(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層部と上層部とをコンタクトするコンタクト部の断線不良を解析する半導体装置の故障解析方法において、
偏光顕微鏡を用いて、前記コンタクト部に光を照射し、前記コンタクト部からの反射光の中から特定の偏光成分を取り出し、取り出された前記偏光成分による当該コンタクト部の観察像の輝度に基づいて、前記コンタクト部の断線不良を検出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２】
モールド樹脂によりモールドされた半導体チップの中に形成され、下層部と上層部とをコンタクトするコンタクト部の断線不良を解析する半導体装置の故障解析方法において、
前記コンタクト部は、ゲート配線又はソース・ドレイン拡散領域にコンタクトする下層配線を含む第１のコンタクト部と、前記下層配線にコンタクトする上層配線を含む第２のコンタクト部と、を備え、
モールドされた前記半導体チップを開封することで、前記半導体チップを露出し、
露出された前記半導体チップの前記上層配線を被覆する保護膜を除去し、
前記保護膜を除去した後に前記上層配線を除去し、
偏光顕微鏡を用いて、上層配線が除去された前記半導体チップの前記第１のコンタクト部に光を照射し、当該第１のコンタクト部からの反射光の中から特定の偏光成分を取り出し、取り出された前記偏光成分による当該第１のコンタクト部の観察像の輝度に基づいて、当該第１のコンタクト部の断線不良を検出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】
モールド樹脂によりモールドされた半導体チップの中に形成され、下層部と上層部とをコンタクトするコンタクト部の断線不良を解析する半導体装置の故障解析方法において、
前記コンタクト部は、ゲート配線又はソース・ドレイン拡散領域にコンタクトする下層配線を含む第１のコンタクト部と、前記下層配線にコンタクトする上層配線を含む第２のコンタクト部と、を備え、
モールドされた前記半導体チップを開封することで、前記半導体チップを露出し、
偏光顕微鏡を用いて、露出された前記半導体チップの前記第２のコンタクト部に光を照射し、当該第２のコンタクト部からの反射光の中から特定の偏光成分を取り出し、取り出された前記偏光成分による当該第２のコンタクト部の観察像の輝度に基づいて、当該第２のコンタクト部の断線不良を検出することを特徴とする半導体装置の故障解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の故障解析方法に関し、更に言えば、偏光法によるコンタクト断線の故障解析技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ＬＳＩの故障原因の多くは電気配線の断線ショートである。徹底的なクリーン活動が行われている現在でも欠陥の正体は異物であり、装置のチャンバー内で発生するダストが原因となることが多い。
【０００３】
従来からＬＳＩの故障解析は、ＬＳＩテスター等により故障箇所を特定した後、適当な方法で薄膜を一層ずつ除去し、故障箇所をＳＥＭや光学顕微鏡で観察して欠陥を見つける観察方法が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＳＩの金属配線におけるコンタクト部の開口欠陥をチップ表面から検出するのは、多くの場合絶望的である。
【０００５】
即ち、断線では発光等の物理現象を伴わないため、電気的測定以外に明確に判別できる手段がないからである。
【０００６】
金属配線のコンタクト形状不良による故障は、現象それ自体は単純であるが、故障箇所を可視化して、場所を特定するのは容易ではない。
【０００７】
仮にできるとすれば、例えばトランジスタ１個というような単体デバイスやＴＥＧパターンならば電気的測定から断線箇所を絞り込めるかもしれないが、集積回路ではＬＳＩテスターによる電気的な測定から断線箇所を絞り込むことは現実的には不可能である。
【０００８】
不良箇所が特定できれば、ＦＩＢ（フォーカス・イオン・ビーム）で断面加工してコンタクト部の未開口部の形状を調べて断線の有無を判断できる場合もある。ただし、ＦＩＢは１次元的な解析手法である。チップ内で線上の加工であり、場所の特定という一般に行われている２次元的な解析はできない。
【０００９】
しかも、ＦＩＢでは１箇所の断面加工だけで数時間を要するため、故障が疑わしいコンタクト部が仮に数百、数千個レベルに絞れたとしてもそれを１個１個、断面加工して形状を確認することは事実上不可能であり、努力の意味がない。
【００１０】
結局、断線部の特定ができなければ、ＦＩＢによる解析手法の適用はできず、コンタクト断線の調査は、従来不可能な解析分野であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題に鑑み本発明の半導体装置の故障解析方法は、偏光顕微鏡を用いた偏光法により、コンタクト部における形状不良を当該コンタクト部に光を照射し、その反射光の方向成分を観察することで、コンタクト部の形状不良を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置の故障解析方法に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
ここで、本発明の特徴は、ＦＩＢによる故障解析手法を適用することなく、断線しているコンタクト部を認識して断線箇所を検出する方法を提供するものでありる。以下、下層部と上層部とをコンタクトするコンタクト部を有する２層配線プロセスを一例にして説明する。
【００１４】
図１はモールド樹脂１１によりモールドされた半導体装置（チップ）１２の斜視図である。
【００１５】
図２に示す試料１２Ａにおいて、１は半導体基板で、当該基板１上に素子分離膜２が形成され、それ以外の領域にゲート絶縁膜３が形成されている。また、前記ゲート絶縁膜３を介してゲート電極４が形成され、当該ゲート電極４に隣接するようにソース・ドレイン領域５，６が形成されている。更に、前記ゲート電極４を被覆するように形成された層間絶縁膜７を介して前記ソース・ドレイン領域５，６にコンタクトする下層配線８が形成され、それらを被覆するように層間絶縁膜９が形成され、当該層間絶縁膜９を介して前記下層配線８にコンタクトする上層配線１０が形成されている。そして、図示した説明は省略するがその上をパッシベーション膜で被覆されて半導体装置が構成される。
【００１６】
また、図３に示す試料１２Ｂは、前記半導体基板１上の素子分離膜２上にゲート配線４Ａが形成され、当該ゲート配線４Ａを被覆するように形成された層間絶縁膜７を介してゲート配線４Ａにコンタクトする配線８Ａが形成されている。そして、図示した説明は省略するがその上をパッシベーション膜等の保護膜で被覆されて半導体装置が構成される。
【００１７】
そして、２層配線プロセスにおけるコンタクト部の断線故障には、（Ｉ）下層配線８と上層配線１０間のコンタクト部、（ＩＩ）下層配線８とソース・ドレイン拡散領域５，６間のコンタクト部（以上、図２参照）、そして（ＩＩＩ）配線８Ａとゲート配線４Ａ間のコンタクト部（図３参照）の３通りがある。
【００１８】
上記（ＩＩ），（ＩＩＩ）のコンタクト部の断線故障箇所を特定するために、以下の処理を試料に施す。
【００１９】
先ず、図１に示すようにモールド樹脂１１をオープナーを使って開封し、チップ１２を露出させる。
【００２０】
次に、チップ１２上のシリコン窒化膜等の保護膜（図示省略）を除去する。
【００２１】
続いて、図４に示すように前記上層配線１０を除去する。尚、図４（ａ）はコンタクト形状が正常な場合を示し、図４（ｂ）はコンタクト形状が異常な（断線箇所１３を有する）場合を示している。
【００２２】
更に、図５に示すように試料１２Ｂを偏光顕微鏡２０の作業台２１上にセットして観察する。
【００２３】
ここで、上記偏光顕微鏡２０の構成について説明すると、接眼レンズ２２の手前側（観察者側から見て（矢印Ａ参照））に偏光子２３，２４が２枚挿入されて成り、この２枚の偏光子２３，２４の一方（本実施形態では、偏光子２３側）を回転させることで、反射光の中から特定の成分だけを取り出すことができる。
【００２４】
そして、形状が正常なコンタクト部は、明るく輝いて観察できるが、形状不良のコンタクト部では暗く観察されるため、両者の違いが識別できる。
【００２５】
尚、このような偏光顕微鏡については、「偏光顕微鏡」坪井誠太郎著、岩波書店等に詳しく記載されている。
【００２６】
このとき、光源から出た光（（１））は、透明な層間絶縁膜９を貫通して下層配線８Ｂに到達する。そして、コンタクト部分が正常な形状をしている場合（図４（ａ））には、前記光（（１））は下層配線８Ｂの表面で適正な方向（（２））に反射するが、コンタクト部分の形状がゆがんでいるとか、下層配線８Ｂに微小な欠落（例えば、断線箇所１３）が存在するとかの、コンタクト部分が異常な形状をしている場合（図４（ｂ））には、光（（１））がＬＳＩ内部に入り込んだりして、形状が正常な場合と異なる方向（（３），（４））に反射することになる。
【００２７】
通常の観察の場合、観察像には全く変化がない。これは、光の強度だけを観察しているからである。しかし、上述したように２つの反射光（（２）と（３），（４））の方向成分は異なる。従って、両者の反射光の方向の違いから両者を識別することができる。
【００２８】
このように本発明では、膨大な時間のかかるＦＩＢを使用せずに、コンタクト部の形状不良箇所を検出できる。そして、コンタクト部の不良部分を２次元的に非常に広い領域で解析することができ、故障箇所の特定が容易になる。
【００２９】
尚、上記（Ｉ）の場合には、前述したモールド樹脂１１をオープナーを使って開封し、チップ１２を露出させる処理のみで、断線部の可視化が可能になる。
【００３０】
以上のように本発明では、光の波の性質を利用して反射光の方向成分の違いから形状不良のコンタクト部を輝度で識別するため、形状不良のコンタクト部の特定が容易になる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光法を利用して反射光の方向成分の違いから形状不良のコンタクト部を輝度で識別するため、膨大な時間のかかるＦＩＢを使用する必要がなくなり、故障解析の作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置の故障解析方法を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体装置の故障解析方法を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置の故障解析方法を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の半導体装置の故障解析方法を示す断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の故障解析方法に用いる偏光顕微鏡を示す図である。
【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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