KR100504135B1 - 적외선 레이저 프로브를 이용하여 집적회로 내의 전압을직접 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

적외선 레이저 프로브를 이용하여 집적회로 내의 전압을직접 측정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 내에 배치된 집적회로(405)의 액티브 영역(403) 내의 전계를 검출하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 일실시예에서, 레이저빔(407)은 약 0.9 마이크론보다 큰 파장에서 동작된다. 레이저빔은 반도체 기판의 후면을 통해, 예를 들어, MOS 트랜지스터의 드레인과 같은 P-N 접합 상에 집속된다. 자유 캐리어 흡수의 결과로, 레이저빔은 P-N 접합 근처에서 부분적으로 흡수된다. 신호가 P-N 접합 상에 인가되면, 자유 캐이어 흡수도는 P-N 접합 근처의 공핍 영역의 변조에 따라 변조될 수 있다. 레이저빔은 P-N 접합을 통과하고, 산화 경계면 및 접힙 뒤의 금속으로부터 반사되며, P-N 접합 및 실리콘 표면으로부터 뒤로 다시 리턴한다. 반사된 레이저빔에서의 진폭 변조는 광 검출 시스템에 의해 검출된다.

Description

적외선 레이저 프로브를 이용하여 집적회로 내의 전압을 직접 측정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS USING AN INFRARED LASER PROBE FOR MEASURING VOLTAGES DIRECTLY IN AN INTEGRATED CIRCUIT}
본 발명은 일반적으로 집적회로 테스트에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 집적회로의 광학-기반 프로빙(optical-based probing)에 관한 것이다.
본 출원은 1996년 12월 12일에 출원된 동시-계류중인 출원 번호 No. 08/766,149, 명칭 "Method And Apparatus Using An Infrared Laser Based Optical Probe Measuring Electric Fields Directly From Active Regions In An Integrated Circuit"와 관련되고, 본 출원의 양수인에게 양도된 것이다.
집적회로 산업에서, 디바이스의 밀도 뿐만 아니라 집적회로의 속도를 증가시키려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 노력의 결과, 고속 집적회로를 패키징할 때에 플립 칩 기술을 이용하는 경향이 있다. 플립 칩 기술은 또한 C4(controlled collapse chip connection) 또는 플립 칩 패키징으로 알려져 있다. 플립 칩 패키징 기술에서, 집적회로 다이는 상면이 아래로 플립된다. 이것은 오늘날 와이어 본드 기술을 이용하여 집적회로가 패키징되는 방법과는 반대이다. 다이 상면을 아래로 플립함으로써, 볼 본드가 본드 패드로부터 플립 칩 패키지의 핀에 직접 직접적인 전기 접속을 제공하도록 사용될 수 있다.
도1a는 볼 본드 대신에 와이어 본드(103)를 이용한 집적회로 패키징(101)을 도시하고 있는데, 이것은 집적 회로 다이(105)에서 금속 배선(109)을 통해 패키지 기판(111)의 핀(107)에 집적회로 배선을 전기적으로 연결한다. 고속 집적회로 경향에 따라, 통상의 집적회로 패키징(101)의 와이어 본드(103)에서 생성된 인덕턴스가 점점 중요한 문제가 되고 있다.
도1b은 상면이 아래로 플립된 집적회로 다이(155)에 있어서의 플립 칩 패키징(151)을 도시하고 있다. 도1a의 와이어 본드(103)와 비교하여, 플립 칩 패키징(151)의 볼 본드(153)는 집적회로 다이(155)와 패키징 기판(161)의 핀(157) 사이에 금속 배선(159)을 통해 보다 직접적인 접속을 제공한다. 결과적으로, 와이어 본드를 사용하는 통상의 집적회로 패키징 기법에 관련된 인덕턴스 문제가 최소화된다. 단지 집적회로 다이의 주변을 따라 본딩을 할 수 있는 와이어 본드 기술과는 달리, 플립 칩 기술은 집적회로 다이 표면 상의 어느 곳이라도 배선이 놓일 수 있다. 이것은 플립 칩의 다른 중대한 장점인 집적회로에 대한 매우 낮은 인덕턴스 전력 분포를 가져온다.
플립 칩 패키징(151)에서 상면이 아래로 플립된 집적회로 다이(155)의 결과로 테스팅 목적을 위한 집적회로 다이(155)의 내부 노드에 대한 접근이 상당한 문제가 되고 있다. 특히, 플립 칩으로 패키징되도록 설계된 새로운 제품의 실리콘 디버깅 단계 동안, 그 자리에서, 그 칩이 고유의 플립 칩 패키징 환경에서 패키징되는 동안에 종종 칩의 내부 노드로부터 전기적 신호를 프로빙(probing)할 필요가 있다. 디버깅 프로세스 동안, 집적회로로부터 중요한 전기적 데이터를 획득하기 위하여 일부 내부 노드를 프로빙할 필요가 있다. 중요한 데이터는, 이에 한정되지는 않지만, 전압 레벨, 타이밍 정보, 전류 레벨 및 온도 정보와 같은 측정 디바이스 파라미터를 포함한다.
오늘날의 와이어 본드 기술에 대한 디버깅 프로세스는 칩 전면 상의 금속 배선을 전자빔(electron beam 또는 E-beam) 또는 메카니컬 프로버(mechanical prober)로 직접 프로빙하는데 기반된다. 통상의 집적회로 디바이스는 금속 배선의 다수의 층(layer)을 구비하며, 종종 칩 안에 깊히 묻힌 노드를 액세스하기가 어렵다. 대개, 플라스마 에처(plasma etchers) 및 집속 이온빔 시스템(focused ion beam system)과 같은 다른 툴(tools)은 절연체 및/또는 프로빙을 위한 노드를 노출시키기 위해 노드 위의 금속을 분해하도록 사용되어야 한다.
그러나, 플립 칩 패키징 기술에 있어서, 이러한 전면 방법은 집적회로 다이가 상면이 아래로 플립되어 있기 때문에 적합하지 못하다. 도1b에 도시된 바와 같이, 종래의 프로빙을 위한 금속 배선(159)으로의 접근은 패키지 기판(161)에 의해 막혀 있다. 대신에, 집적회로의 액티브 및 패시브 영역(163)을 형성하는 P-N 접합은 집적회로 다이(155)의 실리콘 기판의 후면을 통해 접근이 가능하다.
도2는 집적회로에서의 액티브 도핑 영역을 프로빙하기 위해 사용된 종래 방법을 도시하고 있다. 도2에 도시된 셋업에서, DUT(device under test)(231)는 액티브 영역(239) 및 비-액티브 영역(금속)(241)을 포함한다. 레이저(221)는 빔 스플리터(225), 복굴절 빔 스플리터(227) 및 대물 렌즈(229)를 통해 DUT(231) 실리콘의 후면을 통과하여 도핑 영역(239) 및 금속(241) 상에 레이저빔(223)을 집속하도록 배치된다. 도2에 도시된 바와 같이, 복굴절 빔 스플리터(227)는 레이저빔(223)을 2개의 개별 레이저빔, 프로브 레이저빔(235) 및 레퍼런스 레이저빔(237)으로 분리한다. 프로브 레이저빔(235) 및 레퍼런스 레이저빔(237)은 모두 액티브 영역(239) 및 금속(241)으로부터 다시 대물 렌즈(229)를 통해 복굴절 빔 스플리터(227)로 각각 반사된다. 그리고 나서, 프로브 레이저빔(235) 및 레퍼런스 레이저빔(237)은 복굴절 빔 스플리터(227)에서 재결합되고, 빔 스플리터(225)를 통해 검출기(233)로 인가된다.
액티브 영역(239)에서의 프로브 레이저빔(235) 및 금속(241)에서의 레퍼런스 레이저빔(237)을 집속하는 동안에 DUT(231)를 동작시킴으로써, DUT 실리콘 기판(231)을 통해 검출기(233)에 의해 파형이 검출될 수 있다. 검출은 플라스마-광학 효과(plasma-optical effect)로 인해 가능한데, 여기서, 자유 전하 영역의 굴절률은 전하가 없는 영역과는 다르다. 바이어스의 적용은 자유 전하를 야기시키고, 이에 따라, 레퍼런스 빔 아래 영역의 굴절률이 변경되지 않는 것과는 달리, 프로빙될 영역에서의 굴절률이 변조된다. 이것은 프로브 빔(235)과 레퍼런스 빔(237) 간의 위상 변이(phase shift)를 초래한다.
따라서, 반사된 레퍼런스 빔(237)과 프로브 레이저빔(235) 간의 위상차를 측정함으로써, 검출기(233)는 프로브 아래의 P-N 접합 영역의 동작에 의해 야기된 전하 변조에 비례하는 출력 신호(241)를 생성할 수 있다. 그리고 나서, 이 광학 측정은 고주파수 전하 및 이에 따른 P-N 접합 영역(239)에서의 전압 파형을 측정하는 종래의 스트로보 기법과 결합될 수 있다.
도2에 도시된 종래의 기법은 많은 단점을 가진다. 먼저, 위상 검출 구조에서, 위상 신호를 생성하는데 서로 간섭하는 2개의 빔이 요구된다(레퍼런스 빔(237) 및 프로브 빔(235)). 이들 빔은 복굴절 빔 스플리터(227)에 의해 생성된다. 따라서, 프로브 레이저빔(235) 및 레퍼런스 레이저빔(237)을 모두 사용하는 것은 도2에 도시된 바와 같이 x 거리만큼 분리되도록 한정된다. 결과적으로, DUT(231)의 도핑 영역(239) 및 금속(241)의 레이아웃은 금속(241)이 도핑 영역(239)으로부터 x 거리에 위치하도록 되어야 한다. 도시된 종래 기법은 레퍼런스 빔에 대하여 전하 변조를 겪은 프로빙된 영역(239)에 대한 가까운 근접(x 거리)에 위치한, 그것의 앞에 전하 변조되지 않은 반사 표면(241)을 필요로 하기 때문에, 많은 현대의 집적회로 레이아웃은 도2에 도시된 바와 같은 셋업으로 자신을 프로빙하는데 알맞지 않다. 오늘날의 발전된 기술에서 이러한 요구에 대처하기는 어렵다.
또한, 도2에 도시된 기법은 단지 바이폴라 접합 트랜지스터에만 적용되었고, 도2에 도시된 종래의 기술의 적용은 CMOS 기술로 사용되는데 알맞지 않다는 것을 알 수 있다. 이것은 역 바이어스된 P-N 접합의 공핍 영역(예로, MOS 트랜지스터의 드레인)에서의 전하 변조는, 그것이 순방향으로 바이어스되었을 때(예로, 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스 영역)의 동일한 접합에서의 전하 변조보다 훨씬 적기 때문이다.
또한, 바이폴라 디바이스의 바이폴라-이미터 접합이 수직인 것에 반하여, MOS 디바이스의 채널은 수평이기 때문에, MOS 디바이스의 채널에서의 전하 변조의 직접적인 측정은 불가능하다. 이것은 실리콘에서의 빛의 파장의 그것보다 훨씬 아래로 요구된 작은 레이저 스폿 사이즈 때문이다.
집적회로를 프로빙하기 위한 종래의 다른 광학적 기법은 전기-광학 효과(electro-optic effect) 또는 포켈 효과(Pockels effect)를 이용한다. 이 전기-광학 효과는 전계가 인가되었을 때의 비대칭 결정에서 발생하는 광학적 굴절률에서의 변화를 측정하는 것을 포함한다. 전기-광학 물질의 굴절률은 전계가 인가될 때 변화한다. 결과적으로, 전기-광학 물질을 통해 통과하는 광학적 빔의 편광은 전계의 세기 또는 전기-광학 물질에 가해진 전압에 따라 변화한다.
도3은 갈륨 비소 기판(301)과 같은 비대칭 결정을 이용한 집적회로에 대한 전기-광학 효과의 적용을 도시하고 있다. 도3에 도시된 도면에서, 전극들(305) 사이에 프린징 전계(fringing electric field)(307)가 존재한다. 프로브 빔(303)은 이 프린징 전계(307)를 통과하고 전극(305)으로부터 반사되어, 기판(301)의 후면으로부터 들어온다. 프로브 빔(303)의 편광에서의 변화 및, 이에 따른 기판(301)의 굴절률 변화를 측정함으로써, 전계(307)가 측정될 수 있다. 그러나, 이 기법은 갈륨 비소 기반의 집적회로에서는 이용될 수 있지만, 실리콘은 대칭적 결정체이고, 따라서 전기-광학 또는 포켈 효과를 금지하기 때문에, 실리콘에서의 전기-광학 샘플링은 불가능하다.
따라서, CMOS 집적회로에서 실리콘의 후면을 통해 액티브 영역을 프로빙하기 위한 방법 및 장치가 요구된다. 이러한 방법은 빔이 프로빙될 도핑 영역 근처의 금속으로부터 반사되는 레퍼런스 레이저빔의 필요없이, 실리콘의 후면을 통해 CMOS 집적회로의 액티브 영역을 프로빙할 수 있어야 한다. 또한, 이 방법은 오늘날의 CMOS 집적회로 기술에 적합해야 한다.
본 발명은 첨부한 도면에서 한정이 아닌 예시적 방법으로 도시된다.
도1a는 현재의 와이어 본드 기술을 도시한 도면.
도1b는 플립 칩 또는 플립 칩 패키징 기술을 도시한 도면.
도2는 2개의 레이저빔을 이용하여 실리콘 바이폴라 접합 트랜지스터의 후면을 통해 액티브 영역을 프로빙하고, 다른 레이저빔에 대한 레이저빔 중 하나의 전하 밀도 변조로 인한 위상 변이를 측정하는 종래의 방법을 도시한 도면.
도3은 갈륨 비소 기판에서 사용된 전기-광학 효과를 이용하여 집적회로를 광학적 프로빙하는 종래의 방법을 도시한 도면.
도4는 본 발명에 따라 단일 레이저빔을 이용하여 프로빙된 액티브 영역을 도시한 도면.
도5는 본 발명을 이용하여 생성될 수 있는 다양한 파형을 도시한 도면.
도6은 본 발명에 따른 단일 레이저빔에 의해 프로빙된 P-N 접합에서의 공핍 영역을 도시한 도면.
도7은 측정된 전기-흡수의 플롯을 기판을 가로질러 인가된 고전압 및 다양한 온도에서 측정된 고 도핑된 실리콘 기판에서의 파장의 함수로 도시한 그래프.
도8은 본 발명에 따라 액티브 영역을 프로빙 및 모니터링하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
도9a는 근접 공핍 영역이 없는 동안의 P-N 접합 근처의 자유 캐리어를 도시한 도면.
도9b는 P-N 접합 근처의 공핍 영역에서의 자유 캐리어의 부재를 도시한 도면.
발명의 요약
집적회로 내에서 신호를 검출하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 일실시예에서, 이 방법은 집적회로의 반도체 기판의 후면을 통해 그 집적회로의 공핍 영역을 거처 적외선 광빔을 향하게 하는 단계를 포함한다. 공핍 영역은 신호에 응답하여 조절된다. 이 방법은 또한 공핍 영역을 통해 반도체 기판의 후면을 통과하는 반사된 광빔의 진폭 변조를 측정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 추가적인 특징 및 잇점들은 이하에 기술된 상세한 설명, 도면 및 청구범위에서 명확해질 것이다.
반도체 내에 배치된 집적회로의 액티브 영역에서의 전압을 검출하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 다음의 설명에서는, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해, 예를 들어, 파장 및 에너지 값과 같은 숫자적인 특정 세목이 기술되어 있다. 그러나, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명을 실시하는데 이 특정한 세목이 적용되지 않을 수 있음이 명백할 것이다. 다른 실시예에서는, 본 발명을 모호하게 하지 않도록 하기 위해, 주지된 물질 또는 방법은 상세히 기술되지 않았다.
본 발명의 일실시예는 전계 및 이에 따른 전압을 실리콘과 같은 반도체의 후면을 통해 집속된 적외선(IR) 레이저빔으로 집적회로의 액티브 영역으로부터 직접적으로 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예는 적외선 레이저 기반 기법을 이용하여 칩의 실리콘 후면을 통해 집적회로 액티브 영역을 직접 프로빙한다. 실리콘은 적외선에 대해 부분적으로 투과되기 때문에, 액티브 영역에 직접 도달하도록 하기 위해 부분적으로 얇아진 실리콘 집적회로를 통해 적외선 레이저빔을 집속할 수 있다.
도4는 본 발명에 따라 반도체의 후면을 통해 집적회로 액티브 영역(403)을 프로빙할 수 있는 본 발명의 일실시예를 보여준다. 광원 또는 레이저(407)는 액티브 영역(403) 상에 집속된 광빔 또는 레이저빔(413)을 제공하도록 배치된다. 레이저빔(413)은 빔 스플리터(409) 및 액티브 영역(403)에 레이저빔(413)을 집속시키는 대물 렌즈(411)를 통과한다. 레이저빔(413)은 기판 및 액티브 영역(403)을 통과하여, 액티브 영역 뒤쪽의 콘택트/금속에서 반사되고, 액티브 영역(403) 및 기판을 다시 통과한다. 반사된 레이저빔(415)은 대물렌즈(411)를 통해 다시 리턴하고, 빔 스플리터(409)를 통해 검출기(417)로 유도된다. 검출기(417)는 액티브 영역(403)에서의 전압에 대응하는 출력 신호(419)를 생성한다. 이하에 보다 상세히 논의된 바와 같이, 검출기(417)는 반사된 레이저빔(415)에서 진폭 변조를 검출하고, 액티브 영역(403)에서의 전압에 대한 진폭에서의 변조를 판단하는 광학 검출 시스템에 포함된다.
도4에 도시된 바와 같이, 액티브 영역(403)은 DUT(405) 하의 디바이스에 포함된다. 일실시예에서, DUT(405)는 기판의 후면으로부터 접근가능한 실리콘에 배치된 CMOS 집적회로이다. 이에 따라, 일실시예에서, DUT(405)는 플립 칩 패키징 제품이다. 현재 기술되는 기법은 반사된 빔에서의 위상 변조와는 달리 진폭 변조를 검출하기 때문에, 간섭 위상 검출을 위한 레퍼런스빔의 필요가 없어진다. 본 발명의 일실시예에서, DUT(405)는 프로빙 하기 전에 약 100 내지 200㎛의 두께로 부분적으로 얇아져서, 고 도핑된 실리콘 기판을 통한 레이저빔(413)의 증가된 전송을 현대 VLSI 집적회로에서 사용되는 것과 같도록 하고, DUT(405)의 실리콘의 후면을 통해 리턴하는 반사된 레이저빔(415)을 대응하여 증가시킨다. 본 발명의 일실시예에서, 레이저(407)는 약 1.064㎛의 파장에서 동작하는 모드 고정 레이저(mode locked laser)이다.
본 발명의 동작은 다음과 같다. 전력 P의 집속 레이저빔(413)이 P-N 접합(403)에 부딪힌다고 가정하자. 만일, 레이저빔(413)의 광자 에너지가 DUT(405)의 실리콘의 밴드갭 에너지와 같거가 또는 크다면, P-N 접합에서의 레이저빔의 일부 광-흡수(photo-absorption) △P 가 존재하게 된다. △P 및 P는 다음의 (식1)에 주어진 바와 같이 기초 흡수 계수 α에 관련된다.
(식1)
그리고 나서, 전계 E가 P-N 접합에 인가되면, 전기-흡수(elctro-absorption)로 알려진 메카니즘은 α- 광-흡수 - 를 조절한다. P-N 접합에서 흡수된 전력은 (식2)와 같이 된다.
(식2)
여기서, 는 전기-흡수와 전계 사이의 기본 관계이다.
레이저(413)가, 예를 들면 금속 패드와 같은 비-액티브 영역에서 반사되면, 검출기(417)에 의해 검출된 레이저 전력은 P0 이다. 만일, 동일한 레이저빔(413)이 액티브 영역(403)으로 이동되면, 검출기에 의해 검출된 레이저 전력은 P-N 접합에서의 광-흡수로 인해 △P0 내지 P-△P0 만큼 감소된다. AC 전계 E(t)가 P-N 접합에 인가된 경우, 검출기(417)에 의해 검출된 레이저 전력은 (식3)과 같다.
(식3)
여기서, Γ는 전기-흡수와 전계 E(t) 간의 기본 관계이다. 따라서, 검출기(417)로 검출된 신호의 AC 구성요소, 전계, 및 이에 따른 전압을 측정함으로써, 변조가 복구될 수 있다. 주지되지 않은 함수 Γ은 보정을 통해 결정된다.
P-N 접합 영역이 금속 영역(406)으로부터 그 뒤의 산화막(404)으로 분리되기 때문에, 프로빙 레이저빔은 금속(406) 및 산화-액티브 영역 경계면(408) 양쪽에서 반사된다. P-N 접합 및 산화물을 형성하는 실리콘의 굴절률이 다르기 때문에, 후자가 발생한다. 전기-흡수와 더불어, P-N 접합에서의 굴절률에서의 변조를 전압의 함수와 같게 하는 전기-굴절(electro-refraction)도 있다. 따라서, 산화-P-N 접합 경계면에서 발생된 반사된 레이저빔의 일부는 또한 이 효과에 의해 변조될 것이다. 이 효과는 전기-흡수 효과보다 작다. 이 두 효과는 검출기(417)에 의해 나타난 바와 같이 반사된 레이저 전력에서의 전체의 진폭 변조를 갖도록 결합된다.
도6은 DUT(605)에서의 액티브 영역(603)의 보다 상세한 도면이다. 본 발명의 일실시예에서, 액티브 영역(603)은 P형 도핑 실리콘 기판에서의 N형 도핑 영역이다. 반대로, 본 발명의 다른 실시예는 N형 도핑 기판에서의 P형 도핑 액티브 영역을 사용할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 레이저빔(609)은 DUT 실리콘(605)의 후면을 통해 액티브 영역(603)을 거쳐 산화막(604)을 통과하고, DUT 실리콘(605)의 후면으로부터 다시 금속(607)에서 반사되는 것으로 도시되어 있다. 도6에 도시된 일실시예에서, 레이저빔(609)은 적외선 레이저빔이고, 이에 따라, 실리콘은 적외선에 대해 부분적으로 투과되므로, DUT(605)의 실리콘을 통과할 수 있다.
바이어스가 액티브 영역(603)에 인가되면, 공핍 영역(611)이 액티브 영역(603)과 DUT 실리콘 기판(605) 사이의 P-N 접합 경계면에서 증가된다. 액티브 영역인 영역(603) 및 DUT 기판(605)의 고도핑 밀도에 의해, P-N 접합 경계면에서의 공핍 영역(611)이 매우 좁아진다. 본 발명의 일실시예에서, 공핍 영역(611)은 단지 약 70㎚ 두께이다. 이에 따라, 통상의 집적회로 동작 전압이 이러한 좁은 공핍 영역(611)을 가로질러 인가되면, 결과적으로, 예를 들어, 약 1×105 v/cm와 같은 고전압이 공핍 영역(611)을 가로질러 생성된다. 이 고전압은 터널링 확률(tunneling probability)을 증가시키는데, 이것은 기초 흡수 계수에서의 증가를 유도한다. 이 효과는 또한 전기-흡수 또는 프란츠-켈디시 효과(Franz-Keldysh effect)로 알려져 있다.
레이저빔(609)의 광-흡수의 변조는 접합에 인가된 전압의 변조에 의존한다. 레이저빔의 흡수에서의 이 변조는 접합에 인가된 전압에 관련되기 때문에 중요한 신호이다.
더불어, 전기-흡수는 또한 전기-굴절을 가져온다. 즉, 전기-흡수 및 전기-굴절의 효과는 연관된다. 전기-굴절은 굴절률에서의 변화를 가져온다. 이것은 같은 시간에 굴절률 변화가 접합/산화 경계면에서 반사된 빛에 대한 반사 계수에서의 변조를 가져온다는 것을 의미한다. 이 변조는 전기-흡수로 인한 변조에 가중되고, 광검출기는 두 효과로 인한 전체 진폭 변조를 실제적으로 측정한다.
본 발명은 인가된 전압에 의해 야기된 전기-흡수 및 전기-굴절의 효과 모두를 동시에 검출하기 위해 도4의 검출기(417)를 이용한다. 이들 두 효과는 반사된 레이저빔(415)에서의 전력 변조를 야기시킨다. 검출기(417)는 이 변조를 출력 신호(419)로 변환한다. 진폭 변조의 정도는 식2의 함수 Γ에 의한, P-N 접합을 가로질러 인가된 전계(예, 전압)와 관련된다. Γ은 인가된 전압을 알리는 검출기 출력의 보정을 통해 결정된다. 액티브 영역(403)에 레이저빔(413)을 집속하는 동안에 DUT(405)를 동작시킴으로써, 도5의 파형(501, 503, 505)과 유사한 전기적 파형이 DUT 기판(405)을 통해 검출기(417)에 의해 검출되는데, 이것은 액티브 영역(403)에 인가된 전압의 변화에 대응된다. 그리고 나서, 이 광학 측정은 액티브 영역(403)으로부터 고주파수 전압 파형을 측정하기 위해 종래의 스트로보 기법과 결합될 수 있다.
도7은 측정된 전기-흡수를, 기판을 가로질러 고전압을 가지며 다양한 온도에서 측정된 고도핑 실리콘 기판에서의 파형의 함수로 도시한 그래프(701)이다. 그래프(701)의 플롯(703, 705, 707)은 도핑된 실리콘 기판을 통과한 적외선 빔 광자의 전체 전송에 대한 전송에서의 측정된 변화를 광자 파형의 함수로 보여준다. 특히, 플롯(703)은 실온에서 실리콘 기판에 약 1×105 v/cm 의 외부적으로 인가된 전압을 갖는 파장에 대한, 얇아진 실리콘 기판을 통한 전체 전송에 대한 전송에서의 변화를 보여준다. 도7에 도시된 바와 같이, 약 1.064㎛에서 피크 전기-흡수가 존재한다. 플롯(705)은 실온에서 전압이 인가되지 않은 동일한 얇은 실리콘 기판을 통한 파장에 대한, 광자의 전체 전송에 대한 전송에서의 변화의 관계를 보여준다. 도7에 도시된 바와 같이, 1.064 ㎛ 에서 플롯(705)에서의 전기-흡수 피크에는 대응되지 않는다. 도7은 고전압이 실리콘에서의 전기-흡수 특성 상에 갖는 효과를 보여주고 있다. 전기-흡수의 크기는 실리콘에서의 전압의 크기에 직접적으로 관련된다. 이 함수적 관계를 보정함으로써, P-N 접합에 인가된 인가 전압을 추출할 수 있다.
플롯(703, 705)에서 이용된 실리콘 샘플의 도핑 레벨에 의해, 본 발명의 일실시예는 플롯(703)에서의 피크에 대응하는 파장에서의 적외선, 고주파수, 모드 고정 레이저 동작을 구현함으로써 전기-흡수를 측정한다. 본 발명의 실시예의 광학(optics)은 프로빙될 액티브 영역에 모드 고정 레이저 펄스를 집속시킨다. 프로빙 시스템은 완전히 플립 칩 패키징된 집적회로의 실리콘의 후면을 통해 P형 기판에 위치된 N형 도핑 영역으로 집속되는 단일 빔으로 구성된다. 본 발명은 또한 N형 기판에 위치된 P형 도핑 영역을 갖는 집적회로에서도 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 레이저빔은 P-N 접합 경계면을 통과하고, 전면 금속에서 반사되어, P-N 접합 영역 및 실리콘 표면의 뒤쪽을 통해 다시 리턴한다.
바이어스가 P-N 접합을 가로질러 인가되면, 전압이 P-N 접합 경계면을 가로질러 발생한다. 플롯(703)은 일부 광자가 전기-흡수로 인해 어떻게 흡수되는지를 도시하고 있다. 전체 전송에 대한 전송에서의 변화는 1.064㎛의 파장에서 약 2×10-5이 된다. 만일, 전압이 인가되지 않는다면, 광자 흡수는 감소될 것이다. 프로빙될 액티브 영역에 프로브 레이저빔을 집속하는 동안에 DUT를 동작시킴으로써, 도핑 영역에 인가된 전압의 변화에 대응하는 전기적 파형이 본 발명에 따른 광 검출기를 이용하여 검출 및 생성될 수 있다.
실리콘의 밴드갭은 증가하는 도핑 집중 및 증가하는 온도에 의해 감소된다. 예를 들어, 밴드갭이 고 도핑된 실리콘에 대하여 섭씨 100도에서 약 30meV 만큼 감소된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 대응 플롯(707)은 섭씨 100도에서 약 1×105 v/cm의 외부로부터 인가된 전압을 갖는 파장에 대한, 실리콘 기판을 통한 전체 전송에 대한 전송에서의 변화를 보여준다. 전기-흡수 피크가 온도 증가로 인해 약 1.085㎛로 이동되는 것을 플롯(707)에 의해 알 수 있다.
만일, 프로빙될 집적회로가 높은 온도에서 동작하면, 측정된 광-흡수에서의 피크는, 도7의 플롯(703)과 플롯(707)을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 보다 긴 파장으로 이동한다. 결과적으로, 본 발명의 일실시예는 1.064㎛의 고정된 파장을 갖는 모드 고정 레이저를 이용하는 것에 한정되지 않는다. 대신에, 본 발명의 실시예는 반도체 물질의 밴드갭을 변화시킬 수 있는 온도 또는 다른 조건에 의해 변경 또는 조절될 수 있는 조정가능한 모드 고정 레이저를 적용한다. 모드 고정 레이저의 파장이 플롯(703, 705, 707 등)의 피크를 따르고 매치시키도록 함으로써, 본 발명의 일실시예의 신호대 잡음비는 지속적으로 최적화된다. 실리콘에서의 적외선 레이저의 전송은 온도의 함수로 감소된다는 것을 알 수 있다. 또한, 온도에 의한 실리콘에서의 적외선 레이저의 전송에서의 감소를 보상하기 위한 다른 기법이 신호대 잡음비를 최적화하도록 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 실시예에서, DUT(405)는 출력 파형이 생성될 때에 테스터 장치(미도시) 상의 테스터 환경에서 실행 및 동작된다. 본 발명의 다른 실시예에서, DUT(405)는, 출력 파형이 생성될 때, 예를 들면 컴퓨터 머더보드와 같은 시스템 환경에서 실행 및 동작된다. 즉, DUT(405)가 실제 시스템에 장착 및 동작되는 동안에, 레이저빔(413)이 도핑 영역(403)에 직접 집속되고, 파형(501, 503, 505)과 같은 파형이 획득될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 일실시예는, 테스터 장치 또는 시스템 환경에서 일부가 동작하는 동안에, 플립 칩 패키징된 집적회로의 디버깅이 가능하다.
본 발명은 DUT(405)가 동작하고 있는 동안에 레이저빔(413)이 반도체 기판의 후면을 통해 액티브 영역(403) 상으로 집속되는 한 다른 형태의 테스트 환경에서 DUT(405)로부터 파형을 획득할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 이것은 DUT가 진공상태에서 동작할 필요가 있는 E-빔 프로빙 환경과 대조적으로 DUT가 진공상태에서 동작되도록 제한하지 않기 때문에 가능하다. E-빔 프로브의 진공 챔버가 대형 PC 보드를 수용하기 위해 과중하게 클 것이 요구되기 때문에, 종래의 E-빔 프로브를 이용하여 대형 PC 보드에서와 같은 시스템 환경에서 동작하고 있는 DUT를 검사하는 것은 실용적이지 못하다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 본 발명은 DUT가 진공상태에 있을 것을 요구하지 않기 때문에, 다양한 동작 환경에서 파형이 얻어질 수 있다.
도8은 본 발명의 다른 실시예(801)를 도시한 도면이다. 1.064 ㎛에서 동작하는 모드 고정 레이저(803)는 광 절연체(807), λ/2 파장 플레이트(808), 편광 빔 스플리터(809), λ/4 파장 플레이트(810), 다이크로익(dichroic) 빔 스플리터(811) 및 대물렌즈(813)를 통해 통과되어 DUT(815)의 실리콘의 후면을 통해 도핑 영역(817)으로 집속되는 레이저빔(805)을 발생한다.
레이저빔(805)은 전면 금속(819)으로부터 대물렌즈(813)를 통해 반사되어, 다이크로익 빔 스플리터(811), λ/4 파장 플레이트(810) 및 편광 빔 스플리터(809)에 의해 애퍼처(821)로 유도된다. 반사된 레이저빔(805)은 애퍼처(821)에 의해 집속 렌즈(823)을 통해 포토다이오드(825)로 향한다. 포토다이오드(825)는 도핑 영역(817)에서의 전압의 존재를 판단하기 위해 DUT(815)로부터의 반사된 레이저빔에서 광자(photons)의 진폭 변조를 검출하도록 전자장치(827)에 연결된다.
광 절연체(807)는 레이저(803)로 역반사되는 광자의 수를 최소화하기 위해 사용된다. λ/2 파장 플레이트(808)과 λ/4 파장 플레이트(810)은 신호대 잡음비를 최적화하기 위해 DUT(815)로의 레이저빔(805)의 전송률 뿐만 아니라 DUT(815)로부터 애퍼처(821)로 반사되는 레이저빔(805)의 전송률도 증가시키기 위해 편광 빔 스플리터(809)와 함께 사용된다.
또한, 도8에 도시된 실시예(801)는 적외선 필터(833), 시준 렌즈(collimating lenses)(835), 빔 스플리터(837), 다이크로익 빔 스플리터((811) 및 대물렌즈(813)를 통해 통과되어 DUT(815)의 실리콘 후면을 통해 도핑 영역(817)으로 향하는 광(831)을 발생하는 텅스텐 조명 광원(829)을 포함하여 모니터링을 위한 이미징 요소들을 포함한다. 광(831)은 DUT(815)로부터 다시 대물렌즈(813)와 다이크로익 빔 스플리터(811)를 통해 빔 스플리터(837) 및 집속 렌즈(841)를 거쳐 적외선 카메라(843)로 반사된다. 반사된 광(839)은 적외선 카메라(843)를 이용하여 DUT(815)의 후면의 이미징을 할 수 있도록 한다. DUT(815)의 실리콘 후면의 이미지를 관찰하기 위해 비디오 모니터(845)가 적외선 카메라(843)에 연결된다. 이것은 검사될 필요가 있는 도핑 영역 내로 레이저를 집속하는 동안에 원위치에서 도핑 영역을 직접 관찰할 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 레이저(803)는 주사(scanning) 레이저 광원으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 레이저 스폿은 이미징 목적을 위해 DUT(815)의 후면을 교차하여 주사 또는 래스터된다. 이 실시예에서, DUT(815)로부터 반사된 레이저광은 적외선 카메라(843)로 전송되어, 비디오 모니터(845)에서 DUT(815)의 이미지가 관찰될 수 있도록 한다. 이 실시예에서, 광 검출 시스템은 공초점(confocal) 기반 광학 시스템이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광원 또는 레이저(407)는 DUT의 반도체 기판을 통해 전달될 수 있는 파장에서 동작한다. 일실시예에서, 레이저(407)는 실리콘 기판을 통해 약 0.9 ㎛보다 더 큰 파장에서 동작한다. 다시 도4를 참조하면, 레이저(407)는 실리콘 기판을 통해 전달될 수 있는 약 0.9 ㎛보다 더 큰 파장을 가진 광빔 또는 레이저빔(413)을 제공하도록 위치된다. 도4에 도시된 바와 같이, 레이저(407)는 액티브 영역(403) 상에 집속된다. 일실시예에서, 광원 또는 레이저(407)는 예를 들어, Q 스위치형 레이저 또는 모드 고정 레이저 등과 같은 적외선 연속파 레이저 또는 펄스형 레이저이다.
일실시예에서, 레이저빔(413)은 얇게 만들어진(thinned) 실리콘 기판을 통해 액티브 영역(403)으로 집속된다. 다른 실시예에서, 레이저(407)는 약 1.3 ㎛의 파장에서 동작하고, 레이저빔(413)은 얇게 만들어지지 않은(unthinned) 실리콘 기판을 통해 집속된다. 레이저빔(413)은 빔 스플리터(409)와 대물렌즈(411)를 통해 통과되며, 대물렌즈는 레이저빔(413)을 액티브 영역(403) 상에 집속시킨다. 레이저빔(413)은 기판과 액티브 영역(403)을 통해 통과되며, 액티브 영역(403) 뒤에 있는 콘택/금속(406)으로부터 반사되어, 다시 액티브 영역(403)과 기판을 통해 역으로 통과된다. 반사된 레이저빔(415)은 다시 대물렌즈(411)를 통해 복귀되어, 빔 스플리터(409)를 통해 검출기(417)로 유도된다. 검출기(417)는 액티브 영역(403)에서의 신호에 대응하는 출력 신호(419)를 발생한다. 이 실시예에서, 반사된 레이저빔(415)은 액티브 영역(403) 근처의 변조된 공핍 영역의 결과로써 발생하는 자유 캐리어 흡수에 응답하여 변조된다.
예를 들어, 도9a는 DUT(905)의 기판 내의 자유 캐리어(911)를 도시하고 있다. 일실시예에서, DUT(905)의 기판은 실리콘을 포함한다. 레이저빔(909)은 DUT(905)의 실리콘 후면을 통해 액티브 영역(903)을 거쳐 절연체(904)를 통해 통과되며, 금속(907)으로부터 다시 DUT(905)의 실리콘 후면을 통해 반사되는 것으로 도시되어 있다. 일실시예에서, 액티브 영역(903)은 P-N 접합을 포함하고 있으며, 이것은 일실시예에서 MOS 트랜지스터 등의 드레인이 될 수 있다. 도9a에 도시된 실시예에서, 레이저빔(909)은 DUT(905)의 실리콘을 통해 전달될 수 있는 파장을 가진 적외선 레이저빔이며, 그 이유는 실리콘이 적외선광에 부분적으로 투명하기 때문이다. 캐리어 흡수의 결과로서, 레이저빔(909)은 P-N 접합 근처에서 부분적으로 흡수된다.
도9a는 액티브 영역(903) 근처에 공핍 영역이 없는 동안에 자유 캐리어(911)가 액티브 영역(903) 근처에 분포될 수 있다는 것을 예시하고 있다. 그러나, 도9b는 액티브 영역(903)에 바이어스가 인가될 때, 액티브 영역(903) 근처에 공핍 영역(913)이 형성되며, 그것에 의해 액티브 영역(903)으로부터 자유 캐리어(911)가 멀리 떨어져 나가게 된다. 액티브 영역(903)에 인가되는 바이어스를 조절함으로써, 그에 따라 공핍 영역(913)이 조절된다. 공핍 영역(913)을 조절함으로써, 액티브 영역(903) 근처의 자유 캐리어(911)가 조절된다. 액티브 영역(903)에 인가되는 신호에 응답하여 액티브 영역(903) 근처의 자유 캐리어(911)를 조절함으로써, 레이저빔(909)의 캐리어 흡수가 그에 따라 조절된다.
이것은 수학적으로 다음과 같이 될 수 있다.
표준 P-N 접합 모델을 취함으로써, P-N 접합의 공간 전하 분포 프로파일은 일측 계단 접합(one-sided abrupt junction)에 근접할 수 있다. 이 경우에, 전계 E와 공핍층 w는 다음과 같이 주어진다.
(1)
(2)
여기서, q는 전하이고, 는 실리콘의 유전율이고, VRB는 역바이어스 전압(또는 신호)이고, 는 P-N 접합의 고유 전위(built-in potential)이다.
초기 근사치로서, 공핍 영역(913)을 통해 통과되는 레이저빔의 변조는 다음의 형식이 될 수 있다.
(3)
여기서, a(w)는 공핍 영역(913)에서의 자유 캐리어 흡수로 인한 결과적인 기여도(contribution)이다. 결과적으로, 자유 캐리어 효과가 매우 작다는(1밀리온 당 일부분의 정도) 것을 알게 되고, 그러므로 식(3)에서의 지수는 멱급수 전개(power series expansion)를 통해 근사될 수 있다.
의 작은 값에 대해, 식(3)은 다음과 같이 근사될 수 있다.
(4)
식(4)로부터, 레이저빔(909)의 광 변조가 공핍 영역(913)의 폭에 비례한다는 것을 알 수 있다. 식(2)로부터, 광 신호는 P-N 접합에 인가되는 전기 신호(VRB)에 직접 비례한다는 것을 알 수 있다.
광의 자유 캐리어 흡수는 광의 파장의 제곱에 비례한다는 것을 주목하자. 그러므로, 자유 캐리어에 의해 유도되는 레이저빔(909)의 변조는 레이저빔(909)의 파장의 제곱에 비례한다. 따라서, 일실시예에서 자유 캐리어 흡수에 응답하여 이루어지는 레이저빔(909)의 변조는 레이저빔(909)의 파장의 제곱에 비례하여 증가된다. 그러므로, 신호의 크기를 증가시키기 위해 더 긴 파장( > 0.9 ㎛)을 이용하는 것이 가능하다. 그러나, 레이저빔(909)의 파장이 증가함에 따라, 기판에서의 대응하는 흡수 증가가 존재한다는 것을 주목하자. 레이저빔(909)에 대해 실리콘의 밴드갭 파장인 약 1.1 ㎛ 보다도 큰 파장을 이용하는 것의 장점은 더 긴 파장이 DUT(905)의 실리콘 밴드갭보다 더 낮은 광자 에너지를 갖는다는 것이다. 그러므로, 1.3 ㎛에서 레이저빔(909)에 의해 발생되는 매우 적은 광전류(photocurrent)가 존재하게 된다. 이것은 레이저빔(909)의 보다 큰 입사 레이저 전력을 이용할 수 있도록 하며, 결과적으로 포토다이오드로의 보다 큰 복귀 신호를 초래한다.
따라서, 지금까지 기술된 것은 도핑 영역을 노출시키기 위해 기판을 밀링하거나 또는 기준빔으로서 사용될 제2 레이저빔을 제공하지 않고 반도체에 배치된 집적회로의 도핑 영역에서의 전계를 검출하기 위한 방법 및 장치이다. 지금 기술된 적외선 레이저 기반 광학적 프로브를 이용하여, 플립 칩 장착 집적회로 상의 실리콘 후면을 통해 도핑 영역으로부터 직접 전압 및 전계를 측정하기 위한 기술이 제공된다.
전술한 상세한 설명에서, 본 발명의 방법 및 장치는 그 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본원의 명세서 및 도면은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (50)

  1. 집적회로에서 신호를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체 기판의 후면을 통해 상기 집적회로의 공핍 영역을 거쳐 적외선 광빔을 향하게 하는 단계;
    상기 신호에 응답하여 상기 공핍 영역에서 자유 캐리어를 변조함으로써 자유 캐리어 흡수에 의해 상기 적외선 광빔을 진폭 변조하는 단계; 및
    상기 공핍 영역을 거쳐 상기 반도체 기판의 후면을 통해 통과되는 반사된 적외선 광빔의 진폭 변조를 검출하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 후면을 통해 상기 적외선 광빔을 향하게 하는 단계는 상기 반도체 기판을 통해 전달될 수 있는 파장에서 레이저를 동작시키는 단계를 포함하는
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 기판을 통해 전달될 수 있는 파장에서 레이저를 동작시키는 단계는 약 0.9 ㎛보다 더 큰 파장에서 레이저를 동작시키는 단계를 포함하는
    방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 기판을 통해 전달될 수 있는 파장에서 레이저를 동작시키는 단계는 약 1.3 ㎛의 파장에서 레이저를 동작시키는 단계를 포함하는
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공핍 영역은 상기 집적회로의 액티브 영역에 근접해 있는
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 실리콘을 포함하는
    방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 N형 도핑 영역을 포함하는
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 N형 도핑 영역은 P형 기판 내에 배치된
    방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 P형 도핑 영역을 포함하는
    방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 P형 도핑 영역은 N형 기판 내에 배치된
    방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 완전히 패키징된(fully packaged) 집적회로 내에 포함되는
    방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 완전히 패키징된 집적회로는 플립 칩 패키징(flip chip packaged) 집적회로 내에 포함되는
    방법.
  13. 제11항에 있어서,
    테스터 장치를 이용하여 상기 완전히 패키징된 집적회로를 동작시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  14. 제11항에 있어서,
    인쇄회로 기판 상에서 상기 완전히 패키징된 집적회로를 동작시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 반사된 적외선 광빔의 진폭 변조를 검출하는 단계는 상기 액티브 영역 근처에 배치된 전면 금속으로부터 상기 광빔을 반사시키는 단계를 포함하는
    방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 후면을 통해 적외선 광빔을 향하게 하는 단계 이전에 상기 반도체 기판을 약 100-200 ㎛로 얇게 만드는 단계를 더 포함하는
    방법.
  17. 집적회로에서 신호를 검출하기 위한 장치에 있어서,
    적외선 광빔을 제공하도록 구성된 광원;
    상기 광원과 집적회로 사이에 배치되어, 상기 집적회로의 공핍 영역을 거쳐 상기 반도체 기판의 후면을 통해 광빔을 향하게 하기 위한 대물렌즈 - 여기서, 상기 광빔이 상기 공핍영역에서 상기 광빔의 자유 캐리어 흡수의 결과로써 생성되는 상기 신호에 응답하여 진폭변조되도록 상기 공핍 영역의 자유 캐리어가 상기 신호에 응답하여 변조됨 - ;
    상기 광원과 상기 대물렌즈 사이에 배치된 빔 스플리터; 및
    상기 공핍 영역, 상기 반도체 기판의 후면, 상기 대물렌즈 및 상기 빔 스플리터를 통해 통과되는 반사된 광빔에서 진폭 변조를 검출하도록 배치된 검출기
    를 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공핍 영역은 상기 집적회로의 액티브 영역에 근접해 있는
    장치.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    상기 광원과 상기 빔 스플리터 사이에 배치된 광 절연체
    를 더 포함하는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 편광 빔 스플리터를 포함하고, 상기 장치는 λ/2 파장 플레이트 및 λ/4 파장 플레이트를 더 포함하고, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 λ/2 파장 플레이트와 상기 λ/4 파장 플레이트 사이에 배치된
    장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 광원은 연속파 레이저(continuous wave laser)를 포함하는
    장치.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 광원은 펄스형 레이저를 포함하는
    장치.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 조명하도록 구성된 조명 광원
    을 더 포함하는 장치.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 광원은 상기 액티브 영역을 조명하도록 구성된 조명 광원인
    장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 조명 광원은 적외선 필터, 시준 렌즈, 다른 빔 스플리터, 다이크로익(dichroic) 빔 스플리터 및 대물렌즈를 통해 상기 액티브 영역을 조명하는
    장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 대물렌즈, 상기 다이크로익 빔 스플리터, 상기 다른 빔 스플리터 및 제1 집속 렌즈를 통해 상기 액티브 영역을 모니터하도록 구성된 적외선 카메라
    를 더 포함하는 장치.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 반사된 광빔을 제2 집속 렌즈 상으로 유도하도록 구성된 애퍼처(aperture)를 포함하고, 상기 제2 집속 렌즈는 상기 반사된 광빔을 포토다이오드 상에 집속하도록 구성되고, 상기 포토다이오드는 상기 반사된 광빔을 검출하기 위해 검출기 전자장치에 연결된
    장치.
  29. 삭제
  30. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계;
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계; 및
    상기 반도체의 밴드갭에서의 변화에 응답하여 파장을 조정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  31. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계;
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계; 및
    상기 반사된 레이저빔의 진폭 변조에 응답하여 출력 파형을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  32. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체는 실리콘을 포함하는
    방법.
  33. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 액티브 영역은 N형 도핑 영역을 포함하는
    방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 N형 도핑 영역은 P형 기판 내에 배치된
    방법.
  35. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 액티브 영역은 P형 도핑 영역을 포함하는
    방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 P형 도핑 영역은 N형 기판 내에 배치된
    방법.
  37. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체는 완전히 패키징된 집적회로 내에 포함되는
    방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 완전히 패키징된 집적회로는 플립 칩 패키징된 집적회로인
    방법.
  39. 제37항에 있어서,
    테스터 장치를 이용하여 상기 완전히 패키징된 집적회로를 동작시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  40. 제37항에 있어서,
    인쇄회로 기판 상에서 상기 완전히 패키징된 집적회로를 동작시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  41. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 반사된 레이저 빔의 진폭 변조를 검출하는 단계는 상기 액티브 영역 근처에 배치된 전면 금속으로부터 상기 레이저빔을 반사시키는 단계를 포함하는
    방법.
  42. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 액티브 영역 상에 집속시키는 단계 이전에 상기 반도체를 약 100-200 ㎛로 얇게 만드는 단계를 포함하는
    방법.
  43. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 반사된 레이저 빔의 진폭 변조를 검출하는 단계는 상기 집적회로의 액티브 영역을 가로질러 바이어스를 인가하는 단계를 포함하는
    방법.
  44. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 레이저빔은 연속파 레이저빔인
    방법.
  45. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 레이저빔은 펄스형 레이저빔인
    방법.
  46. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계; 및
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 반사된 레이저 빔의 진폭 변조를 검출하는 단계는 상기 반사된 레이저빔을 광 검출 시스템 내로 유도하는 단계를 포함하는
    방법.
  47. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계;
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계; 및
    광원을 이용하여 상기 반도체의 후면을 통해 상기 액티브 영역을 조명하는 단계
    를 포함하는 방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 가로질러 레이저빔을 래스터하는(rastering) 단계에 의해 상기 액티브 영역을 조명하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  49. 제46항에 있어서,
    상기 광 검출 시스템은 공초점(confocal) 기반 광학 시스템인
    방법.
  50. 집적회로에서 전계를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    상기 집적회로의 반도체의 밴드갭에 가까운 파장으로 레이저빔을 동작시키는 단계;
    상기 레이저빔을 상기 반도체의 후면을 통해 상기 반도체의 액티브 영역 상에 집속시키는 단계;
    상기 액티브 영역을 거쳐 상기 반도체의 후면을 통해 통과되는 반사된 레이저빔의 진폭 변조를 검출하는 단계; 및
    비디오 모니터에 연결된 적외선 카메라를 이용하여 상기 반도체의 후면을 통해 상기 액티브 영역을 모니터하는 단계
    를 포함하는 방법.
KR10-2001-7001619A 1998-08-07 1999-07-26 적외선 레이저 프로브를 이용하여 집적회로 내의 전압을직접 측정하기 위한 방법 및 장치 KR100504135B1 (ko)

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