半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法以及分析方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露了一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作以及分析方法，采用化學(xué)試劑去除部分芯片背面的封裝覆層，不暴露封裝覆層內(nèi)的引線，保持引線框架和引腳的完整。這樣，可以同時檢測芯片上多個引腳之間的功能單元和金屬互連線，無須以引線為終端來檢測。并且能在芯片工作的狀態(tài)下進行整個芯片的檢測和失效分析，大大提高了效率。此外，還能避免機械的開蓋方法對芯片背面造成損害。
【專利說明】半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法以及分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法以及分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代集成電路制造工藝中，半導(dǎo)體器件加工需要經(jīng)歷一系列化學(xué)、光學(xué)、冶金、熱加工等工藝環(huán)節(jié)。每道工藝都可能引入各種各樣的缺陷。與此同時由于特征尺寸的不斷縮小，各類加工設(shè)施成本也急劇上升。通過失效分析工作，可以幫助集成電路設(shè)計人員找到設(shè)計上的缺陷、工藝參數(shù)的不匹配，同時也幫助集成電路應(yīng)用人員發(fā)現(xiàn)使用設(shè)計或操作不當(dāng)?shù)葐栴}。隨著集成電路復(fù)雜度的不斷增加，用于半導(dǎo)體器件調(diào)試和失效分析的驗證方法將扮演越來越關(guān)鍵的角色。
[0003]失效分析常用方法有很多，大致分為硬方法(Hard Method)和軟方法(SoftMethod)兩種。軟方法是指利用電子設(shè)計自動化工具軟件進行分析的方法。它常?；隍炞C測試流程，結(jié)合參數(shù)測試、結(jié)構(gòu)性測試以及功能性測試分析方法，在測試機臺上利用測試設(shè)備進行分析。軟方法分析的對象是基于邏輯模型的故障，回避了對底層物理缺陷的分析，大大降低了失效分析的復(fù)雜度。硬方法主要包括使用光電顯微鏡等硬件設(shè)備來檢查和確定失效原因，從而改進工藝過程。采用硬方法進行失效分析的半導(dǎo)體器件通常需要準(zhǔn)備2飛只樣品，一般包括外部檢查、非破壞性分析、電性能檢測、破壞性分析等。通過這些步驟，設(shè)計人員可以在樣品研發(fā)過程中有針對性地發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，并能夠比較方便地在器件局部區(qū)域進行金屬連線的切割和修補，從而節(jié)約用戶的全新改版費用和投片費用，并大大節(jié)省了時間。
[0004]其中激光掃描顯微技術(shù)(OBIRCH,Optical Beam Induced Resistance Change)或光發(fā)射顯微技術(shù)(EMMI, Photon Emission Microscopy)是常用來進行失效分析的手段。EMMI是利用了半導(dǎo)體的發(fā)光現(xiàn)象，在存在著漏電、擊穿、熱載流子效應(yīng)的器件中，會有光子從失效點發(fā)射出來，將樣品插入插槽，加上電壓即可通過顯微鏡定位失效部位。OBIRCH則利用激光束在器件表面進行掃描，激光束的部分能量會轉(zhuǎn)化為熱量。如果在金屬互連線中存在缺陷，在這些缺陷附近產(chǎn)生的熱量就不能迅速通過金屬線傳導(dǎo)散開。這會導(dǎo)致缺陷處的溫度升高，并進一步引起導(dǎo)線電阻值的變化，引起電流的異常變化，與掃描激光束掃到的位置相對應(yīng)，就可以定位失效位置。
[0005]隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，為了得到更精確的失效分析，會對樣品做開蓋處理，即，去除封裝覆層暴露出芯片構(gòu)造。在對樣品背面的開蓋過程中，通常使用機械研磨的方法研磨至芯片背面，這樣引線框架和引腳會在研磨去除封裝覆層時一起除去。但是，通常多條引線與引線框架的同一引腳相連接。在去除引線框架之后，測試終端就成了各引線。需要用探針進行多次測試，增加了測試復(fù)雜度。并且由于引腳的去除，無法進行整個芯片的失效定位，降低了效率。并且，在用機械的方法(研磨、撬挖等)暴露出芯片背面的過程中，不可避免的會對芯片造成傷害，影響其后失效分析的效果。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法以及分析方法，以解決測試終端數(shù)目多，使得失效測試較復(fù)雜的問題。
[0007]為解決以上問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法，包括:提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括芯片和封裝覆層，所述芯片的背面通過粘合層裝配于芯片焊墊上，所述芯片的正面通過引線與引線框架上對應(yīng)的引腳電連接；
[0008]采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層，以暴露出所述芯片焊墊的部分表面；
[0009]去除部分所述芯片焊墊，暴露出所述粘合層；
[0010]去除全部或者部分粘合層，暴露出所述芯片的背面，形成半導(dǎo)體器件失效分析樣品O
[0011]可選的，采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層的步驟中，所述化學(xué)試劑為發(fā)煙硝酸。
[0012]可選的，利用濃度為70%的硝酸溶液去除部分所述芯片焊墊。
[0013]可選的，所述粘合層為銀膠層。
[0014]可選的，利用丙酮溶液去除全部或者部分粘合層。
[0015]可選的，去除所述銀膠層之后還包括利用超聲波清洗芯片的步驟。
[0016]本發(fā)明還一種半導(dǎo)體器件失效分析方法，包括:
[0017]提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括芯片和封裝覆層，所述芯片的背面通過粘合層裝配于芯片焊墊上，所述芯片的正面通過引線與引線框架上對應(yīng)的引腳電連接;
[0018]采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層，以暴露出所述芯片焊墊的部分表面；
[0019]去除部分所述芯片焊墊，暴露出所述粘合層；
[0020]去除全部或者部分粘合層，暴露出所述芯片的背面，形成半導(dǎo)體器件失效分析樣品;
[0021]對所述半導(dǎo)體器件失效分析樣品進行失效分析。
[0022]可選的，對所述半導(dǎo)體器件失效分析樣品進行失效分析的過程包括:
[0023]將所述引腳插入測試設(shè)備的插槽，對所述芯片施加電壓；
[0024]觀測芯片上的異常發(fā)光點。
[0025]可選的，對所述半導(dǎo)體器件失效分析樣品進行失效分析的過程包括:
[0026]將所述引腳插入測試設(shè)備的插槽，對所述芯片施加電壓；
[0027]采用激光掃描芯片；
[0028]測試所述引腳上的電流。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作以及分析方法，用化學(xué)試劑去除部分芯片背面的封裝覆層，不暴露封裝覆層內(nèi)的引線，保持引線框架和引腳的完整。這樣，可以同時探測連在同一引腳的多條引線，并且能對整個芯片進行失效分析。此外，避免了機械的開蓋方法對芯片背面造成的損害?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法的流程圖；
[0031]圖2A?2D為本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0032]在【背景技術(shù)】中已經(jīng)提及，利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件中進行失效分析的方法進行失效分析，由于引線框架和引腳被去除，測試終端數(shù)目多，使得失效測試較復(fù)雜。并且由于去除了引腳，無法對整個芯片的進行失效測試，測試效率低。
[0033]為此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作以及分析方法，用化學(xué)試劑去除部分芯片背面的封裝覆層，不暴露封裝覆層內(nèi)的引線，保持引線框架和引腳的完整。這樣，可以同時檢測芯片上多個引腳之間的功能單元和金屬互連線，無須以引線為終端來檢測。并且能在芯片工作的狀態(tài)下進行整個芯片的檢測和失效分析，大大提高了效率。此外，還能避免機械的開蓋方法對芯片背面造成損害。
[0034]請參考圖1，其為本發(fā)明實施例半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法的流程圖，所述方法包括如下步驟:
[0035]步驟S21，提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括芯片和封裝覆層，所述芯片的背面通過粘合層裝配于芯片焊墊上，所述芯片的正面通過引線與引線框架上對應(yīng)的引腳電連接；
[0036]步驟S22，采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層，以暴露出所述芯片焊墊的部分表面；
[0037]步驟S23，去除部分所述芯片焊墊，暴露出所述粘合層；
[0038]步驟S24，去除全部或者部分粘合層，暴露出所述芯片的背面，形成半導(dǎo)體器件失效分析樣品。
[0039]整個制作方法不暴露封裝覆層內(nèi)的引線，保持引線框架和引腳的完整。
[0040]下面將結(jié)合剖面示意圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)所述理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0041]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0042]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0043]參照圖2A，首先執(zhí)行步驟S21，提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括芯片102和封裝覆層101，所述半導(dǎo)體器件的芯片102的背面通過粘合層103裝配于芯片焊墊104上，各功能單元通過引線107與引線框架105上對應(yīng)的引腳106電連接。其中，粘合層103起到導(dǎo)熱和膠結(jié)的作用，本實施例中粘合層103材質(zhì)優(yōu)選為銀膠。由于芯片集成度的提升，同一個引腳106往往通過引線框架105與多條引線107相連接。封裝覆層101用于包裹芯片102，起到保護芯片、提供物理支撐等作用。本實施例中，封裝覆層101的材料為環(huán)氧樹脂。需要說明的是，本發(fā)明主要是針對小尺寸貼片封裝、薄型小尺寸貼片封裝、四側(cè)引腳扁平封裝等形成引線框架的封裝。
[0044]參照圖2B，執(zhí)行步驟S22，用化學(xué)試劑去除芯片焊墊104背面的部分封裝覆層101，全部或者部分暴露出芯片焊墊104的部分表面。本實施例封裝覆層101的材料為環(huán)氧樹月旨，使用的化學(xué)試劑為發(fā)煙硝酸，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)封裝覆層101的具體材質(zhì)選擇對應(yīng)的化學(xué)試劑。具體地說，可在芯片背面的封裝覆層101上選取與芯片102對應(yīng)的區(qū)域，然后利用滴瓶手動刻蝕掉與芯片面積相當(dāng)?shù)姆庋b覆層101。
[0045]參照圖2C，執(zhí)行步驟S23，去除部分所述芯片焊墊104，暴露出銀膠層103。本實施例中采用濃度為70%的硝酸溶液來去除芯片焊墊104。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)芯片焊墊104的具體材質(zhì)選擇對應(yīng)的化學(xué)試劑。具體地說，可利用滴瓶將硝酸溶液滴在芯片焊墊104上，刻蝕芯片焊墊104從而暴露出銀膠層103。由于芯片焊墊104的面積大于芯片面積，因此，該步驟并不會刻蝕到引線框架105的部分，保持了引線框架105的完整。
[0046]參照圖2D，執(zhí)行步驟S24，去除全部或者部分銀膠層103，暴露出所述芯片102的背面，形成半導(dǎo)體器件失效分析樣品樣品。優(yōu)選的，本實施例利用丙酮來去除所述銀膠層103，由于丙酮并不與引腳106和引線框架105反應(yīng)，可簡單的選擇將樣品浸泡在丙酮中，形成待測試的樣品。當(dāng)然，也可以使用滴瓶對銀膠層103進行刻蝕。
[0047]這樣，在整個樣品備制過程中，引腳106和引線框架105都沒有被去除或部分去除，保證了其完整性以及其與芯片102之間的電連接。這樣該樣品的引腳106即可作為檢測終端，使用OBIRCH和EMMI的方法進行失效分析。同時，該方法沒有利用機械的方法，不會對芯片造成傷害而影響失效分析的準(zhǔn)確性。
[0048]在去除銀膠層103后，為了加強檢測的準(zhǔn)確性，優(yōu)選對樣品進行清潔，比如使用超聲波清潔芯片背面。
[0049]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件失效分析方法，包括:首先，提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括芯片和封裝覆層，所述芯片的背面通過粘合層裝配于芯片焊墊上，所述芯片的正面通過引線與引線框架上對應(yīng)的引腳電連接；然后，采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層，以暴露出所述芯片焊墊的部分表面；其后，去除部分所述芯片焊墊，暴露出所述粘合層；去除全部或者部分粘合層，暴露出所述芯片的背面，形成半導(dǎo)體器件失效分析樣品；接下來，對所述半導(dǎo)體器件失效分析樣品進行失效分析。
[0050]半導(dǎo)體器件失效分析方法中包括了半導(dǎo)體失效分析樣品制作方法，所述半導(dǎo)體失效分析樣品制作方法請參照前述實施例。其中，對經(jīng)過前述實施例的步驟形成的失效分析樣品進行失效分析，具體包括:在引腳上施加電壓，引腳之間由芯片上的功能單元以及金屬互連線線電連通，使用微光顯微鏡觀測芯片上有無異常發(fā)光點，進行失效分析；或者利用激光掃描芯片，測試引腳的電流，進行失效分析，當(dāng)然也可以同時采用兩種失效分析的方法來對芯片進行失效分析。更優(yōu)選的，將所述引腳插入測試設(shè)備的插槽，對所述芯片施加電壓，在芯片102的工作狀態(tài)下，利用微光顯微鏡觀測整個芯片有無異常發(fā)光點，或者采用激光掃描芯片，測試各引腳的電流有無異常變化，進行失效分析。
[0051]利用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件失效分析方法，可以同時檢測芯片上多個引腳之間的功能單元和金屬互連線，無須以引線為終端來檢測。并且能在芯片工作的狀態(tài)下進行整個芯片的檢測和失效分析，大大提聞了效率。
[0052]綜上所述，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作以及分析方法，用化學(xué)試劑去除部分芯片背面的封裝覆層，不暴露封裝覆層內(nèi)的引線，保持引線框架和引腳的完整。這樣，可以同時檢測芯片上多個引腳之間的功能單元和金屬互連線，無須以引線為終端來檢測。并且能在芯片工作的狀態(tài)下進行整個芯片的檢測和失效分析，提高了工作效率。此夕卜，還能避免機械的開蓋方法對芯片背面造成損害。
[0053]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法，包括: 提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括芯片和封裝覆層，所述芯片的背面通過粘合層裝配于芯片焊墊上，所述芯片的正面通過引線與引線框架上對應(yīng)的引腳電連接； 采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層，以暴露出所述芯片焊墊的部分表面； 去除部分所述芯片焊墊，暴露出所述粘合層； 去除全部或者部分粘合層，暴露出所述芯片的背面，形成半導(dǎo)體器件失效分析樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法，其特征在于:采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層的步驟中，所述化學(xué)試劑為發(fā)煙硝酸。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法，其特征在于:利用濃度為70%的硝酸溶液去除部分所述芯片焊墊。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法，其特征在于:所述粘合層為銀膠層。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法，其特征在于:利用丙酮溶液去除全部或者部分粘合層。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件失效分析樣品制作方法，其特征在于:去除全部或者部分粘合層之后，還包括利用超聲波清洗所述芯片。
7.—種半導(dǎo)體器件失效分析方法,包括: 提供待測的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括芯片和封裝覆層，所述芯片的背面通過粘合層裝配于芯片焊墊上，所述芯片的正面通過引線與引線框架上對應(yīng)的引腳電連接； 采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層，以暴露出所述芯片焊墊的部分表面； 去除部分所述芯片焊墊，暴露出所述粘合層； 去除全部或者部分粘合層，暴露出所述芯片的背面，形成半導(dǎo)體器件失效分析樣品； 對所述半導(dǎo)體器件失效分析樣品進行失效分析。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于:對所述半導(dǎo)體器件失效分析樣品進行失效分析的過程包括: 將所述引腳插入測試設(shè)備的插槽，對所述芯片施加電壓； 觀測芯片上的異常發(fā)光點。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于:對所述半導(dǎo)體器件失效分析樣品進行失效分析的過程包括: 將所述引腳插入測試設(shè)備的插槽，對所述芯片施加電壓； 采用激光掃描芯片； 測試所述引腳上的電流。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于:采用化學(xué)試劑去除所述芯片焊墊背面的部分封裝覆層的步驟中，所述化學(xué)試劑為發(fā)煙硝酸。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于:利用濃度為70%的硝酸溶液去除部分所述芯片焊墊。
12.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于:所述粘合層為銀膠層。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于:利用丙酮溶液去除全部或者部分粘合層。
14.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件失效分析方法，其特征在于:去除全部或者部分粘合層之后，還包括利用超聲波清洗所述芯片。
【文檔編號】H01L21/02GK103839771SQ201210485695
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】王君麗, 梁山安, 蘇鳳蓮 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司