JPH0479345A - 半導体装置の解析装置及びその解析方法 - 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】 ［目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第７図） 発明が解決しようとする諜Ｎ（第８図）課題を解決する
ための手段（第１．第２図）作用 実施例　（第３図〜第６図） 発明の効果 〔概要〕 半導体装置の解析装置、特に不良を起こした半導体装置
の不良箇所を解析する装置に関し、該不良を起こした半
導体装置の発光現象を静的（スタティック、ＤＣ的）電
圧に依存して取得することな（、それをダイナミック動
作（ＦＮ的）させて発光画像を取り込み、多種類の不良
モードが混在するＩＣの不良箇所の解析処理を再現性良
く、かつ、正確に行うことを目的とし、不良を起こした
半導体装置に動的電圧を印加する電圧供給手段と、前記
動的電圧が印加された半導体装置の発光画像を取得する
画像取得手段と、前記電圧供給手段及び画像取得手段の
入出力を制御する制御手段とを具備し、少なくとも、前
記制御手段が、前記電圧供給手段から半導体装置への動
的電圧の印加タイミングと前記画像取得手段の発光画像
の取得タイミングとを基準クロックに基づいて同期制御
処理することを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の解析装置及びその解析方法に関
するものであり、更に詳しく言えば、不良を起こした半
導体装置の不良箇所を解析する装置及び方法に関するも
のである。

近年、半導体集積回路装置（以下ＩＣという）の高集積
化、高密度化に伴い不良が発生した半導体装置の解析が
益々困難になりつつある。

ところで、ＳｉＯ□　（酸化膜）ピンホールやＰ／Ｎ接
合劣化等を発生したＩＣの不良箇所の解析に、ホットエ
レクトロン装置が使用されることがある。

これによれば、スタティク（ＤＣ的）な不良はＳｉＯ□
　（酸化膜）ピンホール等からの発光を検出し、それを
画像処理することにより、ＩＣの不良箇所を解析するこ
とができる。

しかし、ＩＣが不良となる場合には、ＤＣ的不良に比べ
て、ダイナミック（ＦＮＮフン不良となる場合が少なく
ない。また、その解析の重要度も高くなっている。

このため、光を検出してその画像処理をするホットエレ
クトロン装置では、ＦＮ的不良（ダイナミック）の解析
をすることが困難となるという問題がある。

そこで、発光現象をスタティクな（ＤＣ的）電圧に依存
することなく、【ＣをＦＮ的動作（ダイナミック）させ
て発光画像を取り込み、メモリ比較処理等により、ｔＣ
の不良箇所の解析をすることができる装置と方法とが望
まれている。

〔従来の技術〕

第７．第８図は、従来例に係る説明画である。

第７図は従来例に係る半導体装置の解析装置の構成図で
ある。

図において、ホットエレクトロン装置を用いて不良を起
こした半導体装置を解析する解析装置は、高感度カメラ
１．ホットエレクトロン検出／制扉装置２．プローバ３
．直流電圧供給装置４等から成る。

当該装置の機能は、動作不良や絶縁不良を発生した、例
えば、ＲＯＭ　（読出し専用メモＩ）　）等の不良ＩＣ
の不良箇所を解析する場合、まず、不良ＩＣ５の外部端
子からブローμ３により各トランジスタを追って行き、
おおよその不良箇所を見出す２次に、直ｉＪｔ！圧供給
装置４により不良ＩＣ５のワード線とソースに直流電圧
を印加する。

その後、暗視野において高感度カメラ１により発光画像
を取得し、不良ＩＣ５の不良箇所を特定する。この際の
画像取得タイミングは、任意に設定されている。

これにより、ＳｉＯ□　（酸化膜）ビンポールやＰ／Ｎ
接合劣化等を発生した不良ＩＣ５の不良箇所の解析をす
ることができる。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、従来例によれば、静的（スタティク。

ＤＣ的）不良、すなわち、回路素子の信号電圧等が直流
固定された動作条件による不良は、ＳｉＯ□（Ｍ化膜）
ピンホール等からの発光を検出することにより、ＩＣの
不良箇所を解析することができる。

しかし、ＩＣが不良となる場合には、ＤＣ的不良に比べ
て、回路素子の信号電圧がクロック等によりｒＨ」、ｒ
Ｌ、を繰り返す条件による動的（ダイナミック　ＦＮ的
）不良となる場合が少なくない。

このため、第８図（ａ）、　　（ｂ）に示すような問題
点を生ずることがある。

同図（ａ）において、Ａはダイナミック不良を誘起する
ショート部分であり、Ｂはスタティク不良を誘起するシ
ョート部分である。いずれも、５ｉ０２（酸化膜）ピン
ホールやＰ／Ｎ接合劣化等を原因とするものと考えられ
るが、その発生程度が異なるために、不良モードが相違
するものである。

このような、２種類の不良モードが混在する不良ＩＣ５
の不良箇所の解析をした場合、ダイナミック不良を誘起
するショート部分Ａの発光現象が検出できなくなること
がある。

これは、同図（ｂ）のように、ゲート選択トランジスタ
ＴＧＩ−ＴＧ３のゲートＡにｒＨ」レベルの電圧（ＤＣ
電圧）を印加し、各ワードラインにｒＨ，レベルの電圧
（ＤＣ＠圧）を印加して不良ＩＣ５の不良箇所の解析を
した場合、ダイナミック不良の際に誘起するショート部
分Ａの発光現象がスタティク不良の際に誘起するショー
ト部分Ｂの発光現象に含まれることにより、高感度カメ
ラ２には、強く光るショート部分Ｂの発光画像のみが取
得される。

これにより、ホットエレクトロン装置では、ダイナミッ
ク不良の解析処理をすることが困難となる。このことで
、高集積化、高密度化に伴う半導体装置の不良解析の重
要度が高くなる中で、２種類以上の不良モードが混在す
る不良ＩＣ５の不良箇所の解析処理を再現性良く、かつ
、正確に行うことができないという問題がある。

本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創作されたもの
であり、不良を起こした半導体装置の発光現象を静的（
スタティック、ＤＣ的）電圧に依存して取得することな
く、それをダイナミック動作（ＦＮ的）させて発光現象
を取り込み、多種類の不良モードが混在するＩＣの不良
箇所の解析処理を再現性良く、かつ、正確に行うことが
可能となる半導体装置の解析装置及びその解析方法の提
供を目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 第１．第２図は、本発明に係る半導体装置の解析装置及
び解析方法の原理図をそれぞれ示している。

その装置は、第１図に示すように、不良を起こした半導
体装置１４に動的電圧ＶＤを印加する電圧供給手段１１
と、前記動的電圧ＶＤが印加された半導体装置１４の発
光画像を取得する画像取得手段１１と、前記電圧供給手
段１２及び画像取得手段１１の入出力を制御する制御手
段１３とを具備し、少なくとも、前記制御手段１３が、
前記電圧供給手段１１から半導体装置１４への動的電圧
ＶＤの印加タイミングと前記画像取得手段１２の発光画
像の取得タイミングとを基準クロックＣＬＫに基づいて
同期制御処理をすることを特徴とし、その方法は、第２
図のフローチャートにおいて、まず、ステップＰＬで不
良を起こした半導体装置１４に動的電圧ＶＤの印加処理
をし、次に、ステップＰ２で前記動的電圧ＶＤが印加さ
れた半導体装置１４の発光画像の取得処理をし、次いで
、ステップＰ３で前記発光画像の取得処理に基づいて得
られた画像取得データＤＩと前記半導体装置１４の画像
取得データＤ１以外の基準データＤ２との比較処理又は
合成処理をし、その後、ステップＰ４で前記比較処理又
は合成処理に基づいて半導体装置１４の不良箇所の解析
処理をすることを特徴とし、上記目的を達成する。

〔作用〕

本発明の装置によれば、第１図に示すように、少なくと
も、動的電圧ＶＤの印加タイミングと発光画像の取得タ
イミングとを基準クロツクＣＬＫに基づいて同期制御処
理をする制御手段１３が設けられている。

このため、電圧供給手段１１により不良を起こした半導
体装置１４に基準クロックＣＬＫに基づいて動的電圧Ｖ
Ｄが印加されると、不良箇所がらの発光現象は不良箇所
の存在条件と不良箇所を有する半導体装置１４への動的
電圧ＶＤの印加条件とが揃うことにより生ずる。このこ
とがら、動的雪圧ＶＤの印加タイミングと発光現象の取
得タイミングとを基準クロックＣＬＫに基づいて同期制
御処理をすることにより、ダイナミ・ツク不良を起こし
た不良箇所の発光画像を取得することが可能となる。

これにより、ホットエレクトロン装置では、困難なダイ
ナミック不良の解析処理をすることが可能となる。

また、本発明の解析方法によれば、第２図のフローチャ
ートにおいて、ステップＰｉ、Ｐ２で動的電圧ＶＤの印
加処理及びその発光画像の取得処理をし、ステップＰ３
で画像取得データＤＩと半導体装置１４の画像取得デー
タＤＩ以外の基準データＤ２との比較処理をしている。

このため、暗視野で取得した半導体装置１４の発光現象
に係る画像取得データＤＩ＝Ｄ１１と明視野で取得した
観測画像に係る画像取得データＤ１＝Ｄ１２とを比較処
理をしたり、又は、画像取得データＤ１１と設計基準デ
ータＤ２とを重ね合わせ処理をすることにより、半導体
装１１４の不良箇所を短時間に、かつ、再現性良（特定
することが可能となる。

これにより、高集積化、高密度化に伴う半導体装置の不
良解析の重要度が高くなる中で、従来例のスタティック
不良に加えて多種類の不良モードが混在する半導体装置
１４の不良箇所の解析処理を信顛性良く、かつ、正確に
行うことが可能となる。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明をす
る。

第３〜第６図は、本発明の実施例に係る半導体装置の解
析装置及びその解析方法を説明する図であり、第３図は
、本発明の実施例に係る半導体装置の解析装置の構成図
を示している。

図において、２１は電圧供給手段１１の一実施例となる
グイナフミク電圧発生装置であり、不良を起こした半導
体装置１４（以下サンプル２６という）に電圧印加制御
信号Ｓ２に基づいて動的電圧ＶＤを印加するものである
。なお、サンプル２６と動的電圧ＶＤとについては、第
４図において説明をする。

２２は画像取得手段１１の一実施例となる高感度カメラ
であり、光学顕微鏡２５に設けられている。また、該カ
メラ２２の機能は動的電圧ＶＤが印加されたサンプル２
６の発光現象を暗視野の条件下により取得するものであ
る。また、発光画像の取得タイミングは、画像取得制御
信号Ｓ１に基づいて行われる。該カメラ２には、光子（
フォトン）を検出することが可能な超高感度カメラやフ
ォトンカウンティングカメラ等を用いる。

２３は制御手段１３の一実施例となる画像処理制御系で
あり、クロック発生回路２３Ａ、クロツクトリガ生成回
路２３Ｂ２画像処理回路２３Ｃ，！像メモリ２３Ｄ及び
画像取得制御回路２３Ｅ等から成る。

該処理制御系２３０機能は、クロック発生回路２３Ａに
より基準クロックＣＬＫが発生されると、クロックトリ
ガ生成回路２３Ｂにより該基準クロックＣＬＫに基づい
て、画像取得信号Ｓ１及び電圧印加制御信号Ｓ２が生成
される。該制御信号Ｓ１は高感度カメラ２２に出力され
、制御信号Ｓ２がダイナミック電圧発生回路２１に出力
される。これにより、ダイナミック電圧発生回路２１か
らサンプル２６への動的電圧ＶＤの印加タイミングと高
感度カメラ２２の発光画像の取得タイミングとを同期さ
せることができる。

また、高感度カメラ２２からの発光画像取得データＤ１
１は画像処理回路２３Ｃにより信号処理され、そのデー
タＤ１１は一旦画像メモリ２３Ｄに格納される。さらに
、画像処理回路２３Ｃは光学顕微鏡２５からの明視野の
条件下で取得したサンプル２６の画像取得データＤ１２
やその設計基準データＤ２１とを比較処理したり、両デ
ータＤ１１とＤ１２．　　Ｄ１１とＤ２１とを重合わ廿
処理をするものである。

これらの画像処理されたデータは、画像表示データＤ４
となつて、モニタ２４に出力される。

なお、画像取得制御回路２３Ｅは光学顕微鏡２５やＸ−
Ｙステージ２７に駆動制御データＤ３を出力するもので
ある。

２４はモニタであり、画像表示データＤ４に基づいて、
サンプル２６の観測画像に不良箇所を特定した画面等を
表示するものである。

２５は光学顕微鏡２５であり、駆動制御データＤ３に基
づいて、明視野におけるサンプル２６の観測画像を取得
し、その画像取得データＤＩ２を画像処理回路２３Ｃに
出力するものである。

２７はＸ−Ｙステージであり、サンプル２６を載置し、
駆動制御データＤ３に基づいて移動するものである。

第３図は、本発明の実施例に係る解析装置の動作説明図
であり、同図（ａ）は、その不良を起こしたサンプル２
６の一例を示す回路図をそれぞれ示している。

同図（ａ）において、２６は不良を起こした半導体装置
（サンプル）であり、動作不良や絶縁不良を発生した、
例えば、ＲＯＭ　（読出し専用メモ１月である。また、
Ａはダイナミック不良を誘起するショート部分であり、
ＳｉＯ□　（酸化膜）ピンホールやＰ／Ｎ接合劣化等が
原因となるものであ。

サンプル２６は、予め、論理テストパターン等を外部端
子に供給され、それ基づいて、おおよその不良箇所の位
置が把握される。

このような、ダイナミック不良が混在するサンプル２６
の不良箇所の解析処理をする場合、同図（ｂ）の動作タ
イムチャートに示すように、サンプル２６のゲート選択
トランジスタＴＧＩ〜ＴＧ３のゲートＡに基準クロック
ＣＬにを供給する。また、各ワードラインＷ　１−Ｗ　
３に電圧印加制御信号Ｓ２に基づいて、例えば、基準ク
ロックＣＬにをトリガ処理した印加電圧ＶＤ２を供給し
、各ピントラインＢ１〜Ｂ３に同様に基準クロックＣＬ
）ｆをトリガ処理したビット線選択電圧を供給する。

一方、先におおよその不良箇所の位置が把握されたワー
ドラインＷ２の印加電圧ＶＤ２の立上り■に同期する画
像取得制御信号Ｓｌに基づいて高感度カメラ２２により
発光現象を撮像する。

このようにして、本発明の実施例に係る装置によれば、
第３図に示すように、少なくとも、動的電圧ＶＤ２の印
加タイミングと発光画像の取得タイミングとを基準クロ
ックＣＬＫに基づいて同期制御処理をする画像処理制御
系２３が設けられている。

このため、グイナッミク電圧発生装置２Ｉにより不良を
起こしたサンプル２６に基準クロックＣＬＫに基づいて
動的電圧■２が印加されると、不良箇所からの発光現象
は不良箇所の存在条件と不良箇所を有するサンプル２６
への動的電圧ｖ２の印加条件とが揃うことにより生ずる
。このことから、動的電圧Ｖ１）２の印加タイミングと
発光現象の取得タイミングとを基準クロックＣＬＫに基
づいて同期制御処理をすることにより、ダイナミック不
良を起こした不良箇所の発光画像を取得することが可能
となる。

これにより、サンプル２６の不良箇所を特定することが
できることから、ホットエレクトロン装置では困難なダ
イナミック不良の解析処理をすることが可能となる。

次に、本発明の実施例に係る半導体装置の解析方法につ
いて、当該装置の動作を補足しながら説明をする。

第５図は、本発明の実施例に係る不良１ｃ（ＲＯＭ）の
解析方法のフローチャートであり、第６図（ａ）〜（ｄ
）は、その補足説明図を示している。

第５図において、先の不良を発生したＲＯＭ（読出し専
用メモ１月の不良箇所を解析処理する場合を例に採ると
、まず、ステップＰ１で、予め、サンプル２６に論理テ
ストパターン等の供給処理をする。この際に、ＬＳＩ試
験装置等によりサンプル２６の外部端子に論理テストパ
ターン等が供給され、この判定結果に基づいて、おおよ
その不良箇所の位置が把握される。例えば、第６図（ａ
）に示すようにＲＯＭの全体画像Ｃの中に不良と思われ
る領域りが画定される。

次に、ステップＰ２で不良と思われる領域りの画像表示
処理をする０本発明の実施例では、不良箇所を高速に見
出すためにモニタ２４にその位置を表示する場合につい
て説明をする。従って、第６図（ｂ）に示すように、不
良と思われる領域りの拡大図Ｅがモニタ２４に表示され
る。

次いで、ステップＰ２に前後して、ステップＰ３で不良
と思われる領域りに存在するメモリセルに動的電圧ＶＤ
２の印加処理をする。ここで、電圧印加制御信号Ｓ１に
基づいてダイナッミク電圧発生装置２１により、サンプ
ル２６のゲート選択トランジスタＴＧＩ〜ＴＧ３のゲー
トＡに基準クロックＣＬＫが供給される。また、各ワー
ドラインＷ１〜Ｗ３に電圧印加制御信号Ｓｌに基づいて
、例えば、基準クロックＣＬ）［をトリガ処理した印加
電圧ＶＤ２が供給され、各ビットラインＢ１−８３に同
様に基準クロックＣＩＪｆをトリガ処理したビット線選
択電圧が供給される。

その後、ステップＰ４でサンプル２６の発光画像の取得
処理をする。この際に、おおよその不良箇所の位置が把
握されたワードラインＷ２の印加電圧ＶＤ２の立上り■
に同期する画像取得制御信号Ｓ１に基づいて高感度カメ
ラ２２により発光現象が撮像される。また、発光画像は
第６図（ｃ）に示すように、暗領域に発光領域Ｆが含ま
れた内容となる。

次いで、ステップＰ５で発光画像取得データＤ１１に基
づいて合成画像処理をする。この際の画像処理は、高感
度カメラ２２からの発光画像取得データＤ１１が画像処
理圏ＦＩＩＩ２３Ｃにより信号処理され、そのデータＤ
１１が一旦画像メモリ２３Ｄに格納される。さらに、画
像処理回路２３Ｃにより光学顕微鏡２５からの明視野の
条件下で取得したサンプル２６の画像取得データＤ１２
やその設計基準データＤ２１と先に格納されている発光
画像取得データＤ１１とが、例えば、重合わせ処理され
る。これらの画像処理されたデータが画像表示データＤ
４となって、モニタ２４に出力される。

なお、モニタ２４の画像は、第６図（ｄ）に示すように
、サンプル２６の不良と思われる領域りの拡大図Ｅ上に
発光領域Ｆを合成処理した画面が表示される。

これにより、ステップＰ６でサンプル２６の不良箇所の
解析処理をする。なお、当該ステップＰ６以降は、従来
例のように光学顕微鏡２５の観測倍率を拡大し、不良ト
ランジスタセルのＳｉＯ□（＃化Ｍ）ピンホールやＰ／
Ｎ接合部の観測をして、その解析処理を継続する。

このようにして、本発明の実施例に係る解析方法によれ
ば、第５図のフローチャートにおいて、ステップＰ３．
Ｐ４で動的電圧ＶＤ２の印加処理及びその発光画像の取
得処理をし、ステップＰ５で発光画像取得データＤ１１
と明視野の条件下で取得したサンプル２Ｇの画像取得デ
ータＤＩ２やその設計基準データＤ２１とが、例えば、
重合わせ処理されている。

このため、グイナッミク不良を起こしたトランジスタセ
ルのＳｉＯ□　（酸化層）ピンホールやＰ／Ｎ接合部等
の不良箇所を短時間に、かつ、再現性良く特定すること
が可能となる。

これにより、高集積化、高密度化に伴う半導体装置の不
良解析の重要度が高くなる中で、従来例のスタティック
不良に加えて多ａ１１の不良モードが混在する半導体集
積回路装置の不良箇所の解析処理を信頼性良く、かつ、
正確に行うことが可能となる。

なお、本発明の実施例ではステップＰ５で明視野の条件
下で取得したサンプル２６の画像取得データＤ１２やそ
の設計基準データＤ２１と発光画像取得データＤ１１と
を重合わせ処理する方法について説明をしたが、メモリ
領域上で両データを比較処理をする方法においても、同
様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の装置によれば動的電圧の
印加タイミングと発光画像の取得タイミングとを基準ク
ロックに基づいて同期制御処理をする制御手段が設けら
れている。

このため、不良箇所の印加条件と不良箇所を有する半導
体装置への動的電圧の印加条件とが揃うことにより生ず
る発光現象を動的電圧ＶＤの印加タイミングと発光現象
の取得タイミングとを同期処理することにより、ダイナ
ミック不良を起こした不良箇所の発光画像を取得するこ
とが可能となる。

また、本発明の解析方法によれば、発光画像取得データ
と該画像取得データ以外の基準データ等との合成処理や
比較処理をしている。

このため、ダイナミック不良を起こした半導体装置の不
良箇所を短時間に、かつ、再現性良く特定することが可
能となる。

これにより、従来例のスタティソク不良の解析処理に加
えて多種類の不良モードが混在する半導体装置の不良箇
所の解析処理の向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る半導体装置の解析装置の原理図
、 第２図は、本発明に係る半導体装置の解析方法の原理図
、 第３図は、本発明の実施例に係る半導体装置の解析装置
の構成図、 第４図は、本発明の実施例に係る解析装置の動作説明図
、 第５図は、本発明の実施例に係る不良ＩＣ（ＲＯＭ）の
解析方法のフローチャート、 本発明の実施例に係る解析方法の補 第６図は、 足説明図、 第７図は、 の構成図、 第８図は、 ある。 （符号の説明） １１・・・電圧供給手段、 １２・・・画像取得手段、 １３・・・制御手段、 ＶＤ・・・動的電圧、 ＤＩ・・・画像取得データ、 Ｄ２・・・基準データ、 ＣＬＫ・・・基準クロック。 従来例に係る問題点を説明する図で 従来例に係る半導体装置の解析装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）不良を起こした半導体装置（１４）に動的電圧（
   ＶＤ）を印加する電圧供給手段（１１）と、前記動的電
   圧（ＶＤ）が印加された半導体装置（１４）の発光画像
   を取得する画像取得手段（１１）と、前記電圧供給手段
   （１２）及び画像取得手段（１１）の入出力を制御する
   制御手段（１３）とを具備し、 少なくとも、前記制御手段（１３）が、前記電圧供給手
   段（１１）から半導体装置（１４）への動的電圧（ＶＤ
   ）の印加タイミングと前記画像取得手段（１２）の発光
   画像の取得タイミングとを基準クロック（ＣＬＫ）に基
   づいて同期制御処理をすることを特徴とする半導体装置
   の解析装置。
2. （２）不良を起こした半導体装置（１４）に動的電圧（
   ＶＤ）の印加処理をし、前記動的電圧（ＶＤ）が印加さ
   れた半導体装置（１４）の発光画像の取得処理をし、前
   記発光画像の取得処理に基づいて得られた画像取得デー
   タ（Ｄ１）と前記半導体装置（１４）の画像取得データ
   （Ｄ１）以外の基準データ（Ｄ２）との比較処理又は合
   成処理をし、前記比較処理又は合成処理に基づいて半導
   体装置（１４）の不良箇所の解析処理をすることを特徴
   とする半導体装置の解析方法。