JPH04307378A - 半導体デバイス中の電位の測定方法 - Google Patents
半導体デバイス中の電位の測定方法Info
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- JPH04307378A JPH04307378A JP3287166A JP28716691A JPH04307378A JP H04307378 A JPH04307378 A JP H04307378A JP 3287166 A JP3287166 A JP 3287166A JP 28716691 A JP28716691 A JP 28716691A JP H04307378 A JPH04307378 A JP H04307378A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体デバイス中の電
位の測定方法に関する。
位の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】「エレクトロニクス レターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２１巻、
第１３号（１９８５年）、第５６８〜５７９ページから
知られた方法では、マイクロエレクトロニクスデバイス
中の電位分布をレーザプローブにより撮像するために、
電気光学特性を有し片面を誘電体により鏡面化された結
晶板を用いる。プローブにより逐一走査される測定セン
サをデバイスのすぐ上に配置するので、導体路から出る
漂遊電界は結晶中へ侵入して結晶中に複屈折を誘発する
ことができる。漂遊電界領域中で結晶を透過するレーザ
光線の偏光の複屈折に起因する変化が検光子ユニット中
で検出され、デバイス表面上のレーザ焦点の位置に関係
して記録される。
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２１巻、
第１３号（１９８５年）、第５６８〜５７９ページから
知られた方法では、マイクロエレクトロニクスデバイス
中の電位分布をレーザプローブにより撮像するために、
電気光学特性を有し片面を誘電体により鏡面化された結
晶板を用いる。プローブにより逐一走査される測定セン
サをデバイスのすぐ上に配置するので、導体路から出る
漂遊電界は結晶中へ侵入して結晶中に複屈折を誘発する
ことができる。漂遊電界領域中で結晶を透過するレーザ
光線の偏光の複屈折に起因する変化が検光子ユニット中
で検出され、デバイス表面上のレーザ焦点の位置に関係
して記録される。
【０００３】また「エレクトロニクス レターズ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２０巻
、第２０号（１９８４年）、第８１８、８１９ページ及
び「アプライド フィジックス レターズ（Ａｐｐ
ｌ． Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第４７巻（第１
０号）、１９８５年、第１０８３、１０８４ページ及び
アメリカ合衆国特許第４６８１４９９ 号明細書から知
られている測定方法では、基板材料の電気光学特性をＧ
ａＡｓ回路中の信号レベルの変化の記録のために利用す
るが、「エレクトロニクス レターズ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２２巻、第１７号
（１９８６年）、第９１８、９１９ページ及びアメリカ
合衆国特許第４６１８８１９ 号明細書に記載の方法で
は、導体路の範囲に発生する電界を結晶先端を透過する
レーザプローブによりストロボスコープ式に走査するた
めに、ＬｉＴａＯ３結晶先端を用いる。
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２０巻
、第２０号（１９８４年）、第８１８、８１９ページ及
び「アプライド フィジックス レターズ（Ａｐｐ
ｌ． Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第４７巻（第１
０号）、１９８５年、第１０８３、１０８４ページ及び
アメリカ合衆国特許第４６８１４９９ 号明細書から知
られている測定方法では、基板材料の電気光学特性をＧ
ａＡｓ回路中の信号レベルの変化の記録のために利用す
るが、「エレクトロニクス レターズ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２２巻、第１７号
（１９８６年）、第９１８、９１９ページ及びアメリカ
合衆国特許第４６１８８１９ 号明細書に記載の方法で
は、導体路の範囲に発生する電界を結晶先端を透過する
レーザプローブによりストロボスコープ式に走査するた
めに、ＬｉＴａＯ３結晶先端を用いる。
【０００４】別のレーザ測定法は、「アイトリプルイー
ジャーナル オブ クォンタムエレクトロニク
ス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ）」第２２巻、第１号、１
９８６年、第６９〜７８ページに記載されている。
ジャーナル オブ クォンタムエレクトロニク
ス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ）」第２２巻、第１号、１
９８６年、第６９〜７８ページに記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、マ
イクロエレクトロニクスデバイス中の電位を高精度で測
定できるような前記の種類の方法を提供することにある
。
イクロエレクトロニクスデバイス中の電位を高精度で測
定できるような前記の種類の方法を提供することにある
。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、光プローブがデバイスの表面に平行に向いた平面
上に集束され、半導体材料の吸収特性の電位により誘発
された変化が、透過光線及び／又は反射光線の強度の測
定により確定されることにより解決される。
づき、光プローブがデバイスの表面に平行に向いた平面
上に集束され、半導体材料の吸収特性の電位により誘発
された変化が、透過光線及び／又は反射光線の強度の測
定により確定されることにより解決される。
【０００７】
【発明の効果】この発明により得られる長所は特に、三
次元集積構造中の電位分布が高い深度分解能により撮像
できることにある。
次元集積構造中の電位分布が高い深度分解能により撮像
できることにある。
【０００８】
【実施例】この発明に基づく測定方法を実施するための
装置の複数の実施例を示す図面により、この発明を詳細
に説明する。
装置の複数の実施例を示す図面により、この発明を詳細
に説明する。
【０００９】半導体の光吸収端は電界中では一層小さい
光子エネルギーの方へ移動する（フランツ・ケルディシ
ュ効果）。この発明に基づく方法は、検査すべきデバイ
スを走査するレーザプローブにより電位を測定するため
に、この電気吸収効果を利用する。その際レーザプロー
ブの波長は、あらゆる電位変化が反射光線又は透過光線
の強度のできるだけ大きい変化を引き起こすように、基
板材料の吸収端に同調させられる。このことは特に光子
エネルギーＥＰｈが条件ＥＰｈ≦ＥＢ 、｜ＥＰｈ−Ｅ
Ｂ ｜≒０（ＥＢ ：半導体基板のバンドギャップ）を
満足するときに保証される。
光子エネルギーの方へ移動する（フランツ・ケルディシ
ュ効果）。この発明に基づく方法は、検査すべきデバイ
スを走査するレーザプローブにより電位を測定するため
に、この電気吸収効果を利用する。その際レーザプロー
ブの波長は、あらゆる電位変化が反射光線又は透過光線
の強度のできるだけ大きい変化を引き起こすように、基
板材料の吸収端に同調させられる。このことは特に光子
エネルギーＥＰｈが条件ＥＰｈ≦ＥＢ 、｜ＥＰｈ−Ｅ
Ｂ ｜≒０（ＥＢ ：半導体基板のバンドギャップ）を
満足するときに保証される。
【００１０】半導体デバイスＤＵＴ中の電位分布の撮像
のための図１に示す装置は光源として可変波長レーザＱ
を用い、レーザ光線ＬＡが電気光学変調器ＥＯＭに供給
され、鏡Ｓで偏向され、レンズＬによりピンホール絞り
ＢＬ１の平面上に集束される。この絞りの点光源として
働くピンホールを対物レンズＯＬが縮小して、デバイス
ＤＴＵの表面に平行に向いた平面ＦＥ上に投影し、その
際この平面ＦＥ上のレーザ焦点の位置が高精度の二つの
検流計鏡から成る偏向ユニットＡＥにより設定される。 光線位置を決定する偏向電圧はラスタ発生器ＲＧ中で発
生させられ、タンデム増幅器ＶＴＶ中で増幅されたラス
タ発生器の出力信号ｘ又はｙは、検流計鏡に付設された
制御ユニットＡＳ１、ＡＳ２の入力端に加えられる。位
置決めテーブルＰＴの垂直方向への移動のために用いら
れる要素の作動により、デバイスＤＵＴ内の集束面ＦＥ
の位置を調節及び変更することができる。
のための図１に示す装置は光源として可変波長レーザＱ
を用い、レーザ光線ＬＡが電気光学変調器ＥＯＭに供給
され、鏡Ｓで偏向され、レンズＬによりピンホール絞り
ＢＬ１の平面上に集束される。この絞りの点光源として
働くピンホールを対物レンズＯＬが縮小して、デバイス
ＤＴＵの表面に平行に向いた平面ＦＥ上に投影し、その
際この平面ＦＥ上のレーザ焦点の位置が高精度の二つの
検流計鏡から成る偏向ユニットＡＥにより設定される。 光線位置を決定する偏向電圧はラスタ発生器ＲＧ中で発
生させられ、タンデム増幅器ＶＴＶ中で増幅されたラス
タ発生器の出力信号ｘ又はｙは、検流計鏡に付設された
制御ユニットＡＳ１、ＡＳ２の入力端に加えられる。位
置決めテーブルＰＴの垂直方向への移動のために用いら
れる要素の作動により、デバイスＤＵＴ内の集束面ＦＥ
の位置を調節及び変更することができる。
【００１１】更にこの装置はデバイスＤＵＴに試験プロ
グラムの周期的実行を行わせるドライバユニットＴＲを
備える。ドライバユニットＴＲにより設定可能な制御周
波数ｆ２ がレーザパルスの反復周波数ｆ１ の整数ｎ
倍に等しい（ｆ２ ＝ｎｆ１ ）場合には、１試験サイ
クル中に発生する各ｎ番目の周期内のデバイス信号が位
相同期して走査される（ストロボ観察法の原理）。
グラムの周期的実行を行わせるドライバユニットＴＲを
備える。ドライバユニットＴＲにより設定可能な制御周
波数ｆ２ がレーザパルスの反復周波数ｆ１ の整数ｎ
倍に等しい（ｆ２ ＝ｎｆ１ ）場合には、１試験サイ
クル中に発生する各ｎ番目の周期内のデバイス信号が位
相同期して走査される（ストロボ観察法の原理）。
【００１２】信号を導くデバイスから出る漂遊電界が半
導体基板の吸収特性に局部的に影響するので、相応の電
位を反射光線ＬＡ′の強度の測定により確定することが
できる。反射光線は図示の実施例では対物レンズＯＬに
より平行にされ、ビームスプリッタＳＴによりホトダイ
オードＤＴの方向へ偏向される。その際検出器ＤＴに前
置されたピンホール絞りＢＬ２は、焦点面ＦＥ上で反射
された光線ＬＡ′だけが測定信号に寄与するように光路
中に配置されている（共焦点の光路）。平面ＦＥの外部
から来る光線ＬＡ″は集束条件に反し従って検出器ＤＴ
に到達しない。強度に比例する検出器の出力信号Ｉ（ｘ
、ｙ）は増幅され、焦点面ＦＥ上のレーザ焦点の位置に
関係して記録されるか、又はモニタＭＯ上の画素の輝度
の変調のために利用される。
導体基板の吸収特性に局部的に影響するので、相応の電
位を反射光線ＬＡ′の強度の測定により確定することが
できる。反射光線は図示の実施例では対物レンズＯＬに
より平行にされ、ビームスプリッタＳＴによりホトダイ
オードＤＴの方向へ偏向される。その際検出器ＤＴに前
置されたピンホール絞りＢＬ２は、焦点面ＦＥ上で反射
された光線ＬＡ′だけが測定信号に寄与するように光路
中に配置されている（共焦点の光路）。平面ＦＥの外部
から来る光線ＬＡ″は集束条件に反し従って検出器ＤＴ
に到達しない。強度に比例する検出器の出力信号Ｉ（ｘ
、ｙ）は増幅され、焦点面ＦＥ上のレーザ焦点の位置に
関係して記録されるか、又はモニタＭＯ上の画素の輝度
の変調のために利用される。
【００１３】図２に示された装置では、多層構造を有す
るデバイスＤＵＴ中の電位分布を高い深度分解能により
撮像するために、同様に共焦点の光路が実現されている
。この装置は再び可変波長レーザＱを備え、その光線Ｌ
Ａが電気光学変調器ＥＯＭに供給され、鏡Ｓで偏向され
、レンズＬにより点光源として働くピンホール絞りＢＬ
１の平面上に集束される。共焦点の光学系は図示の実施
例では二つのレンズＯＬ、ＫＬから成り、その際対物レ
ンズＯＬは絞りＢＬ１のピンホールを縮小して、信号を
導く構造Ｓの平面上に投影する。デバイスＤＵＴの下方
に配置された集光レンズＫＬは透過レーザ光線の集束に
役立ち、透過レーザ光線の強度はレーザ焦点の範囲に存
在する漂遊電界に応じて変化する。
るデバイスＤＵＴ中の電位分布を高い深度分解能により
撮像するために、同様に共焦点の光路が実現されている
。この装置は再び可変波長レーザＱを備え、その光線Ｌ
Ａが電気光学変調器ＥＯＭに供給され、鏡Ｓで偏向され
、レンズＬにより点光源として働くピンホール絞りＢＬ
１の平面上に集束される。共焦点の光学系は図示の実施
例では二つのレンズＯＬ、ＫＬから成り、その際対物レ
ンズＯＬは絞りＢＬ１のピンホールを縮小して、信号を
導く構造Ｓの平面上に投影する。デバイスＤＵＴの下方
に配置された集光レンズＫＬは透過レーザ光線の集束に
役立ち、透過レーザ光線の強度はレーザ焦点の範囲に存
在する漂遊電界に応じて変化する。
【００１４】電界により誘発された吸収により引き起こ
される強度変化の検出のための検出器としてホトダイオ
ードＤＴが用いられ、その前にはコントラストの改善に
役立つピンホール絞りＢＬ２が置かれている。電位の平
面的な走査のために必要なレーザ光線中でのデバイスＤ
ＵＴの水平移動は、例えば「スキャニング（Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇ）」第７巻、第２号（１９８５年）、第６７ペー
ジから知られている位置決めテーブルにより行われる。
される強度変化の検出のための検出器としてホトダイオ
ードＤＴが用いられ、その前にはコントラストの改善に
役立つピンホール絞りＢＬ２が置かれている。電位の平
面的な走査のために必要なレーザ光線中でのデバイスＤ
ＵＴの水平移動は、例えば「スキャニング（Ｓｃａｎｎ
ｉｎｇ）」第７巻、第２号（１９８５年）、第６７ペー
ジから知られている位置決めテーブルにより行われる。
【００１５】前記装置により達成可能な位置解像度は主
として、用いられるレーザ光線の波長従って基板材料と
そのバンドギャップに関係する。ＧａＡｓ回路の電位分
布の撮像に対しては波長λ＝８５０ｎｍの赤外線が必要
であるので、位置解像度は横方向では最大約０．５μｍ
また垂直方向では約０．７μｍである。
として、用いられるレーザ光線の波長従って基板材料と
そのバンドギャップに関係する。ＧａＡｓ回路の電位分
布の撮像に対しては波長λ＝８５０ｎｍの赤外線が必要
であるので、位置解像度は横方向では最大約０．５μｍ
また垂直方向では約０．７μｍである。
【００１６】この発明は自明のように前記実施例には限
定されない。測定箇所の電位の時間依存性をサンプリン
グ法の利用により測定することも容易に可能である。そ
の際デバイス信号に関するレーザパルスの位相角を、電
気光学変調器ＥＯＭとデバイスＤＵＴとの間の光路の延
長によるか、又はレーザパルス反復周波数ｆ１ に対す
る制御周波数ｆ２ のオフセットにより変更することが
できる（ｆ２ ＝ｎｆ１ ±Δｆ、Δｆ≪ｆ１ ）。こ
の種の方法を実行するための装置は既に述べた要素のほ
かに補助的に更にサンプリングオシロスコープを備え、
その入力端には増幅された検出器出力信号及び走査周波
数Δｆを有する基準信号が加えられる。この基準信号は
、ドライバユニットＴＲ及び電気光学変調器ＥＯＭと同
様に、位相安定な発振器を用いて同期化されたシンセサ
イザで発生させるのが有利である。
定されない。測定箇所の電位の時間依存性をサンプリン
グ法の利用により測定することも容易に可能である。そ
の際デバイス信号に関するレーザパルスの位相角を、電
気光学変調器ＥＯＭとデバイスＤＵＴとの間の光路の延
長によるか、又はレーザパルス反復周波数ｆ１ に対す
る制御周波数ｆ２ のオフセットにより変更することが
できる（ｆ２ ＝ｎｆ１ ±Δｆ、Δｆ≪ｆ１ ）。こ
の種の方法を実行するための装置は既に述べた要素のほ
かに補助的に更にサンプリングオシロスコープを備え、
その入力端には増幅された検出器出力信号及び走査周波
数Δｆを有する基準信号が加えられる。この基準信号は
、ドライバユニットＴＲ及び電気光学変調器ＥＯＭと同
様に、位相安定な発振器を用いて同期化されたシンセサ
イザで発生させるのが有利である。
【００１７】レーザ及び電気光学変調器は自明のように
ピコ秒レーザ源によって置き替えることもできる。更に
レーザ光線の波長を一層良好に半導体基板の吸収端に同
調させるために、光路中にデバイスの上方に配置された
周波数倍増性結晶が有利となることもある。
ピコ秒レーザ源によって置き替えることもできる。更に
レーザ光線の波長を一層良好に半導体基板の吸収端に同
調させるために、光路中にデバイスの上方に配置された
周波数倍増性結晶が有利となることもある。
【図１】この発明に基づく電位測定方法を実施するため
の装置の一実施例の配置図である。
の装置の一実施例の配置図である。
【図２】装置の別の実施例の配置図である。
ＤＵＴ デバイス
ＦＥ 平面
ＬＡ 光プローブ
ＬＡ′ 透過又は反射光線
Claims (6)
- 【請求項１】 光プローブ（ＬＡ）がデバイス（ＤＵ
Ｔ）の表面に平行に向いた平面（ＦＥ）上に集束され、
半導体材料の吸収特性の電位により誘発された変化が、
透過光線及び／又は反射光線（ＬＡ′）の強度の測定に
より確定されることを特徴とする半導体デバイス中の電
位の測定方法。 - 【請求項２】 光子エネルギーが半導体材料のバンド
ギャップより小さくかつこれにほぼ等しい光が用いられ
ることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 光プローブの焦点が連続的に又は離散
したステップで平面（ＦＥ）上を移動させられ、強度が
位置に関係して測定されかつ記録されることを特徴とす
る請求項１又は２記載の方法。 - 【請求項４】 光プローブがデバイス（ＤＵＴ）中に
励起される電気信号と同期して走査されることを特徴と
する請求項１ないし３の一つに記載の方法。 - 【請求項５】 光パルスの位相角が信号に関して変更
されることを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 共焦点の光路を有する光学ユニットが
、光プローブを発生させかつ反射光線又は透過光線を検
出するために用いられることを特徴とする請求項１ない
し５の一つに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4032030 | 1990-10-09 | ||
| DE4032030.8 | 1990-10-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307378A true JPH04307378A (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=6415943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3287166A Withdrawn JPH04307378A (ja) | 1990-10-09 | 1991-10-07 | 半導体デバイス中の電位の測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0480205A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04307378A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007503575A (ja) * | 2003-08-22 | 2007-02-22 | セントレ ナシオナル デ ラ ルシェルシェ シエンティフィーク セエヌエールエス | 非侵襲的電界検出ならびに測定デバイスおよび方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5905577A (en) * | 1997-03-15 | 1999-05-18 | Schlumberger Technologies, Inc. | Dual-laser voltage probing of IC's |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1275317C (en) * | 1984-02-28 | 1990-10-16 | Charles B. Roxlo | Superlattice electrooptic devices |
| DE3889986T2 (de) * | 1987-07-13 | 1994-09-15 | Hamamatsu Photonics Kk | Anordnung eines Spannungsdetektors. |
-
1991
- 1991-09-16 EP EP19910115654 patent/EP0480205A3/de not_active Withdrawn
- 1991-10-07 JP JP3287166A patent/JPH04307378A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007503575A (ja) * | 2003-08-22 | 2007-02-22 | セントレ ナシオナル デ ラ ルシェルシェ シエンティフィーク セエヌエールエス | 非侵襲的電界検出ならびに測定デバイスおよび方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0480205A2 (de) | 1992-04-15 |
| EP0480205A3 (en) | 1993-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990107 |