TW444125B - Method and apparatus using an infrared laser based optical probe for measuring voltages directly from active regions in an integrated circuit - Google Patents

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f 444 1 25 五、發明說明（i) 相關申請案 本案係有關同在審杏士 日1996年12月12日，之申請案第08/766，149號，申請 而用以直接由積體 ^使用紅外線雷射為主之光探頭 及讓與本案受讓人。之主動區量測電場之方法及裝置」 發明背景 發明領域 概略而言，本發明梅 關於基於光之積體雷於積體電路測試，特別本發明係 „ 电塔探測。 相關技術之説 積體電路業界仍不齡奴丄 度。由於努力結果，2努力提高積體電路速度以及裝置密 使用倒裝晶片技術^ 高速積體電路時’傾向於 晶片連結（C4)或倒|曰，Γ 術也稱作經過控制的塌陷 體電路晶粒被上下顛:。^裝。倒裝晶片封裝技術中，積 體電路的方式相反β細由二^ ^日使用接線技術封裝積 導引電速接由黏合墊：接】：^下顛倒’球黏合可用於 圖1 A呤日3接舰 妾至倒裝θ日片封裂體接腳。 itllAs兄明積體電路 點人，而雷i吐 裝1 0 1 ’其利用接線黏合1 0 3替代球 t σ而電連接積體電路晶粒丨〇5 屬互連體109至封句其檟骽電路連結I由金 於高速積#雷攸 接腳1〇了。隨著趨勢的傾向 產生的電感問題漸增。 封裝體101之接線103中 圖：=裂晶片封裝體151 ’積體電路晶粒Η 顛 倒比車又圖U之線黏合103，倒裝晶片封裝體i5i之球黏合

第5頁 B· 44412b 五、發明說明（2) ~~-- 提供•積-體電路晶粒1 5 5與封裝體基板1 6 1接腳1 5 7間透過 iii if59更直捷的連接。結果，使用接線黏合之-人Ξ術，：技術相關電感問題減至最低。不似接線黏 積體電路晶粒表面任何位置。如此導致 :: 電4功率分布極低，此乃倒裂晶片之另一大優 结：：㊁：：3裝體151中，積體電路晶粒155被上下顛倒 成一大挑戰/ ^用途近接積體電路晶粒155之内部節點變 ;剔=品Ξ:門於待封裝於倒裝晶“新產品之 點的電信號同時I二，二需要原位探測來自晶片内部節 境。於剔除不：品：二於其原來倒裝晶片封裝環 便由積體電路獲得^雷=僅需探測某些内部節點，俾 訊。 於電壓準位、時序資訊'電流準位及熱資 (E — beam)i2:i::T良品過程係基於使用電子束 型積體電路裝置古；晶片正面直接探測金屬互連體。典 晶片深部的節點。、^金屬互連體，經常難以接近埋置於· 及聚焦束系統研麻，常必須使闬其它工具例如電漿蝕刻劑 出節點供探測。U去除電介質或節點上方金屬，俾便暴露 但使用倒裝b曰片 為積體電路晶^私封裂技術’此種前侧方法不可能，原因 "本上下顛倒故。如圖1B所未，接近金屬互

第6頁 444125 ' 五 '發明說明（3) 連體1 59用於習知探測目的受封裝體基板1 6 1妨礙。反而構 成積體電路主動區及被動區163之P-N接面可透過積體電路 晶粒15 5之矽基板背面接近。 圖2舉例說明先前技術用於探測積體電路主動攙雜區之 方法。圖2所示配置中，一接受測試裝置（MT) 231包括一 主動區239及非主動區（金屬）241。雷射221設置用於聚焦 雷射束2 23，經由分束器225、雙折射分束器227及物鏡2 29 透過於攙雜區239及金屬241之DUT 231石夕背面聚焦雷射 束。如圖2所述’雙折射分束器227將雷射束223分成兩股 分開雷射，亦即一探測雷射束2 3 5及參考雷射束2 3 7。探測 Ί 雷射束235及參考雷射束237分別由主動區239及金屬241反 射’向後通過物鏡2 2 9反射入雙折射分束器2 2 7。探測雷射 束235及參考雷射束237隨後於雙折射分束器227復合，並 經分束器225被導引入偵測器233。 藉由操作DUT 231，同時聚焦於主動區239之探測雷射束 235及於金屬241之參考雷射束237，波形可使用偵測器233 透過DUT 231矽基板偵測。偵測為可能，原因為自由電荷 區之折射指數與未改變區之折射指數不同之電漿〜光效應 故。外加偏壓引起自由電荷，及引起折射.指數於待調變探q 測區，此處於參考束下方區域之折射指數未改變。如此導 > 致探測束235與參考束237間之相移。 ，如此，經由測量反射參考束237與探測雷射束235間之相 差，偵測器233可產生輸出信號241，其係與因探頭下方 P-N接面區作動造成的電荷調變成比例。此種光學量測隨

第7頁 444 ϋ 五、發明說明（4) 後可合併習知光測頻技術來確保高頻充電，以及因而確保 來自Ρ-Ν接面區23 9的電壓波形。 、圖2所示先前技術有多種缺點。第一，作為一種相位偵 測方案，需要二束（一參考束237及一探測束235 )彼此干擾 而產生相位信號β此等束係以雙折射分束器227產生。因 =探測雷射束2 3 5及參考雷射束2 3 7的使用限於彼此間隔距 X ’如圖2所示。結果，攙雜區239及DUT 231金屬241之 ，局必須為金屬241位在距離距離攙雜區239之X距離處。 ^ 了解多種近代積體電路布局無法使用圖2所示設施探 ，，，因為所示先前技術需要一反射面241於其前方並無 俾便使參考束接近正在進行電荷調變的被探測 近處（距離x)。今日先進技術難以符合此項要求。 此注意圖2所示技術僅應用至雙極性接面電晶體技 ΐ導前技術未曾成功地應用於互補金屬氧化物 (•Ά凰 。原因為於反相偏麼P~N接面之耗盡區 (例如金屬乳化物半導體（M〇s)電晶體之没極）之電荷調變 ί:接^ Ϊ當其接受正向偏壓時的電荷調變（例如雙 向之基極區卜此外，因_裝置之通道為橫 MOSf置、《^之\置—之基極-射極接面為縱向，故直接量測 M0裝置通道之電何的調變不可能，原目&冑要相 雷射，大小，而該大小遠低於光於矽的波長。田、 另:種先前技術探測積體電路之技術係利用光 波科爾（Pockels)效應。此種光電效 射^或 數的改變’光折射指數的改變發生於非對外指加

第8頁 h 444 12 ί 五、發TO明⑸ ~~— — " — - ，場時。光電材料之折射指數於外加電場時改變。妒果， =束通過光電材料之偏極化也隨電場強度或跨越光^材料 外加電壓改變。 圖3舉例說明利用非對稱晶體例如砷化鎵基板3〇ι外加光 電效應至積體電路》於圖3之說明中，邊緣電場3〇7存在於 ，極305間"探測束303由基板3 01背側進入，通過邊緣電、 場307，且由電極305反射。經由測量探測束3〇3之偏極性 改變，以及如此造成基板3 〇 1之折射指數的改變，可量測 電場307。但須了解，雖然此種技術可利用於基於砷化鎵 之積體電路，但於石夕無法作光電抽樣，原因為石夕為對稱晶 體因此不具有光電效應或波科爾效應。 因此，需奏有一種經由矽背侧探測⑶卯積體電路主動區 之方法及裝置。此種方法須可經由矽背面探測CM〇s積體電 路主動區，而無需參考雷射束由金屬反射回接近待探測的 攙雜區β此外，此種技術須可與今日⑽⑽積體電路技術相 容。 發明概述 揭示一種偵測於積體電路之信號之方法及裝置。一呈體 例中，該方法包括經由積體電路半導體基板背侧經由積體 電路耗盡區導引紅外線束之步驟。耗盡區響應信號而被調 變。該方法也包括偵測經由半導體基板背側通過耗盡區之 反射紅外線束之振幅調變。其它本發明之特點及效果由後 文詳細說明、附圖及申請專利範圍將顯然自明。 圖戎之簡單說明

第9頁 444125 五、發明說明（6) 二，：？藉附圖舉例說明，但絕非囿限於此。 圖1Α為忒明圖顯示今日接線技術。 說Λ圖顯示倒裝晶片或倒裝晶片封裝技術。 la ^ ^ V ^術經由矽雙極性接面電晶體背面探測主動 Γ „ =圖，使用二雷射束並量測因雷射束之一相對 於另一、雷射束之電荷密度調變的相移。 圖3為先月g技術光掇浪|籍碑 效應用於神化鎵基板。積體電路方法之略圖，顯示光電 之Γ圖為根據本發明之教示使用單一雷射束探測一主動區 = 示使用本發明可產生之多種波形圖。 面耗盡區之說明圖。教不籍4-雷射束探測之卜“妾 圖7為線圖說明於古电@ 板，並於各種溫度量V之旦:之壓施加跨越基 圖。 、彳之里測侍之電吸收層波長之函數作 為本發明之另一具體例之略 發明之教示探測及監測主動區。 ^ -骽例係根據本 圖9 A為略圖說明不存在二 的自由载子。 存在有附近耗盡區時，接近P-N接面 子：為略圖說明接近P’接面之耗盡區不存在有自由載 詳細說明 揭不#偵測設置於半導體及積體電路主動區電壓之方 444125 五、發明說明⑺ " --- 法^裝置。後文說明中陳述無數特定細節， 量β蛀俾便徹底了解本發明。但須了解業界人士可^需P 節而實施本發明。其它例中，為說 之材枓或方法及細節以免混淆本發明。 ,-Πϊ:一具體例提供一種使用聚焦红外線(IR)雷射束 導體例如硬背侧，量測直接來自積體電路主動區之 電琢，以及因而量測電壓之方法及裝置。本發明之一 卜線雷射為主的技術經由晶片砂背侧直接“ 積體電路主動區。因矽對紅外線為部分透明，故可經由邱 分滅薄的矽積體電路聚焦紅外線雷射束直接到達主動區。 圖4顯示本發明之具體例，其許可根據本發明之教示崾 由半導體背侧探查積體電路主動區403。光源或雷射4〇7定 位成提供一光束或雷射束413聚焦於主動區403。雷射束 413通過分束器409 ’及物鏡411聚焦雷射束413於主動區 4 03 °雷射束413通過基板及主動區4〇3，反射離開主動區 後方接觸/金屬’以及返回通過主動區4〇3及基板。反射後 之雷射束415經由物鏡411返回，且經由分束器4〇9導引入 偵測器417。偵測器417產生一輸出信號419，其對應主動 區403的電壓《容後詳述，偵測器417含括於光偵測系統， 該系統偵測反射後雷射束41 5之振幅調變，並將振幅調變 轉成主動區403電壓。 如圖4所示’主動區403含括於接受測試的裝置（jjut) 405。一具體例中，DUT 405為設置於矽可由基板背面接近 的CMOS電晶體。如此一具體例中，DUT 405為倒襄晶片封 1ϋ_ II __ _ ill獲画疆_ II ___ 444 1 2 5 五、發明說明（8) 裝產物。因目前較佳技術偵測之振幅調變係與反射束之相 位調變相反，故可免除干涉計量相位偵測用之參考束的需 求。本發明之具體例中，DUT 4 0 5於探測前部分減薄至厚 度約100至200微求，俾許可雷射束413通過高度攙雜矽基 板傳輸增加’如近代VLSI積體電路使用，以及對應增加經 由DUT 405之石夕背側返回的反射雷射束415。本發明之一具 體例中’雷射407為於約1. 064微米波長作業的模鎖定雷 射。 本發明之作業如下。假定功率P之聚焦雷射束413衝擊 P-N接面403。若雷射束413之光子能係大於或等於⑽丁 405 矽之帶隙能，、則於P-N接面有若干雷射束光吸收Δρ。ΔΡ 及Ρ以基礎吸收係數α關聯表示為： ΔΡ= αΡ (式 1) 當隨後外加電場於Ρ-Ν接面時，稱作電吸收的機制蜩 α，亦即調變光吸收。則於Ρ_Ν接面吸收的功率變 Γ (Ε) · ΔΡ (式2) 此處Γ (Ε)為電吸收與電場間之函數關係。 當雷射41 3反射離非主動區，例如金屬墊時， 417偵測得雷射㈣為Ρ〇。若才目同雷射束413移動^貞= 403，則因Ρ-Ν接面的光吸收，偵測器偵測得之雷射： 低ΔΡ。成為卜ΛΡ。。當交流電場Ε⑴外加於④率1 測器417偵測得之雷射功率現在變成： Ν接面時，偵 (式3) 間之函數關係 Ρ〇- Γ [E( t) ] · AP〇 此處如前述’ γ為電吸收與電場E(t) 如

第12頁 444125 五、發明說明（9) 得之信號之交流成分、 未知函數Γ係經計算測 此’藉由使用偵測器41 7量測偵測 電場以及量測電壓，可回復調變 定。 因P-N接面區與其後方的金屬區406以氧化物膜4〇4隔 開，探測雷射束須由金屬406及氧化物—主動區界面4〇8二 者反射。出現後述現象的原因為形成p_N接面的矽與氧化 物的折射指數不同故。除了電吸收外，也有電折射、，結 導致P-N接面之折射指數呈電壓之函數調變。如此，源=於 氧化物-P-N接面交界面之被反射的雷射束部分也因此'種效 應受到調變。此種效應小於電吸收效應。兩種效應合併而 於反射雷射功率獲得總振幅調變，如彳貞測器41 7所見。 圖6為說明1，說明於DUT 605主動區603之進一步細 節。本發明之另一具體例中，主動區6〇3為於卜攙雜矽基 板之N-攙雜區》相反地，須了解本發明之另一具體例可"利 用Ρ-攙雜主動區與Ν -攙雜基板。雷射束609顯示為通過DUT 605之矽背侧經由氧化物臈6 0 5進入主動區6〇3，以及由金 屬6 0 7由DUT 6 0 5之矽背侧反射出。圖6所示具體例中，雷 射束6 0 9為紅外線雷射束，因梦對紅外線部分透明故可通 過DUT 605之石夕。 當偏壓外加於主動區603時，於主動區603及DUT 605之 砂基板間的P-N接面交界面之耗盡區6ι 1加大。duT 6 0 5之 主動區、區603及基板之攙雜密度高，於p — N接面交界面的 耗盡區611極窄。本發明之一具體例之耗盡區6 u僅厚約7 〇 毫微米。因此’當典型積體電路工作電壓外加跨越如此窄

第13頁 444125 五、發明說明（ίο) 的耗盡區611時’高壓例如約1以…伏/厘米跨越耗盡區 6 11產生。>此種高壓增加隧道化機率，而其又導致基本吸 收係數增高。此種效應也稱作電吸收或富籣茲一凱第西 (Franz-Keldysh)效應。 —辑射束6 0 9之光吸收g周變隨外加於接面的電塵調變而 疋此種每射束及收之調變係令人感興趣的信號，原因為 其係與外加於接面的電壓有關。

此外，電吸收也導致電折射。換言之，電吸收效應與電 折射效應關聯。電折射結果導致折射指數改變。如此表示 同時’折射指數變化結果導致由接面/氧化物交界面反射 光之反射係數調變。此項調變重疊於因電吸收造成的調變 上的光偵測器實際測量因兩種效應造成的總振幅調變。

本發明利用圖4之偵測器417同時偵測因外加電壓引起電 吸收及電折射效應。兩種效應皆造成反射雷射束4丨5之功 ，調變。偵測器41 7將此等調變轉成輸出信號41 9。振幅調 邊程度係與跨越p _ N接面之外加電場（亦即電壓）以式2函數 f關聯。Γ係經由校正對已知外加電壓之偵測器輸出決 定。經由操作DUT 405，同時聚焦雷射束413於主動區 4〇3 ’使用偵測器417經由MT 4〇5之基板可偵測得類似圖$ 波形圖501、5 03及5 0 5之電波形，其對應主動區403之外加 電壓變化。然後，此項光學量測組合習知光測頻技術而量 測來自主動區4 〇 3之高頻電壓波形》 i 圖7為線圖7 01說明以高電壓外加於基板及於各種溫度量 測’於高度攙雜矽基板測量得之電吸收呈波長之函數作里

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五、發明說明（11) 圖。線圖701之作圖7〇3、7〇5及7〇7顯示雷射束光子通過搆 雜矽基板總傳輸呈光子波長之函數測量得之傳輸變化 。特別作圖7 0 3顯示於室溫以外加電壓約1 X i 〇5伏/厘米外 加於發基板’於通過減薄矽基板之總傳輸之傳輸相對於波 長之變化。如由圖7所見，於約1 · 〇 64微米有關尖峰電吸 收。作圖705顯示於室溫未外加電壓，光子經由相同減薄 矽基板之總傳輸之傳輸相對於波長之變化。如圖7所示， 於作圖705於1，〇64微米並無對應電吸收峰。圖7驗證高壓 對矽之電吸收特性的影響。電吸收幅度與矽之電壓幅度有

直接關聯。藉由异出此種函數關係，可找出應用於卜N接 面之外加電壓。 以作圖703及705用於矽樣本及攙雜程度，本發明之一具 體例藉由執行於對應作圖703之尖峰波長操作的紅外線高、 頻杈鎖定雷射量測電吸收。本發明之具體例之光學裝置 模鎖定雷射脈波聚焦於欲探測的主動區。探測系統係由單 =束組成，單一束經由全然倒裝晶片封裝積體電路矽背 聚焦於位於P基板的N攙雜區。須了解本發明也可採用且 P攙雜區位於N基板之積體電路。雷射束通過卜N接面交界

面，反射離前側金屬，且經由P — N接面區返回離開矽表| 面。 當施加偏壓跨越P-N接面時’導致跨越p_N接面交界 壓。作圖703說明因電吸收如何若干光子被吸收◊相對 總傳輸之傳輸變化，於波長1·064微米為約2><1〇—5。若^ 外加電壓，則光子吸收減少。藉由操作DUT ’同時聚隹^

第15頁 444125 五、發明說明（12) -一 ------- 頭雷射束於欲掇杳的古包 之變化電壓的電圖 可彳貞測得對應外加於攙雜區 II连a沾^胡電波y圖’且根據本發明之教示使用光偵測 而ί ί解相I :之帶隙隨著攙雜濃度的增高以及溫度的增高 二c為注意對高度攙雜…，帶隙的縮窄於 1 Ο Ο °Γ ^ ^ , 特如此，對應作圖70 7顯示於 i u u c溫度以外加約1 X 1 〇5 之傳輪相對於波長之變化厘米電壓通過石夕基板總傳輪 由作圖7〇了可知隨溫度增高， 电及收擎相對移至約1. 0 8 5微米。 吸ΐίΐΐ查的積體電路係於升高溫度工作，侧寻之光 ^ 較長波長’如比較圖7之作圖703及7 07可見。 二#，++發明之具體例並非限於使用具有固定波長1. 064 =模鎖定雷射。反而，本發明之具體例使用可調變模 疋田射’其可隨溫度或者其它可能改變半導體材料帶隙 的條件變更或調整。藉由使模鎖定雷射波長遵循並匹配作 圖7 0 3、7 0 7等之尖峰，本發明之一具體例之信號對雜訊比 連續最適化。注意紅外線雷射於矽之傳輸隨溫度之函數下 降°也了解其它補償因溫度造成紅外線雷射於石夕傳輸減低 的技術可用於獲得最佳信號對雜訊比。 本發明之一具體例中，當輸出波形圖產生時，DUT 405 係於測試器環境下於測試裝置（圖中未顯示）執行及操作。 本發明之另一具體例中，MT 40 5可於系統環境執行及操 作’例如當產生輸出波形時於電腦主機板操作。換言之， 雷射束413直接聚焦於攙雜區403，而當DUT 405安裝於實

第16頁 444125 五、發明說明（13) 一~~' ---------- JV、系統操作時，可獲得波形圖例如波形圖5 ^、 =、;丨ίΓ之一具體例允許當倒裝晶片封裝積體電路 °，於測試裝置或於系統環境下作業時剔除不良品。 ^頁=解，本發明可於其它類型測試環境由dut

圖，只要當MT 405運作時，雷射束4U係經由半^ =板背側聚焦於主動區403即可。所有此等情況皆屬可 此，原因為DUT與雷射束探測環境相反並非限於直*作 ^ ’後者需要DUT真空作業。發現須注意使用習^電子束 采頭探查於系統環境例如大型pc板工作的⑽丁不合實際 ’原因為電子束探顛之真空腔室變得過大才能容納、大π型代 板。但因本發明無需卯了處於真空腔室，故可於多種工 $衣i兄下獲得政形圖。 圖8為本發明之另一具體例8〇1之略圖。於丨.〇64微米工 作的模鎖定雷射803產生雷射束805，雷射束通過光單離 ，通過λ/2半波板808，通過偏振分束器8〇9，通過 入/4四分波板810 ’通過雙色分束器81：1，及通過物鏡 813，經由DUT 815之矽背侧聚焦於攙雜區81了。

雷射束8 0 5反射離金屬前侧8 1 9，經由物鏡§ 1 3返回，以 雙色分束器811、又/4四分波板810及偏振分束器8〇9導引 至孔〇821 ^反射後的雷射束805藉孔口821通過聚焦透鏡 823被導引入光電二極體825。光電二極體825耦合至電子 裝置δ27，偵測來自DUT 815反射雷射束之光子振幅調變， 而判定攙雜區817電壓之存在。 光單離器807用於使反射回雷射8〇3之光子數目減至最

第17頁 444125 五 '發明說明（14) _ ' 低。；I /2半波板808及λ /4四分波板8 1〇結合偏振分束器 809用於提高雷射束805傳輸至DUT 815的百分比，Λ以及增 加由DUT 815反射之雷射束805傳輸至孔口 821之百分比， 俾便獲得最佳信號對雜訊比。 Λ

圖8所示具體例801也包括監視用成像元件，包括鶴照明 光源8 2 9 ’鶴照明光源發光8 31導引通過紅外渡鏡8 3 3W，通 過準直透鏡835，通過分束器837，通過雙色^束器811及 物鏡813 ’經由DUT 815之石夕背側導引至攙雜區817。光gw 由DUT 815反射回通過物鏡813，通過雙色分束器811，經 由分束器8 3 7及聚焦透鏡8 41進入紅外線攝影機8 4 3。反射 光8 39許可DUT 815之背面以紅外線攝影機8 43成像。視訊 監視器845輕合至紅外線攝影機843 ’觀察DUT 815之碎背 側影像。如此’可原位直接觀察攙雜區，同時聚焦雷射於 需要探查的攙雜區。

本發明之又另一具體例中，雷射8〇3也配置成可作為掃 描雷射光源。本具體例中’雷射點跨越DUT 8 1 5背側經掃 描或通過光柵用於成像目的。該具體例中，由DUT 8 1 5反 射之雷射光傳輸至紅外線攝影機843，故可於視訊監視器 84 5觀察DUT 81 5影像。該具體例中，光檢測系統為基於共 焦之光學系統。 本發明之又另一具體例中，光源或雷射4〇7係於傳輸通 過DUT半導體基板之波長工作。一具體例中，雷射4〇7係於 大於約0 9微米波長通過矽基板工作。簡短回頭參照圖4， 雷射407設置成可提供波長大於約〇_ 9微米之光束或雷射束

第18頁 444125 五、發明說明（15) 413透射通過石夕基板。如圖4所示，雷射407聚焦於主動區 4 03。一具體例中，光源或雷射407為紅外連續波雷射或脈 波雷射，例如Q切換雷射、模鎖定雷射等。 一具體例中，雷射束4 1 3通過減薄矽基板聚焦於主動區 403 ^另一具體例中，雷射407係於約1. 3微米波長工作， 雷射束413通過未減薄之發基板聚焦。雷射束eg通過分束 器409及物鏡411 ’其將雷射束413聚焦於主動區4〇3。雷射 束413通過基板及主動區403 ’反射遠離主動區後方之 接觸/金屬406 ’通過主動區40 3及基板返回。反射的雷射 束41 5經由物鏡411返回，且經由分束器4〇 9被導入偵測器 417。债測器417產生輸出信號419，其對應主動區4〇3的信 號γ本具體例中’反射的雷射束41 5響應接近主動區4〇3經 調變之耗盡區結果發生的自由載子吸收而被調變。 例如圖9A顯示於DIIT 9 05基板之自由載子911。__具體例 中’ DUT 905基板包括矽。雷射束9〇9通過DUT 9〇5矽背侧 經由絕緣體904進入主動區903，以及由金屬9〇7反射回ΜΤ 905矽背侧 '一具體例中，主動區9〇3包括p_N接面，其於 一具體例可為MOS電晶體汲極等。圖9A顯示具體例中，雷 射束909為紅外線雷射束，具有波長可透射通過1)1^9〇5之 矽，原因為矽對紅外線為部分透明。由於自由載子吸收結 果’雷射束90 9接近P-N接面被部分吸收。 圖9A說明於主動區9〇3附近不存在有耗盡區期間，自由 載子911分布接近主動區9〇3。但圖9β說明當偏壓外加於主 動區903時’耗盡區913形成接近主動區9〇3及自由載子

第19頁 444 彳 2 5 五、發明說明（16) 於主動區 耗盡區 I由響應外 由載子 9 Π ，因此由主動區9 〇 3被掃除。藉由調變外加 9 0 3的偏壓，耗盡區9 1 3據此被調變。經由調變 913，接近主動區903之自由載子911被調變。身 加於主動區9G3之信號調變接近主動區903之自 911 ’雷射束909之自由載子吸收據此被調變。 可以數學式說明如後： 分布侧錄 [場E及耗盡 採用標準p - N接面模式，p - n接面之空間電荷 (prof i 1 e)近似單側陡峭接面。此種情況下，， 層寬度w表示為： 電場ΕψΓ-— (1 ) i^r<y^vRB) 耗盡寬度w= ~一~-— (2) 向偏壓（或 =處q為電子電荷，~為矽之電容率，Vrb為反 L號）及v 為p_N接面内建電位

I V J 初步估計 述形式 假定通過耗盡區913之雷射束909 之調變呈下 5周變〜（1 —e-a(w)) 此處a(w)為因耗盡區913 由载子影響極小（約在pp (3) 之自由載子吸收之貢〗 m附近），.因此式3之指 史。了解自 數可經由功 1 444125 五、發明說明（17) 率系列擴張估計。 因X值小，e—x趨近於（1 _χ )，式（3 )可近似： 調變〜a(w) (4 ) 由式4觀察得雷射束909之光調變係與調變區913寬度成 比例。由式2，可知光信號係與外加於P-N接面之電信號 (Vrb)成正比。 注意光之自由載子吸收係與光波長平方成比例。如此 自由载子感應雷射束909調變係與雷射束9〇9波長平方成 比例。因此一具體例中，響應自由載子吸收之雷射束90 9 的調變係與雷射束909波長平方成比例增高。如此可使用 較長波長（大於〇. 9微米）來加大信號振幅。但須注意當雷 射束90 9波長ί曾加時，基板對應吸收增高，可能限制可使 用的最大波長。使用波長大於約1. 1微米的效果為對雷射 束909而言矽之帶隙波長為較長波長具有比905之矽帶 隙更低的光子能量。如此於丨.3微米雷射束9〇9極少產生光 電，。如此可對雷射束909使用較大入射雷射功率，結果 獲得較大返回信號至光電二極體。 如此，此處描述一種於設置於半導體之積體電路攙雜區 4、測電場之方法及裝置，而無需研磨基板來暴露出攙雜 Ϊ蕾f供給第二雷射束用作參考束。使用此處所述以紅外 電路的光探頭，提供一種由攙雜區通過安裝於積體 電=之倒裝晶；i矽背側直接量測電壓及電場之技術。 置？ΐϊ!中，已經參照特定實例說明本發明之方法及裝 置仁顯然易知可對其作出多種修改及變化而

444 12 5 五、發明說明（18) 明之廣義精髓及範圍。如此，本說明書及附圖須視為說明 性而昨限制性。 _11!1 第22頁

Claims (1)

1 444125 六、申請專利範圍 1 · 一種於一積體電路俄測一信號之方法，該方法包含下 列步驟： 導引一紅外線束通過該積體電路之一半導體基板背 側’通過該積體電路之一耗盡區 調變；以及 ’該耗盡區係回應該信號 區之一反射的紅外 憤測經由半導體基板背側通過耗盡 線束之一振幅調變。 其中該導引紅外線束 可透射通過半導體基板 2.如申請專利範圍第1項之方法 通過半導體基板背侧之步驟包括於 之波長操作雷射之步驟。 ' 3. 如申請專利範圍第2項之 導體基板之波長操作雷射之+驟’其中該於透射通過半 波長操作雷射之步驟。 ^ π匕括於大於約0 · 9微采之 4. 如申請專利範圍第2項之方 導體基板之波長操作雷射之+驟’其中該於透射通過半 操作雷射之步驟。 包括於約1.3微米之波長 5 ·如申請專利範圍第丨項之 積體電路主動區》 其中該耗盡區係接近 6.如申請專利範圍第^項 含矽9 去，其中該半導體基板包 7_如申請專利範圍第5項之 雜區。 ，其中該主動區包含N攙 8 ·如申請專利範圍第了項之 於P基板。 其中該N攙雜區係設置

444125 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第5項之方法，其中該主動區包含一p 援雜區。 1 0.如申請專利範圍第9項之方法，其中該P攙雜區係設 置於N基板β 11.如申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體基板係 含括於全然封裝積體電路。 1 2.如申請專利範圍第1丨項之方法’其中該全然封裝積 體電路係含括於倒裝晶片封裝積體電路。 1 3.如申請專利範圍第項之方法，其包括使用測試器 裝置操作全然封裝積體電路之額外步驟。 1 4.如申請專利範圍第丨丨項之方法，其包括於印刷電路 板操作全然封裝積體電路之額外步驟。 15.如申請專利範圍第5項之方法，其中該偵測反射後的 紅外線束之振幅調變之步驟包括反射光束遠離 主動區之前側金屬之步驟。 1於接近 如申請專利範圍第丄項之方法，其包括於導y红 束I過半導體基板背側之步驟前，減薄半導、 100至约2〇〇微米之額外步驟。 千一體基板至约 含17· 一種用以偵測於一積體電路之一信號之裝置，包 先源，其被規畫 一主二Ϊ鏡，位於該光源與積體電路間;而導引朵去山 +導體基板背侧通過該積體電路—舍 先束經由 係回應信號調變； 粍址區，該耗盡區

444125 六、 申請專利範圍 一分束器，位於光源與物鏡間；及 —偵測器，其被定位以偵測通過耗盡區、通過半導體 基板背侧、通過物鏡及通過分束器之一反射後光束之振幅 調變。 18.如申請專利範圍第η項之裝置，其中該耗盡區係於 積體電路主動區附近。 Ϊ 9,如申請專利範圍第丨7項之裝置，其中該振幅調變係 由光束之自由载子吸收引起。 @ 20.如申請專利範圍第17項之裝置，其進一步包含一光 單離器設置於光源與分束器間。 _ 21·如申請專利範圍第2〇項之裝置，其中該分束器包含 偏振分束器’該裝置進一步包含人/ 2半波板及λ/4四分 波板’偏振分束器係設置於又/2半波板與λ /4四分波板 間。 、22.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該光源包含一 連續波雷射。 23.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該光源包含一 脈波雷射。

曰24.如申請專利範圍第i 7項之裝置，其進一步包含一照 月光源配置成照明主動區。 25·如申請專利範圍第17項之裝置，其中該光源為一配 成照明主動區的照明光源。 26.如申請專利範圍第24項之裝置，其中該照明光源係 ^過紅外線濾鏡、準直透鏡、另—分束器、雙色分束器及

4 <412 5 ---—___ ’、、申請專" " ' --- 物鏡照明主動區。 外摄如I申請專利範®第26項之裝置，其進一步包含一紅 夕卜機配置成經由物鏡、雙色分束器、另一分束器及 第 聚焦透鏡監視主動區。 一 2 8.如申明專利範圍第丨了項之裝置，其中該偵測器包含 孔口，該孔口配置成導引反射光束至第二聚隹透鏡，第 二聚焦透鏡配置成聚焦反射光束於一光電二極^，光電二 極體轉合至偵測器電子裝置，而偵測被反射光束。 29· —種於一積體電路偵測一電場之方法，該方法包含 下列步驟： 於接近積體電路之一半導體帶隙的波長操作一雷射 束； 聚焦該雷射束通過半導體之一背側至半導體之—主動 區；以及 偵測經由半導體背侧通過主動區之一反射後的雷射束 之一振幅調變〇 30. 如申請專利範圍第29項之方法，包括響應半導體之 帶隙變化調整波長之額外步驟。 31. 如申請專利範圍第2 9項之方法，包括響應反射後雷 射束之振幅調變，產生一輸出波形之额外步驟。 3 2 ·如申請專利範圍第2 9項之方法，其中該半導體包含 ^7。 33·如申請專利範圍第29項之方法，其中該主動區包含n 捷雜區。 .

第26頁 444125 六、申請專利範圍 34.如申請專利範圍第33項之方法，其中該N攙雜區係設 置於P基板。 3 5.如申請專利範圍第29項之方法，其中該主動區包含 一P攙雜區。 3 6.如申請專利範圍第35項之方法，其中該P攙雜區係設 置於N基板内部。 3 7.如申請專利範圍第29項之方法，其中該半導體係含 括於全然封裝積體電路。 3 8.如申請專利範圍第3 7項之方法，其中全然封裝積體 電路為倒裝晶片封裝積體電路。 3 9.如申請專利範圍第3 7項之方法，其包括使用測試器 裝置操作該全然封裝積體電路之額外步驟。 40. 如申請專利範圍第37項之方法，其包括於印刷電路 板操作該全然封裝積體電路之額外步驟。 41. 如申請專利範圍第2 9項之方法，其中該偵測步驟包 括反射雷射束遠離設置接近主動區之前侧金屬之步驟。 4 2.如申請專利範圍第2 9項之方法，其包括於經由半導 體背侧聚焦雷射束於主動區之步驟前，減薄半導體至約 1 0 0至約2 0 0微米之額外步驟。 43. 如申請專利範圍第29項之方法，其中該偵測步驟包 括外加一偏壓跨越積體電路主動區之步驟。 44. 如申請專利範圍第29項之方法，其中該雷射朿為連 續波雷射束。 4 5.如申請專利範圍第29項之方法，其中該雷射束為脈

第27頁 ϊ: 4 44 1 2 5 六、申請專利範圍 波化雷射束。 4 6 _如申請專利範圍第2 9項之方法，其中該偵測步驟包 括導引被反射的雷射車進入光偵測系統之步驟。 47.如申請專利範圍第29項之方法，其包括以光源經由 半導體背侧照明主動區之額外步驟。 4 8.如申請專利範圍第47項之方法，其中該光源為雷射 束，其中該照明主動區之步驟包括跨越主動區光柵化雷射 束之步驟。 4 9.如申請專利範圍第4 8項之方法，其中該光偵測系統 為基於共焦之光學系統。 5 0.如申請專利範圍第2 9項之方法，其包括使用一紅外 線攝影機耦合至一視訊監視器經由半導體背側監視主動區 之額外步驟。

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