一種集成電路缺陷定位測試系統的製作方法

2023-06-26 10:07:36 2

專利名稱：一種集成電路缺陷定位測試系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電子測試設備領域，涉及一種對集成電路缺陷進 行定位測試的系統。
背景技術：
對於集成電路的缺陷定位，目前一般是採用微光輻射定位技術， 該技術利用缺陷部位的電子空穴對耦合釋放光子來探測失效點，該技 術有明顯局限性，對於集成電路通孔開路、空洞、短路、鋁線覆蓋部 位下方的缺陷點等無法實現定位。
本實用新型對缺陷定位技術進行了創新，聯合利用超聲波與雷射
光束(例波長1. 3 um，能量100mW，聚焦點0.65um，)掃描矽晶體, 造成局部加熱的效果，用超聲波加強熱量聚集效果，並觀察其電流變 化用以定位可能有問題的缺陷點，可以觀察到現有微光輻射定位技術 發現不了的缺陷點，如集成電路通孔開路、空洞、短路、鋁線覆蓋部 位下方的缺陷點等，從而得到靈敏準確的缺陷定位。
用l.lum以上的雷射束在器件表面掃描，因為矽能帶主要是 1. lum以下，大於1. lum的光束產生熱量而避免產生大量光電流，同 時加以15顧Z的超聲波振蕩，雷射束的部分能量轉化為熱量，如果互 連線中存在缺陷或者空洞，聲波在缺陷處會加劇熱量的產生，這些區 域附近的熱量傳導不同於其它的完整區域，將引起局部溫度變化，從 而引起電阻值改變AR，如果對互連線施加恆定電壓，則表現為電流 變化△ 1= (△ R/V) I，通過此關係，將熱引起的電阻變化和電流變化聯 系起來，內部的電流電壓改變可以由電源模塊端測量到變化，這種電 流變化可以達到微安級別以上。將電流變化的大小與所成像的像素亮 度對應，像素的位置和電流發生變化時雷射掃描到的位置相對應。這 樣，就可以產生聲致電流像來定位缺陷。
聲致電流像常用於晶片內部高阻抗及低阻抗分析，線路漏電路 徑分析.利用聲致電流方法，可以有效地對電路中缺陷定位，如線條 中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻區等；
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種對集成電路缺陷進行定位測試的 系統，可以觀察到集成電路通孔開路、空洞、短路、鋁線覆蓋部位下 方的缺陷點等，可以得到靈敏準確的缺陷定位。
一種對集成電路缺陷進行定位測試的系統，它是這樣實現的，該
系統包括控制分析單元，是裝載有集成電路缺陷定位測試程序的微 型計算機，包括有用以對測試結果實現圖像處理功能的程序，以及用 以分析電流電壓測試it據的測試單元；
雷射發生器，用於產生1064nm雷射與1 340nm雷射的功能模塊；
雷射分配器，是連接在所述的雷射發生器和雷射掃描裝置之間 的，用於分配不同強度和種類雷射的功能模塊；
雷射掃描裝置，是設置在雷射與樣品之間，用於實現雷射在樣品 表面的步進掃描功能的機電裝置；
聲波震蕩發生器，是用於加載聲波震蕩並作用於樣品的機電功能 裝置；
光學顯微裝置，是用於對樣品表面拍照的光學顯微裝置； 樣品加電模塊是用於向被測試樣品加載電子信號的電路模塊，
包括有微探針裝置、接口插槽、電流加載源和電壓加載源；
微光探測裝置，是一種探測樣品的微光輻射的光電子信號的機電
功能模塊；
定額電流電壓測量裝置，指的是能提供定額電流，並對被測試樣 品的電壓信號進行A/D轉換，並傳輸到控制分析單元中的電路結構；
定額電壓電流測量裝置，指的是能提供定額電壓，並對被測試樣 品的電流信號進行A/D轉換，並傳輸到控制分析單元中的電路結構；
減震臺與暗室箱體，能提供減震功能與暗室功能，是承載樣品臺 及探測與測量裝置的結構部件。
本實用新型的優點在於利用本實用新型中的聲波震蕩操作，以 及加載不同波段雷射掃描功能，可直接對集成電路的各種不同類型缺 陷，如漏電流、氧化層擊穿、通孔空洞、短路、開路等，實現直觀的 物理位置缺陷定位功能，從而能夠及時、準確地發現集成電路的缺陷、 改進產品質量、加快研發速度、提高生產工藝水平。以下結合附圖對本實用新型進行更詳細的說明。


圖1是本實用新型所述的集成電路缺陷定位測試系統的結構框圖。
圖2是本實用新型所述的集成電路缺陷定位測試系統的實現方 式的流程圖。
圖3是利用本實用新型進行集成電路樣品測試舉例的框圖。
具體實施方式

下面參照著附圖對本實用新型做進一步的說明。 圖中的數字標號說明-.
100 - 1064納米雷射發生器，110 - 1340納米雷射發生器，200 -雷射分配器，210-雷射掃描裝置；300 -光學顯微裝置，400 -超 聲波震蕩發生器，500 -微光探測裝置；600 -樣品加電模塊，610-定額電流電壓測量裝置；611-定額電壓源電流測量裝置，700 -控制 分析單元，800 -減震臺與暗室箱體、900-待測樣品。
圖1的說明
參圖中所示，該集成電路缺陷定位測試系統，其結構情況是這樣 的控制分析單元700是本系統中面向用戶的主要操作界面，對整個 測試過程的起到圖像分析、總體控制作用；雷射分配器200，是連接 在1064納米雷射發生器IOQ、 1340納米雷射發生器110和雷射掃描 裝置210之間的接口 ；針對於待測樣品900,設置有樣品加電模塊600, 可以向待測樣品加載特定的電子信號，還設置有定額電流電壓測量裝 置610和定額電壓源電流測量裝置611;針對於待測樣品900,還設 置有光學顯微裝置300、超聲波震蕩發生器400、微光探測裝置500。 承載待測樣品900及控制分析單元700以外的其它裝置是減震臺與暗 室箱體800,以提供減輕震動和暗室效果。
所述的控制分析單元700,可直接採用個人電腦、微型計算機等 來實現。針對於本實用新型，該控制分析單元700包括有控制分析主 機板、顯示屏、鍵盤；另外，還包括有具有運算處理功能的運算處理器，如CPU,具有數據存儲功能的存儲器，如硬碟。另外，檢測出的 結果可以在PC機顯示屏上進行顯示，也可以通過印表機列印出來。
所述的控制分析主機板，包括有用以對待測樣品900的測試結果 實現運算分析功能的單片機，以及用以存儲測試數據的存儲單元。控 制分析單元是用於實現樣品的信號加載、信號採樣、信號計算、圖像 處理、圖像疊加比較的功能模塊。其中所設置的單片機，是具有數據 綜合處理功能的模塊結構，包括有運算處理功能、控制功能、時鐘功 能，存儲功能，以及接口等，能夠控制雷射分配器200、定額電流電 壓測量裝置610和定額電壓源電流測量裝置611、光學顯微裝置300、 超聲波震蕩發生器400、微光探測裝置500。其中的存儲單元，能夠 存儲用於執行本實用新型所述的定額電流電壓測量裝置610和定額 電壓源電流測量裝置611、光學顯微裝置300、微光探測裝置500的 測試工作的相關程序，並能夠緩存測試結果。
所述的樣品加電模塊600，指的是用於向待測樣品900上加載電 子信號的電源電路加載模塊。主要包括電流電壓源和顯微探針裝置。
整個加電模塊600中的電子信號，可根據需要做具體選擇，拓展 功能非常靈活，從而為直接實現各種不同集成電路的測試操作奠定基 礎。
所述的雷射分配器20Q,是連接在1064納米雷射發生器100、 1340 納米雷射發生器IIO和雷射掃描裝置210之間的接口，用來調節加載 在雷射掃描裝置210的雷射種類和雷射強度。
所述的雷射掃描裝置210,指的是能對雷射信號，通過微分步進 馬達來實現對待測樣品表面的逐行掃描功能，並將其位置信息傳送到 控制分析單元700的功能結構。
所述的光學顯微裝置300,指的是能對待測樣品900表面進行光 學顯微拍照，放大倍數從0. 3倍到1000倍可調。
所述的超聲波震蕩發生器400，指的是能產生超聲波震蕩效果， 對待測樣品900進行超聲波震蕩，從而使樣品在缺陷部位的發熱效果 更為明顯，這也是本實用新型的重要特點。
所述的微光探測裝置500，指的是一種對微光敏感的CCD探測裝 置，能捕捉到樣品在加電情況下在缺陷部位發射出來的微弱光子，轉 化為圖像信號。所述的定額電流電壓測量裝置610，指的是能對待測樣品900在 被加載定額電壓的情況下，測量其電流大小的微弱變化的裝置，其測 量精度能達到納安級別，其電流大小微弱變化值傳送到控制分析單元 700,與雷射掃描裝置210的位置信號合成一起，可以形成對於待測 樣品900的電流變化圖像。
所述的定額電壓電流測量裝置611，指的是能對待測樣品900在 被加載定額電流的情況下，測量其電壓大小的微弱變化的裝置，其測 量精度能達到微伏級別，其電壓大小微弱變化值傳送到控制分析單元 700,與雷射掃描裝置210的位置信號合成一起，可以形成對於待測 樣品900的電壓變化圖像。
所述的減震臺與暗室箱體800,指的是承載待測樣品900及控制 分析單元以外的其它裝置的載物臺與暗室箱體，以提供減輕震動和暗 室效果。
圖2的說明
在本實用新型中，分別用如下步驟，來實現對不同的待測樣品的 缺陷定位進行測試。
步驟l，圖中標識為1001，對待測樣品加電。
本實用新型所述的缺陷定位測試系統的通用性很強。對於不同類 型的集成電路或半導體器件來說，首先需要對待測樣品加電，再來安 排下一步的各種操作。
步驟2，圖中標識為1002:對樣品進行超聲波震蕩。 承接上一步驟，對待測樣品進行超聲波震蕩，缺陷處的晶格累積 能量，使缺陷處的熱效應較其它正常區域更為明顯。 步驟3，圖中標識為1003:對樣品進行雷射掃描。 當前面的準備工作做好之後，對應著要測試的待測樣品900,直 接進行雷射掃描工作。在該步驟中，主要是啟動整個雷射反生器、激 光分配器與雷射掃描裝置，包括雷射分配器200、 1064納米雷射發生 器IOO、 1340納米雷射發生器110、雷射掃描裝置210,實現對樣品 表面進行逐行掃描。進行通過光學顯微鏡拍照，形成光學圖像l,以 備下面的分析之用。
7用雷射束在器件表面掃描，雷射束的部分能量轉化為熱量。如果 互連線中存在缺陷或者空洞，這些區域附近的熱量傳導不同於其它的 完整區域，將引起局部溫度變化，從而引起電阻值改變厶R。其中，
電阻率變化與溫度的關係是A p =p x aTCR (T-T。) ， aTCR -電阻的溫度 係數。
如果對互連線施加恆定電壓，則表現為電流變化△ I- (△ R/V) I， 通過此關係，將熱引起的電阻變化和電流變化聯繫起來。將電流變化 的大小與所成像的像素亮度對應，像素的位置和電流發生變化時雷射 掃描到的位置相對應。這樣，就可以產生鐳射誘導電流像來定位缺陷。
步驟4,圖中標識為1004:測量樣品電流、電壓的變化。 該步驟的主要目的是，對待測樣品的電流與電壓進行測量監控，
記錄量值大小。通常量測樣品的電源模塊輸入輸出端，或者用顯微探
針選擇探測有關電路區域。
步驟5，圖中標識為1 005:分析合成電流像。
對樣品加載恆定電壓時，將電流變化的大小與所成i象的^f象素亮度 對應，像素的位置和電流發生變化時雷射掃描到的位置相對應。這樣， 就可以合成產生電流像。
步驟6，圖中標識為1006:分析合成電壓像。
對樣品加載恆定電流時，將電壓變化的大小與所成像的像素亮度 對應，像素的位置和電壓發生變化時雷射掃描到的位置相對應。這樣， 就可以合成電壓像。
步驟7，圖中標識為1007:對樣品進行微光輻射拍照成像。
在存在著漏電、擊穿、熱載流子效應的半導體器件中，其失效點 由於電致發光過程而產生發光現象。這些光子流通過收集和增強，再 經過微光探測裝置500的CCD光電轉換和圖像處理，得到一張發光 像，即微光輻射拍照成像。
步驟8，圖中標識為1008:對樣品進行光學拍照成像。
對器件表面進行光學顯微鏡拍照成像。
步驟9，圖中標識為1009:將電流像、電壓像、微光輻射拍照成像和光學拍照成像進行疊加，來實現對失效點和缺陷的物理定位。
所獲得的圖像結果，可通過控制分析單元700進行數據分析。 步驟IO，圖中標識為1010:標識待測樣品缺陷點位置。 這一步驟，要對待測樣品900的合成圖像中的異常亮點進行標 示，必要的時候還要將同型號的正常良品進行步驟1到步驟9的操作， 以比較合成圖像中的異常亮點的差別，從而標識待測樣品缺陷點的物 理位置。進行完該步驟後，針對於該待測樣品900的缺陷定位測試分 析工作，就結束了。
圖3的說明
參圖中所示，這兒展示了 一個利用本系統進行操作的測試數據方 面的例子。
本實施例中，整體表格稱為測量情況框圖1100,從左至右，依 次為
測量編號1101,代表著測試點的序列號。
測試點1102，代表著在待測樣品900上所對應的測試位置，如 存儲單元152柵極多晶矽上方。
標準值1103,代表著針對特定測試點1102的圖像數據，就是前 面圖2的步驟10中，所集成的圖像數據。
偏差域值1104，代表著針對特別測試點1102的標準值1103所 允許的偏差範圍，從亮度方面進行考量。
測量值1105，代表著利用本實用新型所述的系統，對測試點1102 所進行測試的結果。
測試點評價11G6，代表著對測試點1102測量結果的評fK如果 測量值1105與標準值1103之間的偏差，小於偏差域值1104的話， 則視為"正常"，否則視為"缺陷"。
總評價1107,代表著待測樣品900的評價。依據所發現的異常 亮點的位置來相應定位缺陷點的位置。
以上是對本實用新型的描述而非限定，基於本實用新型思想的其 它實施方式，均在本實用新型的保護範圍之中。
權利要求1. 一種集成電路缺陷定位測試系統，其特徵在於該系統包括控制分析單元，是具有集成電路缺陷定位測試功能的微型計算機；雷射發生器，用於產生1064nm雷射與1340nm雷射的功能模塊；雷射分配器，是連接在所述的雷射發生器和雷射掃描裝置之間的，用於分配不同強度和種類雷射的功能模塊；雷射掃描裝置，是設置在雷射與樣品之間，用於實現雷射在樣品表面的步進掃描功能的機電裝置；聲波震蕩發生器，是用於加載聲波震蕩並作用於樣品的機電功能裝置；光學顯微裝置，是用於對樣品表面拍照的光學顯微裝置；樣品加電模塊是用於向被測試樣品加載電子信號的電路模塊，包括有微探針裝置、接口插槽、電流加載源和電壓加載源；微光探測裝置，是一種探測樣品的微光輻射的光電子信號的機電功能模塊；定額電流電壓測量裝置，指的是能提供定額電流，並對被測試樣品的電壓信號進行A/D轉換，並傳輸到控制分析單元中的電路結構；定額電壓電流測量裝置，指的是能提供定額電壓，並對被測試樣品的電流信號進行A/D轉換，並傳輸到控制分析單元中的電路結構；減震臺與暗室箱體，能提供減震功能與暗室功能，是承載樣品臺及探測與測量裝置的結構部件。
2. 根據權利要求1所述的一種集成電路缺陷定位測試系統，其特 徵在於所述的控制分析單元包括有控制分析主機板、顯示屏、鍵盤， 具有運算處理功能的運算處理器，以及具有數據存儲功能的存儲器。
專利摘要本實用新型提供一種集成電路缺陷定位測試系統，屬於電子測試設備領域，涉及一種對集成電路缺陷進行定位測試的系統。本實用新型所描述的系統中，主要包括有控制分析單元，雷射發生器，雷射分配器，雷射掃描裝置，聲波震蕩發生器，光學顯微裝置，樣品加電模塊，微光探測裝置，定額電流電壓測量裝置，定額電壓電流測量裝置，以及減震臺與暗室箱體等。利用本實用新型，可直接對集成電路的各種不同類型缺陷，實現直觀的物理位置缺陷定位功能，能夠及時、準確地發現集成電路的缺陷，從而改進產品質量、加快研發速度、提高生產工藝水平。
文檔編號G01N27/04GK201242582SQ200820058249
公開日2009年5月20日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者劉學森 申請人:上海華碧檢測技術有限公司