| 【発明の名称】 |
半導体装置の故障解析方法および半導体装置不良解析装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鈴木 智史
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| 【要約】 |
【課題】リーク箇所の定量的温度分布を確認すること。
【解決手段】表面に液晶を塗布した半導体装置を、液晶の相転移温度よりも低い第１の温度Ｔ1に維持する。そして、半導体装置に電圧を印加して、液晶の相転移発生箇所をモニタする。引き続いて、表面に液晶を塗布した半導体装置を、液晶の相転移温度よりも低く、かつ、第１の温度Ｔ1と異なる第２の温度Ｔ2に維持する。そして、再び、半導体装置に電圧を印加して、液晶の相転移発生箇所をモニタする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体装置の表面に液晶を塗布し、該液晶の相転移現象を利用して前記半導体装置の故障を解析する方法であって、表面に前記液晶を塗布した半導体装置を、前記液晶の相転移温度よりも低い第１の温度に維持する工程と、前記半導体装置に電圧を印加して、前記液晶の相転移発生箇所をモニタする工程と、表面に前記液晶を塗布した半導体装置を、前記液晶の相転移温度よりも低く、かつ、前記第１の温度と異なる第２の温度に維持する工程と、前記半導体装置に電圧を印加して、前記液晶の相転移発生箇所をモニタする工程と、を少なくとも含む半導体装置の故障解析方法。
【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置の故障解析方法であって、前記第１の温度は、前記第２の温度より低い温度であるとして、前記第１の温度において前記液晶の相転移が発生していた第１の箇所は、前記第２の温度において前記液晶の相転移が発生していた箇所であって前記第１の温度においては前記相転移が発生していなかった第２の箇所よりも故障要因の高い箇所であると判定することを特徴とする半導体装置の故障解析方法。
【請求項３】 半導体装置の表面に液晶を塗布し、該液晶の相転移現象を利用して前記半導体装置の故障を解析する方法であって、ａ）表面に前記液晶を塗布した半導体装置を、前記液晶の相転移温度よりも低い複数の温度の内から選択された一の温度に維持し、ｂ）前記半導体装置に電圧を印加して、前記液晶の相転移発生箇所をモニタし、ｃ）前記ａ）及びｂ）の工程を前記選択された温度を変更しながら、少なくとも２回繰り返すことを特徴とする半導体装置の故障解析方法。
【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置の故障解析方法であって、前記液晶の相転移温度が４０℃であることを特徴とする半導体装置の故障解析方法。
【請求項５】 半導体装置の表面に液晶を塗布し、所定温度を越えることにより該液晶に生じる相転移現象を利用して、前記半導体装置の故障箇所を温度に基づいて解析する半導体装置の故障解析方法であって、前記所定温度よりも低い複数の温度から選択される一の温度雰囲気中で、前記半導体装置に対して電圧を供給して当該半導体装置を駆動し、前記液晶に相転移箇所が発生しているか否かを観察し、これを前記一の温度を前記複数の温度から選択される他の温度雰囲気中でも行ない、観察結果を比較することにより、前記半導体装置の故障箇所を特定することを特徴とする半導体装置の故障解析方法。
【請求項６】 半導体装置の表面に液晶を塗布し、該液晶の相転移現象を利用して前記半導体装置の故障を解析する不良解析装置において、前記半導体装置に熱印加を可能とするヒータ部と、該ヒータ部のヒータ温度を精密に段階的にコントロールする温度制御装置と、前記半導体装置の不良状態を再現させるために前記半導体装置に電圧を印加する電圧印加装置と、前記液晶の相転移発生箇所をモニタするモニタ手段とを有し、前記半導体装置の発熱部の温度分布を定量的にモニタできる事を特徴とする半導体装置不良解析装置。
【請求項７】 前記モニタ手段は、前記半導体装置の観察を可能とする光学式顕微鏡を含む、請求項６に記載の半導体装置不良解析装置。
【請求項８】 前記モニタ手段は、前記液晶の相転移状態を知ることを可能とするための２枚の偏光板を含む、請求項７に記載の半導体装置不良解析装置。
【請求項９】 前記温度制御装置は、０．０１℃の精度で温度制御を行う、請求項６に記載の半導体装置不良解析装置。
【請求項１０】 前記温度制御装置は、前記ヒータ部のヒータ温度を前記液晶の相転移温度よりも低い複数の温度の１つに維持する、請求項６に記載の半導体装置不良解析装置。
【請求項１１】 前記液晶の相転移温度が４０℃である、請求項１０に記載の半導体装置不良解析装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体不良解析技術に関し、特に半導体内部の発熱源を調査するための調査手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）の故障を解析する上において、チップ内の異常発熱箇所を検出することは重要である。このような異常発熱箇所を検出する有効な方法として、半導体素子の表面に液晶を塗布して、その相転移を観察する液晶塗布法が知られている。詳述すると、この液晶塗布法では、まず、半導体素子の表面に液晶を塗布し、その上で、当該半導体素子に電圧を印加することによって不良箇所を発熱させる。このような発熱が生じると液晶の相転移現象が発生することとなるため、液晶塗布法では、これを利用して、その相転移現象が発生した箇所を偏光顕微鏡等のアナライザを介することにより、不良箇所を見出すこととしている。
【０００３】そのような液晶塗布法を実現する装置として、特開平２−１０７９８０（以下、先行技術１と呼ぶ）には、数十μＷという微小リーク箇所の検出、安定した観察が可能であるとともに、持ち運びができる「半導体素子不良解析装置」が開示されている。この先行技術１では、恒温ブロックを液晶の相転移温度直前まで加熱し、半導体に電圧印加した際、異常部の発熱により液晶の相転移発生箇所をモニタすることにより、不良解析を実施している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の不良解析方法では、次に述べるような問題点がある。すなわち、従来の液晶塗布法による不良解析方法においては、リーク箇所の定量的温度分布を確認できないことから、ＬＳＩのリーク不良解析時に複数の不良箇所がある場合、ポイントごとのリーク電流量を確認することができないという問題が生じていた。
【０００５】そこで、本発明は、半導体装置の不良解析において、異常発熱特性を定量的に扱い、不良原因の究明に役立てることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を達成するために次のような解決手段を提供する。
【０００７】すなわち、本発明による第１の半導体装置の故障解析方法は、半導体装置の表面に液晶を塗布し、該液晶の相転移現象を利用して前記半導体装置の故障を解析する方法であって、表面に前記液晶を塗布した半導体装置を、前記液晶の相転移温度よりも低い第１の温度に維持する工程と、前記半導体装置に電圧を印加して、前記液晶の相転移発生箇所をモニタする工程と、表面に前記液晶を塗布した半導体装置を、前記液晶の相転移温度よりも低く、かつ、前記第１の温度と異なる第２の温度に維持する工程と、前記半導体装置に電圧を印加して、前記液晶の相転移発生箇所をモニタする工程と、を少なくとも含む。
【０００８】また、本発明による第２の半導体装置の故障解析方法は、半導体装置の表面に液晶を塗布し、該液晶の相転移現象を利用して前記半導体装置の故障を解析する方法であって、ａ）表面に前記液晶を塗布した半導体装置を、前記液晶の相転移温度よりも低い複数の温度の中の１つに維持し、ｂ）前記半導体装置に電圧を印加して、前記液晶の相転移発生箇所をモニタし、ｃ）前記ａ）及びｂ）の工程を少なくとも２回繰り返すことを特徴とする。
【０００９】更に、本発明による半導体装置不良解析装置は、半導体装置の表面に液晶を塗布し、該液晶の相転移現象を利用して前記半導体装置の故障を解析する不良解析装置において、前記半導体装置に熱印加を可能とするヒータ部と、該ヒータ部のヒータ温度を精密に段階的にコントロールする温度制御装置と、前記半導体装置の不良状態を再現させるために前記半導体装置に電圧を印加する電圧印加装置と、前記液晶の相転移発生箇所をモニタするモニタ手段とを有し、前記半導体装置の発熱部の温度分布を定量的にモニタできる事を特徴とする。
【００１０】このような故障解析方法又は不良解析装置を採用すれば、相転移温度直前に半導体表面温度を維持する必要が、必ずしもないため、作業準備が容易となる。
【００１１】たとえば、ＬＳＩチップ等の半導体装置の表面に液晶を塗布後、ＬＳＩチップの電源をオンし、その後、ヒーター温度Ｔを常温（Ｔa＝２５℃）から徐々に約５０℃まで上げていく。
【００１２】その間、ヒーター温度Ｔの変化に伴う液晶相転移面積を連続的に／離散的にモニタし、温度差に対する面積差からリーク箇所等の故障箇所の温度分布を定量的に算出する。
【００１３】これにより、故障箇所の分布を定量的に得ることが出来ると共に、半導体装置を取り巻く雰囲気を所定の一の温度のみに維持しなければならないといった技術上の煩雑さを取り除くことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る半導体装置の故障解析方法について説明する。
【００１６】本発明では、表面に液晶が塗布された半導体装置（図示せず）の不良解析を、次に述べる不良解析装置（図示せず）を使用して行う。ここで、不良解析装置は、上記半導体装置に熱印加を可能とするヒータ部と、このヒータ部のヒータ温度を精密に段階的にコントロールする温度制御装置と、半導体装置の不良状態を再現させるために半導体装置に電圧を印加するための電圧印加装置と、上記半導体装置の観察を可能とする光学式顕微鏡装置と、液晶の相転移状態を知ることを可能とするための２枚の偏光板とを有している。
【００１７】図１及び図２は、夫々、この不良解析装置で半導体装置の不良を解析したときの一例を示す図であり、互いに、ヒータ部の温度、即ち、半導体装置の存する雰囲気中の温度をＴ1又はＴ2とした場合の図である。特に、図１（ａ）及び図２（ａ）は、当該半導体装置状の温度分布を示した図であり、横軸に半導体装置上の位置を、縦軸に温度Ｔを示したものである。図１（ａ）及び図２（ａ）における熱分布は、夫々、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示される一点鎖線上の位置に基づくものである。図１（ａ）及び図２（ａ）において、液晶の相転移温度は、破線で示されている。図１（ｂ）及び図２（ｂ）は、当該半導体装置を光学式顕微鏡装置及び２枚の偏光板を使って熱発生個所の観察を観察したときの状態を示す図であり、熱発生個所は、黒点で生じされる。
【００１８】以下、試料として、不具合のある半導体装置（以下、不具合半導体装置と呼ぶ）を用いた場合において、以下にして故障箇所の解析を行なうかにおいて、説明する。
【００１９】まず、温度制御装置によりヒータ部のヒータ温度を制御することにより、不具合半導体装置が置かれる温度、又は不具合半導体装置を取り巻く雰囲気の温度を図１に示されるように、上記液晶ＬＣの相転移温度よりも低い第１の温度Ｔ1に維持する。この状態で、電圧印加装置を用いて、異常発熱が発生するような電圧を不具合半導体装置に印加する、即ち、不具合半導体装置に対して電圧を供給して当該不具合半導体装置を稼動する。この電圧供給の結果、発熱を伴うような故障を有する箇所のみが、当該故障を有しない箇所よりも大きく温度上昇する。図１（ａ）の参照符号１，２，３，および４で示す個所が他と比較して熱を発生している個所である。図１（ａ）より、温度上昇により液晶の相転移温度に達したものは、参照符号４で示される個所のみなので、光学式顕微鏡装置で不具合半導体装置を観察すると、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）の参照符号４に対応する箇所Ｐ4だけが黒くみえる。
【００２０】この状態から、温度制御装置のコントロールの下でヒータ部のヒータ温度Ｔを、図２（ａ）に示すように、第１の温度Ｔ1から液晶の相転移温度に近いが、その相転移温度よりも低い第２の温度Ｔ2まで引き上げる。この状態で、前述したのと同様に、電圧印加装置を用いて、異常発熱が発生するような電圧を不具合半導体装置に印加する。この結果、図１（ａ）の参照符号１，２，３，および４の夫々の個所において、図２（ａ）に参照符号１’，２’，３’，及び４’で示す状態まで、液晶の相転移温度以上に温度が上昇する。これを光学式顕微鏡装置で観察すると、図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）において参照符号１’〜４’で示される箇所に対応する個所Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，およびＰ4’が黒点として見える。
【００２１】尚、図２（ｂ）に示す状態は、ヒータ部制御により温度をＴ2に制御した時点で観察されたものであることに注意されたい。詳述すると、ヒータ部制御による温度がＴ1であった際には、Ｐ4のみが黒点表示されており、そこから温度をＴ2まで上昇させていくにつれて、順番にＰ3、Ｐ2、Ｐ1が黒点表示されることとなっている。これらのことは、図１（ａ）及び図２（ａ）を併せて参照するとより良く理解できる。また、この過程で最も早く黒点表示されたＰ4は、ヒータ部温度による温度Ｔの上昇と共に、相転移温度を超える温度分布が広がることとなり、結果としてＰ4’に示されるように、もっとも大きい面積の黒点として確認される。
【００２２】上述した観測結果から次のことが分かる。すなわち、不具合半導体装置の温度を第１の温度Ｔ1にした際に黒点を観察できたのは、図１（ｂ）のＰ4で示す箇所、すなわち、図２（ｂ）のＰ4’で示す箇所のみであるので、この箇所が不具合半導体装置の最も温度上昇の高い箇所であることが分かる。
【００２３】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００２４】周知のように、ゲートアレイに代表されるＣＭＯＳトランジスタは低消費電力を特徴とする。しかし、ゲート酸化膜が破壊する等の不良が発生した場合、リーク電流が発生し、これが電力を発生させ、ＣＭＯＳトランジスタの温度を上昇させる。
【００２５】よって異常温度発生箇所を検出するのは不良解析の上で重要である。
【００２６】半導体素子であるＣＭＯＳトランジスタの表面に、４０℃で相転移を起こす液晶を塗布した。そして、このＣＭＯＳトランジスタに１Ｖの電圧を印加下したところ、１００μＡのリーク電流が発生した。このケースにおいては、０．１℃の温度上昇を発生した。この解析において、０．０１℃の温度制御を行い、発熱箇所を特定した。
【００２７】尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を脱逸脱しない範囲内で種々の変更が可能なのはいうまでもない。たとえば、上述した実施の形態では、温度を２段階にしか切り換えていないが、３段階以上に切り換えてもよいのは勿論である。また、上述した実施の形態では、モニタ手段として、光学式顕微鏡装置と２枚の偏光板とを使用していが、他のモニタ手段を使用しても良いのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明には次に述べるような効果がある。
【００２９】第１の効果は、複数のリーク不良箇所を持つＬＳＩ等の半導体装置に対し、不良ポイントごとの定量的リーク量が明確となる。その理由は、不良ポイントごとの温度分布が明確になる為である。
【００３０】第２の効果は、複数のリーク不良箇所を持つＬＳＩ等の半導体装置に対し、主不良箇所の特定化が明確となる。その理由は、不良ポイントごとのリーク量が明確となるからである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７１３８８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７７１４８ |
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