CN114324390A - 一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统及方法，包括：基于红外激光器照射待测电路样品，获取所述待测电路样品的扫描数据；基于红外相机对所述待测电路样品进行拍照，获取电路布局图；将所述扫描数据与所述电路布局图进行对照，获得失效定位点。本发明解决了集成电路阻性失效的失效点定位问题，实现了集成电路阻性失效和晶体管栅极破损的精确、快速定位。提高了集成电路失效定位的测试效率和定位精度，为集成电路失效分析的研究提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明属于集成电路失效定位领域，特别是涉及一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统及方法。
背景技术
现代集成电路具有非常广泛的应用。对于集成电路而言，确保其能够长时间的稳定工作十分重要。而衡量稳定工作的标准，被称为集成电路的可靠性。可靠性的高低，大部分都取决于集成电路的制造质量。现代集成电路的制造技术中，芯片的制造需要经过一系列的工艺流程，每个流程都可能为芯片引入不同的缺陷。而缺陷的存在并不一定导致芯片直接损坏，更可能出现的是某一个或几个特定单元的失效。在芯片的晶圆测试和封装测试阶段，对失效的芯片进行故障分析，定位失效点，检测失效原因，可以对芯片生产的良率提高起到很大的帮助。
随着芯片集成度的提高、特征尺寸的减小、金属互连层厚度的增加，导致集成电路失效的失效点进行精确定位也变得越来越困难。因此，精确、高效的定位技术也是集成电路失效分析的关键所在。对于不同类型的失效，需要的定位技术并不相同。具有电阻异常特性(高阻、低阻)的失效是集成电路中常见的失效类型之一，常见的案例包括金属互连线短接、外来物引入等。另一类常见的失效类型是晶体管栅极损伤，包括裂纹、击穿等。不论是金属互连线的失效，还是晶体管的失效，由于其微小尺寸，传统的观察方法或光学显微镜定位技术均难以实现，而利用探针进行逐点测试又效率过低，因此，针对大规模集成电路阻性失效和晶体管栅极损伤的快速精确定位技术亟待解决。
发明内容
为解决阻性失效和晶体管栅极损伤难以定位的问题，本发明提供了如下方案：一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统及方法，包括：
基于红外激光器照射待测电路样品，获取所述待测电路样品的扫描数据；
基于红外相机对所述待测电路样品进行拍照，获取电路布局图；
将所述扫描数据与所述电路布局图进行对照，获得失效定位点。
优选地，基于红外激光器照射待测电路样品之前还包括，
预热所述红外激光器，将所述待测电路样品固定在可编程移动平台，对所述可编程移动平台进行供电。
优选地，获取待测电路样品的扫描数据包括，
通过光路调节系统，将所述红外激光器的激光聚焦在所述待测电路样品的有源区；
设定所述红外激光器的扫描参数和所述可编程移动平台的扫描程序；
调节供电系统恒压供电后，对所述待测电路样品辐照激光，获得电流扫描变化数据。
优选地，获得所述失效定位点之前，所述方法还包括，
基于所述电流扫描变化数据和所述电路布局图，获得电流变化量分布图；基于所述电流变化量分布图的异常变化点，获得所述失效定位点。
优选地，获取待测电路样品的扫描数据包括，
通过光路调节系统，将所述红外激光器的激光聚焦在所述待测电路样品的有源区；
设定所述红外激光器的扫描参数和所述可编程移动平台的扫描程序；
调节供电系统恒流供电后，对所述待测电路样品辐照激光，获得电压扫描变化数据。
优选地，获得所述失效定位点之前，所述方法还包括，
基于所述电压扫描变化数据和所述电路布局图，获得电压变化量分布图；基于所述电压变化量分布图的异常变化点，获得所述失效定位点。
一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统，包括，
红外激光器，用于扫描待测电路样品，获得扫描数据；
红外相机，用于对所述待测电路样品进行拍照，获得电路布局图；
供电系统，用于对所述失效定位系统进行供电；
测试系统，用于监测扫描过程中待测电路样品的变化情况。
优选地，所述失效定位系统还包括，
光路调节系统，用于将所述红外激光器的激光聚焦在所述待测电路样品的有源区，实现所述激光的准确入射；
可编程移动平台，用于承载待测试集成电路样品，并按照预设的方式进行三轴移动；
计算机控制系统，用于设定所述红外激光器的扫描参数和所述可编程移动平台的扫描程序，实现所述红外激光器参数的改变和所述可编程移动平台位置的移动。
优选地，所述供电系统包括直流电压源、直流电流源，所述直流电压源用于实现提供恒定电压，所述直流电流源用于实现提供恒定电流。
优选地，所述测试系统包括电压表、电流表，所述电压表用于恒流供电下，监测扫描过程中待测电路样品的电压变化情况，获得电压扫描变化数据；所述电流表用于恒压供电下，监测扫描过程中待测电路样品的电流变化情况，获得电流扫描变化数据。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统及方法，可用于超大规模集成电路的阻性失效点定位，相比传统的光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等技术，具有高精度、高效率、低成本的特点。
本发明采用多种测试条件，并给出的有无好品对照情况下对失效点定位的分析方法，得到的定位结果更加可靠。
本发明的探测精度达到nA级和mV级，定位精度达到0.1μm，提高了集成电路失效定位的测试和定位精度。
本发明通过将激光扫描技术与半导体材料相互作用中的热效应这一原理应用到定位技术上，实现了高定位精度、高检测效率、低成本测试的定位监测效果。解决了集成电路阻性失效的失效点定位问题，实现了集成电路阻性失效和晶体管栅极破损的快速、精确、可靠的失效点定位，为集成电路失效分析的研究提供了技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的系统结构示意图；
图2为本发明实施例的技术原理图；
图3为本发明实施例的测试结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
一种基于连续激光源的集成电路失效定位方法,包括：
基于1310nm连续激光器照射待测电路样品，获取待测电路样品待测电路样品的扫描数据；
基于红外相机对待测电路样品待测电路样品进行拍照，获取电路布局图；
将待测电路样品扫描数据与待测电路样品电路布局图进行对照，获得失效定位点。
基于1310nm连续激光器照射待测电路样品之前还包括，
预热待测电路样品红外激光器，将待测电路样品待测电路样品固定在可编程移动平台，对待测电路样品可编程移动平台进行供电。
获取待测电路样品的扫描数据包括，
通过光路调节系统，将待测电路样品红外激光器的激光聚焦在待测电路样品待测电路样品的有源区；
设定待测电路样品红外激光器的扫描参数和待测电路样品可编程移动平台的扫描程序；
调节供电系统恒压供电后，对待测电路样品待测电路样品辐照激光，获得电流扫描变化数据。
获得待测电路样品失效定位点之前，待测电路样品方法还包括，
基于待测电路样品电流扫描变化数据和待测电路样品电路布局图，获得电流变化量分布图；基于待测电路样品电流变化量分布图的异常变化点，获得待测电路样品失效定位点。
获取待测电路样品的扫描数据包括，
通过光路调节系统，将待测电路样品红外激光器的激光聚焦在待测电路样品待测电路样品的有源区；
设定待测电路样品1310nm连续激光器的扫描参数和待测电路样品可编程移动平台的扫描程序；
调节供电系统恒流供电后，对待测电路样品待测电路样品辐照激光，获得电压扫描变化数据。
获得待测电路样品失效定位点之前，待测电路样品方法还包括，
基于待测电路样品电压扫描变化数据和待测电路样品电路布局图，获得电压变化量分布图；基于待测电路样品电压变化量分布图的异常变化点，获得待测电路样品失效定位点。
一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统,包括：
1310nm连续激光器，用于扫描待测电路样品，获得扫描数据；
红外相机，用于对待测电路样品待测电路样品进行拍照，获得电路布局图；
供电系统，用于对待测电路样品失效定位系统进行供电；
测试系统，用于监测扫描过程中待测电路样品的变化情况。
待测电路样品失效定位系统还包括，
光路调节系统，用于将待测电路样品红外激光器的激光聚焦在待测电路样品待测电路样品的有源区，实现待测电路样品激光的准确入射；
可编程移动平台，用于承载待测试集成电路样品，并按照预设的方式进行三轴移动；
计算机控制系统，用于设定待测电路样品红外激光器的扫描参数和待测电路样品可编程移动平台的扫描程序，实现待测电路样品红外激光器参数的改变和待测电路样品可编程移动平台位置的移动。
待测电路样品供电系统包括直流电压源、直流电流源，待测电路样品直流电压源用于实现提供恒定电压，待测电路样品直流电流源用于实现提供恒定电流。
待测电路样品测试系统包括电压表、电流表，待测电路样品电压表用于恒流供电下，监测扫描过程中待测电路样品的电压变化情况，获得电压扫描变化数据；待测电路样品电流表用于恒压供电下，监测扫描过程中待测电路样品的电流变化情况，获得电流扫描变化数据。
相比光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、机械微探针等其他的集成电路失效定位技术，激光扫描技术能够适应高定位精度、高检测效率、低成本的测试需求。其中，将激光与半导体材料相互作用中的热效应这一原理应用到定位技术上，是一种灵敏、高效的方式。本发明提出一种利用热激光定位集成电路阻性失效和晶体管栅极损伤的失效定位技术，并开发了不同失效情况下集成电路失效点定位的更高精度的测试条件，为后续集成电路的失效分析提供了技术支持。
如图1所示，本发明提供了一种基于近红外连续激光源的集成电路失效定位系统及方法，其中所述失效定位系统包括，
1310nm连续激光器，用于产生局部温度变化的照射源，诱发集成电路局部的电阻变化并对半导体器件进行辐照和扫描；
光路调节系统，用于使1310nm连续激光精确聚焦到待测样品的有源区，实现1310nm连续激光的准确入射；
红外相机，用于对集成电路的表面进行拍照并观察电路布线，穿透硅衬底对集成电路有源区进行二维成像，并与定位的失效点进行对照；
可编程移动平台，用于承载待测试集成电路样品，并按照预设方式在激光扫描过程中进行沿x、y、z轴的三维移动；
计算机控制系统，用于实现1310nm连续激光器参数的改变和探针台位置的移动；
供电系统，包括直流电压源、直流电流源，用于实现对半导体器件提供供电电压或电流；
测试系统，包括电压表、电流表等，用于实现检测半导体器件功能以及监测扫描过程中待测电路样品电流或电压的变化。
进一步地，如图2所示，失效定位方法的具体步骤包括，
(1)打开1310nm连续激光器，预热10分钟，使激光器稳定工作；以1310nm连续连续激光作为扫描的辐照源，对待测集成电路样品进行照射，使局部的温度升高。
(2)定制可编程移动平台，打开计算机上测试系统的红外相机成像界面，将预先进行背部开封装的失效芯片放在可编程移动平台中合适位置，背部朝上并固定，并连接好供电电路，等待1310nm连续激光的扫描。可编程移动平台做减震设计，以防止移动过程中的振动对待测电路样品产生干扰信号。
(3)通过光路调节系统，将激光聚焦在待测电路样品的有源区(因本系统采用红外激光器波长为1.3μm，在硅中具有极高的透过率，因此可直接透过衬底观察到有源区)，聚焦物镜可选用10倍、50倍和100倍物镜；依照待测电路样品的尺寸，通过计算机控制系统设定好1310nm连续激光器扫描参数和可移动平台三轴的扫描程序，并将待测电路样品移动到扫描初始点。
(4)通过供电系统，用导线将供电系统和测试系统的源表与待测电路样品相连接，确定接触良好，实现待测集成电路的恒压或恒流供电，供电正常后可对样品辐照激光，并开始进行扫描。
扫描过程为，接通电源，以待测电路样品的额定电压或额定电压的80％对样品进行供电，打开计算机的监测界面，等待监测电流/电压稳定后开始对待测电路样品进行扫描，监测样品的电流/电压变化，计算机系统可利用预设软件将电流随时间变化的曲线转化为随二维坐标变化的分布面，并在扫描结束后以颜色分布图呈现出来；
扫描过程中，激光的辐照会导致待测电路样品电流或电压的微小变化。若采用恒压供电，则利用测试系统监测样品的电流变化；若采用恒流供电，则利用测试系统监测样品的电压变化，通过计算机控制系统记录电流或电压数据；
(5)通过红外相机成像系统，对待测电路样品表面进行拍照，对样品的布局进行记录；将扫描测试的电流或电压数据与红外相机拍摄的照片进行对照，得到电流或电压微小变化量的分布图。
(6)单次扫描完成后，计算机软件将电流分布图与红外相机拍摄的电路布局图进行重叠，确定电流变化异常位置。若要确认异常区域的电路布局，可更换50倍或100倍的物镜，对异常区域进行局部拍摄；
单次扫描完成后，可改变扫描方式，或设定其他供电电压，或采用恒流源供电，重新进行测试，将多次测试的结果进行对照，排除掉测试过程中带来的误差。若拥有同型号同批次的未失效样品，可对其进行同样的测试，将之与失效样品的测试结果进行对照，找到异常位置；若无合适的未失效样品供对比，则重点关注扫描结果中电流或电压的异常变化点；
(7)完成测试内容后，断电，关闭激光器，整理试验台，并处理试验数据。
在本实施例中，对失效的单片机样品进行失效定位实验，图3为扫描过程得到的电流随时间变化曲线以及待测样品失效点的位置。
本发明可用于定位集成电路中具有高阻特性和低阻特性的失效点或失效单元，通过激光与半导体材料相互作用的热效应原理，捕捉激光扫描过程中电流或电压的微小变化，确定导致集成电路失效的具体失效点，可捕捉到nA级的电流变化和μV级的电压变化，定位精度可达到0.1μm。解决了集成电路阻性失效的失效点定位问题，实现了快速、精确、可靠的失效点定位过程，为集成电路失效分析的研究提供了技术支持。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于连续激光源的集成电路失效定位方法,其特征在于，包括：
基于红外激光器照射待测电路样品，获取所述待测电路样品的扫描数据；
基于红外相机对所述待测电路样品进行拍照，获取电路布局图；
将所述扫描数据与所述电路布局图进行对照，获得失效定位点。
2.根据权利要求1所述的基于连续激光源的集成电路失效定位方法，其特征在于，
基于红外激光器照射待测电路样品之前还包括，
预热所述红外激光器，将所述待测电路样品固定在可编程移动平台，对所述可编程移动平台进行供电。
3.根据权利要求2所述的基于连续激光源的集成电路失效定位方法，其特征在于，
获取待测电路样品的扫描数据包括，
通过光路调节系统，将所述红外激光器的激光聚焦在所述待测电路样品的有源区；
设定所述红外激光器的扫描参数和所述可编程移动平台的扫描程序；
调节供电系统恒压供电后，对所述待测电路样品辐照激光，获得电流扫描变化数据。
4.根据权利要求3所述的基于连续激光源的集成电路失效定位方法，其特征在于，
获得所述失效定位点之前，所述方法还包括，
基于所述电流扫描变化数据和所述电路布局图，获得电流变化量分布图；基于所述电流变化量分布图的异常变化点，获得所述失效定位点。
5.根据权利要求2所述的基于连续激光源的集成电路失效定位方法，其特征在于，
获取待测电路样品的扫描数据包括，
通过光路调节系统，将所述红外激光器的激光聚焦在所述待测电路样品的有源区；
设定所述红外激光器的扫描参数和所述可编程移动平台的扫描程序；
调节供电系统恒流供电后，对所述待测电路样品辐照激光，获得电压扫描变化数据。
6.根据权利要求5所述的基于连续激光源的集成电路失效定位方法，其特征在于，
获得所述失效定位点之前，所述方法还包括，
基于所述电压扫描变化数据和所述电路布局图，获得电压变化量分布图；基于所述电压变化量分布图的异常变化点，获得所述失效定位点。
7.一种基于连续激光源的集成电路失效定位系统，其特征在于，包括，
红外激光器，用于扫描待测电路样品，获得扫描数据；
红外相机，用于对所述待测电路样品进行拍照，获得电路布局图；
供电系统，用于对所述失效定位系统进行供电；
测试系统，用于监测扫描过程中待测电路样品的变化情况。
8.根据权利要求7所述的基于连续激光源的集成电路失效定位系统，其特征在于，包括，
所述失效定位系统还包括，
光路调节系统，用于将所述红外激光器的激光聚焦在所述待测电路样品的有源区，实现所述激光的准确入射；
可编程移动平台，用于承载待测试集成电路样品，并按照预设的方式进行三轴移动；
计算机控制系统，用于设定所述红外激光器的扫描参数和所述可编程移动平台的扫描程序，实现所述红外激光器参数的改变和所述可编程移动平台位置的移动。
9.根据权利要求7所述的基于连续激光源的集成电路失效定位系统，其特征在于，包括，
所述供电系统包括直流电压源、直流电流源，所述直流电压源用于实现提供恒定电压，所述直流电流源用于实现提供恒定电流。
10.根据权利要求7所述的基于连续激光源的集成电路失效定位系统，其特征在于，包括，
所述测试系统包括电压表、电流表，所述电压表用于恒流供电下，监测扫描过程中待测电路样品的电压变化情况，获得电压扫描变化数据；所述电流表用于恒压供电下，监测扫描过程中待测电路样品的电流变化情况，获得电流扫描变化数据。
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