JP4683869B2

JP4683869B2 - 半導体デバイスの故障診断方法と装置

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Publication number: JP4683869B2
Application number: JP2004202019A
Authority: JP
Inventors: 将嗣山下; 晃道川瀬; 政吉斗内; 利彦紀和; 清二川
Original assignee: Renesas Electronics Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Renesas Electronics Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: US7173447B2; JP2006024774A; US20060006886A1

Description

本発明は、半導体デバイスの故障診断方法と装置に係り、更に詳しくは、光励起と放射電磁波検出を併用した２次元電界ベクトル分布測定による半導体デバイスの非接触故障診断方法と装置に関する。

半導体デバイスの非破壊検査技術は、例えば、［非特許文献１］に示されるように、半導体デバイスの不良解析・故障解析の一環として、ｐｎ接合部の欠陥箇所や配線の断線・ショート・高抵抗個所を非破壊で検出するために用いられている。

図５は、従来の非破壊検査方法の原理図である。ｐｎ接合５１にレーザビーム５２を照射すると、電子５３と正孔５４の対が生成される。この対はｐｎ接合５１の空乏層の電界および外部電源５５による電界により各々逆方向に流れ電流を誘起する。このようにして流れる電流はＯＢＩＣ（ＯｐｔｉｃａｌＢｅａｍＩｎｄｕｃｅｄＣｕｒｒｅｎｔ、以下、単にＯＢＩＣとする）現象による電流、略してＯＢＩＣ電流と呼ばれている。このＯＢＩＣ電流５６は、ｐｎ接合５１に直列に接続された電流計５７により、電流あるいは電流の変化として検出される。

図６は、ＯＢＩＣ電流により欠陥を検出する従来技術の説明図である。図５と同じ構成でｐｎ接合部に再結合を促進する欠陥５８が有る場合を示している。レーザビーム５２のようにレーザビームが欠陥のない箇所に照射されたときは、図５の場合となんら変わりなく、ＯＢＩＣ電流が流れる。一方、レーザビーム５９のようにレーザビームが再結合を促進する欠陥５８に照射された場合、電子・正孔対が生成されても、直ちに再結合により消滅し、ＯＢＩＣ電流は流れない。これにより再結合を促進する欠陥の位置が特定できる。

このｐｎ接合でのＯＢＩＣ現象は、ｐｎ接合部の欠陥検出ために利用されるだけではなく、配線の断線箇所を検出するためにも用いられている（例えば［特許文献２］）。以下、［特許文献２］の方法について図７（側面図）および図１８（平面図）を参照して説明する。

ｐｎ接合７１，７２，７３が直列に接続されている。その各々のｐｎ接合と並列に配線が形成されており、その配線が断線欠陥７８により断線すると、断線した配線と並列に接続されたｐ−ｎ接合７２だけは、レーザビームが照射された際、他のｐｎ接合部とは異なるＯＢＩＣ電流が流れるため、断線した配線が特定できる。配線にショート欠陥や高抵抗欠陥があったばあいにも、断線の場合と同様に、ＯＢＩＣ電流に異常生じるため検出できる。

堀内繁雄他編「電子顕微鏡Ｑ＆Ａ」、アグネ承風社刊（１９９６．１２．１５）、ｐ．４８

特開平１０−１３５４１３号公報

上述したように従来技術を用いて半導体デバイスの故障診断を行うためには、チップ（半導体デバイス）にバイアス電圧を印加する必要があり、そのためチップに対してボンディングを行い外部電圧印加装置と電気的に接続する必要がある。
しかしそのため、半導体デバイスを製造する工程途中では、デバイスの故障検出を行うことはできない問題点があった。すなわち、従来の故障診断手段の場合、製造工程途中のチップに対してボンディングを行うことは非常に困難（実質的に不可能）であるため、製造工程途中の無バイアス下での故障診断はできなかった。

本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、チップ（半導体デバイス）にバイアス電圧を印加することなく、無バイアス下で故障診断を行うことができる半導体デバイスの故障診断方法と装置を提供することにある。

本発明によれば、無バイアス状態で保持した半導体デバイスのｐｎ接合部又は金属半導体界面に、パルス幅が１フェムト秒以上１０ピコ秒以下であり所定の波長を有するパルスレーザ光を２次元的に走査して照射する照射工程と、
レーザ光照射位置から放射された電磁波を検出して、電磁波の電場振幅の時間波形に対応した時間的に変化する電圧信号に変換する検出・変換工程と、
前記電圧信号から半導体デバイス内の電界分布を検出しその故障診断を行う故障診断工程と、を有する、ことを特徴とする半導体デバイスの故障診断方法が提供される。

また、本発明によれば、無バイアス状態で保持した半導体デバイスのｐｎ接合部又は金属半導体界面に、パルス幅が１フェムト秒以上１０ピコ秒以下であり所定の波長を有するパルスレーザ光を２次元的に走査して照射する照射装置と、
レーザ光照射位置から放射された電磁波を検出して、電磁波の電場振幅の時間波形に対応した時間的に変化する電圧信号に変換する検出・変換装置と、
前記電圧信号から半導体デバイス内の電界分布を検出しその故障診断を行う故障診断装置とを備えた、ことを特徴とする半導体デバイスの故障診断装置が提供される。

半導体デバイス内には、無バイアス電圧下においても、ＭＯＳトランジスタを構成するｐｎ接合部や金属半導体界面などに、ビルトイン電界が発生している。
本発明の方法及び装置によれば、ビルトイン電界の電界発生部にパルスレーザ光を照射し、自由空間に放射される電磁波を検出することで、非接触に半導体デバイス内の電界分布を検出するので、無バイアス下のデバイスにも適用することができ、これにより、従来困難だった製造工程途中の半導体デバイスを無バイアス下での故障診断することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記故障診断工程は、時間的に変化する前記電圧信号の位相を判定する判定工程と、判定工程で判定された位相がレーザ光照射位置の電界分布に依存することを用いて、半導体デバイスの電界分布を画像化する画像化工程と、画像化した画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する故障・不良解析工程とを有する。

また前記故障診断装置は、時間的に変化する前記電圧信号の位相を判定する判定装置と、判定装置で判定された位相がレーザ光照射位置の電界分布に依存することを用いて、半導体デバイスの電界分布を画像化する画像装置と、画像化した画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する故障・不良解析装置とを有する。

この方法及び装置により、半導体デバイスの電界分布を画像化し、画像化した画像から、例えば良品の半導体デバイスの電界分布画像との比較を行い、半導体デバイスの故障・不良箇所を特定することができる。

前記検出・変換工程において、電磁波の偏光方向を検出し、前記判定工程において、電磁波の偏光方向を判定し、電磁波の偏光方向が電界の向きに平行であることを用いて、半導体デバイスの２次元電界ベクトル分布を画像化し、画像化したベクトル分布画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定してもよい。
この方法により、半導体デバイスの２次元電界ベクトル分布を画像化し、このベクトル分布画像から故障・不良箇所を更に精度よく特定することができる。

また、前記故障診断工程は、時間的に変化する前記電圧信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングするサンプリング工程を有し、該サンプリング工程でサンプリングされた電場の振幅が前記レーザ光照射位置の電場強度に比例することを用いて電界強度分布を測定し、該電界強度分布から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定してもよい。

さらに、前記サンプリング工程の所定時刻は複数の時刻であり、該サンプリング工程は該複数の時間で電磁波の振幅をサンプリングし、異なる時刻の電界強度分布を測定し、該異なる時刻の電界強度分布を用いて故障・不良解析工程において半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する、ことが好ましい。

また、半導体デバイスの製造工程途中で適用することが好ましい。

また、前記照射工程におけるパルスレーザ光の所定の波長は、３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、パルス幅は１フェムト秒以上１０ピコ秒以下であり、レーザ光を半導体デバイスのチップ裏面から照射する、ことが好ましい。
また、前記照射装置は、波長が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上１０ピコ秒以下のパルスレーザ光を発生し、半導体デバイスのチップ裏面から照射する。

パルスレーザ光の波長域が３００ナノメートル未満又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波の強度が低く検出が困難となる。また、パルスレーザ光の波長域が２ミクロンを超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザー強度が強すぎ、半導体デバイスに損傷を与えるおそれがある。

また、半導体デバイスがＳｉデバイスである場合、前記照射工程におけるパルスレーザ光の所定の波長は、１ミクロン以上２ミクロン以下であり、パルス幅は１フェムト秒以上１０ピコ秒以下であり、レーザ光をＳｉデバイスのチップ裏面から照射する、ことが好ましい。
半導体デバイスがＳｉデバイスである場合、前記照射装置は、波長が１ミクロン以上２ミクロン以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上１０ピコ秒以下のパルスレーザ光を発生し、Ｓｉデバイスのチップ裏面から照射する。

半導体デバイスがＳｉデバイスである場合には、パルスレーザ光の波長域が１ミクロン未満又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波の強度が低く検出が困難となる。また、パルスレーザ光の波長域が２ミクロンを超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザー強度が強すぎ、半導体デバイスに損傷を与えるおそれがある。さらに、パルスレーザ光をチップ裏面から照射することで、ｐｎ接合部や金属半導体界面などビルトイン電界の発生箇所に確実に照射することができる。

パルスレーザ光の波長域が３００ナノメートル未満又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波の強度が低く検出が困難となる。また、パルスレーザ光の波長域が２ミクロンを超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザ強度が強すぎ、半導体デバイスに損傷を与えるおそれがある。

前記故障・不良解析工程において、良品の半導体デバイスとの比較を行うことが好ましい。画像化した画像を良品の半導体デバイスの電界分布画像と比較することで、半導体デバイスの故障・不良箇所を容易に特定することができる。

上述したように、本発明の半導体デバイスの故障診断方法と装置は、半導体デバイスの２次元電界ベクトル分布の測定が、非接触に実現でき、さらに、無バイアス下のデバイスにも適用することができる。これにより、従来困難だった製造工程途中の半導体デバイスチップの故障・不良箇所の解析が容易に実現できる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

はじめにレーザパルス照射による電磁波の発生原理を説明する。
半導体中の電場Ｅが存在する場所に、バンドギャップよりも大きなエネルギーをもつレーザ光を照射すると、光励起による電子・正孔対が生成し、その電子・正孔対が電場によって加速されるために電流が発生する。
レーザ光が連続光の場合は、定常的な電流が流れるが、レーザ光がパルス光の場合には、励起された電子・正孔対はある一定の時間で緩和し、電流も流れなくなるため、光パルスの幅と緩和時間に依存して、パルス状の電流が流れる。
電流に時間変化が発生した場合、古典電磁気学のＭａｘｗｅｌｌの方程式から導出される［数１］の（１）式によって、電磁波が放射される。

ここで、Ｅ_{ｅｍｉｓｓｉｏｎ}は電磁波の電界ベクトル、Ｊは光電流密度ベクトル、ｎは光励起された電子・正孔対の密度、ｅは素電荷量、ｖは、光が照射された位置における半導体中の電場Ｅ_{ｌｏｃａｌ}によって加速された電子・正孔対のドリフト速度、mは電荷の移動度である。

（１）式からわかるように、放射される電磁波の電界ベクトルは、半導体中の電場ベクトルに平行となる。したがって、Ｅ_{ｌｏｃａｌ}が逆向きになると、すなわちＥ_{ｌｏｃａｌ}→-Ｅ_{ｌｏｃａｌ}のとき、Ｅ_{ｅｍｉｓｓｉｏｎ}→-Ｅ_{ｅｍｉｓｓｉｏｎ}となる。
Ｅ_{ｅｍｉｓｓｉｏｎ}＝Ｅ_０ｃｏｓωｔ・・・（２）式を仮定すると、
-Ｅ_{ｅｍｉｓｓｉｏｎ}＝-Ｅ_０ｃｏｓωｔ＝Ｅ_０ｃｏｓ（-ωｔ）・・・（３）式となり、放射された電磁波の位相は、半導体中の電場ベクトルの向きを反映して正負反転する。すなわち位相が電場の向きを反映する。
また、（１）式から、放射される電磁波の振幅は半導体中の電場ベクトルの大きさに比例することがわかる。すなわち振幅が電場の大きさに比例する。
さらに、（１）式から、放射される電磁波の電界ベクトルの向き（偏光方向）が半導体中の電場ベクトルの向きに平行であることもわかる。すなわち偏光方向が電場の向きに平行である。

次に、無バイアス状態のｐｎ接合部から電磁波が放射される理由を説明する。
図１は、半導体のバンド図であり、図中のＥＦはフェルミ準位である。ｐｎ接合は、ｐ型半導体（正孔がキャリア）とｎ型半導体（電子がキャリア）で構成される。ｐ型とｎ型の半導体では、図１に示すようにフェルミ準位が異なる。
図２は、ｐｎ接合におけるエネルギー分布を示す図である。二つの半導体（ｐ型、ｎ型）を接合させた場合、フェルミ準位が一致するように、接合界面付近には接合作成時にその接合界面には空乏層が形成される（参照図２）。空乏層とは、キャリアが存在しない領域で、ビルトイン電界Ｅが形成されている。したがって、外部から電圧を印加しなくても、ｐｎ接合部の空乏層には定常的に電界が存在していることになる。ｐｎ接合部の空乏層に光を照射し、電子・正孔対を生成すると（１）式に従って、電磁波が発生する。
なお、ビルトイン電界はｐｎ接合部に限定されず、無バイアス電圧下の半導体デバイスにおいて、ＭＯＳトランジスタを構成する金属半導体界面などにも発生していることが知られている。

図３は、本発明による半導体デバイスの故障診断装置の概略図である。この図に示すように、本発明の故障診断装置１０は、照射装置、検出・変換装置１８及び故障診断装置２０を備える。

図３において照射装置は、デバイス走査台１２、パルスレーザ光源１４、および集光レンズ１５からなり、無バイアス状態で保持した半導体デバイス１に所定の波長を有するパルスレーザ光２を２次元的に走査して照射する機能を有する。

デバイス走査台１２は、半導体デバイス１を無バイアス状態で保持し、半導体デバイス１を２次元的に移動してその上にパルスレーザ光２を走査するようになっている。なお、本発明はこの構成に限定されず、図示しない揺動ミラーの揺動により、パルスレーザ光２を半導体デバイス１の２次元回路上に２次元的に走査して照射してもよい。

パルスレーザ光源１４は、パルスレーザ光２を発生し、集光レンズ１５は、パルスレーザ光２を半導体デバイス１の２次元回路上に集光する。また半導体デバイス１に損傷を与えず、ｐｎ接合部や金属半導体界面などビルトイン電界の発生箇所に確実に照射することができるように、パルスレーザ光２をチップ裏面から照射することが好ましい。

パルスレーザ光源１４は、パルスレーザ光２を発生可能なモード同期チタンサファイアレーザ、又はフェムト秒ファイバーレーザであるのがよい。
またこのパルスレーザ光２は、波長域が３００ナノメートル（３００ｎｍ＝０．３μｍ）以上、２ミクロン（２μｍ）以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒（１ｆｓ＝０．００１ｐｓ）以上、１０ピコ秒（１０ｐｓ）以下であるのがよい。
すなわち、電磁波の励起に際しては、光源として幅の小さなパルスを用いることにより、集積回路に大きな影響を及ぼさない状態で、電磁波の励起ができる。熱的影響を及ぼさない最大光パルス幅は、約１０ピコ秒と見積ることができる。

パルスレーザ光２の波長域が３００ナノメートル未満、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ未満、又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波３の強度が低く、検出が困難となる。また、パルスレーザ光２の波長域が２ミクロンを超え、時間平均のエネルギーが１０Ｗ以下を超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザ強度が強すぎ、半導体デバイス１に損傷を与えるおそれがある。

図３において検出・変換装置１８は、例えば電磁波検出ボローメーター又は半導体光スイッチであり、パルスレーザ光２の照射位置から放射される電磁波３を検出して、電磁波の電場振幅の時間波形に対応した時間的に変化する電圧信号に変換する。
またこの図において、１６は、電磁波の偏光方向を検出するための偏光素子である。

故障診断装置２０は、検出・変換装置１８で変換した電圧信号から半導体デバイス内の電界分布を検出しその故障診断を行う。故障診断装置２０は、この例では、ＰＣ（コンピュータ）であり、デバイス走査台１２とパルスレーザ光源１４を制御する。
また、故障診断装置２０は、時間的に変化する前記電圧信号の位相を判定する判定装置と、判定装置で判定された位相がレーザ光照射位置の電界分布に依存することを用いて半導体デバイスの電界分布を画像化する画像装置と、画像化した画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する故障・不良解析装置とを内蔵し、画像化した電界分布の画像をＣＲＴ上に表示するようになっている。この画像を正常な半導体デバイス１から得られる同様の画像と比較することにより、故障箇所があれば、その部分からの電界分布が変化するため、半導体デバイスの故障・不良箇所を特定することができる。

図４は、本発明による半導体デバイスの故障診断方法の概略フロー図である。この図に示すように、本発明の故障診断方法は、照射工程Ｓ１、検出・変換工程Ｓ２、及び故障診断工程Ｓ３からなる。

照射工程Ｓ１では、上述した装置を用いて無バイアス状態で保持した半導体デバイス１に所定の波長を有するパルスレーザ光２を２次元的に走査して照射する。

検出・変換工程Ｓ２では、レーザ光照射位置から放射された電磁波３を検出して、電磁波の電場振幅の時間波形に対応した時間的に変化する電圧信号に変換する。

故障診断工程Ｓ３では、前記電圧信号から半導体デバイス内の電界分布を検出しその故障診断を行う。
故障診断工程Ｓ３は、この例では、時間的に変化する前記電圧信号の位相を判定する判定工程Ｓ３１と、判定工程で判定された位相がレーザ光照射位置の電界分布に依存することを用いて、半導体デバイスの電界分布を画像化する画像化工程Ｓ３２と、画像化した画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する故障・不良解析工程Ｓ３３とを有する。

また、検出・変換工程Ｓ２において、電磁波の偏光方向を検出するための偏光素子１６を用いて電磁波の偏光方向を検出し、判定工程Ｓ３１において、電磁波の偏光方向を判定し、電磁波の偏光方向が電界の向きに平行であることを用いて、半導体デバイスの２次元電界ベクトル分布を画像化し、画像化したベクトル分布画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定してもよい。

また、故障診断工程Ｓ３は、時間的に変化する前記電圧信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングするサンプリング工程を有し、サンプリング工程でサンプリングされた電場の振幅が前記レーザ光照射位置の電場強度に比例することを用いて電界強度分布を測定し、該電界強度分布から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定してもよい。

さらに、サンプリング工程の所定時刻は複数の時刻であり、該サンプリング工程は該複数の時間で電磁波の振幅をサンプリングし、異なる時刻の電界強度分布を測定し、該異なる時刻の電界強度分布を用いて故障・不良解析工程において半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する、ことが好ましい。

上述した本発明の方法及び装置によれば、ビルトイン電界の電界発生部にパルスレーザ光を照射し、自由空間に放射される電磁波を検出することで、非接触に半導体デバイス内の電界分布を検出するので、無バイアス下のデバイスにも適用することができ、これにより、従来困難だった製造工程途中の半導体デバイスを無バイアス下での故障診断することができる。

なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

半導体のバンド図である。ｐｎ接合におけるエネルギー分布を示す図である。本発明による半導体デバイスの故障診断装置の概略図である。本発明による半導体デバイスの故障診断方法の概略フロー図である。従来の非破壊検査方法の原理図である。ＯＢＩＣ電流により欠陥を検出する従来技術の説明図である。［特許文献２］の方法を示す側面図である。［特許文献２］の方法を示す平面図である。

符号の説明

１半導体デバイス、２パルスレーザ光、
１０故障診断装置、１２デバイス走査台、
１４パルスレーザ光源、１５集光レンズ、
１６偏光素子、１８検出・変換装置、
２０故障診断装置

Claims

無バイアス状態で保持した半導体デバイスのｐｎ接合部又は金属半導体界面に、パルス幅が１フェムト秒以上１０ピコ秒以下であり所定の波長を有するパルスレーザ光を２次元的に走査して照射する照射工程と、
レーザ光照射位置から放射された電磁波を検出して、電磁波の電場振幅の時間波形に対応した時間的に変化する電圧信号に変換する検出・変換工程と、
前記電圧信号から半導体デバイス内の電界分布を検出しその故障診断を行う故障診断工程と、を有する、ことを特徴とする半導体デバイスの故障診断方法。
前記故障診断工程は、時間的に変化する前記電圧信号の位相を判定する判定工程と、
判定工程で判定された位相がレーザ光照射位置の電界分布に依存することを用いて、半導体デバイスの電界分布を画像化する画像化工程と、
画像化した画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する故障・不良解析工程とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
前記検出・変換工程において、電磁波の偏光方向を検出し、前記判定工程において、電磁波の偏光方向を判定し、電磁波の偏光方向が電界の向きに平行であることを用いて、半導体デバイスの２次元電界ベクトル分布を画像化し、画像化したベクトル分布画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する、ことを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
前記故障診断工程は、時間的に変化する前記電圧信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングするサンプリング工程を有し、該サンプリング工程でサンプリングされた電場の振幅が前記レーザ光照射位置の電場強度に比例することを用いて電界強度分布を測定し、該電界強度分布から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
前記サンプリング工程の所定時刻は複数の時刻であり、該サンプリング工程は該複数の時間で電磁波の振幅をサンプリングし、異なる時刻の電界強度分布を測定し、該異なる時刻の電界強度分布を用いて故障・不良解析工程において半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する、ことを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
半導体デバイスの製造工程途中で適用することを特徴とする、請求項１に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
前記照射工程におけるパルスレーザ光の所定の波長は、３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、レーザ光を半導体デバイスのチップ裏面から照射する、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
半導体デバイスがＳｉデバイスである場合、前記照射工程におけるパルスレーザ光の所定の波長は、１ミクロン以上２ミクロン以下であり、レーザ光をＳｉデバイスのチップ裏面から照射することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
前記故障・不良解析工程において、良品の半導体デバイスとの比較を行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体デバイスの故障診断方法。
無バイアス状態で保持した半導体デバイスのｐｎ接合部又は金属半導体界面に、パルス幅が１フェムト秒以上１０ピコ秒以下であり所定の波長を有するパルスレーザ光を２次元的に走査して照射する照射装置と、
レーザ光照射位置から放射された電磁波を検出して、電磁波の電場振幅の時間波形に対応した時間的に変化する電圧信号に変換する検出・変換装置と、
前記電圧信号から半導体デバイス内の電界分布を検出しその故障診断を行う故障診断装置とを備えた、ことを特徴とする半導体デバイスの故障診断装置。
前記故障診断装置は、時間的に変化する前記電圧信号の位相を判定する判定装置と、
判定装置で判定された位相がレーザ光照射位置の電界分布に依存することを用いて、半導体デバイスの電界分布を画像化する画像装置と、
画像化した画像から半導体デバイスの故障・不良箇所を特定する故障・不良解析装置とを有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイスの故障診断装置。
前記照射装置は、波長が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であるパルスレーザ光を発生し、半導体デバイスのチップ裏面から照射する、ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイスの故障診断装置。
半導体デバイスがＳｉデバイスである場合、前記照射装置は、波長が１ミクロン以上２ミクロン以下であるパルスレーザ光を発生し、Ｓｉデバイスのチップ裏面から照射する、ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイスの故障診断装置。