專利名稱：通路可靠性與e束探測(cè)診斷法的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及電子器件測(cè)試，尤其涉及監(jiān)視器件中的網(wǎng)格以判斷其是否為故障源。
相關(guān)技術(shù)說明芯片的復(fù)雜度和電子器件封裝密度的增大，正迅速地減小器件幾何尺寸，目前電子器件幾何尺寸已從0.18μm減為0.13μm，預(yù)計(jì)將來繼續(xù)趨于更小的器件幾何尺寸。隨著器件幾何尺寸的減小，與測(cè)試和檢查器件故障相關(guān)的問題會(huì)不斷變得更難。
為有助于減小測(cè)試這些小幾何尺寸的難題，制造器件前，設(shè)計(jì)師廣泛應(yīng)用模擬與設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件來消除設(shè)計(jì)問題。盡管模擬與驗(yàn)證軟件可在制造前識(shí)別某些設(shè)計(jì)問題，但是許多設(shè)計(jì)仍得不到未經(jīng)首次冗長、昂貴的查故障階段而完全能工作且符合技術(shù)規(guī)范的部件。此外，即使制造前識(shí)別并校正了所有的設(shè)計(jì)問題，制造加工期間也會(huì)對(duì)器件引入缺陷。
在測(cè)試與查故障過程中，對(duì)器件內(nèi)部網(wǎng)格探測(cè)正變成越來越有價(jià)值的方法。探測(cè)器件內(nèi)部網(wǎng)格有助于識(shí)別和隔離器件內(nèi)部不能正常工作的部分。一種接近內(nèi)部網(wǎng)格的技術(shù)是在設(shè)計(jì)器件時(shí)在某些“關(guān)鍵性”內(nèi)部網(wǎng)格上加上貼片，從而在測(cè)查故障時(shí)可接近這些網(wǎng)格。然而，絕大多數(shù)內(nèi)部網(wǎng)格并無貼片，故不能直接接近這些網(wǎng)格。
由于器件內(nèi)空間有限，封裝密度與芯片復(fù)雜度限制了器件設(shè)計(jì)師對(duì)內(nèi)部網(wǎng)格加貼片，在諸如門陣列、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和混合信號(hào)集成電路等專用集成電路(ASIC)之類的超大規(guī)模集成電路(VLSI)中尤其如此。不能直接接近器件的所有內(nèi)部網(wǎng)格，使測(cè)查故障處理更難了。
器件布設(shè)的某些方面更增大了測(cè)查故障的復(fù)雜性，例如極難檢測(cè)出溝道或通路底部的制造缺陷。一般而言，檢測(cè)溝道或通路底部的缺陷要求用電子顯微鏡等儀器對(duì)器件作故障分析。此外，鑒于其不重復(fù)特征，更難探測(cè)間歇故障，諸如與應(yīng)力相關(guān)的間歇故障。
在測(cè)查電子器件故障方面已發(fā)明了若干技術(shù)，其中包括功能測(cè)試、老化測(cè)試與缺陷檢測(cè)。
功能測(cè)試一般用來驗(yàn)證電子器件的正常工作，如完成IC制造工藝后可對(duì)IC作功能測(cè)試。測(cè)試引線或探針接IC的輸入與輸出(I/O)腳，對(duì)IC輸入腳加測(cè)試激勵(lì)并監(jiān)視IC輸出腳，測(cè)定是否產(chǎn)生期望的信號(hào)。功能測(cè)試一般在正常環(huán)境條件下進(jìn)行，被測(cè)器件不暴露于任一類外部應(yīng)力，如高溫等環(huán)境應(yīng)力。
測(cè)查電子器件故障的另一技術(shù)是老化測(cè)試。通常，器件老化測(cè)試涉及對(duì)通電的器件提高環(huán)境溫度。老化測(cè)試對(duì)包括內(nèi)部所有網(wǎng)格的整個(gè)器件加應(yīng)力。鑒于器件的測(cè)試環(huán)境，考慮到器件的冷凝作用等環(huán)境因素，實(shí)際上不能拆開器件露出其內(nèi)部網(wǎng)格。再者，即使可拆開器件而接觸到其內(nèi)部網(wǎng)格，由于整個(gè)器件與所有網(wǎng)格是同樣加應(yīng)力的，所以難以通過老化測(cè)試識(shí)別各個(gè)網(wǎng)格的故障。
第三種技術(shù)是缺陷檢測(cè)，可監(jiān)視器件I/O腳并探測(cè)其內(nèi)部網(wǎng)格。探測(cè)器件內(nèi)部網(wǎng)格，通常要拆開器件以接近內(nèi)部網(wǎng)格。由于器件已被拆開，實(shí)際上無法對(duì)它施加環(huán)境應(yīng)力。
探測(cè)內(nèi)部網(wǎng)格的一種技術(shù)應(yīng)用了機(jī)械探針。機(jī)械探針可以對(duì)準(zhǔn)器件內(nèi)部網(wǎng)格并與之物理接觸。使用機(jī)械探針的一個(gè)缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)被測(cè)網(wǎng)格的電路加負(fù)載，如機(jī)械探針會(huì)增大電路電容，與該電路不加載機(jī)械探針工作時(shí)相比，使測(cè)得的電路性能發(fā)生畸變。
為消除對(duì)被測(cè)器件的電路加載而開發(fā)的一種技術(shù)，就是電子束(e束)探測(cè)。近年開發(fā)的e束探測(cè)工具和技術(shù)，明顯有助于克服某些為了查找故障等目的在探測(cè)電子器件內(nèi)部節(jié)點(diǎn)時(shí)所涉及的問題。
與掃描電子顯微鏡(SEM)相反，e束探測(cè)應(yīng)用了電壓原理。常規(guī)SEM成像是在對(duì)器件施加信號(hào)后，通過對(duì)被測(cè)器件光柵掃描精密聚焦的一次電子束而產(chǎn)生的。當(dāng)一次束從被測(cè)器件反射時(shí)，便產(chǎn)生二次電子。用閃爍器、光電倍增管(PMT)和有關(guān)電子線路測(cè)量從器件反射的二次電子，可產(chǎn)生被測(cè)器件的網(wǎng)格成像。被測(cè)器件產(chǎn)生的二次電子的能量，由器件內(nèi)導(dǎo)體或網(wǎng)格表面上的電位變化造成。撞擊閃爍器表面的二次電子產(chǎn)生若干與二次電子能量成正比的光子，并從閃爍器射出撞擊PMT表面。PMT輸出與撞擊其表面的光子數(shù)成正比的電壓，而該電壓經(jīng)有關(guān)電子線路放大并被用來產(chǎn)生一成像，該成像對(duì)應(yīng)于器件內(nèi)導(dǎo)體和網(wǎng)格表面的電位。這樣，e束技術(shù)可指示節(jié)點(diǎn)電壓。
例如，正電壓在成像中呈暗區(qū)，相當(dāng)于低的二次電子數(shù)。零壓或負(fù)電壓可在成像中呈亮區(qū)，相當(dāng)于更高的二次電子數(shù)。
與機(jī)械探測(cè)等其它探測(cè)技術(shù)相比，e束探測(cè)有若干優(yōu)點(diǎn)。e束探針一般為被動(dòng)型，即不與被監(jiān)視電路發(fā)生互作用或加載。反之，如上所述，機(jī)械探針會(huì)對(duì)被測(cè)電路加載，使測(cè)量值不準(zhǔn)確。
因此，要求有一種有效地監(jiān)視電子器件內(nèi)部網(wǎng)格工作的方法，該法不影響器件工作，并能識(shí)別可能是故障源的特定網(wǎng)格。
發(fā)明概述在其輸出指示集成電路(IC)故障的IC中識(shí)別故障網(wǎng)格，包括通過觀察網(wǎng)格產(chǎn)生的指示故障的信號(hào)來確定某潛在故障網(wǎng)格，對(duì)該潛在故障網(wǎng)格加應(yīng)力而不影響其它IC網(wǎng)格，并且響應(yīng)于該應(yīng)力，觀察該潛在故障網(wǎng)格產(chǎn)生的信號(hào)變化，據(jù)此將該潛在故障網(wǎng)格識(shí)別為該IC的故障網(wǎng)格。
對(duì)器件或IC里的某網(wǎng)格加應(yīng)力，包括把一外部應(yīng)力源對(duì)準(zhǔn)該網(wǎng)格，對(duì)該網(wǎng)格加應(yīng)力而不影響其它器件網(wǎng)格，并在加應(yīng)力時(shí)監(jiān)視該網(wǎng)格，測(cè)定其在加應(yīng)力時(shí)是否失效。
對(duì)器件或IC的某個(gè)網(wǎng)格局部加應(yīng)力，包括把e束探針對(duì)準(zhǔn)到器件內(nèi)可疑的網(wǎng)格上。e束探針與可疑網(wǎng)格對(duì)準(zhǔn)后，立即增大e束電流，以此對(duì)器件的可疑網(wǎng)格附近局部加應(yīng)力。
通過以下對(duì)示明本發(fā)明原理的示例性較佳實(shí)施例的描述，可明白本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡介

圖1示出一部分被測(cè)器件和測(cè)試設(shè)備，表示按本發(fā)明構(gòu)成的系統(tǒng)的一些方面。
圖2是表示追溯的示例電路示意圖。
圖3是本發(fā)明使用的測(cè)試站的框圖。
圖4是表示e束柱附加細(xì)節(jié)的框圖。
圖5是表示典型兩相時(shí)鐘發(fā)生器與被測(cè)時(shí)鐘發(fā)生器的輸出波形的曲線圖。
圖6是器件故障網(wǎng)格周圍部分的布線圖。
圖7是可疑故障通路的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
圖8是鎢-金屬界面附近可疑通路的隧道電子顯微鏡(TEM)照片。
詳細(xì)描述在典型的集成電路(IC)電子器件如超大規(guī)模集成(VLSI)芯片中，器件內(nèi)部有許多互連線與通路，機(jī)械探針不能直接接近IC的大多數(shù)內(nèi)部連線與通路。若不在對(duì)器件用測(cè)試信號(hào)激勵(lì)時(shí)監(jiān)視IC的網(wǎng)格，實(shí)際上就不能識(shí)別出特定的故障網(wǎng)格。器件故障分析的初始步驟是確定故障位置。如上所述，探測(cè)內(nèi)部網(wǎng)格富有挑戰(zhàn)性。機(jī)械探針容易對(duì)被監(jiān)視電路加載，測(cè)量值不準(zhǔn)確且不可重復(fù)。因此，希望有一種可重復(fù)的非接觸測(cè)量技術(shù)束監(jiān)視器件的內(nèi)部網(wǎng)格。
一類監(jiān)視器件內(nèi)部網(wǎng)格的可重復(fù)非接觸測(cè)量單元是電子束(e束)探針。通常，將e束探針裝在定位裝置上使其與器件內(nèi)期望的網(wǎng)格初步對(duì)準(zhǔn)，若定位裝置控制器能訪問器件布設(shè)數(shù)據(jù)庫，該定位裝置就能自動(dòng)定位器件內(nèi)的預(yù)定網(wǎng)格。e束的精細(xì)對(duì)準(zhǔn)一般用聚焦線圈或物鏡實(shí)現(xiàn)，如下所述。
除了監(jiān)視內(nèi)部網(wǎng)格外，還可能希望對(duì)器件局部加應(yīng)力，如只對(duì)被測(cè)器件的一個(gè)網(wǎng)格加應(yīng)力。只對(duì)某個(gè)期望的網(wǎng)格加應(yīng)力而不影響其它網(wǎng)格，可以隔離和識(shí)別出器件的故障模式。例如，若單獨(dú)一個(gè)網(wǎng)格具有溫度相關(guān)的故障，則可對(duì)該網(wǎng)格加應(yīng)力而可靠地判斷該受應(yīng)力的網(wǎng)格是否是故障源。
圖1是一部分被測(cè)器件102與測(cè)試設(shè)備的示圖，表示本發(fā)明的一些方面。圖示的一部分被測(cè)器件102示出了多個(gè)內(nèi)部網(wǎng)格與通路。如下所述，網(wǎng)格之一被識(shí)別為潛在的故障網(wǎng)格104，其余的網(wǎng)格106被認(rèn)為能正常工作。將測(cè)試激勵(lì)加到被測(cè)器件102的I/O腳，網(wǎng)格104與106上的信號(hào)就會(huì)相應(yīng)地改變。
在一實(shí)施例中，用非接觸測(cè)量裝置110例如e束探針監(jiān)視潛在故障網(wǎng)格104上的信號(hào)。此外，使應(yīng)力源112對(duì)準(zhǔn)該故障網(wǎng)格104。應(yīng)力源配置成提供某種應(yīng)力源，比如溫度、電流或電壓。
在另一實(shí)施例中，應(yīng)力源用配置成使任何電路負(fù)載減至最小的機(jī)械探針施加應(yīng)力。在另一實(shí)施例中，應(yīng)力源用e束或激光等非接觸探針加應(yīng)力。
在再一實(shí)施例中，應(yīng)力源112與非接觸測(cè)量裝置110是同一單元，例如配置成既監(jiān)視潛在故障網(wǎng)格又施加應(yīng)力的單一e束探針。例如，來自e束探針的一次束的電流密度，可從監(jiān)視網(wǎng)格的標(biāo)稱值1nAmp增大到施加應(yīng)力的值50nAmp。與普通使用的e束探針相對(duì)照，通過增大該e束探針里的電流密度，該探針就不再只是個(gè)被動(dòng)監(jiān)視裝置了。相反地，通過對(duì)網(wǎng)格施加局部的應(yīng)力，e束探針主動(dòng)地與該網(wǎng)格互作用，同時(shí)可監(jiān)視從網(wǎng)格發(fā)射的二次信號(hào)。在所有這類實(shí)施例中，將應(yīng)力加到單個(gè)潛在的故障網(wǎng)格，而該網(wǎng)格正被測(cè)試輸入所激勵(lì)和被監(jiān)視。
根據(jù)本發(fā)明，可用各種追溯技術(shù)識(shí)別潛在故障網(wǎng)格。追溯是在器件內(nèi)被識(shí)別為故障的某一位置開始對(duì)諸網(wǎng)格有系統(tǒng)地作測(cè)試，如在功能測(cè)試期間發(fā)現(xiàn)的器件某一輸出的故障。例如，若在一部分電路的一輸出節(jié)點(diǎn)檢出了故障，就要測(cè)試對(duì)該部分電路的輸入網(wǎng)格。若該部分電路的所有輸入網(wǎng)格測(cè)試均“合格”，則將該故障隔離到識(shí)別的該部分電路。若該部分電路的一個(gè)或多個(gè)輸入網(wǎng)格被識(shí)別為失效，測(cè)試就退回到成為失效輸入網(wǎng)格源的電路。測(cè)試一直繼續(xù)到隔離了電路的失效部分。
圖2是IC器件200示例電路的示意圖，表示用于識(shí)別網(wǎng)格的追溯技術(shù)。對(duì)該示圖，描述IC例如混合信號(hào)VLSI器件中的不穩(wěn)定數(shù)字電路。圖2中，寄存器202輸出的在網(wǎng)格204上測(cè)得的數(shù)字值指示一電路故障。為判斷故障出在寄存器202還是網(wǎng)格204，要監(jiān)視寄存器202的輸入信號(hào)(即，網(wǎng)格206、208、210、212和214)。該例中，網(wǎng)格206、208、210與212測(cè)試正常，網(wǎng)格214有故障。由于網(wǎng)格206測(cè)試正常，就不再測(cè)試向網(wǎng)格206饋信的電路器件220和向電路器件220饋信的諸網(wǎng)格。測(cè)試向電路器件222饋信的諸網(wǎng)格，判斷故障出在向電路器件222饋信的某一網(wǎng)格還是該故障由電路器件222造成。
電路器件222的輸入是網(wǎng)格230、232、234與236。在該例中，網(wǎng)格230、232、與234測(cè)試合格，網(wǎng)格236都失效。鑒于網(wǎng)格230、232與234已測(cè)試合格，就不再測(cè)試向這些網(wǎng)格饋信的電路。由于網(wǎng)格236失效，則要測(cè)試向電路器件240饋信的諸網(wǎng)格，以判斷故障出在向電路器件240饋信的諸網(wǎng)格上還是該故障由電路器件240造成。
電路器件240的輸入包括網(wǎng)格250、252與254。在該例中，網(wǎng)格250、252與254經(jīng)測(cè)試都合格。這樣，追溯測(cè)試把該故障隔離到電路器件240或網(wǎng)格236。為判斷是電路器件240失效還是網(wǎng)格236失效，要作附加測(cè)試，這時(shí)對(duì)網(wǎng)格236局部加應(yīng)力，對(duì)IC器件200里的電路器件240或任何其它電路器件或諸網(wǎng)格均不加應(yīng)力。通過對(duì)網(wǎng)格236加應(yīng)力，可能將故障隔離到單個(gè)網(wǎng)格236。
如上所述，半導(dǎo)體器件制造中最關(guān)心的是VLSI器件中通路結(jié)構(gòu)的可靠性，鋁合金互連線系統(tǒng)的鎢通路結(jié)構(gòu)尤其容易產(chǎn)生高程度的故障。如上所述，通路缺陷的故障分析是個(gè)越來越大的挑戰(zhàn)。下面討論的本發(fā)明諸方面涉及對(duì)在混合信號(hào)VLSI器件中造成間歇故障的不穩(wěn)定數(shù)字電路所作的故障分析。該器件的故障分析揭示的一種通路結(jié)構(gòu)，在鎢填料與下面AlCu合金的界面的Ti/TiN粘附層下面含有空隙與異常薄層。
不穩(wěn)定數(shù)字電路是混合信號(hào)器件中包含數(shù)字與模擬兩種電路的部分。該器件已通過晶片探測(cè)與最后測(cè)試，再運(yùn)到現(xiàn)場。在現(xiàn)場，器件呈現(xiàn)出間歇故障。器件從現(xiàn)場回收后作了常規(guī)故障分析，曾作過多種人工探測(cè)技術(shù)測(cè)試，但未能分析出故障模式。如上所述，機(jī)械探測(cè)的一個(gè)問題就是機(jī)械探針對(duì)被測(cè)器件里的電路加載。對(duì)被測(cè)電路的加載會(huì)產(chǎn)生不合適、不可靠的測(cè)試結(jié)果。為消除機(jī)械探針造成的加載，按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用e束探針的一種非接觸技術(shù)對(duì)該器件作了故障分析。
圖3是本發(fā)明應(yīng)用的測(cè)試站300的框圖。測(cè)試站包括e束探針單元302，諸如Schlumberger IDS 10000plus。測(cè)試站包括供測(cè)試操作員使用的工作臺(tái)303，可控制測(cè)試設(shè)備并向操作員提供視覺顯示的測(cè)試結(jié)果。
e束探針單元302包括一加載模塊304，用于承載被測(cè)器件并提供對(duì)器件的I/O腳的電連接。加載模塊304在裝上被測(cè)器件后被固定于試樣室蓋306。被測(cè)器件裝到加載模塊304之前，先要除去其封裝的頂部，露出器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部網(wǎng)格。在加載模塊304固定于試樣室306時(shí)，該被測(cè)器件面朝下定位，使露出的內(nèi)部結(jié)構(gòu)面向試樣室308。
試樣室308底部有兩臺(tái)離子泵310與312，用于在試樣室內(nèi)造成真空。試樣室308相對(duì)被測(cè)器件的端部是e束柱320。如下所述，該e束柱產(chǎn)生聚焦到被測(cè)器件上的電子束，用來監(jiān)視器件內(nèi)部網(wǎng)格上的電壓。e束柱320和離子泵310與312都裝到XY臺(tái)322，后者使e束柱產(chǎn)生的電子束與被測(cè)器件內(nèi)部網(wǎng)格初步對(duì)準(zhǔn)。
圖4的框圖示出e束柱320的附加細(xì)節(jié)。e束柱320包括燈絲402，用于產(chǎn)生形成e束的電子。燈絲402發(fā)射的電子經(jīng)靜電透鏡404加速飛向被測(cè)器件102。電子通過靜電透鏡404后，被聚焦鏡408聚集成束。通過聚焦鏡408的電子束穿過試樣室里的真空向被測(cè)器件102飛去。
電子束在被測(cè)器件102附近通過物鏡410，后者把它聚成一次電子束射到被測(cè)器件102期望的內(nèi)部網(wǎng)格。一次電子束與被測(cè)器件102的內(nèi)部網(wǎng)格發(fā)生互作用，二次電子回射入試樣室。
檢測(cè)器420位于聚焦鏡408與物鏡410之間，它包括閃爍器422。二次電子撞擊閃爍器422表面時(shí)，它就發(fā)射與二次電子能量成比例的光子并被導(dǎo)向光電倍增管(PMT)424。PMT424配置成產(chǎn)生與撞擊其表面的光子數(shù)成比例的電壓，所以其輸出電壓正比于被測(cè)器件內(nèi)部網(wǎng)格發(fā)射的二次電子能量。將PMT424輸出電壓送到放大器426，對(duì)信號(hào)作放大與調(diào)節(jié)。放大器426的信號(hào)輸出傳給工作站300進(jìn)行處理，并向操作員顯示。
如上所述，顯示的成像代表二次電子束因器件內(nèi)導(dǎo)體或網(wǎng)格表面電位而引起的強(qiáng)度變化，例如，正電壓在成像中呈現(xiàn)為暗區(qū)，對(duì)應(yīng)于低二次電子數(shù)；零或負(fù)電壓為亮區(qū)，對(duì)應(yīng)于較高二次電子數(shù)。
上述測(cè)試裝置可測(cè)試失效的混合信號(hào)器件。采用帶e束探針的追溯技術(shù)，可將器件故障限制到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入所用的單個(gè)8位右移寄存器。附加測(cè)試揭示出來自該8位寄存器的數(shù)據(jù)信號(hào)不能匹配預(yù)定的ID碼，認(rèn)為8位寄存器輸出信號(hào)故障是該器件功能故障的原因。
為幫助識(shí)別器件的故障機(jī)理，用e束探針測(cè)量了所有寄存器相關(guān)的網(wǎng)格。e束探針測(cè)試表明，數(shù)字電路的雙相時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的波形不規(guī)則。圖5曲線示出了典型的雙相時(shí)鐘發(fā)生器與被測(cè)時(shí)鐘發(fā)生器的輸出波形。跡線510和512表示已知合格器件產(chǎn)生的合格的時(shí)鐘發(fā)生器輸出信號(hào)，跡線520和522表示被測(cè)時(shí)鐘發(fā)生器的輸出信號(hào)。跡線522不規(guī)則，近似于三角形，不是期望的方波形。
對(duì)時(shí)鐘發(fā)生器所有的內(nèi)部網(wǎng)格作附加e束探測(cè)，可將故障限于失效時(shí)鐘發(fā)生器的輸出倒相器(緩沖器)。
把失效的輸出倒相器識(shí)別為可能故障后，對(duì)輸出倒相器的網(wǎng)格局部加應(yīng)力。對(duì)本例網(wǎng)格局部加應(yīng)力的技術(shù)包括增大e束電流，并增大其電子通量。在測(cè)試混合信號(hào)器件期間，測(cè)試站臺(tái)操作時(shí)把e束電流從監(jiān)視網(wǎng)格的1nAmp增大到對(duì)網(wǎng)格加應(yīng)力的約50nAmp。此外，為將e束集中于更小的網(wǎng)格區(qū)域而對(duì)通過e束柱320的物鏡410的e束使用更高放大率，并因此增大電子通量。
跡線530和532表示在作局部熱應(yīng)力時(shí)的時(shí)鐘發(fā)生器輸出信號(hào)。如這些跡線所示，當(dāng)加熱應(yīng)力時(shí)，發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘發(fā)生器輸出嚴(yán)重畸變，不再振蕩了。
運(yùn)用主通路電阻對(duì)失效倒相器的輸出網(wǎng)格作了模擬，產(chǎn)生的信號(hào)類似于e束探針測(cè)得的三角軌跡522。進(jìn)一步模擬將通路電阻增大到極高值，倒相器輸出停止切換，類似于跡線530和532。由于跡線530與532是在網(wǎng)格承受熱應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的，所以認(rèn)為熱應(yīng)力可將網(wǎng)格電阻增大到極高值。
圖6是器件失效網(wǎng)格周圍部分的布設(shè)圖，該網(wǎng)格包括兩個(gè)通路601與602，確認(rèn)這些通路是高電阻的成因。
接著，利用聚焦離子束(FIB)技術(shù)通過可疑的通路601與602放置接合片，確認(rèn)通路兩端有極高電阻。另用掃描電子顯微鏡(SEM)作故障分析，可疑的通路601與602之一被識(shí)別為可疑的失效通路。圖7是可疑失效通路的SEM照片，表明鎢層下面的鋁合金里有一約0.2μm的空隙702。
用隧道電子顯微鏡(TEM)對(duì)可疑的通路再作故障分析。圖8是鎢-金屬界面附近該可疑通路的TEM照片，表明鎢填料下面Ti/TiN粘合層下方有一約150的極薄異常層802。據(jù)信，該異常層是在制造加工期間，通路腐蝕后作清洗處理時(shí)由去離子(DI)水腐蝕而成的氧化鋁。
差劣的鎢-金屬界面會(huì)造成通路脫層并增強(qiáng)局部熱應(yīng)力。此外，在高溫處理或局部電熱應(yīng)力期間，差劣的鎢-金屬界面會(huì)在鎢填料下面的AlCu合金中加快形成空隙，其原因在于鋁通量在鎢-AlCu界面有斷續(xù)，例如在電遷移期間，鎢填料不能補(bǔ)償離開熱區(qū)域的鋁通量。
在鎢-AlCu互連系統(tǒng)中，鎢-AlCu界面的空隙與異常薄層會(huì)引起嚴(yán)重劣化。在某些測(cè)試或應(yīng)用環(huán)境中，根據(jù)劣化程度和受影響互連線的電熱應(yīng)力量，這一劣化會(huì)導(dǎo)致永久的器件故障或間歇的功能故障。在VLSI器件中，尤其是應(yīng)用目前的半導(dǎo)體加工技術(shù)，鎢-AlCu互連系統(tǒng)是主要的可靠性問題之一。
在上例的被測(cè)器件中，制造商已用新的通路清洗工藝來減少DI水腐蝕，并盡量減少鎢-AlCu互連系統(tǒng)中熱應(yīng)力生成的空隙。隨著工藝變化，通路互連可靠性得以提高，迄今未發(fā)現(xiàn)類似的器件間歇故障。因此，該技術(shù)在混合信號(hào)器件里已成功地識(shí)別出故障源，而且根據(jù)被隔離的電路應(yīng)力和網(wǎng)格監(jiān)視，可采取合理的糾正措施。
以上描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但不管前面如何詳細(xì)地進(jìn)行了描述，本發(fā)明能以其它特定形式實(shí)施而不違背其精神或基本特征。諸實(shí)施例僅作示例，不限制發(fā)明范圍，因而發(fā)明范圍由所附權(quán)項(xiàng)而不是上述說明來指明。符合權(quán)項(xiàng)同等意義與范圍的所有變化都被包羅在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在其輸出指示IC故障的IC器件中識(shí)別故障網(wǎng)格的方法，其特征在于該方法包括觀察網(wǎng)格產(chǎn)生的指示故障的信號(hào)，確定潛在故障網(wǎng)格；在不影響其它IC器件網(wǎng)格的情況下，對(duì)該潛在故障網(wǎng)格加應(yīng)力；和觀察該潛在故障網(wǎng)格響應(yīng)于該應(yīng)力產(chǎn)生的信號(hào)變化，據(jù)此把該潛在故障網(wǎng)格識(shí)別為IC器件的故障網(wǎng)格。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中確定故障網(wǎng)格還包括對(duì)IC器件里的諸網(wǎng)格進(jìn)行追溯。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中確定故障網(wǎng)格還包括使用e束探針。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中對(duì)潛在故障網(wǎng)格加應(yīng)力包括使外部應(yīng)力源對(duì)準(zhǔn)潛在故障網(wǎng)格；和對(duì)潛在故障網(wǎng)格加應(yīng)力。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，其中外部應(yīng)力源是e束探針。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其中加應(yīng)力還包括把e束探針的一次電子束電流增大到約50nAmp。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其中加應(yīng)力還包括提高e束一次電子束的放大率，以增大電子通量。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，其中外部應(yīng)力源是激光源。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其中加應(yīng)力還包括把約50微瓦的光功率加到潛在故障網(wǎng)格上。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，其中外部應(yīng)力源還包括連到熱源的機(jī)械探針。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中器件是混合信號(hào)集成電路。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中觀察信號(hào)變化用e束探針進(jìn)行。
13.一種對(duì)IC器件的網(wǎng)格局部加應(yīng)力的方法，其特征在于該方法包括把e束探針對(duì)準(zhǔn)到器件內(nèi)可疑的網(wǎng)格上；和增大e束電流，對(duì)可疑網(wǎng)格附近的器件局部加應(yīng)力。
14.如權(quán)利要求13規(guī)定的方法，其特征在于，還包括觀察該網(wǎng)格響應(yīng)于應(yīng)力產(chǎn)生的信號(hào)變化，據(jù)此把該網(wǎng)格識(shí)別為器件的故障源。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中器件是集成電路。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中器件是混合信號(hào)集成電路。
17.一種對(duì)IC器件的網(wǎng)格加應(yīng)力的方法，其特征在于該方法包括使外部應(yīng)力源對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)格對(duì)該網(wǎng)格加應(yīng)力而不影響其它器件網(wǎng)格；和監(jiān)視該網(wǎng)格，判斷其受應(yīng)力時(shí)是否失效。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其中外部應(yīng)力源是e束探針。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，其中對(duì)網(wǎng)格加應(yīng)力還包括把e束探針的電流增大到約50nAmp。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，其中對(duì)網(wǎng)格加應(yīng)力還包括增大e束放大率以增大電子通量。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其中外部應(yīng)力源是激光源。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，其中對(duì)網(wǎng)格加應(yīng)力還包括把約50微瓦光功率加到故障網(wǎng)格上。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其中外部應(yīng)力源還包括連到熱源的機(jī)械探針。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括觀察故障網(wǎng)格響應(yīng)于應(yīng)力產(chǎn)生的信號(hào)變化，據(jù)此把該網(wǎng)格識(shí)別為器件的故障源。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，其中用e束探針作觀察。
26.一種對(duì)IC器件的網(wǎng)格局部加應(yīng)力的方法，其特征在于該方法包括把e束探針對(duì)準(zhǔn)到器件內(nèi)可疑的網(wǎng)格上；和增大e束放大率，由此增大對(duì)可疑的網(wǎng)格附近的器件局部加應(yīng)力的電子通量。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，還包括觀察該網(wǎng)格響應(yīng)于應(yīng)力產(chǎn)生的信號(hào)變化，據(jù)此將該網(wǎng)格識(shí)別為器件的故障源。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，其中器件是集成電路。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，其中器件是混合信號(hào)集成電路。
全文摘要
通過在電子器件內(nèi)確定造成器件故障的故障網(wǎng)格，測(cè)試IC器件等電子器件。識(shí)別了故障網(wǎng)格后，對(duì)它局部加應(yīng)力。加應(yīng)力時(shí)，只使該被測(cè)網(wǎng)格受應(yīng)力，對(duì)器件的其余網(wǎng)格與元件不加應(yīng)力。在故障網(wǎng)格受應(yīng)力時(shí)，觀察該故障網(wǎng)格產(chǎn)生的信號(hào)變化。這樣測(cè)試有助于把故障網(wǎng)格識(shí)別為器件的故障源。
文檔編號(hào)G01N23/22GK1437710SQ01811651
公開日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2001年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月22日
發(fā)明者W·夏, M·維拉法納, J·塔潘, T·沃森, M·坎貝爾 申請(qǐng)人:高通股份有限公司