JPS62282279A - トランジスタゲ−トの遅延時間測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ発明の詳細な説明 （慨要〕 本発明は、トランジスタゲートの遅延時間を測定する装
置において、 任意のトランジスタゲートに照射するレーザーの照射タ
イミングを予め設定した順序で漸次変化させると共に、
レーザー照射によりトランジスタゲートに流れる光励起
電流の変化を測定することにより、 任意のトランジスタゲートの遅延時間を、他のトランジ
スタゲートとは分離させて十分な時間分解能で測定でき
、しかも大気中でトランジスタゲートをしＳｔＣ大規模
集積回路）に組込んだままの状態で測定できるようにし
たものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はトランジスタゲートの遅延時間測定装置、特に
集積回路に組込まれたトランジスタゲートの遅延時間を
測定する装置に関する。

ＬＳＩの性能を決定する要因には種々あるが、そのうち
近年のＬＳＩの高速化に伴い、ＬＳＩを構成するトラン
ジスタゲートの遅延時間を正確に知ることが重要となっ
ており、任意のトランジスタゲートの遅延時間を十分な
時間分解能で、高精度に測定できる測定装置が必要とさ
れる。

〔従来の技術〕

従来のトランジスタゲートの遅延時間の測定は、通常は
トランジスタゲートの入力信号波形と出力信号波形との
時間差をオシロスコープで観測、′Ｉｓ定していた。ま
た、トランジスタゲート１個の遅延時間が極めて短い場
合、通常は複数個縦続接続したトランジスタゲートの入
力信号波形と出力信号波形との時間差をオシロスコープ
により１５２Ｍし、その時間差（すなわち、全体の遅延
時間）をトランジスタゲートの個数で除算することによ
り、１個当りのトランジスタゲートの遅延時間を測定し
ていた。

また、従来のトランジスタゲートの遅延時間の他の測定
方法として、ＥＢ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　：
電子ビーム）プローバを用いて行なう方法がある。

第５図はこのＥＢプローバの一例の構成図を示す。

同図中、υ１１０用計算機１よりの制御データはディレ
ィユニット２．ドライバ３及び信号処理回路４に夫々供
給される。

ディレィユニット２の出力信号は信号処理回路４に供給
される一方、ドライバ３を経て屈折型偏向器６に印加さ
れる。この屈折型偏向器６は電子銃５より取り出された
電子ビームを屈折し、エネルギ分析器７に照射し、ここ
で引出されて試料（ここではＩＣ）８に照射する。ディ
レィユニット２は電子ビームの照射位相を所定範囲内に
おいて段階的に変化させる。また、試料８の任意の部位
の電圧を定量的に測定するため平面メツシュ引出し電極
付半球状エネルギ分析器アが用いられている。試料８に
はＩＣドライバ９の出カバターンが入力されている。

試料８の表面の電位に応じて、電子ビームが照射される
ことによって生じる二次電子の値が変化するため、この
二次電子は検出３１０によって検出され、信号処理回路
４によって二次電子信号データに変換された後制御用計
算機１に供給される。

これにより、試料８上の電位が測定される。なお、測定
結果は表示装置１１に表示される。

このＥＢプローバは本来は試料８上の電位を測定するた
めの装置であるが、トランジスタゲートの遅延時間も、
トランジスタゲートの入出力信号間の時間差を測定する
ことによって測定することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、前記したオシロスコープを用いたトランジス
タゲートの遅延時間測定方法のうち、トランジスタを複
数個Ｎ続接続した測定方法の場合、複数個のトランジス
タゲート全体の遅延時間を測定した後、その測定時間を
トランジスタゲートの個数で除算して１■当りの遅延時
間を算出するが、トランジスタゲートはオン時とオフ時
とでは遅延時間が異なるので、得られたトランジスタゲ
ート１個当りの遅延時間は平均値となＱ、″正確なもの
ではなかった。

また、入力段のトランジスタゲート（入力バッフ？）と
出力段のトランジスタゲート（出力バッファ）は、その
特性上それぞれを縦続接続して、オシロスコープにより
遅延時間を測定することはできない。

このため、入力バッファ又は出力バラ“ノ？単体でオシ
ロスコープを用いてゲート遅延時間を測定しようとする
と、プローブ等測定系の容量が入カバソファや出力バッ
フ？のそれに比しかなり大であるため、入力、出力バッ
ファの遅延時間が正確に測定できないという問題点もあ
った。

他方、前記したＥＢプローバを用いてゲート遅延時間を
測定する方法は、試料８を真空中に置かねばならないの
で真空を得るための特別な装置が必要であり、また試料
８がＬＳＩの場合は、ＬＳＩには通常、透明の保護膜が
形成されているが、これを取り除いてからでないと測定
ができず、操作性が悪いという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みて創作されたもので、任意のト
ランジスタゲートの遅延時間を十分な時盟分解能で、し
かも大気中で測定できるトランジスタゲートの遅延時間
測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のトランジスタゲートの遅延時間測定装置は、被
測定物中の任意のトランジスタゲートにレーザービーム
を照射するレーザー光源と、レーザー光源のレーザー発
生タイミングを定めるクロックを遅延すると共に、その
遅延時間を一定時間毎に漸次変化させる遅延回路と、前
記被測定物に入力信号を一定タイミングで供給すると共
に、レーザービームの照射により任意のトランジスタゲ
ートに発生した光励起電流の値が変化したときの遅延回
路の遅延時間に基づいてグー１−遅延時間を算出する測
定手段とよりなる。

〔作用〕

遅延回路により遅延されたクロックはレーザー光源に印
加され、そのレーザー発生タイミングをυｌ１１１する
。これにより、被測定物中の任意のトランジスタゲート
にレーザービームが照射されることにより発生する光励
起電流の発生タイミングは、上記の遅延回路の出力遅延
クロックに同期して変化する。

一方、測定手段により被測定物には一定のタイミングで
入力信号が印加されており、この入力信号による任意の
トランジスタゲートのオン、又はオフ状態は上記光励起
電流の値の変化により検出される。

従って、上記の測定手段により、上記光励起電流の値が
変化したときの遅延回路の遅延時間に基づいて、任意の
トランジスタゲートの遅延時間を測定することができる
。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例のブロック図を示す。

同図中、１３は１ｉ１１１２′０・データ解析用コンピ
ュータで、遅延回路１４ヘレーザー光源１５の駆動用ク
ロックパルスを発生出力すると共に、遅延回路１４の遅
延時間を一定時間毎に漸次変化さぜるためのｆｆ１ｌｌ
　ＩＩＩ信号を遅延回路１４へ供給する。また、コンピ
ュータ１３は被測定物１８に電源電圧を供給し、かつ、
被測定物１８よりの光励起電流の値を検出する。更に、
コンピュータ１３はＸ−Ｙステージ１７をＩＩＩ　Ｉｌ
ｌすると共に、パターン発止器１９を駆動する。

遅延回路１４の出力遅延クロックパルスはレーザー光源
１５に印加され、これを駆動する。これにより、レーザ
ー光源１５は遅延回路１４に入力されるクロックパルス
の一周期内で一回発生後消失する（すなわち、レーザー
光源１５は入力クロックパルスの一周期内で点滅する。

）。このレーザ光源１５により発生されたレーザービー
ムは、対物レンズ１６により大気中にある被測定物１８
の表面上に、焦点一致して収束照射される。この被測定
物１８上でのレーザービーム径は対物レンズ１６の倍率
によって決まる。

被測定物１８上のレーザービーム照射位置はＸ−Ｙステ
ージ１７により、任意の位置に設定される。被測定物１
８は例えば多くのトランジスタゲートかうなるＬＳＩで
、このＬＳＩに保護膜が設けられていても、保護膜は透
明であるので、保護膜を取り除く必要なく、そのままの
状態で、レーザービームを照射される。

このレーザービームの照ＯＡ位置は、トランジスタゲー
トが例えば第４図に示す如く、ＰチャンネルＭＯ３型電
界効果トランジスタＱ１とＮチャンネルＭ　ＯＳ型電界
効果］・ランジスタＱ２とよりなり、入力端子３０より
トランジスタＱ１及びＱ２の両ゲートに入力信号が印加
され、トランジスタＱ１及びＱ２の両ドレインより入力
信号の位相反転信号を出力端子３１へ出力するＣ−ＭＯ
Ｓインバータ回路であるものとすると、破線３２で示す
トランジスタＱ！及びＱ２の両ドレイン領域又はその近
（労に選定される。

この位置３２に照射されたレーザービームによって光励
起＠流が発生し、例えばトランジス９０貫のソース（Ｃ
−ＭＯＳインバータのドレイン）に流れる光励起電流を
測定すると、その値はトランジスタ（ｈ　、Ｑ２のオン
、オフと対応した値を示す。従って、この光励起電流の
値からトランジスタＱ＋　、Ｑ２のオン又はオフ状態が
わかることになる。

前記したパターン発生器１９は被測定物（ここではＬＳ
Ｉ）１８が設置通りの論理動作を行なうかどうかをテス
トするための所定パターンの入力信号を発生して被測定
物１８に供給する。この入力信号によって被測定物１８
中の任魁のトランジスタゲートがオン又はオフとなるか
を、上記のレーザービーム照射による光励起電流の値を
コンピュータ１３により測定することによって検出し、
入力信号の入力時点から上記任意のトランジスタゲート
のオン又はオフ時点までの時間をコンピュータ１３によ
り測定することによってゲート遅延時間が測定できる。

上記のゲート遅延時間の測定は、オシロスコープを使用
した際のプローブの如きものを必要とすることなく非接
触で行なえるから、測定系の容量が小さくでき、トラン
ジスタゲート自体のもつ容量が小さく、遅延時間が短い
場合でも正確に行なえる。

ところで、上記の光励起電流の値の検出は、レーザー光
源１５の駆動用クロックパルスの一周期毎に行なわれる
から、このクロックパルスの繰り返し周波数以上の速さ
で変化する信号は測定することができない。つまり、こ
の製雪の時間分解能は上記のりＯツクパルスの繰り返し
周波数で制限されている。

トランジスタゲートの遅延時間の測定をしようとすると
き、相当高い時間分解能（例えば数百ｐｓ）が必要とさ
れるが、その程度の時間分解能を得るためのクロックパ
ルスの繰り返し周波数は例えば数ＧＨｚ程度と極めて高
周波数となるので、そのままでは実現は困難である。

しかし、本実施例によれば、遅延回路１４を設け、レー
ザー発生（照射）のタイミングを漸次変化することによ
り、高い繰り返し周波数のクロッ−欠パルスでレーザー
光源１５を駆動したのと実質的に同専の高い時間分解能
が得られる。

このことにつき更に詳細に説明する。遅延回路１４は例
えば第２図に示す如く、スイッチ２２と互いに遅延時間
の異なる４つの遅延線２３〜２６とよりなる。遅延時間
は遅延線２３〜２６の良さに大略比例し、長さが最も短
い遅延線２３の遅延時間が最も短く、以下、遅延時間は
遅延線２４゜２５及び２６の順で順次長くなる。

第２図において、遅延回路１４の入力端子２１に入来し
たコンピュータ１３よりのクロックパルスはスイッチ２
２により遅延線２３〜２６のうちいずれか−の遅延線に
選択入力され、ここで遅延された後出力端子２７を介し
てレーザー光ｌｌ１ｉｉ１５へ駆動用クロックパルスと
して出力される。スイッチ２２はコンピュータ１３より
の制御信号に基づき接点２２ａ〜２２ｄを順次巡回的に
切換え接続される。

ここで、パターン発生器１９等よりなる第１図の各回路
の共通のクロックパルスを第３図にａで示すものとする
と、遅延８２３の出力遅延パルスがレーザー光源１５に
印加されるときは、レーザー光源１５は第３図にｂで示
す如く、共通のクロックパルスａに対して殆ど時間遅れ
なくハイレベルのｌｌｌｌＳｉＩ発生する。同様に、遅
延１！２４の出力遅延パルスがレーザー光源１５に印加
されるときはクロックパルスａに対して第３図にＣで示
すタイミングで、また、遅延線２５及び２６の各出力遅
延パルスがレーザー光源１５に印加されるときは各々第
３図にｄ及びｅで示すタイミングでその波形のハイレベ
ルの期間レーザービームが発生出力される。

ここで、被測定物１８中の任意のトランジスタゲートの
遅延時間は、被測定物１８の入力端子にパターン発生器
１９より供給される入力信号が上記トランジスタゲート
に入力されてから、該トランジスタゲートがこの入力信
号によって実際にオン又はオフ動作するまでの時間であ
る。このうち、上記入力信号は、例えば２０ＭＨｚ程度
のりＯツクパルスａに同期して一定タイミングで発生さ
れるから、入力信号の袖測定物１８への入力時点は第３
図に示すクロックパルスａの例えば所定周期毎の立上り
時点に相当する。

これに対し、上記のトランジスタゲートのオン又はオフ
動作は前記したように光励起電流の値が所定の値になっ
たか否かにより検出される。光励起電流の測定には第３
図にｂ−ｅで示したレーザー発生タイミング波形の成る
立上り時点くレーザー発生開始時点）よりクロックパル
スａの一周期より長い所要の時間要し、その測定時間で
の光励起′ｙｌ流の積分値によってトランジスタゲート
のオン又はオフ動作が検出される。

このようにして、成る遅延時間での測定が終ると、次に
遅延回路１４の遅延時間が切換えられると共に、再びク
ロックパルスａの立上りに同期して被測定物１８に上記
と同じ入力信号が供給され、かつ、遅延回路１４の遅延
時間に応じたタイミングでレーザービームが被測定物１
８の前記トランジスタゲートに照射され、これと同時に
光励起電流の測定が再び開始される。

以下、上記と同様にして、遅延回路１４の遅延時間は一
回の測定時間毎に漸次切換えられ、その遅延時間に基づ
くレーザー照射位相での光励起電流の値が測定され、そ
の測定値が変化したときの遅延回路１４の遅延時間に基
づいてトランジスタゲートの遅延時間が算出される。

この結果、高い繰り返し周波数のりＯツクパルスでトラ
ンジスタゲートの遅延時間を測定した場合と実質的に同
等の高い時間分解能でゲート遅延時間の測定ができる。

この時間分解能は第３図にｂ−ｅで示したレーザー発生
タイミング波形のパルス幅と遅延回路の精度によって制
限され、例えば数百ｐｓの高い時間分解能が得られる。

本実施例によれば、高い時間分解能が得られると共に、
トランジスタゲートに非接触でゲート遅延時間を測定で
きるから、入力バッフ？又は出力バッファを構成するト
ランジスタゲート単体のゲート遅延時間も他のトランジ
スタゲートと分離して正確に測定できる。

なお、入力信号は被測定物１８の入力端子にのみ供給さ
れるから、例えば出力バッフ７を構成するトランジスタ
ゲートの遅延時間は、被測定物１８の入力端子より出カ
バソファの出力端子までの全トランジスタゲートの総遅
延時間から、被測定物１８の入力端子より出力バッフ７
の入力段直前までの複数個のトランジスタゲートの遅延
時間を差し引くことにより求めることができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、レーザー照射位相を漸次
変化させるようにしたので、高い繰り返し周波数のりＯ
ツクパルスでトランジスタゲートの遅延時間を測定した
場合と実質的に同等の高い時間分解能で任意のトランジ
スタゲートの遅延時間を測定することができ、また人力
バッフ７又は出力バッフ７を構成するトランジスタゲー
トの遅延時間を他の内部のトランジスタゲートと分離し
て単体で正確に測定することができ、ＬＳＩを組立てた
状態でトランジスタゲートの遅延時間を測定できるから
、配線による遅延も含めてより正確にトランジスタゲー
トの遅延時間の測定ができる。

更に、本発明によれば、真空中に被測定物を置く必要は
なく大気中でトランジスタゲートの遅延時間の測定がで
き、また更にＬＳＩの保護膜を取り除くことなく、レー
ザーを用いてＬＳＩ内のトランジスタゲートの遅延時間
の測定ができ、操作性が良い等の数々の特長を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図図示ブロック中の遅延回路の一実施例を示す構成
図、 第３図は本発明におけるレーザー発生タイミングを説明
する図、 第４図は本発明におけるレーザー照射位置を説明する図
、 第５図はＥＢブローバの一例の構成を示すブロック図で
ある。 図中において、 １３はｌ１ｌｌ・データ解析用コンビ１−夕、１４は遅
延回路、 １５はレーザー光源、 １８は被測定物、 １９はパターン発生器、 ２２はスイッチ、 ２３〜２６は遅延線、 ３２はレーザー照射位置である。 本項４β司り一大等１のツーエコ・９２記第１図 払 遅逗回梵−−賃−＃！Ｌ９１の槽水璽 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数個のトランジスタゲートを有して構成された被測定
   物（１８）中の任意のトランジスタゲートにレーザービ
   ームを照射するレーザー光源（１５）と、 該レーザー光源（１５）のレーザー発生タイミングを定
   めるクロックを遅延すると共に、その遅延時間を一定時
   間毎に漸次変化させる遅延回路（１４）と、 該遅延回路（１４）の遅延時間の変化に拘らず一定タイ
   ミングで前記被測定物（１８）に入力信号を供給すると
   共に、前記レーザービームの照射により前記任意のトラ
   ンジスタゲートに発生した光励起電流の値が変化した時
   の該遅延回路（１４）の遅延時間に基づいて該任意のト
   ランジスタゲートの遅延時間を算出する測定手段（１３
   、１９）とよりなることを特徴とするトランジスタゲー
   トの遅延時間測定装置。