[发明专利]半导体集成电路的故障分析装置及其方法

说明书

本发明涉及一种半导体集成电路中定时故障的故障分析装置及其方法，特别涉及一种可在短时间内很容易地检测出半导体集成电路中的故障发生区的故障分析装置及其方法。

最近，随着半导体集成电路中布线密度的增加，漂移电容也随之增加。因此，在检测晶片电气特性的分拣过程中，由于定时装置中出现故障，即降低了晶片的合格率。通常，在电气特性的检测中，定时故障的特性是以特殊的测试图形来显示故障的发生。由于晶片的测试图形与上述电性能检测中的被报废的晶片的测试图形相同，当除去晶片表面上的钝化膜时，晶片不报废而当再次在晶片上形成钝化膜时，可以判断出晶片要报废。

假设这类定时故障的发生是通过晶片上钝化膜的存在与否引起在半导体集成电路中使用的金属布线间的漂移电容的改变而造成的，而且，定时故障又引起电路的时间常数的变化。

为了分析有定时故障的非正常晶片，在所要分析的地区形成电容量，并且观察定时是如何偏离的。这种用于分析不合格晶片的方法将在下面详述。首先，在已报废晶片的测试图形中，一位精通电路技术的工程师足以推断出片区中布线的故障发生地，然后，用激光器在可能有故障地区的钝化膜上打一个孔，并在该处设一个探针。进而，当用示波器确认信号已通过该布线时，通过探针就可探测出该故障。如果出现故障的部位用这种探测手段能够检查出来，在该区就形成一个有W(钨)膜的电容电极，实际上该电容就形成了，当用大规模集成电路探测仪判断出故障电平是否降低后，故障分析就可继续进行。

然而，上述的故障分析方法有如下的问题。第一个问题就是在一个批量生产的工厂中，该工程师能够确定是否出现了定时故障，但是该工程师要识别出故障发生的地区以及继续完成故障分析是很困难的。这是由于为了在发生故障的测试图形上设定一个半导体集成电路的故障部位，专家必须即具有电路方面的知识又具有测试图形和电路操作方面的知识。

第二个问题就是在基于测试图形上有故障的前提下，在半导体集成电路故障部位的钝化膜上用激光器打一个孔后，将探针放入到布线上是及其困难的。这是由于当器件作得极精细时，半导体集成电路布线之间的布线宽度和距离小于1μm。

第三个问题就是当检测出故障部位后，在该区设置一个象W膜一类的电极时，在每一个区中要形成W膜需要花1到2个小时的时间。随后，在几个部位形成电容需要超过8小时的时间。这是由于用于形成W膜的装置如：聚焦离子束和聚焦激光束装置是一种真空装置并且需要抽真空的时间。此外，确定形成电容的区域较困难，所以造成了形成W膜的时间延长。其结果，使得在每个区形成W膜的时间需要1到2个小时。

本发明的目的是提供一种半导体集成电路的故障分析装置及其方法，其可缩短识别集成电路中产生定时故障位置的时间，能在极短的时间内进行故障分析，能在初期减少次品的产生，并且能提高生产率。

根据本发明在半导体衬底上形成的半导体电路的故障分析装置，包括一个用于安装所述衬底的晶片放置台，一个用于在半导体的某部位上滴入一种溶液的溶液滴入装置，以便形成介电常数在2到5之间的检测膜，一个安装在该溶液滴入装置上方的显微镜，并且显微镜用于放大半导体衬底的表面图像和一个相对于晶片放置台在水平方向上移动显微镜和溶液滴入装置的移动装置。

这种溶液滴入装置能够根据溶液滴入区域的面积来控制溶液滴入的量。并且溶液滴入装置有一个装有该溶液的筒及一个穿过该溶液筒的针状体。因此，溶液能够沿着该针状体滴入到半导体衬底上。此时，针状体的直径为0.1到1mm。该溶液可以是聚酰亚胺溶液。

根据本发明的半导体集成电路故障分析方法是准备一定量的有相同布线图的小晶片并且在布线图上有钝化膜。然后去掉小晶片上的钝化膜，就可测量出小晶片上的定时故障并将其数字化，在介电常数为2到5的测试膜形成以前就可得到一个定时故障值。在去掉钝化膜后，选择性地在这些小晶片中的一个晶片上形成测试膜。在形成所述的检测膜之后，测量其定时故障并将其数字化，以便获得形成检测膜之后的定时故障值。对比检测膜形成前后的定时故障值，并作如下判断，如果在形成测试膜之后的定时故障值降低了，就可断定形成测试膜的区域内有故障。如果在形成测试膜之后的定时故障值没有降低，则故障存在于没有形成测试膜的区域。此后，选择性地在许多没有被识别过的样片之一上的某一区域形成所述的测试膜。通过上述比较和判断步骤而识别出与有故障的区域一致的区域。在另一样片的区域上，通过交替重复上述比较和判断的步骤以及有选择性地形成测试膜的步骤而识别出失效区。