(57)【要約】【課題】半導体集積回路の内部破壊や信頼性故障箇所を短時間で評価できる小型かつ高分解能の評価装置およびそれを用いた評価方法を提供する。【解決手段】半導体装置１の半導体集積回路内に配設されたトランジスタがホットキャリア効果等で発生する微弱光を基に前記半導体集積回路の特性を評価する評価装置を、発光検出手段としての光電子表示装置３に微弱光伝達媒体１１をコネクタ１２で接続した構成とする。微弱光伝達媒体１１は、微弱光を感知する微小レンズ１３を一端部に有した光導伝体１４を複数本束ねたものとする。微弱光伝達媒体１１を備えたことで、半導体集積回路からの微弱光を自由な角度から、また感度をあげて検出することが可能になり、発光検出手段の下方に半導体集積回路を配置していた従来装置に比べて装置を高感度化、小型化できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路に配設されたトランジスタがホットキャリア効果や発熱現象により発生する微弱光を検出する発光検出手段を備え、前記微弱光に基づいて前記半導体集積回路の特性を評価する半導体集積回路の評価装置おいて、
前記半導体集積回路の近傍に配置されて前記微弱光を感知する微小レンズを一端部に有した光導伝体を複数本束ねてなり、前記発光検出手段にコネクタを介して接続されて、前記微小レンズで感知した微弱光を発光検出手段に伝達する微弱光伝達媒体を備えた半導体集積回路の評価装置。
【請求項２】
微弱光伝達媒体をスキャン駆動する駆動手段と、微弱光伝達媒体により伝達された微弱光を積算する積算手段とを有した請求項１記載の半導体集積回路の評価装置。
【請求項３】
トランジスタを配設した半導体集積回路の特性を評価する半導体集積回路の評価方法であって、
前記半導体集積回路内のトランジスタがホットキャリア効果や発熱現象により発生する微弱光を、請求項１記載の微弱光伝達媒体をスキャン駆動しつつ検出し、検出した微弱光を積算し、その分布を抽出し、抽出した微弱光の分布情報から半導体集積回路の特性を評価する半導体集積回路の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタを配設した半導体集積回路の特性を評価する半導体集積回路の評価装置および評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体集積回路の故障箇所を非接触に特定する装置として、エミッション顕微鏡が商品化されている。エミッション顕微鏡は、（１）酸化膜が絶縁破壊している場合、（２）拡散層（ｐ−ｎ接合）に順バイアスが印加されている、あるいは絶縁している場合、（３）トランジスタにおいてホットキャリアが発生している場合、（４）ラッチアップが発生している場合などに、半導体集積回路に発生する微弱な発光を観察することで、半導体集積回路の内部破壊や信頼性上で好ましくない状態を検出、評価するものである。
【０００３】
エミッション顕微鏡を用いて半導体集積回路の特性を評価する技術としては、トランジスタからの発光を観察し、半導体装置のレイアウトパターンに重ね合わせて、半導体装置内部の接続不良や絶縁不良を特定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、トランジスタからの発光を検出し、その光量を積算して、トランジスタのスイッチング動作を評価することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
図５に、従来の半導体集積回路の評価装置としてのエミッション顕微鏡の概略構成を示す。このエミッション顕微鏡は、半導体装置１に微弱光を発生させるためのモード設定用治具２と、光学顕微鏡および光電子増倍装置を備えた光電子表示装置３と、ビデオカメラ４などのカメラとを暗箱５内に設置し、暗箱５外に画像処理装置６とディスプレイ７とを設置していて、モード設定用治具２によって半導体装置１の半導体集積回路上のトランジスタが発する微弱光８を光電子表示装置３に拡大して表示し、その発光画像をビデオカメラ４でビデオ信号９に変換し、画像処理装置６で画像データ１０に変換して、ディスプレイ７に表示させることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−７９３４５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平６−１９４４０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
エミッション顕微鏡によって発光を観察するには、上記したように半導体装置１に微弱光を発生させるためのモード設定用治具２が必要であり、またこのモード設定用治具２にセットした半導体装置１の観測面を光電子表示装置３の光源に対してほぼ垂直に配置する必要がある。そのため、暗箱５内の限られたスペースに、光電子表示装置３の下方に、半導体装置１を水平方向に設置できるようにモード設定用治具２を配置する必要があり、暗箱５を含めた装置構成が大型になるだけでなく、測定準備が複雑になり、解析時間が増大するという問題がある。
【０００８】
また、半導体装置１の微細化に伴ってより高い分解能が要求されている現状で、光電子表示装置３に備わる光学顕微鏡のレンズの分解能には限界があるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題を解決するもので、半導体集積回路の内部破壊や信頼性故障箇所を短時間で評価できる小型かつ高分解能の評価装置およびそれを用いた評価方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、半導体集積回路に配設されたトランジスタがホットキャリア効果や発熱現象により発生する微弱光を検出する発光検出手段を備え、前記微弱光に基づいて前記半導体集積回路の特性を評価する半導体集積回路の評価装置おいて、前記半導体集積回路の近傍に配置されて前記微弱光を感知する微小レンズを一端部に有した光導伝体を複数本束ねてなり、前記発光検出手段にコネクタを介して接続されて、前記微小レンズで感知した微弱光を発光検出手段に伝達する微弱光伝達媒体を備えたことを特徴とする。これによれば、微弱光伝達媒体を用いることで、半導体集積回路からの微弱光を自由な角度から、また感度をあげて検出することが可能になり、発光検出手段の下方に半導体集積回路を配置していた従来装置に比べて装置を高感度化、小型化できる。
【００１１】
また、上記した半導体集積回路の評価装置において、微弱光伝達媒体をスキャン駆動する駆動手段と、微弱光伝達媒体により伝達された微弱光を積算する積算手段とを有したことを特徴とするもので、微弱光伝達媒体をたとえばその光導伝体の直径分だけスキャン駆動することで、スキャンピッチごとの微弱光の変化量の積算が可能となり、それにより分解能を高めることが可能となる。
【００１２】
また本発明の半導体集積回路の評価方法は、トランジスタを配設した半導体集積回路の特性を評価する際に、前記半導体集積回路内のトランジスタがホットキャリア効果や発熱現象により発生する微弱光を、請求項１記載の微弱光伝達媒体をスキャン駆動しつつ検出し、検出した微弱光を積算し、その分布を抽出し、得られた微弱光の分布情報から半導体集積回路の特性を評価することを特徴とするもので、微弱光の分布情報を高感度で評価可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における半導体評価装置の概略全体構成図である。
【００１４】
この半導体評価装置は、先に図５を用いて説明した従来のものとほぼ同様のエミッション顕微鏡であり、半導体装置１に微弱光を発生させるためのモード設定用治具２と光電子表示装置３とビデオカメラ４などのカメラとを暗箱５内に設置し、暗箱５外に画像処理装置６とディスプレイ７とを設置している。
【００１５】
モード設定用治具２は、半導体装置１の半導体集積回路に対して、半導体集積回路駆動部より電源、クロック、アドレス、データ、その他の制御信号を与え、動作状態での発光を観察可能とするものである。
【００１６】
この半導体評価装置が従来のものと相違するのは、発光検出手段としての光電子表示装置３の機能、および、この光電子表示装置３に半導体集積回路からの発光を伝達する微弱光伝達媒体１１をコネクタ１２を介して接続した点である。
【００１７】
図２にも示すように、微弱光伝達媒体１１は、微弱光を感知可能な微小レンズ１３を一端部に設けた光ファイバなどの光導伝体１４を複数本、両端部において束ね具１５（上端部のみ図示する）により束ねたもので、その中間部分はフレキシブルである。
【００１８】
コネクタ１２は、集光レンズ１６と光電子増倍管１７と電線束１８と、集光レンズ１６，光電子増倍管１７，束ね具１５の外周を覆ってそれぞれの軸が同一方向を向くように保持するカバー１２ａとからなる。光電子増倍管１７は微弱光伝達媒体１１の光導伝体１４に対して所定の割合で、たとえば１対１で対応している。
【００１９】
光電子表示装置３は、光電子増倍管１７によってフォトカウントされたデータを面分布データ（発光画像）として表示する。
この半導体評価装置を使用して半導体集積回路を評価する際には、図示したように、半導体装置１を暗室５内の治具２にセットし、光電子表示装置３にコネクタ１２を介して接続された微弱光伝達媒体１１をその微小レンズ１３が半導体装置１上の半導体集積回路に密着するようにセットする。
【００２０】
このことにより、半導体装置１の半導体集積回路に不具合、ストレス欠陥やパターン不良などの不具合があって微弱光８が発生した場合に、微小レンズ１３の面積範囲内で集光されて光導電体１４の他端側へ伝達され、集光レンズ１６でさらに集光され、光電子増倍管１７で増倍して電気信号に変換され、電線束１８を通して光電子表示装置３に送られる。
【００２１】
そして、光電子表示装置３に微弱光８の分布情報として表示され、ビデオカメラ４によりビデオ信号９に変換され、画像処理装置６で画像信号１０に変換され、ディスプレイ７に微弱光８の場所として表示される。
【００２２】
したがって、同種の半導体装置１について予め撮影してディスプレイ１６に表示されるように設定しておいた半導体集積回路のパターン像と重ね合わせることにより、発光箇所、すなわち不具合箇所を特定できる。
【００２３】
以上のように、この第１実施形態の半導体評価装置は、微弱光伝達媒体１１を有するため、微小レンズ１３，光導伝体１４の直径の分解能で微弱光８を検出することができ、光導伝体１４の直径を微細化することで検出精度を向上できる。
【００２４】
また、微弱光伝達媒体１１がフレキシブルであるため、微弱光を発生させるためのモード設定用治具２を自由な形に、たとえば図示したように暗箱５内に斜め方向に設置するように設計することができ、装置全体を小型化できるとともに、測定準備も容易化できる。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態における半導体評価装置の要部構成を示す。同半導体評価装置の基本的な構成は第１実施形態の装置と同じなので図１，図２を援用する。
【００２５】
この第２実施形態の半導体評価装置が第１実施形態の半導体評価装置と相違するのは、微弱光伝達媒体１１を図示したＡ位置、Ｂ位置などにスキャン駆動する駆動手段１９を備えた点である。
【００２６】
駆動手段１９は、スキャン駆動信号発生器２０でスキャン駆動信号２１を発生して駆動装置２２に供給し、微弱光伝達媒体１１を取り付けた駆動伝達板２３を動作させるものである。
【００２７】
この半導体評価装置を使用して半導体集積回路を評価する際には、駆動手段１９により微弱光伝達媒体１１を半導体装置１上でスキャン駆動する。
このことにより、半導体集積回路からの微弱光８は微小レンズ１３の面積範囲内で集光されて光導電体１４の他端側へ伝達され、集光レンズ１６でさらに集光され、光電子増倍管１７で増倍して電気信号に変換され、電線束１８を通して光電子表示装置３に送られる。
【００２８】
そして電子表示装置３で微弱光８の分布情報として表示され、ビデオカメラ４によりビデオ信号９に変換され、画像処理装置６で画像信号１０に変換され、ディスプレイ７に表示される。
【００２９】
ただしその際に、画像処理装置６において、微弱光のビデオ信号９が積算され、その発光量の分布が抽出される。
図４を用いて具体的に説明する。
【００３０】
図４（ａ）において、横軸は半導体装置１上の位置を示し、縦軸は微弱光強度を示す。半導体装置１上の位置に対応させて、微弱光伝達媒体１１（その一部である光導電体１４）の位置を併記している。
【００３１】
半導体装置１に対して微弱光伝達媒体１１がＡ位置にある時には、微弱光伝達媒体１１により光電子表示装置３に伝達される微弱光分布は、図４（ｂ）に示すようになる。
【００３２】
半導体装置１に対して微弱光伝達媒体１１がＢ位置にある時には、微弱光伝達媒体１１により光電子表示装置３に伝達される微弱光分布は、図４（ｃ）に示すようになる。Ｂ位置は、Ａ位置から光導伝体１４の直径の２分の１寸法だけずれた位置である。
【００３３】
画像処理装置６を用いてＡ位置での微弱光分布とＢ位置での微弱光分布とを積分することで、図４（ｄ）に示す微弱光積分分布が得られる。
図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）からわかるように、図４（ｄ）に示す微弱光積分分布は、図４（ｂ）に示す微弱光分布に比べて、また図４（ｃ）に示す微弱光分布に比べて、位置情報、発光量差情報とも詳しい、つまり精度の高い分布情報になる。
【００３４】
ここで、図４（ｂ）に示す微弱光分布、あるいは図４（ｃ）に示す微弱光分布は、第１実施形態の装置で得られる情報である。第２実施形態の装置によれば、微弱光伝達媒体１１をスキャン駆動しながら微弱光を積分するため、第１実施形態の装置に比べて、半導体集積回路の微弱光評価精度を向上させることができるのである。
【００３５】
微弱光伝達媒体９のスキャン駆動は、たとえば光導伝体１４の直径分ずつ行なえばよく、上記したように光導伝体１４の直径の２分の１寸法など、より微小ピッチでスキャンすることで、さらに精度を高めることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光導伝体を束ねた微弱光伝達媒体を備えたことにより、半導体集積回路からの微弱光を細分化した情報として、自由な角度から、感度よく検出して、分布情報を得ることが可能になり、半導体集積回路の評価精度を向上できるとともに、発光検出手段の下方に半導体集積回路を配置していた従来装置に比べて装置の高感度化、小型化を実現できる。
【００３７】
また、微弱光伝達媒体をスキャン駆動する駆動手段と、微弱光伝達媒体により伝達された微弱光を積算する積算手段とを有したことにより、分解能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における半導体集積回路評価装置の概略全体構成図
【図２】図１の半導体集積回路評価装置の構成部材たる微弱光伝達媒体およびコネクタを半導体装置とともに示した一部拡大図
【図３】本発明の第２実施形態における半導体集積回路評価装置の要部構成図
【図４】図３の半導体集積回路評価装置を用いた評価方法の説明図
【図５】従来の半導体集積回路評価装置の概略全体構成図
【符号の説明】
１      半導体装置
３      光電子表示装置（発光検出手段）
４      ビデオカメラ
６      画像処理装置（積分手段）
７      ディスプレイ
８      微弱光
９      微弱光伝達媒体
１２      コネクタ
１３      微小レンズ
１４      光導伝体
１９      駆動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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