KR100401534B1 - Detection method of esd damage position - Google Patents
Detection method of esd damage position Download PDFInfo
- Publication number
- KR100401534B1 KR100401534B1 KR1019970044911A KR19970044911A KR100401534B1 KR 100401534 B1 KR100401534 B1 KR 100401534B1 KR 1019970044911 A KR1019970044911 A KR 1019970044911A KR 19970044911 A KR19970044911 A KR 19970044911A KR 100401534 B1 KR100401534 B1 KR 100401534B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- esd
- damage
- semiconductor substrate
- metal wiring
- detecting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 테스트 방법에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 고전압 정전기에 의해 손상된 정전기 방지용 회로에서 발생하는 누설전류 발생 위치 추적을 통해 반도체 소자의 ESD 손상 위치를 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for testing a semiconductor device, and more particularly, to a method for detecting an ESD damage location of a semiconductor device by tracking leakage current generation positions generated in an antistatic circuit damaged by high voltage static electricity.
일반적으로 반도체 소자는 수 볼트 내외의 전압으로 동작하도록 설계되어 진다. 그러나 사용도중 반도체 소자의 외부에서 발생한 높은 전압, 예를 들어 사용자의 몸, 반도체 소자를 사용하는 기기 또는 완전하게 접지되지 않은 테스트기로부터 발생되는 정전기로 인한 전압이 반도체 소자의 내부로 인가되어진다. 즉, 외부로부터 인가되어지는 수백에서 수천 볼트의 고전압 정전기로 인해 반도체 소자가 파괴되는 현상이 발생한다.In general, semiconductor devices are designed to operate at voltages of about a few volts. However, during use, a high voltage generated outside the semiconductor device, for example, a user's body, a voltage due to static electricity generated from a device using the semiconductor device, or a tester that is not completely grounded, is applied to the inside of the semiconductor device. That is, the semiconductor device is destroyed by the high voltage static electricity of hundreds to thousands of volts applied from the outside.
상기한 정전기로 인한 손상를 방지하기 위하여 반도체 소자 내부에 정전기 방지용 회로를 구비하게 되었다.In order to prevent damage caused by the static electricity, an antistatic circuit is provided inside the semiconductor device.
또한 정전기로 인한 반도체 소자의 손상를 검출하기 위한 ESD(Electrostatic Discharge 이하 ESD) 손상 검출 방법으로, 에미션 마이크로스코우프(Emission Microscope)에 의해 누설 전류가 발생되는 부분을 검출하는 방법과, 실리콘 기판에 이르도록 반도체 소자의 각 층을 제거하면서 SEM(Scanning Electron Micoscope)으로 소자가 손상된 부분을 검출하는 방법이 제안되었다.Electrostatic Discharge (ESD) damage detection method for detecting damages to semiconductor devices due to static electricity, including a method for detecting a portion of leakage current generated by an emission microscope and a silicon substrate In order to remove each layer of the semiconductor device, a method of detecting a damaged part with a scanning electron microscope (SEM) has been proposed.
에미션 마이크로스코우프를 사용하는 방법은 ESD 스트레스를 인가하여, ESD 스트레스에 의해 발생한 광자(Phone)를 감지하여 손상이 발생한 위치를 검출하는 것이다. 이는 손상이 발생한 상부에 위치한 금속 배선층의 영향을 받아 광자가 검출되지 않거나, 금속 배선층이 형성되지 않는 부위로 광자가 비껴 나오게 되므로 정확한 손상의 위치를 검출하는 데 어려움이 있다. 특히 1 ㎂ 이하의 매우 낮은 누설 전류의 검출이 불가능하였다.The method using the emission microscope is to apply ESD stress to detect a photon (Phone) caused by the ESD stress to detect the location of the damage. This is difficult to detect the exact location of the damage because the photons are emitted to the site where the photo wiring is not detected or the metal wiring layer is not formed due to the influence of the metal wiring layer positioned on the damaged portion. In particular, detection of very low leakage currents of less than 1 mA was not possible.
또한 SEM을 이용한 검출방법은, 반도체 소자의 각 층을 제거하게 되므로, SEM분석 도중 에미션 마이크로스코우프 등의 전기적 분석이 불가능하다. 또한 1 ㎂ 이하의 매우 낮은 누설 전류는 소자의 물리적인 손상으로 나타나지 않을 수도 있고, 각 층의 제거 과정에서 과도 식각으로 인한 반도체 소자의 손상 가능성이 있다. 또한 칩 전체에 대하여 각 층을 제거하므로써 반도체 소자가 많은 부분 손상되며, 검출 시간이 길다는 문제점을 갖는다.In addition, in the detection method using the SEM, since each layer of the semiconductor device is removed, electrical analysis of the emission microscope and the like is impossible during the SEM analysis. In addition, very low leakage currents of less than 1 mA may not appear as physical damage to the device, and there is a possibility of damage to the semiconductor device due to overetching during the removal of each layer. In addition, by removing each layer of the entire chip, a large portion of the semiconductor element is damaged and a problem that the detection time is long.
본 발명은, 단선이 되지 않는 범위내에서 ESD 손상이 예상되는 위치 상부에 존재하는 금속 배선층을 제거하여, 에미션 마이크로스코우프 방법으로 손상 위치를 검출한 뒤, 손상이 발견될 경우에만 SEM 방법으로 손상이 발생한 정확한 위치를 검출하므로써, 소자의 손상을 최소화하고 매우 낮은 누설 전류를 일으키는 손상 위치 또한 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention, by removing the metal wiring layer existing on the position where the ESD damage is expected within the range that is not disconnected, by detecting the damage position by the emission microscope method, the SEM method only when the damage is found By detecting the exact location of the damage, the object is to provide a way to minimize the damage of the device and also to detect the damage location that causes very low leakage current.
도1은 패키징된 반도체 소자에 ESD 스트레스를 인가하는 사시도.1 is a perspective view of applying an ESD stress to a packaged semiconductor device.
도2는 패키지 구조물의 일부 제거한 상태를 나타내는 반도체 소자의 사시도.2 is a perspective view of a semiconductor device showing a state in which a portion of a package structure is removed.
도3은 패키지 구조물이 제거된 부위의 반도체 칩 일부의 배치도.3 is a layout view of a portion of a semiconductor chip at a portion where a package structure is removed.
도4는 도3의 A-A'의 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG.
도5는 도3에 도시된 반도체 칩에 대하여 에미션 마이크로스코우프를 이용하여 손상 위치 검출을 실시한 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view of damage location detection using an emission microscope with respect to the semiconductor chip shown in FIG. 3; FIG.
도6는 에미션 마이크로스코우프상에 표시된 손상 위치를 나타낸 상태도.Fig. 6 is a state diagram showing the damage position indicated on the emission microscope.
도7은 SEM에 의한 ESD손상 위치 검출을 나타낸 단면도.Fig. 7 is a sectional view showing detection of ESD damage by SEM.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 패키지 2 : ESD스트레스 인가용 핀1: Package 2: ESD stress applying pin
3 : 반도체 칩 4 : 패시베이션3: semiconductor chip 4: passivation
5 : 제2 메탈층 6 : 층간 산화막5: second metal layer 6: interlayer oxide film
7 : 제1 메탈층 8 : 제1 산화막7: first metal layer 8: first oxide film
9 : 게이트 전극 10 : 제1 도전형 확산층9
11 : 폴리 콘택 12 : 제2 도전형 웰11: poly contact 12: second conductivity type well
13 : 기판 15 : 광자13: substrate 15: photon
16 : ESD 손상부16: ESD damage
ESD 방지용 회로를 포함하는 반도체 소자에 ESD스트레스를 인가하고, 반도체소자를 봉지하는 패키지 구조물을 제거한 후, ESD 방지용 회로내에서 ESD 손상이 예상되는 부분의 상부에 형성된 금속 배선층을 제거한다. 이때, 금속 배선층이 단선이 되지 않도록 하고, ESD손상이 예상되는 부분의 상부 금속 배선층이 제거되어 지도록 빔 접속 장치(Focused Ion Beam 이하 FIB)를 사용하여, 윈도부를 형성한다. 에미션 마이크로스코우프를 사용하여 ESD 손상 위치로부터 발생하는 누설 전류에 의한 광자를 상기 윈도우를 통해 검출한다. 광자가 검출되지 않으면 ESD 손상이 예상되는 다른 부분에 대해 윈도우를 형성하고, 에미션 마이크로 스코우프를 사용하여 발생된 광자를 검출하도록 한다. 광자가 검출되면, 손상된 정확한 위치를 검출하기 위하여, 광자가 검출된 주위에 대하여 집중적으로 즉, 윈도우가 형성된 영역 하부의 반도체 기판을 노출시킨 상태에서 SEM을 이용하여 반도체 기판의 손상을 검사한다.After the ESD stress is applied to the semiconductor device including the ESD protection circuit, the package structure encapsulating the semiconductor device is removed, and the metal wiring layer formed on the upper portion of the ESD protection circuit in the ESD protection circuit is removed. At this time, a window portion is formed by using a beam connecting device (FIB below Focused Ion Beam) so that the metal wiring layer is not disconnected and the upper metal wiring layer of the portion where ESD damage is expected is removed. An emission microscope is used to detect photons through the window due to leakage currents from the ESD damage locations. If no photons are detected, windows are created for other areas where ESD damage is expected, and an emission microscope is used to detect the generated photons. When a photon is detected, damage of the semiconductor substrate is inspected using a SEM while focusing on the surroundings where the photon is detected, i.e., exposing the semiconductor substrate below the region where the window is formed, in order to detect the exact location of the damage.
상기한 방법에 따르면 에미션 마이크로스코우프 방법의 단점, 즉 ESD 손상이 예상되는 영역의 상부에 존재하는 금속 배선층으로 인한 문제를 ESD 스트레스의 인가가 가능하도록 단선이 되지 않는 범위내에서 금속 배선층을 제거하므로써 정확한 손상 위치 검출이 가능하다.According to the method described above, the metal wiring layer is removed within a range in which the disadvantage of the emission microscope method, that is, the problem caused by the metal wiring layer existing on the top of the area where the ESD damage is expected, is not disconnected to allow the application of the ESD stress. Thus, accurate damage position detection is possible.
금속 배선이 단선 되지 않은 상태이므로 손상 여부의 분석도중에도 다른 전기적 테스트가 가능하며, SEM 검출을 위해 ESD 손상 지역의 각 층을 제거하므로써 반도체 칩 전체에 행하여지던 SEM에서의 문제점, 예를 들면 과도식각에 의한 반도체 칩의 손상 등을 최소화하여 ESD 손상 위치 검출의 정확성을 향상시키게 된다.Since the metal wiring is not disconnected, other electrical tests are possible during the analysis of the damage, and the problem in the SEM, which is performed over the semiconductor chip by removing each layer of the ESD damaged area for SEM detection, for example, overetching By minimizing the damage of the semiconductor chip by the like, it is possible to improve the accuracy of the ESD damage detection.
[실시예]EXAMPLE
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저 도1에 도시된 바와 같이 ESD 방지용 회로를 포함하는 반도체 칩을 봉지하는 패키지 구조물(1)로 패키징된 반도체 소자에 ESD 스트레스를 인가한다. 이어 기계적인 드릴링(drilling)과 HNO3와 NOx를 혼합한 용액을 이용하여 도2에 도시된 바와 같이 반도체 칩(3)을 덮고 있는 패키지 구조물(1)을 제거한다.First, as shown in FIG. 1, an ESD stress is applied to a semiconductor device packaged into a
이어 에미션 마이크로스코우프를 사용하여 ESD손상 위치를 검출한다.An emission microscope is then used to detect the location of the ESD damage.
본 발명에 따라 패키지 구조물이 제거된 반도체 칩(3)의 배치도인 도3와, 도3의 A-A'의 단면도인 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 3, which is a layout view of the
제1 도전형의 확산 영역(10)을 갖는 반도체 기판(13)상에 형성된 게이트 절연막 상부의 게이트 전극(9)과 상기 제1 도전형의 확산 영역(10)에 접속된 폴리 콘택(11)의 상부에 형성된 제1 산화막(8)과, 제1 산화막(8) 상부의 다층 금속 배선층인 제1 및 제2 메탈층(5,7) 및 다층의 금속 배선층 간의 절연을 위한 층간 산화막(6)과, 반도체 칩을 보호하는 패시베이션층(4)이 형성된 ESD 방지용 회로를 포함하는 반도체 칩에 도3에 도시된 것 처럼 금속 배선층(5,7)이 단선되지 않는 범위로 윈도우(WIN)을 형성한다.The
윈도우(WIN) 형성에 있어서, ESD 스트레스가 집중되어 소자가 파괴되는 취약 지역, 예를 들어 게이트 전극(9)과, 전원 전압이 인가되는 경로인 폴리 콘택(11)정션부를 덮고 있는 패실베이션층(4) 제2 메탈층(5)과, 층간 산화막(6), 제1메탈층(7)을 차례로 제거한다. 이때 윈도우(WIN)는 10×10㎛ 이내로 창 면적을 최소로하여 금속 배선이 단선 되지 않도록하고, FIB에 의한 25KV 내지 35KV, 바람직하게는 30KV의 Ga+의 이온 빔을 사용하여 형성된다.In the formation of the window WIN, a passivation layer covering a vulnerable region in which the ESD stress is concentrated to destroy the device, for example, the
윈도우(WIN) 형성 범위내의 패시베이션층(4)과, 금속 배선충의 절연을 위한 층간 산화막(6)은 XeF2가스와, FIB에 의한 3000pA 내지 400pA 바람직하게는 350pA의 Ga+이온빔으로 식각된다. 또한 금속 배선층(5,7)은 I2가스와 FIB에 의한 300pA 내지 400pA 바람직하게는 350pA의 Ga+이온빔으로 식각된다.The
도5에 도시된 바와 같이 식각된 반도체 칩에 대하여, 에미션 마이크로스코우프를 사용하여 상기 폴리 콘택(11)의 정션부에 바이어스를 인가하면서 누설 전류에 의한 광자(15)가 방출되는지를 관찰한다.With respect to the etched semiconductor chip as shown in Fig. 5, an emission microscope is used to apply a bias to the junction of the
만약 광자(15)가 방출되지 않으면, ESD 손상이 예측되는 다른 부분에 대하여 상기한 과정을 반복하여 수행하거나 에미션 마이크로스코우프의 파워를 증가시켜 재측정하도록 한다.If the
한편, ESD 손상이 발생한 위치에서는 누설전류가 발생하게 되며, 이 누설전류에 의해 광자(15)가 방출되므로, 도6에 도시된 바와 같이 에미션 마이크로스코우프 상에 ESD 손상 위치가 확인된다.On the other hand, the leakage current is generated at the position where the ESD damage occurs, the
이어 도7에 도시된 바와 같이 SEM을 이용하여 ESD손상 위치를 정확하게 검출하기 위해 제1 산화막(8)과, 게이트 전극(9)과, 폴리 콘택(11)을 제거한다. 우선제1 산화막(8)의 식각은 HF용액을 사용하고, 게이트 전극(9)과 폴리 콘택(11)의 식각은 HF와 HNO3의 용액을 혼합한 용액을 사용하여, 반도체 기판이 노출될 때까지 식각한다. 이어 SEM으로 ESD 손상 부위(16)를 검출하도록 한다.Then, as shown in FIG. 7, the
상기한 방법에 의하면 에미션 마이크로스코우프로 불량을 검출한 상태에서 SEM을 이용한 불량을 검출하므로써 정확하고, 매우 낮은 누설전류의 발생 위치를 검출하는 성공률을 높이고, 전체 반도체 칩에 대한 손상을 최소화할 수 있다.According to the above method, by detecting the defect using the SEM while detecting the defect with the emission microscope, it is possible to increase the success rate of detecting the accurate and very low leakage current location and to minimize the damage to the entire semiconductor chip. Can be.
상기한 방법에 의한 ESD 손상 위치 검출 방법에 의하면 FIB를 이용하여 손상이 예상되는 부분의 일부 금속층을 제거하므로써 정확한 불량 검출 분석이 가능하다. 또한 금속 배선이 단선되지 않도록 하므로써 금속 배선의 동작이 가능하여 ESD 손상 위치를 검출하는 과정에서 다른 전기적 테스트를 동시에 실시할 수 있다.According to the ESD damage location detection method according to the above method, accurate failure detection analysis is possible by removing a part of the metal layer in which damage is expected by using the FIB. In addition, the metal wiring can be operated by preventing the metal wiring from being disconnected, so that other electrical tests can be performed simultaneously in the process of detecting the ESD damage position.
게다가 에미션 마이크로스코우프를 통하여 손상이 발견된 부분에 대하여만 SEM을 이용하므로써, 종래의 칩전체에 행하여지던 반도체 칩 상부를 이루는 각 층을 제거하는데 발생하던 과도식각에 의한 2차 손상이 최소화된다.In addition, by using the SEM only for the part where damage is found through the emission microscope, the secondary damage caused by the excessive etching caused to remove each layer forming the upper part of the semiconductor chip, which has been conventionally performed throughout the chip, is minimized. .
따라서 정확한 ESD손상 위치의 검출이 가능하며, 1㎂ 이하의 누설전류의 검출이 가능해지게 된다.Therefore, accurate detection of ESD damage can be detected and leakage current of 1 mA or less can be detected.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970044911A KR100401534B1 (en) | 1997-08-30 | 1997-08-30 | Detection method of esd damage position |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970044911A KR100401534B1 (en) | 1997-08-30 | 1997-08-30 | Detection method of esd damage position |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR19990021375A KR19990021375A (en) | 1999-03-25 |
KR100401534B1 true KR100401534B1 (en) | 2003-12-24 |
Family
ID=37422401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019970044911A KR100401534B1 (en) | 1997-08-30 | 1997-08-30 | Detection method of esd damage position |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100401534B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100885182B1 (en) * | 2006-12-20 | 2009-02-23 | 삼성전자주식회사 | Emission detecting analysis system and method of detecting emission on an object |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04241442A (en) * | 1991-01-14 | 1992-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device and wiring modifying device |
KR930009010A (en) * | 1991-10-02 | 1993-05-22 | 김광호 | Failure analysis method of semiconductor device |
JPH08264150A (en) * | 1995-03-24 | 1996-10-11 | Hitachi Ltd | Focused ion beam apparatus and focused ion beam irradiating method |
KR970007381A (en) * | 1995-07-19 | 1997-02-21 | 김주용 | Three-Dimensional Inspection of Layer Defects in Memory Device Integrated Dies |
-
1997
- 1997-08-30 KR KR1019970044911A patent/KR100401534B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04241442A (en) * | 1991-01-14 | 1992-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device and wiring modifying device |
KR930009010A (en) * | 1991-10-02 | 1993-05-22 | 김광호 | Failure analysis method of semiconductor device |
JPH08264150A (en) * | 1995-03-24 | 1996-10-11 | Hitachi Ltd | Focused ion beam apparatus and focused ion beam irradiating method |
KR970007381A (en) * | 1995-07-19 | 1997-02-21 | 김주용 | Three-Dimensional Inspection of Layer Defects in Memory Device Integrated Dies |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR19990021375A (en) | 1999-03-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5736863A (en) | Abatement of electron beam charging distortion during dimensional measurements of integrated circuit patterns with scanning electron microscopy by the utilization of specially designed test structures | |
JPH11121561A (en) | Method and device for testing semiconductor and integrated circuit constitutional body | |
JP2002217258A (en) | Semiconductor device, method for measurement of it and manufacturing method for semiconductor device | |
US5804459A (en) | Method for charge enhanced defect breakdown to improve yield and reliability | |
JPH07321292A (en) | Structure inside integrated circuit including at least two electric conductivity elements and its manufacture | |
EP0196475A1 (en) | Noncontact testing of integrated circuits | |
GB2302987A (en) | Method for analyzing failure in semiconductor device | |
KR100401534B1 (en) | Detection method of esd damage position | |
US6265729B1 (en) | Method for detecting and characterizing plasma-etch induced damage in an integrated circuit | |
JPH0547766A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
US6150185A (en) | Methods of manufacturing and testing integrated circuit field effect transistors using scanning electron microscope to detect undesired conductive material | |
CN113066803B (en) | Display panel manufacturing method, display panel and display panel to be cut | |
JP2001305194A (en) | Semiconductor device and detection method for its short defect location | |
CN108831843B (en) | Electric leakage testing method | |
CA1271849A (en) | Electron beam testing of semiconductor wafers | |
EP0714132A2 (en) | System and method for manufacturing gate oxide capacitors including wafer backside dielectric and implantation electron flood gun current control, and gate oxide capacitor made by same | |
Park et al. | A full-process damage detection method using small MOSFET and protection diode | |
Gajda | Techniques in failure analysis of MOS devices | |
CN113437047B (en) | Test structure of semiconductor device, manufacturing method thereof and memory | |
US6147399A (en) | Backside exposure of desired nodes in a multi-layer integrated circuit | |
KR950009873B1 (en) | Circuit checking method for semiconductor | |
Giewont et al. | Probeless voltage contrast using a focused ion beam for opens and shorts defect isolation of ultralarge scale integration technologies | |
KR100490333B1 (en) | Bipolar Transistors and Manufacturing Method | |
Hua et al. | Failure analysis of contamination and gate/tunnel oxide failure in wafer fabrication | |
KR19980056119A (en) | Inspection method of TEG pattern of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100825 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |