(57)【要約】ＩＣデバイスのような電子デバイスは、デバイスの障害を引き起こす電子デバイス内の障害ネットを判断することによって試験される。障害ネットは、識別されると、局部的にストレスを加えられる。ストレスは、試験されているネットのみに加えられ、デバイスの残りのネットおよび構成要素には加えられないように、加えられる。障害ネットにストレスを加えている一方で、障害ネットによって引き起こされた信号の変化が確認される。このやり方の試験は、障害ネットをデバイスの障害源として識別するのを助ける。
2004507078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣの障害の指示を出力するＩＣデバイス内の障害ネットを識別する方法であって、
障害を示しているネットによって生成された信号を観察することによって潜在的な障害ネットを判断することと、
潜在的な障害ネットにストレスを加える一方で、他のＩＣデバイスのネットに影響を与えないままにすることと、
ストレスに応答して潜在的な障害ネットによって引き起こされた信号の変化を観察して、潜在的な障害ネットをＩＣデバイスの障害ネットとして識別することとを含む方法。
【請求項２】
障害ネットを判断することには、ＩＣデバイスにおいてネットのバックトレースを行なうことがさらに含まれる請求項１記載の方法。
【請求項３】
障害ネットを判断することには、ｅビームプローブを使用することがさらに含まれる請求項１記載の方法。
【請求項４】
潜在的な障害ネットにストレスを加えることには、
ストレスの外部の源を潜在的な障害ネットに整列させることと、
ストレスを潜在的な障害ネットに加えることとがさらに含まれる請求項１記載の方法。
【請求項５】
ストレスの外部の源がｅビームプローブである請求項４記載の方法。
【請求項６】
ストレスを加えることには、ｅビームプローブの一次電子ビーム内の電流を約５０ｎＡｍｐまで増加することがさらに含まれる請求項５記載の方法。
【請求項７】
ストレスを加えることには、ｅビームの一次電子ビームの倍率を大きくして、電子束を増加することがさらに含まれる請求項５記載の方法。
【請求項８】
ストレスの外部の源がレーザ源である請求項４記載の方法。
【請求項９】
ストレスを加えることには、約５０μワットの光パワーを潜在的な障害ネット上に適用することがさらに含まれる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ストレスの外部の源には、熱源に取付けられた機械的プローブがさらに含まれる請求項４記載の方法。
【請求項１１】
デバイスが、混成信号集積回路である請求項１記載の方法。
【請求項１２】
ｅビームプローブを使用して、信号の変化を観察する請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ＩＣデバイス内のネットへ局部的にストレスを加える方法であって、
デバイス内の疑わしいネット上へｅビームプローブを整列させることと、
ｅビーム内の電流を増加して、デバイスの疑わしいネットの近くに局部的にストレスを加えることとを含む方法。
【請求項１４】
ストレスに応答してネットによって引き起こされた信号の変化を観察して、ネットをデバイスの障害源として識別することをさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
デバイスが集積回路である請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
デバイスが、混成信号集積回路である請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
ＩＣデバイス内のネットにストレスを加える方法であって、
ストレスの外部の源をネットに整列させることと、
ネットにストレスを加え、一方で他のデバイスのネットには影響を与えないままにしておくことと、
ネットにストレスを加えている間、ネットを監視して、ネットが故障しているかどうかを判断することとを含む方法。
【請求項１８】
ストレスの外部の源がｅビームプローブである請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
ネットにストレスを加えることには、ｅビームプローブ内の電流を約５０ｎＡｍｐに増加することがさらに含まれる請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
ネットにストレスを加えることには、ｅビームの倍率を大きくして、電子束を増加することがさらに含まれる請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
ストレスの外部の源がレーザ源である請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
ネットにストレスを加えることには、約５０μワットの光パワーを障害ネット上へ加えることがさらに含まれる請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
ストレスの外部の源には、熱源に取付けられた機械的プローブがさらに含まれる請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
ストレスに応答して障害ネットによって引き起こされた信号の変化を観察して、ネットをデバイスの障害源として識別することをさらに含む請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
ｅビームプローブを使用して観察が実現される請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
ＩＣデバイス内のネットに局部的にストレスを加える方法であって、
デバイス内の疑わしいネット上へｅビームプローブを整列させることと、
ｅビームの倍率を大きくして、電子束を増加し、デバイスの疑わしいネットの近くにストレスを局部的に加えることとを含む方法。
【請求項２７】
ストレスに応答してネットによって引き起こされた信号の変化を観察して、ネットをデバイスの障害源として識別することをさらに含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
デバイスが集積回路である請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
デバイスが混成信号の集積回路である請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、電子デバイスの試験に関する。とくに、本発明は、デバイス内のネットを監視して、ネットが障害の源であるかどうかを判断することに関する。
【０００２】
関連技術の説明
電子デバイスに使用されているチップの複雑さとパッケージングの増加とにより、デバイスの幾何学的形状は急速に小型化している。現在では、電子デバイスの幾何学的形状は０．１８μｍから０．１３μｍに縮小した。デバイスの幾何学的形状が小型化する傾向は、将来も続くと予測される。デバイスの幾何学的形状が小型化するのにしたがって、デバイスを試験およびデバッグすることに関係する問題は、より困難になっていく。
【０００３】
これらの小型の幾何学的形状体を試験する問題の幾つかを未然に防ぐのを助けるために、設計者は、デバイスを製造する前に、シミュレーションおよび設計検証ソフトウエアを広範に使用して、設計上の問題を解消している。シミュレーションおよび検証ソフトウエアによって、設計上の問題を製造前に識別しているが、多くの設計では、最初に非常に長くてコスト高のデバッグ期間を経た後でなければ、十分に作動し、十分な仕様の部品を生成できない。さらに加えて、全ての設計上の問題が製造前に識別されて修正されたとしても、製造処理中に、デバイスに欠陥が生じることがある。
【０００４】
試験およびデバッグ処理中におけるデバイスの内部ネットのプロービングは、ますます有用なツールになってきている。デバイスの内部ネットのプロービングは、適切に働いていないデバイスの内部部分を識別して、切り離すのを助ける。内部ネットにアクセスするのに使用される１つの技術では、デバイスの設計中に“臨界的な（ｃｒｉｔｉｃａｌ）”内部ネット上にパッドを取付けて、試験およびデバッグ中にこれらのネットへアクセスできるようにする。しかしながら、大抵の内部ネットはパッドをもたず、したがってこれらのネットへ直接的にアクセスすることはできない。
【０００５】
パッケージングの密度およびチップの複雑性により、デバイス内の空間が制約されるために、デバイスの設計者が内部ネット上にパッドを配置するのに制限が加えられる。これは、ゲートアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ， ＦＰＧＡ）のような超大規模集積回路（ｖｅｒｙ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ， ＶＬＳＩ）、および混成信号集積回路のような特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ， ＡＳＩＣ）にとくに当てはまる。デバイスの全内部ネットへ直接にアクセスしないと、試験およびデバッグ処理が複雑になる。
【０００６】
デバイスの配置の一定の態様では、試験およびデバッグがさらに複雑になっている。例えば、溝（ｔｒｅｎｃｈ）または通路（ｖｉａ）の底部の製造上の欠陥のような欠陥を検出するのは非常に困難である。通常は、溝または通路の底部の欠陥を検出するには、電子顕微鏡のような計器を使用してデバイスの障害を解析することが必要である。さらに加えて、間欠障害、例えばストレスに関係する間欠障害は、その非反復性のために位置を指定するのがとくに困難である。
【０００７】
電子デバイスを試験およびデバッグすることに関係する技術はいくつかある。これらの技術の一部には、機能試験、バーンイン試験、および欠陥検出が含まれる。
【０００８】
機能試験は、通常は、電子デバイスの適切な動作を検証するのに使用される。例えば、ＩＣでは、ＩＣの製造処理の完了後に、機能試験を行なう。試験リード線またはプローブは、ＩＣの入力および出力（Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ， Ｉ／Ｏ）のピンへ接続される。ＩＣの入力ピンへ試験の刺激（ｔｅｓｔ ｓｔｉｍｕｌｉ）を加え、ＩＣの出力ピンを監視して、期待される信号が生成されるかどうかを判断する。機能試験は、通常は、正規の周囲条件のもとで行われ、したがって試験されているデバイスは、外部ストレス、例えば、高温のような環境ストレスに晒されていない。
【０００９】
電子デバイスを試験およびデバッグするのに使用される別の技術は、バーンイン試験である。デバイスのバーンイン試験には、通常は、電力を供給されたデバイスの周囲温度を上昇させることが含まれる。バーンイン試験では、デバイス内の全ネットを含む全デバイスにストレスを加える。デバイスが試験されている環境の結果、デバイス内で圧縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）のような環境上の問題のため、デバイスを逆カプセル化して、デバイスの内部ネットを露出するのは実際的ではない。さらに加えて、デバイスを逆カプセル化して、デバイスの内部ネットにアクセスできるようにしても、全デバイスおよび全ネットが等しくストレスを加えられているので、バーンイン試験によって個々のネットの障害を識別するのは困難である。
【００１０】
第３の技術、すなわち欠陥検出では、デバイスのＩ／Ｏピンを監視し、デバイスの内部ネットをプローブする。通常は、デバイスの内部ネットをプローブするには、デバイスを逆カプセル化して、内部ネットへアクセスすることが必要である。デバイスを逆カプセル化するので、逆カプセル化されたデバイスに環境ストレスを加えるのは、実行不可能である。
【００１１】
内部ネットをプローブするのに使用する１つの技術では、機械的プローブを使用する。機械的プローブを整列させて、デバイスの内部ネットと物理的に接触させる。機械的プローブを使用することにおける１つの欠点は、機械的プローブが、試験されるネットの電子回路に負荷をかけることである。例えば、機械的プローブが回路のキャパシタンスを増加すると、回路の測定された動作は、機械的プローブが負荷をかけないならば回路がとったであろう動作から歪められる。
【００１２】
試験されているデバイスの回路に負荷をかけないようにするために開発された技術は、電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ−ｂｅａｍ， ｅ−ｂｅａｍ）プローブである。ｅビームプローブのツールおよび技術における最近の発展は、デバッグおよび他の目的のために電子デバイスの内部ノードをプローブすることに関係する問題の幾つかの克服を相当に支援した。
【００１３】
ｅビームプロービングは、走査電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ＳＥＭ）における電圧のコントラストの原理を使用している。従来のＳＥＭ画像は、試験されているデバイスに信号が加えられたときに、デバイス上で一次電子を精細に集束するビームをラスタ走査することによって生成される。一次ビームが試験されているデバイスから反射するとき、二次電子が生成される。デバイスから反射した二次電子を測定し、シンチレータ、光電子倍増管（ｐｈｏｔｏ−ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ， ＰＭＴ）、および関係する電子装置を使用して、試験されているデバイスのネットの画像を生成する。二次電子のエネルギーが試験されているデバイスによって生成されるのは、デバイス内の導体、またはネットの表面上の電位が一様でないためである。二次電子は、シンチレータの表面に当たり、二次電子のエネルギーに比例して多数の光子を生成し、光子はシンチレータから放出されて、ＰＭＴの表面に当たる。ＰＭＴは、その表面に当たる光子の数に比例して電圧を出力する。ＰＭＴから出力された電圧を、関係するエレクトロニクスによって増幅したものを使用して、デバイス内の導体およびネットの表面上の電位に対応する画像を生成する。ｅビーム技術では、このようなやり方でノード電圧の表示を与える。
【００１４】
例えば、正電圧は、少数の二次電子に対応して、画像内に暗領域として表わされる。ゼロまたは負の電圧は、より多数の二次電子に対応して、画像内に明領域として表わされる。
【００１５】
ｅビームプロービングは、機械的プロービングのような他のプロービング技術に比べて幾つかの長所を示している。ｅビームのプローブは通常は受動的であり、したがって監視している電子回路と作用し合わず、また負荷をかけない。対照的に、既に記載したように、機械的プローブは、試験されている回路に負荷をかけ、測定値を不正確にする。
【００１６】
したがって、デバイスの動作に影響を与えることなく、電子デバイスの内部ネットの動作を監視して、障害の源である特定のネットを識別する効果的な方法が必要である。
【００１７】
発明の要約
集積回路（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ， ＩＣ）の障害の指示を出力するＩＣ内の障害ネットを識別することには、障害を示しているネットによって生成された信号を観察することによって潜在的な障害ネットを判断することと、潜在的な障害ネットにストレスを加え、一方で他のＩＣネットは影響を受けないままにすることと、ストレスに応答して潜在的な障害ネットによって引き起こされた信号の変化を観察して、潜在的な障害ネットをＩＣの障害ネットとして識別することとが含まれる。
【００１８】
デバイス、またはＩＣ内のネットにストレスを加えることには、ストレスの外部の源をネットと整列させることと、ネットにストレスを加え、一方で他のデバイスのネットは影響を受けないままにすることと、ストレスを加えている一方で、ネットを観察して、ストレスを加えられているネットが故障しているかどうかを判断することとが含まれる。
【００１９】
デバイス、またはＩＣ内のネットに局部的にストレスを加えることには、デバイス内の疑わしいネット上へｅビームプローブを整列させることが含まれる。ｅビームプローブが疑わしいネットと整列すると、ｅビーム内の電流が増加し、疑わしいネットの近くでデバイスに局所的にストレスが加えられる。
【００２０】
本発明の他の特徴および長所は、本発明の原理を例示的に記載している好ましい実施形態の次の説明から明らかになるであろう。
【００２１】
詳細な説明
超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）チップのような、一般的な集積回路（ＩＣ）の電子デバイスには、デバイスの内部に多数の相互接続および通路がある。ＩＣの内部接続および通路のほとんどは、機械的プローブによって直接にアクセスできない。デバイスが試験信号によって動かされる一方で、ＩＣのネットを監視せずに特定のネットを障害について識別するのは実際的ではない。デバイスの障害解析における最初のステップは、障害の位置を判断することである。既に記載したように、内部ネットをプロービングすることは困難である。機械的プローブは、監視している電気回路に負荷をかける傾向があり、その測定値は不正確で、反復できない。したがって、デバイスの内部ネットを監視するための非接触で反復可能な測定技術が望ましい。
【００２２】
デバイスの内部ネットを監視するための非接触で反復可能な測定ユニットの１つのタイプは、電子ビーム（ｅビーム）プローブである。通常は、ｅビームプローブは、位置決めデバイス上に載せられて、デバイス内の所望のネットとｅビームをほぼ整列させる。位置決めデバイスの制御装置がデバイスのレイアウトのデータベースへアクセスするとき、位置決めデバイスは、デバイス内の予め識別されたネットの位置を自動的に指定することができる。通常は、別途記載するように、ｅビームは集束コイルまたは対物レンズを使って精密に整列させることができる。
【００２３】
内部ネットを監視することに加えて、デバイスにストレスを局部的に加える、例えば試験されているデバイスのネットの１つみにストレスを加えることも望ましい。所望のネットのみにストレスを加えて、他のネットには影響を与えないことによって、障害モードのデバイスを切り離して識別することができる。例えば、個々のネットが温度に依存して障害を起こすとき、個々のネットにストレスを加えることによって、ストレスを加えられたネットが障害の源であるかどうかを確実に判断することができる。
【００２４】
図１は、本発明にしたがう態様を示す、試験されているデバイス（ｄｅｖｉｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｅｓｔ， ＤＵＴ）１０２の一部分および試験装置の図である。図１の試験されているデバイス１０２の一部分には、複数の内部ネットおよび通路が示されている。別途記載するように、ネットの１つは潜在的な障害ネット１０４として識別され、他の残りのネット１０６は適切に動作していると考えられている。試験されているデバイス１０２のＩ／Ｏピンへ試験の刺激が加えられると、それにしたがってネット１０４および１０６の信号が変化する。
【００２５】
１つの実施形態では、潜在的な障害ネット１０４の信号は、非接触の測定デバイス１１０、例えばｅビームプローブを使用して監視される。さらに加えて、障害ネット１０４はストレス源１１２と整列させられている。ストレス源は、例えば、温度、電流、または電圧のようなストレスの源を加えるように構成されている。
【００２６】
別の実施形態では、ストレス源は、電気回路にかかる負荷を最小にするように構成されている機械的プローブを使用して、ストレスを加える。別の実施形態では、ストレス源は、ｅビームまたはレーザ光のような非接触プローブを使用して、ストレスを加える。
【００２７】
さらに別の実施形態では、ストレス源１１２および非接触の測定デバイス１１０は、同じユニット、例えば、単一のｅビームプローブであって、潜在的な障害ネットの監視とストレスの適用とをするように構成されている。例えば、ｅビームプローブからの一次ビームの電流密度は、ネットを監視するのに使用される約１ｎＡｍｐの公称値から、ストレスを加えるのに使用される約５０ｎＡｍｐの値へ高めることができる。ｅビームプローブは、その従来の使用とは対照的に、ｅビームプローブ内の電流密度を高めることによって、最早単なる受動の監視デバイスではなくなる。その代わりに、ｅビームプローブは、ネットに局部的にストレス加えることによって、ネットと能動的に作用し合い、一方で同時に、ネットから反射した二次信号を監視する。全てのこれらの実施形態では、単一の潜在的な障害ネットは、ストレスを加えられ、一方では試験入力によって動かされ、監視される。
【００２８】
本発明にしたがって、種々のトレースバック技術を使用して、潜在的な障害ネットを識別する。トレースバックはネットの系統的試験であり、障害が識別されたデバイス内の１つの位置、例えば、機能試験中に見付かったデバイスの出力における障害から始められる。例えば、電気回路の一部分の出力ノードにおいて障害が検出されたときは、電気回路のその部分への入力ネットが試験される。電気回路の一部分への全ての入力ネットが試験に“合格”するときは、識別された電気回路のその部分に対して、障害は切り離される。電気回路のその部分への入力ネットの１つ以上が故障していると識別されたときは、故障している入力ネットの源である電気回路へ戻って、試験が行われる。試験は、電気回路の故障部分が切り離されるまで続けられる。
【００２９】
図２は、ＩＣデバイス２００の例示的な回路の模式図であり、ここではネットを識別するために適用されたトレースバック技術を説明する。トレースバック技術を説明するために、ＩＣ内の不安定なディジタル回路、例えば混成信号のＶＬＳＩデバイスについて記載する。図２では、レジスタ２０２が出力したディジタル値は、ネット２０４について測定したものであり、回路の障害を示している。レジスタ２０２またはネット２０４に障害があるかどうかを判断するために、レジスタ２０２への入力信号と、ネット２０６、２０８、２１０、２１２、および２１４とを監視する。この例では、ネット２０６、２０８、２１０、および２１２は試験に合格し、ネット２１４には障害があった。ネット２０６は試験に合格しているので、ネット２０６に供給している回路デバイス２２０および回路デバイス２２０に供給しているネットは、これ以上試験しない。回路デバイス２２２へ供給しているネットを試験して、回路デバイス２２２に供給しているネットに障害があるかどうか、または回路デバイス２２２が障害を起こしているかどうかを判断する。
【００３０】
回路デバイス２２２への入力はネット２３０、２３２、２３４、および２３６である。この例では、ネット２３０、２３２、および２３４は試験に合格し、ネット２３６は合格しなかった。ネット２３０、２３２、および２３４は試験に合格しているので、これらのネットへ供給している回路には追加の試験を行なわない。ネット２３６は試験に合格しなかったので、回路デバイス２４０に供給しているネットを試験して、回路デバイス２４０に供給しているネットに障害があるかどうか、または回路デバイス２４０が障害を起こしているかどうかを判断する。
【００３１】
回路デバイス２４０への入力には、ネット２５０、２５２、および２５４が含まれる。この例では、ネット２５０、２５２、および２５４は試験に合格した。したがって、トレースバック試験では、回路デバイス２４０またはネット２３６に対して障害を切り離した。回路デバイス２４０が故障しているかどうか、またはネット２３６が故障しているかどうかを判断するために、ＩＣデバイス２００内の回路デバイス２４０、または他の回路デバイス、あるいはネットにストレスを加えることなく、ネット２３６が局部的にストレスを加えられているところに、追加の試験を行なう。ネット２３６にストレスを加えることによって、個々のネット２３６に対して障害を切り離すことができる。
【００３２】
既に記載したように、ＶＬＳＩデバイス内の通路構造の信頼性は、半導体デバイスの製造における主要な問題である。とくに、アルミニウム合金の相互接続システムにおけるタングステンの通路構造は、高いレベルの障害を起こし易い。既に記載したように、通路の欠陥の障害解析は、より困難になってきている。次に本発明の態様では、混成信号のＶＬＳＩデバイスにおいて間欠的に障害を発生する不安定なディジタル回路について行われる障害解析に関して記載する。このデバイスの障害解析により、通路構造には、タングステンプラグと下に位置するＡｌＣｕ合金とのインターフェイスにおけるＴｉ／ＴｉＮの接着層の下に、ボイドと異常な薄い層（ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｔｈｉｎ ｌａｙｅｒ）とが含まれていることが明らかになった。
【００３３】
不安定なディジタル回路は混成信号デバイスの一部分であり、ディジタルおよびアナログの回路が含まれている。デバイスはウエーハのプロービングおよび最終試験に合格した後で、フィールドへ送られる。このフィールドでは、デバイスは間欠的な障害を示す。デバイスはフィールドから戻されて、通常の障害解析を行なわれる。障害モードの解析に成功しないときは、多数の手操作のプロービング技術が試行される。既に記載したように、機械的プロービングに関する問題は、機械的プローブが、試験されているデバイスに電気的に負荷をかけることである。試験されている回路へ負荷をかけると、試験結果は不適切で信頼できないものになる。機械的プローブが負荷をかけないようにするために、本発明にしたがってｅビームプローブを使用する非接触技術を実行して、デバイスの障害解析を行なう。
【００３４】
図３は、本発明にしたがって使用される試験機構３００のブロック図である。試験機構には、Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ ＩＤＳ１００００ｐｌｕｓのような、ｅビームプローブユニット３０２が含まれている。試験機構にはワークステーション３０３が含まれており、試験のオペレータはワークステーション３０３を使用して、試験装置を制御し、さらに加えて試験結果の視覚的な表示を得る。
【００３５】
ｅビームプローブユニット３０２にはロードモジュール３０４が含まれており、ロードモジュール３０４は試験されているデバイスを保持し、かつデバイス上のＩ／Ｏピンを電気的に接続する。ロードモジュール３０４は、試験されているデバイスの装着後に、試料チャンバーの蓋３０６に固定される。試験されているデバイスは、ロードモジュール３０４に装着される前に、それをカプセル化したものの上部部分を取除かれる。したがって、内部ネットを含むデバイスの内部構造が露出する。ロードモジュール３０４が試料チャンバー３０６へ固定されるとき、試験されているデバイスは下向きに置かれ、露出した内部構造は試料チャンバー３０８へ向けられる。
【００３６】
試料チャンバー３０８の底部には、２つのイオンポンプ３１０および３１２がある。イオンポンプ３１０および３１２は、試料チャンバー内に真空を生成するのに使用される。試料チャンバー３０８の端部の、試験されているデバイスの反対側には、ｅビームコラム３２０がある。別途記載するように、ｅビームコラムは電子ビームを生成し、電子ビームは試験されているデバイス上に集束し、デバイスの内部ネット上の電圧を監視する。ｅビームコラム３２０およびイオンポンプ３１０、３１２はＸＹステージ３２２に装着されている。ＸＹステージ３２２は、ｅビームコラムによって生成された電子ビームと、試験されているデバイスの内部ネットとをほぼ整列させる。
【００３７】
図４は、ｅビームコラム３２０をさらに詳しく示したブロック図である。ｅビームコラム３２０にはフィラメント４０２が含まれている。フィラメント４０２は、ｅビームを生成するのに使用される電子を生成する。静電レンズ４０４は、フィラメント４０２によって放出された電子を、試験されているデバイス１０２へ加速する。電子は静電レンズ４０４を通過すると、集光レンズ（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｌｅｎｓ）によってビームへ集束する。電子ビームは、集束レンズ４０８を通過すると、試料チャンバー内の真空を通って、試験されているデバイス１０２へ向かう。
【００３８】
電子ビームは、試験されているデバイス１０２に近付くとき、対物レンズ４１０を通過する。対物レンズ４１０は電子ビームを一次電子ビームへ集束させ、一次電子ビームは、試験されているデバイス１０２の所望の内部ネット上へ方向付けられる。一次電子ビームは、試験されているデバイス１０２の内部ネットと作用し合い、二次電子は試料チャンバーへ再び放出される。
【００３９】
集束レンズ４０８と対物レンズ４１０との間には、検出器４２０が置かれている。検出器４２０にはシンチレータ４２２が含まれている。シンチレータ４２２は、二次電子がその表面に当たるとき、二次電子のエネルギーに比例して、光子を放出する。シンチレータ４２２によって放出された光子は、光電子倍増管（ＰＭＴ）４２４へ方向付けられる。ＰＭＴ４２４は、その表面に当たる光子の数に比例して電圧を生成するように構成されている。したがって、ＰＭＴ４２４の出力電圧は、試験されているデバイス内の内部ネットによって放出された二次電子のエネルギーに比例する。ＰＭＴ４２４の出力電圧は増幅器４２６へ送られ、ここで信号を増幅して調節する。増幅器４２６の信号出力はワークステーション３００へルート設定されて、ここで処理され、オペレータに表示される。
【００４０】
既に記載したように、この表示は、デバイス内のコンダクタ、またはネットの表面上の電位による二次ビームの強度の変化を表わす画像である。例えば、正電圧は、少数の二次電子に対応して、画像内に暗領域として表わされる。ゼロまたは負の電圧は、より多数の二次電子に対応して、画像内に明領域として表わされる。
【００４１】
上述の試験のセットアップを使用して、故障した混成信号のデバイスを試験する。ｅビームプローブを使ってトレースバック技術を使用すると、デバイスの障害は、ディジタルデータの入力に使用される８ビットの右シフトレジスタに絞り込まれる。追加の試験によって、８ビットレジスタからのデータ信号が予め割当てられたＩＤコードに整合しないことが明らかになる。８ビットレジスタから出力された信号が整合しないのは、デバイスの機能障害の原因になると考えられる。
【００４２】
デバイスの障害のある機構の識別を助けるために、全てのレジスタに関係するネットは、ｅビームプローブを使用して測定される。ｅビームプローブの試験により、ディジタル回路内の二相クロック発生器が不規則な波形を生成したことが明らかになる。図５は、通常の二相クロック発生器および試験を受けている試験発生器の出力波形を示すグラフである。トレース５１０および５１２は、既知の好ましいデバイスのクロック信号発生器からの適切な出力信号を示している。トレース５２０および５２２は、試験を受けているクロック発生器の出力信号を示している。トレース５２２は不規則であり、期待される方形波の形状ではなく、ほぼ三角形である。
【００４３】
クロック発生器の全ての内部ネットに対してさらにｅビームプロービングを行なって、故障したクロック発生器の出力インバータ（バッファ）へ障害の位置を指定する。
【００４４】
故障した出力インバータを障害の可能性があるとして識別した後で、出力インバータのネットは局部的にストレスを加えられる。この例で使用するネットに局部的にストレスを加えるのに使用する技術には、ｅビーム内の電流を増加することと、ｅビームの電子束（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｆｌｕｘ）を増加することとが含まれる。混成信号デバイスの試験中は、試験機構３００は、ネットを監視するためにｅビーム内の電流を約１ｎＡｍｐから約５０ｎＡｍｐへ増加して、ネットにストレスを加えるように動作する。さらに加えて、より高い倍率のｅビームはｅビームコラム３２０の対物レンズ４１０を通り、これを使用して、ネットのより小さい領域へ集中させて、電子束を増加する。
【００４５】
トレース５３０および５３２は、局部的に熱ストレスを加えられたクロック発生器の出力信号を示している。トレース５３０および５３２が示しているように、クロック発生器の出力は相当に歪められていることが明らかであり、したがって熱ストレスを加えられても、最早振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｅ）しない。
【００４６】
故障したインバータの出力ネット上の高い通路抵抗を使用して、シミュレーションを行なう。シミュレーションでは、ｅビームプローブを使って測定された三角形のトレース５２２に類似した信号が生成される。別のシミュレーションでは、通路抵抗を非常に高い値に増加し、トレース５３０および５３２と同様に、インバータの出力の切換えを止める。トレース５３０および５３２は、ネットが熱ストレスを受けたときに生成されるので、熱ストレスはネットの抵抗を非常に高い値に増加すると考えられる。
【００４７】
図６は、故障したネットの周辺のデバイスの一部のアートワークである。ネットには２つの通路６０１および６０２が含まれている。この通路は、高い抵抗の原因であると考えられる。
【００４８】
次に、集束イオンビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ， ＦＩＢ）技術を使用して、疑わしい通路６０１および６０２に接着パッド（ｂｏｎｄｉｎｇ ｐａｄ）を置く。通路における非常に高い抵抗が確認された。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して追加の障害解析を行ない、疑わしい通路６０１および６０２の一方は、故障している疑いのある通路として識別された。図７は、故障している疑いのある通路のＳＥＭ画像である。図７には、タングステン層の下のアルミニウム合金内に約０．２μｍのボイド７０２があることが示されている。
【００４９】
トンネリング電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して、疑わしい通路に対して別の障害解析を行なう。図８は、タングステン−金属のインターフェイスの近くの疑わしい通路のＴＥＭ画像である。図８には、約１５０オングストロームの非常に薄い異常層８０２が、タングステンプラグの下のＴｉ／ＴｉＮの接着層の下にあることが示されている。異常層は、通路のエッチング後の通路クリーニングプロセス中、すなわち製造プロセス中の脱イオン水（ｄｅ−ｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ， ＤＩ ｗａｔｅｒ）の腐食による酸化アルミニウムであると考えられる。
【００５０】
タングステン−金属のインターフェイスが不良であると、通路の層剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）が生じ、局部的な熱ストレスが増加する。さらに加えて、タングステン−金属のインターフェイスが不良であると、高温処理中または局部的に電気熱ストレスを加えている間に、タングステンプラグの下のＡｌＣｕの合金におけるボイド形成が加速する。タングステン層の下のアルミニウム合金にボイドが形成されるのは、タングステン−ＡｌＣｕのインターフェイスにおいて、アルミニウムのフラックス（Ａｌ ｆｌｕｘ）が不連続であるからである。例えば、高温域から離れるアルミニウムのフラックスは、電子マイグレーション（ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ）中はタングステンプラグから補償されない。
【００５１】
タングステン−ＡｌＣｕのインターフェイスにおけるボイドおよび薄い異常層によって、タングステン−ＡｌＣｕの相互接続システムは相当に劣化する。このような劣化により、一定の試験中に影響を受けた相互接続部または適用環境における劣化の度合いと電気熱ストレス量とに依存して、永久的なデバイスの障害または間欠的な機能障害の何れかがもたらされる。タングステン−ＡｌＣｕの相互接続システムは、とくに現在の半導体プロセス技術についてのＶＬＳＩデバイスにおける主要な確実性の問題の１つである。
【００５２】
上述の例に記載した試験されているデバイスでは、製造者は新しい通路クリーニングプロセスを行なって、脱イオン水の腐食を低減し、かつタングステン−ＡｌＣｕの相互接続システム内で熱ストレスによって引き起こされるボイド形成を最小にする。通路の相互接続の信頼性は、プロセスの変化にしたがって向上する。今日まで、同様の間欠的デバイスの障害は認められなかった。したがって、この技術では、回路を切り離してストレスを加えて、ネットを監視する結果として、混成信号デバイスにおける障害源の識別に成功し、適切な修復処理を行なうことができる。
【００５３】
上述では、本発明の一定の実施形態について詳しく記載してきた。しかしながら、それが如何に詳しいと考えられても、本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しないならば、他の特定の形態において実現できることが分かるであろう。上述の実施形態は全ての点で単に例示的であって、制限的ではないと考えれられ、したがって本発明の技術的範囲は、上述の説明によってではなく、特許請求項によって指示される。特許請求項に相当する意味および範囲に付随する全ての変更は、本発明の技術的範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
試験されているデバイスの一部分および試験装置の図であって、本発明にしたがって構成されたシステムの態様を示す図。
【図２】
トレースバックを示すための例示的な回路の模式図。
【図３】
本発明にしたがって使用される試験機構のブロック図。
【図４】
ｅビームコラムをさらに詳しく示すブロック図。
【図５】
典型的な二相クロック発生器および試験を受けているクロック発生器の出力波形を示すグラフ。
【図６】
故障しているネットの周辺のデバイスの一部分のアートワークを示す図。
【図７】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による、故障している疑いのある通路の画像を示す図。
【図８】
トンネリング電子顕微鏡（ＴＥＭ）による、タングステン−金属のインターフェイスの近くの疑わしい通路の画像を示す図。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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