JPH05136240A - Ｏｂｉｃ観察方法およびその装置 - Google Patents
Ｏｂｉｃ観察方法およびその装置Info
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- JPH05136240A JPH05136240A JP3298631A JP29863191A JPH05136240A JP H05136240 A JPH05136240 A JP H05136240A JP 3298631 A JP3298631 A JP 3298631A JP 29863191 A JP29863191 A JP 29863191A JP H05136240 A JPH05136240 A JP H05136240A
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- 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
- G01R31/311—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of integrated circuits
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体チップ表面の大部分が金属配線で覆わ
れている高密度デバイスのＯＢＩＣ観察を可能にする。 【構成】 シリコン半導体デバイスに対し、光侵入深
さ、つまりシリコンが光吸収を生じる深さ（光起電力効
果を発生させるために必要光が届く深さ）がシリコンチ
ップの厚さより深くなるような波長の光ビーム、例えば
波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ，波長１１５２ｎｍの
ＨｅＮｅレーザなどを、シリコンチップの裏面側から照
射してＯＢＩＣ電流を測定する。 【効果】 アルミニウム等の金属配線で覆われた領域の
ｐｎ接合部分のＯＢＩＣ観察が可能になる。
れている高密度デバイスのＯＢＩＣ観察を可能にする。 【構成】 シリコン半導体デバイスに対し、光侵入深
さ、つまりシリコンが光吸収を生じる深さ（光起電力効
果を発生させるために必要光が届く深さ）がシリコンチ
ップの厚さより深くなるような波長の光ビーム、例えば
波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ，波長１１５２ｎｍの
ＨｅＮｅレーザなどを、シリコンチップの裏面側から照
射してＯＢＩＣ電流を測定する。 【効果】 アルミニウム等の金属配線で覆われた領域の
ｐｎ接合部分のＯＢＩＣ観察が可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの試験
故障解析技術、特にＯＢＩＣ観察技術に関するものであ
る。
故障解析技術、特にＯＢＩＣ観察技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造工程中および製造
完了後の各種試験によって、不良と判定された製品の不
良解析を実施することは、製造歩留り、品質の向上を図
るうえで必須である。この不良解析の一般的な手法は次
のとおりである。
完了後の各種試験によって、不良と判定された製品の不
良解析を実施することは、製造歩留り、品質の向上を図
るうえで必須である。この不良解析の一般的な手法は次
のとおりである。
【０００３】まず、電気的解析によって不良発生となる
半導体チップ上のポイントを見つける。つぎに、エッチ
ングによる配線金属、層間絶縁膜等の除去や、集束イオ
ンビームによる断面開孔を行い、この不良発生の原因と
なるポイントの電子顕微鏡観察等を行う。これらの操作
により、不良の発生原因を見つけだす。ここで、最近の
複雑化，高密度化された半導体デバイスでは、特に最初
のステップである電気的解析による不良発生の原因箇所
の発見が、重要となる。この電気的解析には種々の手法
があるが、本発明は、半導体デバイスの中のｐｎ接合部
に光ビームを照射することで発生するＯＢＩＣ電流を検
出し、ｐｎ接合部の欠陥および電圧分布を観察する技
術、いわゆるＯＢＩＣ観察技術に関するものである。
半導体チップ上のポイントを見つける。つぎに、エッチ
ングによる配線金属、層間絶縁膜等の除去や、集束イオ
ンビームによる断面開孔を行い、この不良発生の原因と
なるポイントの電子顕微鏡観察等を行う。これらの操作
により、不良の発生原因を見つけだす。ここで、最近の
複雑化，高密度化された半導体デバイスでは、特に最初
のステップである電気的解析による不良発生の原因箇所
の発見が、重要となる。この電気的解析には種々の手法
があるが、本発明は、半導体デバイスの中のｐｎ接合部
に光ビームを照射することで発生するＯＢＩＣ電流を検
出し、ｐｎ接合部の欠陥および電圧分布を観察する技
術、いわゆるＯＢＩＣ観察技術に関するものである。
【０００４】図５に、ＯＢＩＣ観察方法の例を示す。試
料としてＣＭＯＳインバータを用い、そのチップの断面
構造を示した。なお、ここではｐｎ接合部の電圧分布を
観察する場合を示している。
料としてＣＭＯＳインバータを用い、そのチップの断面
構造を示した。なお、ここではｐｎ接合部の電圧分布を
観察する場合を示している。
【０００５】次に、図５のＣＭＯＳインバータの動作を
説明し、続いてＯＢＩＣ電流の発生について述べる。
説明し、続いてＯＢＩＣ電流の発生について述べる。
【０００６】図５において、ドレイン電極であるｎ型不
純物拡散層３ａ、ソース電極であるｎ型不純物拡散層３
ｂ、両者間のｐ型シリコン基板１上にゲート誘電体膜９
を介して接続されたゲート電極５ａにより構成されるｎ
チャネルＭＩＳトランジスタと、ｎウェル１ａ上におい
てドレイン電極であるｐ型不純物拡散層４ｂ、ソース電
極であるｐ型不純物拡散層４ｃ、両者間のｎウェル１ａ
上にゲート誘電体膜９を介して接続されたゲート電極５
ｂにより構成されるｐチャネルトランジスタとはＣＭＯ
Ｓ構造をなす。ゲート電極５ａ，５ｂは入力端子Ｖinに
共通に接続され、ｎ型不純物拡散層３ａとｐ型不純物拡
散層４ｃとは出力端子Ｖout に共通して接続されてい
る。ｐ型シリコン基板１はｐ型不純物拡散層３ｃ及び金
属配線１３を介して接地され、ソース電極であるｎ型不
純物拡散層３ｂも金属配線１３を介して接地されてい
る。一方、ｎウェル１ａはｎ型不純物拡散層４ａ及び金
属配線１３を介して電源６に接続され、ドレイン電極で
あるｐ型不純物拡散層４ｂも金属配線１３を介して電源
６に接続されている。
純物拡散層３ａ、ソース電極であるｎ型不純物拡散層３
ｂ、両者間のｐ型シリコン基板１上にゲート誘電体膜９
を介して接続されたゲート電極５ａにより構成されるｎ
チャネルＭＩＳトランジスタと、ｎウェル１ａ上におい
てドレイン電極であるｐ型不純物拡散層４ｂ、ソース電
極であるｐ型不純物拡散層４ｃ、両者間のｎウェル１ａ
上にゲート誘電体膜９を介して接続されたゲート電極５
ｂにより構成されるｐチャネルトランジスタとはＣＭＯ
Ｓ構造をなす。ゲート電極５ａ，５ｂは入力端子Ｖinに
共通に接続され、ｎ型不純物拡散層３ａとｐ型不純物拡
散層４ｃとは出力端子Ｖout に共通して接続されてい
る。ｐ型シリコン基板１はｐ型不純物拡散層３ｃ及び金
属配線１３を介して接地され、ソース電極であるｎ型不
純物拡散層３ｂも金属配線１３を介して接地されてい
る。一方、ｎウェル１ａはｎ型不純物拡散層４ａ及び金
属配線１３を介して電源６に接続され、ドレイン電極で
あるｐ型不純物拡散層４ｂも金属配線１３を介して電源
６に接続されている。
【０００７】ここで、入力端子Ｖinに負の電圧が印加さ
れた場合、ｐチャネルＭＩＳトランジスタが導通し、出
力端子Ｖout に電源電圧が現れる。ｎチャネルＭＩＳト
ランジスタは開放状態である。したがって、この状態で
はｎ型不純物拡散層３ａとｐ型シリコン基板１間のｐｎ
接合は、逆バイアスされて高電界が生じる。
れた場合、ｐチャネルＭＩＳトランジスタが導通し、出
力端子Ｖout に電源電圧が現れる。ｎチャネルＭＩＳト
ランジスタは開放状態である。したがって、この状態で
はｎ型不純物拡散層３ａとｐ型シリコン基板１間のｐｎ
接合は、逆バイアスされて高電界が生じる。
【０００８】図４に示すように、この部分に例えばよく
使用される波長６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザの光ビーム
１０を照射すると、光起電力効果により電子１１及び正
孔１２の対が生成される。ここで正孔１２がＯＢＩＣ電
流としてシリコン基板１に流れ込み、ｐ型不純物拡散層
３ｃを介して接地へと流れ込む。このＯＢＩＣ電流は電
流計７により検出される。
使用される波長６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザの光ビーム
１０を照射すると、光起電力効果により電子１１及び正
孔１２の対が生成される。ここで正孔１２がＯＢＩＣ電
流としてシリコン基板１に流れ込み、ｐ型不純物拡散層
３ｃを介して接地へと流れ込む。このＯＢＩＣ電流は電
流計７により検出される。
【０００９】このようにＯＢＩＣ電流は光起電力効果に
起因するため、逆バイアスされて高電界が生じたｐｎ接
合部では、ノンバイアスのｐｎ接合部、例えばｎ型不純
物拡散層３ｂとｐ型シリコン基板１間のｐｎ接合部に光
ビーム１０を照射した場合に比べて多くの電子１１と正
孔１２の対が生成されるので、流れるＯＢＩＣ電流は多
い。従って、半導体チップ表面に対し光ビーム１０を走
査することで、光ビーム１０が照射された領域のＯＢＩ
Ｃ電流の大きさからｐｎ接合部の電圧分布を知ることが
できる。この技術は、例えばＤａｎｉｅｌ Ｊ．Ｂｕｒ
ｎｓｅｔ ａｌ．：ＩＥＥＥ ２１ｓｔ Ａｎｎｕａｌ
Ｐｒｏｃ．Ｒｅｌ．Ｐｈｙ．，ｐ１１８（１９８
３）．などにも簡単に示されている。
起因するため、逆バイアスされて高電界が生じたｐｎ接
合部では、ノンバイアスのｐｎ接合部、例えばｎ型不純
物拡散層３ｂとｐ型シリコン基板１間のｐｎ接合部に光
ビーム１０を照射した場合に比べて多くの電子１１と正
孔１２の対が生成されるので、流れるＯＢＩＣ電流は多
い。従って、半導体チップ表面に対し光ビーム１０を走
査することで、光ビーム１０が照射された領域のＯＢＩ
Ｃ電流の大きさからｐｎ接合部の電圧分布を知ることが
できる。この技術は、例えばＤａｎｉｅｌ Ｊ．Ｂｕｒ
ｎｓｅｔ ａｌ．：ＩＥＥＥ ２１ｓｔ Ａｎｎｕａｌ
Ｐｒｏｃ．Ｒｅｌ．Ｐｈｙ．，ｐ１１８（１９８
３）．などにも簡単に示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来のＯＢＩＣ観察で
は、図５に示したように光ビーム１０をデバイスが形成
された半導体チップの表面から照射していたため、ｐｎ
接合部分がアルミニウム等の金属配線１３で覆われた領
域では（例えば図５のｐ型不純物拡散層４ｃ））、光ビ
ーム１０がｐｎ接合部に照射されず、観察できない。特
に近年の金属配線の多層化，高密度化が図られた大容量
メモリでは、ＯＢＩＣ電流を検出できる領域がほとんど
なく、本手法による試験，解析ができないという問題点
があった。
は、図５に示したように光ビーム１０をデバイスが形成
された半導体チップの表面から照射していたため、ｐｎ
接合部分がアルミニウム等の金属配線１３で覆われた領
域では（例えば図５のｐ型不純物拡散層４ｃ））、光ビ
ーム１０がｐｎ接合部に照射されず、観察できない。特
に近年の金属配線の多層化，高密度化が図られた大容量
メモリでは、ＯＢＩＣ電流を検出できる領域がほとんど
なく、本手法による試験，解析ができないという問題点
があった。
【００１１】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、光ビームを半導体チップの裏
面から照射し、金属配線に依存せずにチップ全面のｐｎ
接合領域に対して、ＯＢＩＣ観察が可能な方法を提供す
ることを目的とする。
るためになされたもので、光ビームを半導体チップの裏
面から照射し、金属配線に依存せずにチップ全面のｐｎ
接合領域に対して、ＯＢＩＣ観察が可能な方法を提供す
ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係るＯＢＩＣ観
察方法は、（ａ）ｐｎ接合が形成された第１主面と、第
１主面と対向する第２主面を有するシリコン基板に対
し、第２主面側から光ビームを所定の走査を行いつつ照
射し、（ｂ）ｐｎ接合において、光ビームが光起電力効
果によって励起する電子正孔対が流すＯＢＩＣ電流を検
出し、（ｃ）ＯＢＩＣ電流と所定の走査とを対応させて
シリコン基板におけるＯＢＩＣ電流の分布を表示するも
のであり、光ビームは、シリコン基板の厚さよりも大き
な光侵入深さを実現する波長を有する。
察方法は、（ａ）ｐｎ接合が形成された第１主面と、第
１主面と対向する第２主面を有するシリコン基板に対
し、第２主面側から光ビームを所定の走査を行いつつ照
射し、（ｂ）ｐｎ接合において、光ビームが光起電力効
果によって励起する電子正孔対が流すＯＢＩＣ電流を検
出し、（ｃ）ＯＢＩＣ電流と所定の走査とを対応させて
シリコン基板におけるＯＢＩＣ電流の分布を表示するも
のであり、光ビームは、シリコン基板の厚さよりも大き
な光侵入深さを実現する波長を有する。
【００１３】望ましくは、光ビームとして波長１０６４
ｎｍのＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5 Ｏ12：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌ
ｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザを、若しくは波
長１１５２ｎｍのＨｅＮｅ（ヘリウムネオン）レーザを
用いる。
ｎｍのＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5 Ｏ12：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌ
ｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザを、若しくは波
長１１５２ｎｍのＨｅＮｅ（ヘリウムネオン）レーザを
用いる。
【００１４】また、本発明にかかるＯＢＩＣ観察装置
は、所定の波長を有する光ビームを照射する発光手段
と、ｐｎ接合が形成された第１主面と、第１主面と対向
する第２主面を有するシリコン基板に対し、第２主面側
から光ビームを導く導光手段と、光ビームをシリコン基
板に対して所定の走査を行う走査手段と、ｐｎ接合にお
いて光ビームが光起電力効果によって励起する、電子正
孔対が流すＯＢＩＣ電流を検出する工程と、ＯＢＩＣ電
流と所定の走査とを対応させてシリコン基板におけるＯ
ＢＩＣ電流の分布を表示する手段と、を備える。
は、所定の波長を有する光ビームを照射する発光手段
と、ｐｎ接合が形成された第１主面と、第１主面と対向
する第２主面を有するシリコン基板に対し、第２主面側
から光ビームを導く導光手段と、光ビームをシリコン基
板に対して所定の走査を行う走査手段と、ｐｎ接合にお
いて光ビームが光起電力効果によって励起する、電子正
孔対が流すＯＢＩＣ電流を検出する工程と、ＯＢＩＣ電
流と所定の走査とを対応させてシリコン基板におけるＯ
ＢＩＣ電流の分布を表示する手段と、を備える。
【００１５】望ましくは、発光手段として波長１０６４
ｎｍのＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5 Ｏ12：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌ
ｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ発振器を、若し
くは波長１１５２ｎｍのＨｅＮｅ（ヘリウムネオン）レ
ーザ発振器を用いる。
ｎｍのＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5 Ｏ12：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌ
ｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ発振器を、若し
くは波長１１５２ｎｍのＨｅＮｅ（ヘリウムネオン）レ
ーザ発振器を用いる。
【００１６】
【作用】本発明にかかるＯＢＩＣ観察方法は、シリコン
基板の厚さよりも大きな光侵入深さを実現する波長を有
する光ビームを半導体チップ裏面から照射するようにし
たため、金属配線下のｐｎ接合部のＯＢＩＣ観察が可能
となる。
基板の厚さよりも大きな光侵入深さを実現する波長を有
する光ビームを半導体チップ裏面から照射するようにし
たため、金属配線下のｐｎ接合部のＯＢＩＣ観察が可能
となる。
【００１７】なお、この発明で「光侵入深さ」とは、シ
リコン中で光起電力効果を発生させるために必要な光が
届く深さをいう。
リコン中で光起電力効果を発生させるために必要な光が
届く深さをいう。
【００１８】
【実施例】図１に本発明の第１実施例であるＯＢＩＣ観
察方法の概要を示す。図１に示すチップ断面構造は、図
４で示したＣＭＯＳインバータと同一チップの断面構造
を示した図である。即ち、ＣＭＯＳインバータは、ｎチ
ャネルＭＩＳトランジスタとｐチャネルＭＩＳトランジ
スタからなる。
察方法の概要を示す。図１に示すチップ断面構造は、図
４で示したＣＭＯＳインバータと同一チップの断面構造
を示した図である。即ち、ＣＭＯＳインバータは、ｎチ
ャネルＭＩＳトランジスタとｐチャネルＭＩＳトランジ
スタからなる。
【００１９】ｎチャネルＭＩＳトランジスタは、ｐ型シ
リコン基板１表面上に形成されたＬＯＣＯＳ法による酸
化分離膜２で囲まれる領域内に配置された、ドレイン電
極であるｎ型不純物拡散層３ａ、ソース電極であるｎ型
不純物拡散層３ｂ、両者間のｐ型シリコン基板１上にゲ
ート誘電体膜９を介して接続されたゲート電極５ａによ
り構成される。又、ｐ型半導体基板１上に形成されたｎ
ウェル１ａ上のｐチャネルトランジスタは、ＬＯＣＯＳ
法による酸化分離膜２で囲まれる領域内に配置された、
ドレイン電極であるｐ型不純物拡散層４ｂ、ソース電極
であるｐ型不純物拡散層４ｃ、両者間のｎウェル１ａ上
にゲート誘電体膜９を介して接続されたゲート電極５ｂ
により構成される。
リコン基板１表面上に形成されたＬＯＣＯＳ法による酸
化分離膜２で囲まれる領域内に配置された、ドレイン電
極であるｎ型不純物拡散層３ａ、ソース電極であるｎ型
不純物拡散層３ｂ、両者間のｐ型シリコン基板１上にゲ
ート誘電体膜９を介して接続されたゲート電極５ａによ
り構成される。又、ｐ型半導体基板１上に形成されたｎ
ウェル１ａ上のｐチャネルトランジスタは、ＬＯＣＯＳ
法による酸化分離膜２で囲まれる領域内に配置された、
ドレイン電極であるｐ型不純物拡散層４ｂ、ソース電極
であるｐ型不純物拡散層４ｃ、両者間のｎウェル１ａ上
にゲート誘電体膜９を介して接続されたゲート電極５ｂ
により構成される。
【００２０】ゲート電極５ａ，５ｂは入力端子Ｖinに共
通に接続され、ｎ型不純物拡散層３ａとｐ型不純物拡散
層４ｃとは出力端子Ｖout に共通して接続されている。
ｐ型シリコン基板１はｐ型不純物拡散層３ｃを介して接
地され、これにソース電極であるｎ型不純物拡散層３ｂ
も接続されている。一方、ｎウェル１ａはｎ型不純物拡
散層４ａを介して電源６に接続され、これにドレイン電
極であるｐ型不純物拡散層４ｂも接続されている。な
お、シリコンチップの厚さは５００μｍである。
通に接続され、ｎ型不純物拡散層３ａとｐ型不純物拡散
層４ｃとは出力端子Ｖout に共通して接続されている。
ｐ型シリコン基板１はｐ型不純物拡散層３ｃを介して接
地され、これにソース電極であるｎ型不純物拡散層３ｂ
も接続されている。一方、ｎウェル１ａはｎ型不純物拡
散層４ａを介して電源６に接続され、これにドレイン電
極であるｐ型不純物拡散層４ｂも接続されている。な
お、シリコンチップの厚さは５００μｍである。
【００２１】ここでは、入力端子Ｖinに正の電圧が印加
された場合を例にして説明する。この時、ｎチャネルＭ
ＩＳトランジスタが導通し、出力端子Ｖout は接地電位
となる。ｐチャネルＭＩＳトランジスタは開放状態にあ
る。したがって、この状態ではｐ型不純物拡散層４ｃと
ｎウェル１ａ間のｐｎ接合Ｊ１は、逆バイアスされて高
電界が生じる。図１に示すように、この部分に光ビーム
１０を、シリコンチップの裏面から照射すれば、光起電
力効果により電子１１と正孔１２の対を生成することが
でき、ＯＢＩＣ観察が可能となる。
された場合を例にして説明する。この時、ｎチャネルＭ
ＩＳトランジスタが導通し、出力端子Ｖout は接地電位
となる。ｐチャネルＭＩＳトランジスタは開放状態にあ
る。したがって、この状態ではｐ型不純物拡散層４ｃと
ｎウェル１ａ間のｐｎ接合Ｊ１は、逆バイアスされて高
電界が生じる。図１に示すように、この部分に光ビーム
１０を、シリコンチップの裏面から照射すれば、光起電
力効果により電子１１と正孔１２の対を生成することが
でき、ＯＢＩＣ観察が可能となる。
【００２２】このようにシリコンチップ裏面から、シリ
コンチップ表面近傍に形成されたｐｎ接合において光起
電力効果を発生させるために必要な光を届けるために
は、シリコンチップの厚さよりも大きな光侵入深さを有
する光ビームを選択する必要がある。
コンチップ表面近傍に形成されたｐｎ接合において光起
電力効果を発生させるために必要な光を届けるために
は、シリコンチップの厚さよりも大きな光侵入深さを有
する光ビームを選択する必要がある。
【００２３】図２は、光の波長と、シリコンに対する光
侵入深さとをプロットしたものである。シリコンの厚さ
が厚いほど、要求される波長は長くなることが分かる。
侵入深さとをプロットしたものである。シリコンの厚さ
が厚いほど、要求される波長は長くなることが分かる。
【００２４】例えば、シリコンチップの厚さが５００μ
ｍ程度であった場合には、一般に使用される波長６３３
ｎｍのＨｅＮｅレーザを光ビーム１０として用いても、
その光侵入深さが５００μｍよりも小さいため、シリコ
ンチップ表面近傍に形成されたｐｎ接合において光起電
力を発生させることはできない。一方、波長１０６４ｎ
ｍのＹＡＧレーザはその光侵入深さが５００μｍよりも
大きいため、シリコンチップ表面近傍においても光起電
力を発生させることができる。
ｍ程度であった場合には、一般に使用される波長６３３
ｎｍのＨｅＮｅレーザを光ビーム１０として用いても、
その光侵入深さが５００μｍよりも小さいため、シリコ
ンチップ表面近傍に形成されたｐｎ接合において光起電
力を発生させることはできない。一方、波長１０６４ｎ
ｍのＹＡＧレーザはその光侵入深さが５００μｍよりも
大きいため、シリコンチップ表面近傍においても光起電
力を発生させることができる。
【００２５】シリコンチップの厚さが１０００μｍ程度
であった場合には、更に光侵入深さが大きい、波長１１
５２ｎｍのＨｅＮｅレーザを用いれば上記のようにして
本発明のＯＢＩＣ観察方法を実現できる。
であった場合には、更に光侵入深さが大きい、波長１１
５２ｎｍのＨｅＮｅレーザを用いれば上記のようにして
本発明のＯＢＩＣ観察方法を実現できる。
【００２６】図３（ａ）〜（ｃ）はこれを模式的に示し
たものである。いずれの図もシリコン基板４０の一方の
主面にｐｎ接合の拡散領域４１が形成され、これを覆う
ようにしてアルミ配線４２が形成されている場合に、他
方の主面から光ビーム１０が照射されている様子を示し
ている。
たものである。いずれの図もシリコン基板４０の一方の
主面にｐｎ接合の拡散領域４１が形成され、これを覆う
ようにしてアルミ配線４２が形成されている場合に、他
方の主面から光ビーム１０が照射されている様子を示し
ている。
【００２７】光侵入深さが小さい場合には、図３（ａ）
に示すように光ビーム１０は拡散領域４１にまで達せ
ず、ＯＢＩＣ観察を行うことができない。しかし光侵入
深さがシリコン基板４０の厚さよりも大きな波長を有す
る光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム１０は
拡散領域４１を通過し、アルミ配線４２で反射され、再
び拡散領域４１に至る（図３（ｂ））。より大きな波長
を有する光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム
１０はシリコン基板４０を抜け出てしまうため（図３
（ｃ））、ＯＢＩＣ観察の際には余りにも大きな波長を
有する光ビーム１０を用いることは望ましくない。しか
し図３（ｂ），（ｃ）のいずれが示す場合においても、
光ビーム１０を拡散領域４１及びアルミ配線４２の形成
されている主面と反対側の主面から照射することで、ア
ルミ配線４２での光ビーム１０の反射による増強効果を
得ることができる。
に示すように光ビーム１０は拡散領域４１にまで達せ
ず、ＯＢＩＣ観察を行うことができない。しかし光侵入
深さがシリコン基板４０の厚さよりも大きな波長を有す
る光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム１０は
拡散領域４１を通過し、アルミ配線４２で反射され、再
び拡散領域４１に至る（図３（ｂ））。より大きな波長
を有する光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム
１０はシリコン基板４０を抜け出てしまうため（図３
（ｃ））、ＯＢＩＣ観察の際には余りにも大きな波長を
有する光ビーム１０を用いることは望ましくない。しか
し図３（ｂ），（ｃ）のいずれが示す場合においても、
光ビーム１０を拡散領域４１及びアルミ配線４２の形成
されている主面と反対側の主面から照射することで、ア
ルミ配線４２での光ビーム１０の反射による増強効果を
得ることができる。
【００２８】図４にこの発明の第２実施例であるＯＢＩ
Ｃ観察装置のブロック図を示す。ＯＢＩＣ観察すべき半
導体デバイス２７にはＯＢＩＣ電流増幅器３０が接続さ
れ、、必要に応じてバイアス電圧２８が印加される。こ
のバイアス電圧２８を印加しない場合であっても、ｐｎ
接合においてはその拡散電位による電圧が印加されてい
るため、ＯＢＩＣ電流を観察することができる。
Ｃ観察装置のブロック図を示す。ＯＢＩＣ観察すべき半
導体デバイス２７にはＯＢＩＣ電流増幅器３０が接続さ
れ、、必要に応じてバイアス電圧２８が印加される。こ
のバイアス電圧２８を印加しない場合であっても、ｐｎ
接合においてはその拡散電位による電圧が印加されてい
るため、ＯＢＩＣ電流を観察することができる。
【００２９】レーザ光源２０は半導体デバイス２７の厚
さに応じて選択される。前述のように、半導体デバイス
２７の厚さが５００μｍ程度であった場合には、波長１
０６４ｎｍのＹＡＧレーザを発生するレ−ザ発振器が、
また半導体デバイス２７の厚さが１０００μｍ程度であ
った場合には波長１１５２ｎｍのＨｅＮｅレーザを発生
するレ−ザ発振器がそれぞれ用いられる。レーザ光源２
０から得られた光ビーム１０は、反射鏡２１、レンズ２
２、ＸＹスキャナーユニット２３、反射鏡２４、半透明
鏡２５、対物レンズ２６を通って、半導体デバイス２７
の裏面２７ｂに達する。
さに応じて選択される。前述のように、半導体デバイス
２７の厚さが５００μｍ程度であった場合には、波長１
０６４ｎｍのＹＡＧレーザを発生するレ−ザ発振器が、
また半導体デバイス２７の厚さが１０００μｍ程度であ
った場合には波長１１５２ｎｍのＨｅＮｅレーザを発生
するレ−ザ発振器がそれぞれ用いられる。レーザ光源２
０から得られた光ビーム１０は、反射鏡２１、レンズ２
２、ＸＹスキャナーユニット２３、反射鏡２４、半透明
鏡２５、対物レンズ２６を通って、半導体デバイス２７
の裏面２７ｂに達する。
【００３０】ＸＹスキャナーユニット２３には、Ｘ方向
走査鏡２３ａと、Ｙ方向走査鏡２３ｂとが備えられ、そ
れぞれＸ方向及びＹ方向に光ビーム１０を走査する。こ
の走査のタイミング等は、インタフェイス回路３２を介
して制御用コンピュータ３４によって制御される。
走査鏡２３ａと、Ｙ方向走査鏡２３ｂとが備えられ、そ
れぞれＸ方向及びＹ方向に光ビーム１０を走査する。こ
の走査のタイミング等は、インタフェイス回路３２を介
して制御用コンピュータ３４によって制御される。
【００３１】光ビーム１０は、このようにＸ方向及びＹ
方向に走査されつつ、半導体デバイス２７の裏面２７ｂ
を通って表面２７ａの近傍に照射される。これによって
得られたＯＢＩＣ電流は、制御用コンピュータ３４の制
御に従ってＯＢＩＣ電流増幅器３０において増幅され、
ビデオアンプ３３を介してＣＲＴディスプレイ３５に与
えられる。ビデオアンプ３３、Ｘ方向走査鏡２３ａ、Ｙ
方向走査鏡２３ｂは、制御用コンピュータ３４の制御に
よって互いに同期がとられているので、ＣＲＴディスプ
レイ３５においてＯＢＩＣ電流の大小の分布、つまり電
圧の分布が表示される。
方向に走査されつつ、半導体デバイス２７の裏面２７ｂ
を通って表面２７ａの近傍に照射される。これによって
得られたＯＢＩＣ電流は、制御用コンピュータ３４の制
御に従ってＯＢＩＣ電流増幅器３０において増幅され、
ビデオアンプ３３を介してＣＲＴディスプレイ３５に与
えられる。ビデオアンプ３３、Ｘ方向走査鏡２３ａ、Ｙ
方向走査鏡２３ｂは、制御用コンピュータ３４の制御に
よって互いに同期がとられているので、ＣＲＴディスプ
レイ３５においてＯＢＩＣ電流の大小の分布、つまり電
圧の分布が表示される。
【００３２】なおビデオアンプ３３には切り換えスイッ
チ３６を用いて切り換えることによ０、光ビーム１０の
反射光により得られた半導体デバイス２７の裏面２７ｂ
の光学像も与えられる。この場合には、半導体デバイス
２７の裏面２７ｂで反射した光ビーム１０が半透明鏡２
５で更に反射されて、フィルター２９を通って反射光フ
ォトマルチプライヤー３１で光電変換され、切り換えス
イッチ３６を介してビデオアンプ３３に伝えられる。Ｏ
ＢＩＣ観察に先立って光学像を予めＣＲＴディスプレイ
３５に記憶させておくことにより、後で得られた電圧の
分布をこれに重ね合わせて表示することができる。
チ３６を用いて切り換えることによ０、光ビーム１０の
反射光により得られた半導体デバイス２７の裏面２７ｂ
の光学像も与えられる。この場合には、半導体デバイス
２７の裏面２７ｂで反射した光ビーム１０が半透明鏡２
５で更に反射されて、フィルター２９を通って反射光フ
ォトマルチプライヤー３１で光電変換され、切り換えス
イッチ３６を介してビデオアンプ３３に伝えられる。Ｏ
ＢＩＣ観察に先立って光学像を予めＣＲＴディスプレイ
３５に記憶させておくことにより、後で得られた電圧の
分布をこれに重ね合わせて表示することができる。
【００３３】なお図１にもどって、本発明によればｎウ
ェル１ａとｐ型シリコン基板１間のｐｎ接合Ｊ２にも光
ビーム１０が照射されるため、ここでも電子１１と正孔
１２の対が生成される。このため、ｎウェル１ａにはｐ
ｎ接合Ｊ１で生成された電子１１の他、ｐｎ接合Ｊ２で
生成された電子１１も存在し、ｎウェル１ａにおいては
電子１１が過剰となる。この過剰となった電子１１によ
りｎウェル１ａの電位が低下し、ｎウェル１ａとｐ型シ
リコン基板１間の電界が弱くなり、ｐｎ接合Ｊ１で生成
される正孔１２の数が少なくなると考えられる。従っ
て、正孔１２はＯＢＩＣ電流としてシリコン基板１に流
れ込み、接地されたｐ型不純物拡散層３ｃを介して電流
計７により検出されるが、ノンバイアスのｐｎ接合部、
例えばｐ型不純物拡散層４ｂとｎウェル１ａ間のｐｎ接
合に光ビーム１０を照射した場合に比べ、ＯＢＩＣ電流
は減少する。
ェル１ａとｐ型シリコン基板１間のｐｎ接合Ｊ２にも光
ビーム１０が照射されるため、ここでも電子１１と正孔
１２の対が生成される。このため、ｎウェル１ａにはｐ
ｎ接合Ｊ１で生成された電子１１の他、ｐｎ接合Ｊ２で
生成された電子１１も存在し、ｎウェル１ａにおいては
電子１１が過剰となる。この過剰となった電子１１によ
りｎウェル１ａの電位が低下し、ｎウェル１ａとｐ型シ
リコン基板１間の電界が弱くなり、ｐｎ接合Ｊ１で生成
される正孔１２の数が少なくなると考えられる。従っ
て、正孔１２はＯＢＩＣ電流としてシリコン基板１に流
れ込み、接地されたｐ型不純物拡散層３ｃを介して電流
計７により検出されるが、ノンバイアスのｐｎ接合部、
例えばｐ型不純物拡散層４ｂとｎウェル１ａ間のｐｎ接
合に光ビーム１０を照射した場合に比べ、ＯＢＩＣ電流
は減少する。
【００３４】このように光ビーム１０が複数のｐｎ接合
において光起電力効果を生じさせて要求されるＯＢＩＣ
電流を減少させることは、従来のようにシリコンチップ
の表面から光ビーム１０を照射した場合にも当然起き
る。しかし本発明の適用を不可能とするものではない。
において光起電力効果を生じさせて要求されるＯＢＩＣ
電流を減少させることは、従来のようにシリコンチップ
の表面から光ビーム１０を照射した場合にも当然起き
る。しかし本発明の適用を不可能とするものではない。
【００３５】以上のようにして、光ビームを半導体チッ
プの裏面から照射した場合も、表面から照射した場合と
同様にして、ＯＢＩＣ電流の大きさからｐｎ接合部の電
圧分布を知ることができる。また、従来不可能であった
半導体チップ表面が金属によって覆われた領域、例えば
図１に示すｎ型不純物拡散層４ａ，ｐ型不純物拡散層４
ｂ，４ｃでのＯＢＩＣ観察が可能になる。
プの裏面から照射した場合も、表面から照射した場合と
同様にして、ＯＢＩＣ電流の大きさからｐｎ接合部の電
圧分布を知ることができる。また、従来不可能であった
半導体チップ表面が金属によって覆われた領域、例えば
図１に示すｎ型不純物拡散層４ａ，ｐ型不純物拡散層４
ｂ，４ｃでのＯＢＩＣ観察が可能になる。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、シリコ
ンチップの厚さよりも深い光侵入深さを有する光、例え
ばシリコンチップの厚さが、５００μｍ以下の場合は波
長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ，または、１０００μｍ
以下の場合は波長１１５２ｎｍのＨｅＮｅレーザなど
を、シリコンチップの裏面側から照射してＯＢＩＣ電流
を測定するようにしたので、これまで不可能であった、
金属配線に覆われたｐｎ接合部のＯＢＩＣ観察が可能に
なり、近年の半導体チップ表面の大部分が金属配線で覆
われている高密度デバイスの試験もしくは故障解析に対
して、大変有益となる。
ンチップの厚さよりも深い光侵入深さを有する光、例え
ばシリコンチップの厚さが、５００μｍ以下の場合は波
長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ，または、１０００μｍ
以下の場合は波長１１５２ｎｍのＨｅＮｅレーザなど
を、シリコンチップの裏面側から照射してＯＢＩＣ電流
を測定するようにしたので、これまで不可能であった、
金属配線に覆われたｐｎ接合部のＯＢＩＣ観察が可能に
なり、近年の半導体チップ表面の大部分が金属配線で覆
われている高密度デバイスの試験もしくは故障解析に対
して、大変有益となる。
【図１】本発明の第１実施例を示す、シリコンチップの
断面構造図である。
断面構造図である。
【図２】光侵入深さの波長依存性を示すグラフである。
【図３】光ビーム１０がシリコンに侵入する様子を示す
図である。
図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す、ＯＢＩＣ電流観察
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
【図５】従来の技術を示すシリコンチップの断面構造図
である。
である。
１ ｐ型シリコン基板 １ａ ｎウェル ３ｂ ｎ型不純物拡散層（ソース） ３ｃ ｐ型不純物拡散層 ４ａ ｎ型不純物拡散層 ４ｃ ｐ型不純物拡散層（ソース） ６ 電源 ７ 電流計 ９ ゲート誘電体膜 １０ 光ビーム １１ 電子 １２ 正孔 １３ 金属配線 ２０ レーザ光源 ２１，２４ 反射鏡 ２２ レンズ ２３ ＸＹスキャナーユニット ２３ａ Ｘ方向走査鏡 ２３ｂ Ｙ方向走査鏡 ２５ 半透明鏡 ２６ 対物レンズ ２７ 半導体デバイス ２８ バイアス電源 ３０ ＯＢＩＣ電流増幅器 ３２ インタフェイス回路 ３４ 制御用コンピュータ ３５ ＣＲＴディスプレイ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年３月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】光侵入深さが小さい場合には、図３（ａ）
に示すように光ビーム１０は拡散領域４１にまで達せ
ず、ＯＢＩＣ観察を行うことができない。しかし光侵入
深さがシリコン基板４０の厚さよりも大きな波長を有す
る光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム１０は
拡散領域４１を通過し、アルミ配線４２で反射され、再
び拡散領域４１に至る（図３（ｂ））。より長い波長を
有する光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム１
０はシリコン基板４０を抜け出てしまうため（図３
（ｃ））、ＯＢＩＣ観察の際には余りにも大きな波長を
有する光ビーム１０を用いることは望ましくない。しか
し図３（ｂ），（ｃ）のいずれが示す場合においても、
光ビーム１０を拡散領域４１及びアルミ配線４２の形成
されている主面と反対側の主面から照射することで、ア
ルミ配線４２での光ビーム１０の反射による増強効果を
得ることができる。
に示すように光ビーム１０は拡散領域４１にまで達せ
ず、ＯＢＩＣ観察を行うことができない。しかし光侵入
深さがシリコン基板４０の厚さよりも大きな波長を有す
る光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム１０は
拡散領域４１を通過し、アルミ配線４２で反射され、再
び拡散領域４１に至る（図３（ｂ））。より長い波長を
有する光ビーム１０が照射された場合には、光ビーム１
０はシリコン基板４０を抜け出てしまうため（図３
（ｃ））、ＯＢＩＣ観察の際には余りにも大きな波長を
有する光ビーム１０を用いることは望ましくない。しか
し図３（ｂ），（ｃ）のいずれが示す場合においても、
光ビーム１０を拡散領域４１及びアルミ配線４２の形成
されている主面と反対側の主面から照射することで、ア
ルミ配線４２での光ビーム１０の反射による増強効果を
得ることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (6)
- 【請求項１】（ａ）ｐｎ接合が形成された第１主面と、
前記第１主面と対向する第２主面を有するシリコン基板
に対し、前記第２主面側から光ビームを所定の走査を行
いつつ照射する工程と、 （ｂ）前記ｐｎ接合において、前記光ビームが光起電力
効果によって励起する電子正孔対が流すＯＢＩＣ電流を
検出する工程と、 （ｃ）前記ＯＢＩＣ電流と前記所定の走査とを対応させ
て前記シリコン基板における前記ＯＢＩＣ電流の分布を
表示する工程と、 を備え、 前記光ビームは、前記シリコン基板の厚さよりも大きな
光侵入深さを実現する波長を有する、ＯＢＩＣ観察方
法。 - 【請求項２】 前記光ビームは、波長１０６４ｎｍのＹ
ＡＧ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎ
ｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザである請求項１記載のＯ
ＢＩＣ観察方法。 - 【請求項３】 前記光ビームは、波長１１５２ｎｍのＨ
ｅＮｅ（ヘリウムネオン）レーザである請求項１記載の
ＯＢＩＣ観察方法。 - 【請求項４】所定の波長を有する光ビームを照射する発
光手段と、 ｐｎ接合が形成された第１主面と、前記第１主面と対向
する第２主面を有するシリコン基板に対し、前記第２主
面側から前記光ビームを導く導光手段と、 前記光ビームを前記シリコン基板に対して所定の走査を
行う走査手段と、 前記ｐｎ接合において前記光ビームが光起電力効果によ
って励起する、電子正孔対が流すＯＢＩＣ電流を検出す
る工程と、 前記ＯＢＩＣ電流と前記所定の走査とを対応させて前記
シリコン基板における前記ＯＢＩＣ電流の分布を表示す
る手段と、 を備えるＯＢＩＣ観察装置。 - 【請求項５】前記発光手段は、波長１０６４ｎｍのＹＡ
Ｇ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｉ
ｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ発振器である、請求項４記
載のＯＢＩＣ観察装置。 - 【請求項６】前記発光手段は、波長１１５２ｎｍのＨｅ
Ｎｅ（ヘリウムネオン）レーザ発振器である、請求項４
記載のＯＢＩＣ観察装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3298631A JPH05136240A (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | Ｏｂｉｃ観察方法およびその装置 |
| DE19924223129 DE4223129C2 (de) | 1991-11-14 | 1992-07-14 | Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung der Funktion einer Halbleitereinrichtung mit optisch induziertem Strom (OBIC) |
| US08/056,908 US5334540A (en) | 1991-11-14 | 1993-05-05 | OBIC observation method and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3298631A JPH05136240A (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | Ｏｂｉｃ観察方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136240A true JPH05136240A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=17862239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3298631A Pending JPH05136240A (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | Ｏｂｉｃ観察方法およびその装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136240A (ja) |
| DE (1) | DE4223129C2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6444895B1 (en) | 1998-09-28 | 2002-09-03 | Nec Corporation | Device and method for nondestructive inspection on semiconductor device |
| US9733297B2 (en) | 2013-02-19 | 2017-08-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Electric field concentration location observation device and electric field concentration location observation method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0645418A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-02-18 | Mitsubishi Denki Eng Kk | 半導体テストシステム、半導体テスト方法、半導体集積回路の配線パターン作成方法および半導体集積回路 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6339099A (ja) * | 1986-08-05 | 1988-02-19 | 沖電気工業株式会社 | 取引処理方式 |
| JPS6489442A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Toshiba Corp | Measuring method of semiconductor device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4588950A (en) * | 1983-11-15 | 1986-05-13 | Data Probe Corporation | Test system for VLSI digital circuit and method of testing |
| DD273695A1 (de) * | 1988-07-04 | 1989-11-22 | Univ Schiller Jena | Verfahren zur erfassung schnell ablaufender prozesse in integrierten schaltkreisen unter verwendung eines laser-raster-mikroskopes mit obic-stufe |
-
1991
- 1991-11-14 JP JP3298631A patent/JPH05136240A/ja active Pending
-
1992
- 1992-07-14 DE DE19924223129 patent/DE4223129C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6339099A (ja) * | 1986-08-05 | 1988-02-19 | 沖電気工業株式会社 | 取引処理方式 |
| JPS6489442A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Toshiba Corp | Measuring method of semiconductor device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6444895B1 (en) | 1998-09-28 | 2002-09-03 | Nec Corporation | Device and method for nondestructive inspection on semiconductor device |
| US6610918B2 (en) | 1998-09-28 | 2003-08-26 | Nec Electronics Corporation | Device and method for nondestructive inspection on semiconductor device |
| US6759259B2 (en) | 1998-09-28 | 2004-07-06 | Nec Electronics Corporation | Device and method for nondestructive inspection on semiconductor device |
| US9733297B2 (en) | 2013-02-19 | 2017-08-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Electric field concentration location observation device and electric field concentration location observation method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4223129C2 (de) | 2002-08-29 |
| DE4223129A1 (de) | 1993-05-19 |
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