(57)【要約】【課題】  半導体集積回路デバイスに対して吸収電位法を用いたレイヤ解析を効率的に行うことのできる故障解析装置を提供する。【解決手段】  故障解析装置１０では、終点探索部２が、観測対象導電層情報の入力にもとづいて観測対象導電層のパターンデータの配線ルート終点を探索し、期待画像生成部３が、その終点のレイヤに応じてそのパターンデータのコントラストの明暗を決定して電位コントラスト期待画像を生成し、比較部５が、期待画像保存部４に保存された電位コントラスト期待画像と、観測画像保存部１に保存された電位コントラスト観測画像とを比較し、比較結果画像生成部６が、比較部５から出力された一致／不一致情報を比較結果画像に変換し、表示部７が、比較結果画像を表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路デバイスを研磨して表面を露出させた観測対象の導電層に電子ビームを照射して吸収電位法により得られる前記導電層の電位コントラストの観測画像を保存する観測画像保存手段と、
前記半導体集積回路デバイスのパターン設計データから前記観測対象の導電層に対応するパターンデータを抽出し、前記観測対象の導電層のパターンレイヤに順次接続されるパターンレイヤで構成される配線ルートの終点を探索する終点探索手段と、
前記終点探索部で探索された前記終点のパターンレイヤに応じて前記導電層のコントラストの明暗を決定し、電位コントラスト画像の期待画像を生成する期待画像生成手段と、
前記期待画像を保存する期待画像保存手段と、
前記観測画像保存手段から読み出された前記観測画像と前記期待画像保存手段から読み出された前記期待画像とを比較し、電位コントラストの一致／不一致情報を出力する比較手段と、
前記検査手段から出力される前記一致／不一致情報にもとづいて前記観測画像を前記一致／不一致の区別を表示する比較結果画像に変換する比較結果画像生成手段と、
前記比較結果画像を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする故障解析装置。
【請求項２】
前記期待画像作成手段は、前記終点探索部で探索された前記終点のパターンレイヤがＭＯＳトランジスタのドレイン領域を形成するレイヤであるときは前記観測対象の導電層のパターンを暗色とし、前記終点探索部で探索された前記終点のパターンレイヤがゲート電極を形成するレイヤであるときは前記観測対象の導電層のパターンを明色として、前記期待画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の故障解析装置。
【請求項３】
前記検査結果画像生成手段は、前記一致／不一致の区別を前記表示手段に表示する色の違いで表すことを特徴とする請求項１に記載の故障解析装置。
【請求項４】
前記比較手段による前記比較により不一致が発生したときに、その原因がオープンモード故障によるものか、ショートモード故障によるものかを推定する故障モード推定手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の故障解析装置。
【請求項５】
前記故障モード推定手段は、前記不一致が前記パターン設計データの前記ＭＯＳトランジスタのドレイン領域へ接続されるルート側で発生したときはオープンモード故障と推定し、前記ゲート電極を形成する層へ接続されるルート側で発生したときはショートモード故障と推定することを特徴とする請求項４に記載の故障解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障解析装置に関し、特に半導体集積回路デバイスの故障を解析する故障解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路デバイスの故障解析装置の1つに電子ビームテスタがある。この電子ビームテスタを用いた故障解析手法の１つに、動作中の半導体集積回路デバイスに電子ビームを照射してその金属配線層の電位の高低を電位コントラスト画像として取得し、これをコンピュータシミュレーション結果から得られた電位をレイアウト図上に表示した期待される電位コントラスト画像と照合し、故障箇所を特定する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、上述の電位コントラスト画像は、電子ビームを照射したときに金属配線層表面から放出される２次電子を捕獲して得られるものであるため、最近の多層化された半導体集積回路デバイスの下層配線の解析には殆ど利用できないという問題があった。
【０００４】
そこで、下層部の解析を行う場合、エミッション顕微鏡等を用いて故障箇所の範囲を絞り込んだ後、半導体集積回路デバイスを上層から１層ずつ剥離し、各レイヤの配線やＶｉａの観測を行って不良箇所の特定を進める。これをレイヤ解析と称する。
【０００５】
レイヤ解析では、観察対象の配線あるいはＶｉａの表面を研磨により露出させ、電子ビームを照射した後、解析対象配線から半導体集積回路デバイス基板へ電流がリークしたかしなかったかをコントラスト画像で表示する吸収電位法を用いて解析する。
【０００６】
従来、吸収電位法による解析では、正常な半導体集積回路デバイスのレイヤ剥離後の期待されるコントラスト画像を人手で作成していたため、期待されるコントラスト画像の作成に時間を要していた。また、観察対象の半導体集積回路デバイスから得られたコントラスト画像と期待されるコントラスト画像との照合も人手で行なっていたために、照合結果を得るまでに多大の時間を要していた。そのため、解析の効率がよくなかった。
【特許文献１】特開２０００−７５００４号公報  （第４ページ、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、半導体集積回路デバイスに対して吸収電位法を用いたレイヤ解析を効率的に行うことのできる故障解析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、半導体集積回路デバイスを研磨して表面を露出させた観測対象の導電層に電子ビームを照射して吸収電位法により得られる前記導電層の電位コントラストの観測画像を保存する観測画像保存手段と、前記半導体集積回路デバイスのパターン設計データから前記観測対象の導電層に対応するパターンデータを抽出し、前記観測対象の導電層のパターンレイヤに順次接続されるパターンレイヤで構成される配線ルートの終点を探索する終点探索手段と、前記終点探索部で探索された前記終点のパターンレイヤに応じて前記導電層のコントラストの明暗を決定し、電位コントラスト画像の期待画像を生成する期待画像生成手段と、前記期待画像を保存する期待画像保存手段と、前記観測画像保存手段から読み出された前記観測画像と前記期待画像保存手段から読み出された前記期待画像とを比較し、電位コントラストの一致／不一致情報を出力する比較手段と、前記検査手段から出力される前記一致／不一致情報にもとづいて前記観測画像を前記一致／不一致の区別を表示する比較結果画像に変換する比較結果画像生成手段と、前記比較結果画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする故障解析装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸収電位法によって得られた電位コントラスト画像をパターン設計データから自動的に生成した期待画像と自動的に照合するので、半導体集積回路デバイスのレイヤ解析を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る故障解析装置の構成の例を示すブロック図である。
【００１２】
本実施例の故障解析装置１０は、吸収電位法により得られた観測対象の導電層の電位コントラスト観測画像をもとにレイヤ解析を行うときに用いる装置である。なお、吸収電位法では、解析対象の半導体集積回路デバイスを研磨して表面を露出させた観測対象の導電層（金属配線あるいはＶｉａ）に電子ビームを照射後、電流リーク発生の有無により生じる観測対象の導電層の電位の違いを明暗のコントラストの違いで表したコントラスト画像として観測する。
【００１３】
故障解析装置１０は、取得した電位コントラスト観測画像を保存する観測画像保存部１と、観測対象の導電層を特定する情報の入力にもとづいてパターン設計データ１００から観測対象の導電層のパターンデータを抽出し、そのパターンデータに連結される配線ルートの終点を探索する終点探索部２と、パターン設計データ１００から抽出した上述のパターンデータに対するコントラストの明暗を終点探索部２にて探索された終点のレイヤに応じて決定し、観測対象の導電層に対する電位コントラスト期待画像を生成する期待画像生成部３と、期待画像生成部３にて生成された電位コントラスト期待画像を保存する期待画像保存部４と、観測画像保存部１から読み出した電位コントラスト観測画像を期待画像生成部３から読み出した電位コントラスト期待画像と比較し、電位コントラストの一致／不一致情報を出力する比較部５と、電位コントラスト観測画像を比較部５出力の一致／不一致に応じて色の違いに置き換えた比較結果画像に変換する比較結果画像生成部６と、比較結果画像生成部６により生成された比較結果画像を表示する表示部７と、を備える。
【００１４】
終点探索部２は、観測対象の導電層のパターン設計上のパターン名情報の入力に基づいてパターン設計データ１００から観測対象の導電層のパターンデータを抽出し、そのパターンデータに連結される金属配線あるいはＶｉａのパターンデータを追跡し、その接続ルートの終点を探索する。
【００１５】
期待画像生成部３は、終点探索部２にて探索された終点がＭＯＳトランジスタのドレイン領域に接続されるレイヤであるときは、観測対象の導電層のパターンデータを暗色とし、終点がＭＯＳトランジスタのゲート電極に接続されるレイヤであるときは、観測対象の導電層のパターンデータを明色とする。このコントラストの明暗は、吸収電位法により観測されるコントラストの明暗に合わせたものである。
【００１６】
比較結果画像生成部６は、比較部５から出力される一致／不一致情報を視覚的にわかりやすく示すために、色の違いがはっきりわかる色を用いて一致／不一致の区別を比較結果画像上に表現する。例えば、観測対象の導電層の明暗の度合いが電位コントラスト期待画像の対応するパターンの明暗の度合いと一致すれば黄、不一致であれば赤とする。これにより、どこで不一致が発生しているかが一目でわかる。
【００１７】
次に、レイヤ解析における本実施例の故障解析装置１０の動作について図２〜図８を用いて説明する。
【００１８】
図２は、レイヤ解析の対象となる半導体集積回路デバイスのレイアウト設計パターンの例を示す図である。
【００１９】
解析対象ノードＮ１は最上層に３層目金属配線Ｍ３１を有し、３層目金属配線Ｍ３１は、２ｎｄＶｉａＶ２１、２層目金属配線Ｍ２１、１ｓｔＶｉａＶ１１、１層目金属配線Ｍ１１、コンタクトＣ１１を介してＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン領域Ｄ１１に接続され、２ｎｄＶｉａＶ２２、２層目金属配線Ｍ２２、１ｓｔＶｉａＶ１２、１層目金属配線Ｍ１２、コンタクトＣ１３を介してＭＯＳトランジスタＴ２のポリシリコンゲート電極Ｐ１１に接続される。
【００２０】
この解析対象ノードＮ１のレイヤ解析を進めるために、まず、最上層の３層目金属配線Ｍ３１が剥離され、露出した２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２の表面が研磨される。
【００２１】
この状態で、１回目の吸収電位法による電位コントラスト画像の取得が行なわれる。したがって、この場合、電位コントラスト画像が得られる観測対象の導電層は２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２となる。
【００２２】
図３（ａ）は、最上層の３層目金属配線Ｍ３１が剥離されたときの半導体集積回路デバイスをレイアウト設計パターンで示した図である。
【００２３】
図３（ｂ）は、最上層の３層目金属配線Ｍ３１が剥離されたときの半導体集積回路デバイスの断面を模式的に示した断面図であり、吸収電位法を実行したときに発生するリーク電流の流れる経路を示す図である。
【００２４】
すなわち、２ｎｄＶｉａＶ２１を起点とする配線経路は、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン領域Ｄ１１に接続される経路であるため、２ｎｄＶｉａＶ２１から半導体基板へ向かうリーク電流経路が存在する。
【００２５】
一方、２ｎｄＶｉａＶ２２を起点とする配線経路は、ＭＯＳトランジスタＴ２のポリシリコンゲート電極Ｐ１１に接続される経路である。ポリシリコンゲート電極Ｐ１１と半導体基板との間には絶縁膜があるため、半導体集積回路デバイスが正常であれば２ｎｄＶｉａＶ２１から半導体基板へ向かうリーク電流経路は存在しない。
【００２６】
吸収電位法の実行の際に、電子ビームの照射により２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２には電荷が蓄積される。半導体集積回路デバイスが正常であれば、２ｎｄＶｉａＶ２１に蓄積された電荷はリーク電流によって放電され、２ｎｄＶｉａＶ２１の電位は下がる。一方、２ｎｄＶｉａＶ２２に蓄積された電荷は放電されないため、２ｎｄＶｉａＶ２２の電位は維持される。
【００２７】
この電位の差が電位コントラスト画像のコントラストの差となって現れる。すなわち、相対的に電位の低い２ｎｄＶｉａＶ２１は暗く、相対的に電位の高い２ｎｄＶｉａＶ２２は明るく観測される。
【００２８】
そこで、故障解析装置１０は、この２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２の正常なコントラストの明暗に合わせて電位コントラスト期待画像を生成する。
【００２９】
図４は、故障解析装置１０により生成される２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２の電位コントラスト期待画像を示す図である。なお、この図では、２ｎｄＶｉａＶ２１とＶ２２の関係がわかりやすいように３層目金属配線Ｍ３１のパターンも参考として表示している。
【００３０】
故障解析装置１０へ２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２のパターン名情報が入力されると、終点探索部２は、パターン設計データ１００から２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２のパターンデータを抽出し、それぞれの連結ルートに接続される終点を探索する。その結果、２ｎｄＶｉａＶ２１の終点がＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン領域Ｄ１１に接続され、２ｎｄＶｉａＶ２２の終点がＭＯＳトランジスタＴ２のポリシリコンゲート電極Ｐ１１に接続されていることが判明する。
【００３１】
期待画像生成部３は、接続先の終点がＭＯＳトランジスタのドレイン領域である２ｎｄＶｉａＶ２１のパターンデータを暗色にし、接続先の終点がＭＯＳトランジスタのゲート電極である２ｎｄＶｉａＶ２２のパターンデータを明色にした電位コントラスト期待画像を生成する。
【００３２】
図５（ａ）は、吸収電位法により得られた２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２の電位コントラスト観測画像の一例を示す図である。この例では、２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２ともに明色の画像が得られている。
【００３３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した電位コントラスト観測画像に対して、故障解析装置１０の表示部７に表示される比較結果画像を示す図である。この図の作成手順は次の通りである。
【００３４】
まず、比較部５が、図５（ａ）に示した電位コントラスト観測画像を図４に示した電位コントラスト期待画像と比較する。その結果、比較部５は、２ｎｄＶｉａＶ２１には画像の明るさに不一致があり、２ｎｄＶｉａＶ２２は画像の明るさが一致していると判定する。そこで、比較結果画像生成部６が、２ｎｄＶｉａＶ２１を不一致を示す赤で表示し、２ｎｄＶｉａＶ２２を一致を示す黄で表示するようにした比較結果画像を生成する。
【００３５】
図５（ｂ）に示した比較結果画像により、２ｎｄＶｉａＶ２１以降のレイヤに故障が発生していることがわかる。半導体基板へのリーク電流経路を有する２ｎｄＶｉａＶ２１に不一致が発生するということは、このリーク電流経路にオープン故障が発生していることが推定される。そこで、故障箇所特定のために、２ｎｄＶｉａのレイヤを剥離してレイヤ解析をさらに下層に進める。
【００３６】
図６（ａ）は、２ｎｄＶｉａのレイヤが剥離されたときの半導体集積回路デバイスの断面を模式的に示した断面図である。２ｎｄＶｉａの剥離により、半導体集積回路デバイスの最上層は２層目金属配線層となる。
【００３７】
図６（ｂ）は、最上層の２層目金属配線Ｍ２１およびＭ２２に対して吸収電位法を実行し、得られた電位コントラスト観測画像の一例を示す図である。この例では、２層目金属配線Ｍ２１は暗色、２層目金属配線Ｍ２２は明色の画像が得られている。
【００３８】
２層目金属配線Ｍ２１およびＭ２２の電位コントラスト観測画像が得られたら、この電位コントラスト観測画像および観測導電層情報として２層目金属配線Ｍ２１、Ｍ２２のパターン名情報を故障解析装置１０へ入力する。この入力を受けて、故障解析装置１０は、２層目金属配線Ｍ２１およびＭ２２に対する電位コントラスト期待画像を作成し、電位コントラスト観測画像と比較し比較結果画像を生成する。
【００３９】
図７（ａ）は、最上層の２層目金属配線Ｍ２１およびＭ２１に対する電位コントラスト期待画像である。
【００４０】
この場合、２層目金属配線Ｍ２１は、その接続先終点がＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン領域Ｄ１１であるため暗色で表わされ、２層目金属配線Ｍ２２は、その接続先終点がＭＯＳトランジスタＴ２のポリシリコンゲート電極Ｐ１１であるため明色で表わされる。
【００４１】
図７（ｂ）は、図６（ｂ）に示した電位コントラスト観測画像に対して、故障解析装置１０の表示部７に表示される比較結果画像である。
【００４２】
この場合、２層目金属配線Ｍ２１、Ｍ２２ともに、電位コントラスト観測画像が電位コントラスト期待画像と一致しているため、比較結果画像上では一致を示す黄で表示される。
【００４３】
ここで、２層目金属配線Ｍ２１に注目すると、この２層目金属配線Ｍ２１の上層に接続されていた２ｎｄＶｉａＶ２１の観測では図５（ｂ）に示したように不一致が発生していたにもかかわらず、２層目金属配線Ｍ２１の観測では不一致が発生していない。すなわち、２層目金属配線Ｍ２１以降のレイヤには故障がないと考えられる。
【００４４】
そこで、この場合、２ｎｄＶｉａＶ２１にオープン故障が発生していたものと推定される。このように、本実施例の故障解析装置１０を用いることにより故障箇所の特定を行うことができる。
【００４５】
図８（ａ）は、２ｎｄＶｉａＶ２１およびＶ２２に対する電位コントラスト観測画像の別の例を示す図である。図５（ａ）に示した例とは異なり、この例では、２ｎｄＶｉａＶ２１、Ｖ２２はともに暗色の画像となっている。
【００４６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した電位コントラスト観測画像に対して、故障解析装置１０の表示部７に表示される比較結果画像である。
【００４７】
この例では、２ｎｄＶｉａＶ２１は電位コントラスト期待画像と一致しているため黄で表示され、２ｎｄＶｉａＶ２２は電位コントラスト期待画像と不一致であるため赤で表示される。そこで、この場合、２ｎｄＶｉａＶ２２以降のレイヤに半導体基板との間にリーク電流経路を発生されるショート故障が発生していると推定することができる。
【００４８】
このような本実施例によれば、吸収電位法により得られた電位コントラスト観測画像に対して、その観測対象導電層のパターン名が入力するだけで電位コントラスト期待測画像が自動的に生成され、電位コントラスト観測画像との比較が自動的に行われるので、電位コントラスト観測画像の解析を短時間で正確に行うことができる。また、電位コントラスト期待測画像に対する電位コントラスト観測画像の不一致箇所を視覚的にわかりやすく表示されるので、解析結果の見誤りを少なくすることができる。
【実施例２】
【００４９】
図９は、本発明の実施例２に係る故障解析装置の構成の例を示すブロック図である。
【００５０】
本実施例の故障解析装置２０は、図１に示した故障解析装置１０に故障モード推定部８を追加したものである。そこで、図９において、図１と同一のブロックには図１と同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００５１】
故障モード推定部８は、比較部５において不一致と判定されたときにその原因となる故障モードがオープンモードであるか、ショートモードであるかを推定し、その結果を出力する。その推定は、不一致と判定された導電層パターンの接続先終点が終点探索部２によりトランジスタのドレイン領域と探索されていたか、ゲート電極と探索されていたかによって行う。
【００５２】
すなわち、故障モード推定部８は、不一致と判定された導電層の接続先終点がトランジスタのドレイン領域であるときは故障モードをオープンモードと推定し、不一致と判定された導電層の接続先終点がトランジスタのゲート電極であるときは故障モードをショートモードと推定する。
【００５３】
図１０は、故障モード推定部８の出力例を示す図である。
【００５４】
図１０（ａ）は、図５（ａ）に示した電位コントラスト観測画像に対する故障モード推定部８の出力例である。この場合、２ｎｄＶｉａＶ２１に不一致が生じる原因となる故障のモードがオープンモードであることを示す。
【００５５】
図１０（ｂ）は、図８（ａ）に示した電位コントラスト観測画像に対する故障モード推定部８の出力例である。この場合、２ｎｄＶｉａＶ２２に不一致が生じる原因となる故障のモードがショートモードであることを示す。
【００５６】
このような本実施例によれば、電位コントラスト期待測画像に対する電位コントラスト観測画像の不一致箇所が比較結果画像に表示されるとともに、その不一致の原因となる故障の故障モードの推定結果が表示されるので、故障原因の推定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１に係る故障解析装置の構成の例を示すブロック図。
【図２】故障解析対象の半導体集積回路デバイスのレイアウト設計パターン図。
【図３】吸収電位法を実行したときに発生するリーク電流経路を説明するための図。
【図４】実施例１の故障解析装置により生成される２ｎｄＶｉａの電位コントラスト期待画像の例を示す図。
【図５】実施例１の故障解析装置における比較結果画像の表示例を示す図。
【図６】実施例１の故障解析装置により生成される２層目金属配線の電位コントラスト期待画像の例を示す図。
【図７】実施例１の故障解析装置における比較結果画像の表示例を示す図。
【図８】実施例１の故障解析装置における比較結果画像の表示例を示す図。
【図９】本発明の実施例２に係る故障解析装置の構成の例を示すブロック図。
【図１０】実施例２の故障解析装置における故障モード推定出力の例を示す図。
【符号の説明】
【００５８】
１  観測画像保存部
２  終点探索部
３  期待画像生成部
４  期待画像保存部
５  比較部
６  比較結果画像生成部
７  表示部
８  故障モード推定部
１０、２０  故障解析装置
【図１】
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【図２】
2007155449.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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