半導体集積回路の故障診断方法及び故障診断装置
【課題】 微細化、多層配線構造化に伴う配線長の短縮化、周辺回路の多様な論理状態等に影響されない故障箇所の特定、特にオープン故障箇所を特定することが可能な故障診断方法及び故障診断装置を提供すること。
【解決手段】 半導体集積回路の故障診断方法であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加し、該外部刺激による電気的特性の変化を計測し、計測結果を分析することにより故障含有領域を特定し、前記故障含有領域のレイアウト情報に基づいて故障候補を特定し、該故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定することを特徴とする半導体集積回路の故障診断方法とする。
【解決手段】 半導体集積回路の故障診断方法であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加し、該外部刺激による電気的特性の変化を計測し、計測結果を分析することにより故障含有領域を特定し、前記故障含有領域のレイアウト情報に基づいて故障候補を特定し、該故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定することを特徴とする半導体集積回路の故障診断方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体集積回路のオープン故障の論理の固定化により故障候補を検出し、この故障候補を特定する故障診断方法及び故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路（以下、ＬＳＩ）は大規模化、微細構造化、多層配線構造化が進み、物理解析のみで故障箇所を特定することが困難となってきている。
また、故障箇所特定に際して膨大な工数を費やす傾向になってきている。そのため、故障箇所診断と呼ばれるソフトウエアを利用して予め故障候補を特定し、その故障候補に対して物理解析を行う方法が主となっている。
しかしながらこの方法を用いた場合、論理や電流値が不安定であるため、オープン故障において故障候補を特定することは困難であった。
【０００３】
オープン故障の診断方法として、論理情報を用いる方法について多く検討されている。
この方法は、オープン配線の論理が、これに隣接する配線の論理に依存するという
カップリング効果による現象を用いるものである。
その一つが非特許文献１に開示されている。非特許文献１の開示技術は、オープン配線をビア（Ｖｉａ）間のセグメント単位に分解し、各セグメント配線と並行して上下左右方向に配置される隣接配線間との容量、配線長、論理から、カップリング効果により誘導される論理を算出するものである。
【０００４】
また、非特許文献２にはオープン配線に隣接する信号線の論理状態とレイアウトパタン形状とを用いて電磁界解析し、オープン配線への励起論理を算出する技術が開示されている。
非特許文献１及び非特許文献２の開示技術では、故障候補は入力論理によって変化する算出論理と、実際の論理に一致する故障セグメントから同定される。
これらの論理情報を用いた技術は、オープン配線に並行する隣接配線との長さ、間隔、入力信号に同期して変化する隣接配線群の論理の組み合わせを把握しつつ誘導論理を算出する必要があるため、論理特定方法が複雑となる問題があった。更に、ＬＳＩの進展に伴う微細化、多層配線構造化による配線長の短縮化及び周辺回路の多様な論理状態は上記した技術を適用することを困難にした。
【０００５】
一方、ＬＳＩ表面の垂直方向上部にパルスを印加し、ＬＳＩ表面に流れる電流の変化と、パルス印加位置のマッピングから故障箇所を特定する物理解析方法が非特許文献３及び特許文献１に開示されている。
これらの開示技術は、あらかじめ絞り込まれた局部配線上の任意の位置に電界プローブを合わせてパルス（励起周波数ｆ＝５０ｋＨｚ、励起電圧Ｖ＝５Ｖｒｍｓ）を印加し、これに同期したプローブ位置毎のＩＤＤＱの変化量をマップ上に図示することで、ＩＤＤＱ変化量の大きい箇所を特定しオープン故障候補と判断するものである。
【０００６】
しかしながら、上記した電界印加と電界印加位置のマッピングによる故障箇所の特定においては、予め故障の発生箇所を特定しておく必要があった。加えて、特定領域の各配線上に電界プローブを位置合わせして電界を印加する必要があり、更にＬＳＩの微細化と共に設計に依存した径のプローブを配置しなければならないという欠点があった。
また、配線局部に印加される電界は、電源電圧に重畳した励起パルス波形が用いられるためＩＤＤＱの変位が識別される。しかし、この変位はナノアンペア（ｎＡ）という微小な変化であるためノイズに埋もれてしまう。従って、ＤＳＭ化と共に増大するＩＤＤＱ値をもつＬＳＩからＩＤＤＱ値の変化を特定することは困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＬＳＩテスティングシンポジウム／２００２会議録 ｐｐ．１０１−１０６
【非特許文献２】ＬＳＩテスティングシンポジウム／２００６会議録 ｐｐ．１８１−１８６
【非特許文献３】ＬＳＩテスティングシンポジウム／２００４会議録 ｐｐ．２７９−２８３
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した問題を解決すべくなされたものであって、微細化、多層配線構造化に伴う配線長の短縮化、周辺回路の多様な論理状態等に影響されない故障箇所の特定、特にオープン故障箇所を特定することが可能な故障診断方法及び故障診断装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、半導体集積回路の故障診断方法であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加し、該外部刺激による電気的特性の変化を計測し、計測結果を分析することにより故障含有領域を特定し、前記故障含有領域のレイアウト情報に基づいて故障候補を特定し、該故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定することを特徴とする半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記外部刺激がレーザであることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記外部刺激が電界であることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記外部刺激の印加領域が基本的論理機能を実行する複数のセルからなる回路集合体であり、外部刺激の印加時において、印加領域を半導体集積回路の集合体から順次縮小していくことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１４】
請求項５に係る発明は、計測される前記電気的特性の変位が出力論理値及び電源電流値であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１５】
請求項６に係る発明は、半導体集積回路の故障診断装置であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加する外部刺激印加手段と、該外部刺激による電気的特性の変化を計測する計測手段と、前記計測手段で得られる計測結果を分析する分析手段と、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いた論理シミュレーションを実行するシミュレーション手段とを備えていることを特徴とする半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【００１６】
請求項７に係る発明は、前記外部刺激印加手段がレーザ発振器であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【００１７】
請求項８に係る発明は、前記外部刺激印加手段がマニュプレータに取り付けられた電圧が印加された金属針であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【００１８】
請求項９に係る発明は、前記半導体集積回路を載置するステージを備えた顕微鏡と、該顕微鏡を介して半導体集積回路を撮影するＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラにより撮影された映像を表示するモニターを備えていることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、ＬＳＩ内に発生した故障に伴う不安定な論理を外部からの刺激印加により任意の論理状態に固定化又は変動化でき、この固定化又は変動化した論理情報とレイアウト情報から特定される故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定するため、故障候補を高精度で特定することが可能となる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、外部刺激がレーザであるため、短時間で広範囲の走査が可能となり、故障診断の作業効率を高めることができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、外部刺激が電界であるため、レーザ照射用の設備を必要とせず、比較的簡易な装置構成で故障候補を高精度で特定することが可能となる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、任意の領域に刺激を印加しながら、光学顕微鏡の倍率変更等により観察領域を順次微小領域へと移行していくことにより、位置合わせを必要とせず、簡単に効率的に故障候補を特定することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、電気的特性の変位の計測を容易に行うことができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、ＬＳＩへの外部刺激印加手段からの刺激印加により電気的特性の変化を生じさせ、計測手段により電気的特性の変化を計測し、分析手段により計測結果を分析し、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いてシミュレーション手段により論理シミュレーションを行うことができるため、故障候補を高精度で特定することが可能な装置となる。
【００２５】
請求項７に係る発明によれば、短時間で広範囲の走査が可能となり、故障診断の処理効率を高めることができる装置となる。
【００２６】
請求項８に係る発明によれば、レーザ照射用の設備を必要とせず、比較的簡易な装置構成で故障候補を高精度で特定することが可能な装置となる。
【００２７】
請求項９に係る発明によれば、比較的簡易な装置構成によりＬＳＩを観察しながら高精度で故障診断のための処理操作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る故障診断装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る故障診断方法のフローチャートである。
【図３】故障含有領域の絞り込みの説明図であって、（ａ）外部刺激印加領域の縮小過程を示す概念図、（ｂ）レイアウト情報、（ｃ）回路情報である。
【図４】レーザ照射による外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
【図５】電界印加による外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
【図６】ＤＥＦの記載内容を示す図である。
【図７】ＶｉａとＴｒの関係を示す説明図である。
【図８】ＬＳＩ表面へのレーザ照射による電気的特性の変化を示す図である。
【図９】ＮＡＮＤ回路へのレーザ照射による論理固定化を示す概念図である。
【図１０】ＬＳＩ表面への電界印加による電気的特性の変化を示す図である。
【図１１】ＮＡＮＤ回路への電界印加による論理変動を示す図である。
【図１２】ＮＡＮＤ回路への電界印加による論理変動を示す図である。
【図１３】中間論理の回路伝搬による変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る故障診断方法及び故障診断装置について詳述する。
【００３０】
図１は、本発明に係る故障診断装置の概略構成図である。
故障診断装置（１）は、診断対象となるＬＳＩ（２）が載置されるステージ（３）を備えた光学顕微鏡（４）と、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）側面に取り付けられたＣＣＤカメラ（５）と、ＣＣＤカメラ（５）の撮影画像を表示するモニター（６）とを備えている。また鏡筒（４１）上部にはレーザ照射部（７）が設置され、レーザ照射部（７）にはレーザ照射のタイミング調整のためのレーザ発振器（８）が連結されている。
また、ＬＳＩ（２）に電界を印加するための金属針（９）は、ステージ（３）を囲む固定リング（１０）上に設置したマニュプレータ（１１）に取り付けられている。
更に、ＬＳＩ（２）及び金属針（９）には信号供給装置（１２）が連結され、信号が供給される。
ＬＳＩ内部の詳細な測定が必要なときは、マニュプレータ（１１）の先端に取り付けられたプローブ針（１３）を用いることができる。
【００３１】
故障診断装置（１）は、外部刺激印加手段（レーザ発振器（８）又は電圧が印加された金属針（９））によりＬＳＩ（２）に与えられる外部刺激による電気的特性の変化を計測する計測手段としての電気的特性計測装置（図示略）を備えている。
また、計測手段で得られる計測結果を分析する分析手段と、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いた論理シミュレーションを実行するシミュレーション手段を構成する所定のソフトウエアを記憶した記憶媒体を備えたコンピュータ（図示略）を備えている。
【００３２】
図２に基づいて、本発明に係る故障診断方法について説明する。
診断対象であるＬＳＩ（２）のパッケージを開封してＬＳＩ（２）表面を露出する。光学顕微鏡（４）を用いて、露出されたＬＳＩ（２）表面に外部刺激（レーザ又は電界）を印加し、印加状態のままＬＳＩ（２）表面上を走査する。
この外部刺激の印加領域と同期してＬＳＩ（２）の電気的特性（出力論理及び電源電流）を測定し、この測定データの分析を行い上記の電気的特性の変化の有無を導出する。
次いで、光学顕微鏡（４）の倍率を増加させるとともに、外部刺激を印加する領域を縮小していく（図３参照）。上記した電気的特性の測定及び分析と、光学顕微鏡（４）の倍率増加に伴う外部刺激印加領域の縮小とを繰り返し行うことで、故障含有領域を絞っていく。
この絞り込んだ故障含有領域に対して、ＬＳＩ（２）のＣＡＤデータからレイアウト情報とその故障含有領域を構成する回路情報を取り出す。
続いて、レイアウト情報からオープン故障候補（Ｖｉａ）や外観異常とされた配線を特定する。この後に、ＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）データを用いて、オープン故障候補として特定した配線の終端位置のトランジスタ（Ｔｒ）を特定する。
Ｔｒを特定した後に、そのＴｒに外部刺激を与えることによって固定化又は変動化した論理を回路に埋め込み、論理シミュレーションを行う。
論理シミュレーションの結果から、実故障論理（実故障品の電気的特性）と一致する故障候補を特定する。一致した候補は確度の高い故障候補（最終故障候補）として特定され、その故障候補について物理解析が行われる。
【００３３】
上記したレーザ又は電界夫々の外部刺激について以下に説明する。
【００３４】
レーザを照射する場合、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）上部に設置されたレーザ照射部（７）からＬＳＩ（２）表面にレーザを照射する。まず光学顕微鏡（４）の倍率を低倍率にした状態でレーザを照射するとともにＬＳＩ（２）表面上を走査する。
その走査領域（レーザ印加領域）において、電気的特性に変化が生じた箇所を故障含有領域として特定する。故障含有領域に対して光学顕微鏡（４）の倍率を上げ、レーザ照射する。このレーザ照射と光学顕微鏡（４）の倍率の増加を繰り返すことで故障含有領域が絞り込まれることとなる。
絞り込まれた故障含有領域に対してＬＳＩ（２）のＣＡＤデータを利用し、故障含有領域のレイアウト情報と回路情報を取り出す（図３参照）。
【００３５】
図４は、レーザ照射により外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
故障診断装置（１）は、診断対象となるＬＳＩ（２）が載置されるステージ（３）を備えた光学顕微鏡（４）と、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）側面に取り付けられたＣＣＤカメラ（５）と、ＣＣＤカメラ（５）の撮影画像を表示するモニター（６）とを備えている。また鏡筒（４１）上部にはレーザ照射部（７）が設置され、レーザ照射部（７）にはレーザ照射のタイミング調整のためのレーザ発振器（８）が連結されている。更に、ＬＳＩ（２）には信号供給装置（１２）が連結され、信号が供給される。
【００３６】
ステージ（３）上に載置されたオープン故障を有するＬＳＩ（２）のｐｎ接合面にレーザ光を照射する。ｐｎ接合面の空乏層にレーザが照射されると、空乏層内で電子と正孔のキャリアが生成する。
上記キャリアは夫々逆極性となる電極方向へ光電流（ＯＢＩＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ）として流れる。
【００３７】
故障に起因する中間電位を有する回路において、中間電位がしきい値より高い電位状態である場合、レーザを照射することによって共にオン状態となっているＰｃｈＴｒとＮｃｈＴｒとのインピーダンス値の違いから、キャリアは高インピーダンス側より低インピーダンス側への流れが強くなる。従って、しきい値に対する電位状態を加速する方向に変化し、ＰｃｈＴｒはオフ状態に、ＮｃｈＴｒはオン状態となる。
これに対して、中間電位がしきい値より低い電位状態である場合、ＰｃｈＴｒはオン状態に、ＮｃｈＴｒはオフ状態となる。
【００３８】
また、ＬＳＩ（２）の裏面からレーザ照射し故障候補を特定することも可能である。多層配線構造においては、配線層がＬＳＩ（２）の上面を覆ってしまうために拡散層が隠れることとなる。そのため、ＬＳＩ（２）の裏面からレーザ照射することで、配線に阻害されず直接ｐｎ接合面へレーザが照射されるため故障候補の特定が容易となる。
ＬＳＩ（２）の裏面にレーザを照射する場合、波長約１０００ｎｍのレーザが使用され、具体的には例えばＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。この波長のレーザを用いると、ＬＳＩ（２）を構成するＳｉ結晶内を透過可能となる。また、上記した波長は、ｐｎ接合のＳｉのエネルギーギャップ（１．１２ｅＶ、３００Ｋ）において、キャリアを励起できる限界の波長である。
ＬＳＩ（２）の裏面にレーザ照射した場合においても、表面へのレーザ照射と同様に電気的特性の変化が検出される。但し、裏面へのレーザ照射であるため、レイアウト情報が反転するが、この問題はコンピュータ処理により解決することが可能である。
【００３９】
一方、電界を印加する場合、マニュプレータ（１１）に取り付けられた金属針（９）からＬＳＩ（２）表面に電界が印加され、光学顕微鏡（４）の倍率に伴った先端径の金属針（９）を用いてＬＳＩ（２）表面上を走査する。
その走査領域（電界印加領域）において、電気的特性に変化が生じた箇所を故障含有領域として特定する。故障含有領域に対して光学顕微鏡（４）の倍率を上げ、電界を印加する。この電界印加と光学顕微鏡（４）の倍率の増加を繰り返すことで故障含有領域が絞り込まれることとなる。光学顕微鏡（４）の倍率の増加に伴って、金属針（９）の先端径を小さくする。
絞り込まれた故障含有領域に対してＬＳＩ（２）のＣＡＤデータを利用し、故障含有領域のレイアウト情報と回路情報を取り出す（図３参照）。
【００４０】
図５は、電界印加により外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
故障診断装置（１）は、診断対象となるＬＳＩ（２）が載置されるステージ（３）を備えた光学顕微鏡（４）と、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）側面に取り付けられたＣＣＤカメラ（５）と、ＣＣＤカメラ（５）の撮影画像を表示するモニター（６）とを備えている。
また、電界を印加するための金属針（９）は、ステージ（３）を囲む固定リング（１０）上に設置したマニュプレータ（１１）に取り付けられている。
更に、ＬＳＩ（２）及び金属針（９）には信号供給装置（１２）が連結され、信号が供給される。
ＬＳＩ内部の詳細な測定が必要なときは、マニュプレータ（１１）の先端に取り付けられたプローブ針（１３）を用いることができる。
【００４１】
ステージ（３）上に載置されたオープン故障を有するＬＳＩ（２）表面に任意の電圧を印加した金属針（９）によって電界を印加する。
正の電界をＬＳＩ（２）に印加する場合、正の電圧を金属針（９）に印加し、負の電界をＬＳＩ（２）に印加する場合、負の電圧を金属針（９）に印加する。
ＬＳＩ（２）表面と金属針（９）との間隔は、マニュプレータ（１１）のＺ軸方向（ＬＳＩ（２）に対して垂直方向）の回転によって予め設定することができる。
【００４２】
電界印加による外部刺激は、電圧を印加した金属針（９）とＬＳＩ（２）との間のオープン故障配線に誘起される電圧をゲート電圧としてＴｒを動作させる。
金属針（９）に正の電圧を印加した場合には、オープンに伴うＴｒのゲート電圧は正方向へ変化する。これに対して、金属針（９）に負の電圧を印加した場合には、オープンに伴うＴｒのゲート電圧は負方向へ変化する。
【００４３】
ＬＳＩ（２）は、基本的論理回路（セル）や基本動作を有する規模の大きい回路（マクロ）間を配線で接続することにより形成される（以降、セル及びマクロをセルと総称する）。
この配線接続は回路情報に記載されたセル間の入出力端子間の接続情報をもとに、規格化されたメッシュに従って形成される。その過程でＤＥＦと呼ばれるセグメント単位の線分と階層間を接続するＶｉａの座標リストが生成される。
【００４４】
図６はＤＥＦの記載内容であり、セル名、セルから引き出されるネットの端子名（入力をＨ、出力をＮと記載）、ネットのセグメント数、ネットの始点と終点間の座標と配線層（Ｐ１は一層目、Ｐ２は二層目を示す）が記載されている。
このネット記述においてＰ２（４３９１２ ８５７２）（４４１５２ ８５７２）Ｐ１、やＰ２（１０９１２ ５３９０８）（１０８６４ ５３９０８）Ｐ１はこのネット中に存在する１層配線と２層配線が重なる同一座標点であり、この位置をＶｉａと識別する。
【００４５】
図７はＶｉａを介して接続されるＴｒの関係を示す回路であり、Ｖｉａが影響するＴｒの識別を示す説明図である。
図７より、Ｖｉａ ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが影響を与えるＴｒは順にｎ３、ｎ３、ｐ４及びｎ４、ｎ４、ｐ４であり、回路情報を用いてＶｉａとＴｒの関係が特定される。これらの接続関係はＳＰＩＣＥデータを用いて特定される。以降の論理シミュレーションではこれらのＴｒが故障候補となる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明に係る故障診断方法に関する実施例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。
但し、本発明は下記実施例には限定されない。
【００４７】
（実施例１）
＜ＬＳＩ表面へのレーザ照射＞
電源電圧１．８Ｖで駆動するインバータ回路を構成するＰｃｈＴｒ及びＮｃｈＴｒのゲート電極をオープンとした故障回路（Ｎｏ．１として出力論理値約１．４Ｖ，電源電流値２００μＡ、Ｎｏ．２として出力論理値約０．６Ｖ，電源電流値１７５μＡ）のＬＳＩ表面にＨｅ−Ｎｅレーザ（６３２．８ｎｍ）を照射した。
【００４８】
故障回路Ｎｏ．１の結果を図８Ｎｏ．１に示す。
レーザを照射すると、出力論理値は約１．８Ｖ（ＶＤＤ）と“Ｈ”論理になり、電源電流は流れなくなった。レーザ照射を止めると、出力論理値及び電源電流はもとの故障状態にもどった。レーザ照射中（“Ｈ”論理）に流れる約数μＡの電流は、基板へレーザが照射されたときに発生するキャリアによるものである。
【００４９】
故障回路Ｎｏ．２の結果を図８Ｎｏ．２に示す。
レーザを照射すると、出力論理値は約０Ｖ（ＧＮＤ）と“Ｌ” 論理になり、電源電流は流れなくなった。
【００５０】
（実施例２）
＜ＮＡＮＤ回路へのレーザ照射＞
出力論理値約１．０Ｖ（約０．５５ＶＤＤ）、電源電流値２００μＡの故障回路において、一方の入力端子をオープン状態に、他方の入力端子を“Ｈ”入力とした。
この回路に実施例１と同様のレーザを照射した。
【００５１】
結果を図９に示す。
回路にレーザを照射すると、出力論理値は約１．８Ｖ（ＶＤＤ）と“Ｈ” 論理になり、電源電流は流れなくなった。
これは、オープン状態のゲート端子に“Ｌ”印加した状態と同じである。従って、レーザ照射により故障回路の論理が強制的に固定されたこととなる。
【００５２】
（実施例３）
＜ＬＳＩ裏面へのレーザ照射＞
実施例１と同様の回路を用い、この回路の裏面へＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を照射した。尚、ＬＳＩの裏面を鏡面研削し、約１００μｍの厚さとした。
【００５３】
回路の裏面にレーザを照射すると、出力論理値は約１．８Ｖ（ＶＤＤ）と“Ｈ” 論理になり、電源電流は流れなくなった。
これは、オープン状態のゲート端子に“Ｌ”印加した状態と同じである。従って、レーザ照射により故障回路の論理が強制的に固定されたこととなり、実施例１（ＬＳＩ表面へのレーザ照射時）と同様の結果が得られることが明らかとなった。
【００５４】
（実施例４）
＜ＬＳＩ表面への電界印加＞
電源電圧１．８Ｖで駆動するインバータ回路を構成するＰｃｈＴｒ及びＮｃｈＴｒのゲート電極をオープンとした故障回路（出力論理値約１．５Ｖ、電源電流値１６０μＡ）のＬＳＩ表面に＋４０Ｖ、＋２０Ｖ、−２０Ｖ、−４０Ｖの電圧を印加した。尚、電圧印加距離はＬＳＩ表面から２００μｍとした。
【００５５】
結果を図１０に示す。
印加電圧＋４０Ｖ、＋２０Ｖ、−２０Ｖ、−４０Ｖを印加したところ、出力電圧と電源電流は夫々１．１Ｖ，１８０μＡ（＋４０Ｖ印加）、１．３５Ｖ，１７０μＡ（＋２０Ｖ印加）、１．６Ｖ，１４５μＡ（−２０Ｖ印加）、１．６５Ｖ，１３０μＡ（−４０Ｖ印加）となった。電界印加を止めると、出力論理値及び電源電流は元の故障状態に戻り始めた。
金属針に正の電圧を印加した場合、オープン状態のゲート端子の電圧は１．５Ｖより上昇して論理がＨ側へシフトし、そのため出力がＬ側へシフトすると考えられる。
これに対して金属針に負の電圧を印加した場合、オープン状態のゲート端子の電圧は１．５Ｖより下降して論理がＬ側へシフトし、そのため出力がＨ側へシフトすると考えられる。ＩＤＤＱ値は、上記した入力論理に同期して変化するものと考えられる。
【００５６】
（実施例５）
＜ＮＡＮＤ回路への電界印加＞
出力論理値約１．０Ｖ（約０．５６ＶＤＤ）、電源電流値２１０μＡの故障回路において、一方の入力端子をオープン状態に、他方の入力端子を“Ｈ”入力とした。
ＬＳＩ表面から２００μｍの距離において−４０Ｖの電圧を印加した。
【００５７】
結果を図１１に示す。
出力論理値は約１．３６Ｖ（約０．７４ＶＤＤ）と“Ｈ” 論理になり、電源電流は１９０μＡを示した。これは、オープン状態の入力端子に０．８Ｖ（約０．４４ＶＤＤ）を印加した状態と同じである。従って、入力電圧のＬ側へのシフトと等価となる。
【００５８】
（実施例６）
＜ＮＡＮＤ回路への電界印加＞
実施例５と同様のＮＡＮＤ回路を用い、一方の入力端子をオープン状態に、他方の入力端子を“Ｈ”入力とした。
ＬＳＩ表面から２００μｍの距離において＋４０Ｖの電圧を印加した。
【００５９】
結果を図１２に示す。
出力論理値は約０．６８Ｖ（約０．３８ＶＤＤ）と“Ｌ” 論理となり、電源電流は２００μＡを示した。これは、オープン状態の入力端子に１．２Ｖ（約０．６７ＶＤＤ）印加した状態と同じであり、従って、入力電圧のＨ側へのシフトと等価となる。
【００６０】
一般に、オープン故障に伴うＴｒのしきい値は、多段Ｔｒ構成やＴｒのＬ／Ｗ（ゲート長／ゲート幅）の変動、拡散工程での不純物濃度のバラツキ等で変化する。また、周囲の論理環境や熱などの外因的環境にも反応して不安定となる。
このような不安定化に対して、電界印加による外部刺激のゲート電圧への影響は小さい。
しかしながら、信号伝搬は次段セル回路の入力しきい値より高いか低いかによって論理が決定されるため、しきい値のバラツキの範囲を避けた位置にゲート電圧を設定できれば論理の不安定さを解消することが可能となる。
図１３は、４段のインバータ回路に入力した中間電位の伝搬による論理の変化をシミュレーションした結果である。しきい値（０．５ＶＤＤ）とそのバラツキの範囲を±２％とした場合、それより１％高い入力電圧（０．５３ＶＤＤ）（図１３中１）は１段目の出力（図１３中２）で０．４２ＶＤＤ、２段目の出力（図１３中３）で０．９０ＶＤＤ、３段目の出力（図１３中４）で０ＶＤＤと、完全に“Ｌ”レベルとなる。この結果は電界印加による論理の固定化が可能なことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係るＬＳＩの故障診断方法は、オープン故障の故障箇所を特定することができ、微細、大規模、多層配線構造のいずれのＬＳＩにおいても、その故障診断に好適に利用することができる。また、本発明に係る故障診断装置は、簡便且つ高い確度で故障箇所の診断を可能とする。
【符号の説明】
【００６２】
１ 故障診断装置
２ 半導体集積回路
３ ステージ
４ 光学顕微鏡
５ ＣＣＤカメラ
６ モニター
７ レーザ照射部
８ レーザ発振器
９ 金属針
１０ 固定リング
１１ マニュプレータ
１２ 信号供給装置
１３ プローブ針
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体集積回路のオープン故障の論理の固定化により故障候補を検出し、この故障候補を特定する故障診断方法及び故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路（以下、ＬＳＩ）は大規模化、微細構造化、多層配線構造化が進み、物理解析のみで故障箇所を特定することが困難となってきている。
また、故障箇所特定に際して膨大な工数を費やす傾向になってきている。そのため、故障箇所診断と呼ばれるソフトウエアを利用して予め故障候補を特定し、その故障候補に対して物理解析を行う方法が主となっている。
しかしながらこの方法を用いた場合、論理や電流値が不安定であるため、オープン故障において故障候補を特定することは困難であった。
【０００３】
オープン故障の診断方法として、論理情報を用いる方法について多く検討されている。
この方法は、オープン配線の論理が、これに隣接する配線の論理に依存するという
カップリング効果による現象を用いるものである。
その一つが非特許文献１に開示されている。非特許文献１の開示技術は、オープン配線をビア（Ｖｉａ）間のセグメント単位に分解し、各セグメント配線と並行して上下左右方向に配置される隣接配線間との容量、配線長、論理から、カップリング効果により誘導される論理を算出するものである。
【０００４】
また、非特許文献２にはオープン配線に隣接する信号線の論理状態とレイアウトパタン形状とを用いて電磁界解析し、オープン配線への励起論理を算出する技術が開示されている。
非特許文献１及び非特許文献２の開示技術では、故障候補は入力論理によって変化する算出論理と、実際の論理に一致する故障セグメントから同定される。
これらの論理情報を用いた技術は、オープン配線に並行する隣接配線との長さ、間隔、入力信号に同期して変化する隣接配線群の論理の組み合わせを把握しつつ誘導論理を算出する必要があるため、論理特定方法が複雑となる問題があった。更に、ＬＳＩの進展に伴う微細化、多層配線構造化による配線長の短縮化及び周辺回路の多様な論理状態は上記した技術を適用することを困難にした。
【０００５】
一方、ＬＳＩ表面の垂直方向上部にパルスを印加し、ＬＳＩ表面に流れる電流の変化と、パルス印加位置のマッピングから故障箇所を特定する物理解析方法が非特許文献３及び特許文献１に開示されている。
これらの開示技術は、あらかじめ絞り込まれた局部配線上の任意の位置に電界プローブを合わせてパルス（励起周波数ｆ＝５０ｋＨｚ、励起電圧Ｖ＝５Ｖｒｍｓ）を印加し、これに同期したプローブ位置毎のＩＤＤＱの変化量をマップ上に図示することで、ＩＤＤＱ変化量の大きい箇所を特定しオープン故障候補と判断するものである。
【０００６】
しかしながら、上記した電界印加と電界印加位置のマッピングによる故障箇所の特定においては、予め故障の発生箇所を特定しておく必要があった。加えて、特定領域の各配線上に電界プローブを位置合わせして電界を印加する必要があり、更にＬＳＩの微細化と共に設計に依存した径のプローブを配置しなければならないという欠点があった。
また、配線局部に印加される電界は、電源電圧に重畳した励起パルス波形が用いられるためＩＤＤＱの変位が識別される。しかし、この変位はナノアンペア（ｎＡ）という微小な変化であるためノイズに埋もれてしまう。従って、ＤＳＭ化と共に増大するＩＤＤＱ値をもつＬＳＩからＩＤＤＱ値の変化を特定することは困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＬＳＩテスティングシンポジウム／２００２会議録 ｐｐ．１０１−１０６
【非特許文献２】ＬＳＩテスティングシンポジウム／２００６会議録 ｐｐ．１８１−１８６
【非特許文献３】ＬＳＩテスティングシンポジウム／２００４会議録 ｐｐ．２７９−２８３
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した問題を解決すべくなされたものであって、微細化、多層配線構造化に伴う配線長の短縮化、周辺回路の多様な論理状態等に影響されない故障箇所の特定、特にオープン故障箇所を特定することが可能な故障診断方法及び故障診断装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、半導体集積回路の故障診断方法であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加し、該外部刺激による電気的特性の変化を計測し、計測結果を分析することにより故障含有領域を特定し、前記故障含有領域のレイアウト情報に基づいて故障候補を特定し、該故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定することを特徴とする半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記外部刺激がレーザであることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記外部刺激が電界であることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記外部刺激の印加領域が基本的論理機能を実行する複数のセルからなる回路集合体であり、外部刺激の印加時において、印加領域を半導体集積回路の集合体から順次縮小していくことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１４】
請求項５に係る発明は、計測される前記電気的特性の変位が出力論理値及び電源電流値であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法に関する。
【００１５】
請求項６に係る発明は、半導体集積回路の故障診断装置であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加する外部刺激印加手段と、該外部刺激による電気的特性の変化を計測する計測手段と、前記計測手段で得られる計測結果を分析する分析手段と、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いた論理シミュレーションを実行するシミュレーション手段とを備えていることを特徴とする半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【００１６】
請求項７に係る発明は、前記外部刺激印加手段がレーザ発振器であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【００１７】
請求項８に係る発明は、前記外部刺激印加手段がマニュプレータに取り付けられた電圧が印加された金属針であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【００１８】
請求項９に係る発明は、前記半導体集積回路を載置するステージを備えた顕微鏡と、該顕微鏡を介して半導体集積回路を撮影するＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラにより撮影された映像を表示するモニターを備えていることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断装置に関する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、ＬＳＩ内に発生した故障に伴う不安定な論理を外部からの刺激印加により任意の論理状態に固定化又は変動化でき、この固定化又は変動化した論理情報とレイアウト情報から特定される故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定するため、故障候補を高精度で特定することが可能となる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、外部刺激がレーザであるため、短時間で広範囲の走査が可能となり、故障診断の作業効率を高めることができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、外部刺激が電界であるため、レーザ照射用の設備を必要とせず、比較的簡易な装置構成で故障候補を高精度で特定することが可能となる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、任意の領域に刺激を印加しながら、光学顕微鏡の倍率変更等により観察領域を順次微小領域へと移行していくことにより、位置合わせを必要とせず、簡単に効率的に故障候補を特定することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、電気的特性の変位の計測を容易に行うことができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、ＬＳＩへの外部刺激印加手段からの刺激印加により電気的特性の変化を生じさせ、計測手段により電気的特性の変化を計測し、分析手段により計測結果を分析し、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いてシミュレーション手段により論理シミュレーションを行うことができるため、故障候補を高精度で特定することが可能な装置となる。
【００２５】
請求項７に係る発明によれば、短時間で広範囲の走査が可能となり、故障診断の処理効率を高めることができる装置となる。
【００２６】
請求項８に係る発明によれば、レーザ照射用の設備を必要とせず、比較的簡易な装置構成で故障候補を高精度で特定することが可能な装置となる。
【００２７】
請求項９に係る発明によれば、比較的簡易な装置構成によりＬＳＩを観察しながら高精度で故障診断のための処理操作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る故障診断装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る故障診断方法のフローチャートである。
【図３】故障含有領域の絞り込みの説明図であって、（ａ）外部刺激印加領域の縮小過程を示す概念図、（ｂ）レイアウト情報、（ｃ）回路情報である。
【図４】レーザ照射による外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
【図５】電界印加による外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
【図６】ＤＥＦの記載内容を示す図である。
【図７】ＶｉａとＴｒの関係を示す説明図である。
【図８】ＬＳＩ表面へのレーザ照射による電気的特性の変化を示す図である。
【図９】ＮＡＮＤ回路へのレーザ照射による論理固定化を示す概念図である。
【図１０】ＬＳＩ表面への電界印加による電気的特性の変化を示す図である。
【図１１】ＮＡＮＤ回路への電界印加による論理変動を示す図である。
【図１２】ＮＡＮＤ回路への電界印加による論理変動を示す図である。
【図１３】中間論理の回路伝搬による変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る故障診断方法及び故障診断装置について詳述する。
【００３０】
図１は、本発明に係る故障診断装置の概略構成図である。
故障診断装置（１）は、診断対象となるＬＳＩ（２）が載置されるステージ（３）を備えた光学顕微鏡（４）と、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）側面に取り付けられたＣＣＤカメラ（５）と、ＣＣＤカメラ（５）の撮影画像を表示するモニター（６）とを備えている。また鏡筒（４１）上部にはレーザ照射部（７）が設置され、レーザ照射部（７）にはレーザ照射のタイミング調整のためのレーザ発振器（８）が連結されている。
また、ＬＳＩ（２）に電界を印加するための金属針（９）は、ステージ（３）を囲む固定リング（１０）上に設置したマニュプレータ（１１）に取り付けられている。
更に、ＬＳＩ（２）及び金属針（９）には信号供給装置（１２）が連結され、信号が供給される。
ＬＳＩ内部の詳細な測定が必要なときは、マニュプレータ（１１）の先端に取り付けられたプローブ針（１３）を用いることができる。
【００３１】
故障診断装置（１）は、外部刺激印加手段（レーザ発振器（８）又は電圧が印加された金属針（９））によりＬＳＩ（２）に与えられる外部刺激による電気的特性の変化を計測する計測手段としての電気的特性計測装置（図示略）を備えている。
また、計測手段で得られる計測結果を分析する分析手段と、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いた論理シミュレーションを実行するシミュレーション手段を構成する所定のソフトウエアを記憶した記憶媒体を備えたコンピュータ（図示略）を備えている。
【００３２】
図２に基づいて、本発明に係る故障診断方法について説明する。
診断対象であるＬＳＩ（２）のパッケージを開封してＬＳＩ（２）表面を露出する。光学顕微鏡（４）を用いて、露出されたＬＳＩ（２）表面に外部刺激（レーザ又は電界）を印加し、印加状態のままＬＳＩ（２）表面上を走査する。
この外部刺激の印加領域と同期してＬＳＩ（２）の電気的特性（出力論理及び電源電流）を測定し、この測定データの分析を行い上記の電気的特性の変化の有無を導出する。
次いで、光学顕微鏡（４）の倍率を増加させるとともに、外部刺激を印加する領域を縮小していく（図３参照）。上記した電気的特性の測定及び分析と、光学顕微鏡（４）の倍率増加に伴う外部刺激印加領域の縮小とを繰り返し行うことで、故障含有領域を絞っていく。
この絞り込んだ故障含有領域に対して、ＬＳＩ（２）のＣＡＤデータからレイアウト情報とその故障含有領域を構成する回路情報を取り出す。
続いて、レイアウト情報からオープン故障候補（Ｖｉａ）や外観異常とされた配線を特定する。この後に、ＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）データを用いて、オープン故障候補として特定した配線の終端位置のトランジスタ（Ｔｒ）を特定する。
Ｔｒを特定した後に、そのＴｒに外部刺激を与えることによって固定化又は変動化した論理を回路に埋め込み、論理シミュレーションを行う。
論理シミュレーションの結果から、実故障論理（実故障品の電気的特性）と一致する故障候補を特定する。一致した候補は確度の高い故障候補（最終故障候補）として特定され、その故障候補について物理解析が行われる。
【００３３】
上記したレーザ又は電界夫々の外部刺激について以下に説明する。
【００３４】
レーザを照射する場合、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）上部に設置されたレーザ照射部（７）からＬＳＩ（２）表面にレーザを照射する。まず光学顕微鏡（４）の倍率を低倍率にした状態でレーザを照射するとともにＬＳＩ（２）表面上を走査する。
その走査領域（レーザ印加領域）において、電気的特性に変化が生じた箇所を故障含有領域として特定する。故障含有領域に対して光学顕微鏡（４）の倍率を上げ、レーザ照射する。このレーザ照射と光学顕微鏡（４）の倍率の増加を繰り返すことで故障含有領域が絞り込まれることとなる。
絞り込まれた故障含有領域に対してＬＳＩ（２）のＣＡＤデータを利用し、故障含有領域のレイアウト情報と回路情報を取り出す（図３参照）。
【００３５】
図４は、レーザ照射により外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
故障診断装置（１）は、診断対象となるＬＳＩ（２）が載置されるステージ（３）を備えた光学顕微鏡（４）と、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）側面に取り付けられたＣＣＤカメラ（５）と、ＣＣＤカメラ（５）の撮影画像を表示するモニター（６）とを備えている。また鏡筒（４１）上部にはレーザ照射部（７）が設置され、レーザ照射部（７）にはレーザ照射のタイミング調整のためのレーザ発振器（８）が連結されている。更に、ＬＳＩ（２）には信号供給装置（１２）が連結され、信号が供給される。
【００３６】
ステージ（３）上に載置されたオープン故障を有するＬＳＩ（２）のｐｎ接合面にレーザ光を照射する。ｐｎ接合面の空乏層にレーザが照射されると、空乏層内で電子と正孔のキャリアが生成する。
上記キャリアは夫々逆極性となる電極方向へ光電流（ＯＢＩＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ）として流れる。
【００３７】
故障に起因する中間電位を有する回路において、中間電位がしきい値より高い電位状態である場合、レーザを照射することによって共にオン状態となっているＰｃｈＴｒとＮｃｈＴｒとのインピーダンス値の違いから、キャリアは高インピーダンス側より低インピーダンス側への流れが強くなる。従って、しきい値に対する電位状態を加速する方向に変化し、ＰｃｈＴｒはオフ状態に、ＮｃｈＴｒはオン状態となる。
これに対して、中間電位がしきい値より低い電位状態である場合、ＰｃｈＴｒはオン状態に、ＮｃｈＴｒはオフ状態となる。
【００３８】
また、ＬＳＩ（２）の裏面からレーザ照射し故障候補を特定することも可能である。多層配線構造においては、配線層がＬＳＩ（２）の上面を覆ってしまうために拡散層が隠れることとなる。そのため、ＬＳＩ（２）の裏面からレーザ照射することで、配線に阻害されず直接ｐｎ接合面へレーザが照射されるため故障候補の特定が容易となる。
ＬＳＩ（２）の裏面にレーザを照射する場合、波長約１０００ｎｍのレーザが使用され、具体的には例えばＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。この波長のレーザを用いると、ＬＳＩ（２）を構成するＳｉ結晶内を透過可能となる。また、上記した波長は、ｐｎ接合のＳｉのエネルギーギャップ（１．１２ｅＶ、３００Ｋ）において、キャリアを励起できる限界の波長である。
ＬＳＩ（２）の裏面にレーザ照射した場合においても、表面へのレーザ照射と同様に電気的特性の変化が検出される。但し、裏面へのレーザ照射であるため、レイアウト情報が反転するが、この問題はコンピュータ処理により解決することが可能である。
【００３９】
一方、電界を印加する場合、マニュプレータ（１１）に取り付けられた金属針（９）からＬＳＩ（２）表面に電界が印加され、光学顕微鏡（４）の倍率に伴った先端径の金属針（９）を用いてＬＳＩ（２）表面上を走査する。
その走査領域（電界印加領域）において、電気的特性に変化が生じた箇所を故障含有領域として特定する。故障含有領域に対して光学顕微鏡（４）の倍率を上げ、電界を印加する。この電界印加と光学顕微鏡（４）の倍率の増加を繰り返すことで故障含有領域が絞り込まれることとなる。光学顕微鏡（４）の倍率の増加に伴って、金属針（９）の先端径を小さくする。
絞り込まれた故障含有領域に対してＬＳＩ（２）のＣＡＤデータを利用し、故障含有領域のレイアウト情報と回路情報を取り出す（図３参照）。
【００４０】
図５は、電界印加により外部刺激を印加する故障診断装置の概略構成図である。
故障診断装置（１）は、診断対象となるＬＳＩ（２）が載置されるステージ（３）を備えた光学顕微鏡（４）と、光学顕微鏡（４）の鏡筒（４１）側面に取り付けられたＣＣＤカメラ（５）と、ＣＣＤカメラ（５）の撮影画像を表示するモニター（６）とを備えている。
また、電界を印加するための金属針（９）は、ステージ（３）を囲む固定リング（１０）上に設置したマニュプレータ（１１）に取り付けられている。
更に、ＬＳＩ（２）及び金属針（９）には信号供給装置（１２）が連結され、信号が供給される。
ＬＳＩ内部の詳細な測定が必要なときは、マニュプレータ（１１）の先端に取り付けられたプローブ針（１３）を用いることができる。
【００４１】
ステージ（３）上に載置されたオープン故障を有するＬＳＩ（２）表面に任意の電圧を印加した金属針（９）によって電界を印加する。
正の電界をＬＳＩ（２）に印加する場合、正の電圧を金属針（９）に印加し、負の電界をＬＳＩ（２）に印加する場合、負の電圧を金属針（９）に印加する。
ＬＳＩ（２）表面と金属針（９）との間隔は、マニュプレータ（１１）のＺ軸方向（ＬＳＩ（２）に対して垂直方向）の回転によって予め設定することができる。
【００４２】
電界印加による外部刺激は、電圧を印加した金属針（９）とＬＳＩ（２）との間のオープン故障配線に誘起される電圧をゲート電圧としてＴｒを動作させる。
金属針（９）に正の電圧を印加した場合には、オープンに伴うＴｒのゲート電圧は正方向へ変化する。これに対して、金属針（９）に負の電圧を印加した場合には、オープンに伴うＴｒのゲート電圧は負方向へ変化する。
【００４３】
ＬＳＩ（２）は、基本的論理回路（セル）や基本動作を有する規模の大きい回路（マクロ）間を配線で接続することにより形成される（以降、セル及びマクロをセルと総称する）。
この配線接続は回路情報に記載されたセル間の入出力端子間の接続情報をもとに、規格化されたメッシュに従って形成される。その過程でＤＥＦと呼ばれるセグメント単位の線分と階層間を接続するＶｉａの座標リストが生成される。
【００４４】
図６はＤＥＦの記載内容であり、セル名、セルから引き出されるネットの端子名（入力をＨ、出力をＮと記載）、ネットのセグメント数、ネットの始点と終点間の座標と配線層（Ｐ１は一層目、Ｐ２は二層目を示す）が記載されている。
このネット記述においてＰ２（４３９１２ ８５７２）（４４１５２ ８５７２）Ｐ１、やＰ２（１０９１２ ５３９０８）（１０８６４ ５３９０８）Ｐ１はこのネット中に存在する１層配線と２層配線が重なる同一座標点であり、この位置をＶｉａと識別する。
【００４５】
図７はＶｉａを介して接続されるＴｒの関係を示す回路であり、Ｖｉａが影響するＴｒの識別を示す説明図である。
図７より、Ｖｉａ ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが影響を与えるＴｒは順にｎ３、ｎ３、ｐ４及びｎ４、ｎ４、ｐ４であり、回路情報を用いてＶｉａとＴｒの関係が特定される。これらの接続関係はＳＰＩＣＥデータを用いて特定される。以降の論理シミュレーションではこれらのＴｒが故障候補となる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明に係る故障診断方法に関する実施例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。
但し、本発明は下記実施例には限定されない。
【００４７】
（実施例１）
＜ＬＳＩ表面へのレーザ照射＞
電源電圧１．８Ｖで駆動するインバータ回路を構成するＰｃｈＴｒ及びＮｃｈＴｒのゲート電極をオープンとした故障回路（Ｎｏ．１として出力論理値約１．４Ｖ，電源電流値２００μＡ、Ｎｏ．２として出力論理値約０．６Ｖ，電源電流値１７５μＡ）のＬＳＩ表面にＨｅ−Ｎｅレーザ（６３２．８ｎｍ）を照射した。
【００４８】
故障回路Ｎｏ．１の結果を図８Ｎｏ．１に示す。
レーザを照射すると、出力論理値は約１．８Ｖ（ＶＤＤ）と“Ｈ”論理になり、電源電流は流れなくなった。レーザ照射を止めると、出力論理値及び電源電流はもとの故障状態にもどった。レーザ照射中（“Ｈ”論理）に流れる約数μＡの電流は、基板へレーザが照射されたときに発生するキャリアによるものである。
【００４９】
故障回路Ｎｏ．２の結果を図８Ｎｏ．２に示す。
レーザを照射すると、出力論理値は約０Ｖ（ＧＮＤ）と“Ｌ” 論理になり、電源電流は流れなくなった。
【００５０】
（実施例２）
＜ＮＡＮＤ回路へのレーザ照射＞
出力論理値約１．０Ｖ（約０．５５ＶＤＤ）、電源電流値２００μＡの故障回路において、一方の入力端子をオープン状態に、他方の入力端子を“Ｈ”入力とした。
この回路に実施例１と同様のレーザを照射した。
【００５１】
結果を図９に示す。
回路にレーザを照射すると、出力論理値は約１．８Ｖ（ＶＤＤ）と“Ｈ” 論理になり、電源電流は流れなくなった。
これは、オープン状態のゲート端子に“Ｌ”印加した状態と同じである。従って、レーザ照射により故障回路の論理が強制的に固定されたこととなる。
【００５２】
（実施例３）
＜ＬＳＩ裏面へのレーザ照射＞
実施例１と同様の回路を用い、この回路の裏面へＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を照射した。尚、ＬＳＩの裏面を鏡面研削し、約１００μｍの厚さとした。
【００５３】
回路の裏面にレーザを照射すると、出力論理値は約１．８Ｖ（ＶＤＤ）と“Ｈ” 論理になり、電源電流は流れなくなった。
これは、オープン状態のゲート端子に“Ｌ”印加した状態と同じである。従って、レーザ照射により故障回路の論理が強制的に固定されたこととなり、実施例１（ＬＳＩ表面へのレーザ照射時）と同様の結果が得られることが明らかとなった。
【００５４】
（実施例４）
＜ＬＳＩ表面への電界印加＞
電源電圧１．８Ｖで駆動するインバータ回路を構成するＰｃｈＴｒ及びＮｃｈＴｒのゲート電極をオープンとした故障回路（出力論理値約１．５Ｖ、電源電流値１６０μＡ）のＬＳＩ表面に＋４０Ｖ、＋２０Ｖ、−２０Ｖ、−４０Ｖの電圧を印加した。尚、電圧印加距離はＬＳＩ表面から２００μｍとした。
【００５５】
結果を図１０に示す。
印加電圧＋４０Ｖ、＋２０Ｖ、−２０Ｖ、−４０Ｖを印加したところ、出力電圧と電源電流は夫々１．１Ｖ，１８０μＡ（＋４０Ｖ印加）、１．３５Ｖ，１７０μＡ（＋２０Ｖ印加）、１．６Ｖ，１４５μＡ（−２０Ｖ印加）、１．６５Ｖ，１３０μＡ（−４０Ｖ印加）となった。電界印加を止めると、出力論理値及び電源電流は元の故障状態に戻り始めた。
金属針に正の電圧を印加した場合、オープン状態のゲート端子の電圧は１．５Ｖより上昇して論理がＨ側へシフトし、そのため出力がＬ側へシフトすると考えられる。
これに対して金属針に負の電圧を印加した場合、オープン状態のゲート端子の電圧は１．５Ｖより下降して論理がＬ側へシフトし、そのため出力がＨ側へシフトすると考えられる。ＩＤＤＱ値は、上記した入力論理に同期して変化するものと考えられる。
【００５６】
（実施例５）
＜ＮＡＮＤ回路への電界印加＞
出力論理値約１．０Ｖ（約０．５６ＶＤＤ）、電源電流値２１０μＡの故障回路において、一方の入力端子をオープン状態に、他方の入力端子を“Ｈ”入力とした。
ＬＳＩ表面から２００μｍの距離において−４０Ｖの電圧を印加した。
【００５７】
結果を図１１に示す。
出力論理値は約１．３６Ｖ（約０．７４ＶＤＤ）と“Ｈ” 論理になり、電源電流は１９０μＡを示した。これは、オープン状態の入力端子に０．８Ｖ（約０．４４ＶＤＤ）を印加した状態と同じである。従って、入力電圧のＬ側へのシフトと等価となる。
【００５８】
（実施例６）
＜ＮＡＮＤ回路への電界印加＞
実施例５と同様のＮＡＮＤ回路を用い、一方の入力端子をオープン状態に、他方の入力端子を“Ｈ”入力とした。
ＬＳＩ表面から２００μｍの距離において＋４０Ｖの電圧を印加した。
【００５９】
結果を図１２に示す。
出力論理値は約０．６８Ｖ（約０．３８ＶＤＤ）と“Ｌ” 論理となり、電源電流は２００μＡを示した。これは、オープン状態の入力端子に１．２Ｖ（約０．６７ＶＤＤ）印加した状態と同じであり、従って、入力電圧のＨ側へのシフトと等価となる。
【００６０】
一般に、オープン故障に伴うＴｒのしきい値は、多段Ｔｒ構成やＴｒのＬ／Ｗ（ゲート長／ゲート幅）の変動、拡散工程での不純物濃度のバラツキ等で変化する。また、周囲の論理環境や熱などの外因的環境にも反応して不安定となる。
このような不安定化に対して、電界印加による外部刺激のゲート電圧への影響は小さい。
しかしながら、信号伝搬は次段セル回路の入力しきい値より高いか低いかによって論理が決定されるため、しきい値のバラツキの範囲を避けた位置にゲート電圧を設定できれば論理の不安定さを解消することが可能となる。
図１３は、４段のインバータ回路に入力した中間電位の伝搬による論理の変化をシミュレーションした結果である。しきい値（０．５ＶＤＤ）とそのバラツキの範囲を±２％とした場合、それより１％高い入力電圧（０．５３ＶＤＤ）（図１３中１）は１段目の出力（図１３中２）で０．４２ＶＤＤ、２段目の出力（図１３中３）で０．９０ＶＤＤ、３段目の出力（図１３中４）で０ＶＤＤと、完全に“Ｌ”レベルとなる。この結果は電界印加による論理の固定化が可能なことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係るＬＳＩの故障診断方法は、オープン故障の故障箇所を特定することができ、微細、大規模、多層配線構造のいずれのＬＳＩにおいても、その故障診断に好適に利用することができる。また、本発明に係る故障診断装置は、簡便且つ高い確度で故障箇所の診断を可能とする。
【符号の説明】
【００６２】
１ 故障診断装置
２ 半導体集積回路
３ ステージ
４ 光学顕微鏡
５ ＣＣＤカメラ
６ モニター
７ レーザ照射部
８ レーザ発振器
９ 金属針
１０ 固定リング
１１ マニュプレータ
１２ 信号供給装置
１３ プローブ針
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路の故障診断方法であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加し、該外部刺激による電気的特性の変化を計測し、計測結果を分析することにより故障含有領域を特定し、前記故障含有領域のレイアウト情報に基づいて故障候補を特定し、該故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定することを特徴とする半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項２】
前記外部刺激がレーザであることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項３】
前記外部刺激が電界であることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項４】
前記外部刺激の印加領域が基本的論理機能を実行する複数のセルからなる回路集合体であり、外部刺激の印加時において、印加領域を半導体集積回路の集合体から順次縮小していくことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項５】
計測される前記電気的特性が出力論理値及び電源電流値であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項６】
半導体集積回路の故障診断装置であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加する外部刺激印加手段と、該外部刺激による電気的特性の変化を計測する計測手段と、前記計測手段で得られる計測結果を分析する分析手段と、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いた論理シミュレーションを実行するシミュレーション手段とを備えていることを特徴とする半導体集積回路の故障診断装置。
【請求項７】
前記外部刺激印加手段がレーザ発振器であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置。
【請求項８】
前記外部刺激印加手段がマニュプレータに取り付けられた電圧が印加された金属針であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置。
【請求項９】
前記半導体集積回路を載置するステージを備えた顕微鏡と、該顕微鏡を介して半導体集積回路を撮影するＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラにより撮影された映像を表示するモニターを備えていることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断装置。
【請求項１】
半導体集積回路の故障診断方法であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加し、該外部刺激による電気的特性の変化を計測し、計測結果を分析することにより故障含有領域を特定し、前記故障含有領域のレイアウト情報に基づいて故障候補を特定し、該故障候補を回路に埋め込んで論理シミュレーションを行い、実故障品の電気的特性と一致する故障候補を最終故障候補として特定することを特徴とする半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項２】
前記外部刺激がレーザであることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項３】
前記外部刺激が電界であることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項４】
前記外部刺激の印加領域が基本的論理機能を実行する複数のセルからなる回路集合体であり、外部刺激の印加時において、印加領域を半導体集積回路の集合体から順次縮小していくことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項５】
計測される前記電気的特性が出力論理値及び電源電流値であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断方法。
【請求項６】
半導体集積回路の故障診断装置であって、該半導体集積回路に外部刺激を印加する外部刺激印加手段と、該外部刺激による電気的特性の変化を計測する計測手段と、前記計測手段で得られる計測結果を分析する分析手段と、この分析結果と外部刺激印加領域のレイアウト情報を利用して特定した故障候補を用いた論理シミュレーションを実行するシミュレーション手段とを備えていることを特徴とする半導体集積回路の故障診断装置。
【請求項７】
前記外部刺激印加手段がレーザ発振器であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置。
【請求項８】
前記外部刺激印加手段がマニュプレータに取り付けられた電圧が印加された金属針であることを特徴とする請求項６記載の半導体集積回路の故障診断装置。
【請求項９】
前記半導体集積回路を載置するステージを備えた顕微鏡と、該顕微鏡を介して半導体集積回路を撮影するＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラにより撮影された映像を表示するモニターを備えていることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の半導体集積回路の故障診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−３３４１２（Ｐ２０１１−３３４１２Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７８４１８（Ｐ２００９−１７８４１８）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５０９０９３０２６）公立大学法人高知工科大学 (95)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５０９０９３０２６）公立大学法人高知工科大学 (95)
【Ｆターム（参考）】
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