チップ
１４ 電源
１５ 接続端子
１６ 接続端子
１７ 検出電極
１８ アンプ
１９ 画像制御部
２１ 光源
２２ ガルバノスキャンミラー
２３ ハーフミラー
２４ 光検出器
２５ 反射光アンプ
２６ 表示部
２７ レーザ光
２８ カバー膜
２９ 絶縁膜
３０ メタル配線

Claims (5)

1. 検査対象である半導体装置に電圧を印加するための電源部と、
   レーザ光を発する光源と、
   前記レーザ光を前記半導体装置に走査しながら照射する光学系と、
   絶縁膜を介し前記半導体装置に設置された検出電極と、
   を有し、前記検出電極は前記半導体装置の配線と容量的に結合されており、前記レーザ光を走査しながら照射することにより前記検出電極で検出される信号に基づき、前記半導体装置の故障部分を解析することを特徴とする半導体解析装置。
2. 検査対象である半導体装置に電圧を印加するための電源部と、
   レーザ光を発する光源と、
   前記レーザ光を前記半導体装置に走査しながら照射する光学系と、
   前記半導体装置と接する面に絶縁膜が形成されており、前記半導体装置に設置される検出電極と、
   を有し、前記検出電極は前記半導体装置の配線と容量的に結合されており、前記レーザ光を走査しながら照射することにより前記検出電極で検出される信号に基づき、前記半導体装置の故障部分を解析することを特徴とする半導体解析装置。
3. 前記半導体装置には、前記電源部からの供給される電圧に、リップル重畳回路により、リップルが重畳された電圧が印加されるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体解析装置。
4. 半導体装置に絶縁膜を介し検出電極を設置する検出電極設置工程と、
   前記半導体装置に電圧を印加する電圧工程と、
   前記半導体装置にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光照射工程と、
   前記レーザ光の反射光より前記半導体装置のパターン像を取り込むパターン像取り込み工程と、
   前記検出電極より、前記レーザ光が照射されることにより生じる信号により形成される解析像を取り込む解析像取り込み工程と、
   前記パターン像と前記解析像とを合成する合成工程と、
   を有することを特徴とする半導体解析方法。
5. 前記半導体装置に印加される電圧はリップル重畳された電圧であることを特徴とする請求項４に記載の半導体解析方法。
   

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