CN1940539A - 发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置及方法，该装置包括本体，其具有上基板、下基板、侧板形成一可容置空间，其一侧有开口，两侧板内侧设置有支撑部分；上基板上有一窗口；加热装置，埋设于上下基板中，为本体空间提供可以控温的热环境；印刷电路板，载有待测芯片与其电性连接；发射显微镜，置于本体上方，接收由芯片发射并透过窗口的光。缺陷发射的光形成的图像与标准芯片图案图像叠加对比，找出芯片缺陷位置。

Description

发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置及方法

技术领域

本发明涉及芯片缺陷的检测装置及方法，特别涉及利用发射显微镜进行芯片高温缺陷检测的装置及方法。

背景技术

在半导体制造过程中，随着元件尺寸微小化的趋势，对晶片中缺陷及杂质的容忍度越来越严格。晶片的品质主要由电性参数来决定，而电性参数的好坏则依赖于所用材料和制造工艺的品质。故障分析(failure analysis，FA)对制造工艺的改进很重要，因为不管是哪一种故障(Failure)，都会有故障模式(Failure Mode)出现，如电性参数异常，再经过一些故障位置隔离技术将故障位置找出。再利用反向工程技术，如层次去除或剖面切割来使缺陷或异常位置露出，再使用微分析技术分析其异常形成的原因来推断出产生故障的机理，进一步找出原因，以便在制造工艺上采取改进措施。

在故障分析中，发射显微镜是重要的技术手段。因为多数芯片级缺陷在芯片工作过程中会发射光，发射显微镜利用这个光可以找出芯片上缺陷的准确位置。那么故障分析工程师可以进一步将芯片下线，图像化缺陷的详细细节并研究其产生的原因。但是有些类型的故障如热电子迁移、氧化层击穿、闩锁等只在高温(如85℃至150℃)环境下产生。这使缺陷工程师难以在现有测试条件下识别故障。

发明内容

本发明的目的是提供检测芯片高温缺陷的装置及方法，利用发射显微镜检测芯片缺陷发射的光，但特别是有些缺陷如热电子产生的漏电流，氧化层击穿或闩锁故障只在高温时才发射光，进行缺陷检测。

本发明的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，包括：

本体，具有上基板、下基板、侧板形成一可容置空间，其一侧有开口，两侧板内侧设置有支撑部分；上基板上有一窗口；

加热装置，具有加热部分和测温探头，埋设于上下基板中，温控器置于本体外，为本体空间提供温度可以控制的热环境；

印刷电路板由本体的开口插入，置于本体内由本体支撑部分支撑，其具有一透明玻璃窗，与本体上基板上的窗口对应，芯片粘结在该透明玻璃窗上并与其电性连接；

发射显微镜，置于本体上方，其镜头与本体的上基板上的窗口对应，以接收芯片发射并透过窗口的光。

根据本发明，本体内的支撑部分是凹型滑槽，以使印刷电路板沿着凹型滑槽移进移出，或者是凸缘，以使印刷电路板沿着凸缘上面移进移出，并起支撑作用。

本发明的加热装置中的加热部分是电阻丝或电热丝，测温探头为热电偶或热电阻。

根据本发明，印刷电路板上设置引线接合焊盘于玻璃窗周围，分别以引线连接在一起，而焊盘通过引线分别与相应的引脚连接。

本发明的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置检测芯片缺陷的方法，包括：

去除芯片外部的封装材料，背面抛光；

芯片背面粘结到印刷电路板上，并与其电性连接；

粘结芯片的印刷电路板插入检测装置本体，置于支撑部分；

加热装置升温并控制在设定温度；

印刷电路板的引脚与外接电源连接；

芯片通电工作时，缺陷发射的光通过窗口射出，发射显微镜接收该发射光进行图像化处理，经过分析，与标准图案图像叠置对比，进行缺陷定位。

根据本发明的芯片封装材料是模塑料，采用发烟硝酸去除，芯片用含蜡胶粘剂粘结到印刷电路板上。印刷电路板上的焊盘与芯片上的引脚通过电线连接。

本发明的测定温度根据需要设定，为了检测到芯片的全部缺陷一般设定为为85～150℃，典型地设定为110℃。

根据本发明，当检测芯片背面缺陷时，印刷电路板翻转置于本体内，当检测芯片正面的缺陷时，印刷电路板不翻转置于本体内。印刷电路板上的引脚一般通过弹簧夹与电源连接

根据本发明，待测芯片用发烟硝酸完全去除封装的模塑料，背面进行抛光，芯片正面朝上地粘结到印刷电路板的透明玻璃上，芯片上的引脚通过连接线与印刷电路板上的焊盘电性连接。然后将粘结待测芯片的印刷电路板沿着本体中侧板上的凹槽或凸缘插入本体内，根据需要的温度，设定并控制温度，基本恒温。再将印刷电路板上的引脚通过弹簧夹与外接电源连接，使芯片工作。芯片中只有在高温才发射光的缺陷即发射光，如热电子迁移、氧化层击穿、闩锁等，缺陷发射的光透过本题的窗口透射出来，被发射显微镜接收，经过图像处理器图像化处理，并将产生的芯片缺陷发射光图像与标准芯片图案的图像进行叠加对比，找出缺陷位置。再进一步进行缺陷原因分析。

本发明的发射显微镜检测芯片高温缺陷装置，在原有发射显微镜的基础上，配合本体及加热装置，可以快速检测常温不发射光而只有在高温下才发射光的芯片缺陷，而且该装置简单容易实现，成本低廉，使用本发明的装置进行芯片缺陷的方法可靠性强，容易掌握。

附图说明

图1是本发明的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置的一个实施例的示意图。

图2是本发明的本体和加热装置的一个实施例的示意图。

图3是本发明的本体和加热装置的另一个实施例的示意图。

图4是本发明的载有芯片的印刷电路板的一个实施例的示意图。附图标记说明

1   印刷电路板

11  透明玻璃窗

12  引线

13  连接线

14  引脚

15  印刷电路板上焊盘

16  电源

17  接地

18  弹簧夹

2   本体

21  上基板

22  下基板

23  窗口

24  侧板

25  支撑部分

26  开口

3   芯片

31  缺陷发射光

4   加热装置

41  加热部分

42  温控器

5   发射显微镜

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置和检测方法。

如图1所示，是本发明的一个实施例的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，其包括：本体2、加热装置4、印刷电路板1、发射显微镜5。

其中，本体2，具有上基板21、下基板22、侧板24形成一可容置空间，其一侧有开口20，两侧板内侧设置有支撑部分25；上基板上有一窗口23，其上下基板内设置有加热装置；本体材料选自绝缘材料；本体的大小，与印刷电路板的大小相适应，可以容置印刷电路板，典型地，本体的高度为2cm，本体的宽度15cm。

加热装置4，具有加热部分41和测温探头(图中未示出)，埋设于上下基板21、22中，温控器42置于本体外，为本体2的可容置空间提供温度可以控制的热环境；

印刷电路板1，置于本体2内由本体支撑部分25支撑，其具有一透明玻璃窗口11，与本体的上基板21上的窗口23对应，芯片3粘结在该透明玻璃窗口上并与其电性连接；

发射显微镜5，置于本体2上方，其镜头与本体的上基板21上的窗口23对应，以接收芯片3发射并透过窗口23的光31。

如图2所示，本体2内的支撑部分25是凹型滑槽，两凹槽底部间的距离稍大于或等于印刷电路板的宽度，凹槽的深度和凹槽的宽度并不特别限定，适宜印刷电路板的顺利插入和支撑，以使印刷电路板1沿着凹型滑槽移进移出，并稳定地支撑印刷电路板。

加热装置4中的加热部分41是电阻丝或电热丝在上基板的窗口周围及下基板中折形均匀埋设分布，测温探头为热电偶或热电阻，埋设于上基板中，而控温器可以采用已知的任何控温器。

如图4所示，印刷电路板1上设置引线接合焊盘15于玻璃窗11周围，分别以引线12连接在一起，而且焊盘15通过引线12分别与相应的引脚14连接。

利用上述装置检测芯片高温缺陷的步骤为：

首先用发烟硝酸去除如倒装芯片外部的封装模塑料，然后对芯片背面进行抛光，使其易于透射光，而且容易粘接到印刷电路板上；

如图4所示，抛光的芯片背面通过含有蜡的透明热熔胶粘剂粘接到印刷电路板的透明玻璃窗11上，印刷电路板上的焊盘15与芯片上的焊盘通过引线12电性连接。如图1所示，粘结有待测芯片3的印刷电路板1翻转，即芯片背面朝上，由本体开口26沿着凹型滑槽25插入，使其透明窗11与本体窗口23对齐，并由该滑槽支撑该印刷电路板1。

加热部分41升温并控制设定温度110℃；

印刷电路板1的引脚14中两个与外接电源16连接，一个与接地线17连接；

接通电源后芯片开始工作，芯片中的缺陷发射的光31通过窗口23射出，发射显微镜5接收该发射光31，由图像处理器进行图像化处理，得到的芯片缺陷发射光图像经过与芯片图案图像叠加对比，进行缺陷定位。

根据本发明的另一个实施例的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置(参考图1)，包括：

本体2，具有上基板21、下基板22、侧板24形成一可容置空间，其一侧有开口20，两侧板内侧设置有支撑部分25；上基板上有一窗口23，其上下基板内设置有加热装置；本体材料选自绝缘材料，本体的大小适宜印刷电路板的插入和支撑。

具有加热部分41和测温探头(图中未示出)，埋设于上下基板中，温控器42置于本体外，为本体2的可容置空间提供温度可以控制的热环境；

印刷电路板1置于本体2内由本体支撑部分25支撑，其具有一透明玻璃窗口11，与本体的上基板21上的窗口23对应，芯片3粘结在该透明玻璃窗口上并与其电性连接；

发射显微镜5，置于本体2上方，其镜头与本体的上基板21上的窗口23对应，以接收芯片3发射并透过窗口23的光31。

如图3所示，本体2内的支撑部分25是凸缘，两凸缘的间距，凸缘的突出部分高度，宽度并不特别限定，只要适宜印刷电路板的插入和支撑，以使印刷电路板1沿着凸缘上面移进移出，并稳定支撑印刷电路板。

加热装置4中的加热部分41是电热丝，在上基板21的窗口23周围及下基板22中折型均匀埋设分布，测温探头为热电阻，埋设于上基板中。

如图3所示，印刷电路板1上设置引线接合焊盘15于玻璃窗11周围，分别以引线12连接在一起，而且焊盘15通过引线12分别与相应的引脚14连接。

利用上述装置检测检测芯片缺陷的步骤为：

用发烟硝酸或浓硫酸去除如芯片引线(lead on chip，LOC)结构芯片或球栅阵列(ball gate array，BGA)的封装材料，背面抛光；

抛光的芯片背面通过含有蜡的透明热熔胶粘剂粘结到印刷电路板的透明玻璃窗11上，印刷电路板上的焊盘15与芯片上的焊盘通过引线12连接。粘结有待测芯片3的印刷电路板1不翻转，即芯片正面朝上，由本体开口26沿着凸缘25插入，并由该凸缘支撑该印刷电路板1。

加热部分41升温并控制在设定温度85℃至150℃，印刷电路板1的引脚14中两个通过弹簧夹与外接电源16连接，一个与接地线17连接；

接通电源后芯片开始工作，芯片中的缺陷发射的光31通过窗口23射出，发射显微镜5接收该发射光31，由图像处理器进行图像化处理，得到的芯片缺陷发射光图像经过与芯片图案图像叠加对比，进行缺陷定位。

芯片找出缺陷以后，进行进一步的缺陷原因分析，找出产生缺陷的根源，在制造工艺过程中采取相应措施进行解决。

Claims (16)

1.发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，包括：

本体，具有上基板、下基板、侧板形成一可容置空间，其一侧有开口，两侧板内侧设置有支撑部分；上基板上有一窗口；

加热装置，具有加热部分和测温探头，埋设于上下基板中，温控器置于本体外，为本体空间提供温度可以控制的热环境；

印刷电路板，由本体开口插入，置于本体内由本体支撑部分支撑，其具有一透明玻璃窗，与本体的上基板上的窗口对应，芯片粘结在该透明玻璃板上并与其电性连接；

发射显微镜，置于本体上方，其镜头与本体的上基板上的窗口对应，以接收由芯片发射并透过窗口的光。

2.根据权利要求1所述的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，其特征在于，所述的支撑部分为凹型滑槽。

3.根据权利要求1所述的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，其特征在于，所述的支撑部分为凸缘。

4.根据权利要求1所述的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，其特征在于，所述的加热装置为电阻丝或电热丝。

5.根据权利要求1所述的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，其特征在于，所述的测温探头为热电偶或热电阻。

6.根据权利要求1所述的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，其特征在于，所述的印刷电路板上设置引线接合焊盘于玻璃窗周围，分别以引线连接在一起。

7.根据权利要求1所述的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置，其特征在于，所述的印刷电路板上的焊盘通过引线分别与相应的引脚连接。

8.根据权利要求1所述的发射显微镜检测芯片高温缺陷的装置检测芯片缺陷的方法，包括：

去除芯片外部的封装材料，背面抛光；

芯片背面粘结到印刷电路板上，并与其电性连接；

粘结芯片的印刷电路板插入检测装置本体，置于支撑部分；

加热装置升温并控制在设定温度；

印刷电路板的引脚与外接电源连接；

芯片工作时，缺陷发射光通过窗口射出，发射显微镜接收该发射光进行图像化处理，经过分析，与标准图案图像叠置对比，进行缺陷定位。

9.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的芯片可以是倒装芯片或芯片上引线(Lead on Chip，LOC)结构芯片。

10.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的芯片封装材料采用发烟硝酸去除。

11.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的芯片采用含蜡胶粘剂粘结到印刷电路板。

12.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的设定温度为85℃至150℃。

13.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的印刷电路板上的焊盘与待测芯片上的焊盘通过引线接合连接。

14.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷方法，其特征在于，所述的印刷电路板翻转置于本体内。

15.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷方法，其特征在于，所述的印刷电路板不翻转置于本体内。

16.根据权利要求8所述的检测芯片缺陷的方法，其特征在于，所述的印刷电路板上的引脚通过弹簧夹与外接电源连接。

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