JPH0317563A - 半導体装置の信号測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の信号測定方法に係り、詳しくは
、電気光サンプリング技術を用いて半導体集積回路等の
信号波形を測定する信号測定方法に関する。

配線幅が数μｍ以下となった現在では、金属探針（プロ
ープ）を内部配線に接触させて電圧を測定する触針法は
もはや適用できず、このような背景から、電子ビーム（
ＥＢ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｂｅａｍ）をプローブとして使
用する電子ビーム応用試験技術や電気光サンプリング技
術が用いられるようになっている。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ等の半導体素子を製造、利用する上で、素子内外
の信号．波形を正確に測定しておくことは、必要不可欠
であるが、近年の素子の高速化に伴い（例えば、ＧＨｚ
オーダ）、従来のＬＳＩテスタなどを用いた電気的な測
定方式では、正確な測定が難しくなっているため、この
ように高速に動作する半導体装置の測定技術として、従
来電子ビームプロービングや電気光サンプリング技術が
用いられている。

そのうちの電気光サンプリング技術は、半導体装置の信
号電界を感して屈折率の変化する結晶を半導体装置に近
付け、この結晶に光パルスを入射し、屈折率変化を測定
するものである。従来、この種の測定法として、例えば
第２、３図に示すような２通りのものがある。第２図に
示すものでは、半導体１そのものが化合物半導体（例え
ばＧａＡＳ，系）のように大きな線形電気光学係数を持
つ場合、レーザ装置等から直接光パルスを半導体１の裏
面側から配線２に向けて照射し、配線２を流れている電
気信号に対応した屈折率変化を反射光に基づいて測定す
る。

一方、第３図に示すものは、Ｓｉ半導体のように電気光
学効果を示さない場合に適用され、タンタル酸リチウム
（ＬｉＴａＯ３）のような電気光学効果を示す結晶３を
半導体４に近づけ、半導体４上の配線５からの信号電界
を測定する。

ここで、電気光学効果とは液体・固体において外部から
電界が印加されたときにその物質の屈折率が変化する現
象をいう。その際の屈折率の変化が電界に比例する場合
をポッケルス効果、電界の２乗に比例する場合をカー効
果という。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の半導体装置の信号測定
方法にあっては、まず、第２図に示す方法の場合、これ
を適用できる半導体がＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半
導体に限られ、Ｓｉ半導体にはこの方法が使用できず、
電気信号を測定できないという問題点があった。

一方、第３図の場合にはＳｉ半導体に適用できるものの
、電気光学効果を示す結晶を半導体装置（ＩＣ等）に近
付づけるとき、その距Ｍ（例えば、５μｍ程度）を再現
性よく一定に保つことが難しく、したがって、信号測定
の精度が悪いという問題点があった。

そこで本発明は、Ｓｉ半導体の電気信号を測定可能で、
信号測定の精度のよい半導体装置の信号測定方法を提供
することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による半導体装置の信号測定方法は上記目的達威
のため、被測定対象たる半導体装置の表面に線形電気光
学係数の大きい物質の結晶膜を形成し、該結晶膜に光パ
ルスを入射し、半導体装置の配線により発生する信号電
界に応じて電気光学効果に基づき結晶膜の屈折率を変化
させ、該屈折率の変化を光パルスの反射光により検出し
、該検出結果に基づいて半導体装置の電気信号を測定す
るようにしている。

〔作用〕

本発明では、半導体装置の表面に結晶膜が形成され、該
半導体装置の配線に発生する信号電界に応じた電気光学
効果による結晶膜の屈折率変化が光パルスにより検出さ
れ、これから電気信号が測定される。

したがって、この方法では半導体が電気光学効果を示す
必要はなく、また直接半導体装置に結晶膜が接するため
、距離の再現性の問題もなく、Ｓｉ半導体の電気信号を
精度良く測定できる。

？実施例〕 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る半導体装置の信号測定方法の一実
施例を示す図である。同図は信号測定方法を実現するシ
ステムの全体構或図であり、この図において、１０はＬ
ＳＩとしての半導体装置である。半導体装置１０は各種
の論理素子等が形成された半導体１１と、その上面に形
戊されたＡｕ，Ａｆ等の配線１２、１３と、さらに、配
、線１２、１３を含む半導体１１の上面を覆うＳｉＯ■
からなる保護膜１４とにより構或される。

保護膜１４の上面には電気光学効果を有する結晶膜１５
が形或されており、これは半導体装置１０の完戒後に作
られる。結晶膜１５としては、例えば２一ｍｅｔｈｙｌ
　−　４　−ｎｉｔｒｏａｎｉｌｉｎｅ　（　Ｍ　Ｎ　
Ａ　）や３　　ｎｉｔｒ−ｏａｎｉｌｉｎｅ　（ｍ　Ｎ
　Ａ　）などの有機非線形光学材料が用いられる。膜形
或方法としては、高分子材料（例えば、ｐｏｌｙｍｅｔ
ｈｙｌ−　ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ　（Ｐ　ＭＭＡ）
　、ｐｏｌｙｓｔｙｈｅｎｅ　　（ＰＳ）など）を母体
として、ＭＮＡあるいはｍＮＡを有ｍ溶媒（例えばトル
エン）に溶かし、半導体装置１０の表面にスピンコート
し、６０゜Ｃ程度に加熱して有機溶媒を蒸発させ、数１
０μｍの厚さのＭＮＡあるいはｍＮＡ結晶膜を作る。有
機非線形光学材料と高分子材料の混合比は２０％以上（
重量比）が望ましい。なお、膜形成方法としては、他に
真空蒸着やクラスターイオンビーム法などがある。

半導体装置１０には電気信号発生器１６から電気信号が
人力されており、電気信号発生器ｌ６は各種試験に必要
な信号を人力して半導体装置１０をテストモードに作動
させる。一方、このときパルスレーザ１７から電気光サ
ンプリングに用いる光が半導体装置工０に向けて照射さ
れており、この光としては結晶膜ｌ５を構威する有機非
線形光学材料が透明な性質を発揮するような０．５μｍ
以上の可視光から２．０μｍ以下の赤外光までが用いら
れる。パルスレーザ１７からの光は偏光ビームスプリッ
タ１８により進行方向と後退方向が変えられて分離され
、進行する光ばλ／４波長板ｌ９、λ／２波長板２０お
よびレンズ２１を介して結晶膜１５の測定点に入射し、
後退する光（言い換えれば結晶膜１５からの反射光）は
検出器２２に進む。検出器２２は、例えばＰｉｎホトダ
イオーあるいはＡＰＤダイオードからなり、偏光ビーム
スプリンタ１８からの光を検出して電気信号に変えシス
テム制御部２３に送る。システム制御部２３はパルスレ
ーザ１７の駆動や電気信号発生器１６の作動を制御した
りして半導体装置１０の試験に必要な各種の制御を行う
とともに、表示装置（例えば、ＣＲＴ）を有し、検出器
２２からの信号に基づいて試験結果を分析して表示した
りする。

以上の構或において、半導体装置１０の完戊後その表面
に結晶膜１５を形成した状態で電気信号発生器１６から
の電気信号を半導体装置１０に入力して、その後パルス
レーザ１７を駆動して光パルスを結晶膜１５に入射する
。このとき、配線ｌ３に発生する信号電界に応じて電気
光学効果により結晶膜１５の屈折率が変化し、該屈折率
の変化は光パルスの反射光として偏向ビームスプリンタ
１８により分離され、検出器２２で検出されてシステム
制御部２３に送られ解析されて信号波形が測定される。

したがって、この方法では半導体装置１０が電気光学効
果を示す必要はなく、また、直接半導体装置１０に結晶
１１２１５が接するため、距離の再現性という従来のよ
うな問題もなく、Ｓｉ半導体１ｌの霊気信号を精度良く
測定することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、被測定対象の半導体が電気光学効果を
示す必要がなく、また、結晶膜が接する際の距離の再現
性の問題も解決することができ、Ｓｉ半導体の電気信号
を精度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る半導体装置の信号測定方法を実現
するシステムの一実施例を示す全体構成図、 第２図は化合物半導体に適用される従来の信号測定方法
を示す図、 第３図はＳｔ半導体に適用される従来の信号測定方法を
示す図である。 １０・・・・・・半導体装置、 １１・・・・・・半導体、 １２、ｌ３・・・・・・配線、 １４・・・・・・保護膜、 ｌ５・・・・・・結晶膜、 ｌ６・・・・・・電気信号発生器、 １７・・・・・・パルスレーザ、 ｌ８・・・・・・偏光ビームスプリ １９・・・・・・λ／４波長板、 ２０・・・・・・λ／２波長板、 ２ｌ・・・・・・レンズ、 ２２・・・・・・検出器、 ２３・・・・・・システム制御部。 ツタ、 光パルス 化合物半導体に適用される従来の信号測定方法を示す図
Ｓｉ半導体に通用される従来の信号測定方法を示す図第
３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被測定対象たる半導体装置の表面に線形電気光学係数
   の大きい物質の結晶膜を形成し、該結晶膜に光パルスを
   入射し、 半導体装置の配線により発生する信号電界に応じて電気
   光学効果に基づき結晶膜の屈曲率を変化させ、 該屈折率の変化を光パルスの反射光により検出し、該検
   出結果に基づいて半導体装置の電気信号を測定するよう
   にしたことを特徴とする半導体装置の信号測定方法。