DE19734047A1 - Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für Halbleitervorrichtungen und Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine Siliziumhalbleitervorrichtung - Google Patents
Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für Halbleitervorrichtungen und Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine SiliziumhalbleitervorrichtungInfo
- Publication number
- DE19734047A1 DE19734047A1 DE19734047A DE19734047A DE19734047A1 DE 19734047 A1 DE19734047 A1 DE 19734047A1 DE 19734047 A DE19734047 A DE 19734047A DE 19734047 A DE19734047 A DE 19734047A DE 19734047 A1 DE19734047 A1 DE 19734047A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- parasitic
- semiconductor device
- spot
- current
- mim structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
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
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Parasitär-
MIM- Strukturspotanalyseverfahren
(MIM/Metall/Isolator/Metall) für eine Halbleitervorrichtung
und ein Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine
Si-Halbleitervorrichtung, die für Überprüfungen von Fehlern
von Verdrahtungen auf einem integrierten Halbleiterschal
tungschip und zum Überprüfen auf Fehler eines Verdrahtungs
systems wie Durchgangs- und Kontaktlöcher geeignet sind.
Hinsichtlich bekannter Fehlererfassungs- und Analyseverfah
ren für eine Halbleitervorrichtung wie eine integrierte
Halbleiterschaltung, die Objekt der vorliegenden Erfindung
ist, sind beispielsweise zu nennen: Japanische Patentoffen
legungsschrift Nr. 6-300824 (im folgenden als Dokument 1
bezeichnet), Nikawa, K. C. Matsumoto und S. Inoue, "Verifi
cation and Improvement of the Optical Beam Induced Resi
stance Variation (OBRICH) Method", Proc. International Sym
posium for testing and Failure Analysis, Seiten 11-16
(1994) (im folgenden als Dokument 2 bezeichnet) (beide Do
kumente 1 und 2 werden im folgenden als Stand der Technik 1
bezeichnet), Koyama, T., Mashiko, M. Sekine, H. Koyama und
K. Horie, "New non-bias optical beam induced current tech
nique for eva1uation of Al interconnects", Proc. IRPS, Sei
ten 228-233 (1995) (im folgenden als Dokument 3 bezeichnet)
und Mashiko, Y., T. Koyama und H. Koyama, Proc. 6th Euro
pean Symp. Rel. Electron Devices, Failure Phys. And Analy
sis, Seiten 293-298 (1995) (im folgenden als Dokument 4 be
zeichnet) (beide Dokumente 3 und 4 werden im folgenden als
Stand der Technik 2 bezeichnet).
Die Geräte des Standes der Technik 1 und 2 haben einen ge
meinsamen Aufbau. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Untersu
chungsgerätes für eine Halbleitervorrichtung, der in diesen
Dokumenten offenbart ist. Auf einem Probenträger 111 ist
eine integrierte Schaltung 160 als Probe montiert. Ein von
einem Laserstrahl-Erzeugungsabschnitt 113 emittierter La
serstrahl fällt in einen Mikroskopabschnitt 114 ein und
wird, nach Konvergierung, auf einen Chip der integrierten
Schaltung 116 eingestrahlt. Eine Konstantleistungsquelle
115, ein Stromvariations-Detektorabschnitt 117 und ein
Testmuster-Erzeugungsabschnitt 118 sind mit dem Probenträ
ger 111 verbunden. Der Testmuster-Erzeugungsabschnitt 118
dient der Erzeugung von Testmustern zum Einstellen der in
tegrierten Schaltung 116 in einen bestimmten Zustand, auf
die der Laserstrahl 119 eingestrahlt wird. Die Konstantlei
stungsquelle 115, der Stromvariations-Detektorabschnitt 117
und der Testmuster-Erzeugungsabschnitt 118, die mit dem
Probenträger 111 verbunden sind, werden elektrisch mit ent
sprechenden Stiften der integrierten Schaltung 116 verbun
den.
Der Mikroskopabschnitt 114, die Konstantleistungsquelle
115, der Stromvariations-Detektorabschnitt 117 und der
Testmuster-Erzeugungsabschnitt 118 werden mit einem Sy
stemsteuerungs-Signalverarbeitungsabschnitt 121 zum Steuern
des gesamten Systems und zum Verarbeiten eines aufgenomme
nen Signals verbunden. Der Systemsteuerungs-Signalverarbei
tungsabschnitt 21 ist so aufgebaut, daß er einen vorgegebe
nen Steuerbetrieb und eine Signalverarbeitung durchführt.
Ein Bildanzeigeabschnitt 122 ist aus einer CRT aufgebaut,
die mit dem Systemsteuerungs-/Signalverarbeitungsabschnitt
121 verbunden ist. Der Bildanzeigeabschnitt 122 ist so aus
gelegt, daß ein Bild als Ergebnis der Verarbeitung des auf
genommenen Signals darauf angezeigt wird.
Entsprechend dem vorbekannten Fehlererfassungs-
/Analyseverfahren für eine Halbleitervorrichtung wird der
Laserstrahl auf einen Bereich der integrierten Schaltung
116, der zu untersuchen ist, eingestrahlt und mit dem La
serstrahl abgetastet. Anschließend wird ein Ansteigen des
Widerstandes aufgrund eines Ansteigens der Temperatur durch
das Ansteigen des eingestrahlten Lichtes (Stand der Technik
1) und eine Erzeugung von thermisch erzeugter EMF (Stand
der Technik 2) als eine Stromvariation unter Verwendung des
Stromvariations-Detektorabschnittes 117 erfaßt. An
schließend wird beispielsweise synchron mit dem Abtasten
durch den Laserstrahl 119 eine Variation in dem Strom, der
durch die Verdrahtung fließt und zu erfassen ist, auf dem
Bildanzeigeabschnitt 122 in Form von Variationen der Lumi
nanz oder in Form von Falschfarben dargestellt, die durch
Wandeln der Luminanz aus Vereinfachungsgründen erzielt
wird, wobei die Variationen jeder bestrahlten Position ent
sprechen. Auf diese Weise sind die Erfassung von einer
Lücke von mehr als 0,1 µm in der Verdrahtung (Dokument 2),
einer Lücke von mehr als 0,5 µm in der Verdrahtung (Doku
ment 3) und einer parasitären Zwischenschicht von etwa 50
nm zwischen einem Übergangsbereich (Brücke, "via") und ei
ner Verdrahtung (Dokument 4) möglich.
Das Prinzip zu ihrer Erfassung wird kurz erläutert.
Zunächst wird das Prinzip des Standes der Technik 1 be
schrieben. Es sei angenommen, daß die Variation des Stroms
aufgrund eines Temperaturanstiegs beim Einstrahlen des
Strahls auf den Bereich einer Verdrahtung in einer inter
grierten Schaltung mit ΔI bezeichnet wird. Angenommen, daß
eine konstante Spannung den gegenüberliegenden Enden der
Verdrahtung angelegt wird und das System in Reihe mit der
Verdrahtung geschaltet ist, wird die Variation ΔI des Stro
mes durch die folgende Gleichung (1) angenähert
ΔI-(ΔR/R)I . . . (1)
wobei R der Widerstand ist, der durch Aufsummieren des Wi
derstandes der Verdrahtung und es Widerstandes des Systems,
das in Reihe mit der Verdrahtung geschaltet ist, erhalten
wird, wenn kein Strahl eingestrahlt wird, und wobei ΔR die
Variation des Widerstandes der Verdrahtung aufgrund der Be
strahlung ist. Desweiteren ist I der Strom, der durch die
Verdrahtung fließt, wenn kein Strahl eingestrahlt wird.
Da der Widerstand R konstant ist, wenn die zu untersuchende
Verdrahtung und das damit in Reihe verbundene System be
stimmt sind, kann das Produkt der Variation ΔR des Wider
standes und des Stroms I durch Messen der Variation ΔI des
Stroms erhalten werden, solange die anderen Bedingungen
konstant gehalten werden. Wenn desweiteren der Strom I kon
stant gestaltet wird, kann die Rate der Variation ΔR des
Widerstandes in jedem Bereich der Verdrahtung erfaßt wer
den. Eine detaillierte Beschreibung hinsichtlich dessen er
folgt nun.
Dies ist in den Dokumenten 1 und 2 als ein Erfassungsver
fahren von Defekten wie Lücken und Si-Abscheidungen be
schrieben. Insbesondere, wenn die Strahlbedingungen, die
Materialien der bestrahlten Bereiche und die Formen die
gleichen sind, hängen die Verhältnisse der Variation ΔR des
Widerstandes in jedem Bereich nur von seiner thermischen
Leitfähigkeit ab, falls Defekte wie Lücken oder Si-Abschei
dungen in der Verdrahtung vorhanden sind, ändert sich die
thermische Leitfähigkeit. Es konnte experimentell bestätigt
werden, daß die Differenz des Verhältnisses der Variation
ΔR des Widerstandes aufgrund des Effektes beobachtet werden
kann. Da die Lücken und Si-Abscheidungen in der Verdrahtung
als Faktoren zum Beurteilen der Zuverlässigkeit der inte
grierten Schaltung wichtig sind, ist dieser Effekt wichtig.
Hinsichtlich der Größen der Lücken, die mit diesen Verfah
ren erfaßt werden können, sind solche mit einer Minimal
größe von 0,1 µm im Dokument 2 offenbart. Zum Verifizieren
der Anwesenheit von Lücken von etwa 0,1 µm wurde dabei SIM
(Scanning Type Ion Microscope, Abtastionenmikroskopie) ver
wendet. Dieses Verfahren wird als OBIRCH-Verfahren (Optical
Beam Induced Resistence Change Method, Verfahren mit op
tisch induzierter Widerstandsänderung) bezeichnet.
Die Wirksamkeit eines sog. NB-OBIC-Verfahrens (Non-Bias Op
tical Beam Induced Current Method) (Stand der Technik 2),
das den thermoelektrischen Effekt durch Laserstrahlheizung
zur Erfassung von Fehlern wie Lücken des Verdrahtungssy
stems (Dokument 3) verwendet, ist auch als ein Verfahren
mit Strahlheizung beschrieben. Dieses NB-OBIC-Verfahren un
terscheidet sich von dem OBIRCH-Verfahren nur dadurch, daß
der zu untersuchenden integrierten Schaltung keine Spannung
angelegt werden muß, und die anderen Bedingungen sind die
gleichen wie beim OBIRCH-Verfahren. Es soll festgestellt
werden, daß, anders als das OBIRCH-Verfahren, das später
beschriebene NB-OBIC-Verfahren nicht prinzipiell für die
Beobachtung des Stromes verwendet werden kann. Das Prinzip
des NB-OBIC-Verfahrens wird wie folgt erläutert.
Insbesondere wenn Defekte in dem Verdrahtungssystem exi
stieren, ist die thermische Leitfähigkeit der Bereiche der
Defekte unterschiedlich von solchen ohne Defekte. Mit ande
ren Worten unterscheidet sich der thermische Leitfähig
keitszustand wegen der Existenz der Defekte. Aufgrunddessen
wird ein Temperaturgradient erzeugt, was in der Erzeugung
von thermisch generierter EMF resultiert. Die thermisch ge
nerierte EMF wird als Strom erfaßt. Im Dokument 3 ist be
schrieben, daß die minimale Größe der Lücke, die mit dem
Verfahren entdeckt werden kann, etwa 0,5 µm beträgt. Zum
Verifizieren der Anwesenheit der Lücken von etwa 0,5 µm
wurde ein SEM (Scanning Electron Microscope, Abtastelektro
nenmikroskop) verwendet.
Desweiteren ist im Dokument 4 offenbart, daß durch Anlegen
einer gewissen Spannung (0,23 V) eine parasitäre Zwischen
schicht von etwa 50 nm Dicke unter dem Übergang gemäß die
sem Prinzip erfaßt werden kann. Dabei wurde das SEM (Scan
ning Electron Microscope, Abtastelektronenmikroskop) auch
dazu verwendet, die Existenz einer parasitären Zwi
schenschicht von etwa 50 nm Dicke zu verifzieren.
Fig. 2 ist eine Erläuterungsansicht zum Erläutern des
Grundkonzepts eines Verfahrens zur Erfassung von Defekten
mittels dem obengenannten Stand der Technik 1 und 2.
Aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung sind ein Si-
Substrat und ein Isolierfilm wie ein Abdeckisolierfilm, ein
Zwischenschichtisolierfilm und ein Basisoxidfilm weggelas
sen. Im Stand der Technik 1 und 2 kann die Lücke 508, die
auf dem Zwischenschichtisolierfilm 201 und am Boden der
Verdrahtung 102 angeordnet ist, erfaßt werden, und ihre
Größe beträgt 0,1 µm oder mehr, wie oben beschrieben wurde.
Desweiteren kann die parasitäre Zwischenschicht 507 unter
Verwendung des Standes der Technik 2 erfaßt werden, und
ihre Dicke beträgt 50 nm oder mehr, wie oben beschrieben
wurde. Das Erfassungsverfahren für die parasitäre Zwischen
schicht 507 ist wie folgt. Es sei angenommen, daß ein La
serstrahl 504 auf eine Metallverdrahtung 102 eingestrahlt
wird, die eine zweite Schicht einer Halbleitervorrichtung
ist, und, in einigen Fällen, wird der Laserstrahl 504 in
Richtung des Pfeils 123 abtastend geführt, was durch eine
unterbrochene Linie angezeigt ist. Wenn der Strom 112 durch
die Verdrahtung 102, die Brücke 103 und die Verdrahtung 101
fließt, erhöht die Bestrahlung durch den Laser 504 die Tem
peratur der parasitären Zwischenschicht 507, was zu einem
Anstieg des Stromes durch die parasitäre Zwischenschicht
507 aufgrund der Temperaturcharakteristik der Schicht 507
führt. Durch Erfassung der Variation ΔI des Stromes können
die Bereiche der parasitären Zwischenschichtstruktur, die
auf der Halbleitervorrichtung vorhanden ist, erfaßt werden.
Es gibt die folgenden Probleme bei dem konventionellen Feh
lererfassungsverfahren für die Halbleitervorrichtung und
dem entsprechenden Gerät wie oben beschrieben. Dieses Pro
blem ist ein Hindernis bei der Anwendung dieses Verfahrens
auf die Analyse mit hoher Empfindlichkeit für das Verdrah
tungssystem.
- 1) Die Minimalgröße der Lücke, die mit der bekannten Tech nik erfaßt werden kann, beträgt etwa 0,1 µm, und die Mini maldicke der parasitären Zwischenschicht unter der Brücke (dem Übergang; "via") beträgt etwa 50 nm, wie oben be schrieben wurde. Bei aktuellen fehleranfälligen Produkten wird ein dünner Isolierfilm von weniger als 10 nm an der Grenzfläche zwischen der Brücke und der Verdrahtung er zeugt, und es ergibt sich das Problem, daß ein Phänomen auftritt, das zu einer Widerstandsanomalität führt, was die Vorrichtungscharakteristika beeinträchtigt.
- Eine klare Beobachtung solcher dünnen Filme ist ohne ein TEM (Transmission Electron Microscope, Transmissionselek tronenmikroskop) nicht möglich. Da es desweiteren keinen Weg gibt zu wissen, in welchen Brücken, die als für elek trische Fehler anfällig angesehen werden, ein solcher dün ner Isolierfilm existiert, war es nur dann möglich, die Be reiche (Parasität-MIM-Strukturspots) der Grenzfläche zwi schen der Brücke und der Verdrahtung unter Verwendung von TEM zu untersuchen, in denen ein dünner Isolierfilm mit we niger als 10 nm erzeugt wurde, wenn die Probe unter Extrem bedingungen erzeugt wurde, so daß der Isolierfilm entweder über den gesamten elektrisch beobachteten Bereich oder in Brücken existierte.
- 2) Heutige Si-Vorrichtungen mit 2 oder 3 Ebenen sind nicht ungewöhnlich, und Vorrichtungen mit Mehrschichtstruktur aus 4 Ebenen oder mehr wurden in Angriff genommen. Bei solchen Mehrlagen-Verdrahtungsstrukturen hat die Verdrahtung auf dem oberen Bereich der Vorrichtung eine größere Breite als die im unteren Bereich. Die Beobachtung des Verdrahtungssy stems, das im unteren Lagenbereich angeordnet ist, ist schwieriger, wenn die Beobachtung von der Chipoberfläche aus durchgeführt wird.
- 3) Wenn die Analyse nach dem Montieren durchgeführt wird, wobei in der Montageform der größere Teil der Oberfläche des Chips mit Zuleitungsdrähten wie einem LOD-Paket (Lead- on-chip) bedeckt ist, ist die Beobachtung des gesamten Chips von der Oberfläche des Chips aus schwierig. Desweite ren ist in der Montageform, bei der die Oberfläche des Chips vollständig mit einem keramischen Substrat u. dgl. be deckt ist, die Beobachtung von der Oberfläche des Chips aus sehr schwierig.
Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Pa
rasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahrens für eine Halblei
tervorrichtung und eines Parasitär-MIM-Strukturspotanaly
severfahrens für eine Si-Halbleitervorrichtung, die ein
Verdrahtungssystem mit hoher Empfindlichkeit analysieren
können.
Bei dem erfindungsgemäßen Parasitär-MIM-Strukturspotanaly
severfahren für eine Halbleitervorrichtung wird ein Laser
strahl mit einer Strahlleistung von nicht weniger als 1 mW
auf einen Beobachtungsbereich einer Halbleitervorrichtung
von der Oberfläche eines Chips aus eingestrahlt, und ein
Anstieg in einem ersten Strom, der in einem Parasitär-MIM-Strukturspot
erzeugt wird, der ein Parasitärer Metall-Iso
lierfilm-Metallstrukturspot in dem Halbleitervorrich
tungschip ist, wird erfaßt als Anstieg in einem zweiten
Strom, der an einem vorgegebenen Anschluß der Halbleiter
vorrichtung auftritt, wobei der Anstieg des ersten Stromes
mit einem Temperaturanstieg aufgrund der Bestrahlung mit
dem Laserstrahl verbunden ist und aufgrund einer Temperatur
abhängigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristik des para
sitären MIM-Strukturspots auftritt, wodurch der Parasitär-MIM-Strukturspot
in dem Beobachtungsbereich erfaßt wird.
Insbesondere wird erfindungsgemäß der Laserstrahl mit einer
Strahlungsleistung von nicht weniger als 1 mW verwendet,
wodurch ein Parasität-MIM-Strukturspot mit einer Isolier
substanzschicht von etwa 10 nm oder weniger Dicke als ein
Isolierfilm 3 erfaßt werden kann, dessen Erfassung schwie
rig war.
Bei dem vorstehend genannten Parasitär-MIM-Strukturspotana
lyseverfahren für eine Halbleitervorrichtung kann desweite
ren ein erster Schritt vorgesehen sein, bei dem der erfaßte
Parasitär-MIM-Strukturspot einer vorbereitenden Behandlung
durch Polieren oder Querschneiden unter Verwendung eines
Fokusionenstrahlgerätes ausgesetzt wird, und ein zweiter
Schritt, bei dem eine Untersuchung der Probe unter Verwen
dung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) durchge
führt wird. Insbesondere wird erfindungsgemäß in dem ersten
Schritt ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von nicht we
niger als 1,0 µm eingestrahlt, und eine Variation des Stro
mes zum Zeitpunkt der Einstrahlung wird erfaßt, wodurch der
parasitäre MIM-Strukturspot erfaßt wird, und im zweiten
Schritt wird das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) für
den erfaßten parasitären MIM-Strukturspot verwendet, wo
durch eine Analyse wie einer Strukturanalyse des parasitä
ren MIM-Strukturspots durchgeführt wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Parasitär-MIM-Strukturspotana
lyseverfahren für eine Si-Halbleitervorrichtung wird ein
Laserstrahl mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,0
µm in einen Beobachtungsbereich der Si-Halbleitervorrich
tung von entweder der Vorderfläche oder der Rückfläche ei
nes Chips eingestrahlt, und ein Ansteigen in einem ersten
Strom, der in einem Parasitär-MIM-Strukturspot der Si-Halb
leitervorrichtung Chips erzeugt wird, wird als Anstieg in
einem zweiten Strom erfaßt, der an einem vorgegebenen An
schluß der Halbleitervorrichtung auftritt, wobei der An
stieg des ersten Stroms mit einem Temperaturanstieg durch
die Einstrahlung des Laserstrahls verbunden ist und wegen
der Temperaturabhängigkeit der Strom-Spannungs-Charakteri
stik des parasitären MIM-Strukturspots auftritt, so daß der
parasitäre MIM-Strukturspot in dem Beobachtungsbereich er
faßt wird.
Insbesondere ist erfindungsgemäß durch Verwendung des La
serstrahls mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,0
µm die Erfassung des parasitären MIM-Strukturspots nicht
nur von der Vorderfläche des Si-Chips, sondern auch von
dessen Rückseite möglich. Durch Verwendung eines Laser
strahls mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,2 µm
wird die Erfassung des parasitären MIM-Strukturspots auch
bei Vorrichtungen leichter, bei denen das Problem des Auf
tretens des OBIC-Phänomens (Optical Beam Induced Current)
auftritt.
Desweiteren kann in dem vorstehenden Parasitär-MIM-Struk
turspot-Analyseverfahren für eine Si-Vorrichtung ein erster
Schritt vorgesehen sein, in dem der erfaßte Parasitär-MIM-Strukturspot
einer Vorbehandlung durch Polieren oder einem
Querschneiden unter Verwendung eines fokussierten Ionen
strahlgerätes ausgesetzt wird, um eine Probe für ein Trans
missionselektronenmikroskop (TEM) vorzubereiten, und ein
zweiter Schritt, bei dem eine Beobachtung der Probe unter
Verwendung des Transmissionselektronenmikroskops TEM durch
geführt wird.
Insbesondere wird erfindungsgemäß in dem ersten Schritt ein
Laserstrahl mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,0
µm aufgestrahlt, und eine Variation des Stromes bei der Be
strahlung wird erfaßt, wodurch der parasitäre MIM-Struk
turspot erfaßt wird, und im zweiten Schritt wird das Trans
missionselektronenmikroskop TEM für den erfaßten parasitä
ren MIM-Strukturspot verwendet, wodurch eine Analyse wie
eine Strukturanalyse des parasitären MIM-Strukturspots
durchgeführt wird.
Für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und ihrer
Vorteile wird nunmehr Bezug auf die folgende Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Fehlererfas
sungsgerätes für eine Halbleitervorrichtung, das früher
vorgeschlagen wurde,
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Grundkonzepts
eines Verfahrens zur Erfassung der Defekte durch den Stand
der Technik 1 und 2,
Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung des Grundkonzeptes
eines ersten Ausführungsbeispiels des Parasitär-MIM-Struk
turspotanalyseverfahrens für eine Halbleitervorrichtung ge
mäß der Erfindung,
Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des Grundkonzeptes
eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer
Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine Halb
leitervorrichtung,
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Grundkonzeptes
eines dritten Ausführungsbeispiels eines Parasitär-MIM-
Strukturspotanalyseverfahrens für eine Halbleitervorrich
tung gemäß der Erfindung,
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung des Grundkonzeptes
eines vierten Ausführungsbeispiels eines
Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahrens für eine Halbleitervorrich
tung gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung eines ersten Bei
spiels der Erfindung und
Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung eines zweiten Bei
spiels der Erfindung.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung be
schrieben.
In dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pa
rasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahrens für eine Halblei
tervorrichtung wird:
- a) ein Laserstrahl mit einer Strahlungsleistung von nicht weniger als 1 mW auf den Beobachtungsbereich einer Halblei tervorrichtung von der Oberflächenseite eines Chips her eingestrahlt, und
- b) die Variation des Stroms aufgrund der Bestrahlung durch den Laserstrahl auf den Parasitär-MIM-(Metall-Isolator-Me tall)-Strukturspot auf dem Chip der Halbleitervorrichtung wird als Variation in einem Strom erfaßt, der an einem be stimmten Anschluß der Halbleitervorrichtung auftritt, um den Parasitär-MIM-Strukturspot innerhalb des Beobachtungs bereichs zu finden.
Insbesondere wird im ersten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung ein Laserstrahl mit einer Strahlleistung von nicht we
niger als 1 nW eingesetzt.
In dieser Beschreibung bedeutet Strahlleistung des Laser
strahls die auf eine Probe eingestrahlte Leistung.
Bei dem bekannten Verfahren wird, wie in den Dokumenten 3
und 4 erwähnt ist, ein He-Ne-Laser (Wellenlänge: 633 nm) mit
einer Strahlleistung von etwa 0,7 mW eingesetzt. Die Ausga
beleistung dieser Laserquelle beträgt 2 mW, wie in Dok. 2
beschrieben ist. Auf Grund dessen hat ein Laserstrahl mit ei
ner Leistung von nicht weniger als 1 mW ungefähr die 1,5-fache
Leistung des Lasers der bekannten Technik. Einzelhei
ten der Beziehungen zwischen der Leistung und der erfaßba
ren Phänomene wurden noch nicht geklärt. Wie jedoch durch
andere Ausführungsbeispiele, die später beschrieben werden,
angezeigt wird, wurde bei einem Experiment mit einer Lei
stung von 7 mW, was 10 mal oder mehr der Leistung in der
bekannten Technik beträgt, eine parasitäre MIM-Struktur
einschließlich einer dünnen Isolierschicht von etwa 3 nm
beobachtet. Wenn desweiteren eine Beobachtung von der Rück
seite des Chips aus durchgeführt wurde, und zwar in einem
Experiment mit einer Strahlleistung von 2,4 mW, wurde eine
parasitäre MIM-Struktur einschließlich einer dünnen Iso
lierschicht von etwa 3 nm beobachtet. Da der Anteil der
Strahlung auf die Drähte auf etwa die Hälfte während der
Beobachtung von der Rückseite des Chips vermindert wurde,
wurde geschlossen, daß die Strahlleistung auf die Drähte
bei etwa 1,2 mW lag. In unserem Experiment trat anderer
seits kein Fall auf, bei dem eine parasitäre MIM-Struktur
während einer Beobachtung mit einer Strahlleistung von 0,7
mW beobachtet werden konnte. Dies ist der Grund dafür, die
Strahlleistung auf nicht weniger als 1 mW im ersten Ausfüh
rungsbeispiel einzustellen.
Der Effekt, daß der Strom ansteigt, wenn der Laserstrahl
auf die parasitäre MIM-Struktur eingestrahlt wird, wird be
schrieben. Es wurde experimentell bestätigt, daß dieser Ef
fekt nicht durch Licht sondern durch Wärme verursacht wird.
Insbesondere wurde bestätigt, daß der Effekt sich deutli
cher zeigte, nachdem ein Kohlenstoffilm an der Oberfläche
der Probe angebracht wurde. Licht wird jedoch durch Anbrin
gen des Kohlenstoffilms an der Oberfläche der Probe abge
schirmt, und die Wandlungseffizienz von Laser in Wärme wird
erhöht. Dies impliziert, daß der Anstieg des Stroms am pa
rasitären MIM-Strukturspot der Wärme zugeschrieben werden
kann.
Desweiteren zeigen die experimentellen Ergebnisse, daß ein
Ansteigen des Stroms in dem parasitären MIM-Strukturspot
unterschiedlich zu dem im Stand der Technik gemäß 1 und 2
ist. Ein Anstieg des Stroms tritt manchmal nicht bei einer
langen kontinuierlichen Überwachung des parasitären MIM-Strukturspots
unter Anwendung des Verfahrens des ersten
Ausführungsbeispiels auf. Wenn ein Querschnittsbereich ei
nes solchen Spots unter Verwendung von TEM nach Vorberei
tung mit FIB (Focus Ion Beam) durchgeführt wurde, wurde be
obachtet, daß ein kleiner Teil des parasitären Isolierfilms
gebrochen war. Falls ein Effekt, der im Stand der Technik
gemäß 1 und 2 aufgefunden wurde, zum Auftreten verursacht
wurde, würde die Beschädigung eines solch kleinen Spots
keine Variation im Strom verursachen. Dementsprechend kann
das Ansteigen des Stroms am parasitäten MIM-Strukturspot
einem dritten Effekt zugeschrieben werden.
Es wurde phänomenologisch klargestellt, was der dritte Ef
fekt ist. Es wurde experimentell bestätigt, daß der Tempe
raturkoeffizient (TCR) des Widerstandes einer Übergangs
kette einschließlich einer Anzahl parasitärer MIM-Struktu
ren anders als bei der normalen Übergangskette negativ ist.
Mit anderen Worten vermindert ein Anstieg der Temperatur
den Widerstand. Von dem Meßergebnis kann geschlossen wer
den, daß der TCR beim parasitären MIM-Strukturspot negativ
ist. Dies ist das physikalische Phänomen, auf dem die vor
liegende Erfindung beruht.
Grundsätzliche Faktoren, die die Erfassungsempfindlichkeit
bestimmen, sind die Effizienz des Lasers für die Bestrah
lung und Empfindlichkeit eines Stromvariationsdetektors. In
dem Fall, der in den Dokumenten 2, 3 und 4 dargestellt ist,
wird jedoch der gleiche Typ von Stromvariationsdetektor
(DOB-10, hergestellt von JOEL) verwendet, so daß die Emp
findlichkeit des Stromvariationsdetektors konstant ist.
Dementsprechend wird die Empfindlichkeit solange nicht er
wähnt, wie keine Notwendigkeit dafür gesehen wird.
Im ersten Ausführungsbeispiel war es durch Einsatz eines
Laserstrahls mit einer Strahlleistung von nicht weniger als
1 mW möglich, einen parasitären MIM-Strukturspot mit einer
Isoliermaterialschicht von etwa 10 nm oder weniger als Iso
lierfilmbereich zu detektieren, was bis heute als schwierig
angesehen wurde.
Das Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine
Si-Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbei
spiel der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Aus
führungsbeispiel dadurch, daß die Wellenlänge des verwende
ten Lasers nicht weniger als 1,0 µm betragen soll und daß
das beobachtete Objekt eine Si-Halbleitervorrichtung ist.
In Anspruch 1 ist die Wellenlänge des zu verwendenden La
sers nicht speziell eingeschränkt, jedoch ist beim Stand
der Technik die Wellenlänge des Lasers auf 633 nm be
schränkt. Ein Laser mit 633 nm Wellenlänge wird auch in dem
in Fig. 7 dargestellten Beispiel verwendet.
Der Grund, warum die Wellenlänge des zu verwendenden Lasers
auf nicht weniger als 1,0 µm begrenzt ist, und der Grund,
warum das beobachtete Objekt Si sein soll, beziehen sich
aufeinander, und es gibt zwei Gründe, wie im folgenden be
merkt werden wird.
- 1) Es wurde oben dargestellt, daß die Beobachtung von der Seitenfläche eines Chips aus schwierig ist. Dieses Problem der Schwierigkeit bei der Beobachtung kann jedoch vermieden werden, falls eine Untersuchung von der Rückseite her mög lich wird. Zur Untersuchung von der Rückseite her ist es erforderlich, daß der Laserstrahl bis zu einem gewissen Grad durch ein Si-Substrat gelangt. Die Verwendung eines P-Substrats, das als bestes verwendet wurde, wird erläutert. Seine Abhängigkeit der Transmission von der Wellenlänge ist in einem Artikel von Joseph, T.W., A.L. Berry and B. Boss mann, "Infrared Laser Microscopy of Structures on Heavily Doped Silicon", Proc. International Symposium for testing and Failure Analysis, Seiten 1-7 (1992) (Dokument 5) be schrieben. Dieses Dokument offenbart, daß die Transmittanz nahezu Null bei einer Wellenlänge von nicht mehr als 1,0 µm ist, und wenn die Wellenlänge größer wird, steigt die Transmittanz. Insbesondere wenn die Wellenlänge etwa 1,1 µm beträgt, liegt die Transmittanz durch 625 µm dickes P-Si-Substrat bei etwa 43%, bei etwa bei 1,2 µm bei etwa 56% ma ximal; bei 1,3 µm etwa bei 55% und bei 1,3 µm bis 1,7 µm bei 50% oder mehr, obwohl es sich nach und nach in diesem Bereich etwas vermindert. Dementsprechend sollte bei der Beobachtung von der Rückseite her die Wellenlänge des Laserstrahls nicht geringer als 1 µm und vorzugsweise im Bereich von 1,1 bis 1,7 µm liegen.
- 2) Als Effekt, der eine Variation des Stroms induziert, und der ein anderer Effekt ist als der, der in der vorliegenden Erfindung und im Stand der Technik erwähnt ist, ist OBIC (Opitcal Beam Induced Current) bekannt. Der OBIC-Effekt ist ein Effekt, bei dem ein Paar aus einem Elektron und einem Loch, das in Si durch den Laserstrahl angeregt wird, als Strom von einem Außenanschluß erfaßt wird. Wenn bei der Be obachtung der OBIC-Effekt auftritt, wird die Trennung des Stromes von der Stromvariation, die der parasitären MIM-Struktur zugeschrieben wird, manchmal schwierig, so daß die Erfassung der parasitären MIM-Struktur schwierig wird. Dementsprechend ist eine Gegenmaßnahme zum Verhindern des OBIC-Effektes bei solchen Vorrichtungen erforderlich, in denen der OBIC-Effekt auftritt. Als solche Gegenmaßnahme kann ein Laser mit einer Wellenlänge verwendet werden, bei dem der OBIC-Effekt nicht auftritt.
Hinsichtlich der Vorrichtungen, in denen der OBIC-Effekt
auftritt, wird hier eine kurze Erläuterung gegeben. Der
OBIC-Effekt tritt auf, wenn ein elektrisches Feld an dem
Spot im Halbleiter existiert, der durch den Laserstrahl be
strahlt wird, und gleichzeitig ein Weg für Stromfluß zwi
schen dem Spot und einem Anschluß existiert und der Weg
eine Variation des Stroms von der Außenseite erfaßt. Solche
Fälle treten normalerweise in allen Vorrichtungen außer bei
TEG auf (Test Element Croup; Testelementgruppe mit einer
Struktur, die nur für Testzwecke verwendet wird) . Dement
sprechend erfordern normale Vorrichtungen eine Gegenmaß
nahme zum Verhindern des Auftretens des OBIC-Effektes.
Die Grenzwellenlänge, bei der der OBIC-Effekt auftritt,
entspricht 1,12 eV, der Bandlückenenergie von Si für einen
intrinsischen Halbleiter, und 1,03 eV, der Energiedifferenz
zwischen As und B, die für gewöhnliche Si-Halbleitervor
richtungen Donatoren und Akzeptoren sind. Diese Energie
werte sind in Sze, S.M., Physics of Semiconductor Devices
(erste Ausgabe), John Wiley & Sons, Seite 30 (1969) (Doku
ment 6) beschrieben, und diese Werte sind Werte bei 300 K.
Mit Bezug auf diese Werte kann das Auftreten des OBIC-Ef
festes verhindert werden, wenn der verwendete Laser eine
Wellenlänge von nicht weniger als 1,20 µm aufweist. Experi
mentelle Ergebnisse, daß der OBIC-Effekt nicht auftritt,
wenn die Laserdiode eine Wellenlänge von 1,3 µm aufweist,
sind in Nikawa, K. und S. Inoue "New Laser Beam Heating Me
thods Applicable to Fault Localization and Defect Detection
in VSLI Devices", Proc. Inc. Int. Rel. Phys. Symp., Seiten
346-354 (1996) (Dokument 7) beschrieben.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird es, durch Verwen
dung eines Lasers mit einer Wellenlänge von nicht weniger
als 1,0 µm, wie oben beschrieben, möglich, einen parasitä
ren MIM-Strukturspot von nicht nur der Oberflächenseite des
Si-Chips sondern auch von seiner Rückseite aus zu erfassen,
und durch Verwendung eines Lasers mit einer Wellenlänge von
nicht weniger als 1,2 µm wird es einfacher, einen parasitä
ren MIM-Strukturspot von Vorrichtungen zu erfassen, bei
denen das Auftreten des OBIC-Effektes ein Problem sein
kann.
Es folgt eine Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Er
findung hinsichtlich des Schritts der Vorbereitung einer
Probe zum Beobachten mittels Transmissionselektronenmikro
skopie mittels der vorbereitenden Behandlung des erfaßten
parasitären MIM-Strukturspots mit einem Spaltgerät, einem
Fokusionenstrahlgerät od. dgl. und dem Schritt der Beobach
tung der Probe unter Verwendung eines Transmissionselektro
nenmikroskops.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel des Parasitär-MIM-Strukturspotanaylseverfahrens
für Halbleitervorrichtungen
gemäß der Erfindung umfaßt das Verfahren:
- (a) einen ersten Schritt der Einstrahlung eines Laser strahls mit einer Strahlleistung von nicht weniger als 1 mW auf den Beobachtungsbereich der Halbleitervorrichtung von der Oberflächenseite eines Chips aus, die Detektierung ei ner Variation im Strom aufgrund der Bestrahlung mit Laser strahl auf den parasitären MIM-Strukturspot des Chips der Halbleitervorrichtung als eine Variation in dem Strom, der an einem bestimmten Anschluß der Halbleitervorrichtung auf tritt, und Herausfinden des parasitären MIM-Strukturspots innerhalb des Beobachtungsbereichs, und
- (b) einen zweiten Schritt der Beobachtung des in dem ersten Schritt erfaßten parasitären MIM-Strukturspots nach einer Vorbereitungsbehandlung des parasitären MIM-Strukturspots mit FIB od. dgl.
Insbesondere wird im dritten Ausführungsbeispiel im ersten
Schritt, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, der Laser
strahl mit einer Strahlleistung mit 1 mW oder mehr auf den
Beobachtungsbereich der Halbleitervorrichtung eingestrahlt,
der parasitäre MIM-Strukturspot wird durch Erfassung der
Variation im Strom aufgrund der Bestrahlung mit dem Laser
strahl erfaßt, im zweiten Schritt wird TEM für den erfaßten
Spot eingesetzt, wodurch die Analyse einer solchen Struk
turanalyse für den parasitären MIM-Strukturspot durchge
führt wird.
In einem vierten Ausführungsbeispiel des
Parasitär-MIM-Strukturspot-Analyseverfahrens für Si-Halbleitervorrichtun
gen gemäß der Erfindung umfaßt das Verfahren:
- (a) einen ersten Schritt der Einstrahlung eines Laser strahls mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,0 µm auf einen Beobachtungsbereich einer Si-Halbleitervorrich tung von der Oberflächenseite oder der Rückseite eines Chips aus, Erfassung einer Variation in einem Strom auf grund der Einstrahlung des Laserstrahls auf den parasitären MIM-Strukturspot als Variation in einem Strom, der an einem bestimmten Anschluß der Halbleitervorrichtung auftritt, und Herausfinden des parasitären MIM-Strukturspots innerhalb des Beobachtungsbereichs, und
- (b) einen zweiten Schritt der Beobachtung des parasitären MIM-Strukturspots, der im ersten Schritt erfaßt wurde, nach einer Vorbereitungsbehandlung des parasitären MIM-Struk turspots mit FIB od. dgl.
Insbesondere in dem vierten Ausführungsbeispiel wird im er
sten Schritt, ähnlich wie im zweiten Ausführungsbeispiel,
der parasitäre MIM-Strukturspot durch Einstrahlung des La
serstrahls mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,0
µm und durch Erfassung der Variation im Strom aufgrund der
obigen Einstrahlung erfaßt, und in dem zweiten Schritt wird
eine Analyse wie eine Strukturanalyse für den parasitären
MIM-Strukturspot durchgeführt.
Fig. 3 zeigt ein Grundkonzept des ersten Ausführungsbei
spiels des Parasitär-MIM- Strukturspotanalyseverfahrens für
eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung. Zur Verein
fachung der Beschreibung sind Isolierfilme einschließlich
eines Abdeck-Isolierfilms, eines Zwischenschicht-Isolier
films, eines Hauptisolierfilm u. dgl. und ein Si-Substrat
weggelassen worden.
Ein Laserstrahl 104 wird auf eine Zweitschicht-Metallver
drahtung 102 einer Halbleitervorrichtung eingestrahlt. Der
Laserstrahl 104 wird abtastend in Richtung der Pfeile 123
geführt, wie durch die unterbrochene Linie dargestellt ist,
falls gewünscht. Das Abtastverfahren und der Aufbau des Ge
rätes sind die gleichen wie bei der bekannten Technik. Wenn
ein Strom 112 durch einen Draht 102, einem Übergang 103
(Brücke) und einen Draht 101 fließt, wird die Temperatur
des parasitären Isolierfilms 107 durch Bestrahlung mit dem
Laserstrahl 104 erhöht. Als Ergebnis steigt ein durch den
parasitären Isolierfilm 107 fließender Strom abhängig von
der Temperaturcharakteristik 107. Durch Erfassung der Va
riation in einem Strom ΔI kann dementsprechend der parasi
täre Strukturspot auf dem Isolierfilm in der Halbleitervor
richtung erfaßt werden.
Fig. 4 zeigt ein Grundkonzept für das zweite Ausführungs
beispiel des Parasitär-MIM- Strukturspotanalyseverfahrens
für eine Si-Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung. Je
des Element, das mit den Elementen von Fig. 3 gemeinsam
ist, ist mit denselben Bezugsziffern versehen, und eine Er
läuterung dieser Elemente wird weggelassen. Chips, die im
allgemeinen in eine Drahtgruppe 9 und ein Si-Substrat un
terteilt sind, sind dargestellt. Eine Figur, die eine ver
größerte Ansicht des durch den Laserstrahl bestrahlten
Spots darstellt, ist vorgesehen. Dieser Teil ist mit Aus
nahme des Laserstrahls der gleiche wie in Fig. 1. Der La
serstrahl 108 hat eine Wellenlänge von nicht weniger als
1,0 µm und kann nicht nur von der Seitenfläche eines Chips
sondern auch von der Rückseite des Chips eindringen, wie
vorstehend beschrieben wurde. Das Erfassungsprinzip ist
daßelbe wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels der
Erfindung.
Fig. 5 zeigt die Schritte des dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Parasitär-MIM- Strukturspotanalysever
fahrens für eine Halbleitervorrichtung. Im Schritt S 101
wird der parasitäre MIM-Strukturspot durch Einstrahlen ei
nes Laserstrahls mit einer Strahlleistung von nicht weniger
als 1 mW und durch Erfassen einer Variation des Stromes er
faßt. Im Schritt S102 wird eine Probe zur Untersuchung mit
TEM durch eine Vorbereitungsbehandlung des erfaßten parasi
tären MIM-Strukturspots mit FIB od. dgl. vorbereitet.
Schließlich wird im Schritt S103 eine Strukturanalyse des
erfaßten parasitären MIM-Strukturspots durchgeführt, und,
falls nötig, werden Elementaranalysen mit EDX (Energy Di
spersive X-Ray Analyzer; Energiedispersive Röntgenanalyse)
zusätzlich zu TEM oder EELS (Electron Energy Loss Spectros
copy; Elektronenenergieverlustspektroskopie) und Statusa
nylse durchgeführt, um die Eigenschaften des Isoliermateri
als klarzustellen.
Fig. 6 zeigt die Schritte des vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Parasitär-MIM- Strukturspotanalysen
verfahrens für eine Si-Halbleitervorrichtung. Dieses Aus
führungsbeispiel ist das gleiche wie das dritte Ausfüh
rungsbeispiel mit der Ausnahme, daß der Laser eine Wellen
länge von nicht weniger als 1,0 µm anstatt eines Lasers mit
einer Strahlleistung von nicht weniger als 1 mW aufweist.
Der Vorteil der Anwendung des Lasers mit einer Wellenlänge
von nicht weniger als 1,0 µm ist just der, der mit Bezug
auf das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf
die beigefügten Zeichnungen im folgenden beschrieben.
Ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Be
zug auf Fig. 7 erläutert.
Diesselben oder äquivalente Teile zu solchen von Fig. 3
werden mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Ihre Be
schreibung wird unterlassen. In diesem Beispiel wurde ein
TEG mit Doppellagenverdrahtung verwendet. Ein solches TEG
wird zur Entwicklung von Halbleitervorrichtungen oder für
Herstellungsversuche verwendet. In einigen Fällen wird das
TEG zur Optimierung von Herstellungsprozeßbedingungen im
Massenproduktionsprozeß verwendet.
Wenn ein TEG unter verschiedenen Bedingungen des Herstel
lungsprozesses vorbereitet wurde, wurde eins mit abnorm ho
hem Widerstand im Verdrahtungssystem aufgefunden. Dies
wurde als Probe verwendet. Die Probe hat eine Struktur, in
der etwa 2000 Übergänge abwechselnd an den Vorder- und
Rückbereichen mit Erstlagen- und Zweitlagenverdrahtungen
verbunden sind. Die Verdrahtung und der Übergangsbereich
sind in Fig. 7 dargestellt. Die Abmessungen der Brücken
oder Übergänge betragen etwa 0,6 µm Φ.
Wenn eine Spannung von 4,4 V über eine Konstantspannungs
quelle 105 angelegt wurde, floß ein Strom von 101 µA. Wenn
Stromänderungen in jedem Punkt von 212 × 212 Pixel als Hel
ligkeitsänderungen angezeigt wurden, wären ein Abtastlaser
strahl mit einer Strahlleistung von etwa 7 mW über einen
Bereich von etwa 300 µm , in dem die gesamte Brückenkette
untersucht werden kann, ein Bereich, d. h. der Bereich, in
dem der Strom aufgrund der Laserbestrahlung anstieg, gefun
den. Wenn der Bereich von 30 µm einschließlich des Berei
ches untersucht wurde, wurde der helle Bereich mit seinem
Zentrum bei einer Brücke aufgefunden.
Wenn als nächstes ein Querschnitt des Bereichs durch FIB
hergestellt wurde und direkt beobachtet wurde, wurde ein
spezieller anomaler Bereich aufgefunden. Anschließend wurde
die Probe unter Verwendung einer Schneidemaschine und FIB
zum Beobachten des Querschnitts unter Verwendung von TEM
bearbeitet. Das dabei verwendete Verfahren war das, das in
"Focused Ion Beam Application to Failure Analysis of Si De
vice Chip", Nikawa, K. IEICE Trans. on Fundamentals of
Electronics, Communications and Computer Sciences, Vol.
E77-A, Nummer 1, Seiten 174-179 (1994) beschrieben ist (im
folgenden als Dokument 8 bezeichnet). Wenn der Abschnitt
der in dieser Weise bearbeiteten Probe durch TEM untersucht
wurde, konnte bestätigt werden, daß eine dünne parasitische
Schicht 307 von etwa 3 nm Dicke zwischen der Brücke und der
Erstlagenverdrahtung vorhanden war. Aus dem Resultat der
Elementanalyse mit EDX, die an TEM angepaßt (gefittet)
wurde, enthielt die parasitäre Schicht 307 einen großen An
teil von Sauerstoff, so daß geschlossen wurde, daß die pa
rasitäre Schicht 307 ein Isolierfilm war.
Ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung wird mit
Bezug auf Fig. 8 erläutert.
Die gleichen und äquivalente Abschnitte wie in Fig. 3 sind
mit denselben Bezugsziffern illustriert, und ihre Beschrei
bung wird unterlassen. In diesem Beispiel wurde ein LSI mit
einer Dreilagenstruktur verwendet. In dieser Vorrichtung,
anders als beim ersten Beispiel, hat eine Drittlagenver
drahtung eine große Breite, und die Erst- und Zweitlagen
verdrahtung sind weitgehend durch die Drittlagenverdrahtung
abgedeckt, so daß sie nicht von der Chipfläche gesehen wer
den können. Aus diesem Grund wurde die Bestrahlung mit dem
Laserstrahl von der Chipoberfläche nicht durchgeführt, und
der Laserstrahl wurde von der Rückfläche des Chips einge
strahlt.
Eine Laserdiode mit einem Laserstrahl der Wellenlänge von
1,3 µm wurde zur Untersuchung von der Rückfläche aus einge
setzt. Obwohl die Bestrahlleistung auf die Probe 2,4 mW be
trug, wurde der Laserstrahl durch das Si-Substrat um etwa
50% gedämpft. Auf Grund dessen wurde für die Strahlleistung
zur Bestrahlung auf den Verdrahtungsabschnitt etwa 1,2 mW
angenommen.
Nachdem die Probe an ihrer Rückfläche aus einem Kunststoff
paket durch ein Schleifgerät verdünnt wurde, wurde die Flä
che des Chips unter Verwendung von Schmirgelpapier freige
legt. Anschließend wurde Spiegelpolieren durchgeführt. Wenn
anschließend die Untersuchung entsprechend den gleichen
Vorgängen wie im ersten Beispiel durchgeführt wurde, wurde
ein heller Bereich in einem Brückenbereich festgestellt.
Anschließend, nachdem die Vorderfläche des Chips mit den
selben Vorgängen wie im ersten Beispiel freigelegt wurde,
wenn eine direkte Observation des Querschnitts unter Ver
wendung von TEM durchgeführt wurde, wurde eine parasitäre
Schicht 407 ähnlich zu dem ersten Beispiel zwischen der
Brücke und der Erstpegelverdrahtung aufgefunden. Bei einer
Analyse dieser Schicht 407 mit EDX wurde ein großer Anteil
von Sauerstoff erfaßt, so daß für die Schicht 407 geschlos
sen wurde, daß sie ein Isolierfilm ist.
Wie oben beschrieben wird gemäß der Erfindung, die durch
die beigefügten Ansprüche 1 oder 3 definiert ist, eine Kon
stantspannung der Halbleitervorrichtung oder der Si-Halb
leitervorrichtung angelegt, und ein Laserstrahl mit einer
Strahleffizienz von mehr als einem vorgegebenen Wert wird
auf die Halbleitervorrichtung oder die Si-Halbleitervor
richtung als Probe eingestrahlt, wodurch Variationen in dem
Strom, der durch irgendeinen Anschluß fließt, erfaßt wer
den. Somit kann der Bereich, in dem die parasitäre MIM-Struktur
existiert, erfaßt werden. Der Laserstrahl mit ei
ner Wellenlänge von mehr als einem vorgegebenen Wert wird
eingestrahlt, wodurch die Erfassung des Bereichs, in dem
die parasitäre MIM-Struktur existiert, von der Rückseite
des Chips möglich wird. Desweiteren ist gemäß der vorlie
genden Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen 2 oder
4 definiert ist, eine Strukturanalyse des Bereichs der pa
rasitären MIM-Struktur, die in der oben beschriebenen Weise
festgestellt wurde, sowie eine Elementaranalyse und einer
Zustandsanalyse möglich. Somit können die Gründe für die
Anomalitäten in den Charakteristika der Vorrichtungen, die
aufgrund des sehr dünnen Isolierfilmens vorher Probleme wa
ren, schnell aufgeklärt werden.
Claims (4)
1. Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine
Halbleitervorrichtung mit den Schritten:
Einstrahlen eines Laserstrahls mit einer Bestrahlungslei
stung von nicht weniger als 1 mW auf einen Beobachtungsbe
reich einer Halbleitervorrichtung von der Oberfläche eines
Chips aus und
Erfassen eines Anstiegs in einem ersten Strom, der in einem parasitären MIM-Strukturspot erzeugt wird, der ein parasi tärer Metall-Isolator-Metallstrukturspot auf dem Halblei tervorrichtungschip ist, als ein Anstieg in einem zweiten Strom, der bei einem vorgegebenen Anschluß der Halbleiter vorrichtung auftritt, wobei der Anstieg des ersten Stroms mit einem Temperaturanstieg durch Einstrahlung des Laser strahls verbunden ist und aufgrund einer Temperaturabhän gigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristik des parasitären MIM-Strukturspots auftritt, wodurch der parasitäre MIM-Strukturspot in dem Beobachtungsbereich erfaßt wird.
Erfassen eines Anstiegs in einem ersten Strom, der in einem parasitären MIM-Strukturspot erzeugt wird, der ein parasi tärer Metall-Isolator-Metallstrukturspot auf dem Halblei tervorrichtungschip ist, als ein Anstieg in einem zweiten Strom, der bei einem vorgegebenen Anschluß der Halbleiter vorrichtung auftritt, wobei der Anstieg des ersten Stroms mit einem Temperaturanstieg durch Einstrahlung des Laser strahls verbunden ist und aufgrund einer Temperaturabhän gigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristik des parasitären MIM-Strukturspots auftritt, wodurch der parasitäre MIM-Strukturspot in dem Beobachtungsbereich erfaßt wird.
2. Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren nach Anspruch
1, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist:
Polieren oder Querschneiden mit einem Fokus-Ionenstrahlge rät des erfaßten parasitären MIM-Strukturspots als Vorbe reitungsbehandlung, wodurch eine Probe für Transmissi onselektronenmikroskopie vorbereitet wird, und
Untersuchen der Probe unter Verwendung von Transmissionen elektronenmikroskopie.
Polieren oder Querschneiden mit einem Fokus-Ionenstrahlge rät des erfaßten parasitären MIM-Strukturspots als Vorbe reitungsbehandlung, wodurch eine Probe für Transmissi onselektronenmikroskopie vorbereitet wird, und
Untersuchen der Probe unter Verwendung von Transmissionen elektronenmikroskopie.
3. Parasitär-MIM-Strukturanalyseverfahren für eine Si-Halb
leitervorrichtung mit den Schritten:
Einstrahlen eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,0 µm auf einen Beobachtungsbereich der Si-Halbleitervorrichtung von entweder der Vorderseite eines Chips oder seiner Rückseite und
Erfassen eines Anstiegs in einem ersten Strom, der in dem parasitären MIM-Strukturspot der Si-Halbleitervorrich tungschips erzeugt wird, als Anstieg in einem zweiten Strom, der an einem vorgegebenen Anschluß der Si-Halblei tervorrichtung auftritt, wobei der Anstieg des ersten Stroms mit einem Temperaturanstieg aufgrund der Einstrah lung des Laserstrahls verbunden ist und aufgrund einer Tem peraturabhängigkeit der Strom-Spannungscharakteristik des parasitären MIM-Strukturspots auftritt, wodurch der parasi täre MIM-Strukturspot in dem beobachteten Bereich erfaßt wird.
Einstrahlen eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 1,0 µm auf einen Beobachtungsbereich der Si-Halbleitervorrichtung von entweder der Vorderseite eines Chips oder seiner Rückseite und
Erfassen eines Anstiegs in einem ersten Strom, der in dem parasitären MIM-Strukturspot der Si-Halbleitervorrich tungschips erzeugt wird, als Anstieg in einem zweiten Strom, der an einem vorgegebenen Anschluß der Si-Halblei tervorrichtung auftritt, wobei der Anstieg des ersten Stroms mit einem Temperaturanstieg aufgrund der Einstrah lung des Laserstrahls verbunden ist und aufgrund einer Tem peraturabhängigkeit der Strom-Spannungscharakteristik des parasitären MIM-Strukturspots auftritt, wodurch der parasi täre MIM-Strukturspot in dem beobachteten Bereich erfaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
wobei das Verfahren weiterhin aufweist die Schritte:
Polieren oder Querschneiden des erfaßten parasitären MIM-Strukturspots
mit einem Fokus-Ionenstrahlgerät als eine
Vorbereitungsbehandlung, wodurch eine Probe für Transmissi
onselektronenmikroskopie hergestellt wird, und
Untersuchen der Probe unter Verwendung von Transmissi
onselektronenmikroskopie.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8208102A JP2962234B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 半導体デバイスの寄生MIM構造箇所解析法及びSi半導体デバイスの寄生MIM構造箇所解析法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19734047A1 true DE19734047A1 (de) | 1998-02-12 |
Family
ID=16550676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19734047A Withdrawn DE19734047A1 (de) | 1996-08-07 | 1997-08-06 | Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für Halbleitervorrichtungen und Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine Siliziumhalbleitervorrichtung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6320396B1 (de) |
JP (1) | JP2962234B2 (de) |
KR (1) | KR100263258B1 (de) |
DE (1) | DE19734047A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113406472A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-17 | 世强先进(深圳)科技股份有限公司 | 一种发光芯片失效原因背面分析方法 |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5914613A (en) | 1996-08-08 | 1999-06-22 | Cascade Microtech, Inc. | Membrane probing system with local contact scrub |
US6256882B1 (en) | 1998-07-14 | 2001-07-10 | Cascade Microtech, Inc. | Membrane probing system |
US6072179A (en) * | 1998-08-07 | 2000-06-06 | Intel Corporation | Method and apparatus using an infrared laser based optical probe for measuring voltages directly from active regions in an integrated circuit |
US6445202B1 (en) | 1999-06-30 | 2002-09-03 | Cascade Microtech, Inc. | Probe station thermal chuck with shielding for capacitive current |
US7235800B1 (en) * | 2000-05-31 | 2007-06-26 | Advanced Micro Devices, Inc. | Electrical probing of SOI circuits |
US6965226B2 (en) | 2000-09-05 | 2005-11-15 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck for holding a device under test |
US6914423B2 (en) | 2000-09-05 | 2005-07-05 | Cascade Microtech, Inc. | Probe station |
TW477019B (en) * | 2000-09-15 | 2002-02-21 | Promos Technologies Inc | Via chain structure and process with testing potential |
DE10143173A1 (de) | 2000-12-04 | 2002-06-06 | Cascade Microtech Inc | Wafersonde |
US6696847B1 (en) * | 2001-07-17 | 2004-02-24 | Advanced Micro Devices, Inc. | Photo assisted electrical linewidth measurement method and apparatus |
WO2003052435A1 (en) | 2001-08-21 | 2003-06-26 | Cascade Microtech, Inc. | Membrane probing system |
US6914443B2 (en) * | 2002-07-24 | 2005-07-05 | Applied Materials Israel, Ltd. | Apparatus and method for enhanced voltage contrast analysis |
US6734697B1 (en) * | 2002-11-06 | 2004-05-11 | Lsi Logic Corporation | Die location on ungrounded wafer for back-side emission microscopy |
US7492172B2 (en) | 2003-05-23 | 2009-02-17 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck for holding a device under test |
US7057404B2 (en) | 2003-05-23 | 2006-06-06 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Shielded probe for testing a device under test |
US6963214B2 (en) * | 2003-10-06 | 2005-11-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | OBIRCH dual power circuit |
US7250626B2 (en) | 2003-10-22 | 2007-07-31 | Cascade Microtech, Inc. | Probe testing structure |
JP4184936B2 (ja) | 2003-11-27 | 2008-11-19 | 株式会社東芝 | 磁気ヘッド検査装置、磁気ヘッド検査方法及びディスクドライブ |
US7187188B2 (en) | 2003-12-24 | 2007-03-06 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck with integrated wafer support |
DE202004021093U1 (de) | 2003-12-24 | 2006-09-28 | Cascade Microtech, Inc., Beaverton | Aktiver Halbleiterscheibenmessfühler |
DE202005021435U1 (de) | 2004-09-13 | 2008-02-28 | Cascade Microtech, Inc., Beaverton | Doppelseitige Prüfaufbauten |
US7535247B2 (en) | 2005-01-31 | 2009-05-19 | Cascade Microtech, Inc. | Interface for testing semiconductors |
US7656172B2 (en) | 2005-01-31 | 2010-02-02 | Cascade Microtech, Inc. | System for testing semiconductors |
US7764072B2 (en) | 2006-06-12 | 2010-07-27 | Cascade Microtech, Inc. | Differential signal probing system |
US7403028B2 (en) | 2006-06-12 | 2008-07-22 | Cascade Microtech, Inc. | Test structure and probe for differential signals |
US7723999B2 (en) | 2006-06-12 | 2010-05-25 | Cascade Microtech, Inc. | Calibration structures for differential signal probing |
US7876114B2 (en) | 2007-08-08 | 2011-01-25 | Cascade Microtech, Inc. | Differential waveguide probe |
US7888957B2 (en) | 2008-10-06 | 2011-02-15 | Cascade Microtech, Inc. | Probing apparatus with impedance optimized interface |
WO2010059247A2 (en) | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Cascade Microtech, Inc. | Replaceable coupon for a probing apparatus |
US8319503B2 (en) | 2008-11-24 | 2012-11-27 | Cascade Microtech, Inc. | Test apparatus for measuring a characteristic of a device under test |
US8148176B2 (en) * | 2009-08-20 | 2012-04-03 | Innovalight, Inc. | Methods for distinguishing a set of highly doped regions from a set of lightly doped regions on a silicon substrate |
US9557377B2 (en) * | 2014-03-06 | 2017-01-31 | Hamamatsu Photonics K.K. | Fault analysis apparatus and fault analysis method |
JP6378149B2 (ja) | 2015-09-16 | 2018-08-22 | 東芝メモリ株式会社 | 欠陥検出装置、欠陥検出方法およびプログラム |
JP6441252B2 (ja) | 2016-03-16 | 2018-12-19 | 東芝メモリ株式会社 | 熱レーザ刺激装置、熱レーザ刺激方法および記録媒体 |
CN111007306A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-14 | 国家电网公司 | 一种新型无线绝缘子带电测试装置 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4640002A (en) * | 1982-02-25 | 1987-02-03 | The University Of Delaware | Method and apparatus for increasing the durability and yield of thin film photovoltaic devices |
US5126661A (en) * | 1990-10-18 | 1992-06-30 | At&T Bell Laboratories | Optical probing method and apparatus |
US5150043A (en) * | 1991-02-11 | 1992-09-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus and method for non-contact surface voltage probing by scanning photoelectron emission |
JP2970194B2 (ja) | 1992-04-02 | 1999-11-02 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路 |
US5329461A (en) * | 1992-07-23 | 1994-07-12 | Acrogen, Inc. | Digital analyte detection system |
JP2518540B2 (ja) | 1993-12-14 | 1996-07-24 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路内部相互配線の検査装置 |
JP2765427B2 (ja) | 1993-04-13 | 1998-06-18 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路内部相互配線の検査方法および装置 |
US5708371A (en) * | 1995-03-16 | 1998-01-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Scanning photoinduced current analyzer capable of detecting photoinduced current in nonbiased specimen |
US5966019A (en) * | 1996-04-24 | 1999-10-12 | Boxer Cross, Inc. | System and method for measuring properties of a semiconductor substrate in a fabrication line |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP8208102A patent/JP2962234B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-06 US US08/906,979 patent/US6320396B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-06 DE DE19734047A patent/DE19734047A1/de not_active Withdrawn
- 1997-08-07 KR KR1019970037761A patent/KR100263258B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113406472A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-17 | 世强先进(深圳)科技股份有限公司 | 一种发光芯片失效原因背面分析方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2962234B2 (ja) | 1999-10-12 |
JPH1050784A (ja) | 1998-02-20 |
US6320396B1 (en) | 2001-11-20 |
KR100263258B1 (ko) | 2000-09-01 |
KR19980018476A (ko) | 1998-06-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19734047A1 (de) | Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für Halbleitervorrichtungen und Parasitär-MIM-Strukturspotanalyseverfahren für eine Siliziumhalbleitervorrichtung | |
DE69529883T2 (de) | Anpassungsmetallschicht | |
EP0868751B1 (de) | Optoelektronisches sensor-bauelement | |
DE60108043T2 (de) | Zerstörungsfreies Inspektionsverfahren | |
EP0769209B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer dreidimensionalen schaltungsanordnung | |
DE102014117723B4 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung | |
DE602004010116T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zum testen elektrischer eigenschaften eines zu prüfenden objekts | |
DE10238265B4 (de) | Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE4020195A1 (de) | Halbleiterchip und verfahren zu seiner herstellung | |
DE102015112669A1 (de) | Erkennung und vereitelung von über die rückseite erfolgenden angriffen auf gesicherte systeme | |
DE19913355A1 (de) | Integrierte Opto-Elektronische Schaltung | |
DE102005059224A1 (de) | Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür | |
DE102006028342A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung | |
DE102019200811A1 (de) | Reduktion eines übersprechens in wlcsp durch laserbohrtechnik | |
DE102015118309B4 (de) | Verfahren zum bearbeiten eines substrats | |
DE602004005364T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Leitungsbrüchen eines integrierten Schaltkreises | |
DE102019006099B4 (de) | Stapelförmige Mehrfachsolarzelle mit einer ein Mehrschichtsystem umfassenden Metallisierung | |
DE10255378A1 (de) | Teststruktur zum Bestimmen der Stabilität elektronischer Vorrichtungen die miteinander verbundene Substrate umfassen | |
DE10150507A1 (de) | Verbindungsverfahren und Verbindungsstruktur von Anschlussflächenelektroden und Prüfverfahren für den Verbindungszustand derselben | |
DE102014222203B3 (de) | Überprüfung von Randschäden | |
DE102004027176A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauteilen | |
DE10151127A1 (de) | Vorrichtung zum Erfassen von Defekten bei Halbleitervorrichtungen und Verfahren dafür | |
DE102013109282A1 (de) | Verfahren zum Schmelzen einer Laserschmelzsicherung und Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers | |
DE112004003008T5 (de) | Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE19709764B4 (de) | Halbleitervorrichtung mit Elektrode aus Aluminium und feinkörnigem Silizium und ihr Herstellungsverfahren |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8172 | Supplementary division/partition in: |
Ref country code: DE Ref document number: 19758610 Format of ref document f/p: P |
|
Q171 | Divided out to: |
Ref country code: DE Ref document number: 19758610 |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: NEC ELECTRONICS CORP., KAWASAKI, KANAGAWA, JP |
|
8130 | Withdrawal |