[发明专利]具有用于电子束操作的局部抽空容积的集成电路分析系统和方法

说明书

本发明提供用于在IC半导体装置中进行故障分析的新技术，包括用以在正在电刺激受测装置(DUT)的同时或在所述装置靠其自身或在安装于电路板或其它模块中的主机系统内活动的同时实现在IC受测装置(DUT)内使用电子束技术进行电路探测的系统设计和方法。所述DUT可为封装IC或呈某种未封装形式的IC。为了在紧靠电子束工具外部创建局部抽空容积，抵靠或围绕所述DUT密封密封元件以获得局部密封。此类布置使得不需要对操作并监视所述DUT所需的可能成千上万信号进行真空馈通，并且进一步实现在DUT正在其正常环境中(诸如安装在其系统中的电路板上)或在无错测试器上进行操作时探测所述DUT。

技术领域

本发明涉及使用带电粒子束的集成电路(IC)诊断、表征和修改。

背景技术

电气故障分析会查找出整个IC受测装置(DUT)中的电气问题。节点减少、新材料和更复杂的结构正驱动着新的故障查找技术和检测故障的系统解决方案的改进。

电子束诊断系统是用于IC表征和调试应用的强大工具。例如，电子束诊断系统用于二次电子成像、使用内置计算机自动化设计(CAD)显示器进行电路导航，以及使用电压对比原理从有源电路进行电压测量。(例如，见第4,706,019号美国专利。)其它电子束诊断系统使用射束中的电子来影响用于检测故障的信号。此类系统包括电子束感生电流(EBIC)、电阻对比成像(RCI)、偏置RCI(BRCI)、电荷感生电压变化(CIVA)、低能量CIVA(LECIVA)、电子束吸收电流(EBAC)和电子束感生电阻变化(EBIRCH)。

授予Shaw等人的美国专利6,872,581教示了用于使用带电粒子束的IC诊断、表征或修改的方法。在一个具体实施中，从背侧将IC的块状硅衬底薄化为距最深阱约1至3μm，并且向位于薄化衬底的表面下方的电路元件施加电压。所施加的电压在表面上引发电势，通过感生电压与带电粒子束的交互来检测所述电势。授予Wollesen等人的第5,972,725号美国专利类似地通过使用机械抛光与等离子刻蚀的组合移除硅衬底的一部分、向电路提供供应电压并且观测电子束图像中的电压对比来实现背侧电压测量。

此类检查技术需要使用设计为在测试条件下操作IC的测试信号激活IC电路。在SEM腔室内部激活现代IC需要成百上千个高速电馈通，并且这是一项挑战。所需高速馈通的数量通常增大，因为电路的大小(晶体管数目)和复杂性通常伴随着装置上的输入输出(I/O)端子的数目增大。之前的电子束解决方案全部依赖于使电信号“穿过”进入SEM的真空腔室中，这是一个可能需要针对特定IC生产专门连接设备的繁琐且缓慢的过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用SEM进行IC分析的方法和设备。

一种使用扫描电子显微镜(SEM)检查IC的方法，SEM在发射电子束的一端处具有带SEM立柱开口的SEM立柱。该方法可包括围绕IC背侧上的目标区域密封SEM立柱开口以在SEM立柱开口处创建密封容积，目标区域形成密封容积的壳体的一部分；抽空该密封容积；向IC的电路元件施加电压，电压在目标区域中引发电势；以及在目标区域上方扫描电子束以检测目标区域的表面处的电势。

一种设备可包括测试夹具，其包括多个电探针以连接到IC上的多个触点；SEM，其包括电子源、具有朝向目标区域发射电子束的远端的聚焦立柱以及定位为检测电子的电子检测器，所述电子响应于入射电子束而从目标区域发射；密封元件，其适于定位在SEM聚焦立柱的远端处并且具有中心开口以允许电子穿过；活动底座，其固持SEM或IC并且配置为使SEM与IC之间产生相对运动以使密封元件在SEM聚焦立柱与IC或测试夹具之间形成密封，密封围绕目标区域；以及真空泵，其耦接到SEM聚焦立柱并且能够操作以在IC与真空立柱的远端之间创建部分真空。