CN103969569A

CN103969569A - 集成电路的背面光学失效定位样品制备方法及分析方法

Info

Publication number: CN103969569A
Application number: CN201310028028.1A
Authority: CN
Inventors: 张雨田; 张朝锋
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: CN103969569B

Abstract

本发明公开了一种集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，包括：步骤1、对样品进行开、短路测试，使用测试仪ATE机台施加一个电流，来判断电压是否在正常的范围，确定开短路测试电压是在正常的范围后进行下一步分析；步骤2、使用手动研磨机台对失效样品的背面塑封材料进行研磨；步骤3、开封后使用超声波清洗器对器件进行清洗，将残留在芯片背面的残渣去掉，并选用常温恒温，进行8～15分钟超声清洗，得到干净的样品并自然干燥；步骤4、再次使用ATE(自动测试仪)测量样品的电学特性参数，确认样品的特性与制样前完全一致。本发明能大大提高无损开封的成功率及失效分析的速度。本发明还涉及该样品的失效分析方法。

Description

集成电路的背面光学失效定位样品制备方法及分析方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，还涉及该背面光学失效定位样品的分析方法。

背景技术

客户返回的经过封装后的样品一般都是被较厚的塑料所包裹的塑封器件，对于这些产品进行失效分析时需要对塑封器件进行开封，不同于密封器件，塑封器件的芯片不是裸露在空腔中，而是被塑封材料整个包裹住。因此，对于塑封器件开封，使芯片裸露出来是关键的一步。不适当的开封可能会引起键合点的腐蚀或刻蚀到引线框架，有碍于后续的分析。塑封器件封装材料主要是环氧模塑料。环氧模塑料是以树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂，在加上一些填料，如填充剂、阻燃剂、着色剂，偶联剂等微量组分，在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反应，产生交联固化作用使之成为热固性塑料。环氧树脂的种类和它所占比例的不同，直接影响着环氧模塑料的流动特性，热性能和电特性。

众所周知，塑封器件的失效有多种失效形式，有的是与在封装时由于各种形式的缺陷导致的，有的是由于工艺或应用问题导致的失效。对于塑封器件来说，需要对其进行失效分析就需要对样品进行开封，最好的方法当然是使用先进的仪器(美国Nisene Technology Grope生产的自动开封机就可以较为有效的对样品进行全开封以及半开封)对样品进行开封，这样就可以有效保证开封环节样品的可靠性。但是现实情况下，很多半导体制造厂都没有配备如此先进的仪器，一是由于设备本身很昂贵，生产型公司没有必要在此花费大部分资金。二是由于本来生产型公司基本不封装产品，对于塑封器件的分析更是没有必要投资。那么对于在客户端失效的样品，我们还是需要对其失效机理进行分析。对于塑封器件的开封，可采用机械和化学的方法。一般开封都会选择化学的方法开封，化学开封的方法主要分为化学干法腐蚀和化学湿法腐蚀两种。化学干法腐蚀也称为等离子刻蚀，是利用高电压产生强电场，引起反应室的气体电离产生等离子体，利用等离子体将环氧树脂裂变成粉末，这样取出的芯片性能变化最小。等离子刻蚀的速度和位置可以精确控制，能够逐层剥离封装材料，一般用于高集成度的器件开封或者进行失效分析。但是由于干法开封过程非常缓慢，需要时间长，实际只要用于芯片表面的钝化层以及多层金属化之间氧化层的刻蚀。目前最主要的开封技术是化学湿法开封，化学湿法开封需要选用对塑封材料有高效分解作用的蚀刻剂。已经有的化学湿法开封手段是直接将器件放入发烟硝酸和浓硫酸中加热，待塑料腐蚀完后，取出芯片，用丙酮或无水乙醇清洗，最后再用去离子水清洗干净。如果还需要把芯片、键合点以及键合引线等完全暴露出来，可采用手工滴酸的方法，但是很难达到理想的控制效果。机械方法开封主要是使用手工研磨的方法去掉不需要的部分，使芯片裸露出来的一种方式。这种方式对于密封性器件较为使用，因为去掉正面表面就可以使芯片裸露。对于塑封器件如果需要要进行失效分析，就需要是芯片裸露出来，一般的做法是使用化学湿法的方法进行开封。但是化学湿法的刻蚀剂是强腐蚀性的酸，在没有专业开封设备的情况下无损开封的成功率很低。并且因为普通的样品开封是采取使用合适配比的发烟硝酸对芯片外面包裹的塑料进行腐蚀，一般情况下腐蚀的过程中有可能也会对芯片有不同程度的腐蚀，严重情况下会直接导致样品线路被破坏不能继续使用，不得不另选样品。这就要求样品十分稀少的项目不得不采取比较安全的措施来保证项目的成功率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，能大大提高无损开封的的成功率及失效分析的速度。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，包括：

步骤1、对样品进行开、短路测试，使用测试仪自动测试仪机台施加一个电流，来判断电压是否在正常的范围，确定开短路测试电压是在正常的范围后进行下一步分析；

步骤2、使用手动研磨机台对失效样品的背面塑封材料进行研磨，研磨主要分3个步骤：

a、使用180目～220目的砂纸，设置转速在80～120RPM，将样品背面研磨到金属底板的背面暴露后停止；

b、更换600～1000目砂纸，设置转速在170～230RPM，将样品研磨至芯片的背面暴露后停止；

c、采用颗粒度型号为0.05um的二氧化硅颗粒悬浊胶质研磨液，在抛光绒布上进行抛光研磨，设置转速范围在280～400RPM，抛光研磨时间为5～10分钟，将样品背面抛光达到光学观察的光洁度要求；

步骤3、开封后使用超声波清洗器对器件进行清洗，将残留在芯片背面的残渣去掉，并选用常温恒温，进行8～15分钟超声清洗，得到干净的样品并自然干燥；

步骤4、再次使用自动测试仪测量样品的电学特性参数，确认样品的特性与制样前完全一致。

进一步的，所述步骤2中的a步骤中使用180目的砂纸。

进一步的，所述步骤2中的b步骤中使用800目的砂纸。

进一步的，所述步骤3中超声波清洗器使用的清洗剂为丙酮或无水乙醇。

一种集成电路的背面光学失效定位分析方法，包括：

步骤4、再次使用自动测试仪测量样品的电学特性参数，确认样品的特性与制样前完全一致；

步骤5、背面EMMI分析。

进一步的，所述步骤5具体为将经过手动研磨机台处理的样品的引脚的剩余部分使用EMMI机台来扎针抓点，并将样品正面直接用胶固定EMMI在机台的测试台上，加上电源使用Emission观察由于失效的局部异常导致的芯片成像异常，从而在图像处理软件中显示出来漏电的主要位置。

进一步的，所述步骤2中的a步骤中使用180目的砂纸。

进一步的，所述步骤2中的b步骤中使用800目的砂纸。

利用本发明的样品制备方法将大大提高封装芯片失效分析的速度，同时也快速推进项目成功，为产品工艺和设计的改善提供依据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明样品断面图；

图2是本发明经过手动研磨后的样品侧面图；

图3是本发明经过手动研磨后的样品的引脚示意图；

图4是本发明样品测试引脚电路连接示意图。

主要附图比较说明：

塑封器件1 芯片2

银胶3 金属基板4

引线框5 金线6

引线框的背面7 芯片的背面8

需要研磨掉的部分9 金属基板的背面10

具体实施方式

为使贵审查员对本发明的目的、特征及功效能够有更进一步的了解与认识，以下配合附图详述如后。

如图1所示，为本发明样品(塑封器件)断面图，从这张塑封器件1断面图可以看出，该结构存在两个高度差，一个为芯片2的背面与引线框5的正面存在高度差，另一个为金属基板4的正面与引线框5的背面存在高度差。封装时会先在金属基板4上涂上银胶3，涂上银胶3后将芯片2与金属基板4粘牢，一般情况下放上芯片2后会使用高温烘烤。这样就使得芯片2的背面一般会略高于引线框5的背面。芯片2的背面与引线框5的背面之间的高度差就可以很好的被利用，即就是说可以在不破坏引线框的情况下较好的得到芯片的背面，这就为我们失效点的定位提供了稳定可靠的样品和电性连接方式，其中还包括金线6。

如图1-4，本发明集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，包括：

步骤1、对样品进行开、短路测试，使用测试仪ATE机台施加一个电流，来判断电压是否在正常的范围，确定开短路测试电压是在正常的范围后进行下一步分析。

a、使用180目～220目的砂纸，设置转速在80～120RPM，将样品背面研磨到金属底板的背面10暴露后停止，优选的为使用180目的砂纸；

b、更换600～1000目砂纸，设置转速在170～230RPM，将样品研磨至芯片的背面8暴露后停止，优选的为使用800目的砂纸；

c、采用颗粒度型号为0.05um的二氧化硅颗粒悬浊胶质研磨液，在抛光绒布上进行抛光研磨，设置转速范围在280～400RPM，抛光研磨时间为5～10分钟，将样品背面抛光达到光学观察的光洁度要求。

步骤3、开封后使用超声波清洗器对器件进行清洗，将残留在芯片背面的残渣去掉，其中清洗液可以选择丙酮或无水乙醇清洗，并选用常温(25度)恒温，进行8～15分钟超声清洗，得到干净的样品并自然干燥。

步骤4、再次使用ATE(自动测试仪)测量样品的电学特性参数，确认样品的特性与制样前完全一致。

如图1-4，本发明集成电路的背面光学失效定位分析方法，包括：

步骤5、背面EMMI(发光显微镜)分析，具体的为经过手动研磨机台处理的样品由于引脚还有剩余的部分，如图3，这些引脚可以直接使用EMMI机台来扎针抓点，并将样品正面直接用胶固定EMMI在机台的测试台上，加上电源使用EMMI观察由于失效的局部异常导致的芯片成像异常，从而在图像处理软件中显示出来漏电的主要位置，其电路连接如图4。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，其特征在于，所述步骤2中的a步骤中使用180目的砂纸。

3.如权利要求1所述集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，其特征在于，所述步骤2中的b步骤中使用800目的砂纸。

4.如权利要求1所述集成电路的背面光学失效定位样品制备方法，其特征在于，所述步骤3中超声波清洗器使用的清洗剂为丙酮或无水乙醇。

5.一种集成电路的背面光学失效定位分析方法，其特征在于，包括：

步骤5、背面EMMI分析。

6.如权利要求5所述的集成电路的背面光学失效定位分析方法，其特征在于，所述步骤5具体为将经过手动研磨机台处理的样品的引脚的剩余部分使用EMMI机台来扎针抓点，并将样品正面直接用胶固定EMMI在机台的测试台上，加上电源使用Emission观察由于失效的局部异常导致的芯片成像异常，从而在图像处理软件中显示出来漏电的主要位置。

7.如权利要求5所述的集成电路的背面光学失效定位分析方法，其特征在于，所述步骤2中的a步骤中使用180目的砂纸。

8.如权利要求5所述的集成电路的背面光学失效定位分析方法，其特征在于，所述步骤2中的b步骤中使用800目的砂纸。

9.如权利要求5所述的集成电路的背面光学失效定位分析方法，其特征在于，所述步骤3中超声波清洗器使用的清洗剂为丙酮或无水乙醇。