一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置及方法，装置包括光源模块、光学模块、物镜、信号提取系统、三维移动台、移动台控制箱、控制计算机；方法包括采集物镜焦点处被测器件的红外显微图像,并记录该图像对应的物镜焦点坐标以及坐标点的频率信号强度，获得频率强度分布图；通过将红外显微图像和频率强度分布图进行叠加，获得信号强度分布图；通过分析信号强度分布图，定位被测器件上硬缺陷故障点的位置；本发明专利技术用于Flip

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置及方法


[0001]本专利技术涉及集成电路测试领域，具体涉及一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置及方法。

技术介绍

[0002]集成电路是电子设备的核心，其可靠性将直接影响设备的安全性和使用寿命。失效分析作为集成电路可靠性保证体系的重要组成部分，主要包括以下几个过程：失效模式验证，故障点定位，故障物理特性分析及其成因分析。其中，故障点定位是指通过一系列的技术和方法从集成电路内部数以万计的元器件中精确地定位失效的元器件或者失效点位置，在整个失效分析过程中起着决定性的作用，处于核心地位。
[0003]硬缺陷故障点定位过程中采用的定位技术通常可以概括为两类：动态定位技术和静态定位技术。(专利号US7616312B2，美国专利，Apparatus and method for probing integrated circuits using laser illumination)中提出了两种动态定位技术：激光电压探针技术(Laser Voltage Probing,LVP)和激光电压成像技术(Laser Voltage Imaging,LVI)，这两种技术可从集成电路的背面非接触式地对集成电路的内部MOS晶体管或节点进行功能性测试。LVP和LVI的基本原理是半导体器件内部的自由载流子折射效应，定位过程中芯片处于动态工作模式，激光穿过芯片背部的硅衬底聚焦在有源区，芯片内部载流子浓度的变化导致半导体材料的折射率发生变化从而改变入射激光的相位。激光被芯片正面的金属布线反射通过干涉手段将反射光的相位变化转变为光强变化，LVP和LVI分别从时域和频域分析反射光信号，两种手段互补，从而定位故障点的位置。但是由于激光在被测器件背部的硅衬底和空气的交界面也会发生反射，这个交界面处的干涉信号和自由载流子折射效应造成的激光相位调制干涉信号叠加在一起，会造成探测信号的信噪比下降。同时，激光的光程也极易受空气振动和温度变化导致的半导体材料厚度变化的影响，导致干涉信号的波动，不利于故障位置的准确定位。
[0004]静态定位技术中常用的技术是光诱导电阻变化技术(Optical Beam Induced Resistance Change,OBIRCH)，OBIRCH的基本原理是激光的热效应，故障点定位过程中只需给被测器件的电源两端供电，被测器件无需运转。激光加热故障区域时会引起故障区域的电阻变化，导致被测器件的供电端电流发生变化ΔI，通过分析电流变化ΔI定位故障点位置。但是目前OBIRCH中电流放大器的最大量程通常为mA，在一些故障模式下，OBIRCH的信号将会发生失真，影响故障点定位的准确性。同时器件中一些小的故障点区域在激光加热时电流变化ΔI值较小，ΔI被淹没在噪声电流中，即便OBIRCH设备中存在电流放大器，但是电流放大器会同时将噪声电流和电流变化ΔI放大，无法将ΔI从噪声中提取出来，导致故障点定位失败。
[0005]此外，已有的半导体器件硬缺陷故障点定位装置中，LVP和LVI通常被集成在一起作为一个独立的半导体器件动态硬缺陷故障点定位装置。由于已有的OBIRCH光路与LVP和LVI的光路截然不同，OBIRCH只能作为一种独立的半导体器件静态硬缺陷故障点定位装置，
缺乏一种可将LVP、LVI以及OBIRCH集成在一起实现半导体器件动态和静态硬缺陷故障点定位互补的装置去应对绝大多数半导体器件硬缺陷失效模式。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，为解决现有的半导体器件硬缺陷故障点定位装置存在的缺陷，本专利技术提供了一种新的光路，基于该光路可以实现一种包含LVP、LVI以及OBIRCH这三种功能的半导体器件硬缺陷故障点定位装置，实现半导体器件动态和静态硬缺陷故障点定位的互补。本专利技术装置中LVP和LVI的基本原理是半导体器件内部的自由载流子吸收效应，非相干聚焦在被测器件的有源区，通过直接探测反射光的强度变化定位故障点的位置，无需干涉手段，从而消除了已有的定位手段中硅衬底和空气界面处的反射光干涉以及外界扰动造成的光程变化对信号探测的影响，提高了硬缺陷故障点定位的准确性。
[0007]本专利技术还将频域分析技术引入OBIRCH中，通过频域分析，将淹没在噪声中的电流信号提取出来。装置中激光光源的出射光强被周期性地调制，被调制的激光加热缺陷点时会引起被测器件供电端的电流周期性地变化。被测器件供电线路上的串联电阻将这种周期性地电流变化转变为电阻两端的电压变化。通过对串联电阻两端的电压信号进行傅里叶变换，在频域中将噪声电压信号与有用信号电压分离开提高信噪比，从而提取出淹没在噪声中的信号，提高OBIRCH硬缺陷故障点定位的准确性。此外，串联电阻还会降低供电电路中的电流，使电路中的电流不至于太大而产生信号失真。根据上述技术目的，本专利技术提供了一种用于检测半导体器件硬缺陷的故障点定位装置，包括：
[0008]光源模块，用于产生非相干光；
[0009]光学模块，与光源模块连接，用于传输非相干光，并接收从被测器件内部反射回来的非相干光；
[0010]物镜，设置在光学模块与被测器件之间，用于将非相干光聚焦在被测器件的内部，并将反射光信号传输到光学模块；
[0011]信号提取系统，与光学模块连接，用于将反射光信号转换为电信号，并提取电信号的时域信号或频域信号；
[0012]三维移动台，用于固定并移动被测器件；
[0013]移动台控制箱，与三维移动台连接，用于控制三维移动台；
[0014]控制计算机，分别与光源模块、移动台控制箱、光学模块、信号提取系统连接，控制故障点定位装置进行工作。
[0015]优选地，光源模块包括，
[0016]非相干光源，用于获得波长大于1100nm的非相干光；
[0017]调制模块，分别与非相干光源、控制计算机连接，用于调制非相干光的光强。
[0018]优选地，信号提取系统包括，
[0019]光电探测器，与光学模块连接，用于将反射光信号转变为电信号；
[0020]放大器，与光电探测器连接，用于放大电信号；
[0021]隔直器，与放大器连接，用于隔离掉电信号中无用的大的直流背景分量，输出交流信号；
[0022]信号提取器，与隔直器连接，用于提取电信号的时域信号或频域信号，其中，信号
提取器为频谱分析仪或示波器。
[0023]优选地，光学模块包括，光隔离器，第一偏振分束棱镜，空间滤波系统，第二偏振分束棱镜，法拉第旋光器，半透半反镜，聚焦透镜；
[0024]光隔离器通过第一偏振分束棱镜与空间滤波系统连接；
[0025]空间滤波系统通过第二偏振分束棱镜分别与法拉第旋光器、聚焦透镜连接；
[0026]法拉第旋光器与半透半反镜连接；
[0027]聚焦透镜与光电探测器连接。
[0028]优选地，光学模块还包括红外成像单元，红外成像单元用于获得被测器件的内部红外版图；
[0029]红外成像单元包括分束镜、红外照明光源、成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置，其特征在于，包括：光源模块，用于产生非相干光；光学模块(3)，与所述光源模块连接，用于传输所述非相干光，并接收所述非相干光的反射光信号；物镜(4)，设置在所述光学模块(3)与被测器件(5)之间，用于将所述非相干光聚焦在所述被测器件(5)的内部，并将所述反射光信号传输到所述光学模块(3)；信号提取系统，与所述光学模块(3)连接，用于将所述反射光信号转换为电信号，并提取所述电信号的时域电信号或频域电信号；三维移动台(6)，用于固定并移动所述被测器件(5)；移动台控制箱(14)，与所述三维移动台(6)连接，用于控制所述三维移动台(6)；控制计算机(13)，分别与所述光源模块、所述移动台控制箱(14)、所述光学模块(3)、所述信号提取系统连接，控制所述故障点定位装置进行工作。2.根据权利要求1所述的一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置，其特征在于，所述光源模块包括，非相干光源(1)，用于获得波长大于1100nm的所述非相干光；调制模块(2)，分别与所述非相干光源(1)、所述控制计算机(13)连接，用于调制所述非相干光的光强。3.根据权利要求2所述的一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置，其特征在于，所述信号提取系统包括，光电探测器(9)，与所述光学模块(3)连接，用于将所述反射光信号转变为电信号；放大器(10)，与所述光电探测器(9)连接，用于放大所述电信号；隔直器(11)，与所述放大器(10)连接，用于隔离掉所述电信号中无用的大的直流背景分量，输出交流信号；信号提取器(12)，与所述隔直器(11)连接，用于提取所述电信号的所述时域电信号或所述频域电信号，其中，所述信号提取器(12)为频谱分析仪或示波器。4.根据权利要求3所述的一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置，其特征在于，所述光学模块(3)包括，光隔离器，第一偏振分束棱镜，空间滤波系统，第二偏振分束棱镜，法拉第旋光器，半透半反镜，聚焦透镜；所述光隔离器通过所述第一偏振分束棱镜与所述空间滤波系统连接；所述空间滤波系统通过所述第二偏振分束棱镜分别与所述法拉第旋光器、所述聚焦透镜连接；所述法拉第旋光器与所述半透半反镜连接；所述聚焦透镜与所述光电探测器(9)连接。5.根据权利要求4所述的一种用于检测半导体器件硬缺陷故障点的定位装置，其特征在于，所述光学模块(3)还包括红外成像单元，所述红外成像单元用于获得所述被测器件(5)
的内部红外版图；所述红外成像单元包括分束镜、红外照明光源、成像透镜、红外相机；所述分束镜分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建伟，刘鹏程，马英起，朱翔，上官士鹏，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：